DE202013002911U1

DE202013002911U1 - Umspritztes Elektrokabel zur Verwendung in einer Schweißvorrichtung

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Publication number: DE202013002911U1
Application number: DE202013002911U
Authority: DE
Original assignee: Balluff GmbH
Current assignee: Balluff GmbH
Priority date: 2013-03-27
Filing date: 2013-03-27
Publication date: 2013-05-27
Anticipated expiration: 2023-03-28
Also published as: CA2822172C; US8937252B2; CA2822172A1; US20140291019A1

Abstract

Elektrokabel, umfassend – mindestens eine Stromleitung (1) mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, umfassend mehreren Adern (11a, 11b, 11c, 11d), wobei jede Ader (11a, 11b, 11c, 11d) eine Aderisolierung (12a, 12b, 12c, 12d) aufweist, alle Aderisolierungen von einer gemeinsamen Ummantelung (13) umgeben sind, und die Ummantelung von einem Außenmantel (14) umgeben ist, wobei der Außenmantel (14) ein Material umfasst, das ausgewählt ist, aus der Gruppe, bestehend aus Silikonen, Perfluorcarbonen, Glimmer, Glasfasern, Metallfasern, Keramikfasern und Gemischen daraus, – einen ersten Steckverbinder (2), der an dem ersten Ende der Stromleitung (1) angeordnet ist, und mindestens einen zweiten Steckverbinder (3a, 3b), der an dem zweiten Ende der Stromleitung angeordnet ist, wobei die Steckverbinder (2, 3a, 3b) jeweils vollständig mit dem Außenmantel (14) umspritzt sind und ein Polyurethan umfassen das ein Flammschutzmittel enthält, und – eine erste Verbindungsmutter (4), die an dem ersten Steckverbinder (2) angeordnet ist, und mindestens eine zweite Verbindungsmutter (5), die an einem zweiten Steckverbinder (3a, 3b) angeordnet ist, wobei die Verbindungsmuttern jeweils ein Fluorcarbon umfassen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektrokabel. Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung des Elektrokabels als Steuerleitung für eine Schweißvorrichtung.
Stand der Technik
Schweißvorrichtungen, insbesondere Schweißroboter für automatisierte industrielle Anwendungen, benötigen zu ihrer Steuerung Elektrokabel, die hohen Belastungen standhalten können. Es wird gefordert, dass solche Elektrokabel gemäß unterschiedlichen Normen wie IEC 60332-2, VDE 0482-265-2-2 und EN 50265-2-2 flammfest sein sollen. Außerdem müssen sie dem Kontakt mit Schweißperlen, d. h. beim Schweißen geschmolzenem und abspritzendem Metall, über längere Zeit standhalten können.
Heute bekannte Elektrokabel, die in Schweißvorrichtungen verwendet werden, müssen regelmäßig ersetzt werden, da es durch die rauen Bedingungen während des Schweißens sehr oft zu einer Freilegung von Kabeladern kommt. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Elektrokabel bereitzustellen, das eine besonders hohe Beständigkeit gegenüber Schweißbedingungen aufweist und das als Steuerleitung für eine Schweißvorrichtung verwendet werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Elektrokabel gelöst. Dieses umfasst mindestens eine Stromleitung mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, umfassend mehreren Adern, wobei jede Ader eine Aderisolierung aufweist und alle Aderisolierungen von einer gemeinsamen Ummantelung umgeben sind, und die Ummantelung von einem Außenmantel umgeben ist, wobei der Außenmantel ein Material umfasst, das ausgewählt ist, aus der Gruppe, bestehend aus Silikonen, Perfluorcarbonen, Glimmer, Glasfasern, Metallfasern, Keramikfasern und Gemischen daraus, einen ersten Steckverbinder, der an dem ersten Ende der Stromleitung angeordnet ist, und mindestens einen zweiten Steckverbinder, der an dem zweiten Ende der Stromleitung angeordnet ist, wobei die Steckverbinder jeweils vollständig mit dem Außenmantel umspritzt sind und ein Polyurethan umfassen das ein Flammschutzmittel enthält, und eine erste Verbindungsmutter, die an dem ersten Steckverbinder angeordnet ist, und mindestens eine zweite Verbindungsmutter, die an einem zweiten Steckverbinder angeordnet ist, wobei die Verbindungsmuttern jeweils ein Perfluorcarbon umfassen. Die erfindungsgemäße Kombination von Materialien führt zu einer außerordentlich hohen Beständigkeit des Elektrokabels gegenüber den Bedingungen eines Schweißeinsatzes. Daher ist es insbesondere zur Verwendung als Steuerleitung für eine Schweißvorrichtung geeignet.
Die Stromleitung umfasst mindestens zwei Adern und bevorzugt vier Adern. So kann es als polgleichgerichtetes Kabel angeschlossen werden, in dem sich die Magnetfelder der vier Adern teilweise kompensieren. Die Adern bestehen jeweils insbesondere aus Cu-ETP1 nach DIN EN 13602.
Die Aderisolierungen umfassen bevorzugt ein Material, das ausgewählt ist, aus der Gruppe, bestehend aus Polyalkylenen, Polyvinylchlorid und Gemischen daraus. Die Ummantelung umfasst bevorzugt ein Material, das ausgewählt ist, aus der Gruppe, bestehend aus Polyurethan, Polyvinylchlorid, thermoplastischen Polyesterelastomeren, thermoplastischen Copolyestern und Gemischen daraus. Besonders bevorzugt sind die folgenden Kombinationen aus Aderisolierungsmaterial und Ummantelungsmaterial: Aderisolierung und Ummantelung aus Polyvinylchlorid; Aderisolierung aus Polyvinylchlorid und Ummantelung aus thermoplastischem Polyesterelastomer; Aderisolierung aus Polypropylen und Ummantelung aus Polyurethan.
Die vollständige Umspritzung der Ummantelung durch den Außenmantel dichtet den Übergang zwischen dem Stromleiter und den Steckverbindern insbesondere so ab, dass das erfindungsgemäße Elektrokabel der Schutzart IP67 gemäß der Norm DIN EN 60529 genügt.
Unter Perfluorcarbonen werden erfindungsgemäß insbesondere Perfluoralkane, Perfluorcoalkylene, Perfluoralkoxypolymere, und Copolymere aus Methyacrylaten und Perfluoralkyacrylaten verstanden. Bevorzugt sind Polytetrafluorethylen (PTFE), Perfluorethylenpropylen (FEP) und Gemische daraus.
Die Glasfasern bestehen bevorzugt aus E-Glasgarn (CAS-Nr. 65997-17-3).
Die Metallfasern sind bevorzugt Nickelfasern.
Der Außenmantel kann optional mit einem Silikon getränkt sein.
Die Steckverbinder umfassen bevorzugt ein Polyurethan, das auf einem Polyester, einem Polyether oder einem Polyesterether als Polyol basiert. Darunter ist ein Polyether besonders bevorzugt. Das Flammschutzmittel in dem Material der Steckverbinder ist insbesondere ein halogenfreies Flammschutzmittel. Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Steckverbinder jeweils aus einem Material bestehen, dass eine Härte von mindestens Shore 54D gemäß den Normen DIN 53505 und ISO 868 aufweist. Die Zugfestigkeit des Materials beträgt vorzugsweise mindestens 28 MPa gemäß DIN 53504. Seine Reißdehnung beträgt vorzugsweise mindestens 380% gemäß DIN 53504. Seine Weiterreißfestigkeit beträgt vorzugsweise mindestens 100 N/mm gemäß DIN ISO 34-1Bb. Sein Abrieb beträgt vorzugsweise maximal 25 mm³ gemäß DIN ISO 4649-A. Seine Kerbschlagzähigkeit (Charpy) bei +23°C beträgt vorzugsweise mindestens 45 kJ/m gemäß DIN EN ISO 179.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
1 zeigt eine Seitenansicht eines Elektrokabels gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
2 zeigt eine Seitenansicht eines Elektrokabels gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
3 zeigt eine Seitenansicht eines Elektrokabels gemäß noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
4 zeigt einen Längsschnitt durch die die Stromleitung eines Elektrokabels gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Ausführungsbeispiele der Erfindung
Die Beständigkeit von Kabeln gegenüber Schweißbedingungen wurde in Vergleichsbeispielen (VB1 bis VB7) und erfindungemäßen Beispielen (B1 und B2) von Elektrokabel untersucht. Der Aufbau eines solchen Elektrokabels ist in drei Ausführungsformen in 1, 2 und 3 dargestellt. 4 zeigt einen Längsschnitt durch die Stromleitung 1 dieser Elektrokabel. Die Stromleitung 1, umfasst vier Adern 11a, 11b, 11c, 11d. Jede Ader 11a, 11b, 11c, 11d weist eine Aderisolierung 12a, 12b, 12c, 12d auf. Alle Aderisolierungen 12a, 12b, 12c, 12d sind von einer gemeinsamen Ummantelung 13 umgeben. Die Ummantelung ist vollständig mit einem Außenmantel 14 umspritzt. Ein erster Steckverbinder 2 ist am ersten Ende der Stromleitung 1 angeordnet. Ein zweiter Steckverbinder 3a, 3b, 3c ist am zweiten Ende der Stromleitung angeordnet. Der zweite Steckverbinder kann als linearer Steckverbinder 3a, als gewinkelter Steckverbinder 3b oder als Y-Steckverbinder 3c ausgeführt sein. Die Steckverbinder 2, 3a, 3b, 3c sind jeweils an die Stromleitung 1 angecrimpt. Eine erste Verbindungsmutter 4 ist an dem ersten Steckverbinder 2 angeordnet. Eine zweite Verbindungsmutter 5 ist an dem zweiten Steckverbinder 3a, 3b, 3c angeordnet.

Die Adern 11a, 11b, 11c, 11d bestanden in allen Beispielen aus Cu-ETP1 und hatten eine Querschnittsfläche von jeweils 0,34 mm². Die Materialien M12 der Aderisolierungen 12a, 12b, 12c, 12d, die Materialien M13 der Ummantelungen 13, die Materialien M14 der Außenmäntel 14, die Materialien M2/3 der Steckverbinder 2, 3a, 3b, 3c und die Materialien M4/5 der Verbindungsmuttern 4, 5 sind in Tabelle 1 aufgeführt: Tabelle 1

#	M12	M13	M14	M2/3	M4/5	beständig

VB1	PVC	PVC	PTFE*	PU+Flammschutzmittel	PTFE	nein
VB2	PVC	PVC	Glas*	PU+Flammschutzmittel	PTFE	nein
VB3	PVC	PVC	Aramid*	PU+Flammschutzmittel	PTFE	nein
VB4	PVC	PVC	PET*	PU+Flammschutzmittel	PTFE	nein

VB5	PVC	PVC	Silikon	PVC	PTFE	nein
VB6	PVC	PVC	Silikon	PU+Flammschutzmittel	Stahl	nein

B1	PVC	PVC	PTFE	PU+Flammschutzmittel	PTFE	ja
B2	PVC	TPE-E	PTFE	PU+Flammschutzmittel	PTFE	ja
B3	PP	PU	PTFE	PU+Flammschutzmittel	PTFE	ja

B4	PP	PU	Silikon	PU+Flammschutzmittel	PTFE	ja
B5	PP	PU	Glas^#	PU+Flammschutzmittel	PTFE	ja
B6	PP	PU	Metall	PU+Flammschutzmittel	PTFE	ja

Hierin stehen PVC für Polyvinylchlorid, PP für Polypropylen, PTFE für Polytetrafluorethylen, PU für Polyurethan, TPE-E für ein thermoplastisches Polyesterelastomer, Glas für E-Glasfasergarn, Aramid für para-Aramid und Metall für Metallfasern.
Alle Materialien M14 die mit einem * markiert sind, wurden als Schlauch über die Ummantelung 13 geschoben (VB1–VB4). In dem Beispiel, in dem das Material M14 nicht mit einem ^# markiert ist, wurde die Ummantelung 13 mit dem Außenmantel 14 umwebt und die Steckverbinder 2, 3a, 3b, 3c wurden vollständig mit dem Material M14 des Außenmantels 14 umspritzt (B5). In allen Beispielen, in denen die Materialien M14 nicht mit einem * oder einem ^# markiert sind, wurde der Außenmantel 14 als Schlauch über die Ummantelung 13 geschoben und die Steckverbinder 2, 3a, 3b, 3c wurden vollständig mit dem jeweiligen Material M14 des Außenmantels 14 umspritzt (VB6–VB7, B1–B4 und B6).
Als PVC für die Aderisolierung wurde PVC Y17 (Härte Shore 90–95 A) verwendet. Als PVC für die Ummantelung wurde PVC YM3 (Härte Shore AB0–B5) verwendet. Als Polypropylen wurde PP9Y (Härte Shore 54D) verwendet. Als PU für die Ummantelung wurde TPU 11YH1 (Härte Shore 54D) verwendet. Alle Kombinationen von Ader 11a, 11b, 11c, 11d, Aderisolierung 12a, 12b, 12c, 12d und Ummantelung 13 wurden von der Franz Binder GmbH + Co. Elektrische Bauelemente KG, Neckarsulm, Deutschland, als fertige Stromleitungen bereitgestellt. Als E-Glasfasergarn wurde WIGAFLEX SV 13 der Garnisch GmbH, Memmingen, Deutschland, verwendet. Als para-Aramid wurde Kevlar^® der Firma E. I. du Pont de Nemours, Wilmington, USA, verwendet. Als Metallfasern wurde ein UA2 Metallschlauch verwendet. Als PU + Flammschutzmittel für die Steckverbinder 2, 3a, 3b wurde Elastollan 1154D FHF (Härte Shore 58D, Zugfestigkeit 30 MPa, Reißdehnung 400%, Weiterreillfestigkeit 110 N/mm, Abrieb 30 mm³, Kerbschlagzähigkeit (Charpy) 50 kJ/m² bei +23°C) der Firma BASF, Ludwigshafen, Deutschland, verwendet.
Alle untersuchten Kabel wurden in einer an sich bekannten Schweißvorrichtung in 62.200 aufeinanderfolgenden Schweißzyklen als Steuerleitung eingesetzt. Nur die erfindungsgemäßen Elektrokabel der Beispiele B1 bis B6 hielten diesen Versuchsbedingungen stand, ohne dass dabei mindestens eine der Adern freigelegt wurde. Folglich weisen diese eine besonders hohe Beständigkeit gegenüber Schweißbedingungen auf.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

Normen wie IEC 60332-2 [0002]
VDE 0482-265-2-2 [0002]
EN 50265-2-2 [0002]
DIN EN 13602 [0005]
Norm DIN EN 60529 [0007]
Normen DIN 53505 [0012]
ISO 868 [0012]
DIN 53504 [0012]
DIN 53504 [0012]
DIN ISO 34-1Bb [0012]
DIN ISO 4649-A [0012]
DIN EN ISO 179 [0012]

Claims

Elektrokabel, umfassend – mindestens eine Stromleitung (1) mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, umfassend mehreren Adern (11a, 11b, 11c, 11d), wobei jede Ader (11a, 11b, 11c, 11d) eine Aderisolierung (12a, 12b, 12c, 12d) aufweist, alle Aderisolierungen von einer gemeinsamen Ummantelung (13) umgeben sind, und die Ummantelung von einem Außenmantel (14) umgeben ist, wobei der Außenmantel (14) ein Material umfasst, das ausgewählt ist, aus der Gruppe, bestehend aus Silikonen, Perfluorcarbonen, Glimmer, Glasfasern, Metallfasern, Keramikfasern und Gemischen daraus, – einen ersten Steckverbinder (2), der an dem ersten Ende der Stromleitung (1) angeordnet ist, und mindestens einen zweiten Steckverbinder (3a, 3b), der an dem zweiten Ende der Stromleitung angeordnet ist, wobei die Steckverbinder (2, 3a, 3b) jeweils vollständig mit dem Außenmantel (14) umspritzt sind und ein Polyurethan umfassen das ein Flammschutzmittel enthält, und – eine erste Verbindungsmutter (4), die an dem ersten Steckverbinder (2) angeordnet ist, und mindestens eine zweite Verbindungsmutter (5), die an einem zweiten Steckverbinder (3a, 3b) angeordnet ist, wobei die Verbindungsmuttern jeweils ein Fluorcarbon umfassen.
Elektrokabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Perfluorcarbone ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Polytetrafluorethylen, Perfluorethylenpropylen und Gemischen daraus.
Elektrokabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasfasern aus E-Glasgarn bestehen.
Elektrokabel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfasern Nickelfasern sind.
Elektrokabel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyurethan auf einem Polyester, einem Polyether oder einem Polyesterether basiert.
Elektrokabel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Flammschutzmittel ein halogenfreies Flammschutzmittel ist.
Elektrokabel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckverbinder (2, 3a, 3b) jeweils aus einem Material bestehen, dass eine Härte von mindestens Shore 54D aufweist.
Elektrokabel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromleitung (1) vier Adern (11a, 11b, 11c, 11d) umfasst.
Elektrokabel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Adern (11a, 11b, 11c, 11d) jeweils aus Cu-ETP1 bestehen.
Elektrokabel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Aderisolierungen (12a, 12b, 12c, 12d) ein Material umfassen, das ausgewählt ist, aus der Gruppe, bestehend aus Polyalkylenen, Polyvinylchlorid und Gemischen daraus.
Elektrokabel nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, die Ummantelung (13) ein Material umfasst, das ausgewählt ist, aus der Gruppe, bestehend aus Polyurethan, Polyvinylchlorid, thermoplastischen Polyesterelastomeren, thermoplastischen Copolyestern und Gemischen daraus.
Verwendung eines Elektrokabels nach einem der Ansprüche 1 bis 11 als Steuerleitung für eine Schweißvorrichtung.