DE2263713C3 - Gewichtsparendes, elektrisches Kabel, insbesondere für die Luft- und Raumfahrt - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein gewichtsparendes, elektrisches Kabel, insbesondere für die Luft- und Raumfahrt, das neben guten elektrischen Eigenschaften große Festigkeit und Flexibilität aufweist, mit einem den elektrischen Leiter tragenden Kern aus hochfestem Kunststoff.

Um herkömmliche Kabel mit den erforderlichen mechanischen Eigenschaften auszustatten, erhalten diese eine metallische Bewehrung. Dies ist für alle jene Zwecke möglich, bei denen das Eigengewicht keine entscheidende Rolle spielt. Doch sind derartige Kabel gerade wegen ihrer Schwere beispielsweise für die Luft- und Raumfahrt ungeeignet. Dabei werden gerade hier an die mechanischen Eigenschaften besonders gesteigerte Anforderungen gestellt. Man erwartet bei optimaler Gewichtsreduzierung Extremwerte an Reißfestigkeit, Wechselfestigkeit, Biegefestigkeit und Temperaturbeständigkeit, bei gleichzeitiger Voraussetzung guter elektrischer Eigenschaften sowohl hinsichtlich der Leiter als auch des Kabeldielektrikums.

Ein zugfestes Kabel herkömmlicher Bauart ist der DTOS 2 026 118 entnehmbar, in der ein Verfahren zur Herstellung eines Koaxial-Seekabels mit zugfestem Innenleiter beschrieben ist. Dieses bekannte Verfahren besteht darin, da:.·· ils Innenleiter ein elektrisch gut leitendes, metallisches Band, an den Kanten überlappend längs auf den zugfesten Kern des Kabels aufgebracht, in dieser Lage festgehalten und im gleichen Arbeitsgang mit dem Dielektrikum umspritzt wird und anschließend das Kabel durch Außenleiter und Kabelmantel vervollständigt wird Als zugfester Kern des Kabels ist die Verwendung eines Stahlseiles vorgesehen, wobei es aber auch denkbar ist, daß der /ugfeste Kern des Kabels aus einem anderen Werkstoff besteht. Ein Kabel mit einem Stahlseil als zugfester Kern kann dem hier gestellten Erfordernis der Gewichtserspanis, welches bei insbesondere für die Luft- und

ίο Raumfahrt bestimmten Kabeln und Leitungen von entscheidender Bedeutung ist, nicht entsprechen. In der genannten Druckschrift sind jedoch nähere Hinweise darüber, welcher andere Werkstoff als zugfester Kern eines solchen Kabels denkbar wäre, nicht angegeben, weshalb sich dieser eine technisch verwendbare Anregung für den Aufbau eines gewichtsparenden elektrischen Kabel mit den eingangs angeführten Eigenschaften nicht entnehmen läßt.

Es ist jedoch aus DL-PS 13 838, weiche ein Zusatzpatent zu DL-PS IO 126 ist, ein gewichtsparender, elektrischer Leitungsdraht für Viehweidezäune bekann», der aus einem Kern aus biegsamem Isolierstoff, vorzugsweise einem weichmacherfreien Polyvinylchlorid oder auch einem Polyamid wie Perlon, od. dgl. und einer auf diesen wendelförmig aufgebrachten Ummantelung aus elektrisch leitenden Drähten besteht, wobei der zugfeste Kern mit einem wasserabstoßenden Überzug z. B. Silikonlack, versehen ist. Dieser Überzug ist deshalb erforderlich, weil gefunden wurde, daß der zur Bildung des Kernes verwendete Isolierstoff mit der für den genannten Zweck ausreichenden mechanischen Festigkeit bei Nässe seine Länge bedeutend verändert, so daß durch die Längendifferenz zwischen dem Kern und den Leitern Unzuträglichkeiten entstehen. Abgesehen von diesem Nachteil des Erfordernisses eines besonderen Überzuges, dessen effektive Wirkung fragwürdig ist, kann ein solcher Leitungsdraht für Viehweidezäune keineswegs den hohen Anforderungen entsprechen, die an Kabel und Leitungen insbesondere für die Luft- und Raumfahrt sowohl hinsichtlich der elektrischen als auch hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften, wie sie vorausgehend angeführt sind, gestellt werden müssen.

Schließlich ist aus DT-AS 1 109 228 ein biegsames elektrisches Kabel für die Signalübertragung zwischen einer Leitstelle und einem sich schnell bewegenden Flugkörper bekannt, das aus parallel geführten, lackisolierten, in gegenseitigem Abstand voneinander angeordneten Leiterdrähten und einem dazwischen eingebetteten Zugorgan besteht. Dieses ist aus vielen dünnen parallelliegenden Natur- oder Kunstseidefäden gebildet und mit den Leiterdrähten gemeinsam von einer dichten Umhüllung aus Natur- oder Kunstseidefäden umgeben. Hierzu ist näher erläutert, daß als Leiterdrähte Kupferdrähte oder auch andere gut leitende Metalldrähte und daß anstelle von Seidenfäden auch Glasfasern oder andere Kunststoffäden Verwendung finden können, wobei jedoch auch hier keine näheren Angaben über die Art und/oder die speziellen Eigenschaften der zu verwendenden Kunststoffäden zu finden sind.

Derartige Kabel weisen zwar gegenüber den bis dahin bekanntgewordenen elektrischen Kabeln und Leitungen geringes Gewicht und gute Biegsamkeit bei relativ großer Zugfestigkeit auf, die jedoch den extremen Dauerbelastungen, mit denen in der Luft- und Raumfahrt gerechnet werden muß, doch nur unzureichend entspricht, wobei eine hohe Wärmebeständigkeit solcher Kabel überhaupt nicht vorausgesetzt werden kann. Besonders nachte.lig wurde bei diesen Kabeln je-

doch empfunden, daß die parallel zum Zugorgan angeordneten elektrischen Leiterdrähte, die zur Aufnahme von auf das Kabel bzw. die Leitung einwirkenden Zugkräfte mit herangezogen sind, keine untrennbare Einheit mit dem Zugorgan bilden. Dadurch kann es nämlich vorkommen, daß die Leiterdrähte durch übermäßige Zugbeanspruchung überdehnt werden und bei der nachfolgenden elastischen Kontraktion des Zugorganes unter Beschädigung oder Zerstörung der sie mit dem Zugorgan zusammenfassenden Fadenhülle seitlich ausbrechen oder daß das Kabel bei einer geringfügigen Beschädigung der seine Teile zusammenhaltenden Fadenhülle auseinanderfällt, wobei zumindest die Leiterdrähte Bedingungen ausgesetzt sind, denen sie nicht dauerhaft'entsprechen können, so daß die ausreichende elektrische Leitfähigkeit derselben in Frage gestellt ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, insbesondere für die Luft- und Raumfahrt geeignete, gewichtsparende, bewehrungsfreie, elektrische Leitungen oder Kabel zu schaffen, die bei einem Minimum an Eigengewicht ein Maximum an mechanischer und thermischer Widerstandsfähigkeit bieten, wobei die elektrische Leitfähigkeit derselben auch unter extrem ungünstigen Bedingungen gewährleistet und ein Zerfall derselben in ihre Bestandteile mit Sicherheit ausgeschlossen ist. Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich mit einem Kabel der eingangs umrissenen Art, bei dem erfindungsgemäß zur Bildung des Kernes ein aromatisches Polyamid mit einer Reißfestigkeit von mehr als 300 kp/mm², einem Elastizitätsmodul von wenigstens 3300 Kp/mm² und einer Temperaturbeständigkeit bis annähernd 300⁰C verwendet ist, und der elektrische Leiter aus einer auf die Kernoberfläche lückenlos aufmetallisierten, dieser dauerhaft fest anhaftenden elektrisch gut leitfähigen Schicht besteht.

Dadurch, daß der elektrische Leiter aus einer auf den das Zugorgan bildenden Kern unmittelbar aufmetallisierten leitfähigen Schicht und nicht etwa aus einer Anzahl von diesen umgebenden bzw. mit ihm verbundenen Leiterdrähten besteht, ist weder die Möglichkeit eines Zerfalles des Kabels bzw. der Leitung in die Bestandteile noch einer Verringerung der elektrischen Leitfähigkeit durch die ansonsten zu b. .irchtende Unterbrechung einzelner Leiterdrähte durch Knickung, Brechen oder Reissen derselben gegeben, während die Verwendung des die im Einzelnen angegebenen Eigenschaften aufweisenden Polyamides 7ur Bildung des Kernes die angestrebte mechanische und thermische Festigkeit und Widerstandsfähigkeit langzeitig mit Sicherheit gewährleistet.

Hierzu hat es sich in weiterer Ausgestaltung der Erfindung als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn zur Bildung des Kernes ein durch Kondensation von m-Phenylendiamin und Terephtalsävre entstandenes aromatisches Polyamid verwendet ist. Ein aromatisches Polyamid, das durch Kondensation von mPhenylendiamin und Terephtalsäure entstanden ist. verleiht dem erfindungsgemäßen Kabel in einem besonders hohen Maße jene Eigenschaften, die eine zusätzliche erschwerende Bewehrung überflüssig machen. Es hat ein spez. Gewicht von 1,45 p/cm³ und eine Reißfestigkeit von mehr als 300 kp/mm² bei einem Elastizitätsmodul von 3300 kp/mm² und einer Temperaturbeständigkeit bis annähernd 300⁰C. Vorzugsweise ist das Polyamid in Faserform zur Bildung des Kernes verarbeitet.

In einer Ausführungsform der Erfindung enthält der Kern einen darin zentrisch angeordneten Massivleiter. Diese Anordnung gibt die Möglichkeit der Verwendung des gleichen Kabels sowohl als Leiterpaar als auch als Koaxialleiterkabel sowie auch — bei paralleler Stromführung — als Einzelleiter größerer Kapazität
Eine andere Ausführungsform des erfindungsgemä-

S ßen Kabels ist dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Kernes mindestens 1 Massivleiter und/oder ein als auf aromatisches Polyamid aufmetallisierte leitfähige Schicht ausgebildeter Leiter angeordnet sind.

Bei allen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen, elektrischen Kabels, kommen die vorausgehend beschriebenen hervorragenden Eigenschaften voll zur Geltung. Insbesondere hat sich als wesentlicher Vorteil der Erfindung erwiesen, daß die metallisierten Schich-

• ten selbst bei größter mechanischer Beanspruchung unbeschädigt bleiben und weder abspringen noch sich ablösen, so daß der Oberflächenverbund bzw. das Kabel in jedem Fall auch bei extremer mechanischer oder thermischer Beanspruchung erhalten bleibt
Nachstehend sind Ausführungsformen der Erfindung an Hand von Zeichnungen veranschaulicht. Es zeigt im Querschnitt

F i g. 1 eine Leitung bzw. ein Kabel mit einem einfachen, auf die Kernoberfläche aufmetallisierten Leiter,
F i g. 2 eine Leitung bzw. Kabel mit massivem Innen- und aufmetallisiertem Außenleiter,

F i g. 3 ein Koaxialkabel mit einem Innenleitet· nach F i g. 1 und

F i g. 4 als eine der möglichen Kombinationen eine abgeschirmte symmetrische Leitung mit einem massiven und einem auf einen Kern aufmetallisierten Innenleiter.

In allen Zeichnungsfiguren ist mit 1 ein Kern aus hochfestem Kunststoff und mit 2 eine durch Metallisieren der Oberfläche des Kernes 1 gebildete, elektrisch gut leitfähige Schicht bezeichnet, die in der einfachsten Ausführungsform den elektrischen Leiter schlechthin und in anderen Ausführungsformen als Außenleiter und/oder als Leiterabschirmung von Kabeln oder Leitungen vorgesehen sein kann. Zur Bildung des Kernes 1 ist ein hochfestes Polyamid mit einer Reißfestigkeit von mehr als 300 kp/mm² und einer Temperaturbeständig keit bis annähernd 300⁰C und mit guten dielektrischen Eigenschaften verwendet. Versuche haben ergeben, daß sich ein durch Kondensation von m-Phenylendyamin und Terephtalsäure entstehendes, aromatisches Polyamid, etwa der beispielsweise: in Saechtling-Zebrowski's »Kunststoff-Taschenbuch« (Carl Hauser Verlag, München 1971) auf S. 278 angeführten Art. für den genannten Zweck besonders gut eignet.

Dieses kann auch in Faserform verwendet werden, wobei entweder die Oberfläche etwa garnartiger Faserbündel oder auch jeder einzelnen Faser metallisiert sein kann.
Das Metallisieren der Kernoberfläche erfolgt in der üblichen Weise, z. B. durch chemische Metallabscheidung aus wäßrigen Lösungen, Aufdampfen von Metallen unter Vakuum oder auch nach anderen bekannten Verfahren, wie sie etwa dem »Hütte« Taschenbuch der Werkstoffkunde, Verlag Wilhelm Ernst & Sohn, Berlin (Ausgabe 1967, S. 494 bis 500), entnehmbar sind. Das Metallisieren ermöglicht bekanntlich die Herstellung hauchdünner, leitender Oberflächenschichten 2, die, z. B. unter 5μ etwa für Zwecke der Fernmeldetechnik sowohl als elektrischer Leiter als auch als Leiterabschirmung durchaus ausreichend sind. Die aufmetallisierte leitfähige Schicht 2 läßt sich jedoch entsprechend dem gewünschten Verwendungszweck, etwa als Starkstromkabelleiter, in beliebiger Schichtdicke, beispiels-

weise zwischen 10 und ΙΟΟΟμ herstellen, bzw. auf das gewünschte Maß auftragen. Die Schicht 2 haftet, gegebenenfalls nach entsprechender Aufbereitung der Oberfläche des Kernes 2 daran fest und dauerhaft in einer Weise an, daß sie allen Dimensionsveränderungen sowohl im Querschnitt als auch in der Längsrichtung des Kernes 2 ebenso unterworfen ist wie dessen Oberfläche und dabei weder abspringen noch sich ablösen kann.

Gemäß den F i g. 2 und 4 kann in den Kern 1 aus hochfestem Polyamid ein Massivleiter 3 zenirisch (Koaxialleitung) oder auch exzentrisch (Mehrleiterkabel) eingebettet sein, wobei die guten dielektrischen Eigenschaften des für den Kern verwendeten WerkStoffes voll zur Geltung kommen, der bei diesen Ausführungsformen auch zur Bildung einer Isolierschicht 4 zwischen bzw. rings um die darin eingebetteten Massivleiter 3 dient.

Bei den in den F i g. 3 und 4 gezeigten Ausführungsformen eines Kabels ist ein durch Metallisieren der Oberfläche eines Kernes 1 in Form einer leitfähigen Schicht 2 ausgebildeter Leiter in der aus dem gleichen Werkstoff wie der innere Kern 1 bestehenden Isolier-Schicht 4 eingebettet, die ihrerseits mit einer, z. B. als Feldbegrenzung oder Abschirmung oder auch als Außenleiter (Null-Leiter) dienenden metallisierten Oberfläche versehen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

2 265713 Patentansprüche:

1. Gewichtsparendes, elektrisches Kabel, insbesondere für die Luft- und Raumfahrt, das neben guten elektrischen Eigenschaften große Festigkeit unri Flexibilität aufweist, mit einem den elektrischen Leiter tragenden Kern aus hochfestem Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Kernes (1) ein aromatisches Polyamid mit einer Reißfestigkeit, von mehr als 300 kp/mm², einem Elastizitätsmodul von wenigstens 3300kp/mm² und einer Temperaturbeständigkeit bis annähernd 300" C verwendet ist, und der elektrische Leiter aus einer auf die Kernoberfläche lückenlos aufmetallisierten, dieser dauerhaft fest anhaftenden, elektrisch gut leitfähigen Schicht (2) besteht.

2. Gewichtsparendes elektrisches Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Kernes (1) ein durch Kondensation von m-Phenylendiamin und Terephtalsäure entstandenes aromatisches Polyamid verwendet ist.

3. Gewichtsparendes elektrisches Kabel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das aromatische Polyamid in Faserform zur Bildung des Kerne!. (1) verarbeitet ist.

4. Gewichtsparendes elektrisches Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (1) einen darin zentrisch angeordneten Massivleiter (3) enthält.

5. Gewichtsparendes elektrisches Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb dos Kernes (1) mindestens 1 Massivleitcr (3) und/oder ein als auf aromatisches Polyamid aufmetallisierte leitfähige Schicht (2) ausgebildeter Leiter angeordnet s'nd.