EP2019394A1 - Flexible elektrische Leitung - Google Patents
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- EP2019394A1 EP2019394A1 EP07290849A EP07290849A EP2019394A1 EP 2019394 A1 EP2019394 A1 EP 2019394A1 EP 07290849 A EP07290849 A EP 07290849A EP 07290849 A EP07290849 A EP 07290849A EP 2019394 A1 EP2019394 A1 EP 2019394A1
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- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
- H01B7/17—Protection against damage caused by external factors, e.g. sheaths or armouring
- H01B7/18—Protection against damage caused by wear, mechanical force or pressure; Sheaths; Armouring
- H01B7/189—Radial force absorbing layers providing a cushioning effect
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- H—ELECTRICITY
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- 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
- H01B3/302—Polyurethanes or polythiourethanes; Polyurea or polythiourea
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- H—ELECTRICITY
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- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
- H01B7/04—Flexible cables, conductors, or cords, e.g. trailing cables
- H01B7/041—Flexible cables, conductors, or cords, e.g. trailing cables attached to mobile objects, e.g. portable tools, elevators, mining equipment, hoisting cables
Definitions
- the invention relates to a flexible electrical line for portable consumers, which has at least two each consisting of an electrical conductor and a surrounding surrounding insulation cores as stranding elements, which are stranded around a core, which is equipped with an existing plastic tensile element which is surrounded by a sheath of insulating material in which there are longitudinally extending dimples in which the stranding elements lie, and which are surrounded by a common sheath of insulating material ( EP 1041585 B 1).
- Such lines are used for example for connecting mobile devices, in particular robots, with a voltage or signal source.
- the cables must be mechanically strong, with a constant flexural strength for a long time. They should remain well bendable in a wide temperature range, for example, between -40 ° C and +80 ° C.
- Of particular importance to such conduits is their torsional strength, as robots must become more and more mobile as technology advances so that they can be moved back and forth along production lines, for example.
- the lines are especially then constantly twisted in changing directions.
- cables are required, which survive, for example, up to five million torsional cycles torsional loads by angles of, for example, ⁇ 360 ° and more unscathed.
- the well-known line after the above-mentioned EP 1041585 B1 is designed as a flexible power line, which has a central core, around the power core, at least one control line and at least one data line are herumversilt.
- the Core has a central plastic traction element over which a sheath of a cross-linked material is attached, in which for each umversilte element of the contour of the same adapted, extending over the entire axial length of the core indentation is attached.
- This power line in addition to energy and control commands in addition, for example, also measured data can be transmitted.
- the good bendability of the power line is supported by the special design of the core, in which the respective stranded element adapted dents these elements can slide when bending the power line.
- This power line has proven itself in practice. Measures, such as a sliding mobility of the stranded elements to be achieved relative to the core, and the torsional strength of the power line are not mentioned in the document.
- the invention has for its object to make the line initially described so that it has an increased torsional strength.
- An essential element of this line is the lubricious coated, elastically compressible and tensile core, through which flexibility and torsional strength of the line are ensured in the long term.
- the good flexibility of the line is supported by the existing plastic tensile element.
- the elastically compressible sheath of the core allows a displacement of the stranding elements when they are pressed against the core during rotation of the line.
- the stranding members are easy to slide on the same in the axial direction because of the sliding layer of the core, damage thereof can be prevented even after many torsional and bending cycles with high safety.
- Fig. 1 is a flexible electrical line reproduced in the simplest embodiment, which has a tensile core K as a central element.
- the core K consists of a tensile element 1 made of plastic and a surrounding casing 2 made of an elastically compressible material. Twisted around the core K are two cores 3 and 4, which may be signal cores or energy cores, and filling elements 5 and 6, by which an approximately circular core of the conduit is formed together with the cores 3 and 4.
- the stranding and filling elements 3 to 6 are surrounded by a jacket 7 made of insulating material, which consists for example of polyurethane.
- the sheath 2 of the core K is in the stranding of the stranding 3 to 5 pressed by the same in the radial direction.
- K dents are formed in the core, which are as in the Fig. 1, 3rd and 4 is indicated. The dents extend helically in the axial direction.
- the kernel K has according to Fig. 2 in its original form an approximately circular cross-section. It can depending on the nature and structure of the stranding 3 to 5 but also have a different geometric shape.
- the core K can also be oval or rectangular in cross section, for example.
- the sheath 2 may advantageously consist of a soft, gel-like thermoplastic elastomer (TPE-O) or of silicone or rubber, and also in foamed or cellular form.
- the tensile element 1 is advantageously made of aramid. An aramid yarn for the element 1 is preferably used.
- the sheath 2 of the core K is surrounded by a sliding layer 8, the material of which has good sliding properties in relation to the stranding elements 3 to 5.
- a sliding layer 8 are materials based on polytetrafluoroethylene (PTFE).
- PTFE polytetrafluoroethylene
- the sliding layer 8 produced in this way can subsequently be thermally treated in a heating zone equipped, for example, with infrared radiators. It adheres well to the shell 2 and has a thickness lying between 5 .mu.m and 25 .mu.m.
- a film of PTFE with a thickness of at least 25 microns can be wrapped around the envelope 2 gapless.
- a film is advantageously made of foamed PTFE, preferably a low density unsintered PTFE.
- the sliding layer 8 is designed and arranged around the core K around, that the elastic deformability of the sheath 2 is not affected. On the other hand, the sliding layer 8 can follow any changes in shape of the shell 2 of the core K without problems.
- the line according to the invention can according to Fig. 3 be equipped with an overall electrical screen 9, which is disposed above the existing of the stranding 3 to 6 soul.
- a total screen 9 can be designed as a braid or as Umseilung.
- To build the same tinned copper wires can be used in conventional technology. With particular advantage but wires are used with better resilient properties.
- Such wires are advantageously tin-plated or nickel-plated copper-clad steel wires or high-strength chrome-nickel steel wires or tinned steel wires individually wrapped with tin-plated copper tapes.
- a protective cover 10 is formed, which is elastically compressible and advantageously consists of the same materials as the shell 2.
- the protective cover 10 is preferably again surrounded by a thin, for the sake of clarity not shown with sliding layer on which the overall shield 9 can slide well when twisting the line. She is with Advantage as well as the sliding layer 8 of the core K constructed.
- the jacket 7 is made of insulating material.
- the line according to the invention has in a preferred embodiment more than two wires.
- She can according to Fig. 4
- the data line 14 consists for example of four wires 15, which can be stranded together to form a so-called "star quad".
- an electrically effective screen which is designed for example as a braid or braiding of tinned or silver-plated copper wires.
- a thin sliding layer of a material is expediently formed around the data line 14, on which the screen can glide well.
- a film of PTFE is preferably used, which is formed around the data line 14 without gaps.
- Particularly suitable is a foamed, unsintered low density PTFE.
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Abstract
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine flexible elektrische Leitung für ortsveränderliche Verbraucher, die mindestens zwei jeweils aus einem elektrischen Leiter und einer denselben umgebenden Isolierung bestehende Adern als Verseilelemente aufweist, welche um einen Kern herum verseilt sind, der mit einem aus Kunststoff bestehenden zugfesten Element ausgerüstet ist, das von einer Hülle aus Isoliermaterial umgeben ist, in welcher in Längsrichtung verlaufende Dellen vorhanden sind, in denen die Verseilelemente liegen, und welche von einem gemeinsamen Mantel aus Isoliermaterial umgeben sind (
EP 1041585 B 1). - Derartige Leitungen werden beispielsweise zum Verbinden von ortsveränderlichen Geräten, insbesondere von Robotern, mit einer Spannungs- bzw. Signalquelle eingesetzt. Die Leitungen müssen mechanisch belastbar sein, mit einer auf lange Zeit gleichbleibenden Biegefestigkeit. Sie sollen auch in einem weiten Temperaturbereich gut biegbar bleiben, der beispielsweise zwischen -40 °C und +80 °C liegt. Von besonderer Bedeutung für solche Leitungen ist ihre Torsionsfestigkeit, da Roboter mit fortschreitender Technik immer beweglicher werden müssen, damit sie beispielsweise entlang von Fertigungsstraßen hin- und herbewegt werden können. Die Leitungen werden insbesondere dann dauernd in wechselnden Richtungen tordiert. In der Praxis werden Leitungen gefordert, die beispielsweise bis zu fünf Millionen Torsionszyklen Torsionsbelastungen um Winkel von beispielsweise ± 360° und mehr unbeschadet überstehen.
- Die bekannte Leitung nach der eingangs erwähnten
EP 1041585 B1 ist als flexible Starkstromleitung ausgeführt, die einen zentralen Kern aufweist, um den Energieadern, mindestens eine Steuerleitung und mindestens eine Datenleitung herumverseilt sind. Der Kern hat ein aus Kunststoff bestehendes zentrales Zugelement über dem eine Umhüllung aus einem vernetzten Material angebracht ist, in welcher für jedes herumverseilte Element eine der Kontur desselben angepaßte, sich über die ganze axiale Länge des Kerns erstreckende Eindellung angebracht ist. Mit dieser Starkstromleitung können neben Energie und Steuerbefehlen zusätzlich beispielsweise auch Meßdaten übertragen werden. Die gute Biegbarkeit der Starkstromleitung wird durch die spezielle Ausbildung des Kerns unterstützt, in dessen dem jeweiligen herumverseilten Element angepaßte Eindellungen diese Elemente beim Biegen der Starkstromleitung gleiten können. Diese Starkstromleitung hat sich in der Praxis bewährt. Maßnahmen, wie eine gleitende Beweglichkeit der verseilten Elemente relativ zum Kern erreicht werden soll, und zur Torsionsfestigkeit der Starkstromleitung sind in der Schrift nicht erwähnt. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs geschilderte Leitung so zu gestalten, daß sie eine erhöhte Torsionsfestigkeit hat.
- Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst,
- daß die Hülle des Kerns aus einem auf Dauer elastisch bleibenden, eindrückbaren Material besteht und
- daß die Hülle von einer Gleitschicht aus einem Material mit gegenüber den Verseilelementen guten Gleiteigenschaften umgeben ist.
- Wesentliches Element dieser Leitung ist der gleitfähig beschichtete, elastisch komprimierbare und zugfeste Kern, durch welchen Biegbarkeit und Torsionsfestigkeit der Leitung auf Dauer sichergestellt sind. Die gute Biegbarkeit der Leitung wird durch das aus Kunststoff bestehende zugfeste Element unterstützt. Die elastisch komprimierbare Hülle des Kerns gestattet eine Verlagerung bzw. ein Ausweichen der Verseilelemente, wenn dieselben beim Verdrehen der Leitung gegen den Kern gedrückt werden. Da die Verseilelemente außerdem wegen der Gleitschicht des Kerns leicht in axialer Richtung auf demselben gleiten können, kann eine Beschädigung derselben auch nach vielen Torsions- und Biegezyklen mit hoher Sicherheit ausgeschlossen werden.
- Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in den Zeichnungen dargestellt.
- Es zeigen:
-
Fig. 1 in schematischer Darstellung einen Querschnitt durch eine Leitung nach der Erfindung. -
Fig. 2 ein Element der Leitung in vergrößerter Darstellung. -
Fig. 3 die Leitung nachFig. 1 in ergänzter Ausführungsform. -
Fig. 4 eine weitere Ausführungsform der Leitung nach der Erfindung. - In
Fig. 1 ist eine flexible elektrische Leitung in einfachster Ausführungsform wiedergegeben, die als zentrales Element einen zugfesten Kern K aufweist. Der Kern K besteht aus einem zugfesten Element 1 aus Kunststoff und einer dasselbe umgebenden Hülle 2 aus einem elastisch eindrückbaren Material. Um den Kern K herumverseilt sind zwei Adern 3 und 4, bei denen es sich um Signaladern oder Energieadern handeln kann, und Füllelemente 5 und 6, durch welche zusammen mit den Adern 3 und 4 eine etwa kreisrunde Seele der Leitung gebildet ist. Die Verseilelemente und Füllelemente 3 bis 6 sind von einem Mantel 7 aus Isoliermaterial umgeben, der beispielsweise aus Polyurethan besteht. Die Hülle 2 des Kerns K wird beim Verseilen der Verseilelemente 3 bis 5 durch dieselben in radialer Richtung eingedrückt. Dabei werden im Kern K Dellen gebildet, die so wie es in denFig. 1, 3 und4 angedeutet ist. Die Dellen erstrecken sich in axialer Richtung wendelförmig. - Der Kern K hat gemäß
Fig. 2 in seiner Ursprungsform einen etwa kreisförmigen Querschnitt. Er kann je nach Art und Aufbau der Verseilelemente 3 bis 5 aber auch eine andere geometrische Form haben. Der Kern K kann im Querschnitt beispielsweise auch oval oder rechteckig sein. Die Hülle 2 kann mit Vorteil aus einem weichen, gelartigen thermoplastischen Elastomer (TPE-O) oder aus Silikon oder Gummi bestehen, und zwar auch in aufgeschäumter bzw. zelliger Form. Das zugfeste Element 1 besteht mit Vorteil aus Aramid. Es wird vorzugsweise ein Aramidgarn für das Element 1 eingesetzt. - Die Hülle 2 des Kerns K ist von einer Gleitschicht 8 umgeben, deren Material gute Gleiteigenschaften gegenüber den Verseilelementen 3 bis 5 hat. Geeignet für eine solche Gleitschicht 8 sind Materialien auf Basis von Polytetrafluorethylen (PTFE). Ein entsprechendes, in flüssiger Form vorliegendes Material, in dem PTFE-Nanopartikel enthalten sind, kann beispielsweise rundum auf die Hülle 2 aufgespritzt oder im Tauchverfahren aufgebracht werden. Die so erzeugte Gleitschicht 8 kann anschließend in einer beispielsweise mit Infrarotstrahlern ausgerüsteten Heizstrecke thermisch nachbehandelt werden. Sie haftet gut an der Hülle 2 und hat eine mit Vorteil zwischen 5 µm und 25 µm liegende Dicke.
- Als Gleitschicht 8 kann auch eine Folie aus PTFE mit einer Dicke von mindestens 25 µm lückenlos um die Hülle 2 herumgewickelt werden. Eine solche Folie besteht mit Vorteil aus geschäumtem PTFE, und zwar vorzugsweise aus einem ungesinterten PTFE niedriger Dichte.
- Die Gleitschicht 8 ist so ausgeführt und um den Kern K herum angeordnet, daß die elastische Verformbarkeit der Hülle 2 nicht beeinträchtigt wird. Andererseits kann die Gleitschicht 8 allen Formänderungen der Hülle 2 des Kerns K ohne Probleme folgen.
- Die Leitung nach der Erfindung kann gemäß
Fig. 3 auch mit einem elektrischen Gesamtschirm 9 ausgerüstet sein, der über der aus den Verseilelementen 3 bis 6 bestehenden Seele angeordnet ist. Ein solcher Gesamtschirm 9 kann als Geflecht oder als Umseilung ausgeführt sein. Zum Aufbau desselben können in üblicher Technik verzinnte Kupferdrähte eingesetzt werden. Mit besonderem Vorteil werden aber Drähte mit besseren federnden Eigenschaften eingesetzt. Solche Drähte sind mit Vorteil verzinnte oder vernickelte kupferplattierte Stahldrähte oder hochfeste Chrom-Nickel-Stahldrähte oder verzinnte Stahldrähte, die einzeln mit verzinnten Kupferbändchen umsponnen sind. - Es ist sinnvoll, für den Gesamtschirm 9 eine im wesentlichen kreisrunde Auflagefläche um die Seele der Leitung herum zu erzeugen. Dazu kann um die Verseilelemente und Füllelemente 3 bis 6, gegebenenfalls nach vorheriger Bandierung, eine Schutzhülle 10 herumgeformt werden, die elastisch komprimierbar ist und mit Vorteil aus den gleichen Materialien wie die Hülle 2 besteht. Die Schutzhülle 10 ist vorzugsweise wieder von einer dünnen, der Übersichtlichkeit halber nicht mit dargestellten Gleitschicht umgeben, auf welcher der Gesamtschirm 9 beim Tordieren der Leitung gut gleiten kann. Sie ist mit Vorteil ebenso wie die Gleitschicht 8 des Kerns K aufgebaut. Über dem Gesamtschirm 9 ist der Mantel 7 aus Isoliermaterial angebracht.
- Die Leitung nach der Erfindung weist in bevorzugter Ausführungsform mehr als zwei Adern auf. Sie kann gemäß
Fig. 4 beispielsweise aus drei Energieadern 11, 12 und 13 sowie einer Datenleitung 14 bestehen, die als Verseilelemente so wie für die Adern 3 und 4 geschildert, um den Kern K herum verseilt sind. Die Datenleitung 14 besteht beispielsweise aus vier Adern 15, die zu einem sogenannten "Sternvierer" miteinander verseilt sein können. Bei einer Übertragung von Daten in Frequenzbereichen > 500 kHz ist es außerdem sinnvoll, um die Datenleitung 14 herum einen elektrisch wirksamen Schirm anzuordnen, der beispielsweise als Geflecht oder Umspinnung aus verzinnten oder versilberten Kupferdrähten ausgeführt ist. Vor Anbringung eines solchen Schirms wird zweckmäßig erst eine dünne Gleitschicht aus einem Material um die Datenleitung 14 herumgeformt, auf welcher der Schirm gut gleiten kann. Für eine solche Gleitschicht wird vorzugsweise eine Folie aus PTFE verwendet, die lückenlos um die Datenleitung 14 herumgeformt wird. Besonders geeignet ist ein geschäumtes, ungesintertes PTFE niedriger Dichte.
Claims (10)
- Flexible elektrische Leitung für ortsveränderliche Verbraucher, die mindestens zwei jeweils aus einem elektrischen Leiter und einer denselben umgebenden Isolierung bestehende Adern als Verseilelemente aufweist, welche um einen Kern herum verseilt sind, der mit einem aus Kunststoff bestehenden zugfesten Element ausgerüstet ist, das von einer Hülle aus Isoliermaterial umgeben ist, in welcher in Längsrichtung verlaufende Dellen vorhanden sind, in denen die Verseilelemente liegen, und welche von einem gemeinsamen Mantel aus Isoliermaterial umgeben sind, dadurch gekennzeichnet,- daß die Hülle (2) des Kerns (K) aus einem auf Dauer elastisch bleibenden, eindrückbaren Material besteht und- daß die Hülle (2) von einer Gleitschicht (8) aus einem Material mit gegenüber den Verseilelementen (3,4,5) guten Gleiteigenschaften umgeben ist.
- Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Gleitschicht (8) ein Material auf der Basis von Polytetrafluorethylen eingesetzt ist.
- Kabel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitschicht (8) mit einer Schichtdicke von mindestens 5 µm durch Spritzen oder Tauchen auf die Hülle (2) aufgebracht ist.
- Kabel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Folie aus Polytetrafluorethylen mit einer Dicke von mindestens 25 µm lückenlos um die Hülle (2) herumgeformt ist.
- Kabel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie aus geschäumtem, ungesintertem Polytetrafluorethylen niedriger Dichte besteht.
- Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß über der aus Kern (K) und Verseilelementen bestehenden Seele eine Schutzhülle (10) aus einem elastisch eindrückbaren Material angebracht ist.
- Kabel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine als Gleitschicht dienende Folie aus Polytetrafluorethylen über der Schutzhülle (10) angebracht ist.
- Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein die aus Kern (K) und Verseilelementen sowie gegebenenfalls der Schutzhülle (10) mit Gleitschicht bestehende Seele umgebender Gesamtschirm (9) vorhanden ist.
- Kabel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtschirm (9) als Umseilung aus verzinnten oder vernickelten, kupferplattierten Stahldrähten ausgeführt ist.
- Kabel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtschirm (9) als Geflecht aus verzinnten oder vernickelten, kupferplattierten Stahldrähten ausgeführt ist.
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