DE102018117942A1

DE102018117942A1 - Hochleistungs-Heizkabel

Info

Publication number: DE102018117942A1
Application number: DE102018117942.1A
Authority: DE
Inventors: Thomas Damerow
Original assignee: Leoni Kabel GmbH
Current assignee: Leoni Draht GmbH
Priority date: 2018-07-25
Filing date: 2018-07-25
Publication date: 2020-01-30
Anticipated expiration: 2038-07-26
Also published as: DE102018117942B4; WO2020020421A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Heizkabel wie in den Ansprüchen definiert, wobei das Heizkabel Polymer-isolierte Drähte aus einer ersten und einer zweiten Metalllegierung enthält. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der Heizkabel wie in den Ansprüchen definiert, sowie die Verwendung der Heizkabel.

Description

Die Erfindung betrifft ein Heizkabel, sowie ein Verfahren zum Herstellen des Heizkabels. Zudem bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung des Heizkabels in einem Sitz oder Sitzelement.
Stand der Technik
Heizkabel in Autositzen sind starken Belastungen ausgesetzt. Da sie von außen kaum spürbar sein dürfen, müssen sie sehr kleinen Abmessungen aufweisen (Durchmesser von maximal 2 mm).
Trotz hoher Zugbelastung und ständiger Bewegung auf dem Sitz dürfen die Heizkabei nicht brechen. Sollte sich der Bruch einzelner Drähte durch Alterung nicht vermeiden lassen, dürfen die noch verbleibenden stromführenden Drähte keine hohen Stromdichten erzeugen, die zu einer gefährlichen Erwärmung (Hot-Spot) führen könnten.
Diesen Anforderungen gerecht zu werden, stellt eine große Herausforderung dar. So äußert sich die Veränderung der Drahtanzahl pro Kabel hin zu sehr kleinen Werten (z.B. kleiner 40), um den Durchmesser des Heizkabels gering zu halten, in einer Verschlechterung der Biegewechselbeständigkeit. Hingegen bewirkt eine Veränderung hin zu einer sehr hohen Drahtanzahl (z.B. >100) einen starken Anstieg der Kosten und ermöglicht keine Fertigung von sehr kleinen Außendurchmessern.
Die DE 10 2015 104 947 A1 offenbart die Verwendung zweier unterschiedlicher Legierungen zur Erzeugung einer Litze mit gewünschtem Widerstand des Heizkabels. Hierbei werden die Einzeldrähte miteinander zu einer Litze verseilt. Die direkt miteinander verseilten Einzeldrähte weisen allerdings nicht die gewünschten mechanischen Eigenschaften auf, die für die Anwendung als Heizkabel notwendig sind.
DE 10137976 A1 offenbart Litzen für eine Sitzheizung, wobei die Litzen mehrere Arten von Einzeldrähten umfassen, wobei zum Einstellen von gewünschten elektrischen Eigenschaften der Litze die einzelnen Arten von Einzeldrähten unterschiedliche elektrische Eigenschaften aufweisen. Die Einzeldrähte sind hierbei bevorzugt mit einer metallischen Beschichtung versehen. Dies ermöglicht jedoch nicht die gewünschten mechanischen Eigenschaften, wenn sich die Drähte gegeneinander bewegen. Zudem sind die Litzen ebenfalls direkt miteinander verseilt, ohne dass eine Polymerbeschichtung die Einzeldrähte voneinander trennt.
Es bestand daher das Bedürfnis, Heizkabel bereitzustellen, welche gute Heizeigenschaften und eine verbesserte mechanische Belastbarkeit aufweisen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vielfältigen, vorstehend genannten Anforderungen an Heizkabel werden von den erfindungsgemäßen Heizkabeln erfüllt. Das zugrundeliegende Konzept basiert auf Polymer-isolierten Drähten, wobei die Drähte aus einer ersten und einer zweiten Metalllegierung bestehen. Es ist jedoch nicht ausgeschlossen, dass eine dritte und weitere Metalllegierung vorhanden ist.
Der Aufbau des Innenleiters basiert somit auf mindestens zwei unterschiedlichen Legierungen, beispielsweise CuSn0,3 (z.B. LEONI Histral® H72) und CuSn6 (z.B. LEONI Histral® R15). Hierbei sollen die unterschiedlichen Legierungen unterschiedliche ohmsche Widerstände aufweisen. Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass über die Anzahl an jeweiligen Drähten der gewünschte Widerstand auf kostengünstige Weise an die Anforderungen an das Heizkabel eingestellt werden kann.
CuSn0,3- und CuSn6- Legierungen haben gute Biegewechseleigenschaften, jedoch sehr unterschiedliche elektrische Leitwerte. Zur Herstellung eines 0,65 Ohm/m Heizkabels kann beispielsweise eine Gesamtzahl von 48 Stück 0,05 mm Lackdrähten gewählt werden, die zur Erreichung des Widerstandes im Verhältnis 12 Drähte CuSn0,3 (z.B. LEONI Histral® H72) und 36 Drähte CuSn6 (z.B. LEONI Histral® R15) gemischt werden können. Ziel ist es dabei, zur Verbesserung der Biegewechselbeständigkeit, möglichst viele Einzeldrähte in das Heizkabel einzubringen, ohne dabei den maximalen Außendurchmesser von 1,0 oder 2,0 mm zu überschreiten.
Das Kabel ist zudem mit zugfesten Fasern, beispielsweise Vectran™ ausgerüstet, um Kräften in Längsrichtung zu widerstehen. Durch den hybriden Aufbau mit mehreren Legierungen, lässt sich somit die Drahtanzahl unabhängig vom Widerstand steuern, um durch Erhöhung der Drahtanzahl und der Verwendung von besonders beständigen Legierungen, eine möglichst hohe Biegewechselfestigkeit zu erreichen. Die Biegewechselbeständigkeit wurde erfindungsgemäß insbesondere dadurch weiter erhöht, dass die Drähte jeweils einzeln polymerbeschichtet sind und eine Gleitlackschicht aufweisen.
Die biegewechselbeständigeren Drähte (z.B. CuSn6) werden dabei bevorzugt im äußeren Bereich der Litze angeordnet, um hier den größten Teil der wirkenden Kräfte aufzunehmen. Die schwächeren Drähte (z.B. CuSn0,3) werden dadurch zusätzlich geschützt. Die einzelnen Drähte werden durch mindestens eine Lackschicht, beispielsweise eine Polyurethan-Lackschicht, gegeneinander isoliert, um im Falle eines Bruches keine hohen Stromdichten zu erzeugen. Die lackierten Drähte werden mit einer zusätzlichen Gleitlackschicht versehen, um Reibverschleiß zwischen den Drähten bei Bewegungen des Kabels weitgehend zu vermeiden. Das Gleitmittel wird dazu dem Lack beigemischt und als eine zweite Lackschicht (hierin als „Gleitlackschicht“ bezeichnet) von ca. 1 µm aufgetragen. Es ist jedoch zudem möglich, weitere Schichten aufzubringen, wobei die äußere Schicht eine Gleitlackschicht sein sollte.
Die hybriden Heizkabel aus mehreren Legierungen mit besonders hoher Biegewechselbeständigkeit erreichen eine höhere Funktionssicherheit bei bruchbedingten Ausfällen. Die immer gleiche Abmessung des Heizkabels innerhalb eines Widerstandsbereichs ermöglicht zudem eine Beibehaltung der Einstellparameter in den weiterverarbeitenden Prozessen trotz Änderung des Widerstandes.
Die vorliegende Erfindung betrifft somit ein Heizkabel wie in den Ansprüchen definiert, sowie Verfahren zur Herstellung der Heizkabel wie in den Ansprüchen definiert und die Verwendung der Heizkabel in einem Sitz oder Sitzelement, bevorzugt Autositz, oder als Heizleitung in Roboterkabeln, oder in beheizten Wischersystemen, oder in Heizelementen.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Heizkabel, aufweisend:

- mindestens einen, z.B. einen, zwei oder drei, Innenleiter, enthaltend (bevorzugt bestehend aus):
1. a) 3-50, bevorzugt 6-18, jeweils Polymer-isolierte Drähte aus einer ersten Metalllegierung,
2. b) 10-100, bevorzugt 30-42, jeweils Polymer-isolierte Drähte aus einer zweiten Metalllegierung, und
3. c) in Längsrichtung des Innenleiters angeordnete, zugfeste Fasern; und
- mindestens eine Ummantelung,

Die zweite Metalllegierung weist eine geringere Leitfähigkeit als die erste Metalllegierung auf. Elektrische Leitfähigkeit kann beispielsweise gemäß ASTM E 1004 gemessen werden.
Bevorzugt beträgt die elektrische Leitfähigkeit der ersten und zweiten Metalllegierung 1-60 Siemens m/Ωmm² bei 20°C, bevorzugt zwischen 1-25 oder 35-60 m/Ωmm² bei 20°C, wobei der Bereich >25 und < 35 weniger bevorzugt ist. Insbesondere weist die erste Metalllegierung bevorzugt eine elektrische Leitfähigkeit im Bereich von 35-60 m/Ωmm² bei 20°C und die zweite Metalllegierung eine elektrische Leitfähigkeit im Bereich von 1-25 m/Ωmm² bei 20°C auf.
Bevorzugt beträgt die elektrische Leitfähigkeit der ersten und zweiten Metalllegierung, ausgedrückt als „IACS“ (International Annealed Copper Standard), 10-90 % IACS. Insbesondere weist die erste Metalllegierung bevorzugt eine elektrische Leitfähigkeit im Bereich von 50-90 % IACS und die zweite Metalllegierung eine elektrische Leitfähigkeit im Bereich von 10-25 % IACS, auf.
Zusätzlich oder alternativ zu der oben angegebenen elektrischen Leitfähigkeit beträgt der Unterschied der elektrischen Leitfähigkeit zwischen der ersten Metalllegierung und der zweiten Metalllegierung mindestens 0,008 Ωmm²/m bei 20°C, oder mindestens 0,05 Ωmm²/m bei 20°C, oder mindestens 0,08 Ωmm²/m bei 20°C, z.B. 0,008 bis 0,74 Ωmm²/m bei 20°C. Der Widerstand des Heizkabels kann 0,4-1,0 Ohm/m, bevorzugt etwa 0,65 Ohm/m, betragen.
In einer Ausführungsform werden die Polymer-isolierten Drähte aus der ersten und zweiten Metalllegierung nicht über eine unterschiedliche elektrische Leitfähigkeit, sondern über einen unterschiedlichen ohmschen Widerstand definiert.
Das erfindungsgemäße Heizkabel enthält Polymer-isolierte Drähte von mindestens zwei Sorten, d.h. die Drähte bestehen entweder aus einer ersten oder einer zweiten Metalllegierung. Zudem können sich die Polymer-isolierten Drähte auch in der Art der Beschichtung und dem Kabeldurchmesser unterscheiden. Mit „Art der Beschichtung“ bzw. „Polymer-Isolierung“ ist gemeint: Anzahl der Schichten, Schichtdicken, Art der Beschichtung, insbesondere Art des Polymers/der Polymerzusammensetzung. Selbstverständlich können verschiedene Polymere in einer Beschichtung/Schicht vorhanden sein. Es ist jedoch nicht ausgeschlossen, eine dritte oder weitere Sorte von Polymer-isolierten Drähten mit anderer Metalllegierung und/oder anderer Beschichtung hinzuzunehmen.
Der Begriff „Polymer-isoliert“ bezieht sich auf eine elektrisch isolierende Beschichtung, enthaltend ein Polymer. Der Ausdruck „Polymer-isolierter Draht“, so wie hierin verwendet, bezieht sich auf einen Draht mit mindestens einer Polymer-Beschichtung, insbesondere auf eine Metalllegierung in der Form eines Einzeldrahtes, der mittels mindestens einer Polymer-Schicht gegenüber den anderen Polymer-isolierten Drähten elektrisch isoliert ist, das heißt, der mit einer elektrisch isolierende Beschichtung, enthaltend ein Polymer und gegebenenfalls weiteren Beschichtungen, bevorzugt einer Gleitschicht, beschichtet ist.
Der Ausdruck „zwei Polymer-Beschichtungen“, so wie hierin verwendet, bedeutet, dass zwei unterscheidbare Beschichtungen vorhanden sind, wobei sich die Beschichtungen bevorzugt in der Art des Polymers (oder der Polymere) und/oder den weiteren Bestandteilen der Beschichtung unterscheiden, z.B. durch das Vorhandensein eines Gleitmittels in der äußeren Beschichtung.
Die Drähte der Polymer-isolierten Drähte sind bevorzugt homogen aus der bzw. einer Metalllegierung aufgebaut und weisen insbesondere keinen Schichtaufbau aus metallischer Ader und metallischer Ummantelung bzw. metallischer Beschichtung auf.
Der Begriff „Polymer-isoliert“ umfasst damit die Verwendung von einem Polymer von einer Art, z.B. Polyurethan, sowie Polymerzusammensetzungen enthaltend ein oder mehrere verschiedene Arten von Polymeren, insbesondere Homopolymere, Copolymere, Polymerblends und Mischungen davon (z.B. Polyurethane und Polyamide) und gegebenenfalls Zusatzstoffe, wie beispielsweise Füllstoffe, Weichmacher, flammhemmende Mittel, Gleitmittel und Farbstoffe/Farbpigmente. Die Polymere sind bevorzugt organische Polymere. Bevorzugt umfasst die Polymer-Isolierung somit organische Polymere, kann aber auch zusätzlich anorganische Polymere, z.B. als flammhemmende Mittel und nicht-polymere Bestandteile enthalten.
Die zugfesten Fasern sind im Innenleiter mittig angeordnet, d.h. die Polymer-isolierten Drähte sind darum herum angeordnet. Die Polymer-isolierten Drähte können symmetrisch (C_n-Symmetrie mit n-facher Drehachse) oder unsymmetrisch (ohne C_n-Symmetrie mit n-facher Drehachse) verteilt sein.
Die Ummantelung ist um den Innenleiter herum aufgebracht. Je nach Anwendungen kann auch mehr als eine Ummantelung verwendet werden. Erfindungsgemäß werden die Polymer-isolierten Drähte nicht in eine Matrix eingebettet, damit sie die gewünschte Beweglichkeit beibehalten.
Das Heizkabel kann

- mindestens einen, z.B. einen, zwei oder drei, Innenleiter, enthaltend (bevorzugt bestehend aus):
1. a) 6-18 jeweils Polymer-isolierte Drähte aus CuSn (Kupfer-Zinn)-Legierung, bevorzugt CuSn0,3-Legierung,
2. b) 30-42 jeweils Polymer-isolierte Drähte aus CuSn-Legierung, bevorzugt CuSn6-Legierung, und
3. c) in Längsrichtung des Innenleiters angeordnete, zugfeste Fasern; und
- mindestens eine Ummantelung,

Zusätzlich zu CuSn-Legierungen sind auch andere Legierungen möglich, die die Funktion eines Heizkabels erfüllen können, z.B. CuMg (Kupfer-Magnesium)-Legierungen, CuNi (Kupfer-Nickel)-Legierungen.
Eine CuSn6-Legierung ist nach DIN CEN/TS 13388 (DIN SPEC 9700) wie folgt definiert:

Kupferlegierung mit 5,5-7,0 Gew.-% Sn, 0,01 bis 0,4 Gew.-% P, Beimengen bis zu 2,0 Gew.-%, Rest ist Cu.
Bevorzugt betragen die Beimengungen bis zu 1,0 Gew.-% oder bis zu 0,5 Gew.-%, weiter bevorzugt bis zu 0,2 Gew.-%.
In einer Ausführungsform sind die Beimengungen bis zu 0,2 Gew.-% Ni, bis zu 0,2 Gew.-% Zn, bis zu 0,1 Gew.-% Fe, bis zu 0,02 Gew.-% Pb und weniger als 0,1 Gew.% andere Stoffe.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird LEONI Histral® R15 (CuSn6)-Draht verwendet. Dieser weist die nachstehenden Eigenschaften auf. Es natürlich auch möglich, andere CuSn6-Drähte mit den gleichen oder ähnlichen Eigenschaften zu verwenden:

Nominale Werte:	Weich	Hart
Spezifischer Widerstand* (Ohm mm²/m)	0,1110	0,1330
Elektrische Leitfähigkeit* (% IACS)	15	13
Zugfestigkeit* (N/mm²)	380	690
Dehnung* (%)	30	1
Temperaturkoeffizient des Widerstandes (1/°C)	0,00065	0,00065
Dichte (g/cm³)	8,8	8,8
* Werte abhängig von Oberflächenbeschichtung, Umformungsgrad und thermischer Behandlung während des Verarbeitungsprozesses

Die oben angegebenen Werte können gemäß EN 12166 und DIN CEN/TS 13388 bestimmt werden.
Eine CuSn0,3-Legierung ist nach „Unified Numbering System for Metals and Alloys (UNS) C14425“ wie folgt definiert:

Kupferlegierung mit 0,1-0,5 Gew.-%, bevorzugt 0,2-0,4 Gew.-%, oder etwa 0,3 Gew.-% Sn, Beimengungen bis zu 2,0 Gew.-%, Rest ist Cu.
Bevorzugt beträgt die Beimengung bis zu 1,0 Gew.-% oder bis zu 0,5 Gew.-%, weiter bevorzugt bis zu 0,2 Gew.-%.
In einer Ausführungsform sind die Beimengungen bis zu 0,01 Gew.-% P, bis zu 0,01 0,02 Gew.-% Ni, bis zu 0,10 Gew.-% Zn, bis zu 0,02 Gew.-% Fe, bis zu 0,10 Gew.-% Pb und weniger als 0,1 Gew.% andere Stoffe.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird LEONI Histral® H72 (CuSn0,3)-Draht verwendet. Dieser weist die nachstehenden Eigenschaften auf. Es ist natürlich auch möglich, andere CuSn0,3-Drähte mit den gleichen oder ähnlichen Eigenschaften zu verwenden:

Nominale Werte:	Weich	Hart
Spezifischer Widerstand* (Ohm mm²/m)	0,0216	0,0240
Elektrische Leitfähigkeit* (% IACS)	80	72
Zugfestigkeit* (N/mm²)	250	600
Dehnung* (%)	20	1
Temperaturkoeffizient des Widerstandes (1/°C)	0,00290	0,00290
Dichte (g/cm³)	8,9	8,9

Die oben angegebenen Werte können gemäß LV112-4 und DIN CEN/TS 13388 bestimmt werden.
Der Außendurchmesser des Heizkabels beträgt bevorzugt weniger als 1 mm.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind 10-14, bevorzugt etwa 12, Polymer-isolierte Drähte aus einer ersten Metalllegierung, bevorzugt einer CuSn-Legierung, weiter bevorzugt einer CuSn0,3-Legierung, vorhanden. Zusätzlich oder alternativ dazu können 34-40, bevorzugt etwa 36, Polymer-isolierte Drähte aus einer zweiten Metalllegierung, bevorzugt einer CuSn-Legierung, weiter bevorzugt einer CuSn6-Legierung, vorhanden sein.
Bevorzugt sind die Polymer-isolierten Drähte durch mindestens eine Lackschicht gegeneinander isoliert, insbesondere ein Lackschicht ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyurethanen, Polyesterimiden, Polyamidimiden und aromatischen Polyimiden.
Die Lackschicht ermöglicht eine Isolierung der Drähte gegeneinander. Bevorzugt ist eine Lackschicht der Polymer-isolierten Drähte direkt auf der CuSn0,3-Legierung/CuSn6-Legierung aufgebracht.
Eine Lackschicht kann beispielsweise gemäß IEC 60317-0-1 Grad1 mit 2,5 µm bis 5,0 µm Schichtdicke aufgebracht werden. Möglich sind auch Lackschichtdicken bis Grad3, d.h. bis zu (etwa) 11µm, oder 2,5 µm bis 11 µm, oder 5,0 µm bis 11 µm. Diese Werte sind auf den Kerndurchmesser von 0,05mm bezogen und verändern sich nach IEC 60317-0-1 mit dem Durchmesser.
In einer Ausführungsform (siehe Ausführungsbeispiel) wird ein Polyurethan-Basislack verwendet. Die Lackierung wurde in Anlehnung an IEC 60317-20 durchgeführt. In Anlehnung deswegen, weil die vorherrschenden Normen nur von Kupferlackdraht sprechen, vorliegend jedoch Legierungen eingesetzt werden und damit die auf Kupfer bezogenen Werte dieser Normen ignoriert werden müssen.
Bevorzugt weisen die Polymer-isolierten Drähte jeweils mindestens zwei Polymer-Beschichtungen auf, wobei die innere Schicht zur elektrischen Isolierung dient und die äußere Schicht als Gleitschicht dient. Der Ausdruck „Polymer-isoliert“ bedeutet somit, dass die „Polymer-Isolierung“ aus den mindestens zwei Polymer-Beschichtungen besteht.
Bevorzugt ist die innere Schicht eine Lackschicht, insbesondere die vorstehend beschriebene Lackschicht, die direkt auf der CuSn0,3-Legierung/CuSn6-Legierung aufgebracht ist. Die Gleitschicht kann beispielsweise durch Mischen eines Lackes mit Gleitmittel hergestellt werden. Beispielsweise kann ein Polyurethan-Basislack verwendet werden, dem Polyethylenwachs als Gleitmittel zugesetzt wurde.
In einer Ausführungsform weist jeder Polymer-isolierte Draht zwei Schichten auf.
Bevorzugt weisen die Polymer-isolierten Drähte je mindestens zwei Beschichtungen (in einer Ausführungsform genau zwei Beschichtungen) auf, wobei die innere Schicht eine Lackschicht, bevorzugt Polyurethan-Lackschicht, ist und die äußere Schicht eine Gleitlackschicht ist, wobei die Dicke der Gleitlackschicht bevorzugt 0,5-3,0 µm, weiter bevorzugt etwa 1 µm beträgt. Falls mehr als zwei Beschichtungen aufgebracht werden, sollte die äußerste Schicht immer eine Gleitlackschicht sein, um das Gleiten der Drähte zu ermöglichen.
Die Polymer-isolierten Drähte können einen Durchmesser von weniger 0,08 mm, bevorzugt von 0,04-0,06 mm, oder etwa 0,05 mm, aufweisen. Die Drähte weisen bevorzugt einen Durchmesser von 0,03-0,07 mm, bevorzugt etwa 0,05mm, aufweisen.
Die Gesamtzahl an Polymer-isolierten Drähten kann beispielsweise 36-60, bevorzugt 42-54, oder etwa 48, betragen.
Die CuSn0,3-Legierung kann beispielsweise aus 0,1-0,5 Gew.-% Sn, Beimengungen bis zu 2,0 Gew.-%, und der Rest ist Cu, bestehen. Bevorzugt beträgt die Beimengung bis zu 1,0 Gew.-% oder bis zu 0,5 Gew.-%, weiter bevorzugt bis zu 0,2 Gew.-%. In einer Ausführungsform sind die Beimengungen bis zu 0,01 Gew.-% P, bis zu 0,01 Gew.-% Ni, bis zu 0,01 Gew.-% Zn, bis zu 0,01 Gew.-% Fe, bis zu 0,005 Gew.-% Pb und weniger als 0,1 Gew.% andere Stoffe. Die CuSn6-Legierung kann aus 5,5-7,0 Gew.-% Sn, 0,01 bis 0,4 Gew.-% P, Beimengen bis zu 2,0 Gew.-%, und der Rest ist Cu, bestehen.
Bevorzugt beträgt die Beimengungen bis zu 1,0 Gew.-% oder bis zu 0,5 Gew.-%, weiter bevorzugt bis zu 0,2 Gew.-%. In einer Ausführungsform sind die Beimengungen bis zu 0,2 Gew.-% Ni, bis zu 0,2 Gew.-% Zn, bis zu 0,1 Gew.-% Fe, bis zu 0,02 Gew.-% Pb und weniger als 0,1 Gew.% andere Stoffe.
Die zugfesten Fasern können beispielsweise aus aromatischen Polyestern bestehen und sind bevorzugt hergestellt durch Kondensation von 4-Hydroxybenzoesäure und 6-Hydroxynaphthalin-2-carbonsäure.
Beispielsweise können 200 dtex Vectran™ Multifilamentfaser verwendet werden. Das Fasermaterial kann beispielsweise während des Verseilprozesses in den Kern des Innenleiters eingebracht werden. Der Innenleiter kann im Extruder ummantelt werden.
Die zugfesten Fasern können, bezogen auf den Querschnitt des Innenleiters, als Strang radial mittig angeordnet sein. In einer Ausführungsform weist das Heizkabel eine Bruchdehnung von weniger als 5%, bevorzugt von 3% oder weniger, oder von etwa 3%, auf.
Die Ummantelung ist direkt auf die miteinander verseilten Polymer-isolierten Drähte aufgebracht, das heißt es wird keine Matrix oder Füllschicht verwendet. Die Polymer-isolierten Drähte selbst sind daher nicht in eine Matrix eingebettet, da sie durch den Gleitlack beweglich bleiben sollen. Die Ummantelung kann beispielsweise aus einem thermoplastischen Elastomer bestehen. Die Ummantelung kann beispielsweise aus TPE-U (thermoplastisches Elastomer auf Urethanbasis), Polyamid (z.B. PA12) oder ETFE (Ethylen-Tetrafluorethylen-Copolymer) bestehen.
Die Polymer-isolierten Drähten aus der zweiten metallischen Legierung mit geringerer Leitfähigkeit, bevorzugt einer CuSn6-Legierung, können, bezogen auf den Querschnitt des Innenleiters, vermehrt radial außen angeordnet sein und die Polymer-isolierten Drähten aus der ersten metallischen Legierung mit höherer Leitfähigkeit, bevorzugt aus CuSn0,3-Legierung, bezogen auf den Querschnitt des Innenleiters, vermehrt radial innen angeordnet sind.
Die Drähte können parallel oder verflochten/verdrillt angeordnet sein. In einer Ausführungsform kann der Innenleiter, bezogen auf den Querschnitt, eine äußerste Schicht, bestehend aus Polymer-isolierten Drähte aus CuSn6-Legierung, aufweisen.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch die Verwendung des erfindungsgemäßen Heizkabels als Heizkabel, bevorzugt als Heizkabel in einem Sitz oder Sitzelement, bevorzugt Autositz, oder als Heizleitung in Roboterkabeln, oder in beheizten Wischersystemen, oder in Heizelementen (z.B. Heizdecke, Heizkissen, flexibles Heizelement für Gefäße, und Lenkradheizung).
Zudem betrifft die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Heizkabels, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

(a) Beschichten eines Drahts aus einer ersten Metalllegierung mit Lack,
(b) Beschichten des beschichteten Drahts aus Schritt (a) mit einem Gleitlack und Erhalten eines Polymer-isolierten Drahts aus einer ersten Metalllegierung und gegebenenfalls Beschichten des Drahts mit weiteren Beschichtungen,
(c) Beschichten eines Drahts aus einer zweiten Metalllegierung mit Lack,
(d) Beschichten des beschichteten Drahts aus Schritt (c) mit einem Gleitlack und Erhalten eines Polymer-isolierten Drahts aus einer zweiten Metalllegierung und gegebenenfalls Beschichten des Drahts mit weiteren Beschichtungen,
(e) Verlitzen der zugfesten Fasern und der vorbestimmten Anzahl an Polymer-isolierten Drähte aus Schritt (b) und (d) zu einer Litze; und
(f) Ummanteln der Litze aus Schritt (e) in einer Extrusionslinie mit dem Ummantelungsmaterial und Erhalten des Heizkabels.

Das Verfahren kann insbesondere die folgenden Schritte umfassen:

(a) Beschichten eines CuSn0,3-Drahts mit Lack,
(b) Beschichten des beschichteten Drahts aus Schritt (a) mit einem Gleitlack und Erhalten eines Polymer-isolierten Drahts aus CuSn0,3-Legierung und gegebenenfalls Beschichten des Drahts mit weiteren Beschichtungen,
(c) Beschichten eines CuSn6-Drahts mit Lack,
(d) Beschichten des beschichteten Drahts aus Schritt (c) mit einem Gleitlack und Erhalten eines Polymer-isolierten Drahts aus CuSn6-Legierung und gegebenenfalls Beschichten des Drahts mit weiteren Beschichtungen,
(e) Verlitzen der zugfesten Fasern und der vorbestimmten Anzahl an Polymer-isolierten Drähte aus Schritt (b) und (d) zu einer Litze; und
(f) Ummanteln der Litze aus Schritt (e) in einer Extrusionslinie mit dem Ummantelungsmaterial und Erhalten des Heizkabels.

Bei jedem Schritt können die Vorprodukte von einer Spule ablaufen und können nach der Verarbeitung wieder auf eine Spule aufgespult werden.
Des Weiteren können einer oder mehrere der folgenden Schritte angewendet werden:

- Ziehen des CuSn0,3-Drahts vor Schritt (a) auf einen den vorbestimmten Enddurchmesser, beispielsweise 0,05 mm.
- Rekristallisieren (Weichglühen) des gezogenen CuSn0,3-Drahts vor Schritt (a) bei erhöhter Temperatur, insbesondere des gezogenen CuSn0,3 Draht mit einem Durchmesser von 0,03-0,07 mm, bevorzugt etwa 0,05 mm.
- Ziehen des CuSn6-Drahts vor Schritt (a) auf einen den vorbestimmten Enddurchmesser, beispielsweise 0,05 mm.
- Rekristallisieren (Weichglühen) des gezogenen CuSn6-Drahts vor Schritt (c) bei erhöhter Temperatur, insbesondere des gezogenen CuSn0,3 Draht mit einem Durchmesser von 0,03-0,07 mm, bevorzugt etwa 0,05 mm.

Der Schritt (e) des Verlitzens der zugfesten Fasern und der gewünschten Anzahl an Polymer-isolierten Drähten kann in einer üblichen Verlitz-/Verseilmaschine erfolgen.
Der Verlitzprozess kann dabei auch in mehrere Verlitzschritte aufgeteilt werden, wenn z.B. einzelne Lagen der Litze eine unterschiedliche Schlagrichtung haben sollen.
Auch wenn einige der voranstehend beschriebenen Aspekte und Details in Bezug auf das Heizkabel beschrieben wurden, so können diese Aspekte/Details in entsprechender Weise in dem Verfahren zum Herstellen des Heizkabels realisiert werden.
Die vorliegende Erfindung soll weiter anhand 1 erläutert werden:

1 zeigt schematisch den Querschnitt eines Ausführungsbeispiels eines Heizkabels.

Im Folgenden werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, spezifische Details dargelegt, um ein vollständiges Verständnis der vorliegenden Erfindung zu liefern. Es ist einem Fachmann jedoch klar, dass die vorliegende Erfindung in anderen Ausführungsbeispielen verwendet werden kann, die von den nachfolgend dargelegten Details abweichen können. Die Figur dient ferner lediglich zum Zwecke der Verdeutlichung von Ausführungsbeispielen. Sie sind nicht maßstabsgetreu und sollen lediglich das allgemeine Konzept der Erfindung beispielhaft wiederspiegeln. Beispielsweise sollen Merkmale, die in der Figur enthalten sind, keineswegs als notwendiger Bestandteil erachtet werden.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Heizkabels 1. Der Innenleiter 2 umfasst die jeweils Polymer-isolierte Drähte aus einer ersten Metalllegierung (4), die jeweils Polymer-isolierte Drähte aus einer zweiten Metalllegierung (5) und eine Ummantelung (6). Die Polymer-isolierten Drähte weisen zwei Beschichtungen auf (hiervon ist in 1 nur eine angedeutet).
Gemäß einer Variante des Ausführungsbeispiels bestehen die Polymer-isolierten Drähte (4) aus LEONI Histral® H72 (eine CuSn0,3-Legierung). Die Polymer-isolierten Drähte (5) bestehen aus LEONI Histral® R15 (eine CuSn6-Legierung).
Das gezeigte Ausführungsbeispiel weist die folgenden Kennwerte auf:

Das Ausführungsbeispiel hat 12 Drähte CuSn0,3 und 36 Drähte CuSn6. Aus dieser Kombination ergeben sich folgende Werte:

Metallischer Leiterquerschnitt:	0,09mm²
Widerstand:	0,65 Ohm/m
Wandstärke der Isolation:	0,25mm
Außendurchmesser der Leitung:	1,0 mm

Es wurden mit dem Ausführungsbeispiel >20000 Biegewechsel bei einem Test erreicht. Bei früheren Konstruktionen (ohne Gleitlack und mit nur einer Legierung) wurde lediglich >10000 Biegewechsel erreicht.
Das Heizkabel 1 kann zum Beispiel mit einem Verfahren hergestellt werden, wie in den Ansprüchen definiert.
Das gezeigte Ausführungsbeispiel wurde wie folgt hergestellt:

In einem ersten Schritt wurde der LEONI Histral® H72 auf einen Enddurchmesser von 0,05 mm gezogen. Der erhaltene Draht wurde bei einer Temperatur von 300°C bis 700°C für 0,15 bis 30 Sekunden rekristallisiert bzw. weichglüht. Temperatur und Zeit lassen sich nur schwer bestimmen, da die nachgeschaltete Drahtlackiermaschine die Rekristallisation aufgrund der hohen Temperatur weiterführt. Der erhaltene Draht wurde in einer Drahtlackiermaschine mit Polyurethan-Lack bei einer Temperatur von 400°C bis 600°C mit Elantas Wire Enamel 1342 beschichtet. Die Schichtdicke betrug 2,5-5,0 µm. Der Polyurethan-Lack beschichtete Draht wurde mit einer Mischung aus Polyurethan und Polyethylenwachs in einer Drahtlackiermaschine mit Polyurethan-Lack bei einer Temperatur von 400°C bis 600°C beschichtet. Diese Schicht stellt einen Gleitlack dar. Die Schichtdicke betrug etwa 1 µm. Dasselbe Verfahren wurde für die LEONI Histral® R15 Drähte durchgeführt.
Eine Anzahl von 12 LEONI Histral® H72 Drähten wurde mit einer Anzahl von 36 LEONI Histral® R15 Drähten und 220 dtex Vectran™-Multifilamentfasern verlitzt. Anschließend wurde die Litze in einer Extrusionslinie mit dem Ummantelungsmaterial (TPE-U, PA12 oder ETFE) ummantelt. Die Schichtdicke betrug 0,25 mm. Das erhaltene Heizkabel entsprach im Aufbau der 1.
Bei jedem Schritt liefen die Vorprodukte von einer Spule ab und wurden nach der Verarbeitung wieder auf eine Spule aufgespult.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015104947 A1 [0005]
DE 10137976 A1 [0006]

Claims

Heizkabel (1), aufweisend: - mindestens einen Innenleiter (2), enthaltend: a) 6-18 jeweils Polymer-isolierte Drähte aus einer ersten Metalllegierung (4), b) 30-42 jeweils Polymer-isolierte Drähte aus einer zweiten Metalllegierung (5), und c) in Längsrichtung des Innenleiters (2) angeordnete, zugfeste Fasern (3); und - mindestens eine Ummantelung (6), wobei der Außendurchmesser des Heizkabels (1) weniger als 2 mm beträgt; und wobei die Polymer-isolierten Drähte aus der ersten und zweiten Metalllegierung eine unterschiedliche elektrische Leitfähigkeit aufweisen.
Das Heizkabel (1) nach Anspruch 1, wobei die Polymer-isolierten Drähte jeweils mindestens zwei Polymer-Beschichtungen auf der Metalllegierung aufweisen, wobei die innere/eine innere Schicht zur elektrischen Isolierung dient und die äußere/äußerste Schicht als Gleitschicht dient.
Das Heizkabel (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Polymer-isolierten Drähte durch mindestens eine Lackschicht gegeneinander isoliert sind, insbesondere mindestens eine Lackschicht, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyurethanen, Polyesterimiden, Polyamidimiden und aromatischen Polyimiden.
Das Heizkabel (1) nach einem vorangegangenen Anspruch, wobei die Polymer-isolierten Drähte je mindestens zwei Beschichtungen aufweisen, wobei die innere/ eine innere Schicht eine Lackschicht ist und die äußere/äußerste Schicht eine Gleitlackschicht ist.
Das Heizkabel (1) nach Anspruch 4, wobei die Gleitlackschicht aus einem Lack enthaltend ein Gleitmittel besteht.
Heizkabel (1) nach einem vorangegangenen Anspruch, aufweisend: - mindestens einen Innenleiter, enthaltend: a) 6-18 jeweils Polymer-isolierte Drähte aus einer ersten CuSn-Legierung (4), bevorzugt CuSn0,3-Legierung, b) 30-42 jeweils Polymer-isolierte Drähte aus einer zweiten CuSn-Legierung (5), bevorzugt CuSn6-Legierung, und c) in Längsrichtung des Innenleiters (2) angeordnete, zugfeste Fasern (3); und - mindestens eine Ummantelung (6), wobei der Außendurchmesser des Heizkabels (1) weniger als 2 mm beträgt.
Das Heizkabel (1) nach einem vorangegangenen Anspruch, wobei die Polymer-isolierten Drähte einen Durchmesser von weniger 0,08 mm aufweisen.
Das Heizkabel (1) nach einem vorangegangenen Anspruch, wobei der Widerstand des Heizkabels 0,4-1,0 Ohm/m beträgt.
Das Heizkabel (1) nach einem vorangegangenen Anspruch, wobei die zugfesten Fasern aus aromatischen Polyestern bestehen.
Das Heizkabel (1) nach einem vorangegangenen Anspruch, wobei die Polymer-isolierten Drähten aus CuSn6-Legierung (5), bezogen auf den Querschnitt des Innenleiters, vermehrt radial außen angeordnet sind und die Polymer-isolierten Drähten aus CuSn0,3-Legierung (4), bezogen auf den Querschnitt des Innenleiters, vermehrt radial innen angeordnet sind.
Verwendung des Heizkabels (1) nach einem der Ansprüche 1-10 als Heizkabel in einem Sitz oder Sitzelement, oder als Heizleitung in Roboterkabeln, oder in beheizten Wischersystemen, oder in Heizelementen.
Verfahren zum Herstellen eines Heizkabels (1) nach einem der Ansprüche 1-10, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: (a) Beschichten eines Drahts aus einer ersten Metalllegierung mit Lack, (b) Beschichten des beschichteten Drahts mit einem Gleitlack und Erhalten eines Polymer-isolierten Drahts aus einer ersten Metalllegierung, (c) Beschichten eines Drahts aus einer zweiten Metalllegierung mit Lack, (d) Beschichten des beschichteten Drahts mit einem Gleitlack und Erhalten eines Polymer-isolierten Drahts aus einer zweiten Metalllegierung, (e) Verlitzen der zugfesten Fasern und der vorbestimmten Anzahl an Polymer-isolierten Drähte aus Schritt (b) und (d) zu einer Litze; und (f) Ummanteln der Litze aus Schritt (e) in einer Extrusionslinie mit dem Ummantelungsmaterial und Erhalten des Heizkabels.