DE202015102167U1 - Umspritztes Elektrokabel zur Verwendung in einer Schweißvorrichtung - Google Patents

Umspritztes Elektrokabel zur Verwendung in einer Schweißvorrichtung Download PDF

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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 Perfluorcarbon und/oder Glasfasern enthält, – einen ersten Steckverbinder (2), der an dem ersten Ende der Stromleitung (1) angeordnet ist, und mindestens einen zweiten Steckverbinder (3a, 3b, 3c), der an dem zweiten Ende der Stromleitung angeordnet ist, wobei die Steckverbinder (2, 3a, 3b) jeweils vollständig mit dem Außenmantel (14) umspritzt sind und wobei mindestens ein Steckverbinder (2, 3a, 3b, 3c) aus einem Material besteht, aufweisend A) 98,0 Gew-% bis 99,8 Gew.-% eines Polymers das ausgewählt ist, aus der Gruppe, bestehend aus Polyurethanen, Styrol-Butadien-Blockcopolymeren, Perfluorcarbonen und Gemischen daraus, und B) 0,2 Gew.-% bis 2,0 Gew.-% Additive, wobei die Summe der Komponenten A und B 100 Gew.-% ergibt, – 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, 3c) angeordnet ist, und – mindestens eine Lichtquelle (6) die in dem ersten Steckverbinder (2) angeordnet ist und/oder mindestens eine Lichtquelle (7a, 7b, 7c) die in dem zweiten Steckverbinder (3a, 3b) angeordnet ist, wobei die Lichtquelle (6, 7a, 7b, 7c) eingerichtet ist, um mittels mindestens einer Ader (11a, 11b, 11c, 11d) der Stromleitung (1) mit elektrischer Energie versorgt zu werden.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektrokabel. Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung des Elektrokabels als Steuerleitung für eine Schweißvorrichtung, insbesondere in der Automobilindustrie.
  • 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.
  • Zur Funktionskontrolle von Elektrokabeln können an diesen Kontrollleuchten, wie beispielsweise LEDs vorgesehen sein. Diese Kontrollmöglichkeit besteht jedoch bisher bei Elektrokabeln für Schweißvorrichtungen nicht. Sogar heute bekannte Elektrokabel ohne Kontrollleuchten, 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. Herkömmliche Elektrokabel mit Kontrollleuchten könnten diesen Bedingungen nicht einmal kurzfristig standhalten. 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, und das mindestens eine Kontrollleuchte aufweist.
  • 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, 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. Jede Ader weist eine Aderisolierung auf. Alle Aderisolierungen sind von einer gemeinsamen Ummantelung umgeben und die Ummantelung ist von einem Außenmantel umgeben. Der Außenmantel enthält ein Perfluorcarbon und/oder Glasfasern. Die Steckverbinder sind jeweils vollständig mit dem Außenmantel umspritzt. Mindestens ein Steckverbinder besteht aus einem Material, das als Komponente A 98,0 Gew-% bis 99,8 Gew.-% eines Polymers aufweist, welches ausgewählt ist, aus der Gruppe, bestehend aus Polyurethanen (PU), Styrol-Butadien-Blockcopolymeren (SBS), Perfluorcarbonen und Gemischen daraus, und das als Komponente B 0,2 Gew.-% bis 2,0 Gew.-% Additive aufweist. Die Summe der Komponenten A und B ergibt 100 Gew.-%. Das Elektrokabel weist weiterhin eine erste Verbindungsmutter auf, die an dem ersten Steckverbinder angeordnet ist und es weist mindestens eine zweite Verbindungsmutter auf, die an einem zweiten Steckverbinder angeordnet ist. Mindestens eine Lichtquelle ist in einem ersten Steckverbinder und/oder in einem zweiten Steckverbinder angeordnet, der aus dem Material mit den Komponenten A und B besteht. Jede Lichtquelle ist eingerichtet, um mittels mindestens einer Ader der Stromleitung mit elektrischer Energie versorgt zu werden.
  • Die erfindungsgemäße Anordnung der Lichtquelle in einem Steckverbinder schützt diese vor den Bedingungen eines Schweißeinsatzes. Dabei ermöglicht das Material des Steckverbinders einerseits eine außerordentlich hohe Beständigkeit des Elektrokabels gegenüber den Bedingungen eines Schweißeinsatzes. Daher ist es insbesondere zur Verwendung als Steuerleitung für eine Schweißvorrichtung geeignet. Andererseits ist dieses Material aber auch hinreichend transluzent, um eine Lichtemission der Lichtquelle durch den Steckverbinder hindurch zu ermöglichen. Auch das Material des Außenmantels weist eine hohe Beständigkeit gegenüber den Bedingungen eines Schweißeinsatzes und eine hinreichende Transluzenz auf.
  • Die Additive B wurden dem Polymer A bevorzugt als Masterbatch hinzugefügt, welches kein Flammschutzmittel enthält. Hierdurch wird eine opakisierende Wirkung des Flammschutzmittels vermieden. Eine hinreichende Flammfestigkeit der Steckverbinder, um den Bedingungen eines Schweißeinsatzes zu widerstehen, wird bereits durch die inhärenten Stoffeigenschaften des Polymers A gewährleistet.
  • Das Material des Steckverbinders und des Außenmantels ist vorzugsweise nicht nur transluzent sondern transparent. Dies ermöglicht eine besonders gute Transmission des von der Lichtquelle emittierten Lichts durch den Steckverbinder.
  • Als Lichtquelle ist eine LED bevorzugt, da diese eine hohe Hitzetoleranz aufweist und selbst nur wenig Wärme emittiert. Dies ist wichtig, da das Material des Steckverbinders zum die Abführung von Wärme behindert.
  • 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. Sie können zusätzlich zu einer Funktion als Steueradern die mindestens eine Lichtquelle mit elektrischer Energie versorgen.
  • 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.
  • Zwischen den Aderisolierungen und der Ummantelung kann optional eine elektrische Abschirmung angeordnet sein. Diese besteht vorzugsweise aus Metallfasern, besonders bevorzugt aus Nickelfasern.
  • 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.
  • Die Glasfasern des Außenmantels bestehen bevorzugt aus E-Glasgarn (CAS-Nr. 65997-17-3).
  • Der Außenmantel enthält bevorzugt kein Flammschutzmittel. Hierdurch wird eine opakisierende Wirkung des Flammschutzmittels im Bereich der Steckverbinder vermieden. Eine hinreichende Flammfestigkeit des Außenmantels, um den Bedingungen eines Schweißeinsatzes zu widerstehen, wird bereits durch die inhärenten Materialeigenschaften des Außenmantels gewährleistet.
  • Die Verbindungsmuttern umfassen jeweils vorzugsweise ein Perfluorcarbon. 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 Steckverbinder umfassen bevorzugt ein Polyurethan, das auf einem Polyester, einem Polyether oder einem Polyesterether als Polyol basiert. Darunter ist ein Polyether besonders bevorzugt. Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Steckverbinder jeweils aus einem Material bestehen, dass eine Härte von mindestens Shore 50D gemäß den Normen DIN 53505 und ISO 868 aufweist. Die Zugfestigkeit des Materials beträgt vorzugsweise mindestens 45 MPa gemäß DIN 53504. Seine Reißdehnung beträgt vorzugsweise mindestens 425 % gemäß DIN 53504. Seine Weiterreißfestigkeit beträgt vorzugsweise mindestens 140 N/mm gemäß DIN ISO 34-1Bb. Sein Abrieb beträgt vorzugsweise maximal 35 mm3 gemäß DIN ISO 4649-A.
  • 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 Elektrokabeln 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. Auch die Steckverbinder 2, 3a, 3b, 3c sind mit dem Außenmantel 14 umspritzt. 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. In jedem Steckverbinder ist eine LED als Lichtquelle 6, 7a, 7b, 7c angeordnet. Diese ist in das Material des Steckverbinders eingegossen und wird mittels der Adern 11a, 11b, 11c, 11d mit elektrischer Energie versorgt.
  • 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 den Tabellen 1 und 2 aufgeführt: Tabelle 1
    # M12 M13 M14 M2/3 M4/5 beständig
    VB1 PVC PVC FEP* 99 % PU + 1 % Master batch PTFE nein
    VB2 PVC PVC Glas* 99 % PU + 1 % Master batch PTFE nein
    VB3 PVC PVC Aramid* 99 % PU + 1 % Master batch PTFE nein
    VB4 PVC PVC PET* 99 % PU + 1 % Master batch PTFE nein
    VB5 PVC PVC Silikon PVC PTFE nein
    VB6 PVC PVC Silikon 99 % PU + 1 % Master batch Stahl nein
    B1 PVC PVC FEP 99 % PU + 1 % Master batch PTFE ja
    B2 PVC TPE-E FEP 99 % PU + 1 % Master batch PTFE ja
    B3 PP PU FEP 99 % PU + 1 % Master batch PTFE ja
    B4 PP PU Glas# 99 % PU + 1 % Master batch PTFE ja
  • Hierin stehen PVC für Polyvinylchlorid, PP für Polypropylen, PU für Polyurethan, FEP für Perfluorethylenpropylen, TPE-E für ein thermoplastisches Polyesterelastomer, Glas für E-Glasfasergarn und Aramid für para-Aramid.
  • 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 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 (B4). 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 (VB5–VB6, B1–B3).
  • 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 FEP wurde Teflon® FEP der Firma E. I. du Pont de Nemours, Wilmington, USA, verwendet. Als PU für die Steckverbinder 2, 3a, 3b, 3c wurde transparentes Elastollan 1154 D (Härte Shore 53D, Zugfestigkeit 50 MPa, Reißdehnung 450 %, Weiterreißfestigkeit 150 N/mm, Abrieb 30 mm3) der Firma BASF, Ludwigshafen, Deutschland, verwendet. Als Masterbatch wurde ein flammschutzmittelfreies Farbgranulat verwendet. Die Prozentangaben beziehen sich jeweils auf 100 Gewichtsprozent des Gesamtmaterials aus Polyurethan und Masterbatch.
  • 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 und B2 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
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • IEC 60332-2 [0002]
    • VDE 0482-265-2-2 [0002]
    • EN 50265-2-2 [0002]
    • DIN EN 13602 [0009]
    • Norm DIN EN 60529 [0012]
    • DIN 53505 [0016]
    • ISO 868 [0016]
    • DIN 53504 [0016]
    • DIN 53504 [0016]
    • DIN ISO 34-1Bb [0016]
    • DIN ISO 4649-A [0016]

Claims (13)

  1. 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 Perfluorcarbon und/oder Glasfasern enthält, – einen ersten Steckverbinder (2), der an dem ersten Ende der Stromleitung (1) angeordnet ist, und mindestens einen zweiten Steckverbinder (3a, 3b, 3c), der an dem zweiten Ende der Stromleitung angeordnet ist, wobei die Steckverbinder (2, 3a, 3b) jeweils vollständig mit dem Außenmantel (14) umspritzt sind und wobei mindestens ein Steckverbinder (2, 3a, 3b, 3c) aus einem Material besteht, aufweisend A) 98,0 Gew-% bis 99,8 Gew.-% eines Polymers das ausgewählt ist, aus der Gruppe, bestehend aus Polyurethanen, Styrol-Butadien-Blockcopolymeren, Perfluorcarbonen und Gemischen daraus, und B) 0,2 Gew.-% bis 2,0 Gew.-% Additive, wobei die Summe der Komponenten A und B 100 Gew.-% ergibt, – 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, 3c) angeordnet ist, und – mindestens eine Lichtquelle (6) die in dem ersten Steckverbinder (2) angeordnet ist und/oder mindestens eine Lichtquelle (7a, 7b, 7c) die in dem zweiten Steckverbinder (3a, 3b) angeordnet ist, wobei die Lichtquelle (6, 7a, 7b, 7c) eingerichtet ist, um mittels mindestens einer Ader (11a, 11b, 11c, 11d) der Stromleitung (1) mit elektrischer Energie versorgt zu werden.
  2. Elektrokabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Additive dem Polymer A als Masterbatch hinzugefügt wurden, welches kein Flammschutzmittel enthält.
  3. Elektrokabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Steckverbinders (2, 3a, 3b, 3c) transparent ist.
  4. Elektrokabel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (6, 7a, 7b, 7c) eine LED ist.
  5. Elektrokabel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, die Aderisolierungen (12a, 12b, 12c, 12d) ein Material umfassen, das ausgewählt ist, aus der Gruppe, bestehend aus Polyalkylenen, Polyvinylchlorid und Gemischen daraus.
  6. Elektrokabel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 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.
  7. Elektrokabel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Verbindungsmuttern (4, 5) jeweils ein Perfluorcarbon umfassen.
  8. Elektrokabel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Perfluorcarbon ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus Polytetrafluorethylen, Perfluorethylenpropylen und Gemischen daraus.
  9. Elektrokabel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyurethan auf einem Polyester, einem Polyether oder einem Polyesterether basiert.
  10. Elektrokabel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steckverbinder (2, 3a, 3b) jeweils aus einem Material bestehen, dass eine Härte von mindestens Shore 50D aufweist.
  11. Elektrokabel nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromleitung (1) vier Adern (11a, 11b, 11c, 11d) umfasst.
  12. Elektrokabel nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Adern (11a, 11b, 11c, 11d) jeweils aus Cu-ETP1 bestehen.
  13. Verwendung eines Elektrokabels nach einem der Ansprüche 1 bis 12 als Steuerleitung für eine Schweißvorrichtung.
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