DE1540244B2 - Flexible resistance cable for high voltages - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein biegsames Widerstandskabel für hohe Spannungen, in dem starre Abschnitte mit hohem Widerstand jeweils mit flexiblen Abschnitten niedrigen Widerstands sowohl elektrisch leitend als auch mechanisch verbunden angeordnet sind.The invention relates to a flexible resistance cable for high voltages in which rigid sections with high resistance each with flexible sections of low resistance both electrically conductive and are arranged mechanically connected.
Derartige Kabel sind bereits als Zündkabel für Verbrennungskraftmaschinen bekannt, wobei durch die Widerstandsabschnitte Funkstörungen verringert werden sollen. Im bekannten Kabel wird die aus den verbundenen Widerstandsabschnitten bestehende Anordnung von einer Kunststoffumhüllung umgeben (USA.-Patentschrift 3 045 199).Such cables are already known as ignition cables for internal combustion engines, with the resistance sections should reduce radio interference. In the known cable, the connected resistor sections existing arrangement surrounded by a plastic sheath (U.S. Patent 3,045,199).
Die an den handelsüblichen Kohlewiderständen des bekannten Kabels befindlichen Drahtleitungen vertragen nur eine bestimmte Verbiegung, ehe sie brechen. Ferner ist es schwierig, einen flexiblen Isoliermantel an einer derartigen Kette zusammengelöteter Widerstände anzubringen, ohne Hohlräume zwischen dem Isoliermantel und den Widerständen an den rechtwinkelig abgeschnittenen Enden der Widerstände entstehen zu lassen, wo die dünnen Drahtleitungen mit den eingeschlossenen Kohleteilen größeren Durchmessers zusammentreffen. In derartigen Hohlräumen ist Luft eingeschlossen, die leicht ionisiert wird. Dies führt dann zur mechanischen und/oder chemischen Zerstörung des Isoliermantels und zum Unbrauchbarwerden des Kabels. Darüber hinaus liegt längs der dünnen Drahtleiter der Widerstände die elektrische Belastung, der der Isoliermantel ausgesetzt ist, weit über dem Optimum bei den in Anlagen zur elektrostatischen Belastung üblichen Spannungen.Tolerate the wire lines located on the commercially available carbon resistors of the known cable just a certain bend before they break. Furthermore, it is difficult to use a flexible insulating jacket to attach to such a chain of soldered resistors, without voids between the insulating jacket and the resistors at the ends of the resistors cut at right angles to let arise where the thin wire lines with the enclosed carbon parts larger Meet diameter. In such cavities, air is trapped, which ionizes easily will. This then leads to the mechanical and / or chemical destruction of the insulating jacket and to The cable becomes unusable. In addition, the resistors lie along the thin wire conductors electrical load to which the insulating jacket is exposed, far above the optimum in systems voltages common to electrostatic loads.
Es ist auch bereits bekannt, Kabel mit verteiltem Widerstand für Zündanlagen an Verbrennungsmotoren dadurch zu verwirklichen, daß das gesamte flexible Kabel als elektrischer Widerstand ausgebildet wurde. Dies wurde erreicht mit einem gepreßten oder gespritzten mittleren flexiblen halbleitenden Element aus einer Mischung von Kohleteilchen und geeignetem Kunststoff und einem gewöhnlichen Isoliermantel um diesen schlechten Leiter (USA.-Patentschrift ίο 2 790 053).It is also previously known to provide distributed resistance cables for ignition systems on internal combustion engines to be realized in that the entire flexible cable was designed as an electrical resistor. This has been achieved with a pressed or molded medium flexible semiconducting element from a mixture of coal particles and suitable plastic and an ordinary insulating jacket around this bad conductor (USA.-Patent ίο 2 790 053).
Derartige Kabel können für den Gebrauch in einer Kraftfahrzeugzündanlage ausreichend sein, sie sind aber elektrisch unstabil unter den Betriebsbedingungen von elektrostatischen Spritzanlagen. HäufigesSuch cables may be sufficient for use in a motor vehicle ignition system, they are but electrically unstable under the operating conditions of electrostatic spray systems. Common
X5 Verbiegen dieser Kabel und die ständige Anwendung hoher Spannungen der Größenordnung 50 bis 150 kV führen im allgemeinen zu einer allmählichen Abnahme des Widerstandes pro Einheit der Kabellänge oder wenigstens zu einem Abweichen vom geforderten Wert. Ferner kann die bei einem derart durch Pressen hergestellten Aufbau in dem halbleitenden Element eingeschlossene Luft leicht Potentialdifferenzen unterworfen werden, durch die sie ionisiert wird. Es können ungleichmäßige Spannungsverteilungen auftreten, die den Widerstand des Materials dann bei mechanischen und/oder chemischen Einwirkungen zusammenbrechen lassen. X 5 Bending of these cables and the constant use of high voltages of the order of 50 to 150 kV generally lead to a gradual decrease in the resistance per unit of cable length or at least to a deviation from the required value. Furthermore, in the case of a structure produced in this way by pressing, the air enclosed in the semiconducting element can easily be subjected to potential differences by which it is ionized. Uneven stress distributions can occur, which then cause the resistance of the material to collapse in the event of mechanical and / or chemical influences.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Widerstandskabel der eingangs genannten Art sowohl bezüglich der mechanischen Widerstandsfähigkeit als auch hinsichtlich der elektrischen Beständigkeit zu verbessern, so daß es sich insbesondere für die Verwendung in elektrostatischen Beschichtungsanlagen eignet, bei welchen das Kabel elektrisch und mechanisch stärker beansprucht wird als in Zündanlagen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kontaktierung der Abschnitte durch kurze Leiterstifte erfolgt, die axial an den Enden der hochohmigen Abschnitte abstehen und steckerartig in die Enden konzentrischer Bohrungen eingreifen, die in den flexiblen, aus einem biegsamen Widerstandsmaterial bestehenden, niederohmigen Abschnitten verlaufen, daß die einzelnen Widerstandsabschnitte durch ein gemeinsames, längs des Kabels verlaufendes, nichtleitendes Geflecht an ihren benachbarten Stirnseiten zusammenstoßend gehalten werden und daß Geflecht und Widerstandsabschnitte gemeinsam von einem dichten, luftfrei umschließenden, isolierenden Mantel eingeschlossen sind.The invention is based on the object of both a resistance cable of the type mentioned in terms of mechanical resistance as well as electrical resistance improve, so that it is particularly suitable for use in electrostatic coating systems suitable, in which the cable is electrically and mechanically more stressed than in ignition systems. This object is achieved in that the contacting of the sections by short conductor pins are made, which protrude axially at the ends of the high-resistance sections and plug-like into the ends of concentric bores engage in the flexible, pliable resistance material existing, low-resistance sections run that the individual resistance sections by a common, non-conductive braid running along the cable on their neighboring ones End faces are held together and that braid and resistance sections together are enclosed by a tight, air-free enclosing, insulating jacket.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung bestehen die biegsamen Abschnitte aus nicht metallischem, elastischem Werkstoff und sind langer als die starren Abschnitte. In a further embodiment of the invention, the flexible sections consist of non-metallic, elastic Material and are longer than the rigid sections.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung bestehen die starren Abschnitte aus Kohlewiderständen. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Widerstandskabels wird ein mechanisch wie elektrisch sehr vorteilhaftes Kabel erhalten, weil die verwendeten Steckverbindungen axiale Kräfte ohne Bruch des Kabels aufnehmen können und ferner Lufteinschlüsse zwischen dem Mantel des Kabels und den einzelnen Kabelabschnitten besonders leicht vermieden werden.According to one embodiment of the invention, the rigid sections consist of carbon resistors. The inventive design of the resistance cable is a mechanical as well as electrical Obtain a very advantageous cable because the plug connections used axial forces without breaking the Cable can accommodate and also air pockets between the jacket of the cable and the individual Cable sections can be avoided particularly easily.
Durch die größere Länge der biegsamen AbschnitteDue to the greater length of the flexible sections
gegenüber den starren Abschnitten wird ein sehr flexibles Kabel erhalten.compared to the rigid sections it becomes a very flexible one Cable received.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anschließend an Hand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigtAn exemplary embodiment of the invention will then be described with reference to the drawings. It shows
Fig. 1 einen Axialschnitt durch ein Widerstandskabel, 1 shows an axial section through a resistance cable,
Fig. 2 einen axialen Teilschnitt in größerem Maßstab durch das Kabel nach Fig. 1, bei dem jedoch ein Leiterelement verändert und in seiner bevorzugten Ausgestaltung dargestellt ist, undFig. 2 is an axial partial section on a larger scale by the cable of Fig. 1, in which, however, a conductor element changed and in its preferred Design is shown, and
F i g. 3 eine der F i g. 2 entsprechende Ansicht einer abgeänderten Ausführung des genanten Leiterelements. F i g. 3 one of the F i g. 2 corresponding view of a modified version of the aforementioned conductor element.
Fig. 1 stellt ein kurzes Stück eines Widerstandskabels im Axialschnitt dar. Das Kabel weist einen axial verlaufenden Mittelleiter 9 auf, der aus einer Anzahl zylindrischer hochohmiger Abschnitte 10 besteht, die hintereinander auf der Kabelachse mit gegenseitigem Abstand in Längsrichtung angeordnet sind und die durch eine Anzahl zylindrischer niederohmiger Abschnitte 11 elektrisch miteinander verbunden sind. Die Abschnitte 10 sind handelsübliche Kohlewiderstände, wie sie in elektronischen Schaltungen verwendet werden. Kurze Leiterstifte 12 stehen axial von den Endflächen der hochohmigen Abschnitte 10 ab und greifen steckerartig in die Enden konzentrischer Bohrungen 14 der niederohmigen Abschnitte 11 ein.Fig. 1 shows a short piece of resistance cable in axial section. The cable has an axially extending central conductor 9, which consists of a number there is cylindrical high-resistance sections 10, one behind the other on the cable axis with mutual Are arranged spaced in the longitudinal direction and by a number of cylindrical low-resistance sections 11 are electrically connected to each other. Sections 10 are commercially available carbon resistors, as used in electronic circuits. Short conductor pins 12 are axially from the End faces of the high-resistance sections 10 and engage like a plug in the ends of concentric bores 14 of the low-resistance sections 11 a.
Mit Ruß stark angereichertes Vinyl hat sich als geeignetes Material für die Herstellung der niederohmigen Abschnitte 11 erwiesen. Dank des eingebrachten Rußes ist dieses Material ein sehr guter Leiter. Es ist außerdem genügend elastisch, so daß es die eingeführten Leiterstifte ständig festhält und durch die ganze Leitung einen guten Kontakt herstellt, wobei die benachbarten, miteinander verbundenen Widerstandsabschnitte immer mit ihren Enden aneinanderstoßen. Die Nachgiebigkeit erlaubt außerdem eine gewisse Verformung der niederohmigen Abschnitte, wenn das Kabel gebogen wird.Vinyl, heavily enriched with soot, has proven to be a suitable material for the production of low-resistance Sections 11 proved. Thanks to the introduced soot, this material is a very good conductor. It is also elastic enough so that it constantly holds the inserted conductor pins firmly and through the whole Line makes good contact with the adjacent, interconnected resistor sections always butt with their ends. The flexibility also allows a certain amount Deformation of the low-resistance sections when the cable is bent.
Jeder Leiterstift 12 wird wirksam von der Seitenwand einer Bohrung 14 festgehalten. Der elektrische Kontakt zwischen jedem hochohmigen Abschnitt und seinem benachbarten niederohmigen Abschnitt erfolgt zwischen der Außenseite jedes Leiterstifts und der Innenseite der zugehörigen, den Steckerstift aufnehmenden Bohrung. Normalerweise besteht kein Kontakt zwischen dem äußeren Endquerschnitt jedes Leiterstifts 12 und irgendeinem Teil des niederohmigen Abschnitts 11, jedoch kann beim Biegen des Kabels der elastische Abschnitt 11 nachgeben, so daß der Leiterstift 12 gegen die Wand der Bohrung 14 drückt.Each conductor pin 12 is effectively retained by the side wall of a bore 14. The electric one Contact takes place between each high-resistance section and its adjacent low-resistance section between the outside of each conductor pin and the inside of the associated pin receiving the connector Drilling. Usually there is no contact between the outer end cross-section of each Conductor pin 12 and any part of the low-resistance section 11, however, when bending the cable the elastic portion 11 yield so that the conductor pin 12 against the wall of the bore 14 presses.
Der Mittelleiter 9 wird zumindest teilweise zusammengehalten von einem nichtleitenden Geflecht 15, das um ihn der Länge nach gewoben ist. Dieses Geflecht muß nicht als dichtes Gewebe ausgeführt sein und kann aus Fiberglas gewoben werden. Ein derartiges Geflecht bietet mechanischen Schutz und dient dazu, die Kette von Widerstandsabschnitten, die den Mittelleiter bilden, in gegenseitiger Berührung zu halten, so daß, selbst wenn das Kabel gebogen und/oder in Axialrichtung belastet wird, keine Lufttaschen zwischen dem auf hohem Potential befindlichen Leiter und einem isolierenden Mantel 16 entstehen können. The center conductor 9 is at least partially held together by a non-conductive mesh 15, that is woven lengthways around him. This braid does not have to be designed as a dense fabric and can be woven from fiberglass. Such a braid offers mechanical protection and serves to keep the chain of resistor sections that form the center conductor in mutual contact, so that even if the cable is bent and / or loaded in the axial direction, there are no air pockets between the conductor located at high potential and an insulating jacket 16 can arise.
Dieser Mantel 16 umschließt den Mittelleiter 9, wobei es der gleichmäßige Außendurchmesser des Mittelleiters 9 erlaubt, den Mantel 16 durch Strangpressen zu erzeugen, ohne daß Lufttaschen zwischen dem Mittelleiter 9 und dem Mantel entstehen. Es wird auch ein gleichmäßiger Außendurchmesser erzielt.This jacket 16 encloses the center conductor 9, it being the uniform outer diameter of the Center conductor 9 allows the jacket 16 to be produced by extrusion without air pockets between the center conductor 9 and the jacket arise. A uniform outside diameter is also achieved.
Die Axialbohrung 14 jedes nieeerohmigen Abschnitts 11 ist keinen unterschiedlichen Spannungen ausgesetzt, so daß dort keine Ionisierung stattfinden kann. Die radiale Stärke des isolierenden Mantels muß den elektrischen Eigenschaften des verwendeten Materials angepaßt sein sowie den zu erwartenden Betriebsbedingungen. Die Spannungsbeanspruchung des Mantels ist bedeutend geringer (für eine gegebene Spannungsdifferenz zwischen Leiter und Mantel), alsThe axial bore 14 of each low-resistance section 11 is not exposed to different stresses, so that no ionization can take place there. The radial thickness of the insulating jacket must be the electrical properties of the material used and the expected operating conditions. The stress on the jacket is significantly lower (for a given Voltage difference between conductor and jacket), as
sie in einem Kabel auftreten würde, bei dem die Leiterteile zwischen den Widerständen nur aus dünnen Drahtleitungen bestehen.they would occur in a cable where the ladder parts only consist of thin wire lines between the resistors.
Bei Verwendung eines leitenden Geflechts 17 an der Außenseite des Mantels 16 wird ein abgeschirmtesWhen using a conductive braid 17 on the outside of the jacket 16 is a shielded
χ5 Koaxialkabel erhalten. χ 5 coaxial cables received.
Fig. 2 stellt in vergrößertem Maßstab die Verbindung eines einzelnen hochohmigen Abschnitts 10 dar und eine bevorzugte Ausführungsform eines niederohmigen Abschnitts 20. Der Abschnitt 20 ist mehrmais länger als der Abschnitt 10 und hat den gleichen Außendurchmesser wie dieser. Im Gegensatz zu den rohrförmigen niederohmigen Abschnitten 11 (Fig. 1) ist der Abschnitt 20 im wesentlichen massiv, abgesehen von den axialen Ausnehmungen 21 an den beiden Enden des Abschnitts. Jede Ausnehmung 21 besteht aus einem kurzen zylindrischen Eintrittsteil 22 in Achsrichtung mit gleichförmigem Durchmesser am offenen Ende. Vom Eintrittsteil 22 aus nach innen vergrößert sich die Ausnehmung 21 und weist einen größeren Innendurchmesser auf als der Eintrittsteil 22. Fig. 2 zeigt, daß der Eintrittsteil 22 jeder Ausnehmung 21 sich zu einem konischen oder trichterförmigen Teil erweitert. Der Zweck der Erweiterung des inneren Teils der Ausnehmungen 21 ist es, die Flexibilität des Kabels zu erhöhen und die auf die Leiterstifte 12 beim Biegen des Kabels ausgeübten Kräfte zu vermindern, indem genügend Raum für die Leiterstifte geboten wird, so daß sie frei und von einer Seite zur anderen ausschwingen können, wie es erforderlich ist, wenn das Kabel nicht gestreckt liegt. Zwischen der äußeren Zylinderfläche jedes Leiterstifts 12 und der inneren Zylinderfläche des Eintrittsteils 22 der Ausnehmung 21 ergibt sich ein sehr befriedigender ständiger elektrischer Kontakt. Außerdem ist eine be-Fig. 2 shows the connection on an enlarged scale a single high-resistance section 10 and a preferred embodiment of a low-resistance Section 20. Section 20 is several times longer than section 10 and has the same Outside diameter like this one. In contrast to the tubular low-resistance sections 11 (Fig. 1) the section 20 is essentially solid, apart from the axial recesses 21 on the two Ends of the section. Each recess 21 consists of a short cylindrical entry part 22 in Axial direction with uniform diameter at the open end. From the entry part 22 inwards the recess 21 increases and has a larger inner diameter than the entry part 22. Fig. 2 shows that the entry part 22 of each recess 21 becomes conical or funnel-shaped Part expanded. The purpose of expanding the inner part of the recesses 21 is to provide flexibility of the cable and the forces exerted on the conductor pins 12 when the cable is bent to reduce by allowing enough space for the conductor pins so that they are free and from one side can swing out to the other, as is necessary when the cable is not stretched. Between the outer cylindrical surface of each conductor pin 12 and the inner cylindrical surface of the entry portion 22 of FIG Recess 21 results in a very satisfactory permanent electrical contact. In addition, a
grenzte Schwenkbewegung zwischen dem Drahtleiter und dem Abschnitt niedrigen Widerstands ohne störende Berührung oder Aneinanderstoßen von Endteilen möglich, weil die Leiterstifte 12 kürzer sind als die Tiefe der Ausnehmungen 21.limited pivoting movement between the wire conductor and the low resistance section without interfering Contact or abutment of end parts possible because the conductor pins 12 are shorter than the depth of the recesses 21.
In F i g. 3 ist eine abgeänderte Ausführungsform des niederohmigen Abschnitts 20 nach F i g. 2 mit einem Abschnitt 25 dargestellt, der aus drei getrennten Teilen besteht, nämlich zwei rohrförmigen Endstükken 26 und einem mittleren Schaftstück 27. Diese Ausführungsform bietet geringe Schwierigkeiten bei der Herstellung. Auch der Widerstand gegen Verbiegung ist geringer wegen der Möglichkeit einer gewissen kleinen, die Scherbeanspruchung verringernden Bewegung zwischen den einander berührenden Zylin-In Fig. 3 is a modified embodiment of the low-resistance section 20 according to FIG. 2 shown with a section 25, which consists of three separate Parts consists, namely two tubular end pieces 26 and a central shaft piece 27. These Embodiment offers little difficulty in manufacture. Also the resistance to bending is lower because of the possibility of some small, shear-reducing stress Movement between the touching cylinders
fio derflächen zwischen jedem Schaftstück und den darübergeschobenen Endstücken; die Flexibilität des Kabels wird dadurch vergrößert. Die Größe der Endstücke ist so gewählt, daß die Schaftstücke des Mittelteils umschlossen werden, und der durch diesen abgeänderten Abschnitt 25 hergestellte elektrische Kontakt ist jederzeit so gut, wie er durch den Abschnitt 20 nach Fig. 2 zu erzielen ist. fi o derflächen between each shaft section and the end pieces pushed over it; this increases the flexibility of the cable. The size of the end pieces is chosen so that the shaft pieces of the central part are enclosed, and the electrical contact produced by this modified section 25 is always as good as can be achieved by the section 20 of FIG.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
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