EP1209696B1 - Elektrische Leitung - Google Patents

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EP1209696B1 EP01126351A EP01126351A EP1209696B1 EP 1209696 B1 EP1209696 B1 EP 1209696B1 EP 01126351 A EP01126351 A EP 01126351A EP 01126351 A EP01126351 A EP 01126351A EP 1209696 B1 EP1209696 B1 EP 1209696B1
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insulation
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    • H01B3/30—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes
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    • H01B3/30—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes
    • H01B3/303—Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing nitrogen with or without oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule, not provided for in groups H01B3/38 or H01B3/302
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    • H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
    • H01B7/02—Disposition of insulation
    • H01B7/0241—Disposition of insulation comprising one or more helical wrapped layers of insulation
    • H01B7/025—Disposition of insulation comprising one or more helical wrapped layers of insulation comprising in addition one or more other layers of non-helical wrapped insulation

Definitions

  • the present invention is an electrical line with a metallic conductor enclosing sintered insulation of one or more Layers of an unsintered winding band overlapping in the edge regions based on polytetrafluoroethylene.
  • This wrap band has a plano-convex Cross-sectional shape, which is determined by a curved upper and a straight lower boundary line.
  • Such an electrical line or such a cable is already out of the DE-PS 32 14 447 known.
  • a unsintered Wrapping tape for producing the insulation in the specified cross-sectional shape and subsequent to the winding process sintering of the polytetrafluoroethylene creates a compact, column-free insulation with extremely smooth outer Surface, as previously possible only by an extrusion process.
  • the known line offers insulation a wrap on the surface no attack points for mechanical Forces that could lead to a tearing of the insulation.
  • the invention is therefore based on the object, the known cable or the to familiarize the known conductor so that, while maintaining the compactness of the Insulation and closed smooth outer surface also meet the requirements is sufficient after high mechanical strength and electrical voltage resistance.
  • polytetrafluoro component in the embodiment of the invention crucial to the arc resistance and resistance to glow of such cables and Wires at. All the more, as just that to increase the electrical Tension strength and mechanical strength used in the invention Polylmide wrapping tape meets the requirements for arc resistance and Glimmering resistance is not enough.
  • fluoropolymers are melt processable, such as the tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer (FEP), the perfluoroalkoxy polymer (PFA), or the tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (TFA / PFA), the former being preferred.
  • FEP tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer
  • PFA perfluoroalkoxy polymer
  • TFA / PFA tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer
  • Other known melt-processable fluoropolymers such as polyvinylidene fluoride (PVDF) or ethylene-tetrafluoroethylene (ETFE), may sometimes find advantageous use.
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • ETFE ethylene-tetrafluoroethylene
  • the materials mentioned can be applied to the uppermost winding layer of the polyimide tape extruded, but it is also possible, this fluoropolymer already on to apply the winding tape itself, i. one with the fluoropolymer as adhesive use laminated polyimide tape.
  • Another advantageous variant is that which can not be processed from the melt Fluoropolymers as a binder between the Polyimidbewicklung and from a Polytetrafluorethylenband to use.
  • the Polytetrafluoroethylene itself or one with at most 2% by weight fluoromonomers modified polytetrafluoroethylene used in powder form.
  • This polymer powder applied to the polyimide winding or to the polyimide tape itself in Laminated form, melts at the sintering temperature for the winding tape Polytetrafluoroethylene on and thus ensures a positive connection between the winding layers of the different polymer materials.
  • the maximum thickness of the plano-convex winding band i. the thickness in reinforced middle region of the lenticular cross-section, is advantageously between 15 to 100 microns, with simultaneous thickness of the band edge region of 5 microns and less, i.e. running out to 0. These values make it clear that the Polyimide Wicking overlapping polytetrafluoroethylene winding layer if required merely as a protective cover with the material and the tape cross-sectional shape ago given advantages, high abrasion resistance, compact closed and after outside smooth surface, can be used.
  • the advantageous width of the plano-convex wrapping tape is between 3 and 50 mm, preferably between 5 and 25 mm, depending on the diameter of the conductor.
  • the invention is based on the embodiment shown in the figure explained in more detail.
  • the metallic conductor 1 of the inventive pipe can be solid be, in the form shown, it consists of a so-called stranded conductor to increase the flexibility of the line of e.g. bare, tinned, silvered or nickel-plated copper wires or those made of a copper alloy. immediate wound on the stranded conductor are one or more layers of the polyimide tape 2.
  • a fluoropolymer for example, a tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer (FEP) or a initially applied in powder form and then sintered Polytetrafluoroethylene (PTFE).
  • FEP tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer
  • PTFE sintered Polytetrafluoroethylene
  • the polyimide tape 2 is used to increase the electrical strength of these Conduction and their mechanical strength, while those from the PTFE band 3 with the special cross-sectional shape existing single or multi-layer winding the required for such lines high abrasion resistance, temperature resistance and arc resistance guaranteed.
  • Essential for the chosen windings is the overlap of the respective band edges, that is in particular the Prerequisite for the closed, outside smooth surface of the Polytetrafluorethylenband 3 formed shell. Because by using a unsintered PTFE tape 3 in the cross-sectional shape with a reinforced central region and towards the band edges decreasing in thickness to zero Edge areas results after the winding process and the subsequent Temperature treatment (sintering) by welding the strip edges one compact, largely homogeneous shell with a smooth surface.
  • Raised Band edges as attack surfaces for external mechanical forces are avoided Even markings, even embossings on the surface are easy feasible without operating in the then prevailing conditions, such as aggressive media, moisture, dirt, etc., glow discharges and the Formation of electric arcs are to be feared.
  • a laminated polyimide tape is used in the practice of the invention, then This can also be coated on both sides to a certain adhesion on the To reach ladder. This adhesion can facilitate the stripping contribute to the electrical conductor for the purpose of mounting the line.

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Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine elektrische Leitung mit einer den metallischen Leiter umschließenden gesinterten Isolierung aus einer oder mehreren Lagen eines in den Kantenbereichen überlappenden ungesinterten Wickelbandes auf Basis Polytetrafluorethylen. Dieses Wickelband weist eine plankonvexe Querschnittsform auf, die bestimmt ist durch eine gekrümmte obere und eine gerade untere Begrenzungslinie.
Eine solche elektrische Leitung oder ein solches Kabel ist bereits aus der DE-PS 32 14 447 bekannt. Durch die Verwendung eines ungesinterten Wickelbandes zur Herstellung der Isolierung in der angegebenen Querschnittsform und das an den Wickelprozeß anschließende Sintern des Polytetrafluorethylens entsteht eine kompakte, spaltenfreie Isolierhülle mit extrem glatter äußerer Oberfläche, wie sie bisher nur durch ein Extrusionsverfahren möglich ist. Ebenso wie bei extrudierten Isolierhüllen bietet die bekannte Leitung mit einer Isolierung aus einem Wickelband an deren Oberfläche keine Angriffspunkte für mechanische Kräfte, die zu einem Aufreißen der Isolierung führen könnten.
Es gibt jedoch Anwendungsfälle, beispielsweise im Flugzeug- oder Satellitenbau, wo neuerdings Forderungen hinsichtlich mechanischer Festigkeit und gleichzeitiger elektrischer Spannungsfestigkeit gestellt werden, die die bekannte Isolierung ohne weiteres zu erfüllen nicht in der Lage ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das bekannte Kabel oder die bekannte Leitung so zu ertüchtigen, daß sie bei gleichbleibender Kompaktheit der Isolierung und geschlossener glatter äußerer Oberfläche auch den Anforderungen nach hoher mechanischer Festigkeit und elektrischer Spannungsfestigkeit genügt.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß zwischen elektrischem Leiter und Isolierung eine oder mehrere Lagen eines Wickelbandes aus Polyimid angeordnet sind, wobei die der Isolierung zugekehrte oberste Bandlage dieses Wickelbandes mit der dem Leiter zugekehrten Bandlage des Wickelbandes auf Basis Polytetrafluorethylen kraftschlüssig verbunden ist. Solche Kabel oder Leitungen genügen auch den höchsten Anforderungen hinsichtlich mechanischer Festigkeit, Widerstandsfähigkeit gegen aggressive Medien und elektrischer Spannungsfestigkeit.
Durch die erfindungsgemäße Kombination einer oder mehrerer Wickellagen eines Polyimidbandes oder einer entsprechenden Folie und einer oder mehrerer diese überdeckende Wickellagen eines Bandes auf Basis Polytetrafluorethylen in der angeführten plankonvexen Querschnittsform als Leiterisollerung ergibt sich darüber hinaus der Vorteil einer lichtbogenfesten Isolierung hoher Glimmbeständigkeit. Dies ist bedingt durch die geschlossene glatte Oberfläche der äußersten Bandlagen auf Basis Polytetrafluorethylen und deren Widerstandsfähigkeit gegen äußere mechanische Kräfte. So verhindert die hohe Abriebfestigkeit des Polytetrafluorethylens Beschädigungen der glatten, in sich geschlossenen Oberfläche z.B. beim Einziehen solcher Leitungen in Kabelführungsrohre oder beim Verlegen, beim Herstellen von Kabelbäumen großer Länge, wie sie z.B. im Flugzeugbau üblich sind, beim Herumführen um Kanten oder Ecken aus Blechmaterial und dergleichen.
Aber auch das einfache Kennzeichnen der Leitungen, z.B. durch Einprägen von Unterscheidungsmerkmalen, führt nicht zu Verletzungen der Oberfläche der erfindungsgemäßen Isolierung. Solche Verletzungen können nämlich leicht im Zusammenspiel mit Schmutz- oder Staubteilchen, Wasser oder Ölen, also Schmierfilmen auf der Isolieroberfläche, während des Betriebes zu Glimmentladungen und damit letztendlich zu Kurzschlüssen im Leitungsbereich führen.
So trägt die Polytetrafluorkomponente in der erfindungsgemäßen Ausführungsform entscheidend zur Lichtbogenfestigkeit und Glimmbeständigkeit solcher Kabel und Leitungen bei. Das umso mehr, als gerade das zur Erhöhung der elektrischen Spannunsfestigkeit und mechanischen Festigkeit erfindungsgemäß verwendete Polylmid-Wickelband den Anforderungen hinsichtlich Lichtbogenfestigkeit und Glimmbeständigkeit nicht genügt.
Aus diesem Grunde kann man in Durchführung der Erfindung auch so vorgehen, daß, unter der Voraussetzung gleicher äußerer Abmessungen der Leitung, die Anzahl der Wickellagen des Polyimidbandes z.B. zur Erhöhung der elektrischen Spannungsfestigkeit erhöht, dagegen die Anzahl der Wickellagen des Bandes auf Basis Polytetrafluorethylen soweit reduziert wird, daß dieses Band lediglich noch als Schutzüberzug zur Vermeidung von Schäden durch Lichtbogenangriffe oder Glimmentladungen anzusehen ist.
Umgekehrt kann bei geforderter niedriger Spannungsfestigkeit die Wanddicke der Gesamtisolierung reduziert werden, das führt zu einer Platz- und Gewichtsersparnis, ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Leitung dann, wenn sie,wie bereits erwähnt, für den Flugzeug- oder Satellitenbau zum Einsatz kommt.
Von Vorteil ist es, die kraftschlüssige Verbindung zur Herstellung einer weitgehend kompakten Isolierung durch eine Verschweißung oder Verklebung der jeweils aneinander grenzenden Bandlagen durchzuführen. Da die Temperaturbeständigkeit der erfindungsgemäßen Leitung ein weiteres Erfordernis darstellt, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, für diese Zwecke Fluorpolymere zu verwenden, insbesondere auch mit Rücksicht auf das an das Polyimid im Schichtenaufbau angrenzende Polytetrafluorethylen. Geeignete Fluorpolymere sind aus der Schmelze verarbeitbare, wie beispielsweise das Tetrafluorethylen/Hexafluorpropylen Copolymer (FEP), das Perfluoralkoxy-Polymer (PFA), oder auch das Tetrafluorethylen-Perfluoralkylvinylether Copolymerisat (TFA/PFA), wobei dem erstgenannten der Vorzug zu geben ist.
Auch andere bekannte Fluorpolymere, die aus der Schmelze verarbeitbar sind, wie das Polyvinylidenfluorid (PVDF) oder das Ethylen-Tetrafluorethylen (ETFE) können mitunter eine vorteilhafte Anwendung finden.
Die genannten Materialien können auf die oberste Wickellage des Polyimidbandes extrudiert sein, es ist aber auch möglich, diese Fluorpolymerkomponente bereits auf das Wickelband selbst aufzubringen, d.h. ein mit dem Fluorpolymer als Kleber kaschiertes Polyimidband einzusetzen.
Eine andere vorteilhafte Variante ist die, aus der Schmelze nicht verarbeitbare Fluorpolymere als Bindemittel zwischen der Polyimidbewicklung und der aus einem Polytetrafluorethylenband zu verwenden. Zu diesem Zweck wird beispielsweise das Polytetrafluorethylen selbst oder ein mit höchstens 2 Gew.% Fluormonomeren modifiziertes Polytetrafluorethylen in Pulverform verwendet. Dieses Polymerpulver, auf die Polyimidbewicklung aufgebracht oder auf das Polyimidband selbst in kaschierter Form, schmilzt bei der Sintertemperatur für das Wickelband aus Polytetrafluorethylen auf und sorgt so für eine kraftschlüssige Verbindung zwischen den Wickellagen aus den unterschiedlichen Polymermaterialien.
Die maximale Dicke des plankonvexen Wickelbandes, d.h. die Dicke im verstärkten mittleren Bereich des linsenförmigen Querschnitts, liegt vorteilhaft zwischen 15 bis 100 µm, bei gleichzeitiger Dicke des Bandkantenbereiches von 5 µm und weniger, d.h. auf 0 hin auslaufend. Diese Werte machen deutlich, daß die die Polyimidbewicklung überdeckende Wickellage aus Polytetrafluorethylen bei Bedarf lediglich als Schutzüberzug mit den vom Material und der Bandquerschnittsform her vorgegebenen Vorteilen, hohe Abriebfestigkeit, kompakte geschlossene und nach außen glatte Oberfläche, verwendet werden kann. Die vorteilhafte Breite des plankonvexen Wickelbandes liegt zwischen 3 und 50 mm, vorzugsweise zwischen 5 und 25 mm, je nach Leiterdurchmesser.
Die Erfindung sei an Hand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Der metallische Leiter 1 der erfindungsgemäßen Leitung kann massiv ausgebildet sein, in der dargestellten Form besteht er als sogenannter Litzenleiter zur Erhöhung der Flexibilität der Leitung aus z.B. blanken, verzinnten, versilberten oder vernickelten Kupferdrähten oder aus solchen aus einer Kupferlegierung. Unmittelbar auf den Litzenleiter aufgewickelt sind eine oder mehrere Lagen des Polyimidbandes 2. Zur kraftschlüssigen Verbindung dieser Wickellage mit der aus dem Polytetrafluorethylenband 3 dient die Zwischenschicht 4 aus einem Fluorpolymer, beispielsweise ein Tetrafluorethylen/Hexafluorpropylen Copolymer (FEP) oder ein zunächst in Pulverform aufgebrachtes und anschließend gesintertes Polytetrafluorethylen (PTFE). Die Bezeichnung "Polytetrafluorethylen" schließt hier, wie oben auch, Tetrafluorethylen-Polymere ein, die mit modifizierenden Zusätzen versehen sind, jedoch in einer solchen Menge, daß das Polymere, wie das PTFE selbst,aus der Schmelze nicht verarbeitbar ist.
Insbesondere im Hinblick auf die Vereinfachung des Herstellungsverfahrens und die geforderte Minimierung der äußeren Leitungsabmessungen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, mit der Zwischenschicht 4 bereits kaschierte Bänder oder Folien auf Polyimidbasis einzusetzen. Solche kaschierten Polyimidbänder sind z.B. unter dem Handelsnamen OASIS der Firma Du Pont im Markt erhältlich.
Das Polyimidband 2 dient der Erhöhung der elektrischen Spannungsfestigkeit dieser Leitung sowie deren mechanischer Festigkeit, während die aus dem PTFE Band 3 mit der speziellen Querschnittsform bestehende ein- oder mehrlagige Bewicklung die für solche Leitungen geforderte hohe Abriebfestigkeit, Temperaturbeständigkeit und Lichtbogenfestigkeit gewährleistet. Wesentlich für die gewählten Bewicklungen ist die Überlappung der jeweiligen Bandkanten, das ist insbesondere die Voraussetzung für die geschlossene, außen glatte Umfläche der aus dem Polytetrafluorethylenband 3 gebildeten Hülle. Denn durch die Verwendung eines ungesinterten PTFE-Bandes 3 in der Querschnittsform mit einem verstärkten mittleren Bereich und zu den Bandkanten hin in der Dicke gegen Null abfallenden Kantenbereichen ergibt sich nach dem Wickelvorgang und der anschließenden Temperaturbehandlung (Sinterung) durch das Verschweißen der Bandkanten eine kompakte, weitgehend homogen Hülle mit glatter Oberfläche. Hochstehende Bandkanten als Angriffsflächen für äußere mechanische Kräfte sind vermieden, auch Markierungen, selbst Prägungen an der Oberfläche sind problemlos durchführbar, ohne daß im Betrieb unter den dann herrschenden Bedingungen, wie aggressive Medien, Feuchtigkeit, Schmutz, etc., Glimmentladungen und die Entstehung von Lichtbögen zu befürchten sind.
Wird in Durchführung der Erfindung ein kaschiertes Polyimidband verwendet, dann kann dieses auch beidseitig beschichtet sein, um eine gewisse Haftung auf dem Leiter zu erreichen. Diese Haftung kann zu einer Erleichterung bei der Abmantelung des elektrischen Leiters zum Zwecke der Montage der Leitung beitragen.

Claims (9)

  1. Elektrische Leitung mit einer den metallischen Leiter umschließenden gesinterten Isolierung aus einer oder mehreren Lagen eines in den Kantenbereichen überlappenden ungesinterten Wickelbandes auf Basis Polytetrafluorethylen, das eine plankonvexe Querschnittsform aufweist, die bestimmt ist durch eine gekrümmte obere und eine gerade untere Begrenzungslinie, gekennzeichnet durch eine oder mehrere Lagen eines zwischen Leiter und Isolierung angeordneten Wickelbandes aus einem Polyimid, dessen der Isolierung zugekehrte oberste Bandlage mit der dem Leiter zugekehrten Bandlage des Wickelbandes auf Basis Polytetrafluorethylen kraftschlüssig verbunden ist.
  2. Elektrische Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kraftschlüssige Verbindung durch eine Verschweißung oder Verklebung der jeweils aneinandergrenzenden Bandlagen erreicht ist.
  3. Elektrische Leitung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur kraftschlüssigen Verbindung der jeweils aneinandergrenzenden Bandlagen ein Fluorpolymer dient.
  4. Elektrische Leitung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluorpolymer aus der Schmelze verarbeitbar ist.
  5. Elektrische Leitung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluorpolymer aus der Schmelze nicht verarbeitbar ist.
  6. Elektrische Leitung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Wickelband der Isolierung aus einem mit höchstens 2 Gew.% Fluormonomeren modifizierten Polytetrafluorethylen besteht.
  7. Elektrische Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Dicke des plankonvexen Wickelbandes 10 bis 100 µm beträgt.
  8. Elektrische Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des plankonvexen Wickelbandes 3 bis 50 mm, vorzugsweise 5 bis 25 mm beträgt.
  9. Elektrische Leitung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Wickelband aus Polyimid mit einem Fluorpolymer ein- oder beidseitig beschichtet ist.
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