DE10330862A1

DE10330862A1 - Hochtemperaturbeständige elektrische Leitung

Info

Publication number: DE10330862A1
Application number: DE2003130862
Authority: DE
Inventors: Ferdinand Grögl; Thomas Mann; Alfred Dipl.-Ing. Mehl
Original assignee: Nexans SA
Current assignee: Nexans SA
Priority date: 2003-07-09
Filing date: 2003-07-09
Publication date: 2005-01-27

Abstract

Es wird eine hochtemperaturbeständige elektrische Leitung mit zumindest einem elektrischen Leiter, einer den oder die Leiter umgebenden hochtemperaturbeständigen Isolierschicht, die im wesentlichen aus Keramik, Glas und/oder Glaskeramik besteht, sowie einem metallischen Mantel beschrieben, bei welcher der Leiter (1) aus einer Vielzahl miteinander verseilter oder verwürgter Einzeldrähte besteht, die Einzeldrähte an ihrer äußeren Oberfläche eine porenfrei aufgebrachte Silber- oder Nickelschicht aufweisen, die Isolierschicht aus einer ersten auf den Leiter (1) wendelförmig aufgebrachten Lage (3) aus einem temperaturbeständigen Band oder einer temperaturbeständigen Kordel und einer auf die erste Lage aufgebrachten zweiten Lage (4) aus einem temperaturbeständigen Band besteht und der Mantel (5) ein längsnahtgeschweißtes Metallrohr ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine hochtemperaturbeständige elektrische Leitung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es sind Katalysator-Sensorleitungen auf dem Markt, die aus einem vernickelten Leiter und einer Isolierung aus Polytetrafluorethylen bestehen. Die bekannte Leitung kommt mit heißen Auspuffgasen in Kontakt und ist im Normalbetrieb Umgebungstemperaturen von 250 °C ausgesetzt. Der Werkstoff Polytetrafluorethylen ist in der Lage, diesen Temperaturen auch über einen längeren Zeitpunkt zu widerstehen ( DE 195 16 760 A ).

Unterliegt die bekannte Sensorleitung jedoch einer höheren Strombelastung, kann die Temperatur je nach verwendetem Leiterquerschnitt um bis zu 300 °C ansteigen. Gegenüber diesen Temperaturen ist der Werkstoff Polytetrafluorethylen über einen längeren Zeitraum nicht mehr beständig.

Aus der DE 195 47 031 ist eine Zuführungsleitung zur sog. Lambda-Sonde bekannt, die in Verbindung mit einem geregelten Katalysator dafür sorgt, daß die Abgasemissionswerte auf einem niedrigem Niveau gehalten werden. Der Leiter ist von einer Isolierschicht aus Polytetrafluorethylen umgeben, in welcher Ausnehmungen oder Durchbrechungen vorgesehen sind. Die Innenschicht ist von einer mikroporösen Schicht aus einem hochtemperaturbeständigen Fluorpolymeren umgeben, welche eine problemlose Zufuhr der Außenluft aufgrund eines Filtereffektes gewährleistet.

Aus der DE 198 19 283 C ist eine mineralisolierte elektrische Leitung mit einem Mantelrohr, mehreren innerhalb des Mantelrohres verlaufenden und aus diesem heraus ragenden metallischen Leitern, die gegeneinander und gegen das Mantelrohr isoliert sind, bekannt. Das Mantelrohr weist zumindest an einem Ende einen gasdichten Verschluß auf, durch den hindurch die Leiter geführt sind. Die Isolierung besteht aus pulverförmigem Material. Als gasdichter Verschluß dient ein Glasverschluß. Die aus dem Mantelrohr heraus ragenden Leiter weisen über einen Teil ihrer Länge je einen Überzug aus einem Material der Gruppe Keramik, Gas, Glaskeramik auf. Auch diese Leitung konnte noch nicht vollauf befriedigen, da das Anschließen und Verbinden der Leiter wegen des leicht zerbrechlichen Verschlusses und der Überzüge große Schwierigkeiten macht.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Katalysator-Sensorleitung bereitzustellen, die hochtemperaturbeständig ist, d. h. Temperaturen von mehr als 500 °C dauerhaft aushält und welche in einfacher Weise miteinander verbindbar und an eine Stromversorgung bzw. an einem Sensor anschließbar ist und die darüberhinaus leicht und mit engen Radien biegbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 erfaßten Merkmale gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen erfaßt und der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung zu entnehmen.

Der Leiter ist mit besonderem Vorteil eine Litze mit einem Leiterquerschnitt AWG 10.

Die Nickel- bzw. Silberschicht, die porenfrei z. B. auf galvanoplastischem Wege auf jeden Einzelleiter der Litze aufgebracht ist, hat den Vorteil, daß bei hohen Temperaturen eine Oxidation der Einzelleiter verhindert wird.

Aus der Anordnung der Isolierschicht in Form einer wendelartig auf den Leiter aufgebrachten Lage aus einem Band oder einer Kordel aus einem mineralischen Werkstoff z. B. E-Glas-, Quarzglas- oder Keramikfasern ergibt sich der Vorteil, daß die Leitung mit in der Kabeltechnik geläufigen Techniken herstellbar ist. Die Isolierschicht verbleibt auch im Falle eines Mantelfehlers auf dem Leiter. Ein Herausrieseln der Isolierung, wie es bei herkömmlichen Leitungen mit einer pulverförmigen Isolierung auftreten kann, ist vermieden.

Die zweite Lage der Isolierschicht hat die Aufgabe, die erste Lage so zu umschließen, daß eine nahezu doppelte Bedeckung erreicht wird. Die zweite Lage wird deshalb mit zur ersten Lage gegenläufigen Richtung mit einer Überlappung von ca. 50 aufgebracht. Mit den beiden mineralischen Lagen ist eine sichere, hochtemperaturbeständige gleichmäßige Leiterisolierung mit hohem Isolationswiderstand gewährleistet.

Aus der Verwendung eines längsnahtgeschweißten Metallrohres für den Mantel ergibt sich der Vorteil, daß die Leitung in großen Längen in herkömmlicher Arbeitsweise herstellbar ist. Maschinen zur Herstellung von längsnahtgeschweißten Metallrohren großer Länge sind auf dem Markt unter dem Handelsnamen „Uniwema" erhältlich.

Die erste Lage kann aus einem Glasgewebebändchen, einer Multifilamentkordel, einer Flechtkordel, einem flachgepreßten Flechthohlschlauch bestehen. Je nach Temperaturbelastung der Leitung sind für die Isolierung auch Glimmer/Glas/Silikonverbundbänder einsetzbar. Die erste Lage wird mit besonderem Vorteil auf Stoß auf den Leiter aufgewickelt, d. h. es entsteht eine dichte Lage einer ersten Isolierschicht. Die zweite Lage aus einem Band wird mit ca. 50 % überlappenden Bandkanten aufgewickelt.

Der Mantel besteht vorzugsweise aus nichtrostendem Stahl. Dieser Werkstoff läßt sich problemlos verschweißen und gewährleistet, wenn das Schweißen unter Schutzgas erfolgt, einen hohen Schutz gegen korrosive Gase.

Werden mehrere derartige Leitungen verwendet, so kann eine dauerhafte fortlaufende Kennzeichnung des Metallmantels z. B. mittels eines Lasers erfolgen.

Die vorteilhafterweise auf den Mantel aufgebrachte Farbkennzeichnung hat den Vorteil, daß die einzelne Leitung voneinander unterscheidbar sind.

Die Erfindung ist anhand des in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Die Figur zeigt eine seitliche Ansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Leitung mit gegenüber den jeweils darunterliegenden abgesetzten Schichten. Mit 1 ist der Leiter bezeichnet, der aus einer Litze mit einem Leiterquerschnitt von 4 mm² aus einer Vielzahl von vernickelten Kupferdrähten besteht. Der Leiter 1 weist beispielsweise einen Außendurchmesser von 2,6 mm auf.
Auf den Leiter ist eine erste Lage 3 aus einem Glasgewebeband Stoß auf Stoß aufgewickelt, d. h. die Längskanten des Glasgewebebandes stehen in Kontakt miteinander.
Über die erste Lage 3 der Isolierung ist eine zweite Lage 4 aufgewickelt, welche aus einem mit überlappenden Bandkanten gewickelten Glasseidenband besteht.
Die Wanddicke des Glasgewebebandes der ersten Lage 3 beträgt 0,35 mm, seine Breite beträgt 4 mm. Die Wanddicke des Glasseidenbandes der zweiten Lage 4 beträgt 140 μm, seine Breite 12 mm.
Mit diesem Aufbau wird ein Durchmesser über der isolierten Leitung von 3,8 mm erreicht. Über der zweiten Lage 4 befindet sich der Mantel 5, der gemäß der Lehre der Erfindung aus einem längsnahtgeschweißten Rohr aus rostfreiem Stahl besteht und in bevorzugter Weise gewellt ist. Die Wanddicke des Rohres beträgt ca. 0,1 mm.
Somit ist eine Leitung mit einem glatten Metallrohrmantel mit einem Außendurchmesser von 4 mm herstellbar. Bei einem gewellten Mantel ist ein Außendurchmesser der Leitung von ca. 5 mm erreichbar. Die letztgenannte Ausgestaltung führt zu einer leichter biegbaren Leitung.
Auf den Mantel 5 kann noch eine nicht näher bezeichnete Farbkenzeichnung aufgebracht sein, die beispielsweise aus einem hochtemperaturbeständigen Lack oder einer Lage aus gesinterten Farbbändchen z. B. aus PTFE oder einer Markierung des Mantels mittels eines Lasers besteht.
Eine automatische Konfektionierung derartiger Einzelleitungen ist in einfacher Weise darstellbar, zumal der Leitungsaufbau durchaus auch Mikroschweißprozesse ohne Schädigung der Leitungsisolierung erlaubt. Die erreichbare Lebensdauer einer derartigen Leitung und die Betriebssicherheit des Systems wäre im Vergleich zu den bekannten Aufbaulösungen (mit PTFE-Isolierung) wesentlich höher anzusetzen. Aufgrund der hohen Temperaturbeständigkeit könnte eine derartige Leitungsbauart auch für Schnelladesysteme mit sehr hoher Strombelastung eingesetzt werden.
Ein weiterer entscheidender Vorteil einer mineralisolierten Leitung wäre die absolute Halogenfreiheit und ein garantierter Funktionserhalt im Brandfall. Darüber hinaus werden bei Überlastung keinerlei schädigende, korrosiv wirkende Schadstoffe abgespalten.
Ein Vergleich der erfindungsgemäßen Leitung mit einer bisher für den eingangs erwähnten Anwendungsfall eingesetzten PTFE-isolierten Leitung soll die Vorteile der Erfindung verdeutlichen.
Für die mineralisolierte Ausführungsform mit 4 mm² Litzenleiter würde bei einer Strombelastung von z. B. 60 A und einer dauernden Umgebungstemperatur von 250 °C eine Temperaturerhöhung um über 300 °C auftreten. Somit wäre eine Endtemperatur von ca. 560 °C zu erwarten, die die beschriebene mineralisolierte Leitung ohne Schädigung überstehen würde. Bei einer vergleichsweise eingesetzten PTFE-isolierten Leitung müßte bei einer Strombelastung von 60 A ein 10 mm² Leiter verwendet werden, um eine thermische Schädigung der PTFE-Isolierung bei der zu erwartenden Endtemperatur von ca. 300 °C auszuschließen.
Der Außendurchmesser einer derartigen PTFE-isolierten Ader mit 10 mm² Cu-Leiter würde 6 mm betragen und wäre gegenüber einer mineralisolierten Leitung (Durchmesser 4 bis 5 mm ... je nach Ausführung) um ca. 40 % schwerer.

Claims

Hochtemperaturbeständige elektrische Leitung mit zumindest einem elektrischen Leiter, einer den oder die Leiter umgebenden hochtemperaturbeständigen Isolierschicht, die im wesentlichen aus Keramik, Glas und/oder Glaskeramik besteht sowie einem metallischen Mantel, gekennzeichnet durch folgende Merkmale a) der Leiter (1) besteht aus einer Vielzahl miteinander verseilter oder verwürgter Einzeldrähte, b) die Einzeldrähte weisen an ihrer äußeren Oberfläche eine porenfrei aufgebrachte Silber- oder Nickelschicht auf, c) die Isolierschicht besteht aus einer ersten auf den Leiter (1) wendelförmig aufgebrachten Lage (3) aus einem temperaturbeständigen Band oder einer temperaturbeständigen Kordel und einer auf die erste Lage aufgebrachten zweiten Lage (4) aus einem temperaturbeständigen Band, d) der Mantel (5) ist ein längsnahtgeschweißtes Metallrohr.
Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Lage (3) Stoß auf Stoß gewickelt ist.
Leitung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Lage (4) mit überlappenden Bandkanten mit zur ersten Lage gegenläufiger Richtung gewickelt ist.
Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und/oder zweite Lage (3,4) ein Glasgewebeband ist.
Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und/oder zweite Lage (3,4) ein Band aus einem Verbund aus Glas und/oder Glimmer in einer Matrix aus Silikon ist.
Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Lage (3) eine mindestens um den Faktor 2, vorzugsweise um den Faktor 3 größere Wanddicke als die zweite Lage (4) aufweist.
Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (5) aus rostfreiem Stahl besteht.
Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (5) aus einem gewellten Metallrohr besteht.
Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallmantel (5) eine fortlaufende, mit einem Laser hergestellte Kennzeichnung aufweist.