DE202018105020U1

DE202018105020U1 - Koaxialkabel für Automobilanwendungen

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Publication number: DE202018105020U1
Application number: DE202018105020.6U
Authority: DE
Original assignee: Ask Industries SpA
Current assignee: Ask Industries SpA
Priority date: 2017-09-07
Filing date: 2018-09-03
Publication date: 2018-09-28
Anticipated expiration: 2028-09-04
Also published as: BR202018067569U2; ES1220045U; TR201811908U5; PT11544U; CN209297775U; FR3070789A3; FR3070789B3; ES1220045Y

Abstract

Koaxialkabel (100) für Anwendungen im Automobilbereich umfassend:
- eine zentralen Kernleiteraufbau (1) zur Übertragung eines Signals,
- eine Abschirmung (4), die aus einer Anzahl von verwebten Fäden (40) besteht, die mit einer Masse verbunden werden, um die zentrale Kernleiteraufbau abzuschirmen,
- ein dielektrisches Material (2), das zwischen den zentralen Kernleiteraufbau (1) und der Abschirmung (4) angeordnet ist, um den zentralen Kernleiteraufbau (1) von der Abschirmung (4) zu isolieren, und
- eine Isolierhülse (5) um die Abschirmung (4) herum;
wobei mindestens einige der Fäden (40) der Abschirmung (4) einen Aluminiumkern (41) aufweisen;
dadurch gekennzeichnet, dass der zentrale Kernleiteraufbau (1) eine Anzahl von Kernleiterdrähten (10) umfasst, wobei mindestens einer der Kernleiterdrähte des zentralen Kernleiteraufbaus aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht.

Description

Diese Anmeldung einer industriellen Erfindung betrifft ein Koaxialkabel für Automobilanwendungen.
Ein Koaxialkabel besteht aus einem zentralen Leiter, der dazu bestimmt ist, ein elektrisches Signal zu übertragen, einem Abschirmung, der peripher zum zentralen Leiter angeordnet und dazu bestimmt ist, geerdet zu werden, um Störungen auf dem zentralen Leiter abzuschirmen, einem Dielektrikum zwischen dem zentralen Leiter und dem Abschirmung, um den zentralen Leiter von dem Abschirmung zu isolieren, und einem isolierenden Mantel, der den Abschirmung umhüllt. Die Abschirmung besteht in der Regel aus leitenden Fäden, die ein Netz bilden, auch Kontaktgeflecht genannt.
EP1469486A1 beschreibt ein Leiterkabel, bei dem Ader und Masse aus röhrenförmig und konzentrisch gefalteten CCA-Blechen bestehen. Dies ist eine typische Anwendung für die Fernsehindustrie (d.h. statische Anwendungen), die aufgrund einer Reihe von Faktoren, die mit der Komplexität des Produktionsprozesses und den mechanischen Eigenschaften von Rohrleitern aus gefalteten Kupferblechen zusammenhängen, die dieses Koaxialkabel zu teuer, unflexibel und bei Biegeversuchen bruchgefährdet machen, nicht auf die Automobilindustrie übertragen werden kann.
GB1310334A beschreibt ein Koaxialkabel, dessen zentraler Leiter aus einem einzigen Draht besteht, der CCA sein kann, isoliert durch ein äußeres Metallblech, das die Abschirmung bildet, und eine Reihe von Plastikplatten. Dieses Koaxialkabel erlaubt nicht den Einsatz von Standardsteckverbindern der Automobilindustrie, außer mit sehr hohen Investitionen, um die Steckverbinder modifizieren zu können. Diese Lösung ist mechanisch sehr schwach und verhindert, dass das Kabel mit anderen Elementen wie Clips (die die innere Struktur des Kabels verformen würden, wenn die Klemme gezogen wird) oder anderen Kabeln verdrahtet wird, weil das Tape-Verklebe (Element, das die Kabel zusammenhält) mit Spannung und Zug durchgeführt wird, die die Geometrie des Kabels verändern und eine Änderung der Leistung bewirken. Dieses Koaxialkabel ist eine typische Lösung für die statische Verlegung, hat einen geringen Widerstand gegen wiederholte Biegewechsel und erfüllt nicht die Anforderungen von Fahrzeugleitungen.
US6265667B1 beschreibt ein Koaxialkabel mit einem zentralen Leiteraufbau und einem Geflecht aus mehreren CCA-Drähten. Insbesondere kann die Aderleitung aus mehreren verdrillten CCA-Drähten bestehen. Dieses Dokument beschreibt eine Technologie zur Verhinderung der Oxidation der Metalle, aus denen das Kabel besteht. Es wird eine bestimmte Substanz verwendet, die dazu beiträgt, die Lebensdauer des Koaxialkabels zu verlängern (das lange gelagert werden kann und sich unter extremen Bedingungen bewegen kann); diese Substanz schränkt jedoch die elektrische Leitfähigkeit und Lötbarkeit der Metallteile ein, die vor der Verarbeitung ordnungsgemäß gereinigt werden sollten, um ein besseres Ergebnis für einen speziellen Vorgang wie das Schweißen zu erzielen. Das Verfahren ist teuer und das erhaltene Produkt stellt Qualitätsprobleme dar, insbesondere bei Produkten, die in großen Serien montiert werden müssen.
WO2014/135419 beschreibt im Auftrag des Antragstellers ein Koaxialkabel, bei dem Mittelleiter und Abschirmung aus mehreren CCA-Drähten bestehen. Diese Lösung macht das Kabel billig und leicht, erlaubt es aber nicht, eine Größe zu erreichen, die ausreichend klein ist, um eine gute elektrische Leistung des Kabels zu gewährleisten, wie z.B. eine ausreichende Impedanz und geringe Verluste, die durch strikte Kundenstandards auferlegt werden, jene grundlegenden Parameter, die das Senden und Empfangen des Signals in Hochfrequenz regeln. Tatsächlich kann der Aluminiumdraht des CCA-Leiters bis zu einem Durchmesser von 0,13 mm absolut zuverlässig gezogen werden; bei Durchmessern unter 0,13 mm ist eine ausreichende mechanische Festigkeit des Aluminiumdrahtes nicht gewährleistet, so dass häufige und plötzliche Brüche durch Manipulationen auftreten. Der Zustand des Mittelleiters eines Koaxialkabels ist kritischer, da der Mittelleiter beim Crimpen der Kontakte einer Scherbeanspruchung ausgesetzt ist und die Verformung des resultierenden Drahtes zu Brüchen führen kann, die den Betrieb des Koaxialkabels völlig beeinträchtigen. Daher ist es notwendig, den minimalen Durchmesser des Aluminiumdrahtes des Mittelleiters, der in einigen Fällen den Wert von 0,27 mm erreichen kann, weiter zu erhöhen, mit der Folge, dass sich die von der Kundennorm vorgeschriebenen elektrischen Eigenschaften ändern.
Der Zweck dieser Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Technik zu überwinden, indem ein Koaxialkabel für Automobilanwendungen zur Verfügung gestellt wird, das miniaturisiert werden kann und eine ausreichende Impedanz und geringe Verluste gewährleistet, die durch strenge Kundennormen auferlegt werden.
Ein weiterer Zweck dieser Erfindung ist die Bereitstellung eines solchen Koaxialkabels, das für dynamische Anwendungen, wie z.B. im Automobilbereich, geeignet ist und gleichzeitig effizient, effektiv, wirtschaftlich und einfach zu implementieren ist.
Diese Entdeckungen werden in Übereinstimmung mit der Erfindung mit den im Anhang Unabhängiger Anspruch 1 aufgeführten Eigenschaften erzielt.
Vorteilhafte Leistungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Koaxialkabel für Automobilanwendungen, entsprechend der Erfindung, beinhaltet:

- ein Kernleiteraufbau zur Übertragung eines Signals,
- eine Abschirmung, die eine Anzahl von verwebten Fäden umfasst, die dazu bestimmt sind, mit einer Masse verbunden zu werden, um die zentrale Kernleiteraufbauabzuschirmen,
- ein dielektrisches Material, das zwischen der zentrale Kernleiteraufbau und der Abschirmung angeordnet ist, um die Kernleiteraufbau von der Abschirmung zu isolieren, und
- eine isolierende Hülle um die Abschirmung.

Die Abschirmung besteht aus einer Vielzahl von Drähten, in denen zumindest einige dieser Drähte einen Aluminiumkern aufweisen.
Der Kernleiteraufbau besteht aus einer Vielzahl von Drähten, wobei mindestens einer dieser Drähte aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht.
Die Tatsache, dass mindestens ein Leiterdraht der Kernleiteraufbau aus Kupfer besteht, ermöglicht es, diesen Leiterdraht mit reduziertem Durchmesser zu realisieren, um eine ausreichende Impedanz und geringe Verluste zu erzielen, die durch die strengen Kundennormen vorgegeben sind, und gleichzeitig die mechanische Beständigkeit für Automobilanwendungen zu gewährleisten, bei denen das Koaxialkabel auf Standardstecker gecrimpt und kontinuierlich gebogen wird.
Weitere Merkmale der Erfindung werden in der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren, die nur einen illustrativen und keine Beschränkung darstellen, klarer erscheinen:

1 ist eine perspektivische Ansicht, teilweise zerlegt, die das Koaxialkabel für Automobilanwendungen nach der Erfindung darstellt;
2 ist eine perspektivische Ansicht des Kernleiteraufbaus des Koaxialkabels von 1;
3 ist ein Querschnitt durch das Koaxialkabel von 1;
3A ist eine vergrößerte Ansicht eines Ausschnitts aus 3, der einen einzelnen Leiter des Kernleiteraufbau darstellt; und
3B ist eine vergrößerte Ansicht eines Ausschnitts aus 3, der einen einzelnen 20 leitfähiger Draht des Bindegeflechts.

Mit Hilfe der Figuren wird das Koaxialkabel für Kfz-Anwendungen gemäß der Erfindung das im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen (100) gekennzeichnet ist, beschrieben.
Das Koaxialkabel (100) enthält in Bezug auf die 1 und 3:

- einen Kernleiteraufbau (1),
- ein dielektrisches Material (2), das um den zentrale Kernleiteraufbau (1) herum angeordnet ist,
- eine Abschirmung (4) um das dielektrische Material (2) herum und
- eine Isolierhülse (5) um die Abschirmung (4) herum.

Optional kann das Koaxialkabel (100) auch eine zweite Abschirmung (3) zwischen dem dielektrischen Material (2) und der Abschirmung (4) enthalten. Der zentrale Kernleiteraufbau (1) ist für die Übertragung elektrischer Signale ausgelegt. Der zentrale Kernleiteraufbau (1) besteht aus mehreren entsprechend angeordneten Leiterdrähten (10). Bezogen auf 3A besteht mindestens ein Leiterdraht (10) des zentralen Kernleiteraufbaus aus Kupfer (CU) oder Kupferlegierung (CW). Der Leiterdraht (10) des zentralen Kernleiteraufbaus hat einen Außendurchmesser, der je nach Anwendung von 0,05 mm bis 1 mm variieren kann.
Vorteilhaft ist, dass der Leiterdrahtdurchmesser (10) kleiner als 0,2 mm sein kann, um die Impedanz zu optimieren und Verluste zu minimieren. Nach Tests und Versuchen stellte der Antragsteller fest, dass der optimale Leiterdrahtdurchmesser (10) im Bereich von 0,12-0,16mm liegen kann. Das gezogene Kupfer mit reduzierten Durchmessern (0,12-0,16 mm) garantiert einen mechanischen Widerstand, der für Anwendungen im Automobilbereich geeignet ist, bei denen das Koaxialkabel mit Standardsteckern gecrimpt und gebogen werden muss.
Der Leiterdraht (10) des zentralen Kernleiteraufbaus besteht wahlweise aus einem Kupferkern (11), der durch eine Verzinnung (12) geschützt ist. Die Verzinnung (12) erfolgt durch Abscheidung, Schichtung durch Walzen oder galvanische Behandlung. In diesem Fall beträgt die Zinnschicht (12) 0,5% - 2% des Gesamtdrahtdurchmessers. Die Zinnschicht (12) wird verwendet, um den Leiterdraht oxidationsbeständig zu machen und seine Eigenschaften der Schweißbarkeit über die Zeit zu erhalten.
Der zentrale Kernleiteraufbau (1) besteht aus einem geraden zentralen Leiterdraht (10a) und einer Anzahl von peripheren Leiterdrähten (10b), die den zentralen Leiterdraht (10a) in einem Spiralbündel umwickeln. Das spiralförmige Bündel, bestehend aus den peripheren Leiterdrähten (10a), wickelt sich entlang des geraden zentralen Leiterdrahtes (10a), der als Achse der Spirale dient.
Die Figuren zeigen eine Form der Realisierung des Kernleiteraufbau (1) aus sieben Drähten, d.h. einem zentralen Draht und sechs peripheren Drähten.
Der zentrale Leiterdraht (10a) ist vorteilhaft aus Kupfer, da er die höchste mechanische Festigkeit gewährleisten muss. Die Außenleiterdrähte (10b) können alle aus Kupfer oder nur einige Außenleiterdrähte aus Kupfer sein.
Die peripheren Leiterdrähte (10b) werden auf den zentralen Leiterdraht (10a) gewickelt und bilden ein Spiralbündel mit einem Wickelabstand von 15-20mm. Die Wicklungsteilung der Spirale kann aber auch unterschiedliche Werte haben, abhängig von der Größe der Drähte und der Anzahl der Drähte, aus denen die zentrale Kernleiteraufbau besteht (1).
Diese Fertigungstechnik des zentralen Kernleiteraufbaus (1) kann durch den Einsatz von Spezialmaschinen industriell automatisiert werden, also mit geringen Produktionskosten.
Diese besondere Anordnung der Leiterdrähte (10) des zentralen Kernleiteraufbaus dient der Verbesserung der mechanischen Leistungsfähigkeit des zentralen Kernleiteraufbaus (1). Ein eindrähtiger Massivleiter oder ein linearer Strahl aus parallelen Drähten ist aufgrund der Handhabung, Verarbeitung und Installation, die in bestimmten Anwendungen, wie z.B. im Automobilbereich, erforderlich sind, nicht in der Lage, einer hohen Anzahl von wiederholten Biegungen des Koaxialkabels (100) standzuhalten.
Das Koaxialkabel (100) nach der Erfindung, bei dem der zentrale Kernleiteraufbau (1) mit dieser Fertigungstechnik hergestellt wird, ist stattdessen flexibler, biegesteifer und leichter komprimierbar, wenn Stecker gecrimpt werden.
Es ist zu beachten, dass der zentrale Kernleiteraufbau (1) des Koaxialkabels nach der Erfindung keine verdrillten, d.h. über die gesamte Kabellänge gekreuzten Drähte aufweist. Der zentrale Kernleiteraufbau (1) ist eine mehrdrahtige Baugruppe, bei der die Umfangsdrähte (10b) durch Biegen und nicht durch Verdrillen um den zentralen Draht (10a) angeordnet werden. Dadurch wird ein kompaktes Kabelbündel erreicht und verhindert, dass Luft zwischen den Drähten verbleibt.
Das Dielektrikum (2) kann aus Polyethylen, expandiertem Polyethylen oder Polypropylen bestehen und hat einen Durchmesser zwischen 0,8 und 3 mm, vorzugsweise 1,5 mm.
Bezogen auf die 1 und 3 hat das Koaxialkabel (100) zwei Abschirmungsebenen: die Abschirmung (4) und die zweite Abschirmung (3).
Die Abschirmung (4) besteht aus mehreren Litzen (40), die so geflochten sind, dass sie ein Netz bilden, das zur Verbindung mit einer Masse bestimmt ist. Aus diesem Grund wird die Abschirmung (4) auch als Erdungsabschirmung bezeichnet.
Die Abschirmung (4) besteht aus einem Satz von Drähten (40), die mit einem geeigneten Geflechtschritt geflochten sind. Jeder Draht (40) kann einen Gesamtdurchmesser haben, der je nach Anwendung zwischen 0,08 mm und 0,2 mm variieren kann. Zumindest einige der Drähte (40) der Abschirmung sind aus Aluminium. Vorzugsweise sind mindestens 50% der Drähte (40) der Abschirmung aus Aluminium.
Bezogen auf 3B können vorteilhaft einige Drähte (40) der Abschirmung vom Typ CCA sein. In diesem Fall besteht der Abschirmdraht (40) aus einem Aluminiumkern (41), einem Kupfermantel (42) und ggf. einer Zinnhaut (43).
Die den Aluminiumkern (41) bedeckende Kupferschicht (42) und die Zinnaußenschicht (43) können durch Abscheidung, Schichtung durch Walzen oder galvanische Behandlung erhalten werden.
Die Kupferbeschichtung (42) ist 6% des Gesamtdrahtdurchmessers (40) der Abschirmung. Die äußere Beschichtung (43) aus Zinn hat eine Dicke, die zwischen 0,5% und 2% des Gesamtdrahtdurchmessers (40) der Abschirmung variieren kann.
Der auf die Abschirmungdrähte (40) aufgebrachte Zinn-Außenmantel (43) ist erforderlich, wenn das Koaxialkabel (100) einer besonders rauen Arbeitsumgebung wie feuchter Hitze, Salzsprühnebel oder wiederholter starker Hitze ausgesetzt ist. Diese äußere Verzinnung (43) ermöglicht es, den Widerstand des Drahtes über die Zeit konstant zu halten und somit die elektrischen Eigenschaften des Kabels nicht zu verändern. Da das Zinn zudem frei von Oxidation ist, garantiert es im Laufe der Zeit immer eine optimale Schweißbarkeit zur Abschirmung (4).
Beispielsweise hat ein Abschirmdraht (40) mit einem Gesamtdurchmesser von 0,13 mm folgenden Aufbau:

• Max. Durchmesser des Aluminiumkerns (41) = 0,12mm,
• Mindestdicke der Kupferbeschichtung (42) = 0,004 mm,
• Mindestdicke des Zinn-Außenmantels (43) = 0,001 mm.

Die Abschirmung (4) besteht z.B. aus einem Geflecht aus geflochtenen Fäden (40). Die Drähte sind jeweils in 5-Draht-Spindeln zusammengefasst. Insgesamt 16 Spindeln werden zur Herstellung des Gewebes verwendet. Jede Spindel besteht aus 5 Drähten mit einem Durchmesser von 0,13 mm (jeder Draht). Der Flechtabstand der Spindeln zur Herstellung des Netzes beträgt 28 mm.
Die zweite Abschirmung (3) umgibt das Dielektrikum (2). Die zweite Abschirmung (3) besteht aus einem Verbundmaterial auf Aluminiumbasis mit einem Dicken von 0,03 bis 0,05 mm. Die zweite Abschirmung (3) ist insofern vorteilhaft, als sie aus einer mehrlagigen Folie besteht, die aus einer Polyesterfolie besteht, die zwischen zwei Aluminiumschichten angeordnet ist.
Das Dielektrikum (2) und die zweite Abschirmung (3) haben einen optischen Abdeckungsgrad von mehr als 90%.
Der Außenmantel (5) besteht aus antimigrierendem, bleifreiem PVC.
Nach der Erfindung hat das Kabel (100) folgende mechanische Eigenschaften:

- Minimaler statischer Biegeradius ist 5-facher Außendurchmesser; und
- Minimaler dynamischer Biegeradius ist 15-facher Außendurchmesser.

Das Kabel (100) besteht die folgenden Labortests:

- 3000h Temperaturbelastung +105°C / -40°C; und
- Zuverlässigkeit 30.000 Biegewechsel nach ISO 14572.

Äquivalente Abweichungen und Änderungen können im Rahmen des Fachwissens an den bisherigen Ausführungsformen der Erfindung vorgenommen werden, die in jedem Fall in den Anwendungsbereich der Erfindung fallen.
Ein Koaxialkabel (100) beinhaltet: einen Kernleiteraufbau (1), der dazu bestimmt ist, ein Signal zu tragen, eine Abschirmung (4), die eine Anzahl von verwebten Drähten (40), die mit einer Masse verbunden werden, umfasst, um die Kernleiteraufbau abzuschirmen, ein dielektrisches Material (2) zwischen der Kernleiteraufbau (1) und der Abschirmung (4) zum Isolieren der Kernleiteraufbau (1) von der Abschirmung (4) und eine isolierende Hülle (5), die um die Abschirmung (4) herum angeordnet ist, umfasst; wobei mindestens einige der Drähte (40) der Abschirmung (4) einen Aluminiumkern (41) umfassen; und der Kernleiteraufbau (1) eine Anzahl von Kerndrähten (10) umfasst, wobei mindestens einer der Kernleiterdrähte des Kernleiteraufbaus aus Kupfer besteht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1469486 A1 [0003]
GB 1310334 A [0004]
US 6265667 B1 [0005]
WO 2014/135419 [0006]

Claims

Koaxialkabel (100) für Anwendungen im Automobilbereich umfassend: - eine zentralen Kernleiteraufbau (1) zur Übertragung eines Signals, - eine Abschirmung (4), die aus einer Anzahl von verwebten Fäden (40) besteht, die mit einer Masse verbunden werden, um die zentrale Kernleiteraufbau abzuschirmen, - ein dielektrisches Material (2), das zwischen den zentralen Kernleiteraufbau (1) und der Abschirmung (4) angeordnet ist, um den zentralen Kernleiteraufbau (1) von der Abschirmung (4) zu isolieren, und - eine Isolierhülse (5) um die Abschirmung (4) herum; wobei mindestens einige der Fäden (40) der Abschirmung (4) einen Aluminiumkern (41) aufweisen; dadurch gekennzeichnet, dass der zentrale Kernleiteraufbau (1) eine Anzahl von Kernleiterdrähten (10) umfasst, wobei mindestens einer der Kernleiterdrähte des zentralen Kernleiteraufbaus aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht.
Koaxialkabel (100) nach Anspruch 1, bei dem der mindestens eine Kupfer- oder Kupferlegierungs-Kernleiterdraht (10) des zentralen Kernleiteraufbau (1) einen Durchmesser von weniger als 1,2 mm, vorzugsweise im Bereich von 0,12-0,16 mm, aufweist.
Koaxialkabel (100) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Kernleiterdrähte (10) des zentralen Kernleiteraufbaus (1) einen geraden zentralen Leiterdraht (10a) und eine Anzahl von peripheren Leiterdrähten (10b) umfassen, die den zentralen Leiterdraht (10a) in einem Spiralbündel durch biegen und nicht durch Verdrillen umwickeln, wobei der zentrale Leiterdraht (10a) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht.
Koaxialkabel (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens ein Leiterdraht (10) des zentralen Kernleiteraufbaus (1), einen Kupfer- oder Kupferlegierungskern (11) und einen Zinnmantel (12) hat.
Koaxialkabel (100) nach Anspruch 4, bei dem die Dicke der Zinnschicht (12) des Kupferleiterdrahtes (10) des zentralen Kernleiteraufbau (1) im Bereich von 0,5 % bis 2 % des Gesamtdurchmessers des Kupferleiterdrahtes (10) des zentralen Kernleiteraufbau ist.
Koaxialkabel (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mindestens 50% der Drähte (40) der Abschirmung (4) einen Aluminiumkern (41) aufweisen.
Koaxialkabel (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Drähte (40) der Abschirmung (4) einen Kern (41) aus Aluminium und eine Beschichtung (42) aus Kupfer enthalten.
Koaxialkabel (100) nach Anspruch 7, bei dem die Kupferbeschichtung (42) der Drähte der Abschirmung eine Dicke im Bereich von 7 bis 10% des Gesamtdurchmessers des Drahtes der Abschirmung (4) liegt.
Koaxialkabel (100) nach Anspruch 7 oder 8, bei dem die Drähte (40) der Abschirmung (4) einen Außenmantel (43) aus Zinn aufweisen.
Koaxialkabel (100) nach Anspruch 7, bei dem der Außenmantel (43) aus Zinn der Drähte der Abschirmung eine Dicke im Bereich von 0,5 % bis 2 % des Gesamtdurchmessers des Drahtes (40) der Abschirmung aufweist.