DE202007012165U1

DE202007012165U1 - Flexible elektrische Leitung

Info

Publication number: DE202007012165U1
Application number: DE202007012165U
Authority: DE
Original assignee: Nexans SA
Current assignee: Nexans SA
Priority date: 2007-08-31
Filing date: 2007-08-31
Publication date: 2007-11-22
Anticipated expiration: 2017-09-01
Also published as: KR20090023121A; EP2031604A2; EP2031604A3; US20090056974A1; US8071880B2

Abstract

Flexible elektrische Leitung für ortsveränderliche Verbraucher, die mindestens zwei jeweils aus einem elektrischen Leiter und einer denselben umgebenden Isolierung bestehende Adern als Verseilelemente aufweist, welche um einen aus Isoliermaterial bestehenden Kern mit in Längsrichtung verlaufenden Dellen, in denen die Verseilelemente liegen, herum verseilt sind, und welche von einem gemeinsamen Mantel aus Isoliermaterial umgeben sind, dadurch gekennzeichnet,
– daß in dem Kern (K) zentral ein von einer Schicht (2) aus Isoliermaterial umschlossener nichtmetallischer, zug- und stauchstabiler Träger (1) angeordnet ist,
– daß die Schicht (2) aus Isoliermaterial aus einem auf Dauer elastisch bleibenden, eindrückbaren Material besteht, das die Innenzwickel zwischen den Verseilelementen vollständig ausfüllt, und
– daß die Schicht (2) aus Isoliermaterial von einer Gleitschicht (8) aus einem Material mit gegenüber den Verseilelementen guten Gleiteigenschaften umgeben ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine flexible elektrische Leitung für ortsveränderliche Verbraucher, die mindestens zwei jeweils aus einem elektrischen Leiter und einer denselben umgebenden Isolierung bestehende Adern als Verseilelemente aufweist, welche um einen aus Isoliermaterial bestehenden Kern mit in Längsrichtung verlaufenden Dellen, in denen die Verseilelemente liegen, herumverseilt sind, und welche von einem gemeinsamen Mantel aus Isoliermaterial umgeben sind ( EP 1041585 B1 ).
Derartige Leitungen werden beispielsweise zum Verbinden von ortsveränderlichen Geräten mit einer Spannungs- bzw. Signalquelle eingesetzt. Ortsveränderliche Geräte können beispielsweise Kräne, Werkzeugmaschinen und Roboter sein. Die Leitungen müssen mechanisch belastbar sein, mit einer auf lange Zeit gleichbleibenden Biegefestigkeit. Sie sollen auch in einem weiten Temperaturbereich gut biegbar bleiben, der beispielsweise zwischen –40 °C und +80 °C liegt. Wenn die Leitungen beispielsweise als Schleppkettenleitungen in der Automatisierungstechnik eingesetzt werden, dann müssen sie auch bei größeren Längen von bis zu 50 m Bewegungen mit erhöhten Geschwindigkeiten von bis zu 5 m/sec in horizontaler Richtung und entsprechenden Beschleunigungen von bis zu 50 m/sec² auf Dauer unbeschadet überstehen. „Auf Dauer" bedeutet dabei beispielsweise bis zu 5 Millionen Biegezyklen.
Die bekannte Leitung nach der eingangs erwähnten EP 1041585 B1 ist als flexible Starkstromleitung ausgeführt, die einen zentralen Kern aufweist, um den Energieadern, mindestens eine Steuerleitung und mindestens eine Datenleitung herumverseilt sind. Der Kern hat ein aus Kunststoff bestehendes zentrales Zugelement über dem eine Umhüllung aus einem vernetzten Material angebracht ist, in welcher für jedes herumverseilte Element eine der Kontur desselben angepaßte, sich über die ganze axiale Länge des Kerns erstreckende Eindellung angebracht ist. Mit dieser Starkstromleitung können neben Energie und Steuerbefehlen zusätzlich beispielsweise auch Meßdaten übertragen werden. Die gute Biegbarkeit der Starkstromleitung wird durch die spezielle Ausbildung des Kerns unterstützt, in dessen dem jeweiligen herumverseilten Element angepaßte Eindellungen diese Elemente beim Biegen der Starkstromleitung gleiten können. Diese Starkstromleitung hat sich in der Praxis bewährt. Maßnahmen, wie eine gleitende Beweglichkeit der verseilten Elemente relativ zum Kern erreicht werden soll, und ob eine Funktionsfähigkeit der Starkstromleitung bei Bewegungen mit hoher Geschwindigkeit und Beschleunigung auch bei großer Länge aufrechterhalten werden soll, sind in der Schrift nicht erwähnt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs geschilderte Leitung so zu gestalten, daß sie ihre Funktionsfähigkeit auch bei größerer Länge und Bewegungen mit hoher Geschwindigkeit und Beschleunigung auf Dauer unbeschadet beibehält.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst,

– daß in dem Kern zentral ein von einer Schicht aus Isoliermaterial umschlossener nichtmetallischer, zug- und stauchstabiler Träger angeordnet ist,
– daß die Schicht aus Isoliermaterial aus einem auf Dauer elastisch bleibenden, eindrückbaren Material besteht, das die Innenzwickel zwischen den Verseilelementen vollständig ausfüllt, und
– daß die Schicht aus Isoliermaterial von einer Gleitschicht aus einem Material mit gegenüber den Verseilelementen guten Gleiteigenschaften umgeben ist.

Wesentliches Element dieser Leitung ist der gleitfähig beschichtete, elastisch komprimierbare Kern, der zugstabil und stauchstabil ausgeführt ist. Durch diesen Kern ist erreicht, daß die beispielsweise in einer Schleppkette dauerbewegte Leitung die permanent auftretenden Zug- und Stauchbelastungen ohne Beschädigungen aushält. Solche Zugbelastungen können für eine in einer Schleppkette frei beweglich angeordnete Leitung in der Beschleunigungsphase von bis zu 50 m/sec² Werte von 15 N/MM² bis 20 N/mm² überschreiten. Während der Verzögerungsphase einer derartigen Schleppkette wirken Stauchkräfte auf die Leitung ein, für welche zu den angegebenen Beschleunigungswerten analoge Werte gelten. Außerdem ist die Biegewechselfestigkeit der Leitung durch den Kern auf Dauer sichergestellt. Der Kern bzw. das elastisch komprimierbare Material der Schicht aus Isoliermaterial desselben füllt die inneren Zwickel zwischen den Verseilelementen vollständig aus, wobei die Verseilelemente in dasselbe eingedrückt werden und in entsprechenden Dellen des Isoliermaterials liegen. Das ergibt eine stabile Führung der Verseilelemente und einen kompakten Aufbau der Leitung. Da die Verseilelemente außerdem wegen der Gleitschicht des Kerns leicht in axialer Richtung auf demselben gleiten können, kann eine mechanische Beschädigung derselben auch nach vielen Biegezyklen mit hoher Sicherheit ausgeschlossen werden.
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in den Zeichnungen dargestellt.
Es zeigen:
1 einen Querschnitt einer Leitung nach der Erfindung.
2 eine Einzelheit der Leitung in vergrößerter Darstellung.
3 einen Querschnitt einer gegenüber 1 abgewandelte Ausführungsform der Leitung.
In 1 ist eine flexible elektrische Leitung wiedergegeben, die als zentrales Element einen Kern K aufweist. Der Kern K besteht aus einem zentral angeordneten nichtmetallischen, zug- und stauchstabilen Träger 1 und einer denselben umgebenden Schicht 2 aus einem elastischen eindrückbaren und auf Dauer elastisch bleibenden Isoliermaterial. Um den Kern K herumverseilt sind vier Adern 3, 4, 5 und 6, von denen die Adern 3, 4 und 5 beispielsweise Energieadern und die Ader 6 eine Schutzleiterader sein können. Die Adern 3 bis 6 werden im folgenden als „Verseilelemente 3 bis 6" bezeichnet. Sie sind – unabhängig von weiteren, noch zu erläuternden Schichten – außen von einem Mantel 7 aus Isoliermaterial umgeben, der beispielsweise aus Polyurethan besteht. Die Schicht 2 des Kerns K wird beim Verseilen der Verseilelemente 3 bis 6 durch dieselben in radialer Richtung eingedrückt. Dabei werden im Kern K Dellen gebildet, so wie es in den 1 und 3 angedeutet ist. Die Dellen erstrecken sich in axialer Richtung der Leitung wendelförmig.
Der Kern K hat entsprechend 2 in seiner Ursprungsform einen etwa kreisförmigen Querschnitt. Er kann je nach Art und Aufbau der Verseilelemente 3 bis 6 aber auch eine andere geometrische Form haben, beispielsweise oval oder rechteckig. Die Schicht 2 des Kerns K kann mit Vorteil aus einem weichen, gelartigen thermoplastischen Elastomer (TPE-O) oder aus Silikon oder Gummi bestehen, und zwar auch in aufgeschäumter bzw. zelliger Form.
Der zug- und stauchstabile Träger 1 kann mit Vorteil aus zugfesten Fasern aus Aramid, Glas oder Basalt bestehen. Die Fasern sind zur Erzielung der Stauchstabilität des Kerns K vorzugsweise vollständig in ein Bindemittel eingebettet, beispielsweise in ein Polyesterharz. Ein solcher zug- und stauchstabiler Träger 1 hat einen Elastizitätsmodul von 50.000 N/mm² bis 100.000 N/mm² und eine Reißfestigkeit, die zwischen 1000 N/mm² und 2000 N/mm² liegt.
Die Schicht 2 des Kerns K ist von einer Gleitschicht 8 umgeben, deren Material gute Gleiteigenschaften gegenüber den Verseilelementen 3 bis 6 hat. Geeignet für eine solche Gleitschicht 8 sind Materialien auf Basis von Polytetrafluorethylen (PTFE). Ein entsprechendes, in flüssiger Form vorliegendes Material, in dem PTFE-Nanopartikel enthalten sind, kann beispielsweise rundum auf die Schicht 2 aufgespritzt oder im Tauchverfahren aufgebracht werden. Die so erzeugte Gleitschicht 8 kann anschließend in einer beispielsweise mit Infrarotstrahlern ausgerüsteten Heizstrecke thermisch nachbehandelt werden. Sie haftet gut an der Schicht 2 und hat eine mit Vorteil zwischen 5 μm und 25 μm liegende Dicke.
Als Gleitschicht 8 kann auch eine Folie aus PTFE mit einer Dicke von mindestens 25 μm lückenlos um die Schicht 2 herumgewickelt werden. Eine solche Folie besteht mit Vorteil aus geschäumtem PTFE, und zwar vorzugsweise aus einem ungesinterten PTFE niedriger Dichte.
Die Gleitschicht 8 ist so ausgeführt und um den Kern K herum angeordnet, daß die elastische Verformbarkeit der Schicht 2 nicht beeinträchtigt wird. Andererseits kann die Gleitschicht 8 allen Formänderungen der Schicht 2 des Kerns K ohne Probleme folgen.
Die Leitung nach der Erfindung kann gemäß 1 auch mit einem elektrischen Gesamtschirm 9 ausgerüstet sein, der über der aus den Verseilelementen 3 bis 6 bestehenden Seele angeordnet ist. Ein solcher Gesamtschirm 9 kann als Geflecht oder als Umseilung ausgeführt sein. Zum Aufbau desselben können in üblicher Technik verzinnte Kupferdrähte eingesetzt werden. Mit besonderem Vorteil werden aber Drähte mit besseren federnden Eigenschaften eingesetzt. Solche Drähte sind mit Vorteil verzinnte oder vernickelte kupferplattierte Stahldrähte oder hochfeste Chrom-Nickel-Stahldrähte oder verzinnte Stahldrähte, die einzeln mit verzinnten Kupferbändchen umsponnen sind.
Es ist sinnvoll, für den Gesamtschirm 9 eine im wesentlichen kreisrunde Auflagefläche um die Seele der Leitung herum zu erzeugen. Dazu kann um die Verseilelemente 3 bis 6 ein Innenmantel 10 herum extrudiert werden, um welchen eine Schutzhülle 11 herumgeformt wird, die elastisch komprimierbar ist und mit Vorteil aus den gleichen Materialien wie die Schicht 2 des Kerns K besteht. Die Schutzhülle 11 ist vorzugsweise von einer dünnen Gleitschicht umgeben, auf welcher der Gesamtschirm 9 beim Bewegen der Leitung gut gleiten kann. Sie ist mit Vorteil ebenso wie die Gleitschicht 8 des Kerns K aufgebaut. Über dem Gesamtschirm 9 ist der bereits erwähnte Mantel 7 angebracht.
Die Leitung nach der Erfindung kann gemäß 3 beispielsweise als Versorgungsleitung für Servoantriebe ausgeführt sein. Eine solche Leitung hat neben den im Zusammenhang mit 1 erläuterten Verseilelementen 3 bis 6 (Adern 3 bis 6) als zusätzliches Verseilelement eine geschirmte Signalleitung 12. Die Signalleitung 12 besteht aus zwei Signaladern 13, die zusammen mit zwei Füllelementen 14 von einem elektrisch wirksamen Schirm 15 umgeben sind. Der Schirm 15 ist beispielsweise als Geflecht oder Umspinnung aus verzinnten oder versilberten Kupferdrähten ausgeführt. Vor Anbringung des Schirms 15 wird zweckmäßig erst eine dünne Gleitschicht aus einem Material um die Signaladern 13 herumgeformt, auf welcher der Schirm 15 gut gleiten kann. Für eine solche Gleitschicht wird vorzugsweise eine Folie aus PTFE verwendet, die lückenlos um die Signaladern 13 herumgeformt wird. Besonders geeignet ist ein geschäumtes, ungesintertes PTFE niedriger Dichte. Auch die Signalleitung 12 ist in die Schicht 2 des Kerns K eingedrückt. Der sonstige Aufbau der Leitung nach 3 entspricht dem für die Leitung nach 1 geschilderten Aufbau.

Claims

Flexible elektrische Leitung für ortsveränderliche Verbraucher, die mindestens zwei jeweils aus einem elektrischen Leiter und einer denselben umgebenden Isolierung bestehende Adern als Verseilelemente aufweist, welche um einen aus Isoliermaterial bestehenden Kern mit in Längsrichtung verlaufenden Dellen, in denen die Verseilelemente liegen, herum verseilt sind, und welche von einem gemeinsamen Mantel aus Isoliermaterial umgeben sind, dadurch gekennzeichnet, – daß in dem Kern (K) zentral ein von einer Schicht (2) aus Isoliermaterial umschlossener nichtmetallischer, zug- und stauchstabiler Träger (1) angeordnet ist, – daß die Schicht (2) aus Isoliermaterial aus einem auf Dauer elastisch bleibenden, eindrückbaren Material besteht, das die Innenzwickel zwischen den Verseilelementen vollständig ausfüllt, und – daß die Schicht (2) aus Isoliermaterial von einer Gleitschicht (8) aus einem Material mit gegenüber den Verseilelementen guten Gleiteigenschaften umgeben ist.
Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (1) aus zugfesten Fasern besteht, die vollständig in ein Bindemittel eingebettet sind, vorzugsweise in ein Polyesterharz.
Kabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Gleitschicht (8) ein Material auf der Basis von Polytetrafluorethylen eingesetzt ist.
Kabel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitschicht (8) mit einer Schichtdicke von mindestens 5 μm durch Spritzen oder Tauchen auf die Schicht (2) aus Isoliermaterial aufgebracht ist.
Kabel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Folie aus Polytetrafluorethylen mit einer Dicke von mindestens 25 μm lückenlos um die Schicht (2) aus Isoliermaterial herumgeformt ist.
Kabel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie aus geschäumtem, ungesintertem Polytetrafluorethylen niedriger Dichte besteht.