DE3784673T2

DE3784673T2 - Herstellungsverfahren fuer ein hochspannungszuendkabel.

Info

Publication number: DE3784673T2
Application number: DE8787119225T
Authority: DE
Inventors: Fujimoto Terutsugu
Original assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd
Current assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd
Priority date: 1986-12-27
Filing date: 1987-12-24
Publication date: 1993-06-17
Anticipated expiration: 2007-12-25
Also published as: EP0273413A3; DE3784673D1; CA1289638C; KR880008350A; JPS63168915A; US4894490A; EP0273413A2; JPH0542084B2; KR960015781B1; EP0273413B1

Description

Zusammenfassung der Erfindung

Ein Gegenstand dieser Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen eines Hochspannungs-Zündkabels mit einem erhöhten Induktivitätswert und mit ausreichenden mechanischen Eigenschaften bereitzustellen, welches gewohnliche Kabelverbindung durch die Entfernung von zusätzlichen Schichten (Isolierung (4), Außengeflecht (overbraid) (5) und Hülle (6)) von dem Kabelkern ( ) möglich macht, ohne irgendeine Fluktuation der einmal gebildeten Spulenstruktur zu verursachen.
Gewünschte elektrische Eigenschaften werden durch das Extrudieren von unvulkanisierter Fluoro-Elastomer-Verbindung über das Spannungselement (1) aus vorzugsweise aromatischen Polyamid-Fasergarnen als ein Spannungselement (1) erreicht, gefolgt durch das Wickeln eines dünnen widerstandsfähigen Leiters (3) aus Nichrom (Ni-Cr-Fe) oder rostfreiem Stahl in einer Spulenform mit minimalem Abstand zwischen den Windungen über die extrudierte unvulkanisierte Plastikschicht (4).
Die Fluoro-Elastomer-Verbindung ist im wesentlichen zusammengesetzt aus Fluoro-Elastomer, ferromagnetischem Material, vulkanisierendem Stoff, Antioxidationsmitteln und den Füllmitteln und Additiven, sofern nötig, und diese bilden den Kabelkern ( ) des Zündkabels.
Der Kabelkern ( ) wird dann, nach dem Extrudieren einer elektrischen Isolierungsverbindung über ihn, bei einer erhöhten Temperatur unter Dampfatmosphäre simultan vulkanisiert.
Jede Windung des dünnen Drahtes aus widerstandsfähigem Leiter (3) wurde in die nicht ausgehärtete Plastikschicht (2) eingebettet und wurde zu einer Spulenform zusammengefügt, nachdem die Vulkanisation stattfindet. Diese Struktur ermöglicht es, daß der Kabelkern ( ) an dem Kabelende für einen Verbindungszweck herausgenommen wird.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen eines Hochspannungs-Zündkabels bereitzustellen, das eine feste und eng gewickelte Spulenstruktur aus widerstandsfähigem Leiter (3) zwischen der Plastikschicht (2) des Kabelkerns ( ) und der Isolierungsschicht (4) hat.
Ein anderer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, eine Spule aus widerstandsfähigem Leiter (3) bereitzustellen, welche um die Plastikschicht (2) herum mit minimalem Abstand zwischen den Windungen gewickelt ist, welche in die Plastikschicht (2) eingebettet ist und die geeignet ist, ihre ursprüngliche Spulenstruktur beizubehalten, selbst nachdem sie der thermischen Behandlung während des Extrusionsverfahrens einer Isolierungsschicht (4) ausgesetzt war.
Ein anderer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, das Produkt Zündkabel mit einem sehr hohen Grad an Induktivität pro Kabellängeneinheit zu versehen und so wird ein exzellentes störungsfreies (noise-free) Zündkabel für Motorfahrzeuge erreicht.
Die obigen und weitere vorteilhafte Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vollig erklärt, wenn dieselbe in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung verstanden wird.

Hintergrund der Erfindung

Bei dem konventionellen Verfahren zum Herstellen von Hochspannungszündkabeln ist das erste Verfahren das Herstellen einer Schicht (2) aus Plastikmaterialien mit oder ohne einem ferromagnetischen Material, wie Ferritpulver, über ein Spannungselement (1), das aus Garnen aus einem hoch zugbelastbarem (high tensile) Material hergestellt ist.
Die gewöhnlich verwendeten Plastikmaterialien sind Silikongummi, chlorierte polyolefinische Elastomere, einschließlich chloriertem Polyethylen und sie werden über das Spannungselement konzentrisch extrudiert, gefolgt durch das Vernetzen des Plastikmaterials bei erhöhter Temperatur unter Druck.
Das zweite Verfahren ist das Wickeln eines widerstandsfähigen Leiters (3) um die extrudierte Plastikschicht (2) herum und das dritte Verfahren ist die Herstellung einer Isolierungsschicht (4), des Außengeflechts (overbraid) (5) und schließlich die Bildung von schützenden Plastikmaterialien als eine Hülle (6) in seiner äußersten Oberfläche des Kabelkerns ( ).
Es wurden technische Versuche unternommen, um die Induktivität des Kabels pro Längeneinheit zu erhöhen. Es wurde kürzlich vorgeschlagen, daß für diesen Zweck der widerstandsfähige Leiter (3) enger gewickelt werden sollte, um mehr Windungen um die Plastikschicht (2) herum bereitzustellen.
Ein Problem wurde jedoch dadurch hervorgerufen, daß die ursprünglich gebildete Spule aus widerstandsfähigem Leiter leicht durch den Schritt der Extrusion des elastomeren Polymers über sie deformiert werden kann, was zu einer Fluktuation der Spulenanordnung führt und der Kontakt zwischen den Spulenwindungen verursacht höhere Kabelinduktivität als im Konstruktionsstadium erwartet wurde.
Einige der Alternativen zum Vermeiden der Fluktuation der Spulenausrichtung wurden in früheren Patentpublikationen offenbart. Das ungeprüfte japanische Gebrauchsmuster, Veröffentlichungsnummer 146,812/1984 zeigt eine Spulenanordnung, welche um eine Isolierungsschicht des Kerns eines Hochspannungszündkabels gewickelt wurde, mit flossenähnlichen Teilen, welche von der Kabeloberfläche nach außen gerichtet vorstehen und welche sich entlang der longitudinalen Oberfläche der Isolierung erstrecken. Durch das Bereitstellen solch einer Oberfläche ist die gewickelte Spule als ganzes in die Isolierung eingebettet und so ihr Hin- und Herbewegen eingeschränkt.
Bei einem anderen Beispiel, welches in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. 106,884/1979 offenbart wurde, wurde ein widerstandsfähiger Leiter um die vorgewärmte erweichte Oberfläche eines thermoplastischen isolierenden Materials gewickelt, welches konzentrisch über den Kern eines Hochspannungszündkabels extrudiert worden war. Die resultierende Spulenstruktur blieb eingebettet, wenn die Isolierungsoberfläche abgekühlt wurde.
Die beiden diskutierten Alternativen waren nicht erfolgreich, um eine unveränderte Spulenstruktur nach der Extrusion von Hüll-Elastomer zu erzielen, da bei dem ersten Beispiel eine äußerst hohe Spannung für den widerstandsfähigen Leiter nötig war, um eine feste Spulenstruktur zu erzielen, und da bei dem zweiten Beispiel es kaum erfolgreich war, eine gleichförmig erweichte Elastomeroberfläche zu erzielen.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1(a) ist ein schematisches Diagramm, das ein Verfahren zum Herstellen einer Plastikschicht (2) über ein Spannungselement (1) durch ein Extrusionsverfahren in der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 1(b) zeigt ein Wicklungsverfahren für den widerstandsfähigen Leiter (3) über die Plastikschicht (2) in der vorliegenden Erfindung.
Fig. 1(c) zeigt ein schematisches Diagramm, das ein Verfahren zum Herstellen einer Isolierungsschicht (4) über den Kabelkern ( ) durch ein Extrusionsverfahren in der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die Bezugszeichen in der Zeichnung
1. Spannungselement
2. Plastikschicht
3. widerstandsfähiger Leiter
. Kabelkern
4. Isolierungsschicht
5. Außengeflecht (overbraid)
6. schützende Hülle
11. Abwickelspule
12. Extruder
13. Aufwickelspule
14. Kühlbad
15. Kapstan
16. Kapstan
17. Aufwickelrolle
18.
19. Extruder
20. Dampfvulkanisator
21. Aufwickelrolle
22. Rotorkopf
23. Drahtführung
24. Abwickelbobine

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Unter Bezugnahme auf die Zeichnung wird das Verfahren der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben.
In einen Extruder (12) wurde, wie in Fig. 1(a) gesehen werden kann, ein Spannungselement, bestehend entweder aus organischem oder anorganischem faserigen Material, aus einer Abwickelspule (11) eingeführt.
Das geeignete Spannungselement wird aus solchen faserigen Materialien wie Kevlar, E.I. Dupont Nemours and Company, Glasfasergarnen oder Borfasern, entweder in Form von Garnen oder Fäden ausgewählt.
In den Extruder (12) wurde eine homogene Verbindung eines fluorierten Elastomers, wie Aflas, Sorte 150E oder 150L von Asahi Glass Kogyo, Japan, gefüllt.
Die bevorzugte Verbindung des fluorierten Elastomers besteht aus den folgenden Verhältnissen der Bestandteile: Bestandteil Gewichtsverhältnis (Gewichtsteile) Aflas 150E (fluoriertes Elastomer von Asahi Glass Kogyo, K.K.) BSF 547 (Mn-Zn Ferritpulver von Toda Kogyo, K.K.) Vulkanisierender Stoff Antioxidierender Stoff
Die besten Ergebnisse wurden erhalten, wenn die fluorierte Elastomerverbindung in etwa viermal das Gewichtsverhältnis (400 Gewichtsteile) an pulverisiertem Ferrit zu dem des Elastomers (100 Gewichtsteile) und eine kleine Menge an vulkanisierendem Stoff enthält.
Die Extrusion der Elastomerverbindung wurde über das Spannungselement (1) ausgeführt, während die Extrusionstemperatur in einem Bereich gehalten wurde, welcher nicht über 100ºC hinausging, gemessen an der Form und dem Nippel des Extruders, um den Beginn des Vernetzens zu vermeiden, da dieses abhängig von der Wärme ist. Das Spannungselement, das mit einer unvulkanisierten Plastikschicht bedeckt ist, wurde um eine Aufwickelspule (13) herum aufgewickelt.
Fig. 1 (b) verdeutlicht den Wicklungsmechanismus des widerstandsfähigen Leiters (3) über die Plastikschicht (2). Wie in der Figur gezeigt, wurde der Kabelkern, der aus einem Spannungselement (1) und einer Plastikschicht (2) besteht, in die zentrale Öffnung der rotierenden Achse des Rotorkopfes (22) einer Wicklungsvorrichtung eingeführt und durch ein Kapstanpaar (15) und (16) vertikal nach oben gezogen. Ein feiner widerstandsfähiger Leiter (3) mit einem Durchmesser von 20 bis 100 um, hergestellt aus einem widerstandsfähigen Metall, wie Nichrom-Widerstandsdraht, Manganin-Widerstandsdraht oder rostfreien Stählen, wurde aus der Abwickelbobine (24) herausgezogen und um die Plastikschicht (2) herum, während sie sich vorwärtsbewegte, in einer Spulenform mit kleinen Abständen zwischen benachbarten Windungen herumgewickelt.
Wie vorher beschrieben, wurde die Plastikschicht (2) aus Fluoroelastomer noch nicht der Vulkanisation ausgesetzt und sie behielt daher die Plastizität der Oberfläche der Schicht (2) und die gewickelte Spule wurde in die Plastikschicht (2) eingebettet und daher bedecken glatte, gleichmäßige und geschlossen aufgewickelte Drahtwindungen die äußere Oberfläche der Plastikschicht (2) mit homogener leichter Rauheit, so daß die zweite Extrusion von elektrischem Isolierungsmaterial gleichmäßig angewandt werden konnte und ohne ernsthafte Fluktuation der einmal gebildeten Spulenstruktur.
Fig. 1(c) verdeutlicht ein Verfahren zum Versehen des Kabelkerns ( ) mit einer Isolierungsschicht (4) unter Verwenden eines Extruders (19). Der Kabelkern ( ), der eine geschlossen gewickelte Spulenstruktur um seine äußere Oberfläche herum hat, wurde aus der Aufwickelrolle (17) des Kerns (3) in Fig. 1(b) zu dem Extruder abgewickelt.
Der Extruder (19) wurde mit einer elektrisch isolierenden, thermoplastischen, polymeren Verbindung gefüllt. Die geeignete polymere Verbindung zum Versehen des Kabelkerns ( ) mit einer Isolierungsschicht (4) wurde aus thermoplastischem polymerem Material, vernetzendem oder vulkanisierendem Mittel, antioxidierendem(n) Mittel(n) und anorganischen Füllmitteln, falls nötig, zusammengesetzt. Das thermoplastische polymere Material wurde aus EPDM, Polyethylen oder Silikonharzen ausgewählt.
In einem Vulkanisator (20) wurde das Produkt einer kontinuierlichen Wärmebehandlung bei etwa 200ºC für etwa 40 Sekunden unter Dampfatmosphäre ausgesetzt und es fand simultan die Vulkanisation sowohl in der Plastikschicht (2) als auch in der Isolierungsschicht (4) statt. Das vulkanisierte Kabelprodukt wurde durch eine Aufwickelrolle (21) aufgenommen, gefolgt vom Außenflechten (over-braiding) (5) von organischen/anorganischen Garnen und zuletzt wurde die äußerste schützende Hülle (6) aus thermoplastischem Harz, vorzugsweise aus Polyvinylchlorid, über das Außengeflecht (overbraid) gebildet (nicht gezeigt in den Figuren).

Vorteile der vorliegenden Erfindung

In Fig. 2 wird eine längsverlaufende Querschnittsansicht des Produkts des Hochspannungszündkabels, hergestellt durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung, verdeutlicht. An der linken Seite des Kabelendteiles wurde die Isolierungsschicht (4), die schützende Hülle (6) und das Außengeflecht (overbraid) (5) aus faserigem Material von dem Kabel zu Verbindungszwecken entfernt. Da der Kabelkern ( ) und die Plastikschicht (2) durch die geschlossen gewickelte Spulenstruktur des widerstandsfähigen Leiters (3), welcher in die Plastikschicht (2) eingebettet wurde, eine glatte gleichmäßige Oberfläche gebend, fest zusammengefügt sind, wurde die Entfernung der Schicht (4) verbunden mit dem Außengeflecht (overbraid) (5) und der schützenden Hülle (6) ganz leicht ausgeführt, ohne die gewundene Spulenstruktur freizugeben. Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird der Kabelkern ( ) mit der umgebenden Spulenstruktur des widerstandsfähigen Leiters (3) leicht herausgenommen und daher ist das Hochspannungszündkabel geeignet, mit einem metallischen Anschluß durch ein konventionelles Verfahren, wie Quetschverbinden (crimping), beschrieben in den US-Patenten 3,787,800 und 3,284,751, verbunden zu werden.
Ein anderer Vorteil des Verfahrens der vorliegenden Erfindung ist, daß sie, da die Plastikschicht (2) noch nicht vernetzt worden ist, wenn die Spulenstruktur gebildet wird, einem Durchschnittsfachmann erlaubt, solch einen feinen widerstandsfähigen Leiter, wie 20 bis 100 um im Durchmesser, mit engen Windungen zu wickeln. Wenn es auf der Oberfläche eines vernetzten Elastomers gemacht wurde, war jede der Windungen der Spule nicht in die Isolierungsschicht (2) eingebettet, da ein geringerer Grad an plastischer Natur existierte, als es im Fall von unvulkanisiertem Material war.
Eine große Menge an magnetischen Bestandteilen in dem Kabelkern verbessert die Störungsverminderungscharakteristik (noise attenuation characteristic) des Zündkabels während sie normalerweise die physikalischen Eigenschaften der elastomeren Plastikschicht (2) verschlechtert. Gemäß der ausgedehnten Untersuchung des Erfinders wurde nachgewiesen, daß das vernetzte fluorierte Elastomer die Zugfestigkeit von 40 kgs und Dehnung von 200% des Originals behält, selbst wenn 400 Gewichtsteile von gepulvertem Ferrit mit 100 Gewichtsteilen des fluorierten Elastomers gemischt wurden.
Es ist klar verständlich, daß gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung ein Hochspannungszündkabel, das einen hohen Induktivitätswert wegen der eng gewickelten Spulenstruktur aus widerstandsfähigem Leiter und gute Verminderungscharakteristika (attenuation characteristics) hat, erreicht durch die ferromagnetischen Bestandteile in dem Kabelkern, verbunden mit wünschenswerten physikalischen Eigenschaften, erhalten wurde. Darüber hinaus wurde ein Kabelverbindungsverfahren durch konventionelle Isolierungsentfernung erfolgreich durchgeführt.

Claims

1. Ein Verfahren zum Herstellen eines Hochspannungs-Zündkabels, welches beinhaltet:

Vorwärtsbewegen eines Spannungs-Elements durch eine Vorrichtung zum Extrudieren einer Fluoro-Elastomer-Verbindung, enthaltend Fluoro-Elastomer, vulkanisierendes Mittel, pulverisiertes ferromagnetisches Material, Antioxidans und andere Additive, wenn nötig;

Extrudieren der Elastomer-Verbindung um das Spannungs- Element herum, unter einer thermischen und atmosphärischen Bedingung, bei der kein Vulkanisieren oder Härten der Elastomer-Bestandteile während dieses ersten Extrusion-Verfahrens stattfindet;

Winden eines widerstandsfähigen Leiters um die Plasik- Schicht von unvulkanisiertem Fluoro-Elastomers herum, mit genug Spannung, um es jeder Windung des gewundenen Leiters zu ermöglichen, in die Plastik-Schicht eingebettet zu sein, um eine Spule auf der äußeren Oberfläche des Kabelkerns zu bilden;

Versehen des Kabelkerns mit einer Schicht aus thermoplastischem isolierendem Polymer durch Extrudieren einer Verbindung, enthaltend ein polymeres Material, vulkanisierendes oder vernetzendes Mittel, Antioxidans und andere Additive, wenn nötig, durch das zweite Extrusionsverfahren;

Vulkanisieren oder Vernetzen des Produktes unter Dampf bei erhöhter Temperatur, wobei dasselbe in dem Fluoro- Elastomer stattfindet, das durch das erste Extrusionsverfahren gebildet wurde;

Versehen des isolierten Kabelkerns mit schützenden Schichten aus einem Außengeflecht (overbraid), gemacht aus organischen/anorganischen Garnen, und einer Hülle aus thermoplastischem polymerem Material.

2. Das Verfahren zum Herstellen eines Hochspannüngs-Zündkabels gemäß Anspruch 1, wobei das Spannungs-Element Garn oder Fäden ist, gemacht aus aromatischen Polyamid- Fasern.

3. Das Verfahren zum Herstellen eines Hochspannungs-Zündkabels gemäß Anspruch 1 und Anspruch 2, wobei die Fluoro-Elastomer-Verbindung, die für das erste Extrusionsverfahren verwendet wird, die Hauptbestandteile in einem Gewichtsverhältnis beinhaltet:

Fluoro-Elastomer 100

Ferrit-Pulver 200 bis 600

Vulkanisierendes Mittel 0,5-3

Antioxidierendes Mittel 1,0-3

4. Das Verfahren zum Herstellen eines Hochspannungs-Zündkabels gemäß Anspruch 1, wobei der widerstandsfähige Leiter aus Widerstandsdrähten von Nichrom-Widerstandsdraht, Manganin-Widerstandsdraht oder Draht aus rostfreien Stählen ausgewählt ist.

5. Das Verfahren zum Herstellen eines Hochspannungs-Zündkabels gemäß Anspruch 1, wobei die Isolierungsschicht des Kabelkerns durch das Extrudieren einer Verbindung aus einem härtbaren, thermoplastischen, polymeren Material gemacht wird, das aus Polyethylen, EPDM (Ethylen- Propylen-Dien-Mischung) und Silikonharzen ausgewählt ist.

6. Das Verfahren zum Herstellen eines Hochspannungs-Zündkabels gemäß Anspruch 1 und Anspruch 3, wobei die thermische und atmosphärische Bedingung, unter welcher das zweite Extrusionsverfahren ausgeführt wird, jenen Bedingungen für die vollständige Vulkanisierung oder das Härten des ungehärteten Fluoro-Elastomers in dem Kabelkern entspricht, der durch das erste Extrusionsverfahren hergestellt wurde.