EP2031604A2 - Flexible elektrische Leitung - Google Patents
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- H01B9/00—Power cables
- H01B9/003—Power cables including electrical control or communication wires
Definitions
- the invention relates to a flexible electrical line for portable consumers having at least two each consisting of an electrical conductor and a surrounding insulation existing cores as Verseilieri which surround a core made of insulating material with extending in the longitudinal direction dents in which the stranding , are herumverseilt, and which are surrounded by a common sheath of insulating material ( EP 1041585 B1 ).
- Such lines are used for example for connecting portable devices with a voltage or signal source.
- Mobile devices may be, for example, cranes, machine tools and robots.
- 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. If the lines are used, for example, as drag chain lines in automation technology, then they must also with larger lengths of up to 50 m movements with increased speeds of up to 5 m / sec in the horizontal direction and corresponding accelerations of up to 50 m / sec 2 on Survive unscathed. For example, "permanently" means up to 5 million bending cycles.
- 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 plastic central tension member over which a sheath of cross-linked material is mounted, in which for each umverseilte element one of the contour of the same adapted, is mounted over the entire axial length of the core extending indentation.
- the invention has for its object to make the above-described line so that it maintains its functionality without damage even with greater length and movements with high speed and acceleration over time.
- An essential element of this line is the lubricious coated, elastically compressible core, which is designed to be resistant to tension and resistant to compression.
- the durably moved, for example, in a drag chain line withstands the permanently occurring tensile and compression loads without damage.
- Such tensile loads can exceed values of 15 N / MM 2 to 20 N / mm 2 in the acceleration phase of up to 50 m / sec 2 for a cable which is freely movably arranged in a drag chain.
- the deceleration phase of such a drag chain compression forces act on the line, for which to the specified Acceleration values analogue values apply.
- the bending fatigue strength of the line is ensured by the core in the long term.
- the core or the elastically compressible material of the layer of insulating material thereof completely fills the inner gussets between the stranding elements, wherein the stranding elements are pressed into the same and lie in corresponding dimples of the insulating material. This results in a stable guidance of the stranding and a compact construction 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, mechanical damage thereof can be excluded even after many bending cycles with high safety.
- Fig. 1 is a flexible electrical line reproduced, which has a core K as a central element.
- the core K consists of a centrally arranged non-metallic, tensile and compression stable support 1 and the same surrounding layer 2 of an elastically compressible and permanently elastic insulating material.
- Around the core K are stranded four cores 3, 4, 5 and 6, of which the cores 3, 4 and 5, for example, energy wires and the core 6 may be a protective conductor.
- the wires 3 to 6 are hereinafter referred to as "stranding 3 to 6". They are - regardless of other, yet to be explained layers - surrounded by a jacket 7 outside of insulating material, which consists for example of polyurethane.
- the layer 2 of the core K is in the stranding of the stranding 3 to 6 pressed by the same in the radial direction.
- K dents are formed in the core, as it is in the Fig. 1 and 3 is indicated.
- the dents extend helically in the axial direction of the conduit.
- the core K has accordingly Fig. 2 in its original form an approximately circular cross-section. Depending on the type and construction of the stranding elements 3 to 6, however, it can also have a different geometric shape, for example oval or rectangular.
- the layer 2 of the core K 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 and compression stable support 1 may advantageously consist of tensile strength fibers of aramid, glass or basalt.
- the fibers are preferably completely embedded in a binder, for example in a polyester resin, in order to achieve the compression stability of the core K.
- Such tensile and compression stable support 1 has a modulus of elasticity of 50,000 N / mm 2 to 100,000 N / mm 2 and a tensile strength of between 1000 N / mm 2 and 2000 N / mm 2 .
- the layer 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 6.
- 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 layer 2 and has a thickness advantageously between 5 ⁇ m and 25 ⁇ m.
- a film of PTFE with a thickness of at least 25 microns can be wrapped around the layer 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, that the elastic deformability of the layer 2 is not affected. On the other hand, the sliding layer 8 can follow any changes in shape of the layer 2 of the core K without problems.
- the line according to the invention can according to Fig. 1 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.
- an inner sheath 10 can be extruded around the stranding elements 3 to 6, around which a protective sheath 11 is formed, which is elastically compressible and advantageously consists of the same materials as the layer 2 of the core K.
- the protective cover 11 is preferably surrounded by a thin sliding layer on which the overall screen 9 can slide well when moving the cable. It is advantageously constructed in the same way as the sliding layer 8 of the core K. Over the overall shield 9 of the aforementioned sheath 7 is attached.
- the line according to the invention can according to Fig. 3 be executed for example as a supply line for servo drives.
- a line has in addition to the related Fig. 1 explained stranding elements 3 to 6 (wires 3 to 6) as an additional stranding a shielded signal line 12.
- the signal line 12 consists of two signal wires 13, which are surrounded by two filling elements 14 by an electrically effective screen 15.
- the screen 15 is designed, for example, as a braiding or braiding of tinned or silver-plated copper wires. Before attaching the screen 15, a thin sliding layer made of a material is expediently formed around the signal wires 13, on which the screen 15 can slide well.
- a film of PTFE is preferably used, which is formed around the signal wires 13 gapless.
- Particularly suitable is a foamed, unsintered low density PTFE.
- the Signal line 12 is pressed into the layer 2 of the core K.
- the other structure of the line after Fig. 3 corresponds to that for the line after Fig. 1 described construction.
Landscapes
- Insulated Conductors (AREA)
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 aus Isoliermaterial bestehenden Kern mit in Längsrichtung verlaufenden Dellen, in denen die Verseilelemente liegen, herumverseilt sind, und welche von einem gemeinsamen Mantel aus Isoliermaterial umgeben sind (
EP 1041585 B1 ). - Derartige Leitungen werden beispielsweise zum Verbinden von ortsveränderlichen Geräten mit einer Spannungs- bzw. Signalquelle eingesetzt. Ortsveränderliche Geräte können beispielsweise Kräne, Werkzeugmaschinen und Roboter sein. 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. Wenn die Leitungen beispielsweise als Schleppkettenleitungen in der Automatisierungstechnik eingesetzt werden, dann müssen sie auch bei größeren Längen von bis zu 50 m Bewegungen mit erhöhten Geschwindigkeiten von bis zu 5 m/sec in horizontaler Richtung und entsprechenden Beschleunigungen von bis zu 50 m/sec2 auf Dauer unbeschadet überstehen. "Auf Dauer" bedeutet dabei beispielsweise bis zu 5 Millionen Biegezyklen.
- 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 ob eine Funktionsfähigkeit der Starkstromleitung bei Bewegungen mit hoher Geschwindigkeit und Beschleunigung auch bei großer Länge aufrechterhalten werden soll, sind in der Schrift nicht erwähnt. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs geschilderte Leitung so zu gestalten, daß sie ihre Funktionsfähigkeit auch bei größerer Länge und Bewegungen mit hoher Geschwindigkeit und Beschleunigung auf Dauer unbeschadet beibehält.
- Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst,
- daß in dem Kern zentral ein von einer Schicht aus Isoliermaterial umschlossener nichtmetallischer, zug- und stauchstabiler Träger angeordnet ist,
- daß die Schicht aus Isoliermaterial aus einem auf Dauer elastisch bleibenden, eindrückbaren Material besteht, das die Innenzwickel zwischen den Verseilelementen vollständig ausfüllt, und
- daß die Schicht aus Isoliermaterial von einer Gleitschicht aus einem Material mit gegenüber den Verseilelementen guten Gleiteigenschaften umgeben ist.
- Wesentliches Element dieser Leitung ist der gleitfähig beschichtete, elastisch komprimierbare Kern, der zugstabil und stauchstabil ausgeführt ist. Durch diesen Kern ist erreicht, daß die beispielsweise in einer Schleppkette dauerbewegte Leitung die permanent auftretenden Zug- und Stauchbelastungen ohne Beschädigungen aushält. Solche Zugbelastungen können für eine in einer Schleppkette frei beweglich angeordnete Leitung in der Beschleunigungsphase von bis zu 50 m/sec2 Werte von 15 N/MM2 bis 20 N/mm2 überschreiten. Während der Verzögerungsphase einer derartigen Schleppkette wirken Stauchkräfte auf die Leitung ein, für welche zu den angegebenen Beschleunigungswerten analoge Werte gelten. Außerdem ist die Biegewechselfestigkeit der Leitung durch den Kern auf Dauer sichergestellt. Der Kern bzw. das elastisch komprimierbare Material der Schicht aus Isoliermaterial desselben füllt die inneren Zwickel zwischen den Verseilelementen vollständig aus, wobei die Verseilelemente in dasselbe eingedrückt werden und in entsprechenden Dellen des Isoliermaterials liegen. Das ergibt eine stabile Führung der Verseilelemente und einen kompakten Aufbau der Leitung. Da die Verseilelemente außerdem wegen der Gleitschicht des Kerns leicht in axialer Richtung auf demselben gleiten können, kann eine mechanische Beschädigung derselben auch nach vielen Biegezyklen mit hoher Sicherheit ausgeschlossen werden.
- Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in den Zeichnungen dargestellt.
- Es zeigen:
-
Fig. 1 einen Querschnitt einer Leitung nach der Erfindung. -
Fig. 2 eine Einzelheit der Leitung in vergrößerter Darstellung. -
Fig. 3 einen Querschnitt einer gegenüberFig. 1 abgewandelte Ausführungsform der Leitung. - In
Fig. 1 ist eine flexible elektrische Leitung wiedergegeben, die als zentrales Element einen Kern K aufweist. Der Kern K besteht aus einem zentral angeordneten nichtmetallischen, zug- und stauchstabilen Träger 1 und einer denselben umgebenden Schicht 2 aus einem elastischen eindrückbaren und auf Dauer elastisch bleibenden Isoliermaterial. Um den Kern K herumverseilt sind vier Adern 3, 4, 5 und 6, von denen die Adern 3, 4 und 5 beispielsweise Energieadern und die Ader 6 eine Schutzleiterader sein können. Die Adern 3 bis 6 werden im folgenden als "Verseilelemente 3 bis 6" bezeichnet. Sie sind - unabhängig von weiteren, noch zu erläuternden Schichten - außen von einem Mantel 7 aus Isoliermaterial umgeben, der beispielsweise aus Polyurethan besteht. Die Schicht 2 des Kerns K wird beim Verseilen der Verseilelemente 3 bis 6 durch dieselben in radialer Richtung eingedrückt. Dabei werden im Kern K Dellen gebildet, so wie es in denFig. 1 und 3 angedeutet ist. Die Dellen erstrecken sich in axialer Richtung der Leitung wendelförmig. - Der Kern K hat entsprechend
Fig. 2 in seiner Ursprungsform einen etwa kreisförmigen Querschnitt. Er kann je nach Art und Aufbau der Verseilelemente 3 bis 6 aber auch eine andere geometrische Form haben, beispielsweise oval oder rechteckig. Die Schicht 2 des Kerns K 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. - Der zug- und stauchstabile Träger 1 kann mit Vorteil aus zugfesten Fasern aus Aramid, Glas oder Basalt bestehen. Die Fasern sind zur Erzielung der Stauchstabilität des Kerns K vorzugsweise vollständig in ein Bindemittel eingebettet, beispielsweise in ein Polyesterharz. Ein solcher zug- und stauchstabiler Träger 1 hat einen Elastizitätsmodul von 50.000 N/mm2 bis 100.000 N/mm2 und eine Reißfestigkeit, die zwischen 1000 N/mm2 und 2000 N/mm2 liegt.
- Die Schicht 2 des Kerns K ist von einer Gleitschicht 8 umgeben, deren Material gute Gleiteigenschaften gegenüber den Verseilelementen 3 bis 6 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 Schicht 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 Schicht 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 Schicht 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 Schicht 2 nicht beeinträchtigt wird. Andererseits kann die Gleitschicht 8 allen Formänderungen der Schicht 2 des Kerns K ohne Probleme folgen.
- Die Leitung nach der Erfindung kann gemäß
Fig. 1 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 3 bis 6 ein Innenmantel 10 herum extrudiert werden, um welchen eine Schutzhülle 11 herumgeformt wird, die elastisch komprimierbar ist und mit Vorteil aus den gleichen Materialien wie die Schicht 2 des Kerns K besteht. Die Schutzhülle 11 ist vorzugsweise von einer dünnen Gleitschicht umgeben, auf welcher der Gesamtschirm 9 beim Bewegen der Leitung gut gleiten kann. Sie ist mit Vorteil ebenso wie die Gleitschicht 8 des Kerns K aufgebaut. Über dem Gesamtschirm 9 ist der bereits erwähnte Mantel 7 angebracht.
- Die Leitung nach der Erfindung kann gemäß
Fig. 3 beispielsweise als Versorgungsleitung für Servoantriebe ausgeführt sein. Eine solche Leitung hat neben den im Zusammenhang mitFig. 1 erläuterten Verseilelementen 3 bis 6 (Adern 3 bis 6) als zusätzliches Verseilelement eine geschirmte Signalleitung 12. Die Signalleitung 12 besteht aus zwei Signaladern 13, die zusammen mit zwei Füllelementen 14 von einem elektrisch wirksamen Schirm 15 umgeben sind. Der Schirm 15 ist beispielsweise als Geflecht oder Umspinnung aus verzinnten oder versilberten Kupferdrähten ausgeführt. Vor Anbringung des Schirms 15 wird zweckmäßig erst eine dünne Gleitschicht aus einem Material um die Signaladern 13 herumgeformt, auf welcher der Schirm 15 gut gleiten kann. Für eine solche Gleitschicht wird vorzugsweise eine Folie aus PTFE verwendet, die lückenlos um die Signaladern 13 herumgeformt wird. Besonders geeignet ist ein geschäumtes, ungesintertes PTFE niedriger Dichte. Auch die Signalleitung 12 ist in die Schicht 2 des Kerns K eingedrückt. Der sonstige Aufbau der Leitung nachFig. 3 entspricht dem für die Leitung nachFig. 1 geschilderten Aufbau.
Claims (6)
- 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 aus Isoliermaterial bestehenden Kern mit in Längsrichtung verlaufenden Dellen, in denen die Verseilelemente liegen, herum verseilt sind, und welche von einem gemeinsamen Mantel aus Isoliermaterial umgeben sind, dadurch gekennzeichnet,- daß in dem Kern (K) zentral ein von einer Schicht (2) aus Isoliermaterial umschlossener nichtmetallischer, zug- und stauchstabiler Träger (1) angeordnet ist,- daß die Schicht (2) aus Isoliermaterial aus einem auf Dauer elastisch bleibenden, eindrückbaren Material besteht, das die Innenzwickel zwischen den Verseilelementen vollständig ausfüllt, und- daß die Schicht (2) aus Isoliermaterial von einer Gleitschicht (8) aus einem Material mit gegenüber den Verseilelementen guten Gleiteigenschaften umgeben ist.
- Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (1) aus zugfesten Fasern besteht, die vollständig in ein Bindemittel eingebettet sind, vorzugsweise in ein Polyesterharz.
- Kabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Gleitschicht (8) ein Material auf der Basis von Polytetrafluorethylen eingesetzt ist.
- Kabel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitschicht (8) mit einer Schichtdicke von mindestens 5 µm durch Spritzen oder Tauchen auf die Schicht (2) aus Isoliermaterial aufgebracht ist.
- Kabel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Folie aus Polytetrafluorethylen mit einer Dicke von mindestens 25 µm lückenlos um die Schicht (2) aus Isoliermaterial herumgeformt ist.
- Kabel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie aus geschäumtem, ungesintertem Polytetrafluorethylen niedriger Dichte besteht.
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