DE19623170C2

DE19623170C2 - Kabelträger

Info

Publication number: DE19623170C2
Application number: DE19623170A
Authority: DE
Inventors: Bernd Dipl Ing Junker
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 1996-06-10
Filing date: 1996-06-10
Publication date: 1998-04-09
Anticipated expiration: 2016-06-11
Also published as: DE19623170A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Kabelträger zur Abstützung von Leitungen, insbe sondere von elektrischen oder faseroptischen Meßkabeln, an dynamisch bela steten Systemen, sowie ein Verfahren zur Herstellung und Montage eines der artigen Kabelträgers.

An dynamisch belasteten Systemen ist das Verlegen von Leitungen, insbeson dere von elektrischen oder faseroptischen Meßkabeln, problematisch. Die Lei tungen werden aufgrund von Drehbewegungen, Verschwenkungen, Dehnun gen, Beschleunigungskräften oder anderen äußeren Einflüssen belastet, was zum Leitungsbruch oder zur Deformation der Leitungsführung oder anderen Beeinträchtigungen führen kann.

Derartige Probleme stellen sich insbesondere bei Messungen und Überwachun gen an Rotorköpfen für Hubschrauber. Die Rotorblätter, der Antrieb sowie der Rotorkopf sind kompliziert aufgebaute Systeme. Die Rotorblätter weisen eine Vielzahl von Verstellbewegungen um mehrere Drehachsen auf, wobei diese Bewegungen häufig auch zyklisch, d. h. bei jeder Rotordrehung, ausgeführt werden. Um für diese Bewegungen und Verstellungen Rückmeldungen zu er halten sowie Belastungen und Dehnungen zu messen, werden zur Windka nalerprobung, zur Flugerprobung und in Zukunft auch im normalen Flugbetrieb an den Rotorblättern Sensoren angeordnet. Die Meßleitungen, meist elektrische Meßkabel, werden bei der Flugerprobung in Versuchsständen und im Windka nal an den beweglichen Elementen des Rotorsystems in geeigneter Weise durch Klebestreifen, Kabelklemmen oder ähnlichem befestigt. Dennoch treten im dynamischen Betrieb erhebliche Belastungen an den Meßkabeln auf, was zur frühzeitigen Materialermüdung und einem Meßdatenausfall führt. An Hub schrauberrotorsystemen sind die Kabel erheblichen Belastungen ausgesetzt. Zusätzlich zu den Verformungen aufgrund der Verstellbewegungen zerren Fliehkräfte und vom Anströmungszustand wechselnde Luftlasten an den Ka beln. Die Kabel brechen aufgrund von Dehnungen, Erschütterungen oder Zug belastungen oder Kupplungselemente versagen.

Bei Kraftfahrzeugen ist aus der DE 43 00 968 C2 eine Schlauchvorrichtung be kannt, bei der ein Bremsschlauch kombiniert wird mit einem Kabelbaum, der einen Geschwindigkeitsmeßwertgeber mit dem Motorraum verbindet. Dabei wird ein herkömmlicher Gummi-Bremsschlauch eingesetzt, längs dessen sich der Kabelbaum erstreckt. Dabei ist vorgesehen, sowohl den Bremsschlauch als auch den Kabelbaum gemeinsam lösbar in einer Haltevorrichtung zu befestigen, um dadurch die gleichzeitige Montage von Bremsschlauch und Kabelbaum zu ermöglichen und so insgesamt zu erleichtern. Die bei einer Kraftfahrzeugserien fertigung stets identischen äußeren Randumstände ermöglichen so eine zweckmäßige stets gleiche Ausbildung der Einzelteile. Diese Bedingungen sind außerhalb dieses Sonderfall es jedoch nicht gegeben, bei sich ändernden Anfor derungen oder Abmessungen wäre eine solche Konzeption ungeeignet.

Aus dem Stand der Technik sind lediglich elektrische Leitungen bekannt, die zur Zugentlastung der elektrischen Leitung im Isoliermantel des Kabels ein Zugent lastungscord vorsehen. Ferner ist es bekannt, zum Abfangen von Biegebela stungen an Kabeln sogenannte Knickschutzhüllen, die auf den jeweilig ver wendeten Kabelaußendurchmesser abgestimmt sind, über das verlegte Kabel zu ziehen, die dann die Übergangsstellen vom Stecker zum Kabel elastisch stützen. Nachteilig ist, daß derartige Schutzmaßnahmen für das Kabel das Ei gengewicht des Kabels erhöhen und somit zu zusätzlichen dynamischen Bela stungen innerhalb des Kabels führen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Kabelträger zur Fixierung von Leitun gen anzugeben, bei dem die Leitungen auch an dynamisch stark belasteten Systemen sicher abgestützt werden. Ferner ist es Aufgabe, einen derartigen Kabelträger in einfacher Weise herstellen und am gewünschten Ort anbringen zu können.

Gelöst werden diese Aufgaben durch die in den Ansprüchen 1, 10 oder 12 an gegebenen Merkmale.

Der erfindungsgemäße Kabelträger ermöglicht eine sichere Abstützung von empfindlichen Leitungen, wie elektrischen Meßkabeln, an dynamisch belasteten Systemen. Zur Herstellung des Kabelträgers werden mit einem Bindemittel, wie etwa kalthärtendes Epoxidharz, durchtränkte Verstärkungsfasern in einen Schlauch eingezogen. Der so verstärkte Schlauch wird am vorgesehenen Ort an dem dynamisch belasteten System befestigt. Ein so hergestellter Kabelträger zeichnet sich durch ein geringes Eigengewicht bei gleichzeitig hoher Tragkraft aus. Die von Meßkabeln ausgehenden Fliehkräfte und die auf den Meßkabeln einwirkenden Windlasten werden auf den Kabelträger abgesetzt. Dabei kann der Kabelträger entsprechend seiner Anordnung am dynamisch belasteten Sy stem elastisch oder steif ausgebildet sein.

Als Bindemittel stehen marktgängige kalthärtende Epoxidharze zur Verfügung.

Wenn die Verstärkungsfaser aus Kohlefasern, sogenanntem CFK-Roving, be steht, wird eine besonders hohe Steifigkeit des Kabelträgers erreicht. Ein aus derartigen Verstärkungsfasern hergestellter Kabelträger ist besonders für nicht bewegliche Kabelführungen geeignet. Wenn die Verstärkungsfaser aus Aramid fasern, sogenannten PRD-Rovings, unter Einsatz von elastischen Epoxidharzen besteht, ist der Kabelträger hochreißfest und kann dennoch elastisch verformt werden. Ein so ausgebildeter Kabelträger eignet sich besonders zur Über brückung von relativ zueinander bewegten Bauteilen.

Vorteilhaft wird ein PVC-Kunststoffschlauch mit einem Durchmesser von 6-10 mm verwendet. Die Kunststoffschläuche sind leicht zu verarbeiten und geben dem darin eingezogenen Verstärkungsfaserstrang und dem Epoxidharz eine Ummantelung. Dadurch, daß mehrere, mit durchtränkten Fasern bestückte Schläuche, beispielsweise 5 Stück, in einem größeren Schlauch zusammenge faßt angeordnet sind, wird die elastische Beweglichkeit des Kabelträgers erhöht. Die in dem größeren Schlauch angeordneten Schläuche sollten vorzugsweise besonders dünn gewählt werden, um sowohl die Beweglichkeit des Kabelträgers wie auch die Gesamtmasse des Trägers zu minimieren.

Für dauerhaft verlegte Kabelträger kann es vorteilhaft sein, die Leitungen inner halb des Schlauches anzuordnen. Dazu wird ein separater Schlauch zur Auf nahme der Kabel mit eingezogen. Es wird damit ein glattes äußeres Erschei nungsbild des Kabelträgers mit der integrierten Leitung erreicht. Ferner stellt die Schlauchummantelung der Leitung einen zusätzlichen Schutz vor mechani schen Beschädigungen dar. Alternativ werden die Leitungen in geeigneter Weise, beispielsweise mit Schlauchbindern, am Schlauch befestigt. Vorteilhaft können dabei bei Versuchsaufbauten oder kurzfristigen Tests Leitungen mon tiert und wieder entfernt werden, ohne daß ein aufwendiger Installationsaufwand auszuführen ist.

Nach der Herstellung des Kabelträgers und dessen Befestigung am System erfolgt das Anklemmen bzw. Anheften der Leitungen vor der Aushärtung des Bindemittels. Die Form des Kabelträgers paßt sich damit besonders gut seinem Aufgabenzweck an. Die Leitungen und ebenso die beispielsweise verwendeten Schlauchklemmen formen sich geringfügig in den Kabelträger ein. Ein Verrut schen der Schlauchklemmen entlang des Kabelträgers sowie ein Verrutschen der Leitungen in tangentialer Richtung am Kabelträger wird somit weitestgehend vermieden.

Um den in den Schlauch eingeführten Epoxidharzanteil bis zum Abbinden sicher in dem Schlauch zu belassen, ist es vorteilhaft, daß nach dem Einziehen der Fasern die Enden des Schlauches verschlossen werden. Wenn das Trägerkabel vor Aushärtung des Bindemittels im Schlauch am Abstützungsort befestigt wird, ist eine besonders einfache Anpassung des Trägerkabels an den gewünschten Einsatzzweck möglich. Das Trägerkabel kann am Abstützungsort noch nachge formt werden.

Zur Herstellung eines elastischen Kabelträgers ist es vorteilhaft, wenn ein ela stisch aushärtendes Epoxidharz verwendet wird. Der Elastizitätsgrad kann dabei durch das gewählte Mischungsverhältnis eingestellt werden.

Zum Einziehen der Fasern und gegebenenfalls Leitungen in den Schlauch ist es vorteilhaft, die getränkten Fasern und gegebenenfalls den Leitungsschlauch an einer bereits durch den Schlauch geschorenen Vorleine zu befestigen, um sie dann in einem Arbeitsgang in den Schlauch einzuziehen.

Nachfolgend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel mit Bezug auf die Zeichnung detailliert beschrieben.

Darin zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht, teils geschnitten, eines an einem dy namisch belasteten System befestigten Kabelträgers;

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Abschnitts eines Kabelträgers; und

Fig. 3 eine andere Ausführungsform hierzu.

Fig. 1 zeigt in perspektivischer Ansicht einen Kabelträger 1, der an einem dy namisch belasteten System 20 befestigt ist. Der Träger 1 besteht aus einem äußeren Kunststoffschlauch 2, der vorzugsweise einen Außendurchmesser von 6-10 mm aufweist, und einer in den Schlauch 2 eingezogenen Verstärkungsfa ser 3. Die Verstärkungsfaser 3 ist mit einem Bindemittel 4, vorzugsweise Epoxidharz, durchtränkt, das auch den Zwischenraum zwischen Verstärkungsfaser 3 und Schlauch 2 ausfüllt.

An den Enden des Kabelträgers 1 ist der Schlauch 2 nur im Verlauf des Aushär tens mittels Schrumpfschlauch verschlossen. Nach dem Aushärten werden die Enden des Kabelträgers 1 auf das benötigte Maß geschnitten. Im Aushärtepro zeß ist der Kabelträger bereits fest mit dem dynamisch belasteten System 20 verbunden. Dies geschieht über Befestigungsmittel 5, 6, z. B. Kabelbinder 5 oder Schellen 6. Diese Befestigungsmittel 5, 6 drücken sich dabei in den Kabelträger 1 und erzeugen eine Formschlußmarkierung.

Ferner ist in Fig. 1 ein Meßkabel 10 dargestellt, das mittels Kabelbindern 11 an dem Kabelträger 1 fixiert ist. Die Kabelbinder 11 sind in regelmäßigen Abstän den an dem Kabelträger 1 angebracht. Alternativ zu Kabelbindern können auch Klebeverbindungen, Heftstreifen oder Ringklemmen verwendet werden.

Nachfolgend wird das Herstellungsverfahren eines Kabelträgers 1 unter Bezug auf die Fig. 1 und 2 näher beschrieben. Zur Herstellung eines Kabelträgers 1 wird ein Kunststoffschlauch 2 auf am Einbauort an einem dynamisch belasteten System 20, wie beispielsweise einem Rotorblatt an einem Hubschrauber, pas sende Länge gebracht. Ebenso wird eine oder bevorzugt ein Bündel aus mehreren Verstärkungsfasern 3 vorbereitet. Die Verstärkungsfaser(n) 3 werden sodann in ein Bindemittel 4, vorzugsweise Epoxidharz, eingetaucht, so daß die Fasern 3 vollständig durchtränkt sind. Dies erfolgt vorzugsweise durch Eintauchen in ein Bad mit dem entsprechenden Epoxidharz. Die Fasern können beispielsweise auch vor der Ablängung zum freien Aufspannen um zwei an einem Hilfsträger im beabsichtigten Abstand fixierte Nägel herum gewickelt und dann getränkt werden. Nun wird der abgelängte Schlauch 2 mit einer Vorleine bestückt. Die Vorleine wird durch das Innere des Schlauches 2 geschoren. An einem Ende der Vorleine werden dann die mit Epoxidharz 4 durchtränkten Verstärkungsfasern 3 fixiert und durch Ziehen an dem anderen Ende der Vorleine in den Schlauch 2 eingezogen. Dabei füllen die durchtränkten Verstärkungsfasern 3 fast vollständig den Hohlraum des Schlauches 2 aus. Ein eventuell vorhandener Zwischenraum wird durch überschüssiges Epoxidharz 4 ausgefüllt.

Hiernach werden die beiden Enden des Schlauches 2 mit Hilfe von langen Schrumpfschläuchen verschlossen, um zu verhindern, daß noch flüssiges Epoxidharz 4 aus dem Schlauchhohlraum abfließen kann. Der so hergestellte Kabelträger 1 wird in noch unausgehärtetem Zustand an seinem Ansetzort am dynamisch belasteten System 20 angepaßt und befestigt. Die Befestigung er folgt dabei beispielsweise durch festes Anbinden oder Klemmen des Kabelträ gers 1 am System 20.

Nach dem Befestigen des Kabelträgers 1 ist weiterhin ein Nachverformen des Kabelträgers möglich, da das Epoxidharz 4 noch nicht ausgehärtet ist. Das ab zustützende Meßkabel 10 wird verlegt und mittels Kabelbindern 11 an dem noch nicht ausgehärteten Kabelträger 1 befestigt. Die Kabelbinder 11 werden dabei so straff montiert, daß sie sich ein wenig in den Kabelträger 1 einschnüren. Ebenso wölbt sich das Meßkabel 10 leicht in den Kabelträger 1 ein.

Der Kabelträger 1 weist eine hohe Festigkeit und ein geringes Gewicht auf. Durch das leichte Einschnüren der Kabelbinder 11 in den Kabelträger 1 wird ein Verrutschen der Kabelbinder 11 auf dem Kabelträger 1 weitestgehend vermieden. Ebenso wird ein Verrutschen des Meßkabels 10 am Kabelträger 1 aufgrund der Einwölbung an der Oberfläche des Kabelträgers 1 vermieden.

Der Kabelträger erlaubt daher die sichere Fixierung und Befestigung von emp findlichen Leitungen, wie elektrischen Meßkabeln, an dynamisch belasteten Sy stemen. Die Last aus dem Gewicht der Meßkabel wird in den Kabelträger abge leitet und entlastet somit ganz wesentlich das Meßkabel selbst.

Insbesondere zur Übertragung von Sensormeßdaten von beweglichen Elemen ten, wie beispielsweise Hubschrauberrotoren, an eine Auswertestation werden die Meßkabel hohen Belastungen ausgesetzt. Die erfindungsgemäßen Kabel träger zeichnen sich durch hohe Festigkeit, geringes Gewicht und nach Bedarf durch hohe oder geringe Steifigkeit aus, so daß an ihnen weder hohe Flieh kräfte, noch ungewünschte Dehnungen oder Schwingungen Festigkeitspro bleme entstehen lassen. Die Standzeit der daran angehefteten Meßkabel ver vielfacht sich, da die an dem Meßkabel wirkenden Belastungen abgefangen und auf die unempfindlichen Kabelträger übergeben werden.

Wenn ein Kabelträger 1 zwischen zwei relativ zueinander beweglichen Bau teilen des dynamisch belasteten Systems 20 angeordnet werden muß, ist für eine ausreichende elastische Beweglichkeit des Kabelträgers 1 zu sorgen. Dies erfolgt vorzugsweise durch Verwendung von biegeelastischen und äußerst zugfesten Aramidfasern, die auch unter der Markenbezeichnung "Kevlar" be kannt sind, als Verstärkungsfaser 3. Als Bindemittel wird ein elastisch aushär tendes Epoxidharz verwendet. Um eine noch höhere Flexibilität des Kabelträ gers 1 zu erreichen, kann der Kabelträger aus mehreren dünnen, mit Kevlarfa sern bestückten Schläuchen bestehen, die in einem größeren Schlauch zu sammengefaßt sind. Zur Herstellung werden dann zunächst in die dünnen Schläuche durchtränkte Kevlarfasern eingezogen. Danach werden die dünnen Schläuche in einem Bündel in den größeren Schlauch eingezogen. Dieser Ka belträger hat eine hohe Reißfestigkeit bei geringem Gewicht und ist gleichzeitig äußerst flexibel.

Wie Fig. 3 zeigt, kann alternativ zu dem vorangehend Beschriebenen ein PVC-Schlauch 7 zur Aufnahme von Meßkabeln 10 bei der Herstellung des Kabelträ gers mit in den Schlauch 2 eingezogen werden. Für fest zu verlegende Leitun gen hat diese Montageart einige Vorteile. Die in dem Schlauch 7 eingezogenen Meßleitungen sind von dem Schlauch 7, dem Verstärkungsfasermaterial und dem Schlauch 2 umschlossen, so daß die Meßleitungen vor Beschädigungen geschützt sind. Das Meßkabel 10 wird durch den Schlauch 7 geführt und partiell mit Silikonkautschuk eingeklebt. Damit wird ein Kabelwandern verhindert. Dar über hinaus ist das äußere Erscheinungsbild des Kabelträgers mit innenliegend verlegten Leitungen glatt und unbeeinträchtigt von außen anliegenden Leitun gen und Kabelklemmen.

Bezugszeichenliste

1 Kabelträger
2 Schlauch
3 Verstärkungsfaser
4 Bindemittel, Epoxidharz
5 Kabelbinder
6 Schelle
7 Schlauch
10 Leitung, Meßkabel
11 Kabelbinder
20 dynamisch belastetes System

Claims

1. Kabelträger zur Abstützung von Leitungen, insbesondere von elektrischen oder faseroptischen Meßkabeln, an dynamisch belasteten Systemen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schlauch (2) vorgesehen ist, in dem wenigstens eine mit einem Bin demittel (4) getränkte Verstärkungsfaser (3) eingezogen ist.

2. Kabelträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel (4) ein kalthärtendes Epoxidharz ist.

3. Kabelträger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfaser (3) aus Kohlefasern besteht.

4. Kabelträger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsfaser (3) aus Aramidfasern besteht.

5. Kabelträger nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauch (2) als Kunststoffschlauch, vorzugsweise mit einem Durch messer von 6-10 mm, ausgebildet ist.

6. Kabelträger nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere, mit durchtränkten Fasern (3) bestückte Schläuche (2) in einem größeren Schlauch zusammengefaßt angeordnet sind.

7. Kabelträger nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung(en) (10) mit in den Schlauch (2) eingezogen sind.

8. Kabelträger nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung(en) (10) durch einen in den Schlauch (2) eingezogenen weiteren Schlauch (7) geführt und vorzugsweise mit Silikonkautschuk einge klebt sind.

9. Kabelträger nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung(en) (10), vorzugsweise mit Kabelbindern (11), außen am Schlauch (2) befestigt sind.

10. Verfahren zur Herstellung und Montage eines Kabelträgers, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 9, zur Abstützung von Leitungen, insbeson dere von elektrischen oder faseroptischen Meßkabeln, an dynamisch belaste ten Systemen, gekennzeichnet durch die Schritte:

- Durchtränken von Verstärkungsfasern mit einem Bindemittel, vorzugsweise Epoxidharz,
- Einziehen der durchtränkten Faser(n) in einen Schlauch,
- Befestigen des Schlauches am Abstützungsort und
- Anklemmen bzw. Anheften der Leitung(en) am Schlauch.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Anklemmen bzw. Anheften der Leitung(en) vor Aushärtung des Bindemittels erfolgt.

12. Verfahren zur Herstellung und Montage eines Kabelträgers, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 9, zur Abstützung von Leitungen, insbeson dere von elektrischen oder faseroptischen Meßkabeln, an dynamisch belaste ten Systemen, gekennzeichnet durch die Schritte:

- Durchtränken von Verstärkungsfasern mit einem Bindemittel, vorzugsweise kalthärtendes Epoxidharz,
- Einziehen der durchtränkten Faser(n) und der Leitung(en) in einen Schlauch und
- Befestigen des Schlauchs am Abstützungsort.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die durchtränkten Faser(n) gemeinsam mit einem weiteren Schlauch in den größeren Schlauch eingezogen werden.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen durch den kleineren Schlauch geführt und in ihm zumin dest partiell eingeklebt werden.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Einziehen der Faser(n) und ggf. der Leitung(en) die Enden des Schlauches verschlossen werden.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerkabel vor Aushärtung des Bindemittels im Schlauch am Ab stützungsort befestigt wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Faser(n) und ggf. die Leitung(en) mit einer durch den Schlauch ge schorenen Vorleine eingezogen werden.