DE4124841C2

DE4124841C2 - Mehrlagige elektrische und/oder optische Leitung

Info

Publication number: DE4124841C2
Application number: DE19914124841
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dipl Phys Dr Buchwald; Georg Dipl Ing Talian; Michael Dipl Ing Lindau
Original assignee: Kabel Rheydt AG; AEG Kabel AG
Current assignee: Kabel Rheydt AG
Priority date: 1991-07-26
Filing date: 1991-07-26
Publication date: 1997-02-20
Anticipated expiration: 2011-07-27
Also published as: DE4124841A1

Description

Die Erfindung betrifft eine mehrlagige elektrische und/oder op tische Leitung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Leitung mit elektrischen Adern ist in der DE 31 50 031 A1 beschrieben. Eine hochflexible isolierte elektrische Leitung enthält zwei konzentrisch übereinander angeordnete Verseillagen, von denen jede aus einer Vielzahl isolierter Einzeladern besteht, welche im Gleichschlag bei gleichem Steigungswinkel verseilt sind. Damit eine derartige Leitung bei gleichbleibender Formbeständigkeit auch Tor sionsbeanspruchungen in erhöhtem Maße aushält und eine lange Le bensdauer besitzt, sind die Einzeladern jeder Verseillage vom Außenumfang her mit einem elastisch verformbaren, weichen Kunst stoff umspritzt, der die Einzeladern bis in den mit der Nach bareinzelader gebildeten Zwickel hinein außen umfangsseitig überdeckt.

Diese Leitung weist den Nachteil auf, daß bei Torsion jede Ver seillage eine unterschiedliche Länge annimmt. Aus diesem Grund werden die Adern der Verseillage, die den größeren Längenzuwachs aufweist, an mehreren Stellen geknickt. Da diese Knickbelastung als Wechselbeanspruchung bei den Torsionen auftritt, wird die Seele der Ader (Kupferlitze oder optische Faser u. U.) nach ei nigen Dutzend Spielen brechen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mehrlagige elektrische oder optische Leitung anzugeben, welches bei Torsionsbeanspruchungen eine erhöhte Lebensdauer aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen aufgeführten Merkmale gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Bei den bisher bekannten Leitungen trat stets die Erscheinung auf, daß - vor allem bei größeren Torsionswinkeln - die Adern in der Leitung brachen. Bei Untersuchung des Kabels stellte sich heraus, daß die Adern abgeknickt waren. Zur Erklärung dieses Phänomens muß man sich vorstellen, daß bei Torsion der mittlere Durchmesser einer Lage nicht ohne weiteres erhalten bleibt. Beim "Zudrehen" wird der mittlere Durchmesser der Lage kleiner und beim "Aufdrehen" wird er größer. Dabei ist zunächst vorausgesetzt, daß die Länge des betrachteten Leitungsabschnittes konstant ist. Durch entsprechende Längenänderung einer verseilten Lage kann man den Effekt des sogenannten "Aufkorbens" wieder kompensieren. Beim Zudrehen der verseilten Adernlage geschieht die Kompensation durch Verkürzung dieser Lage und beim Aufdrehen durch Verlängern dieses Leitungsabschnittes. Insgesamt gesehen sind die Änderungen der Länge bei festgehaltenem Durchmesser ebenfalls von Lage zu Lage im allgemeinen verschieden. Das Wesen der Erfindung besteht nun darin, die Längenänderung bei jeder Drehung also um positive oder negative Winkel α konstant zu halten, d. h. bei konstantem mittleren Durchmesser jeder Verseillage eine gleichmäßige Verlängerung bzw. Verkürzung jeder Lage zu erhalten. Dadurch, daß sich jede Verseillage gleichartig verhält, tritt kein Aufkorben oder Einschnüren auf. Auf diese Weise ist es möglich, die Lebensdauer der Leitung erheblich zu erhöhen.

Aus der Geometrie der verseilten Adern läßt sich eine Beziehung zwischen Längenänderung bei einem bestimmten Winkel α und der Schlaglänge der betreffenden Lage sowie ihrem mittleren Verseildurchmesser entsprechend der Bedingung s = s₀ · d²/d₀² für Auslenkungen aus der Ruhelage (α = 0) herleiten. Dabei bezeichnen s₀ und d₀ festliegende Werte einer beliebigen Ausgangslage und s bezeichnet die zu berechnende Schlaglänge der zum Verseildurchmesser d gehörenden Lage. Die Durchmesser (mittlerer Verseildurchmesser) ergeben sich als Durchmesser über den verseilten Adern abzüglich dem Aderdurchmesser. Der Index 0 bezeichnet die untere Lage. Damit sind die Schlaglängen (s) so aufeinander abgestimmt, daß bei einer Torsion der Leitung um einen Winkel α die Länge L der einzelnen Lagen sich annähernd um den gleichen Betrag ändert, ohne daß damit eine wesentliche Änderung des mittleren Verseildurchmessers jeder Lage verbunden ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert; dabei zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Leitung mit einer er sten Lage von sechs Adern und einer zweiten Lage von zwölf Adern und

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer Leitung mit insgesamt 12 Adern und einem zweischichtigen Mantel.

Die in Fig. 1 dargestellte Leitung mit einer ersten Lage aus sechs Adern 1 und einer zweiten Lage 2 aus zwölf Adern und einem Mantel 3 beispielsweise aus PVC ist so aufgebaut, daß die beiden Lagen im Gleichschlag verseilt sind. Die Werte für die im Gleichschlag verseilten Lagen ergeben sich aus der Tabelle.

Tabelle

Für diese Leitung und einen Aderdurchmesser von 2,4 mm ergeben sich Schlaglängen für die innere Lage von 57,0 mm und für die äußere Lage von 180 mm. Wählt man die äußere Schlaglänge größer, so vergrößert sich auch entsprechend der Beziehung zwischen Durchmesser d und Schlaglänge s die Schlaglänge der darunter liegenden Verseillage.

Fig. 2 stellt eine 12-adrige Leitung dar. Von diesen 12 Adern sind 3 in der ersten Verseillage 1 mit einer Schlaglänge von 20,4 mm verseilt und 9 in der zweiten Verseillage 2 mit 150 mm Schlaglänge.

Zunächst ist dabei angenommen, daß es sich um eine elektrische Leitung handelt, wobei diese Leitung als Steuerleitung oder Versorgungsleitung anzusprechen wäre. Ein Einsatzgebiet der Er findung sind beispielsweise Hängetaster an Krananlagen. Solche Leitungen können auch bei Industrierobotern zum Einsatz kommen. Die Isolierungen der Adern bestehen beispielsweise aus Gummi, PVC, Polyamid oder Polyester, wobei z. B. Talkumpuder als Gleit mittel bei der Aderverseilung verwendet wird. Der Außenmantel besteht je nach Anforderung aus Gummi, PVC oder PUR. Verwendet man beispielsweise einen Außenmantel 3 aus PVC, so weist dieser eine Shore-Härte 80 nach DIN 53 505 auf.

Für Regel- und Steuerzwecke bei Robotern kommen auch optische Übertragungsleitungen zur Anwendung. Die erfindungsgemäße Leitung wird daher in einem solchen Fall auch anstelle einer oder mehrerer elektrischer Adern optische Adern enthalten. Die optischen Adern sind mit den elektrischen Adern durchmessergleich und mit der gleichen Schlaglänge wie diese verseilt. Da optische Adern gegen Stauchen und Dehnen besonders empfindlich sind, ist hier ein besonders wichtiges Anwendungsgebiet der Erfindung zu sehen.

Wenn ein härterer Außenmantel der Leitung benötigt wird, bei spielsweise bei Anwendungen, für die ein verschleißarmer Mantel benötigt wird, so kann man diesen aus einem härteren Material fertigen. Allerdings muß dann zwischen der obersten Lage der Adern und dem Außenmantel noch eine weitere Schicht als Polster schicht 4 angebracht werden. Diese Polsterschicht kann aus einem gewickelten Material bestehen. Bewährt haben sich für solche Polsterschichten bereits Vliese.

Das über der äußeren Verseillage aufgebrachte Vlies oder der weiche Außenmantel ermöglichen ein Atmen der Leitung bei Tor sionen, so daß zusätzlich dadurch Ausgleichseffekte stattfinden können.

Claims

1. Mehrlagige elektrische und/oder optische Leitung, deren Adern in den einzelnen Lagen im Gleichschlag zueinander verseilt aufgebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine Lage mit einem mittleren Verseildurchmesser d₀ und der Schlaglänge s₀ eine weitere Lage mit den entsprechenden Werten d und s für den Verseildurchmesser und die Schlaglänge dieser Lage aufgeseilt und so gewählt ist, daß gilt: s = s₀ · d²/d₀².

2. Mehrlagige elektrische und/oder optische Leitung nach An spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel aus einem elastischen Material besteht.

3. Mehrlagige elektrische und/oder optische Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Man tel aus zwei Schichten (3, 4) besteht, wobei die innere Schicht (4) als Polsterschicht aus einem leicht komprimier baren Material besteht und die zweite Schicht darüber extru diert ist.

4. Mehrlagige elektrische und/oder optische Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenmantel (3) aus PVC mit einer Shore-Härte von weniger als etwa 80 besteht.

5. Mehrlagige elektrische und/oder optische Leitung nach ei nem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenmantel (3) der Leitung aus Gummi besteht.

6. Mehrlagige elektrische und/oder optische Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenmantel (3) der Leitung aus PUR besteht.

7. Mehrlagige elektrische und/oder optische Leitung nach ei nem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Adern durch ein Gleitmittel gegeneinander leicht ver schiebbar gemacht sind.

8. Mehrlagige elektrische und/oder optische Leitung nach ei nem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer aus optischen und elektrischen Adern gemischt aufge bauter Leitung die Verseilpartner den gleichen Durchmesser besitzen.