DE3145880A1 - Biegsame elektrische litze oder kabel fuer die signaluebertragung zwischen einer leitstelle und einem sich bewegenden flugkoerper und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Description

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THOMAS- WIMMER-IUNC 14 . D 8000 MÜNCHEN 22
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HEERMANN GMBH München, 19-11.1981

Barmerfeld 14 P 853/81

5800 Hagen 5 Pu/rei

Biegsame elektrische Litze oder Kabel für die Signalübertragung zwischen einer Leitstelle und einem sich bewegenden Flugkörper und Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf ein biegsames elektrisches Kabel für die Signalübertragung zwischen einer Leitstelle und einem sich
schnell bewegenden Flugkörper, bestehend aus mindestens einem, vorzugsweise zwei parallel geführten, lackisolierten, elektrischen
Leitern, die in einem aus einzelnen Tragfädenbündeln aus vielen
dünnen Einzelfäden gebildeten Zugorgan über dessen Gesamtlänge mittig eingebettet sind, das von einer Umspinnung umgeben ist.

Biegsame elektrische Litzen oder Kabel der hier infrage stehenden
Art sind beispielsweise aus der DE-PS 17 65 133 bekannt. Dort sind zwei parallel geführte, lackisolierte Kupferdrähte miteinander verklebt und in dem zu mindestens drei einzelnen Tragfädenbündeln zusammengefaßten Tragfäden aus Polyester des von einer aus Naturseide bestehenden Umspinnung gehaltenen Zugorgan mittig geführt. Derartige Leiter ermöglichen die Signalübertragung auf sich bewegende Flugkörper bis zu Geschwindigkeiten von etwa 260 m/sec und bis zu Reichweiten von etwa 4000 m.

Aus flugtechnischen Gründen muß der Leitervorrat für die Signalübertragung im Flugkörper in Form einer oder mehrerer Spulen mitgeführt werden. Die statischen und dynamischen Belastungen des
Leiters beim Abspulen während des Fluges sind bei den gewünschten

Fluggeschwindiglceiten und Reichweiten groß und sollten, abgesehen von den stark unterschiedlichen Belastungen während der Start- und Marschphase, während der Flugzeit möglichst reproduzierbar konstant bleiben.

Hierzu müssen die einzelnen Windungen der eine Vielzahl von Windungslagen aufweisenden Spulen bei deren Herstellung, also beim Wickeln, miteinander derart verklebt werden, daß neben einer gleichmäßigen Verklebung für jede Windung möglichst gleiche Klebekräfte, abgesehen von den erwähnten Unterschieden für die Start- und Marschphase des Flugkörpers, vorhanden sind. Fehler bei der Fertigung solcher Spulen haben auf die Abspuleigenschaften der Spulen bei ihrem Einsatz in den Flugkörpern unmittelbaren Einfluß. Sowohl ungleichmäßige als auch fehlende Verklebung führen beispielsweise zum Abzug von mehreren Lagen gleichzeitig, was beim Abspulen während des Fluges zur sogenannten Kinkenbildung an den elektrischen Leitern führt; solche Kiriken brechen aber erfahrungsgemäß beim nächsten Be.lastungsstoß, so daß die Nachrichtenverbindung unterbrochen wird. Ferner sind solche abgezogenen Lagenbündel in besonderem Maße den mechanischen und thermischen Belastungen sowohl beim Start als auch beim sogenannten Marsch derartiger Flugkörper ausgesetzt, der in aller Regel durch einen heißen Gasstrahl angetrieben wird. Ein solcher Flugkörper muß bekanntlich in der Startphase von der Geschwindigkeit Null auf seine Marschgeschwindigkeit beschleunigt werden, damit ist das Kabel einmal durch das rasche Anwachsen der Abspulgeschwindigkeit sehr stark dynamisch und andererseits durch die unmittelbare Nähe des Gasstrahles thermisch belastet. Während der Marschphase wird das Kabel in unkontrollierbarer Weise von heißen Partikeln beaufschlagt, die sich von einem stets vorhandenen, mit dem Flugkörper verbundenen Leuchtsatz lösen. Die Wirkung dieser Partikel ist beim Auftreffen auf abgezogene Lagenbündel besonders verheerend, ganz abgesehen davon, daß Lagenbündel infolge ihrer größeren Oberfläche leichter getroffen werden können als eine birnenförmig sich streckende, abgezogene Einzelwindung des Kabels.

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Während bei der Herstellung der Leiter die einzelnen Fertigungsschritte durch geeignete Meßverfahren und -Einrichtungen überwacht und damit reproduzierbare Werte eingehalten werden können, ist dies beim Wickeln der Spulen bisher schlecht oder nicht möglich, da bei einer Prüfung der tatsächlich vorhandenen Klebekraft zwischen den einzelnen Windungen diese von der Spule abgezogen werden müssen, die Spule also zerstört wird. Es kann also die Fertigung solcher Spulen nur stichprobenartig überwacht werden, wodurch lediglich Fehlertrends erfaßt werden können. Um eine möglichst gleichmäßige Abspuleigenschaften aufweisende Spule herzustellen, bedarf es daher hoher Kunstfertigkeit des Wicklers oder der Wicklerin an der Wickelmaschine. Ein solcher Zustand widerspricht nicht nur allen modernen Fertigungsmethoden, er wird mit der Zeit unbezahlbar.

Ein weiterer Unsicherheitsfaktor ist die Beschaffenheit der Naturseidenfasern, deren spezifische Eigenschaften stark schwanken und daher hinsichtlich des Tränkungsvermögens und damit der Klebekraft von Charge zu Charge variieren.

Auch wird es immer schwieriger, Naturseide zu beschaffen. Es besteht daher seit langem der Wunsch, die Naturseide durch sogenannte Kunst- oder Kupferkunstseide zu ersetzen. Solche Kunstseidenfasern lassen sich mit stets gleichen Eigenschaften herstellen und stehen in beliebiger Menge jederzeit zur Verfügung. Problematisch ist aber die Auswahl und Anpassung der weiteren Materialien, da die ebenfalls notwendigen Tragfasern hinsichtlich Reißlänge, Elastizität, Bruchdehnung und Ausdehnungskoeffizienten in geeigneten Verhältnissen zueinander stehen müssen. Ferner besteht die Forderung nach größeren Abspulgeschwindigkeiten und höheren Reichweiten, so daß Fasern mit möglichst großen Reißlängen notwendig werden. Schließlich bereitet die Verarbeitung solcher Fasern in Verbindung mit den in aller Regel lackisolierten Kupferleitern mit einem Durchmesser in der Größenordnung von ca. 0,07 mm und einer Bruchdehnung von gleich oder größer als 25 % große Schwierigkeiten. Diese müssen, um gleichmäßige elektrische Eigenschaften über die gesamte Länge

einer solchen sogenannten Lenksignal-Leitung zu erzielen, stets eine möglichst gleiche geometrische Zuordnung zu den Tragfäden und der Umspinnung aufweisen, wobei durch diese Zuordnung auch die Abspuleigenschaften der Lenksignalleitung von der im zu lenkenden Flugkörper befindlichen Lenkdrahtspule stark beeinflußt werden.

Es besteht daher ein erheblicher Bedarf an einer möglichst allen Anforderungen genügenden Litze, die auch über lange Fertigungszeiten mit möglichst gleichen Eigenschaften herstellbar ist und die einfacher als bisher beim Überführen in eine sogenannte Lenkdrahtspule gleichmäßig zu verkleben ist und auch nach langer Lagerzeit gleichmäßige Abspuleigenschaften aufweist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine neue biegsame elektrische Litze und ein Verfahren zu deren Herstellung zu schaffen, deren Aufbau und Ausbildung es ermöglicht, auch ohne die Verwendung von Naturseidenfasern zu großen Reichweiten und hohen Abspulgeschwindigkeiten zu gelangen, wobei trotz großer Litzenlänge die Gleichmäßigkeit der geometrischen Zuordnung von elektrischen Leitern, Tragfäden und Umspinnung über die Litzenlänge nicht beeinträchtigt wird, die sich ferner einfacher und besser in reproduzierbarer Weise beim Wickeln der sogenannten Lenkdrahtspulen verkleben läßt und bei der die Gefahr der Zerstörung der Leiterdrähte durch Wärmeeinwirkung verringert ist.

Diese Aufgabe ist für solche Litzen gemäß der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 und für das Verfahren durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 3 gelöst.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Mit der Erfindung wird also erstmals das aus der DE-AS 26 38 763 bekannte Extrudierverfahreri für die Herstellung von biegsamen Litzen für die Signalübertragung von einer festen oder beweglichen Leitstelle aus auf sich schnell bewegende Flugkörper und vice versa nutzbar gemacht, das überraschende Vorteile bietet.

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So lassen sich bei Verwendung von Fasern aus aromatischem Polyamid (organische Aramidfasern) als Tragfäden diese zusammen mit den metallischen Leitern viel einfacher als bisher verarbeiten, da im Hinblick auf das nachfolgende Aufbringen der äußeren Ummantelung im Extrudierverfahren viel geringere Fertigungstoleranzen beim Umspinnen einzuhalten sind; durch den Extrudiervorgang werden die die metallischen Leiter mittig haltenden Tragfädenbündel samt der sie haltenden Umspinnung auf Dauer in ih^rer Lage gehalten. Ferner kann sogenannte Kupferkunstseide für die Umspinnung gewählt werden.

Alle durch Naturseide verursachten Schwierigkeiten entfallen völlig. Auch entfallen die durch das Austreiben der bei der Verarbeitung mit Lacken erforderlichen Lösungsmittel verbundenen Schwierigkeiten. Die bei der Herstellung solcher Litzen bisher verwendeten Lacklösungen weisen einen Feststoffgehalt von etwa 20 % bis maximal 40 % auf, so daß der Anteil an auszutreibendem Lösungsmittel 60 bis 80 % beträgt. Eine Beeinflussung insbesondere der Tragfädenbündel durch Lösungsmittelreste tritt also nicht mehr auf. Bisher bestand u.a. die Gefahr des Eindringens von Lösungsmittelresten in die Tragfädenbün- . del, die daraufhin versteiften und damit die Abspuleigenschaften der Litze beim späteren Einsatz wesentlich verschlechterten.

Eine solche Litze läßt sich - wie Versuche gezeigt haben - auch hervorragend in reproduzierbarer Weise beim darauffolgenden Wickeln windungsweise verkleben, da auf die Extrusionsschicht in im voraus festlegbarer Weise und Umfang Klebemittel aufbringbar ist, durch das lediglich die auf der Umspinnung festhaftenden Extrusionsschichten nebeneinanderliegender Windungslagen mit stets gleicher Klebekraft miteinander verbunden werden.

Damit wird auch eine automatisierte Serienfertigung von solchen Lenkdrahtspulen mit stets gleichen Eigenschaften möglich, was sich sowohl auf den Preis als auch auf die Zuverlässigkeit der damit bestückten Flugkörper hervorragend günstig auswirkt.

Anstelle von Kupferkunstseiden lassen sich nunmehr auch Glasseiden für die Umspinnung verwenden, die erheblich beständiger gegen thermische Belastungen sind. Ihre an sich geringe Elastizität braucht nicht berücksichtigt zu werden, da im Hinblick auf die Wickelrichtung keine elastischen Belastungen in Faserrichtung auftreten und die quer dazu auftretenden Belastungen von den Tragfäden aufgenommen werden. Die sie umgebende Extrusionsschicht ist elastisch genug, um den elastischen Dehnungsbeanspruchungen zu folgen, ohne
dabei beschädigt oder gar zerstört zu werden. Die Extrusionsschicht verhindert ferner bei glasseidenurasponnenen Kabeln, daß
aus der Umspinnung nach außen ragende Faserenden von Einzelfasern, die beim Umspinnen infolge der Sprödigkeit von Glasseide brechen,
beim Wickeln der Spule mit der folgenden Lage verklebt werden können. Beim Aufbringen der Extrusionsschicht werden diese Enden nämlich umgelegt und in die Extrusionsschicht eingebettet, so daß
trotz der Glasseidenumspinnung das jeweilige Kabel eine glatte
Außenmantelfläche aufweist.

Da die hier zur Anwendung gelangenden Polyäthersulphone außerordentlich flammbeständig sind, ergibt sich der weitere Vorteil, daß bei der Herstellung der Kabel keine besonderen Flammschutzmittel zu verwenden sind.

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigen

Figur 1 die Litze im Flugbetrieb,

Figur 2 in stark vergrößertem Maßstab den Aufbau

der Litze in perspektivischer Darstellung,

Figur 3 ein stark vergrößertes Schliffbild der
Litze nach Figur 2 und

Figur 4 die Prinzipanordnung für das Herstellen
einer Litze gemäß der Erfindung.

In Figur 1 ist rait 10 ein rückstoßgetriebener Flugkörper bezeichnet, dem von einer ortsfesten oder beweglichen Leitstelle 11 aus Lenksignale über eine Leitstelle und Flugkörper miteinander verbindende biegsame elektrische Litze oder Kabel 12 zugeleitet werden.

Das Kabel 12 besteht aus zwei aus möglichst reinem Elektrolytkupfer hoher Bruchdehnung - gleich oder größer als 25 % - hergestellten elektrischen Leiterdrähten 14 mit einem Durchmesser von etwa 0,07 mm. Vor ihrer Umspinnung erhalten die blanken Kupferleiter 14 vermittels eines an sich bekannten Lackierverfahrens jeweils eine Isolierung 15, wobei das Aufbringen des Lackes in mehreren Schichten erfolgt, bis eine Lackzunahme von etwa 24 bis 30.u erreicht ist. Nach der Aushärtung der Isolierung 15 werden die einzelnen Kupferleiter 14 in einem weiteren Arbeitsgang mit Hilfe desselben Lackes, aus dem die Isolierung 15 besteht, miteinander parallel verklebt, so daß sie die in Figur 2 dargestellte Form annehmen.

Wie die Figuren 2 und 3 zeigen, befinden sich die miteinander parallel verklebten Kupferleiter 14 mittig in einer aus η parallelliegenden Fasern aus Polyester oder Polyamid bestehenden Tragfädenbündelung 16. Die aus der Tragfädenbündelung 16 und den Kupferleitern 14 bestehende Bündelung ist mit einer gegenläufigen Umspinnung 18, 18a versehen, bestehend aus Naturseide oder Kupferkunstseide der Aufmachung 3 . 20/22 den.

Um die mittige Lage der parallel verklebten Kupferleiter innerhalb der Tragfädenbündelung 16 über die gesamte Kabellänge zu erzielen, ist die Tragfädenbündelung vor ihrer Umspinnung in mindestens drei gleich große Tragfädenbündel aufgeteilt worden, von denen jedes einen Durchmesser von etwa 14.u aufweisende Tragfädenbündel beispielsweise aus70 Elementarfasern besteht.

Die Herstellung des Kabels erfolgt vorzugsweise in der in der DE-PS 17 65 133 beschriebenen Weise, so daß in Figur 4 der Herstellungsvorgang lediglich durch ein sogenanntes Funktionsschema dargestellt ist. Wie dort gezeigt ist, werden die hergestellten Kabellängen von beispielsweise 4 200 m einer an sich bekannten Extrudiervorrichtung zugeführt und dort in ebenfalls bekannter Weise mit einem Polyäthersulphon in einem kontinuierlichen Extrusionsvorgang umschichtet, so daß die Umspinnung 1.8," I8a von einer Schutzschicht 20 - vgl. Figur 3 - umgeben ist. Die Verfahrensparameter sind dabei so einzustellen, daß eine Schichtdicke von ca. 25 bis 50,u entsteht.

Die für das Extrudieren besonders geeigneten Polyäthersulphone sind in der DE-OS 29 11 269, Verfahren zum Fertigen von Umschichtungen aus solchen Polyäthersulphonen sind in der DE-OS 27 28 883 beschrieben, so daß hler nicht mehr näher darauf einzugehen ist.

Beim Umspinnen mit Glasseidenfasern nach außen stehende Faserenden, infolge der Sprödigkeit der Glasseiden läßt sich ein Brechen von Einzelfasern bei den hier auftretenden Biegeradien nicht vermeiden, werden beim Durchgang des Kabels durch die hier nicht näher dargestellte Extrudiervorrichtung für das Aufbringen der Extrudierschicht umgelegt und in die Extrudierschicht eingebettet. Das mit der Extrudierschicht versehene Kabel weist daher eine völlig glatte Oberfläche auf. Bei späteren Wickeln der Spulen entfällt daher das Problem, daß aus der Umspinnung herausragende Faserenden beim notwendigen Verkleben der Einzelwindungen der Spule eine nicht gewünschte unregelmäßige Verankerung bilden, die den Abspulvorgang beim Gebrauch der Spulen sehr stark stört. .

Claims (1)

1. Heinz η. puschmXn*n -*"t»AtemtANWALT 314 5 8

   THOMAS-WIMMER-RINC 14 · D 8000 MÜNCHEN 22 TELEFON 1089) 295739· TELEX 514878 rrm

   HEERMANN GMBH München, 19.11.1981

   Barmerfeld 14 P 853/81

   Hagen 5 Pu/rei

   PATENTANSPRÜCHE

   Biegsames elektrisches Kabel für die Signalübertragung zwischen einer Leitstelle und einem sich schnell bewegenden Flugkörper, bestehend aus mindestens einem, vorzugsweise zwei parallel geführten, lackisolierten elektrischen Leitern, die in einem aus einzelnen Tragfädenbündeln aus vielen dünnen Einzelfäden gebildeten Zugorgan über dessen Gesamtlänge mittig eingebettet_#sind, das von einer Umspinnung umgeben ist, dadurch gekennzeichnet , daß die Umspjhnung von einer Extrusions-Schicht (20) ummantelt ist.

   Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragfädenbündel aus η parallel liegenden aromatischen Polyamidfasern einer Bruchdehnung von 2,4 bis 4 % bestehen, von denen mindestens ein Tragfädenbündel parallel zu den elektrischen Leitern liegend mit diesen verklebt ist, daß die Umspinnung aus einer Kupferkunstseide mit einer Aufmachung von 3 x 20/22 den besteht und daß die Extrusions-Schicht aus amorphen Polyäthersulptonen besteht.

   Verfahren zur Herstellung eines biegsamen elektrischen Kabels gemäß den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet , daß der oder die lackisolierten und miteinander verklebten elektrischen Leiter mit mindestens einem Tragfädenbündel parallel zueinanderliegend verklebt werden, daß mindestens drei weitere Tragfädenbündel auf einem engen Kreisbogen um 120 gegeneinander versetzt symmetrisch auf das senkrecht geführte, mittig liegende, verklebte Leiter-

   Tragfädenbündel geführt und in zwei hintereinandergeschalteten Spinnvorgängen mit gleichem Uraspinnungswinkel bei unterschiedlicher Drehrichtung umsponnen werden, wobei das senkrechtgeführte verklebte Leiter-Tragfädenbündel mit einer Bremskraft von 10 N zugeführt wird, und daß das umsponnene Kabel einer Extrusionsvorriehtung zugeführt und dort in einem einzigen Arbeitsgang mit einer aus amorphen Polyäthersujphonen bestehenden Extrusionsschicht ummantelt wird.

   4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Spinnvorgänge Glasseidenfasern Verwendung finden.