DE3700184A1 - Hochspannungswiderstandsdraht - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Hochspannungswiderstandsdraht für eine Motorzündvorrichtung od. dgl.

Der Hintergrund der vorliegenden Erfindung soll anhand ihrer Anwendung bei einer Motorzündvorrichtung erläutert werden, die in einem Fahrzeug mit Eigenantrieb installiert ist.

Bei einer Motorzündvorrichtung wird ein Widerstandsdraht für eine hohe Spannung (beispielweise 25 bis 30 kV) verwendet, um einen geeigneten Widerstand zu erreichen. Beispiele von bisher bekannten Hochspannungswiderstandsdrähten dieser Art sind in der veröffentlichten, ungeprüften japanischen Patentanmeldung Nr. 54-1 40 190 erläutert, wie sie in den Fig. 1 und 2 dargestellt sind.

In Fig. 1 besteht der Hochspannungswiderstandsdraht aus einem Widerstandsleiter 1, einer den Widerstandsleiter 1 bedeckenden Isolierschicht 2 und aus einer Schutzschichthülle 2 zum Schutz der Isolierschicht 2. Da jedoch bei diesem bekannten Widerstandsdraht die Schutzschichthülle 3 sich in engem Kontakt mit der Isolierschicht 2 befindet, ist es erforderlich, entweder den Außendurchmesser des Widerstandsleiters 1 herabzusetzen oder die Außendurchmesser der Isolierschicht 2 und der Schutzschichthülle 3 zu vergrößern, um die elektrostatische Kapazität zwischen dem Widerstandsleiter 1 und der Schutzschichthülle 3 herabzusetzen. Hierbei ist es jedoch problematisch, die elektrostatische Kapazität des Widerstandsdrahtes herabzusetzen, da hierdurch die Zündfähigkeit einer Motorzündvorrichtung gering wird, bei der der Widerstandsdraht gebraucht wird. Da die Schutzschichthülle 3 des bekannten Widerstandsdrahtes aus Gummi besteht, hat außerdem die Schutzschichthülle 3 des Drahtes nur eine geringe mechanische Festigkeit, d. h. nur eine geringe Reißfestigkeit, insbesondere dann, wenn die Temperatur im Motorraum steigt. Hieraus ergibt sich ein weiteres Problem, welches darin besteht, daß die Schutzschichthülle 3 leicht von einer metallischen Anschlußklemme T, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist, abgezogen werden kann, an der ein Drahtende befestigt ist, um den Anschluß des Drahtes an ein anderes Teil zu erleichtern. Dies bedeutet, daß die Reißfestigkeit oder der Abreißwiderstand der Schutzschichthülle gegenüber der Anschlußklemme nicht genügend hoch ist.

Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform eines bekannten Hochspannungswiderstandsdrahtes. Dieser Draht besteht aus einem Widerstandsdraht 1, einer Schutzschichthülle 3 und aus vielen Isolierabstandhaltern S, die zwischen dem Leiter 1 und der Schutzschicht 3 liegen und Freiräume 4 dazwischen bilden. Obgleich bei diesem Widerstandsdraht die Durchschlagfestigkeit hoch und die elektrostatische Kapazität niedrig ist, da zwischen dem Leiter 1 und der Schutzschicht 3 durch die dazwischen angeordneten Abstandhalter Zwischenräume vorhanden sind, gibt es dort ein anderes Problem, das darin besteht, daß der Draht dick ist und an die Notwendigkeit, in einem Motorraum Platz zu sparen, keine Zugeständnisse macht. Außerdem ist der Draht aufgrund der Abstandhalter S wenig biegsam und nicht sehr flexibel.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, einen Hochspannungswiderstandsdraht zu schaffen, der zwischen Widerstandsleiter und Schutzschichthülle nur eine geringe Kapazität und damit bei Verwendung in einer Motorzündanlage eine hohe Zündfähigkeit hat. Außerdem soll der Hochspannungswiderstandsdraht sowohl bei Raumtemperatur als auch bei erhöhten Temperaturen eine hohe Abreißfestigkeit gegenüber angeschlossenen Klemmen haben und darüber hinaus bei kleinem Außendurchmesser und geringem Gewicht sehr leicht biegsam und flexibel sein.

Diese Aufgabe wird mit der Erfindung durch einen Hochspannungswiderstandsdraht gelöst, der wie folgt aufgebaut ist:

• a) ein Widerstandsleiter;
• b) eine Isolierschicht, die den Widerstandsleiter bedeckt, und
• c) eine Schutzschichthülle, die die Isolierschicht derart lose umschließt, daß zwischen einer Außenfläche der Isolierschicht und einer Innenfläche der Schutzschichthülle ein Zwischenraum verbleibt. Der Abstand zwischen Isolierschicht und Schutzschichthülle beträgt etwa 0,1-0,5 mm. Die Schutzschichthülle wird von einem dünnen, aus Glasfasern oder Polyaramidfasern geflochtenen oder geklöppelten Körper gebildet, der mit einem Silikonharz oder einem Fluorkunstharz getränkt oder beschichtet ist.

Da zwischen der mittleren Isolierschicht und der äußeren Schutzschicht bei dem Widerstandsdraht nach der Erfindung ein Spalt oder ein Zwischenraum vorhanden ist, ist es möglich, die elektrostatische Kapazität zwischen dem am meisten innen liegenden Widerstandsleiter und der am meisten außen liegenden Schutzschichthülle so weit zu reduzieren, daß die Zündfähigkeit verbessert wird, wenn der Draht an eine Motorzündvorrichtung angeschlossen ist.

Da die äußere Schutzschichthülle aus einem geklöppelten oder geflochtenen Glasfaser- oder Polyaramidfaserschlauch gebildet wird, der mit einem Silikonharz oder einem Fluorkunstharz imprägniert oder beschichtet ist, ist es möglich, die Wanddicke der Schutzschichthülle im Vergleich zu einem bekannten Widerstandsdraht mit Gummischutzhülle herabzusetzen oder die Abreißfestigkeit der Schutzschicht von einer Anschlußklemme bei hoher Temperatur herabzusetzen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen in allen Figuren gleiche oder ähnliche Elemente bezeichnen. Es zeigt:

Fig. 1 ein erstes Beispiel eines bekannten Hochspannungswiderstandsdrahtes in einer perspektivischen Darstellung;

Fig. 2 ein zweites Beispiel eines bekannten Widerstandsdrahtes im Querschnitt in vergrößertem Maßstab;

Fig. 3 eine am Drahtende befestigte Anschlußklemme in einer Seitenansicht, die die Erläuterung der Abreißfestigkeit der Schutzschicht gegenüber der Anschlußklemme unterstützen soll;

Fig. 4 eine Ausführungsform des Widerstandsdrahtes nach der Erfindung in einer perspektivischen Darstellung;

Fig. 5 eine graphische Darstellung, die die Abhängigkeit zwischen der Größe des Abstandes und der elektrostatischen Kapazität zeigt;

Fig. 6a eine graphische Darstellung, welche die Abreißfestigkeit des Drahtes gegenüber einer metallischen Anschlußklemme bei Raumtemperatur zeigt, und

Fig. 6b eine der Fig. 6a ähnliche Darstellung, welche die Abreißfestigkeit der Schutzschicht bei hoher Temperatur darstellt.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 4 bis 6 soll nun der Hochspannungswiderstandsdraht nach der Erfindung im einzelnen beschrieben werden. Fig. 4 zeigt die Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung. Der Widerstandsdraht besteht aus einem innen liegenden Widerstandsleiter 1, einer Isolierzwischenschicht 2 und aus einer äußeren Schutzschichthülle 3. Ein besonderes Merkmal des Widerstandsdrahtes nach der Erfindung besteht darin, daß zwischen der Isolierzwischenschicht 2 und der äußeren Schutzschichthülle 3 ein Abstand oder Zwischenraum vorhanden ist. Der Außendurchmesser des Widerstandsleiters 1 beträgt etwa 1,14 mm; der Außendurchmesser der Isolierschicht 2 beträgt etwa 4,8 mm und der Außendurchmesser der Schutzschichthülle 3 beträgt etwa 6 mm. Ferner beträgt der Innendurchmesser der Schutzschichthülle 3 etwa 5 mm. Hieraus ergibt sich, daß zwischen der Isolierschicht 2 und der Schutzschichthülle 3 ein Abstand oder Zwischenraum 4 von etwa 0,1 mm vorhanden ist.

Der Widerstandsleiter 1 wird in folgenden Verfahrensschritten hergestellt: Zunächst wird ein Kern aus Glasfasern oder Polyaramidfasern hergestellt. Dann wird auf den Kern ein Verbundwerkstoff aus leitfähigem Anlagerungsreaktions-Silikongummi, wie in Tabelle 1 unten aufgeführt, auf den Kern extrudiert, so daß er den Kern bedeckt. Dann wird ein geklöppeltes oder geflochtenes Glasfasermaterial um den extrudierten Silikongummischichtkörper gewickelt. Danach wird eine Leiter-Fluorgummifarbe auf den geflochtenen Glasfasermantel aufgebracht und schließlich wird die leitfähige Gummifarbe getrocknet.

Tabelle 1

Die Isolierschicht 2 besteht aus einem gummiähnlichen Äthylen-Propylendiolefinmonomer (EPDM), welches dadurch erhalten wird, daß man ein Diolefinmonomer als dritte Komponente zu einem Äthylen-Propylenkopolymer hinzufügt und den Gummiverbundwerkstoff auf Polyolefinbasis, der ausgezeichnete wasserdichte Eigenschaften hat, um den Widerstandsleiter 1 durch Extrudieren so formt, daß er den Widerstandsleiter 1 bedeckt.

Es ist darauf hinzuweisen, daß in Tabelle 2 phr eine Abkürzung ist, die die Anteile je 100 Anteile Gummi angibt.

Tabelle 2

Die Schutzschichthülle 3 wird dadurch hergestellt, daß man einen aus Glasfasern oder Polyaramidfasern, wie beispielsweise aus Kevlarfasern (Warenzeichen der Du Pont Corp.) geflochtenen Schlauch mit einem Silikonharz (Lack) oder Fluor enthaltendem Kunstharz tränkt. Anstelle der Tränkung mit dem obengenannten Harz ist es auch möglich, den geklöppelten Glasfaser- oder Polyaramidfaserschlauch mit Silikonharz oder Fluor-Kunstharz zu beschichten.

Fig. 5 zeigt die Abhängigkeit zwischen dem zwischen der Isolierschicht 2 und der Schutzschichthülle 3 vorhandenen Spalt 4 und der elektrostatischen Kapazität pro Längeneinheit (1 m) des Drahtes, die zwischen dem Widerstandsleiter 1 und der Schutzschichthülle 3 besteht. Das Diagramm zeigt, daß der Widerstand (pF/m) bei der Ausführungsform nach der Erfindung auf eine Wert von 9-10 pF/m heruntergeht, wenn der Abstand etwa 0,1 mm beträgt, verglichen mit der Kapazität des bekannten Drahtes mit Silikongummischutzhülle, bei dem sich die Schutzhülle in dichtem Kontakt mit der Isolierschicht 2 befindet.

In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, daß zwischen der Zündfähigkeit, die einen repräsentativen Wert für die Erzeugung eines elektrischen Funkens bei einer Motorzündung darstellt, und der elektrostatischen Kapazität des Widerstandsdrahtes eine enge Beziehung besteht. Mit anderen Worten heißt dies, daß die Zündfähigkeit um so größer ist, je kleiner die elektrostatische Kapazität des Widerstandsdrahtes ist, weil eine Zündspannung mit einer hohen Geschwindigkeit ansteigen kann, wenn eine hohe Spannung an die Zündvorrichtung angelegt wird.

Die Fig. 6a und 6b zeigen die Abreißfestigkeit zwischen dem Kabelende (d. h. an einem Ende der Schutzschichthülle) und einer metallischen Anschlußklemme T (Fig. 3), die an ein Ende des Drahtes angeschlossen ist, um die Verbindung des Kabels mit einem anderen Teil zu erleichtern, im Vergleich zwischen dem Draht nach der Erfindung und einem bekannten Draht bei Raumtemperatur und bei hohen Temperaturen. Diese Diagramme zeigen, daß die Abreißfestigkeit gegenüber derjenigen bei einem bekannten Draht um 30-35% höher liegt. Außerdem zeigen die Fig. 6a und 6b die Versuchsergebnisse, die erhalten wurden, wenn der Widerstandsdraht mit einer Schutzschichthülle 3 versehen war, bei der ein geflochtener Glasfaserschlauch mit Silikonlack getränkt wurde.

Weiterhin ist darauf hinzuweisen, daß der Außendurchmesser der Schutzschichthülle 3, wie bereits erwähnt, etwa 6 mm beträgt, während der Außendurchmesser der Gummischutzschicht des bekannten Drahtes etwa 8 mm hat. Das bedeutet, daß der Außendurchmesser des Widerstandsdrahtes nach der Erfindung im Vergleich zu dem Außendurchmesser eines bekannten Drahtes um 2 mm reduziert werden kann, wodurch auch das Gewicht des Drahtes geringer wird.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform des Widerstandsdrahtes nach der Erfindung kann der Widerstandsleiter 1 auf verschiedene Weise hergestellt werden. Das bedeutet, daß ein Verbundwerkstoff, wie er in Tabelle 3 unten dargestellt ist, in Drahtform extrudiert wird. Dann wird um den geformten Körper in dessen Axialrichtung ein Metalldraht gewickelt, derart, daß der Außendurchmesser des Widerstandsleiters etwa 1,5 mm wird. Dann beträgt bei dieser Ausführungsform der Außendurchmesser der Isolierschicht 2 etwa 4,8 mm und ist damit ebenso groß wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform.

Bei dieser Abwandlung des Widerstandsdrahtes nach der Erfindung ist es möglich, die elektrostatische Kapazität, den Außendurchmesser und das Gewicht pro Längeneinheit zu senken und die Abreißfestigkeit zwischen dem Draht und der Anschlußklemme zu erhöhen.

Tabelle 3

Es ist darauf hinzuweisen, daß bei dem Widerstandsdraht nach der Erfindung die Schutzschichthülle aus einem geklöppelten oder geflochtenen Schlauch aus Glasfasern oder Kevlar-Fasern besteht und daß der geklöppelte Schlauch zusätzlich mit einem flexiblen Silikonharz oder Fluorkunstharz beschichtet ist. Der Draht nach der Erfindung ist deshalb der Zug- und Druckbeanspruchung gewachsen, die dann auftritt, wenn der Draht gebogen wird. Das bedeutet, daß die Biegsamkeit oder Flexibilität hoch ist. Diese höhere Biegsamkeit des Drahtes ist dann vorteilhaft, wenn der Draht gebogen wird und in der Nähe oder um einen Motor herum angeordnet ist.

Da bei dem Hochspannungswiderstandsdraht nach der Erfindung der Innendruchmesser der äußersten Schutzschichthülle ein wenig größer ist als der Außendurchmesser der Isolierzwischenschicht und deshalb die Schutzschicht mit angemessenem Zwischenraum lose auf der Isolierschicht sitzt, ist es möglich, die elektrostatische Kapazität zwischen dem innersten Widerstandsdraht und der äußersten Schutzschichthülle zu reduzieren, ohne die Biegsamkeit oder Flexibilität des Drahtes herabzusetzen. Auf diese Weise wird die Zündfähigkeit des Drahtes verbessert, wenn er an eine Motorzündvorrichtung angeschlossen ist.

Da ferner die äußere Schutzschichthülle dadurch gebildet wird, daß ein geklöppelter Glasfaser- oder Kevlar-(Polyaramid)faserschlauch mit Silikonharz oder Fluorkunstharz imprägniert oder beschichtet und anstelle der bekannten Gummiumhüllung verwendet wird, ist es möglich, die Abreißfestigkeit des Drahtes gegenüber einer Anschlußklemme zu verbessern, während gleichzeitig der Drahtdurchmesser und das Drahtgewicht verringert werden.

Da außerdem die Schutzschichthülle nach der Erfindung ohne Verwendung eines Extruders hergestellt werden kann, die bei bekannten Drähten notwendig ist, ist es möglich, die Maschinenkosten für die Herstellung zu senken.

Claims (11)

1. Hochspannungswiderstandsdraht mit folgenden Merkmalen:

• a) ein Widerstandsleiter;
• b) eine Isolierschicht zum Abdecken des Widerstandsleiters und
• c) eine Schutzschichthülle, die lose auf der Isolierschicht sitzt und wobei zwischen einer Außenfläche der Isolierschicht und einer Innenfläche der Schutzschichthülle ein freier Raum oder ein Spalt vorhanden ist.

2. Hochspannungswiderstandsdraht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt zwischen der Isolierschicht und der Schutzschichthülle 0,1-0,5 mm beträgt.

3. Hochspannungswiderstandsdraht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht von einem Schlauch aus geflochtenen Fasern gebildet wird, der mit einem Harz getränkt ist.

4. Hochspannungswiderstandsdraht nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz zum Tränken des Schlauches aus geklöppelten Fasern ein Silikonharz ist.

5. Hochspannungswiderstandsdraht nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz zum Tränken des aus geflochtenen Fasern bestehenden Schlauches ein Fluorkunstharz ist.

6. Hochspannungswiderstandsdraht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzschicht aus einem aus geflochtenen Fasern hergestellten Schlauch besteht, der mit einem Harz beschichtet ist.

7. Hochspannungswiderstandsdraht nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz zum Beschichten des geklöppelten Faserschlauches ein Silikonharz ist.

8. Hochspannungswiderstandsdraht nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz zum Beschichten des geklöppelten Faserschlauches ein Fluorkunstharz ist.

9. Hochspanungswiderstandsdraht nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der aus Fasern geflochtene Schlauch aus Glasfasern hergestellt ist.

10. Hochspannungswiderstandsdraht nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der geklöppelte Faserschlauch aus Polyaramidfasern besteht.

11. Hochspannungswiderstandsdraht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hochspannungswiderstandsdraht bei einer Motorzündvorrichtung verwendet wird.