DE102016111612A1

DE102016111612A1 - Kabel und Verfahren zur Herstellung eines Kabels

Info

Publication number: DE102016111612A1
Application number: DE102016111612.2A
Authority: DE
Inventors: Marko Menge; Dietmar Herzog; Wolfgang Kindervater
Original assignee: Kromberg and Schubert GmbH and Co KG
Current assignee: Kromberg and Schubert GmbH and Co KG
Priority date: 2016-06-24
Filing date: 2016-06-24
Publication date: 2017-12-28
Also published as: US20190122786A1; WO2017220371A1; MX2018016184A; CN109478444A; CN109478444B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kabel mit einer elektrisch leitenden Seele (4) aus einer oder mehreren Einzelleitungen und mit einer die Seele (4) umgebenden Isolierung sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Kabels. Die Isolierung umfasst mindestens zwei Schichten (1, 2), die aus unterschiedlichem Silikonwerkstoff bestehen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kabel mit einer elektrisch leitenden Seele aus einer oder mehreren Einzelleitungen und mit einer die Seele umgebenden Isolierung sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Kabels.
Es ist bekannt, insbesondere für Kabelisolierungen beim Einsatz von Automobilen Silikonwerkstoffe einzusetzen. Dies sind insbesondere preisgünstige drucklos peroxidisch vernetzte Silikonwerkstoffe, die zum einen eine gute Isolierung und zum anderen einen mechanischen Schutz der elektrischen Einzelleitungen bewirken. Diese Silikonwerkstoffe weisen jedoch den Nachteil auf, dass die bei der Vernetzung freiwerdenden Abbauprodukte eine leicht klebrige Schicht auf der Oberfläche der Isolierung bilden. Dies führt in nachteiliger Weise beim Aufwickeln der Kabel auf Kabelspulen zu einem Verkleben der einzelnen Kabellagen. Um dies zu verhindern, ist eine pulverförmige Trennmittelschicht notwendig, beispielsweise ein Talkumpulver. Aufgrund des hohen Drucks der aufgewickelten Kabellagen lassen sich diese Trennmittelschichten anschließend nicht mehr rückstandsfrei entfernen. Dies erschwert in nachteiliger Weise nachfolgende Prozesse, wie beispielsweise ein wasserdichtes Umspritzen oder Umgießen. Nachteilig ist des Weiteren, dass sich die vorgenannten Abbauprodukte der drucklosen peroxidischen Vernetzung nicht nur auf der Kabelaußenfläche ablagern, sondern durch Diffusionsvorgänge auch auf den Leiteroberflächen zu finden sind. Diese Ablagerungen beeinflussen einen Schweißprozess zur Verbindung von elektrischen Leitern, insbesondere ein Ultraschallschweißen, negativ.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein verbessertes Kabel zur Verfügung zu stellen, nämlich ein Kabel mit verbesserten haptischen Eigenschaften, mit einer verbesserten Konfektionierbarkeit und einer Beständigkeit gegenüber solchen Betriebsstoffen, mit denen die Kabel bei der Anwendung oder Verarbeitung in Kontakt geraten.
Diese Aufgabe wird mit einem Kabel mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erfüllt. Vorteilhafte Ausführungen beschreiben die Unteransprüche.
In bekannter Weise besitzt das erfindungsgemäße Kabel eine elektrisch leitende Seele aus einer oder mehreren Einzelleitungen oder aus mehreren Adern mit Einzelleitungen. Diese elektrisch leitende Seele ist von einer Isolierung aus einem Silikonwerkstoff umgeben, wobei in erfindungsgemäßer Weise diese Isolierung mindestens zwei Schichten jeweils aus unterschiedlichen Silikonwerkstoffen umfasst.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird unmittelbar auf die Seele eine Isolierinnenschicht aus einem drucklos peroxidisch vernetzten Silikonwerkstoff aufgetragen. Diese Basisisolierung stellt dabei eine dicke Schicht dar, die die wesentlichen Isoliereigenschaften, nämlich die elektrische Isolation, die Ausfüllung von Unebenheiten sowie den mechanischen Schutz der Leitungen gewährleistet. Für diese Isolierinnenschicht ist – anders als beim Stand der Technik – kein pulverförmiger Trennmittelauftrag vorgesehen, sondern eine Isolieraußenschicht aus einem additionsvernetzten Silikonwerkstoff. Diese Isolieraußenschicht stellt gegenüber der Isolierinnenschicht eine dünne Schicht dar. Diese Isolieraußenschicht ist in vorteilhafter Weise fest mit der Isolierinnenschicht verbunden und weist eine nicht klebrige Oberfläche auf, so dass auf ein pulverförmiges Trennmittel verzichtet werden kann. Diese dünne Isolieraußenschicht verhindert in gleicher Weise wie beispielsweise eine Talkumschicht das Ablagern von Abbauprodukten der Vernetzung der Isolierinnenschicht auf der Kabeloberfläche. In vorteilhafter Weise ist es des Weiteren möglich, ein solches Kabel in nachfolgenden Prozessen zu umspritzen oder zu umgießen, da keine trennende Substanzen an der Kabeloberfläche vorhanden sind. Des Weiteren unterbleibt ein Verkleben der Kabellagen beim Aufwickeln der Kabel auf Kabelspulen.
Kabel mit Isolierungen aus einem Silikonwerkstoff sind aufgrund der dort vorkommenden Betriebsstoffe, wie beispielsweise Mineralölen oder Batteriesäure, nicht in allen Fahrzeugbereichen einsetzbar. Aus diesem Grunde wurden bisher zusätzliche Schutzmaßnahmen, wie Kabelkanäle oder Wellrohre, vorgesehen. Bei einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kabels wird zur Erhöhung der Beständigkeit gegenüber Betriebsstoffen die Isolieraußenschicht aus einem additionsvernetzten Fluor enthaltenen Silikonwerkstoff, d.h. einem Fluorsilikonwerkstoff hergestellt. Dies erhöht die Beständigkeit der Kabelisolierung. Auf die vorgenannten Schutzmaßnahmen kann durch eine solche Isolieraußenschicht aus Fluorsilikonwerkstoff verzichtet werden.
Die erfindungsgemäßen Kabel weisen in vorteilhafterweise auch eine höhere mechanische Widerstandsfähigkeit auf, da additionsvernetzte Silikonwerkstoffe beispielsweise eine höhere Weiterreißfestigkeit zeigen. Dies ist bei der Konfektion von Kabeln von Bedeutung. Beim Abisolieren oder Abmanteln von Kabeln wird die Isolierung nur oberflächlich eingeschnitten, um die darunterliegenden elektrischen Einzelleitungen nicht zu beschädigen. Es wird daher gewünscht, dass das nicht eingeschnittene Silikonmaterial leicht und scharfkantig abreißt. Aus diesem Grunde darf die Weiterreißfestigkeit des Isoliermaterials nicht zu hoch sein, wodurch jedoch die mechanische Widerstandsfähigkeit reduziert wird. Die dicke Isolierinnenschicht zeigt eine vergleichsweise geringe Weiterreißfähigkeit. Die aus additionsvernetzen Silikonwerkstoff bestehende Isolieraußenschicht weist eine höhere Weiterreißfestigkeiten und eine höhere mechanische Widerstandsfähigkeit auf. Durch die Aufbringung dieser Isolieraußenschicht als dünne Deckschicht wird die mechanische Widerstandsfähigkeit des Kabels verbessert, jedoch bleibt die gute Konfektionierbarkeit erhalten.
Um unterschiedliche Kabel unterscheiden zu können, werden die Isolierungen der Kabel eingefärbt. Für die erfindungsgemäßen Kabel können Hochtemperaturpigmente eingesetzt werden, vorzugsweise werden diese nur in der Isolieraußenschicht eingebracht und die darunterliegende Isolierinnenschicht bleibt ungefärbt. Hierdurch können sowohl teure Farbpigmente eingespart als auch Umfärbeprozesse beim Farbwechsel an Extrusionsanlagen verkürzt werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform wird zusätzlich zur Isolierinnenschicht und zur Isolieraußenschicht eine Trennschicht vorgesehen, wobei diese Trennschicht zwischen der Seele und der Isolierinnenschicht angeordnet ist. Diese Trennschicht besteht aus einem additionsvernetzten Silikonwerkstoff. Eine solche Trennschicht wird insbesondere bei Kabeln vorgesehen, die als energieführende Kabel im Automobilbereich eingesetzt werden und mit Kontaktteilen verbunden werden müssen. Dies erfolgt in der Regel durch Schweißprozesse, z.B. durch Ultraschallschweißen, wobei dieser Schweißprozess sehr sensitiv auf reibungsreduzierende Stoffe auf der Oberfläche der zu schweißenden elektrischen Einzelleitung reagiert. Durch die Trennschicht wird verhindert, dass Abbauprodukte der drucklosen peroxidischen Vernetzung von der Isolierinnenschicht auf die zu verschweißende Leiteroberfläche diffundieren. Es wird somit ein direkter Kontakt der peroxidisch vernetzten Isolierinnenschicht mit den Drähten der Leitungen der elektrisch leitenden Seele vermieden, so dass es nicht zu einer Verunreinigung der Leiteroberfläche kommen kann. Eine solche Trennschicht hat zudem den Vorteil, beispielsweise gegenüber Trennschichten aus Kunststofffolien oder Metall-Kunststoff-Verbundfolien, dass diese Trennschicht aus dem additionsvernetzten Silikonwerkstoff einen festen Verbund mit der Isolierinnenschicht eingeht und damit bei nachfolgenden Kabelkonfektionsschritten keine Probleme bereitet. Sie reißt beim Absiolieren sauber mit der Isolierinnenschicht und der Isolieraußenschicht ab.
Zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Kabels wird die elektrisch leitende Seele direkt oder nach Aufbringung einer Trennschicht mit den beiden Isolierschichten versehen. Es wird auf die Seele eine erste Schicht für die Isolierinnenschicht aus einer Mischung für einen Silikonwerkstoff aufgebracht, welche drucklos peroxidisch vernetzbar ist. Eine typische Rezeptur für einen solchen peroxidisch vernetzbaren Silikonwerkstoff enthält beispielsweise:
HTV-Silikon-Shore A 60 bis 80
mit
1,3 bis 1,8 % Vernetzer Bis-(2,4-Dichlorbenzoyl)-Peroxid,
0,8 bis 1,0 % Reversionsstabilisator,
0,5 bis 2,0 % Hitzestabilisator.
Anschließend wird auf diese erste Schicht eine weitere Schicht aus einer Mischung aufgebracht, welche einen additionsvernetzbaren Silkikonwerkstoff enthält. Dies kann beispielsweise eine Mischung sein mit der Zusammensetzung:
HTV-Silikon additionsvernetzend, Shore A 60 bis 80, Komponente A und B
mit
0,5 bis 3,0 % Hitzestabilisator
0,5 bis 1,0 % HTV-Farbpaste.
Beide Schichten werden nachfolgend in einer Heizeinrichtung vorzugsweise bei Temperaturen von 160 bis 200°C vernetzt.
Das Aufbringen der Schichten kann nachfolgend in einem Zweischichtextruder erfolgen oder aber die beiden Schichten werden nacheinander von zwei unterschiedlichen Extrudern auf die Seele oder eine mit Trennschicht versehene Seele aufgebracht.
Wird eine Trennschicht vorgesehen, so wird diese Trennschicht auf die Seele aufgebracht, bevor die beiden Mischungen für die Isolierinnenschicht und für die Isolieraußenschicht aufgebracht werden. Eine Trennschicht aus einem additionsvernetzbaren Silikonwerkstoff kann einzeln oder zusammen mit den nachfolgenden Isolierschichten in einer Heizeinrichtung vernetzt werden.
Wird für die Trennschicht ein additionsvernetzender Silikonwerkstoff verwendet, deren Monomergehalt durch spezielle Aufreinigung zuvor reduziert wurde, was zur Reduktion von Fogging führt, so kann eine Aktivierung des Vernetzungsvorgangs entweder wie vorbeschrieben thermisch drucklos erfolgen oder auch durch UV-Licht.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Die Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Zeichnung zeigt anhand von Figuren den prinzipiellen Aufbau erfindungsgemäßer Kabel, nämlich:
1 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kabel und
2 einen Querschnitt durch ein weiteres erfindungsgemäßes Kabel mit einer Trennschicht.
Die 1 zeigt einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kabel, welches eine elektrisch leitende Seele 4, in diesem Fall aus mehreren Einzelleitungen aufweist. Diese Seele 4 ist von einer Isolierung umgeben, nämlich von einer Isolierinnenschicht 1 und einer Isolieraußenschicht 2. Die Isolierinnenschicht 1 besteht aus einem drucklos peroxidisch vernetzten Silikonwerkstoff und gewährleistet die Basisisolierung. Diese Basisisolierung stellt dabei eine dicke Schicht dar, die die wesentlichen Isoliereigenschaften, nämlich die elektrische Isolation, die Ausfüllung von Unebenheiten sowie den mechanischen Schutz der Drähte der Seele 4 gewährleistet. Die Dicke einer solchen Isolierinnenschicht 1 beträgt vorzugsweise 0,2 bis 1,5 mm. Die äußere dünne als Deckschicht dienende Isolieraußenschicht 2 dagegen hat nur eine Dicke von 0,05 bis 0,5 mm und besteht aus einem additionsvernetzten Silikonwerkstoff. Diese dünne Isolieraußenschicht 2 verhindert das Ablagern von Abbauprodukten der Vernetzung der Isolierinnenschicht 1 auf der Kabeloberfläche, wodurch ein Verkleben der Kabellagen beim Aufwickeln der Kabel auf Kabelspulen unterbleibt.
In der 2 ist ein weiteres erfindungsgemäßes Kabel gezeigt. Bei diesem Kabel ist zusätzlich eine Trennschicht 3 vorgesehen, die unmittelbar auf der Seele 4 aufgebracht ist und die Seele 4 von der Isolierinnenschicht 1 trennt. Diese Trennschicht 3 besteht aus einem additionsvernetzten Silikonwerkstoff und hat ähnlich, wie die Isolieraußenschicht 2 eine geringe Dicke von vorzugsweise 0,05 bis 0,5 mm. Als Materialien für die Trennschicht werden insbesondere solche additionsvernetzten Silikonwerkstoffe verwendet, deren Monomergehalt durch spezielle Ausreinigung zuvor reduziert wurde, so dass sie geringere Foggingeigenschaften zeigen. Die Vernetzung eines solchen Silikonwerkstoffes kann entweder thermisch drucklos erfolgen oder auch zeitreduziert durch UV-Licht.

Claims

Kabel, – mit einer elektrisch leitenden Seele (4) aus einer oder mehreren Einzelleitungen und – mit einer die Seele (4) umgebenden Isolierung aus einem Silikonwerkstoff, dadurch gekennzeichnet, dass – die Isolierung mindestens zwei Schichten (1, 2) umfasst, die aus unterschiedlichem Silikonwerkstoff bestehen.
Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Seele (4) von einer Isolierinnenschicht (1) aus einem drucklos peroxidisch vernetzten Silikonwerkstoff umgeben ist und auf dieser Isolierinnenschicht (1) eine Isolieraußenschicht (2) aus einem additionsvernetzten Silikonwerkstoff aufgebracht ist.
Kabel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die als Basisisolierung dienende Isolierinnenschicht (1) eine Dicke von 0,2 bis 1,5 mm aufweist und die äußere als Deckschicht dienende Isolieraußenschicht (2) eine geringe Dicke besitzt, vorzugsweise eine Dicke von 0,05 bis 0,5 mm.
Kabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolieraußenschicht (2) aus einem additionsvernetzten Fluorsilikonwerkstoff besteht.
Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur Isolierinnenschicht (1) und zur Isolieraußenschicht (2) eine Trennschicht (3) vorgesehen ist, wobei diese Trennschicht (3) zwischen der Seele (4) und der Isolierinnenschicht (1) angeordnet ist und aus einem additionsvernetzten Silikonwerkstoff besteht, wobei die Trennschicht (3) vorzugsweise eine Dicke von 0,05 bis 0,5 mm besitzt.
Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass nur in der Isolieraußenschicht (2) Farbpigmente eingebracht sind.
Verfahren zur Herstellung eines Kabels, bei welchem die elektrisch leitende Seele mit einer Isolierung aus vernetzbaren Silikonwerkstoffen versehen wird, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Seele eine erste Isolierinnenschicht aus einer Mischung aufgebracht wird, welche einen drucklos peroxidisch vernetzbaren Silikonwerkstoff enthält, anschließend auf diese erste Isolierinnenschicht eine weitere Isolieraußenschicht aus einer Mischung aufgebracht wird, welche einen additionsvernetzbaren Silikonwerkstoff enthält und beide Schichten nachfolgend in einer Heizeinrichtung vernetzen.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden aufgebrachten unterschiedlichen Isolierschichten in einem Zweischichtextruder auf die Seele aufgebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden aufgebrachten unterschiedlichen Isolierschichten nacheinander in zwei unterschiedlichen Extrudern auf die Seele aufgebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Aufbringung der beiden Isolierschichten eine Trennschicht auf die Seele aufgebracht wird, wobei für die Trennschicht vorzugsweise einer Mischung aufgebracht wird, welche einen additionsvernetzbaren Silikonwerkstoff enthält und diese Trennschicht zusammen mit den beiden nachfolgend aufgetragenen Isolierschichten in einer Heizeinrichtung vernetzt.