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Die Erfindung betrifft eine geschirmte Flachleitung in kompaktierter Ausführung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen geschirmten Flachleitung.
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Technischer Hintergrund
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Aus dem Stand der Technik sind elektrische Kontakteinrichtung bekannt, die insbesondere einen kompaktierten Abschnitt eines elektrischen Verbinders, bevorzugt einer elektrischen Leitung, für eine Anwendung im Mittel- oder Hochstrombereich bzw. Hochvoltbereich aufweisen, sowie ein Verfahren zum Herstellen eines solchen elektrisch leitenden Verbindungspartners z. B. für eine Versorgung und/oder Verteilung von elektrischer Energie. Viele der bekannten Leitungssysteme weisen aber Nachteile auf, wie zum Beispiel zu geringe Stromtragfähigkeit, mangelnde Flexibilität oder hoher Herstellungskosten.
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Im elektrischen Bereich insbesondere im Automotiven Bereich für Fahrzeuganwendungen sind eine große Anzahl von elektrischen Verbindern oder Verbindungspartnern bekannt, welche dazu dienen, elektrische Ströme und Spannungen im Mittel- oder Hochstrom- und/oder -spannungsbereich zu übertragen. Als Hochspannungsanwendung im Sinne der vorliegenden Erfindung werden hierbei solche Spannungen betrachtet, die im Sinne der internationalen Standards nicht mehr als berührsichere Spannungen gelten.
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Insbesondere müssen solche Verbindungsleitungen, z. B. für eine Versorgung und/oder Verteilung von elektrischer Energie in warmen, ggf. heißen, verunreinigten, feuchten und/oder chemisch aggressiven Umgebungen kurzfristig und/oder dauerhaft eine einwandfreie Übertragung von elektrischer Leistung gewährleisten und dabei flexible von einem Konfektionär konfektioniert werden können. Aufgrund einer großen Bandbreite von Anwendungen ist eine große Anzahl von den unterschiedlichsten Verbindern im Automotive- und auch im industriellen Bereich bekannt.
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Solche elektrischen Leitungen oder Kabelbäume werden im Fahrzeug teilweise entlang komplexer Geometrien verlegt und müssen daher biegsam sein, einen geringen Platzbedarf benötigen und ferner einer hohen mechanischen und thermischen Belastbarkeit standhalten. Platzsparende Lösungen stellen dabei Flachleitungen dar.
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Nach der Terminologie der Kabel- und Leitungsindustrie unterscheidet man zwischen Rundleitungen und Flachleitungen, wobei Rundleitungen einen im Wesentlichen runden oder nahezu runden Querschnitt aufweisen, während Flachleitungen einen im Wesentlichen flachen, insbesondere rechteckigen Querschnitt aufweisen, bei dem die Breite der Leitung deutlich größer ist als die Dicke der Leitung. Flachleitungen im Sinne der vorliegenden Erfindung sind ebenfalls solche Leitungen, bei denen die Breite der Leitung deutlich größer ist als die Dicke der Leitung.
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Eine weitere Herausforderung stellen die EMV Bedingungen im Automobil dar. So sind zusätzliche Schirmeinrichtungen notwendig, um die erforderlichen EMV-Bedingungen zu erfüllen.
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Eine besondere Ausführungsform von Leitungen, sind die aus dem Stand der Technik bekannten Flachleitungen. Dabei gibt es diverse Entwicklungen, um unterschiedliche Eigenschaften und Charakteristiken zu realisieren.
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Aus der
JP 2003-223817 A ist zum Beispiel eine Flachleitung bekannt, die keine rechteckförmigen bzw. von zumindest zwei parallelen Flächen begrenzte, sondern runde Leitungen besitzt. Vorgesehene Materialvorsprünge sind in Bezug auf die Leitungen unregelmäßig verteilt. Jeweils eine zwischen zwei benachbarten Leitungen liegende Verdickung ist dabei nicht ausgebildet. Ähnliches gilt für die Ausführungsform einer Flachleitung gemäß
JP09-288913 A .
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Aus der
EP 1263000 A1 ist eine weitere Ausgestaltung einer Flachleitung bekannt, deren Mantel aus speziellen Materialien extrudiert wird. Eine zwischen zwei Flachleitern ausgebildete Verdickung wird als unerwünschter Effekt bei der Extrusion angesehen, der möglichst vermieden werden soll. Für den Mantel werden bekannte Kunststoffe eingesetzt, die entsprechende Isolationseigenschaften und Festigkeitseigenschaften aufweisen. Ganz allgemein ist zu bemerken, dass Flachleiter aus Metall bzw. entsprechend gewählten Legierungen auch mit oder ohne zusätzliche Ummantelung in der Flachleitung vorliegen können.
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Wenn bekannte Ausbildungen auch der Flexibilität der Flachleitung im gewissen Maße zuträglich sind, so sind jedoch Flachleitungen in ihrem Einsatz mitunter Beanspruchungen ausgesetzt, welche die vorhandenen Festigkeitseigenschaften übersteigen. Dies ist insbesondere für den Abschnitt bzw. Bereich der Flachleitung von Bedeutung, in dem die Flachleitung an einen Anschluss- bzw. Verbindungsbauteil angeformt oder daran befestigt ist. Flachleitungen werden auch eingesetzt, um bei beweglichen Bauteilen eine Kontaktierung zu erreichen, beispielsweise bei den Beleuchtungsbalken von Kopierern oder für die Stromversorgung von sich drehenden Bauteilen, beispielsweise von an einem Lenkrad eines Kraftfahrzeuges befestigten Armaturen oder Airbags, wobei das angeschlossene Ende der Flachleitung die Rotationsbewegungen des Lenkrades mitmachen muss.
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Teilweise finden sich am Markt auch Lösungen von geflochtenen Metallflachleitungen, die z. B. als Batterie- oder Masseanschluss Verwendung finden. Diese Lösungen sind aber teuer in der Herstellung und besitzen andere Nachteile und sind darüber hinaus daher nicht als Meterware für einen Konfektionär verfügbar.
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Darüber hinaus sind bisher insgesamt keine konfektionierbaren, insbesondere als Meterware (auf der Rolle oder einer Kabeltrommel) erhältliche Lösungen verfügbar, die sowohl für die Übertragung hoher Leistung geeignet sind, ausreichend flexibel und biegsam und kostengünstig herstellbar sind und derzeit geltenden EMV-Erfordernissen genügen.
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Diese Aufgaben werden durch die Merkmalskombination gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird hierzu eine Flachleitung mit einer besonderen konzeptionellen Ausgestaltung vorgeschlagen, wobei die Flachleitung hierzu aus einer äußeren elektrischen Isolierung besteht und wenigstens einer innerhalb der Isolierung eingebrachten elektrischen Leiterstruktur, wobei die Leiterstruktur aus einem Stapel von einer Mehrzahl an übereinander gepackten dünnen metallischen Lagen besteht.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist dabei vorgesehen, dass die Leiterstruktur aus einer Anzahl von wenigstens fünf, vorzugsweise wenigstens zehn Lagen ausgebildet ist. Die Anzahl in der Erfindung ist aber nicht darauf beschränkt. Die wenigstens fünf oder wenigstens zehn Lagen können sich erfindungsgemäß natürlich auch von dieser ergebenden Anzahl von Lagen unterscheiden. Insbesondere ist vorgesehen, dass eine spezifische Orientierung der gewalzten, insbesondere metallischen Kupferbleche so gewählt wird, dass man die Eigenschaften der Bleche in besonders geeigneter Weise dazu nutzt, die Flexibilität der Flachleitung zu optimieren.
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In einer ebenfalls vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die jeweiligen metallischen Lagen daher als dünne Blechstreifen oder Blechbänder ausgebildet sind, die sich entlang der Erstreckungsrichtung der gesamten Flachleitung erstrecken. Durch Verwendung von Blechbändern und Blechstreifen in der entsprechenden Länge kann daher eine Flachleitung als Meterware ausgebildet werden und nicht lediglich nur kurze Verbindungselemente hergestellt werden.
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Anders ausgedrückt lässt sich auf diese Weise Meter- oder Rollenware in gewünschter Länge als Halbfabrikat herstellen, sodass für einen Kabelkonfektionär eine neuartige Leitung insbesondere Hochvoltleitung zur Leistungsübertragung als ablängbare Meterware verfügbar ist.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die jeweiligen metallischen Lagen aus einem jeweils gleichen Material oder alternativ aus unterschiedlichen Materialien gebildet sind. Durch geeignete und geschickte Materialkombinationen, insbesondere durch geschickte Packungen der gestapelten Lagen lassen sich spezifische Eigenschaften der erfindungsgemäßen Flachleitung realisieren. So können z. B. gewisse Lagen aus besonders leitfähigem Material, wie z. B. Kupfer und Kupferlegierungen hergestellt werden, während andere Lagen aus Materialien mit anderen besonderen spezifischen Eigenschaften hergestellt sind, sodass man durch den gewählten Materialmix und insbesondere durch die gewählten Materialdicken, d. h. Bänderdicken, eine Vielzahl von Flachleitungsvarianten herstellen kann.
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Eine bevorzugte Konzeption der Erfindung sieht vor, dass die metallischen Lagen als in der Dickenrichtung der Flachleitung kompaktierte Lagen in der Isolierung eingebracht sind. Aufgrund der Kompaktierung und insbesondere der Eigenschaften einer Kompaktiereinrichtung lassen sich daher spezifische Packungen und Packungsdichten herstellen. Eine weitere ebenfalls bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Flachleitung mehrere elektrische, durch die Isolierung voneinander getrennte, insbesondere in Breitenrichtung der Flachleitung nebeneinander angeordnete Leiterstrukturen aufweist, von denen wenigstens eine, mehrere oder alle jeweils aus einem Stapel von einer Mehrzahl an übereinander gepackten dünnen metallischen Lagen besteht. Auf diese Weise kann eine spezifische Stegleitung hergestellt werden.
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Hierzu kann in vorteilhafter Weise vorgesehen sein, dass die Flachleitung in den Bereichen, in denen eine Leiterstruktur vorgesehen ist, eine größere Dicke aufweist wie in den Zwischenabschnitten und zwar zwischen jeweils zwei unmittelbar miteinander verlaufenden Leiterstrukturen aus solchen metallischen Lagen, wobei die Zwischenabschnitte insbesondere jeweils als ein flacher Stegabschnitt ausgebildet sind. Auf diese Weise erhält man eine besonders kostengünstig herstellbare Stegleitung, die sich für den Einsatz in Hochvoltanwendungen eignet.
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Eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform sieht vor, dass ein sich entlang der Erstreckungsrichtung ausgebildetes Schirmgeflecht um die eine oder um die mehreren Leiterstrukturen herum innerhalb der Isolierung des Mantels angeordnet ist. Hierdurch kann man eine geschirmte Flachleitung realisieren.
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Ein noch weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft neben der Flachleitung als solcher auch das Verfahren zur Herstellung einer solchen Flachleitung. Das Verfahren ist dadurch charakterisiert, dass die folgenden Verfahrensschritte vorgesehen sind:
- a) Herstellen einer Leiterstruktur, ausgebildet als Stapel aus einer Mehrzahl an übereinander gepackten dünnen metallischen Lagen, insbesondere aus dünnen Metallblechen oder Metallbändern.
- b) Kompaktieren der Leiterstruktur vor dem Einführen in einen Extruder und
- c) Umhüllen der kompaktierten Leiterstruktur mit einer elektrischen Isolierung vorzugsweise in einem Extruder.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass beim Schritt a) die Metallbänder von Spulen einer Stapeleinheit abgespult und zu einem Stapel zusammengeführt werden, bei denen mehrere der Metallbänder jeweils übereinander gestapelt werden und dabei durch eine seitliche Führung zueinander positioniert werden, um die gewünschte Leiterstruktur zu erhalten und insbesondere zur Durchführung von Schritt b) in der gestapelten Anordnung dann einer Kompaktiereinheit zugeführt werden, indem der Kompaktierschritt erfolgt.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform erfolgen die Verfahrensschritte sozusagen parallel in einer Anlagentechnik, bei der die Bänder entlang der Fertigungsrichtung geführt werden und die einzelnen Stationen seriell hintereinander angeordnet sind.
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Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt.
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Es zeigen
- 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 3 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 4 ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 5 ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 6 ein sechstes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 7 ein siebtes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 8 ein achtes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 9 ein neuntes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die 1 bis 9 näher erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleiche strukturelle und/oder funktionale Merkmale der Erfindung hinweisen.
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In den 1 bis 4 sind unterschiedliche Ausgestaltungen von Flachleitungen 1 gezeigt, die alle einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweisen sowie einen Außenmantel 40 sowie eine elektrische Isolierung 10, in welche eine elektrische Leiterstruktur 20 eingebracht ist. Zwischen der elektrischen Isolierung 10 und dem Außenmantel 40 ist ferner ein Schirmgeflecht 30 eingebracht. Die vier Ausführungsformen unterscheiden sich im Wesentlichen durch die Anordnung und Ausprägung der geometrischen Form und insbesondere der Querschnittsform des Schirmgeflechts 30.
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Die elektrische Leiterstruktur 20 ist jeweils beispielhaft auf fünf Lagen 21 und zwar aus metallischen Lagen 21 ausgebildet, welche übereinander gestapelt sind. Allerdings können eine beliebige Anzahl technisch herstellbarer metallischer dünner Lagen zu einem Stapel gepackt werden, um die besagte Leiterstruktur 20 zu erzeugen.
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In den Ausführungsbeispielen gemäß den 5 und 6 sind Flachleitungen 1 gezeigt, bei denen jeweils zwei elektrische Leiterstrukturen 20 in Breitenrichtung nebeneinander jeweils in einer Isolierung 10 angeordnet sind. Die elektrische Leiterstrukturen 20 bestehen hier ähnlich wie bei den Ausführungsbeispielen gemäß 1 bis 4 aus einem Stapel von einer Mehrzahl an übereinander gepackten dünnen metallischen Lagen 21. Durch diese Ausgestaltung besteht in Breitenrichtung zwischen den Leiterstrukturen 20 innerhalb der Flachleitung eine so genannte verstärkte und doppelte Isolierung ausgebildet durch die Isolierung 10. Um die beiden Leiterstrukturen 20 und die jeweiligen Isolierungen 10 herum ist ein gemeinsames Schirmgeflecht 30 angeordnet. Das Schirmgeflecht 30 ist wiederum umgeben von einem gemeinsamen Außenmantel 40.
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In der Ausgestaltung der 6 ist zu erkennen, dass an der Position zwischen den beiden von einer Isolierung umgebenen elektrischen Leiterstrukturen 20 entlang des Außenmantels 40 Einbuchtungen bzw. Ausnehmungen 41 vorgesehen sind.
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In der Ausführungsform gemäß der 7 ist eine erfindungsgemäße Stegleitung ausgebildet. Diese Ausführungsform der Flachleitung 1 wird im Wesentlichen aus einer Kombination von in den 1 bis 4 gezeigten Ausführungsformen gebildet, die wiederum miteinander über einen Steg 11 als Zwischenabschnitt miteinander verbunden sind.
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In den Ausführungsformen gemäß 8 und 9 sind die elektrischen Leiterstrukturen 20 in Dickenrichtung jeweils übereinander gestapelt, aber elektrisch voneinander isoliert. In der Ausführungsform gemäß 8 besitzen die beiden elektrischen Leiterstrukturen 20 eine gemeinsame Isolierung 10. Während in der Ausführungsform gemäß 9 ersichtlich ist, dass jede der beiden Leiterstrukturen 20 eine eigene Isolierung 10 ausbildet, die allerdings flächig an ihrer Berührungsstelle aneinander anliegen. Jeweils in die beiden übereinander gestapelten elektrischen Leiterstrukturen 20 ist wiederum ein Schirmgeflecht 30 ausgebildet und um das Schirmgeflecht 30 herum jeweils ein Außenmantel 40.
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Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf die vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2003223817 A [0009]
- JP 09288913 A [0009]
- EP 1263000 A1 [0010]
