EP1193722A1

EP1193722A1 - Flexible electrical line

Info

Publication number: EP1193722A1
Application number: EP00402667A
Authority: EP
Inventors: Ferdinand Ing. Grögl; Alfred Ing. Mehl
Original assignee: Nexans SA
Current assignee: Nexans SA
Priority date: 2000-09-27
Filing date: 2000-09-27
Publication date: 2002-04-03

Abstract

The flexible electric conductor (L) comprises an insulation element (2) consisting of an inner layer of mica and an outer layer of fluoropolymer, a screening foil (3) containing a metal layer and surrounding the insulation element, at least one layer (4) of braided tin-coated copper wire, and an outer cover (5).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine flexible elektrische Leitung mit mindestens einem wärmebeständig isolierten, als Litzenleiter ausgeführten elektrischen Leiter, bei welcher über der Isolierung des Leiters ein elektrischer Schirm angebracht ist (DE-OS 24 00 174).The invention relates to a flexible electrical line with at least one heat-resistant insulated electrical conductor, which is designed as a stranded conductor An electrical shield is attached over the insulation of the conductor (DE-OS 24 00 174).

Derartige Leitungen werden insbesondere als Fahrzeugleitungen eingesetzt, und zwar beispielsweise als Verbindungsleitung zwischen einem Energieerzeuger und einer Batterie oder zwischen einer Batterie und einem Anlasser oder zwischen einer Batterie und einem Elektromotor. In allen Fällen sind gute Biegbarkeit und einwandfreie elektromagnetische Schirmung erforderlich. Die Leitungen müssen außerdem den rauhen Bedingungen gewachsen sein, die im Motorraum von Kraftfahrzeugen herrschen.Such lines are used in particular as vehicle lines, namely for example as a connecting line between an energy generator and a battery or between a battery and a starter, or between a battery and one Electric motor. In all cases there is good flexibility and perfect electromagnetic Shielding required. The lines must also withstand the harsh conditions be grown that prevail in the engine compartment of motor vehicles.

Bei bekannten Leitungen sind Leiterquerschnitt, Schirmung und Isoliermaterialien auf die heutigen Anforderung ausgerichtet. Es gibt aber seit Jahren Bestrebungen, andere Antriebsarten für Kraftfahrzeuge und insbesondere leistungsfähigere Batterien zu finden. So kann in absehbarer Zeit mit einer erfolgreichen Beendigung der Entwicklung von Elektrofahrzeugen mit Wasserstoffantrieb ( Brennstoffzelle) gerechnet werden. Da inzwischen auch schnell ladbare Hochleistungsbatterien entwickelt wurden, ist bei zukünftigen Fahrzeugantrieben auch eine Batterie mit hoher Ladekapazität als Pufferbatterie erforderlich. In neuen Fahrzeugen mit Elektro- oder Hybridantrieb wird auch die Packungsdichte im Motorraum weiter erhöht werden, so daß auch die Wärmebelastung im Motorraum immer größer wird. Für die Verbindung von einem Energieerzeuger zur Batterie bzw. von der Batterie zum Motor eines Kraftfahrzeugs werden den neuen Anforderungen genügende Leitungen benötigt. Sie müssen einen großen Leiterquerschnitt haben. Da die Batteriespannung wahrscheinlich unter 60 V bleiben wird, sind für die Leitungen hohe Stromdichten und damit auch Dauerbetriebstemperaturen von 150 °C und mehr zu erwarten.In the case of known lines, the conductor cross section, shielding and insulating materials are on the aligned with today's requirement. But there have been efforts for years, others Find drive types for motor vehicles and in particular more powerful batteries. So, in the foreseeable future, with successful completion of the development of Electric vehicles with hydrogen drive (fuel cell) can be expected. There fast-charging high-performance batteries have also been developed in the meantime future vehicle drives also use a battery with a high charging capacity Backup battery required. In new vehicles with electric or hybrid drive also the packing density in the engine compartment can be increased further, so that the Heat load in the engine compartment is getting bigger. For the connection of one Energy generator for the battery or from the battery to the engine of a motor vehicle lines that meet the new requirements are required. You need one have a large conductor cross-section. Since the battery voltage is probably below 60 V will remain, are high current densities for the cables and thus Continuous operating temperatures of 150 ° C and more can be expected.

In der eingangs erwähnten DE-OS 24 00 174 ist ein Kabel beschrieben, das vorzugsweise als Zündkabel für hohe Umgebungstemperaturen eingesetzt werden soll. Das Kabel hat einen flexiblen isolierten Leiter, der aus einer Vielzahl leitender Fäden oder Fasern, vorzugsweise Glasfasern, besteht. Über der als Umhüllung bezeichneten Isolierung ist ein Mantel aus halbleitendem Material angebracht. Der Mantel besteht beispielsweise aus Polytetrafluoräthylen, in dem Kohlepartikel bzw. Kohlenstoffpartikel suspendiert sind. Ein solches Kabel ist nicht für hohe Ströme verwendbar. Die Schirmwirkung des halbleitenden Mantels genügt schon den heutigen Anforderungen nicht.In the aforementioned DE-OS 24 00 174 a cable is described that should preferably be used as an ignition cable for high ambient temperatures. The cable has a flexible insulated conductor made from a variety of conductive threads or fibers, preferably glass fibers. Above that referred to as wrapping Insulation is attached to a jacket made of semiconducting material. The coat is there for example made of polytetrafluoroethylene, in the carbon particles or carbon particles are suspended. Such a cable cannot be used for high currents. The The shielding effect of the semiconducting jacket already meets today's requirements Not.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs geschilderte Leitung so zu gestalten, daß sie bei einfachem Aufbau für große Stromstärken und Temperaturbelastungen geeignet und elektrisch hochwertig geschirmt ist.The invention has for its object to the line described above shape that with a simple structure for large currents and Suitable for temperature loads and electrically shielded with high quality.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst,

daß die Isolierung des Leiters aus einer inneren Schicht aus Glas-Glimmer und aus einer darüber angeordneten äußeren Schicht aus einem Fluorpolymer besteht,
daß die Isolierung des Leiters von einer rundum aufgebrachten, eine metallische Schicht enthaltenden Schirmfolie umgeben ist,
daß über der Schirmfolie eine mindestens einlagige Umseilung aus verzinnten Kupferdrähten angebracht ist und
daß über der Umseilung ein Mantel angeordnet ist, der eine innere Schicht aus ein vernetztes Silicon enthaltendem Material und eine fest mit derselben verbundene, äußere Schicht aus einem Fluorpolymer aufweist.

According to the invention, this object is achieved by

that the insulation of the conductor consists of an inner layer of glass mica and an outer layer of a fluoropolymer arranged above it,
that the insulation of the conductor is surrounded by an all-around shielding film containing a metallic layer,
that an at least single-layer rope made of tinned copper wires is attached over the shielding film and
that a jacket is arranged over the rope, which has an inner layer made of a crosslinked silicone-containing material and an outer layer made of a fluoropolymer which is firmly connected to the same.

Der Leiter dieser Leitung kann für hohe Stromdichten und hohe Temperaturen mit entsprechend großem leitendem Querschnitt ausgelegt werden, da er von einer Isolierung umgeben ist, die hohe Temperaturen aushält. Diese kann nach ihrer Aufbringung auf den Leiter in einem abschließenden Sinterprozeß ausgesintert werden, so daß sich eine kompakte, wasserdichte Isolierung ergibt. Durch den Einsatz der thermisch sehr hoch belastbaren Glas-Glimmerschicht wird für die Leitung insgesamt ein definierter Funktionserhalt im Brandfall erreicht. Die Isolierung des Leiters ist thermisch bis 250 °C belastbar. Der mehrschichtige Schirm aus Schirmfolie und Umseilung, der in der Umseilung aus verzinnten Kupferdrähten einen Querschnitt von beispielsweise bis zu 16 mm² haben kann, ist in einem einzigen Arbeitsgang herstellbar. Er garantiert hervorragende Schirmeigenschaften in einem sehr breiten Frequenzbereich, bis in den MHz-Bereich. Die Leitung ist damit elektrisch "dicht", so daß von ihr keine störende Strahlung ausgeht. Die innere Schicht des Mantels kann als Mehrkomponenten-Siliconcompound in einem Beschichtungs- oder Extrusionsprozeß aufgebracht werden. Das Siliconcompound kann auch Treibmittel enthalten, wodurch eine definierte Schäumung desselben möglich wird. Über der so aufgebrachten, vernetzten Siliconschicht wird als äußere Schicht beispielsweise eine aus einem Fluorpolymer bestehende Folie gewickelt oder längseinlaufend überlappt aufgebracht. Die äußere Schicht kann in einem thermischen Prozeß auch ausgesintert werden. Mit einem solchen Mantel hat die Leitung eine gute Gleitfähigkeit und eine gute Kraftstoffbeständigkeit. Durch den zweischichtigen Aufbau mit einer weicheren inneren Schicht und einer äußeren härteren Schicht behält die Leitung eine gute Flexibilität.The conductor of this line can be designed for high current densities and high temperatures with a correspondingly large conductive cross section, since it is surrounded by insulation that can withstand high temperatures. After it has been applied to the conductor, it can be sintered out in a final sintering process, so that there is compact, watertight insulation. Through the use of the glass mica layer, which can withstand very high thermal loads, a defined function maintenance is achieved in the event of a fire. The insulation of the conductor can withstand thermal loads of up to 250 ° C. The multi-layered screen made of screen film and rope, which can have a cross-section of up to 16 mm ² , for example, in the rope made of tinned copper wires, can be produced in a single operation. It guarantees excellent shielding properties in a very wide frequency range up to the MHz range. The line is thus electrically "tight" so that it does not emit any interfering radiation. The inner layer of the jacket can be applied as a multi-component silicone compound in a coating or extrusion process. The silicone compound can also contain blowing agents, which enables a defined foaming of the same. Over the crosslinked silicone layer applied in this way, for example, a film consisting of a fluoropolymer is wound as the outer layer or applied overlapping lengthways. The outer layer can also be sintered out in a thermal process. With such a jacket, the line has good lubricity and good fuel resistance. Due to the two-layer structure with a softer inner layer and an outer, harder layer, the line retains good flexibility.

Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in den Zeichnungen dargestellt.Embodiments of the subject matter of the invention are shown in the drawings.

Es zeigen:

Fig. 1: einen Querschnitt durch eine Leitung nach der Erfindung.
Fig. 2 und 3: Einzelheiten der Leitung nach Fig. 1 in vergrößerter Darstellung.
Fig. 4: eine gegenüber Fig. 1 ergänzte Ausführungsform der Leitung.

Show it:

Fig. 1: a cross section through a line according to the invention.
2 and 3: Details of the line of FIG. 1 in an enlarged view.
Fig. 4: an compared to Fig. 1 embodiment of the line.

Die in Fig. 1 im Querschnitt dargestellte Leitung L hat einen als Litzenleiter ausgebildeten elektrischen Leiter 1, der von einer Isolierung 2 umgeben ist. Über der Isolierung 2 ist eine rundum geschlossene Schirmfolie 3 angebracht, über der sich eine Umseilung 4 aus verzinnten Kupferdrähten befindet. Die Umseilung 4 ist von einem aus Isoliermaterial bestehenden Mantel 5 umgeben. The line L shown in cross section in FIG. 1 has a stranded conductor electrical conductor 1, which is surrounded by insulation 2. Is over the insulation 2 an all-round shielding film 3 is attached, over which a rope 4 extends tinned copper wires. The rope 4 is made of an insulating material existing coat 5 surrounded.

Der Leiter 1 hat einen an sich beliebigen, aber bewußt großen Querschnitt von beispielsweise 70 mm². Er ist zur Erzielung einer guten Biegbarkeit beispielsweise aus blanken, feinen Kupferdrähten aufgebaut, und zwar in bevorzugter Ausführungsform als Schenkelseil.The conductor 1 has an arbitrary, but deliberately large cross-section of, for example, 70 mm ² . To achieve good flexibility, it is constructed, for example, from bare, fine copper wires, in a preferred embodiment as a leg rope.

Die Isolierung 2 des Leiters 1 besteht aus einer inneren Schicht 6 aus Glas-Glimmer und aus einer äußeren Schicht 7 aus einem Fluorpolymer. Das Material Glas-Glimmer ist unter der Bezeichnung "Mica" bekannt. Es liegt in der Regel als Band vor. Ein solches Glas-Glimmer-Band kann zur Erzeugung der inneren Schicht 6 längseinlaufend mit überlappenden Längskanten oder auch überlappt gewickelt auf den Leiter 1 aufgebracht werden. Für die äußere Schicht 7 kann mindestens eine Folie aus einem Fluorpolymer eingesetzt werden, die ebenfalls längseinlaufend oder gewickelt mit Überlappung aufgebracht werden kann. Es werden vorzugsweise zwei oder mehr Fluorpolymer-Folien zur Erzeugung der äußeren Schicht 7 eingesetzt. Als Fluorpolymer wird in diesem Fall Polytetrafluorethylen verwendet. Beim Einsatz von Fluorethylenpropylen kann die äußere Schicht 7 aber auch extrudiert werden. Nach Fertigstellung der beiden Schichten 6 und 7 kann die Schicht 7 in einem Sinterprozeß ausgesintert werden. Es ergibt sich dann eine kompakte, temperaturbeständige und wasserdichte Isolierung 2 für den Leiter 1. Sie sichert im Brandfall die Funktionsfähigkeit der Leitung 1 zumindest über einen ausreichenden Zeitraum.The insulation 2 of the conductor 1 consists of an inner layer 6 made of glass mica and from an outer layer 7 made of a fluoropolymer. The material is glass-mica known as "Mica". It is usually available as a band. Such one Glass-mica tape can be used to produce the inner layer 6 lengthwise overlapping longitudinal edges or overlapped wound applied to the conductor 1 become. At least one film made of a fluoropolymer can be used for the outer layer 7 are used, which are also longitudinally running or wound with overlap can be applied. There are preferably two or more fluoropolymer films used to produce the outer layer 7. In this case, the fluoropolymer Polytetrafluoroethylene used. When using fluoroethylene propylene, the outer Layer 7 can also be extruded. After completion of the two layers 6 and 7 layer 7 can be sintered in a sintering process. Then there is one compact, temperature-resistant and waterproof insulation 2 for the conductor 1. You ensures the functionality of line 1 in the event of a fire, at least via one sufficient time.

Die über der Isolierung 2 rundum angebrachte Schirmfolie 3 kann aus Kupfer oder Aluminium bestehen. Sie kann auch als ein- oder beidseitig mit Kunststoff beschichtete Kupfer- oder Aluminiumfolie ausgeführt sein. Die Schirmfolie 3 hat eine Dicke von mindestens 50 µm. Sie kann längseinlaufend mit überlappenden Längskanten aufgebracht oder mit Überlappung um die Isolierung 2 herumgewickelt werden.The shielding foil 3, which is attached all around the insulation 2, can be made of copper or Aluminum. It can also be coated on one or both sides with plastic Copper or aluminum foil. The screen film 3 has a thickness of at least 50 µm. It can run in lengthwise with overlapping longitudinal edges applied or wrapped with overlap around the insulation 2.

Die Umseilung 4 besteht aus verzinnten Kupferdrähten, von denen mindestens eine Lage auf die Aluminiumfolie 3 aufgeseilt ist. In bevorzugter Ausführungsform besteht die Umseilung 4 aus zwei Lagen verzinnter Kupferdrähte. Sie hat dann beispielsweise einen leitenden Querschnitt von bis zu 16 mm². Die Kupferdrähte werden vorzugsweise mit reversierender Schlagrichtung in sogenannter SZ-Verseilung aufgeseilt. Dabei werden die Umkehrstellen bzw. Drallwechselstellen der beiden Lagen von Kupferdrähten vorzugsweise in axialer Richtung der Leitung L gegeneinander versetzt. Um die Umseilung 4 herum kann zu deren Stabilisierung eine Folie aus Metall oder metallisiertem Kunststoff aufgewickelt werden.The rope 4 consists of tinned copper wires, of which at least one layer is stranded on the aluminum foil 3. In a preferred embodiment, the rope 4 consists of two layers of tinned copper wires. It then has, for example, a conductive cross section of up to 16 mm ² . The copper wires are preferably stranded with a reversing lay direction in what is known as SZ stranding. The reversal points or swirl change points of the two layers of copper wires are preferably offset from one another in the axial direction of the line L. A foil made of metal or metallized plastic can be wound around the rope 4 to stabilize it.

In den aus Aluminiumfolie 3 und Umseilung 4 bestehenden Schirm der Leitung L kann zusätzlich eine magnetische Schutzschicht 8 (Fig. 4) eingebaut werden, die aus hochpermeablem Material besteht. In bevorzugter Ausführungsform ist die Schutzschicht 8 aus hochpermeablen Stahlbändern aufgebaut, die in zwei Lagen um die Aluminiumfolie 3 herumgewickelt sind. Die äußere Lage überdeckt dabei Lücken zwischen den Windungen der inneren Lage. Die Stahlbänder sind beispielsweise 0,05 mm dick.In the existing line of aluminum foil 3 and 4 roping screen L can in addition, a magnetic protective layer 8 (FIG. 4) can be installed, which consists of highly permeable material. In a preferred embodiment, the protective layer 8 made of highly permeable steel strips, which in two layers around the Aluminum foil 3 are wrapped around. The outer layer covers gaps between the turns of the inner layer. The steel strips are for example 0.05mm thick.

Der Mantel 5 sichert für die Leitung L eine hohe thermische Belastbarkeit mit einer Dauertemperatur bis zu 200 °C und einer kurzzeitig einwirkenden Temperatur bis zu 250 °C. Er erhält der Leitung L außerdem ihr gute Biegbarkeit und sorgt für eine gute Kraftstoff- und Ölbeständigkeit. Dazu weist der Mantel 5 eine innere Schicht 9 aus einem Material, das vernetztes Silicon enthält, und eine äußere Schicht 10 aus einem Fluorpolymer auf.The jacket 5 ensures a high thermal load capacity for the line L. Permanent temperature up to 200 ° C and a short-term temperature up to 250 ° C. It also gives the line L its good flexibility and ensures good Fuel and oil resistance. For this purpose, the jacket 5 has an inner layer 9 made of Material containing cross-linked silicone and an outer layer 10 of one Fluoropolymer.

Für die innere Schicht 9 wird vorzugsweise ein Mehrkomponenten-Siliconcompound verwendet, das thermisch oder durch infrarote Strahlung vernetzbar ist. Es kann auch Treibmittel enthalten, wodurch eine definierte Schäumung der Schicht 9 erreicht werden kann. Sie kann durch Beschichtung oder Extrusion auf die Umseilung 4 aufgebracht werden. Zweckmäßig wird vorher eine sogenannte Trennschicht über der Umseilung 4 angeordnet, die verhindern soll, daß das Material der inneren Schicht 9 zu tief in die Umseilung 4 eindringt und dann mit derselben zu fest verbunden ist. Die Trennschicht kann beispielsweise aus Papier oder aus einem Faservlies bestehen.A multi-component silicone compound is preferably used for the inner layer 9 used, which can be crosslinked thermally or by infrared radiation. It can also Contain blowing agent, whereby a defined foaming of the layer 9 can be achieved can. It can be applied to the rope 4 by coating or extrusion become. A so-called separating layer above the rope 4 is expedient beforehand arranged to prevent the material of the inner layer 9 from being too deep in the Rope 4 penetrates and is then connected to the same too tight. The interface can consist, for example, of paper or of a nonwoven fabric.

Als äußere Schicht 10 des Mantels 5 kann eine Folie aus Polytetrafluorethylen eingesetzt werden, die längseinlaufend mit überlappenden Längskanten oder mit Überlappung gewickelt um die innere Schicht 9 herumgeformt werden kann. Als Schicht 10 kann aber auch Fluorethylenpropylen auf die innere Schicht 9 extrudiert werden. In beiden Fällen kann das aufgebrachte Fluorpolymer in einem thermischen Prozeß gesintert werden. A film made of polytetrafluoroethylene can be used as the outer layer 10 of the jacket 5 that are running in longitudinally with overlapping longitudinal edges or with overlap can be wrapped around the inner layer 9. But as layer 10 can also fluoroethylene propylene can be extruded onto the inner layer 9. In both cases the applied fluoropolymer can be sintered in a thermal process.

Die Leitung L kann mit allen beschriebenen Schichten in einem Arbeitsgang hergestellt werden, und zwar besonders einfach dann, wenn Folien und Bänder längseinlaufend aufgebracht und die Kupferdrähte der Umseilung 4 SZ-verseilt werden.The line L can be produced with all the layers described in one operation become particularly easy when foils and tapes run in lengthways applied and the copper wires of the rope 4 SZ-stranded.

Claims

Flexible electrical line with at least one heat-resistant insulated electrical conductor designed as a stranded conductor, in which an electrical shield is fitted over the insulation of the conductor, characterized in that

that the insulation (2) of the conductor (1) consists of an inner layer (6) made of glass mica and an outer layer (7) made of a fluoropolymer arranged above it,

that the insulation (2) of the conductor (1) is surrounded by an all-around shielding film (3) containing a metallic layer,

that an at least single-layer rope (4) made of tinned copper wires is attached over the shielding film (3) and

that a jacket (5) is arranged above the cable (4), which has an inner layer (9) made of a crosslinked silicone-containing material and an outer layer (10) made of a fluoropolymer that is firmly connected to the same.

Line according to claim 1, characterized in that the two layers (6, 7) of the insulation (2) of the conductor (1) consist of tapes which are applied overlapping lengthways.

Line according to Claim 1, characterized in that the two layers (6, 7) of the insulation (2) of the conductor (1) consist of tapes which are applied with overlap.

Line according to one of claims 1 to 3, characterized in that the outer layer (7) of the insulation (2) is sintered.

Line according to one of claims 1 to 4, characterized in that the shielding film (3) consists of copper or aluminum.

Line according to one of claims 1 to 5, characterized in that the shielding film (3) consists of a copper or aluminum film coated on one or both sides with plastic.

Line according to one of claims 1 to 6, characterized in that the rope (4) is made of tinned copper wires with alternating lay direction.

Line according to one of claims 1 to 7, characterized in that a magnetic protective layer (8) is arranged between the shielding film (3) and the rope (4) consisting of the tinned copper wires.

Line according to claim 8, characterized in that the magnetic protective layer (8) consists of highly permeable iron.

Pipe according to one of claims 1 to 9, characterized in that the inner layer (9) of the jacket (5) is foamed.

Line according to one of claims 1 to 10, characterized in that the outer layer (10) of the jacket (5) is sintered.