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Die Erfindung betrifft eine elektrisch leitende Kabelverbindung zur Abdichtung einer Verbindung zwischen einem von einer isolierenden Ummantelung, z.B. mit einem PVC- oder Silikon umschlossenen, elektrischen Leiter, der an einem Freiende frei gelassen ist, und einem an diesem Freiende mit dem Leiter verbundenen Kontaktteil, wie z.B. einem Terminal, einem Stecker oder dergleichen, wobei das Kontaktteil einen Verbindungsabschnitt zur Verbindung mit dem Freiende des Leiters umfasst, sowie einem den Verbindungsabschnitt und das Freiende umschließenden Schrumpfschlauch mit einem in diesem aufgenommenen Kleber.
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Insofern betrifft die Erfindung einen mit einer wenig haftenden Ummantelung umgebende elektrische Leitung, welche mitunter auch einfach als silikonisolierte Fahrzeugeinzelader bezeichnet wird, mit einem Kontaktteil mittels eines Schrumpfschlauchs, welcher den Verbindungsabschnitt zwischen dem Kontaktteil und dem abisolierten Freiende des elektrischen Leiters bzw. der Fahrzeugeinzelader in Einbaulage, also aufgeschrumpft abdichtend umschließt.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren zur Herstellung einer zumindest feuchtigkeitsdichten, elektrisch leitenden Kabelverbindung zwischen einem elektrischen Leiter, der von einer isolierenden Ummantelung, z.B. aus Silikon oder PVC umschlossen ist und einem Freiende frei gelassen ist, sowie einem mit diesem Freiende an einer Verbindungsstelle mit dem Leiter verbundenen Kontaktteil, wie z.B. einem Terminal, einem Stecker, einem anderen elektrischen Leiter oder dergleichen. Die wird von einem Schrumpfschlauch umschlossen und durch Erwärmung des Schrumpfschlauchs abgedichtet.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 10 2015 222 582 A1 ist eine Vorrichtung zur Abdichtung einer Verbindung zwischen einem elektrischen Leiter mit einer PVC- oder Silikon-Isolierung bekannt, die ein Ende des Leiters frei lässt, und einem, mit dem Leiter elektrisch verbundenen Kontaktteil. Das Kontaktteil ist mit einer Ummantelung aus einem teilkristallinen Thermoplast bedeckt, wobei das Kontaktteil im Bereich der Kontaktierung mit dem Leiter frei liegt. Erfindungsgemäß wird ein hülsenförmiger Adapter aus einem teilkristallinen Thermoplast eingeführt, der mit einer Dichtung den Leiter in einem Endbereich der PVC- oder Silikon-Isolierung umschließt.
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Weiterhin umfasst die Vorrichtung eine Umspritzung aus einem thermoplastischen oder polymeren Elastomer, die das freiliegende Freiende des Leiters, den freiliegenden Anteil des Kontaktteils und zumindest Anteile des Adapters und der Ummantelung des Kontaktteils bedeckt.
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Nachteile am Stand der Technik
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Eine ausreichende Dichtigkeit, insbesondere gegen kriechende Feuchtigkeit, ist bei derartigen Kabelendverbindungen sehr wichtig, um eine Beschädigung der Elektrik wirksam zu verhindern.
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Gängige Hotmelt-Doppelwandlösungen bestehen den Bubble-Test, bei welcher die Kabelendverbindung in Wasser eingetaucht und die Leitung vom anderen Ende mit Druck beaufschlag wird, vorerst, aber Ausfälle treten nach Alterung, Temperaturänderungen und Vibrationen auf.
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Silikonkabel werden heute hauptsächlich aufgrund der sehr guten Biegeeigenschaften, aber nicht unbedingt aufgrund der hohen Temperaturbeständigkeit eingesetzt.
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Es ist davon auszugehen, dass die Nutzung in den nächsten Jahren im Hinblick auf die zukünftige Elektrifizierung („EV-Trends“) von Kraftfahrzeugen zunehmen werden und insofern die Anforderungen an eine verlässliche Dichtigkeit steigen.
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Die Verwendung von silikonisolierten Kabeln war bislang insbesondere im Fahrzeugbereich beschränkt möglich, weil Silikon zwar eine sehr gute Abdichtung des Kabels selbst realisiert, sehr gute Biegeeigenschaften aufweist, die geringere Radien als beispielsweise mit PVC ummantelte Leitungen ermöglichen, aber aufgrund der geringen Haftungseigenschaften von Silikon bislang nicht für eine dichtende Ummantelung mit einem Schrumpfschlauch geeignet sind.
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Aufgabe
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Ausgehend von dem eingangs genannten Stand der Technik und den damit verbundenen Nachteilen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zumindest teilweise zu vermeiden und insbesondere eine Kabelverbbindung vorzusehen, bei welcher die Ummantelung des Kabels geringe Haftungseigenschaften aufweist, insbesondere als silikonummantelte Leitung ausgebildet ist und die gleichzeitig die benötigte Dichtigkeit aufweist.
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Erfindung
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Die Aufgabe wird bereits durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Merkmale sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
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Die erfindungsgemäße Kabelverbindung zeichnet sich dadurch aus, dass auf dem Leiter in der Nähe des Freiendes, also im Bereich der Verbindungsstelle ein Metallring aufgepresst ist.
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Die isolierende Ummantelung bzw. der isolierende Mantel umfasst vorzugsweise Silikon, kann aber auch PVC, PTFE, ETFE, PE, PA, TPE's usw. umfassen bzw. daraus bestehen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren wird diese Aufgabe bereits dadurch gelöst, dass auf das Freiende des elektrischen Leiters ein Metallring aufgebracht wird, dass der Metallring auf die Ummantelung des Leiters aufgepresst wird und dass der Schrumpfschlauch beim Erwärmen mit dem Metallring dichtend verbunden wird.
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Diese überraschend einfache Lösung realisiert somit eine mechanische Verbindung der Ummantelung des Leiters indem der Ring in die Außenfläche des Leiters eingepresst wird. Der Ring bietet dann eine Haftfläche, auf welcher der Schrumpfschlauch haften kann, um die notwendige Abdichtung von dem Metallring bis zu dem Verbindungsabschnitt des Kontaktteils zu gewährleisten.
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Die Erfindung sieht somit eine mechanisch realisierte wasserdichte Lösung dahingehend vor, dass der die Leitung bzw. den isolierenden Mantel der Leitung umschließende Metallring formschlüssig auf die äußere Leitung so aufgepresst ist, dass dieser unverrückbar auf der isolierenden Ummantelung angeordnet ist.
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Besonders geeignet ist die Erfindung für eine Lösung zur Abdichtung von Splice-Verbindungen zwischen zwei Kabeln und Terminalanordnungen am Ende eines Kabels, und zwar insbesondere im Fahrzeugbereich.
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Vor einer Biegebeanspruchung im Biegetest wurde die erfindungsgemäße Kabelverbindung einem Bubble-Test unterzogen. Dieser lieferte einwandfreie Ergebnisse und kein Austritt von Blasen. Die Verbindung im Metallring und am Verbindungsabschnitt des Kontaktteils ist also dicht. Sodann wurde eine Biegebeanspruchung vorgenommen, bei welcher nur der abgedichtete Kabelschuh einer Biegebeanspruchung ausgesetzt wurde. Die vorbereiteten Proben werden in eine Biegevorrichtung eingebracht. Der Kabelschuh bzw. das Kabel wird auf einen Stift gesteckt und mit der Spannvorrichtung fixiert. Die zu prüfende Leitung wird durch Ziehen am freien Leitungsende (nicht am Schrumpfschlauch) einmal bis zum Anschlag abgewinkelt und wieder zurückgebogen. Nach dem Zurückbiegen ist deutlich zu erkennen, dass die Haftung des Schrumpfschlauchs und die Ummantelungwandlung, insbesondere der Silikonleitung nicht gegeben ist. Der Schrumpfschlauch biegt sich sichtbar von der äußeren Mantelfläche der Silikonleitung ab. Am metallischen Kontaktteil und am Metallring ist die Haftung des Schrumpfschlauchs mit Innenklebers gegeben und dicht.
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Das Aufpressen des Metallrings auf die äußere Mantelfläche der Leitung erfolgt durch eine entsprechend ausgebildete Zange oder einem anderen Werkzeug mit zwei Halbbacken, welche mit einem Backenunterteil und einem Backenoberteil den Metallring vollumfänglich umschließen und welche sodann zusammengepresst werden.
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Der Vorteil der Erfindung liegt somit darin, dass mitunter dieselbe Pressvorrichtung, aber mit unterschiedlichen Werkzeugen eingesetzt werden können, mit welchem der Verbindungsabschnitt des Kontaktteils mit dem Freiende der Leitung verpresst bzw. verbunden wird. Die erfindungsgemäße Lösung ist dabei für beliebig große Leitungsquerschnitte einsetzbar, bevorzugt aber für einen Leitungsquerschnitt ab 6 mm2.
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Da der Metallring in Einbaulage von dem Schrumpfschlauch umschlossen ist, ist dieser mitunter bei einem nicht durchsichtigen Schrumpfschlauch nicht sichtbar. Mittels eines Metalldetektors ist aber im Rahmen der Qualitätsprüfung einfach automatisiert feststellbar, ob der Metallring an der entsprechenden Stelle angeordnet ist.
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Besonders bevorzugt ist auch das Kontaktteil aus Metall, insbesondere aus Edelstahl gefertigt, welches neben dem Metallring eine besonders gute Verbindung mit dem Schrumpfschlauch realisiert, der sich beim Erwärmen an die äußere Geometrie des Verbindungsabschnitts und des Metallrings anpasst und diese umfänglich bzw. vollumfänglich dichtend umschließt.
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Eine noch bessere Abdichtung kann dadurch realisiert werden, dass innenseitig in dem Schrumpfschlauch ein Kleber aufgebracht ist, besonders bevorzugt einen „modifizierten Polyamid Kleberansatz mit sehr guten Haftungseigenschaften auf Metalloberflächen. In diesem Zusammenhang wird auch häufig von einem doppelwandigen Schrumpfschlauch gesprochen, wobei der äußere Kunststoffmantel die äußere Wand bildet und der in diesem eingebrachte Kleber die innere Wand des Schrumpfschlauchs. Der Kleber kann unterschiedlich gute Fließeigenschaften aufweisen. Ferner kann mehr oder weniger Kleber innenseitig an dem Schrumpfschlauch vorgesehen sein. Diese Klebereigenschaften sind dabei abhängig vom Anwendungsfall, z.B. je nach Geometrie des Ring- oder Rohrkabelschuhs werden unterschiedliche Klebermengen sowie Fließeigenschaften benötigt. Der Schrumpfschlauch ist also doppelwandig ausgebildet, wobei die Außenwand als Schlauch ausgebildet ist, und innenseitig an dem Kleber aufgebracht ist.
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Bei dieser bevorzugten Ausführungsform werden der Schlauch und der Kleber in einem Verfahrensschritt coextrudiert.
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Vorzugsweise ist der Verbindungsabschnitt des Kontaktteils als Ring- oder Rohrkabelschuh ausgebildet, sodass das Freiende des abisolierten Leiters eingesetzt werden kann und eine elektrische Verbindung zwischen dem Kontaktteil und dem Freiende des Leiters realisiert wird.
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Bevorzugt ist der Metallring von einem dem Leiter zugewandten Proximalende des Kontaktteils bzw. dessen Verbindungsabschnitts beabstandet angeordnet. Dieser Abstand muss nicht mehr als 0,5 bis 1 cm betragen. Bei der Entwicklung der Erfindung hat sich herausgestellt, dass über den Abstand des Metallrings von dem Proximalende des Verbindungsabschnitts des Kontaktteils der Biegeradius der Leitung beeinflusst werden kann. Der Biegeradius lässt sich erhöhen, indem der Abstand des Metallrings vom Proximalende des Verbindungsabschnitts erhöht wird.
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Bei der besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Kabelverbindung als Kabelendverbindung ausgebildet, ist also an einem Leitungsende des Kabels vorgesehen. Grundsätzlich liegt es jedoch auch im Rahmen der Erfindung, die Anordnung an einer Splice-Verbindung mittig in einem Kabel vorzusehen, wobei beidseitig von dem mittigen Splice-Bereich Metallringe außenseitig auf dem Leiter aufgepresst sind. Diese Splice-Bereiche werden auch als Parallel-Splice bezeichnet.
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Besonders bevorzugt ist der Metallring als Edelstahlring zur mechanischen Abdichtung mit der Ummantelung ausgebildet.
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Erfindungsgemäß wurden verschiedene Abstände anwendungsspezfisch zum proximalen Ende des Terminals ausgewählt, z.B. nämlich 5 mm und 15 mm. Bei der Entwicklung der Erfindung hat sich gezeigt, dass durch unterschiedlich weite Abstände von dem Proximalende des Terminals eine unterschiedliche Flexibilität entsteht, welche beim Test zu einer erhöhten bzw. verringerten Belastung der Haftung des Klebers bzw. des Schrumpfschlauchs zum Metallring führt.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen.
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In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „vorderes“, „hinteres“, usw. in Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierung positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende ausführliche Beschreibung ist nicht im einschränkenden Sinne aufzufassen. Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe „verbunden“, „angeschlossen“ sowie „integriert“ verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Integration. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischem Bezugszeichen versehen, soweit dieses zweckmäßig ist. Die Darstellungen in den Figuren sind im Wesentlichen maßstäblich. Zur Veranschaulichung von Details können jedoch bestimmte Bereiche für den Fachmann erkennbar übertrieben groß dargestellt sein. Darüber hinaus können die Zeichnungen plakativ vereinfacht sein und enthalten nicht jedes bei der praktischen Ausführung gegebenenfalls vorhandene Detail.
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Sofern nicht anders angegeben, beziehen sich der unbestimmte Artikel und der bestimmte Artikel nicht nur auf ein einzelnes Bauteil, sondern sind zu verstehen als „mindestens eins“. Die Terminologie umfasst die zuvor genannten Worte, Abwandlungen davon sowie ähnliche Bedeutungen. Ferner sollte verstanden werden, dass die Begriffe „etwa“, „im Wesentlichen“, und ähnliche Begriffe in Verbindung mit den Dimensionen und einer Eigenschaft einer Komponente der Erfindung die beschriebene Dimension und Eigenschaft nicht als strikte Grenze oder Parameter beschreiben und geringfügige Abwandlungen davon nicht ausschließen, welche funktional ähnlich sind. Zumindest umfassen Beschreibungsteile mit numerischen Parametern auch Abwandlungen dieser Parameter gemäß den mathematischen und fertigungstechnischen Prinzipien im Stand der Technik, z.B. Rundungen, Abweichungen und andere systematische Fehler, Fertigungstoleranzen etc.
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Schließlich sind bei mehreren gleichen Bauteilen bzw. Elementen aus Gründen der Übersichtlichkeit nur jeweils eins mit einem Bezugszeichen versehen.
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Sämtliche Merkmale der jeweiligen Ausführungsbeispiele seien hierbei unabhängig voneinander auch allgemein im Rahmen der Erfindung offenbart. Es zeigen:
- 1 eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kabelverbindung am Beispiel eines Kabels zur Realisierung einer Kabelendverbindung und
- 2 eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der Kabelverbindung am Beispiel einer Splice-Verbindung
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1 zeigt eine Seitenansicht eines Terminals mit einem Rohrkabelschuh befestigt am abisolierten Freiende eines Kabels 2 mit einem Leitungsdurchmesser von etwa 6 mm2. Bei dieser Ausgestaltung ist das Kabel 2 mit mehreren Kupferadern ausgestaltet und vollumfänglich mit einer Silikonummantellung 2a umschlossen. Das in der Figur linksseitige Stirnende ist abisoliert zur Bildung des Freiendes 2b und zur Bildverbindung mit einem bekannten Terminal 4, welcher einen Befestigungsflansch 4a sowie einem sich proximal zu dem Kabel 2 erstreckenden Rohrkabelschuh 4b von etwa 2 cm Länge aufweist, in welchen das abisolierte Freiende 2b des Kabels 2, also die abisolierten Kupferlitzen, eingesteckt bzw. einsteckbar sind. Der Rohrkabelschuh 4a ist im mittigen Bereich durch Verpressen bzw. Vercrimpen mit den Kupferlitzen des Kabels 2 verbunden.
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Etwa 1 cm beabstandet vom proximalen Stirnende des Rohrkabelschuhs 4a ist auf der äußeren Mantelfläche des Kabels 2, also auf dessen äußerer Ummantelung 2a ein etwa 5 mm langer Metallring 6 aus Edelstahl aufgepresst.
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Außenseitig vollumfänglich umschlossen wird die Anordnung aus Terminal 4 und Kabelstirnende bzw. Kabelfreiende durch einen doppelwandigen Schrumpfschlauch 8, der einen äußeren Kunststoffmantel aufweist und innenseitig mit einem Heißkleber versehen ist. Dieser Heißkleber verbindet sich beim Schrumpfen des Schrumpfschlauchs 8 mit dem Rohrkabelschuh 4a des Terminals 4 und dem Metallring 6 des Kabels 2 zur Realisierung einer dichten und permanenten Verbindung.
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2 zeigt eine alternative Ausbildung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Splice-Verbindung von zwei sich coaxial erstreckende Kabel 10, 12, die jeweils an ihren aufeinander zu gerichteten Stirnenden Freienden 10a, 12a umfassen, also abisoliert sind.
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Etwa 0,5 cm beabstandet von den aufeinander zu gerichteten Stirnenden der Kabel 10, 12 sind außenseitig auf deren Silikonummantelungen 10a, 12a Edelstahl-Metallringe 14, 16 aufgepresst zur Realisierung einer mechanischen Verbindung zwischen diesen Metallringen 14, 16 und den Kabeln 10, 12. Außenseitig umfänglich eingefasst wird die Splice-Verbindung durch einen doppelwandigen Schrumpfschlauch 18, der einen äußeren Kunststoffmantel mit innenseitigem Heißkleber umfasst. Beim Schrumpfen des Schrumpfschlauchs 18 verbindet sich der Heißkleber zusätzlich mit den Metallringen 14, 16 zur Realisierung einer permanenten und dichten Verbindung der Splice-Verbindung.
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Die Prüfung dieser Anordnung ergab nach ca. 3000 Stunden eine konstante Dichtfunktion über die Lebensdauer inklusive der Biegeversuche gemäß LV 312-3 vom Mai 2019.
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Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander. Alle in den Unterlagen - einschließlich der Zusammenfassung - offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Kabel
- 2a
- Ummantelung
- 2b
- Freiende
- 4
- Terminal
- 4a
- Verbindungsflansch
- 4b
- Rohrkabelschuh (RKS)
- 6
- Metallring
- 8
- Schrumpfschlauch
- 10
- Kabel
- 10a
- Silikonummantelung
- 12
- Kabel
- 12a
- Silikonummantelung
- 14, 16
- Metallring
- 18
- Schrumpfschlauch
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015222582 A1 [0004]
