EP2117011A1 - Flexibler elektrischer Leiter - Google Patents

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EP2117011A1 EP08290380A EP08290380A EP2117011A1 EP 2117011 A1 EP2117011 A1 EP 2117011A1 EP 08290380 A EP08290380 A EP 08290380A EP 08290380 A EP08290380 A EP 08290380A EP 2117011 A1 EP2117011 A1 EP 2117011A1
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conductor
diameter
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filling
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
    • H01B7/0009—Details relating to the conductive cores
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a flexible electrical conductor, which consists of a number of stranded together, wire-shaped metallic base elements and disposed in the formed between two basic elements gussets and lying within the perimeter of the conductor metallic filling elements whose diameter is smaller than the diameter of the basic elements is ( DE 33 05 190 A1 ).
  • Such conductors have long been known as so-called stranded conductors and used for a wide variety of applications.
  • An essential feature of such a conductor is its good flexibility. It is used with a smaller cross-section, for example, in data lines or in lines for medical technology and with a slightly larger cross-section in lines for automation technology, shipbuilding or railways.
  • the line attenuation or the characteristic impedance of the conductors are of essential importance. Suitable values can generally be achieved with a correspondingly large conductor cross-section. However, there are also applications in which a maximum permissible conductor cross-section or a maximum diameter of a conductor consisting of conductor and insulation are prescribed. In order to be able to comply with the specified electrical values even with corresponding expenditure of conductive material (copper), the conductor is finally compressed by a drawing process. Its bendability is then significantly worsened.
  • the electrical conductor according to the above-mentioned DE 33 05 190 A1 has an electrically effective cross section of at least 4 mm 2 . It consists of three bundles of a larger number of fine wires and in the gussets between the bundles arranged strand elements. Due to the additional strand elements, the spatial cross-section of the conductor can be kept smaller with the same electrically effective cross section with respect to a conductor without the strand elements. This structure of the conductor applies to a cross section thereof of at least 4 mm 2 . Smaller and even much smaller cross-sections of a flexible conductor are excluded in this document. It also contains no indication of high-frequency data transmission.
  • the invention has for its object to make a conductor of the type described so that it has a suitable for high-frequency transmission purposes line attenuation while maintaining its good flexibility at a diameter of 1.0 mm maximum.
  • This ladder is simple yet dimensionally accurate because of the use of solid wires for primitives and fillers despite its very small dimensions. It can therefore be used with a maximum cross section of 0.62 mm 2 for existing or standardized systems for high-frequency data transmission.
  • the conductor is because of the massive wires with It is flexible, because the wires are arranged to be movable without final deformation in the conductor structure, and it has a low conductor resistance due to its increased by the filling elements content of electrically conductive material with correspondingly smaller line attenuation.
  • the conductor resistance can be adapted in this conductor in a simple manner by means of the filling elements very precisely to predetermined limits.
  • the maximum cross-section of the filling elements is given by the circumference of the conductor over which they should not protrude. However, they may also have a smaller cross-section, so that, if appropriate, a resulting smaller electrically effective cross-section results in unchanged conductor diameter for the conductor.
  • the central basic element can be constructed as well as the six basic elements arranged around it. However, it can also be designed as a preferably tinned steel wire, as a stainless steel wire or as a copper-plated steel wire to increase the tensile strength of the conductor.
  • the conductor resistance of the conductor can be adapted to predetermined limits with further variation possibilities.
  • a run rack 1 in which seven coils 2 and six coils 3 are arranged rotatably about their axes.
  • massive wires of electrically good conductive material are wound as basic elements 4, while on the seventh coil, a base member 5 is wound, which consist of electrically good conductive material or a preferably tin-plated steel wire, a Edeistahldraht or a copper-plated steel wire may be ,
  • On the Coils 3 are solid wires of electrically good conductive material wound as filling elements 6. The wires are withdrawn from the coils 2 and 3 by means of a known, not shown deduction in the direction of the arrow 7 and stranded in a stranding nipple 8 to a conductor 9 together.
  • the wires of the base elements 4 and the filling elements 6 are preferably made of copper. They can be used as bare wires. However, they can also be tinned, nickel-plated or silver-plated, for example.
  • the basic element 5 can - as already mentioned - as well as the basic elements 4 are executed. But it may also be a preferably tinned steel wire or a wire made of stainless steel or a copper-plated steel wire.
  • the run-off frame 1 can advantageously be rotated about its axis.
  • the lay length of the stranding is advantageously between 9 ⁇ D and 18 ⁇ D, with the diameter D of the conductor 9.
  • Fig. 1 purely schematically illustrated arrangement can be used in modern technology and coils in which the basic elements 4 and 5, as well as the filling elements 6 are each wound only on a spool.
  • all stranding elements are fanned out before the stranding point and passed through at least one distributor disc.
  • the centrally located base element 5 is optionally wound separately on a separate coil.
  • the conductor 9 is made according to Fig. 2 in a concentric structure of a centrally located base element 5 and six basic elements 4.
  • the six basic elements 4 are wound around the centrally located base elements 5 around.
  • the six filling elements 6 are located in the interstices between the six basic elements 4. Their cross-section or diameter is dimensioned so that they do not protrude beyond the dashed line perimeter 10 of the conductor 9. According to the graphic representation In Fig. 2 the filling elements 6 have the maximum permissible cross section. However, they can also have a smaller cross section for adapting the conductor resistance of the conductor 9 to given values.
  • the structure of the conductor 9 will be given below for two examples.
  • the seven basic elements 4 each have a diameter of 0.32 mm.
  • the diameter of the six filling elements 6 is in each case between 0.09 mm and 0.1 1 mm.
  • the total cross section of the conductor 9 is between 0.06 mm 2 and 0.62 mm 2 .
  • the seven basic elements 4 each have a diameter of 0.1 mm.
  • the diameter of the six filling elements 6 is in each case between 0.03 mm and 0.035 mm.
  • the total cross section of the conductor 9 is between 0.06 mm 2 and 0.061 mm 2 .

Landscapes

  • Insulated Conductors (AREA)
  • Non-Insulated Conductors (AREA)
  • Wire Processing (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)

Abstract

Es wird ein flexibler elektrischer Leiter (9) angegeben, welcher aus einer Anzahl von miteinander verseilten, drahtförmigen metallischen Grundelementen (4,5) und in den zwischen je zwei Grundelementen gebildeten Zwickeln angeordneten und innerhalb des Umkreises des Leiters liegenden metallischen Füllelementen (6) besteht, deren Durchmesser kleiner als der Durchmesser der Grundelemente ist. Grundelemente (4.5) und Füllelemente (6) sind als massive Drähte ausgeführt. Sieben Grundelemente (4,5) mit einem zwischen 0,1 mm und 0.32 mm liegenden Durchmesser sind in konzentrischem Aufbau angeordnet, von denen sechs Grundelemente (4) um ein zentral liegendes Grundelement (5) herum verseilt sind. In den Zwickeln zwischen den sechs Grundelementen (4) sind sechs Füllelemente (6) mit einem zwischen 0,03 mm und 0,11 mm liegenden Durchmesser angeordnet, die ohne nachträgliche Verformung innerhalb des Umkreises (10) des Leiters (9) liegen, und der Querschnitt des aus Grundelementen (4,5) und Füllelementen (6) gebildeten Leiters (9) liegt zwischen 0.06 mm2 und 0,62 mm2.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen flexiblen elektrischen Leiter, welcher aus einer Anzahl von miteinander verseilten, drahtförmigen metallischen Grundelementen und in den zwischen je zwei Grundelemente gebildeten Zwickeln angeordneten und innerhalb des Umkreises des Leiters liegenden metallischen Füllelementen besteht, deren Durchmesser kleiner als der Durchmesser der Grundelemente ist ( DE 33 05 190 A1 ).
  • Derartige Leiter sind als sogenannte Litzenleiter seit langem bekannt und für unterschiedlichste Anwendungen eingesetzt. Wesentliches Merkmal eines solchen Leiters ist seine gute Biegbarkeit. Er wird mit kleinerem Querschnitt beispielsweise in Datenleitungen oder in Leitungen für die Medizintechnik und mit etwas größerem Querschnitt in Leitungen für die Automatisierungstechnik, für den Schiffbau oder für Bahnen eingesetzt.
  • Für viele Anwendungen, beispielsweise für im Hochfrequenzbereich zu betreibende Datenleitungen, sind die Leitungsdämpfung bzw. der Wellenwiderstand der Leiter von wesentlicher Bedeutung. Geeignete Werte sind grundsätzlich mit einem entsprechend großen Leiterquerschnitt erreichbar. Es gibt aber auch Anwendungsfälle, in denen ein maximal zulässiger Leiterquerschnitt bzw. ein maximaler Durchmesser einer aus Leiter und Isolierung bestehenden Ader vorgeschrieben sind. Um auch dann mit entsprechendem Aufwand an leitendem Material (Kupfer) die angegebenen elektrischen Werte einhalten zu können, wird der Leiter abschließend durch einen Ziehvorgang komprimiert. Seine Biegbarkeit ist dann aber wesentlich verschlechtert.
  • Der elektrische Leiter nach der eingangs erwähnten DE 33 05 190 A1 hat einen elektrisch wirksamen Querschnitt von mindestens 4 mm2. Er besteht aus drei Bündeln aus einer größeren Anzahl feiner Drähte und in den Zwickeln zwischen den Bündeln angeordneten Litzenelementen. Durch die zusätzlichen Litzenelemente kann der räumliche Querschnitt des Leiters bei gleichem elektrisch wirksamem Querschnitt gegenüber einem Leiter ohne die Litzenelemente kleiner gehalten werden. Dieser Aufbau des Leiters gilt für einen Querschnitt desselben von mindestens 4 mm2. Kleinere und sogar sehr viel kleinere Querschnitte eines flexiblen Leiters sind in dieser Schrift ausgeschlossen. Sie enthält auch keinen Hinweis auf hochfrequente Datenübertragung.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Leiter der eingangs geschilderten Art so zu gestalten, daß er unter Beibehalt seiner guten Biegbarkeit bei einem Durchmesser von maximal 1,0 mm eine für hochfrequente Übertragungszwecke geeignete Leitungsdämpfung aufweist.
  • Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst,
    • daß Grundelemente und Füllelemente als massive Drähte ausgeführt sind,
    • daß sieben Grundelemente mit einem zwischen 0,1 mm und 0,32 mm liegenden Durchmesser in konzentrischem Aufbau angeordnet sind, von denen sechs Grundelemente um ein zentral liegendes Grundelement herum verseilt sind,
    • daß in den Zwickeln zwischen den Grundelementen sechs Füllelemente mit einem zwischen 0,03 mm und 0,11 mm liegenden Durchmesser angeordnet sind, die ohne nachträgliche Verformung innerhalb des Umkreises des Leiters liegen, und
    • daß der Querschnitt des aus Grundelementen und Füllelementen gebildeten Leiters zwischen 0,06 mm2 und 0,62 mm2 liegt.
  • Dieser Leiter ist wegen der Verwendung von massiven Drähten für Grundelemente und Füllelemente trotz seiner sehr kleinen Abmessungen einfach, aber maßgenau herstellbar. Er ist dadurch mit einem maximalen Querschnitt von 0,62 mm2 für bestehende bzw. genormte Systeme zur hochfrequenten Datenübertragung einsetzbar. Das gilt beispielsweise für mehradrige Datenleitungen, deren Leiter ohne Entfernung der sie umgebenden Isolierung an Stecker des bekannten bzw. genormten Steckersystems RJ-45 angeschlossen werden sollen. Der Leiter ist wegen der massiven Drähte mit herkömmlichen Anlagen herstellbar, er ist flexibel, weil die Drähte ohne abschließende Verformung im Leiteraufbau bewegbar angeordnet sind, und er hat wegen seines durch die Füllelemente erhöhten Inhalts an elektrisch leitendem Material einen niedrigen Leiterwiderstand mit dadurch entsprechend kleinerer Leitungsdämpfung. Der Leiterwiderstand kann bei diesem Leiter auf einfache Weise mittels der Füllelemente sehr genau an vorgegebene Grenzwerte angepaßt werden. Der maximale Querschnitt der Füllelemente ist durch den Umkreis des Leiters gegeben, über den sie nicht hinausragen sollen. Sie können jedoch auch einen kleineren Querschnitt haben, so daß sich für den Leiter gegebenenfalls auch ein resultierender kleinerer elektrisch wirksamer Querschnitt bei unverändertem Leiterdurchmesser ergibt.
  • Das zentral liegende Grundelement kann ebenso wie die sechs darum herum angeordneten Grundelemente aufgebaut sein. Es kann aber zur Erhöhung der Zugfestigkeit des Leiters auch als vorzugsweise verzinnter Stahldraht, als Edelstahldraht oder als kupferplattierter Stahldraht ausgeführt sein. Der Leiterwiderstand des Leiters kann dadurch mit weiteren Variationsmöglichkeiten an vorgegebene Grenzwerte angepaßt werden.
  • Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird im folgenden anhand der Zeichnungen erläutert.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1 in rein schematischer Darstellung eine Anordnung zur Herstellung des Leiters nach der Erfindung.
    • Fig. 2 einen Querschnitt des Leiters in vergrößerter Darstellung - ohne Schraffur der Schnittflächen.
  • In Fig. 1 ist schematisch ein Ablaufgestell 1 dargestellt, in dem sieben Spulen 2 und sechs Spulen 3 um ihre Achsen drehbar angeordnet sind. Auf sechs der Spulen 2 sind massive Drähte aus elektrisch gut leitendem Material als Grundelemente 4 aufgewickelt, während auf der siebten Spule ein Grundelement 5 aufgewickelt ist, das aus elektrisch gut leitendem Material bestehen oder ein vorzugsweise verzinnter Stahldraht, ein Edeistahldraht oder ein kupferplattierter Stahldraht sein kann. Auf den Spulen 3 sind massive Drähte aus elektrisch gut leitendem Material als Füllelemente 6 aufgewickelt. Die Drähte werden von den Spulen 2 und 3 mittels eines an sich bekannten, nicht mit dargestellten Abzugs in Richtung des Pfeiles 7 abgezogen und in einem Verseilnippel 8 zu einem Leiter 9 miteinander verseilt.
  • Die Drähte der Grundelemente 4 und der Füllelemente 6 bestehen vorzugsweise aus Kupfer. Sie können als blanke Drähte eingesetzt werden. Sie können beispielsweise aber auch verzinnt, vernickelt oder versilbert sein. Das Grundelement 5 kann - wie bereits erwähnt - ebenso wie die Grundelemente 4 ausgeführt sein. Es kann aber auch ein vorzugsweise verzinnter Stahldraht oder ein Draht aus Edelstahl oder ein kupferplattierter Stahldraht sein.
  • Für die Verseilung von Grundelementen 4 und 5 sowie Füllelementen 6 als Verseilelemente im Verseilnippel 8 kann das Ablaufgestell 1 mit Vorteil um seine Achse gedreht werden. Es ist jedoch auch möglich, die Verseilelemente von den Spulen 2 und 3 in einem feststehenden Ablaufgestell 1 abzuziehen und die Verseilung durch eine nicht mit dargestellte Aufwickelspule zu erreichen, auf welche der Leiter 9 aufgewickelt wird und die um ihre Achse gedreht wird. Die Schlaglänge der Verseilung liegt mit Vorteil zwischen 9 x D und 18 x D, mit dem Durchmesser D des Leiters 9.
  • Statt der in Fig. 1 rein schematisch dargestellten Anordnung können in moderner Technik auch Spulen eingesetzt werden, in denen die Grundelemente 4 und 5 ebenso wie die Füllelemente 6 jeweils nur auf einer Spule aufgewickelt sind. Bei der Herstellung des Leiters 9 werden alle Verseilelemente vor dem Verseilpunkt aufgefächert und durch mindestens eine Verteilerscheibe geführt. Das zentral liegende Grundelement 5 ist gegebenenfalls separat auf einer eigenen Spule aufgewickelt.
  • Der Leiter 9 besteht gemäß Fig. 2 in konzentrischem Aufbau aus einem zentral liegenden Grundelement 5 und sechs Grundelementen 4. Die sechs Grundelemente 4 sind um das zentral liegende Grundelemente 5 herumverseilt. Die sechs Füllelemente 6 liegen in den Zwickeln zwischen den sechs Grundelementen 4. Ihr Querschnitt bzw. Durchmesser ist so bemessen, daß sie nicht über den gestrichelt eingezeichneten Umkreis 10 des Leiters 9 hinausragen. Gemäß der zeichnerischen Darstellung In Fig. 2 haben die Füllelemente 6 den maximal zulässigen Querschnitt. Sie können aber zur Anpassung des Leiterwiderstandes des Leiters 9 an vorgegebene Werte auch einen kleineren Querschnitt haben.
  • Der Aufbau des Leiters 9 wird im folgenden für zwei Beispiele angegeben.
    • Beispiel 1
  • In einer Datenleitung für die industrielle Automatisierungstechnik im Schiffbau oder in Bahnleitungen haben die sieben Grundelemente 4 jeweils einen Durchmesser von 0,32 mm. Der Durchmesser der sechs Füllelemente 6 liegt jeweils zwischen 0,09 mm und 0,1 1 mm. Dcr Gesamtquerschnitt des Leiters 9 liegt zwischen 0,06 mm2 und 0,62 mm2.
    • Beispiel 2
  • In einer Datenleitung für die Medizintechnik oder die Mikro-Automatisierungstechnik haben die sieben Grundelemente 4 jeweils einen Durchmesser von 0,1 mm. Der Durchmesser der sechs Füllelemente 6 liegt jeweils zwischen 0,03 mm und 0,035 mm. Der Gesamtquerschnitt des Leiters 9 liegt zwischen 0,06 mm2 und 0,061 mm2.

Claims (7)

  1. Flexibler elektrischer Leiter, welcher aus einer Anzahl von miteinander verseilten, drahtförmigen metallischen Grundelementen und in den zwischen je zwei Grundelementen gebildeten Zwickeln angeordneten und innerhalb des Umkreises des Leiters liegenden metallischen Füllelementen besteht, deren Durchmesser kleiner als der Durchmesser der Grundelemente ist, dadurch gekennzeichnet,
    - daß Grundelemente (4,5) und Füllelementen (6) als massive Drähte ausgeführt sind,
    - daß sieben Grundelemente (4,5) mit einem zwischen 0,1 mm und 0,32 mm liegenden Durchmesser in konzentrischem Aufbau angeordnet sind, von denen sechs Grundelemente (4) um ein zentral liegendes Grundelement (5) herum verseilt sind,
    - daß in den Zwickeln zwischen den sechs Grundelementen (4) sechs Füllelemente (6) mit einem zwischen 0,03 mm und 0,11 mm liegenden Durchmesser angeordnet sind, die ohne nachträgliche Verformung innerhalb des Umkreises (10) des Leiters (9) liegen, und
    - daß der Querschnitt des aus Grundelementen (4,5) und Füllelementen (6) gebildeten Leiters (9) zwischen 0,06 mm2 und 0,62 mm2 liegt.
  2. Leiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zentral liegende Grundelement (5) ein Stahldraht ist, der vorzugsweise verzinnt ist.
  3. Leiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zentral liegende Grundelement (5) ein aus Edelstahl bestehender Draht ist.
  4. Leiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zentral liegende Grundelement (5) ein mit Kupfer plattierter Stahldraht ist.
  5. Leiter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundelemente (4,5) einen Durchmesser von 0,1 mm, die Füllelemente (6) einen Durchmesser von 0,03 mm bis 0,035 mm und der Leiter (9) einen Querschnitt von 0,06 mm2 bis 0,061 mm2 haben.
  6. Leiter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundelemente (4,5) einen Durchmesser von 0,32 mm, die Füllelemente (6) einen Durchmesser von 0,09 mm bis 0,11 mm und der Leiter (9) einen Querschnitt von 0,6 mm2 bis 0,62 mm2 haben.
  7. Leiter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlaglänge der miteinander verseilten Grund- und Füllelemente zwischen 9 x D und 18 x D liegt, mit dem Durchmesser D des Leiters (9).
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