EP1467381B1 - Temperaturbeständige elektrische Leitung zur Ubertragung von Daten - Google Patents

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EP1467381B1
EP1467381B1 EP03290895A EP03290895A EP1467381B1 EP 1467381 B1 EP1467381 B1 EP 1467381B1 EP 03290895 A EP03290895 A EP 03290895A EP 03290895 A EP03290895 A EP 03290895A EP 1467381 B1 EP1467381 B1 EP 1467381B1
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line according
jacket
foamed
layer
shield
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Ferdinand Dipl.-Ing. Grögl
Christof Dipl.-Ing. Dinkelmeyer
Thomas Ing. Mann
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Nexans SA
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B3/00—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
    • H01B3/18—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances
    • 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
    • H01B3/44—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 vinyl resins; acrylic resins
    • H01B3/441—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 vinyl resins; acrylic resins from alkenes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B3/00—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
    • H01B3/18—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances
    • H01B3/28—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances natural or synthetic rubbers

Definitions

  • the invention relates to a temperature-resistant electrical cable for transmitting data, in particular for use in motor vehicles, consisting of at least two stranded cores, each of which has an insulator surrounded by an electrical conductor, and a mounted around the wires, common jacket made of insulating material.
  • the invention has for its object to make the line initially described so that it meets all transmission technical and mechanical conditions in a simple manner.
  • this line fulfills all the transmission requirements for data transmission, in particular in higher frequency ranges, for example at transmission rates of 1 megabaud.
  • the resulting dielectric constant of such a conduit may be equal to or less than 2.1. This ensures low electrical losses during data transmission.
  • the low dielectric constant applies to the entire line, since the thermoplastic polymer or elastomer (TPE) used for the filling jacket also has a correspondingly low dielectric constant.
  • TPE thermoplastic polymer or elastomer
  • the PE of the insulations of the wires is also networked. The cores are thereby at higher temperatures, especially in the range of 125 ° C, without damage or destruction risk permanently usable.
  • the crosslinking of the PE by radiation crosslinking ensures that it retains its good electrical properties since it does not add crosslinking assistants.
  • the veins are through the above Filling sheath lying flexible screen shielded against external interference, so that the data transmission from the outside can not be interfered with.
  • the jacket additionally ensures the required temperature resistance of the cable and its resistance to the mechanical stresses mentioned above.
  • the line can even be thermally overloaded for a short time, with temperatures up to 150 ° C, without the destruction of the same must be feared.
  • an electrical line L with two wires 1 and 2 is shown, which are stranded together.
  • the wires 1 and 2 each have an electrical conductor 3 and the same surrounding insulation 4. They are surrounded by a voltage applied to the insulation 4 Aus colllmantel 5 of insulating material, which has an approximately circular peripheral surface.
  • Aus colllmantel 5 Over the Aus glycollmantel 5 is a well bendable electric screen 6, over which a sheath 7 is disposed of insulating material.
  • a release layer 8 may be attached as shown in FIG. 2, which consists of insulating material.
  • the conductors 3 of the wires 1 and 2 are preferably designed as a stranded conductor, for example as a minimum Siebendrähtige stranded conductor. They consist in a preferred embodiment of copper.
  • the filling jacket 5 surrounds the wires 1 and 2 under contact with the insulation 4 of the same. So he also fills in the gusset between the two wires 1 and 2.
  • the Aus colllmantel 5 may for example consist of an electrically high-quality thermoplastic polymer or elastomer (TPE). It can also be a thermoplastic compound based on polypropylene or polypropylene copolymer with a rubber content of between 20% and 60% for the filling jacket 5 are used.
  • the material of the filling jacket 5 can be made solid or foamed.
  • the electric screen 6 is located on the approximately circular peripheral surface of the filling jacket 5, the electric screen 6 is located.
  • the screen 6 consists of electrically good conductive wires. They may be copper wires or tinned copper wires. In order to realize a highly flexible screen 6 with high optical coverage, the same can be designed as Umseilung or braid.
  • the wires of the screen 6 are thus either wrapped around the Aus Schollmantel 5 with a predetermined lay length or molded around by means of a braiding machine around the same.
  • the jacket 7 is made of temperature-resistant, preferably radiation-crosslinkable insulating material. It consists for example of polyurethane (PU) or polyetherurethane (TPE-U).
  • PU polyurethane
  • TPE-U polyetherurethane
  • the separating layer 8 of insulating material can be attached over the screen 6 first. It prevents the extruded material of the jacket 7 from getting between the wires of the screen 6, which would cause a kind of anchoring between the jacket 7 and the screen 6.
  • the separating layer 8 consists for example of a fleece.
  • the insulation 3 of the wires 1 and 2 is shown in FIG. 3 and 4 essentially of a layer 9 of foamed, irradiated crosslinked polyethylene (PE).
  • PE polyethylene
  • the layer 9 is surrounded by a solid, ie non-foamed outer layer 10 or 11 of insulating material whose wall thickness is small in relation to the wall thickness of the foamed layer 9.
  • the outer layer 10 may be according to FIG. 3, a smooth outer skin of the foamed PEs, the For example, by cooling calibration of the foamed layer 9 is formed.
  • the outer layer 11 can also be extruded onto the foamed layer 9 as shown in FIG. 4. It is resistant to high temperatures and can be made of polyetheretherketone (PEEK) in a halogen-free version.
  • PEEK polyetheretherketone
  • ETFE ethylene tetrafluoroethylene
  • the line L is made, for example, as follows:
  • the wires 1 and 2 are prefabricated.
  • its layer 9 is crosslinked from foamed PE in a radiation crosslinking system.
  • the two wires 1 and 2 - it can also be more than two wires - are then stranded together.
  • the filling jacket 5 can be applied by means of an extruder in the same operation, the screen 6 can be roped or braided, the separating layer 8 optionally formed around the screen 6 and finally the jacket 7 applied by means of an extruder.
  • the finished line L is then optionally passed through a radiation crosslinking system, in which the material of the shell 7 is crosslinked.

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Insulated Conductors (AREA)
  • Communication Cables (AREA)

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine temperaturbeständige elektrische Leitung zur Übertragung von Daten, insbesondere zum Einsatz in Kraftfahrzeugen, bestehend aus mindestens zwei miteinander verseilten Adern, von denen jede einen von einer Isolierung umgebenen elektrischen Leiter aufweist, und einem um die Adern herum angebrachten, gemeinsamen Mantel aus Isoliermaterial.
  • Bei Leitungen zur Übertragung von Daten sind für deren Aufbau im wesentlichen übertragungstechnische Gesichtspunkte von Bedeutung. Die Übertragung der Daten darf nicht durch die Materialien für die elektrischen Leiter, für die Isolierung und für den Mantel ungünstig beeinflußt werden. Es werden daher elektrisch gut leitende Metalle und Isolierstoffe mit möglichst niedriger Dielektrizitätskonstante verwendet. Diese Bedingungen gelten auch für Leitungen, die zur Datenübertragung in Geräten eingesetzt werden, in denen erhöhte Temperaturen auftreten. Ein Einsatzgebiet für diese Leitungen sind beispielsweise Kraftfahrzeuge. Die hier beispielsweise für Datenraten im Bereich von 1 Megabaud vorgesehenen Leitungen müssen bei Temperaturen im Bereich von 125 °C mindestens 3000 Stunden beständig sein. Sie müssen außerdem den rauhen Bedingungen genügen, denen die Leitungen in Kraftfahrzeugen ausgesetzt sind. Das sind beispielsweise Erschütterungen und Ölverschmutzungen sowie Einflüsse von Feuchtigkeit und Straßenschmutz. Neben den erwähnten übertragungstechnischen Forderungen müssen die Leitungen also auch vorgegebene mechanische Bedingungen erfüllen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs geschilderte Leitung so zu gestalten, daß sie alle übertragungstechnischen und mechanischen Bedingungen auf einfache Weise erfüllt.
  • Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Isolierung der Adern aus einer Schicht aus aufgeschäumtem, strahlenvernetztem Polyethylen besteht, die von einer nicht geschäumten Außenschicht umgeben ist, deren Wandstärke klein ist im Verhältnis zur Wandstärke der aufgeschäumten Schicht,
    • daß die Adern in einen Ausfüllmantel aus einem thermoplastischen Polymer oder Elastomer eingebettet sind, der eine etwa kreisrunde Umfangsfläche hat,
    • daß über dem Ausfüllmantel ein an dessen Umfangsfläche anliegender, aus elektrisch gut leitenden Drähten bestehender und gut biegbarer Schirm angeordnet ist und
    • daß der aus temperaturbeständigem Isoliermaterial bestehende Mantel über dem Schirm angebracht ist.
  • Diese Leitung erfüllt mit dem die Leiter der Adern umgebenden, aufgeschäumten Polyethylen (PE) als Isoliermaterial in Verbindung mit der dünnen Außenschicht alle übertragungstechnischen Anforderungen für die Datenübertragung insbesondere in höheren Frequenzbereichen, wie beispielsweise bei Übertragungsraten von 1 Megabaud. Die resultierende Dielektrizitätskonstante einer solchen Leitung kann gleich oder kleiner 2,1 sein. Damit sind geringe elektrische Verluste bei der Datenübertragung gewährleistet. Die niedrige Dielektrizitätskonstante gilt für die ganze Leitung, da auch das für den Ausfüllmantel eingesetzte thermoplastische Polymer bzw. Elastomer (TPE) eine entsprechend niedrige Dielektrizitatskonstante hat. Das PE der Isolierungen der Adern ist außerdem vernetzt. Die Adern sind dadurch bei höheren Temperaturen, insbesondere im Bereich von 125 °C, ohne Beschädigungs- oder Zerstörungsgefahr auf Dauer einsetzbar. Die Vernetzung des PEs mittels Strahlenvernetzung stellt sicher, daß es seine guten elektrischen Eigenschaften beibehält, da demselben keine die Vernetzung unterstützenden Zusätze beigegeben werden. Die Adern sind durch den über dem Ausfüllmantel liegenden flexiblen Schirm gegen äußere Störfelder abgeschirmt, so daß die Datenübertragung von außen nicht störend beeinflußt werden kann. Der Mantel sichert zusätzlich die geforderte Temperaturbeständigkeit der Leitung sowie ihre Beständigkeit gegenüber den oben erwähnten mechanischen Belastungen. Die Leitung kann sogar kurzzeitig thermisch überlastet werden, mit Temperaturen bis zu 150 °C, ohne daß eine Zerstörung derselben befürchtet werden muß.
  • Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in den Zeichnungen dargestellt.
    • Es zeigen:
    • Fig. 1 und 2 Querschnitte durch eine Leitung nach der Erfindung in zwei unterschiedlichen Ausführungsformen.
    • Fig. 3 und 4 Querschnitte durch unterschiedlich aufgebaute Adern der Leitung in vergrößerter Darstellung.
  • In den in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine elektrische Leitung L mit zwei Adern 1 und 2 gezeigt, die miteinander verseilt sind. Die Adern 1 und 2 haben jeweils einen elektrischen Leiter 3 und eine denselben umgebende Isolierung 4. Sie sind von einem an den Isolierungen 4 anliegenden Ausfüllmantel 5 aus Isoliermaterial umgeben, der eine in etwa kreisrunde Umfangsfläche hat. Über dem Ausfüllmantel 5 liegt ein gut biegbarer elektrischer Schirm 6, über dem ein Mantel 7 aus Isoliermaterial angeordnet ist. Zwischen Schirm 6 und Mantel 7 kann gemäß Fig. 2 eine Trennschicht 8 angebracht sein, die aus Isoliermaterial besteht.
  • Die Leiter 3 der Adern 1 und 2 sind vorzugsweise als Litzenleiter ausgeführt, beispielsweise als mindest siebendrähtige Litzenleiter. Sie bestehen in bevorzugter Ausführungsform aus Kupfer. Der Ausfüllmantel 5 umgibt die Adern 1 und 2 unter Anlage an der Isolierung 4 derselben. Er füllt also auch die Zwickel zwischen den beiden Adern 1 und 2 aus. Der Ausfüllmantel 5 kann beispielsweise aus einem elektrisch hochwertigen thermoplastischen Polymer oder Elastomer (TPE) bestehen. Es kann auch ein thermoplastisches Compound auf der Basis von Polypropylen oder Polypropylen-Copolymer mit einem Anteil von Gummi zwischen 20 % und 60 % für den Ausfüllmantel 5 verwendet werden. Das Material des Ausfüllmantels 5 kann massiv oder geschäumt ausgeführt sein. Auf der etwa kreisrunden Umfangsfläche des Ausfüllmantels 5 liegt der elektrische Schirm 6 auf.
  • Der Schirm 6 besteht aus elektrisch gut leitenden Drähten. Es kann sich um Kupferdrähte oder um verzinnte Kupferdrähte handeln. Um einen gut biegbaren Schirm 6 mit hoher optischer Bedeckung zu realisieren, kann derselbe als Umseilung oder als Geflecht ausgeführt sein. Die Drähte des Schirms 6 werden also entweder mit vorgegebener Schlaglänge um den Ausfüllmantel 5 herumgelegt oder mittels einer Flechtmaschine um denselben herumgeformt.
  • Über dem Schirm 6 ist der Mantel 7 aus temperaturbeständigem, vorzugsweise strahlenvernetzbarem Isoliermaterial angebracht. Er besteht beispielsweise aus Polyurethan (PU) oder Polyetherurethan (TPE-U). Um das Abmanteln des Mantels 7 für Verbindungszwecke zu erleichtern, kann über dem Schirm 6 zunächst die Trennschicht 8 aus Isoliermaterial angebracht werden. Sie verhindert, daß das durch Extrusion aufgebrachte Material des Mantels 7 zwischen die Drähte des Schirms 6 gelangt, was eine Art Verankerung zwischen Mantel 7 und Schirm 6 bewirken würde. Die Trennschicht 8 besteht beispielsweise aus einem Vließ.
  • Die Isolierung 3 der Adern 1 und 2 besteht gemäß Fig. 3 und 4 im wesentlichen aus einer Schicht 9 aus aufgeschäumtem, strahlenvernetztem Polyethylen (PE). Die Schicht 9 ist von einer massiven, also nicht geschäumten Außenschicht 10 bzw. 11 aus Isoliermaterial umgeben, deren Wandstärke klein ist im Verhältnis zur Wandstärke der aufgeschäumten Schicht 9. Die Außenschicht 10 kann gemäß Fig. 3 eine glatte Außenhaut des aufgeschäumten PEs sein, die beispielsweise durch kühlende Kalibrierung der aufgeschäumten Schicht 9 entsteht. Die Außenchicht 11 kann nach Fig. 4 auch auf die aufgeschäumte Schicht 9 extrudiert sein. Sie ist gegen hohe Temperaturen beständig und kann in halogenfreier Ausführung aus Polyetheretherketon (PEEK) bestehen. In bevorzugter Ausführungsform wird für die Außenschicht 11 Ethylentetrafluorethylen (ETFE) eingesetzt.
  • Die Leitung L wird beispielsweise wie folgt hergestellt:
  • Die Adern 1 und 2 werden vorgefertigt. Dabei wird ihre Schicht 9 aus aufgeschäumtem PE in einer Strahlenvernetzungsanlage vernetzt. Die beiden Adern 1 und 2 - es können auch mehr als zwei Adern sein - werden dann miteinander verseilt. Bei reversierender Verseilung (S/Z-Verseilung) können im gleichen Arbeitsgang der Ausfüllmantel 5 mittels eines Extruders aufgebracht, der Schirm 6 aufgeseilt oder aufgeflochten, die Trennschicht 8 gegebenenfalls um den Schirm 6 herumgeformt und abschließend der Mantel 7 mittels eines Extruders aufgebracht werden. Die fertige Leitung L wird dann gegebenenfalls durch eine Strahlenvernetzungsanlage geführt, in welcher das Material des Mantels 7 vernetzt wird.

Claims (15)

  1. Temperaturbeständige elektrische Leitung zur Übertragung von Daten, insbesondere zum Einsatz in Kraftfahrzeugen, bestehend aus mindestens zwei miteinander verseilten Adern, von denen jede einen von einer Isolierung umgebenen elektrischen Leiter aufweist, und einem um die Adern herum angebrachten gemeinsamen Mantel aus Isoliermaterial, dadurch gekennzeichnet,
    - daß die Isolierung (4) der Adern (1,2) aus einer Schicht (9) aus aufgeschäumtem, strahlenvernetztem Polyethylen besteht, die von einer nicht geschäumten Außenschicht (10,11) umgeben ist, deren Wandstärke klein ist im Verhältnis zur Wandstärke der aufgeschäumten Schicht (9),
    - daß die Adern (1,2) in einen Ausfüllmantel (5) aus einem thermoplastischen Polymer oder Elastomer eingebettet sind, der eine etwa kreisrunde Umfangsfläche hat,
    - daß über dem Ausfüllmantel (5) ein an dessen Umfangsfläche anliegender, aus elektrisch gut leitenden Drähten bestehender und gut biegbarer Schirm (6) angeordnet ist und
    - daß der aus temperaturbeständigem Isoliermaterial bestehende Mantel (7) über dem Schirm (6) angebracht ist.
  2. Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung (3) der Adern (1,2) aus einer durch eine glatte Außenhaut als Außenschicht (10) abgeschlossenen Schicht (9) aus physikalisch aufgeschäumtem, vernetztem Polyethylen besteht.
  3. Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung (3) der Adern (1,2) aus der Schicht (9) aus aufgeschäumtem, strahlenvernetztem Polyethylen und einer dieselbe umgebenden Außenschicht (11) aus massivem Ethylentetrafluorethylen besteht.
  4. Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausfüllmantel (5) aus einem elektrisch hochwertigen thermoplastischen Polymer oder Elastomer besteht.
  5. Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausfüllmantel (5) aus einem thermoplastischen Compound auf der Basis von Polypropylen oder Polypropylen-Copolymer mit einem Anteil von Gummi zwischen 20 % und 60 % besteht.
  6. Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausfüllmantel (5) massiv ausgeführt ist.
  7. Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausfüllmantel (5) geschäumt ausgeführt ist.
  8. Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm (6) aus Kupferdrähten besteht.
  9. Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm (6) aus verzinnten Kupferdrähten besteht.
  10. Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm (6) als Umseilung ausgeführt ist.
  11. Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm (6) als Geflecht ausgeführt ist.
  12. Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß über dem Schirm (6) eine ihrerseits vom Mantel (7) umgebene Trennschicht (8) aus Isoliermaterial angebracht ist.
  13. Leitung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennschicht (8) aus einem Vließ besteht.
  14. Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (7) aus einem Polyetherurethan besteht.
  15. Leitung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Mantels (7) strahlenvernetzt ist.
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