DE102022102884A1

DE102022102884A1 - Mehrschichtige geschäumte elektrische Leitung

Info

Publication number: DE102022102884A1
Application number: DE102022102884.4A
Authority: DE
Inventors: Martin Greiner; Anne Bremer
Original assignee: Kromberg and Schubert GmbH Cable and Wire
Current assignee: Kromberg and Schubert GmbH Cable and Wire
Priority date: 2022-02-08
Filing date: 2022-02-08
Publication date: 2023-08-10
Anticipated expiration: 2042-02-09
Also published as: DE102022102884B4; EP4224491A1; JP2023115911A; CN116580881A; US20230253133A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Leitung (10), umfassend mehrere elektrische Leiter (1) mit je einer Isolierung (2) und einen aus einem Kunststoff bestehenden Mantel (3), dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (3) ohne Zwischenschicht unmittelbar auf und um die Isolierung (2) der Leiter (1) aufgebracht ist und der Mantel (3) ausgewählt ausgewählt aus der Gruppe von Kunststoffen ist, die gleichzeitig thermoplastische als auch elastische Kunststoffe sind und vorzugsweise eine Polypropylen-Matrix oder Polyethylen-Matrix besitzen und ferner um den Mantel (3) herum eine dünne harte Deckschicht (4) aus einem nicht geschäumten Material ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine mehrschichtige geschäumte elektrische Leitung mit einem spezifischen Mantelaufbau sowie ein Verfahren zum Fertigen eines solchen Kabels aufweisend einen solchen Mantelaufbau. Die Erfindung betrifft insofern eine ummantelte elektrische Leitung, umfassend mindestens einen elektrischen Leiter mit einer Isolierung und einen aus einem Kunststoff bestehenden Mantelaufbau.
Technischer Hintergrund
Elektrische Leitungen mit unterschiedlichem Kabelaufbau sind im Stand der Technik zwar bekannt. Allerdings verlangen aktuelle Applikationen und Anwendungen elektrische Leitungsanordnungen mit ganz bestimmten Eigenschaften. Bei der Verwendung bestimmter Materialien zum Erzielen eines bestimmten, gewünschten Vorteils, geht aber in aller Regel auch gleichzeitig ein Nachteil einher, zum Teil auch einfach das Problem, dass ein ausgewählter Kunststoff teuer in der Anschaffung und der Verarbeitung ist.
Eine aus dem Stand der Technik bereits seit langem bekannte Leitung aus der DE 30 05 615 A1 betrifft ein elektrisches flexibles Kabel mit einem flexiblen Grundkabel aus einem geschäumten Material mit großem Porenvolumen, vorzugsweise auf PUR-Basis, welche sprialförmig umhüllt ist und außen eine koaxialer PUR Kunststoffmantel aufgebracht ist.
Eine andere bekannte elektrische Leitung ist in der DE 202 15 523 U1 beschrieben. Diese Leitung ist insbesondere für Antiblockiersysteme und Fühler von Drehzahlmesssystemen von Kraftfahrzeugen einsetzbar und hat sich in der Praxis bewährt. Die Leitung weist einen aus Polyurethan bestehenden Mantel auf. Der Mantel besteht insbesondere aus PP, das heißt aus Polyether-Polyurethan, mit einer bestimmten Shore-Härte. Diese Härte liegt vorteilhaft im Bereich von 75 bis 95 Shore A. Für die Auswahl der Isolierung des Leiters, für die in der DE 202 15 523 U1 ein Ethylen-Vinylacetat-Copolymer (EVA) als bekannt genannt wird, spielen in der Praxis die dielektrischen Kenngrößen, insbesondere die relative Dielektrizitätskonstante, eine wesentliche Rolle, weil diese Größen entscheidenden Einfluss auf das Isolationsvermögen der Leitung haben.
Neben der elektrischen Kenngröße spielen aber auch weitere Kennwerte in der Praxis eine Rolle, die abhängig vom Anwendungsfall sind. Generell wird eine gute Recycle-Fähigkeit gewünscht. Darüber hinaus ist die Formstabilität von Belang.
Um bei Wahrung einer hohen Wärmeformstabilität eine verbesserte Recycling-Fähigkeit zu erreichen, sieht das genannte Gebrauchsmuster vor, auch die Isolierung des Leiters selbst aus Polyurethan herzustellen, wobei dieses eine Härte im Bereich von 55 bis 64 Shore D aufweist. Bei diesem Polyurethan-Werkstoff handelt es sich insbesondere um einen thermoplastischen Werkstoff, der wieder aufschmelzbar ist und daher leicht einem Recycling unterworfen werden kann.
Nachteilig ist dabei bereits die aufwändigere Herstellung. Die DE 202 15 523 U1 verweist hinsichtlich der technischen Anforderungen, die an derartige Leitungen gestellt werden, auf die Bosch-Vorschrift VS 18296-NKA (Oktober 2001) und nimmt im Besonderen neben der Recyclingfähigkeit auf die technischen Parameter Wärmeformbeständigkeit und Biegewechselfestigkeit nach VDE 0472-603/J Bezug. Zu weiteren, insbesondere mechanischen Eigenschaften, die für den Einsatz von Leitungen der eingangs genannter Art von Bedeutung sind, gehört neben der Masse der Leitung auch das Torsionsverhalten. Für die Verarbeitbarkeit der Leitungen spielt auch die Forderung eine Rolle, dass die Leitung, gegebenenfalls auch über größere Leitungsstücke hinweg, in einfacher Weise abmantelbar sein soll.
Im Stand der Technik wurden hierzu Lösungen vorgeschlagen, bei denen der Mantel aus mehreren Schichten aus geschäumten und nicht geschäumten Materialien aufgebaut ist, insbesondere aus wenigstens einer nichtgeschäumten Schicht aus PP. Zur Erzielung bestimmter mechanischer Eigenschaften wird im Stand der Technik auch darauf verwiesen, dass die Deckschicht als eine nicht geschäumte PP-Schicht ausgebildet sein soll, um das Abmantelverhalten zu verbessern. Allerdings hat sich nachteilig gezeigt, dass eine porenhaltige Deckschicht aus einem nicht geschäumten PP neben der Porigkeit diverse andere Nachteile mit sich bringt und auch ein Haftverbund zwischen dem nicht geschäumten Material und einer geschäumten Zwischenschicht erreicht werden muss.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Leitung der eingangs genannten Art zu schaffen, die im Hinblick auf die vorstehend genannten mechanischen und Verarbeitungseigenschaften eine verbesserte Qualität aufweist und insbesondere einfach und kostengünstig herstellbar ist und eine hohe mechanische Stabilität nach außen hin aufweist, ohne dass die Flexibilität der Leitung leidet.
Diese Aufgaben werden durch die Merkmalskombination gemäß Anspruch 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird hierzu ein spezifischer Leitungsaufbau mit Materialien verwendet, die in der vorgeschlagenen Kombination besondere Vorteile mit sich bringen. Ein erster Gedanke besteht darin, auf den eigentlichen Innenmantel um die Isolierungen der mehreren Leitungen der elektrischen Leitungsanordnung zu verzichten und unmittelbar ein Mantel aus einem geschäumten Material um die Isolierungen herum so anzubringen. Hierdurch wird unter anderem ein Fertigungsschritt eingespart und kann man die Problematik der Verbindung zwischen Schichten aus geschäumten und ungeschäumten Materialien umgehen.
Erfindungsgemäß hat sich gezeigt, dass eine Kombination aus bestimmten thermoplastischen Polymeren mit einer geschäumten als auch nicht geschäumten Isolierung möglich ist, bei denen ein guter Haftverbund erzielt werden kann, während die mechanischen und sonstigen Eigenschaften gut beherrschbar bleiben.
Erfindungsgemäß wird daher ein geschäumtes Mantelmaterial ausgewählt aus einer Gruppe von Kunststoffen, die gleichzeitig thermoplastische als auch elastische Kunststoffe sind, da diese die kostengünstige Verarbeitbarkeit von Thermoplasten mit den elastischen Eigenschaften von Elastomeren verbinden. Hierzu eignen sich thermoplastische Vulkanisate.
Besonders vorteilhaft ist es, hierzu ein thermoplastisches Polymere mit einer Polypropylen-Matrix zu verwenden.
Weiter vorteilhaft ist es, wenn in der Polypropylen-Matrix EPDM-Partikel eingebettet sind, somit Ethylen-Propylen-Dien-Kautschukpartikel.
Solche Materialien lassen sich auch im Overmoulding-Extrusions-Verfahren aufbringen, um eine feste Verbindung mit technischen Thermoplasten einzugehen, so dass als Isolationsmaterial für die Leiterungen auch thermoplastische Kunststoffe als geschäumte Varianten verwendet werden könne. Klebstoffe, Bindemittel und physikalische oder mechanische Verbindungen, die bisher für solche Verbundteile verwendet werden mussten, lassen sich dadurch einsparen. Als weiterer Vorteil stellte sich heraus, dass das Verfahren die Prozessschritte verringert und so die Zykluszeit der Bauteilherstellung sowie die gesamten Systemkosten reduzieren kann.
Das vorgeschlagene elastomere geschäumte Mantelmaterial lässt sich besonders fest mit Kunststoffen wie Polycarbonat (PC), Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Acrylnitril-Styrol-Acrylat (ASA), Polymethylmethacrylat (PMMA) und Polyethylentherephthalat (PET) verbinden. Dadurch sind diese harten Thermoplaste und das genannte weiche TPE-Mantelmaterial besonders gut kompatibel. Allerdings lassen sich auch andere Materialkombinationen so erzielen.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine elektrische Leitung vorgesehen, umfassend mehrere elektrische Leiter mit je einer Isolierung und einen aus einem Kunststoff bestehenden gemeinsamen Mantel, wobei der gemeinsame Mantel ohne Zwischenschicht unmittelbar auf und um die Isolierung der Leiter aufgebracht ist und der Mantel ausgewählt aus der Gruppe von Kunststoffen ist, die gleichzeitig thermoplastische als auch elastische Kunststoffe sind und vorzugsweise eine Polypropylen-Matrix oder Polyethylen-Matrix besitzen und ferner um den Mantel herum eine dünne harte Deckschicht aus einem nicht geschäumten Material ausgebildet ist.
Aufgrund der Struktur einer geschäumten Schicht aus dem genannten Material, verringert sich durch die Erfindung in vorteilhafterweise die spezifische Masse der Leitung, das Abmanteln über größere und übergroße Leitungslängen wird erleichtert, und es verbessern sich das Torsionsverhalten sowie durch eine dämpfende Wirkung der geschäumten Schicht die mechanische Druckbeständigkeit und die Biegewechselfestigkeit.
Weiter vorteilhaft ist es, wenn das Material der harten Deckschicht aus einem thermoplastischen PUR besteht. Auf diese Weise erzielt man ein Konzept, welches in ihrem Eigenschaftsbild dynamische Belastbarkeit, hohe Flexibilität in einem weiten Temperaturbereich, hohe Verschleißfestigkeiten sowie Knick- und Reißfestigkeiten mit guter Beständigkeit gegen den Einfluss von Öl, Fett und Lösungsmitteln, die Witterung, Ozon und UV-Strahlung, sowie hydrolytisch wirkende Substanzen kombinieren. Ferner können solche Leitungen leicht einem Recycling unterworfen werden.
Ebenfalls vorteilhaft ist es, dass das Material der Isolierung, nach dem Konzept der Erfindung auch aus einem geschäumten Kunststoff bestehen kann.
In einer ebenfalls bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen der harten Deckschicht und dem Mantel keine Zwischenschicht angeordnet ist und insbesondere auch keine Zwischenschicht mit der Funktion der Haftvermittlung oder Herstellung der mechanischen Verbindung zum Mantel.
Vorteilhaft ist es, wenn der Mantel koaxial und vorzugsweise mit runder Querschnittskontur um die Leiter herum angebracht ist. Ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn die dünne Deckschicht 4 koaxial und vorzugsweise mit runder Querschnittskontur um den Mantel herum angebracht ist. Allerdings sind auch andere, insbesondere unrunde Formen denkbar und möglich.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft neben der Leitung als solcher auch das Verfahren zum Herstellen einer wie beschriebenen elektrischen Leitung mit den folgenden Schritten:

a) Bereitstellen mehrerer Leiter aufweisend jeweils eine geschäumte oder nicht geschäumte Isolierung in einem Leitungsbündel;
b) Aufbringen eines Mantels ohne Zwischenschicht auf und um die Isolierung der Leiter aus einem Kunststoffmaterial aus der Gruppe von Kunststoffen, die gleichzeitig thermoplastische als auch elastische Kunststoffe sind und vorzugsweise eine Polypropylen-Matrix oder Polyethylen-Matrix besitzen und
c) Aufbringen einer dünnen harten Deckschicht ohne Zwischenschicht um den Mantel herum und zwar aus einem nicht geschäumten Kunststoffmaterial, insbesondere aus einem thermoplastischen Polyurethan.

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.
Es zeigt

1 ein Ausführungsbeispiel einer elektrischen Leitung gemäß dem Konzept der Erfindung.

Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die 1 näher erläutert, wobei diese lediglich ein beispielhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt. Andere Formen und Aufbauvarianten sind denkbar und möglich unter Beibehaltung des Konzeptes der Erfindung.
Wie sich aus 1, besteht eine erfindungsgemäße ummantelte elektrische Leitung 10 aus mehreren elektrischen Leitern 1, die alle mit je einer Isolierung 2 versehen sind. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind vier elektrische Leiter 1 dargestellt. Um diese vier Leiter 1 und zwar um deren Isolierung 2 herum ist ein gemeinsamer Mantel 3 vorgesehen, der an der Außenkontur der Isolierungen 2 ohne eine Zwischenschicht anliegt.
Der gemeinsamen Mantel 3 besteht aus einem spezifischen Kunststoff und zwar einem thermoplastischen Vulkanisat. Dieser ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als thermoplastisches Polymer mit einer Polypropylen-Matrix ausgebildet. In der der Polypropylen-Matrix sind EPDM-Partikel eingebettet, so dass ein thermoplastisches Vulkanisat mit Ethylen-Propylen-Dien-Kautschukpartikel vorgesehen ist.
Die Isolierung 2 ist aus einem weichen nicht geschäumten Material hergestellt. Die Isolierung 2 des Leiters 1 kann aus Polyurethan oder aus einem für solche Isolierungen eingesetzten Material, z. B. aus einem thermoplastischen Elastomer (TPE), insbesondere styrolhaltigen TPE, einem Polyolefin, wie Polypropylen (PP), einem Ethylen-Vinylacetat-Copolymer (EVA) oder einem Fluorpolymer, wie FEP (Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylen-Copolymerisat), bestehen. Andere geschäumte oder nicht geschäumte Kunststoffe sind ebenfalls denkbar.
Ferner ist zu erkennen, dass um den Mantel 3 herum unmittelbar eine dünne harte Deckschicht 4 aus einem nicht geschäumten TPU aufgebracht ist.
Zwischen der TPU Skin-Deckschicht 4 und dem Mantel 3 befindet sich keine Zwischenschicht.
Der Leiter 1 kann aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff in Form von Litzen oder in Form eines Drahtes bestehen. Ein für den Leiter 1 eingesetzter Draht kann dabei auch aus einer Mehrzahl von Einzeldrähten 1a gebildet sein, somit als Litzenleiter ausgeführt sein.
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.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3005615 A1 [0003]
DE 20215523 U1 [0004, 0007]

Claims

Elektrische Leitung (10), umfassend mehrere elektrische Leiter (1) mit je einer Isolierung (2) und einen aus einem Kunststoff bestehenden gemeinsamen Mantel (3), dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (3) ohne Zwischenschicht unmittelbar auf und um die Isolierung (2) der Leiter (1) aufgebracht ist und der Mantel (3) ausgewählt aus der Gruppe von Kunststoffen ist, die gleichzeitig thermoplastische als auch elastische Kunststoffe sind und vorzugsweise eine Polypropylen-Matrix oder Polyethylen-Matrix besitzen und ferner um den Mantel (3) herum eine dünne harte Deckschicht (4) aus einem nicht geschäumten Material ausgebildet ist.
Elektrische Leitung (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppe der Kunststoffe thermoplastische Vulkanisate ist oder umfasst.
Elektrische Leitung (10) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mantelmaterial des Mantels (3) ein thermoplastisches Polymere mit einer Polypropylen-Matrix (PP-Matrix) ist.
Elektrische Leitung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mantelmaterial des Mantels (3) ein thermoplastisches Polymere mit einer Polypropylen-Matrix (PP-Matrix) ist, wobei in der Polypropylen-Matrix EPDM-Partikel eingebettet sind.
Elektrische Leitung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der harten Deckschicht (4) aus einem thermoplastischen PUR besteht.
Elektrische Leitung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Isolierung (2) aus einem geschäumten Kunststoff besteht.
Elektrische Leitung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der harten Deckschicht (4) und dem Mantel (3) keine Zwischenschicht angeordnet ist und insbesondere auch keine Zwischenschicht mit der Funktion der Haftvermittlung oder Herstellung der mechanischen Verbindung zum Mantel (3).
Elektrische Leitung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (3) koaxial und vorzugsweise mit runder Querschnittskontur um die Leiter (1) herum angebracht ist.
Elektrische Leitung (10) gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (3) koaxial und vorzugsweise mit runder Querschnittskontur um den Mantel (3) herum angebracht ist.
Verfahren zum Herstellen einer elektrischen Leitung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 mit den folgenden Schritten: a) Bereitstellen mehrerer Leiter (1) aufweisend jeweils eine geschäumte oder nicht geschäumte Isolierung (2) in einem Leitungsbündel; b) Aufbringen eines Mantels (3) ohne Zwischenschicht auf und um die Isolierung (2) der Leiter (2) aus einem Kunststoffmaterial aus der Gruppe von Kunststoffen, die gleichzeitig thermoplastische als auch elastische Kunststoffe sind und vorzugsweise eine Polypropylen-Matrix oder Polyethylen-Matrix besitzen und c) Aufbringen einer dünnen harten Deckschicht (4) ohne Zwischenschicht um den Mantel (3) herum und zwar aus einem nicht geschäumten Kunststoffmaterial, insbesondere aus einem thermoplastischen Polyurethan.