EP2329503B1 - Mit geschäumtem polyurethan ummantelte elektrische leitung - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine ummantelte elektrische Leitung, umfassend mindestens einen elektrischen Leiter mit einer Isolierung, welche aus einem thermoplastischen Elastomer (TPE) besteht, und einen aus einem Kunststoff bestehenden Mantel.
• Eine ummantelte elektrische Leitung, umfassend mindestens einen elektrischen Leiter mit einer Isolierung und einen aus einem Kunststoff bestehenden Mantel ist in der DE 202 15 523 U1 beschrieben. Diese Leitung ist insbesondere für Antiblockiersysteme und Fühler von Drehzahlmesssystemen von Kraftfahrzeugen einsetzbar und hat sich in der Praxis bewährt. Die Leitung weist einen aus Polyurethan bestehenden Mantel auf. Der Mantel besteht insbesondere aus Polyether-Polyurethan, welches bevorzugt eine Härte im Bereich von 75 bis 95 Shore A aufweisen kann. Für die Auswahl der Isolierung des Leiters, für die in der DE 202 15 523 U1 ein Ethylen-Vinylacetat-Copolymer (EVA) als bekannt genannt wird, spielen in der Praxis die dielektrischen Kenngrößen, insbesondere die relative Dielektrizitätskonstante, eine wesentliche Rolle, weil diese Größen entscheidenden Einfluss auf das Isolationsvermögen der Leitung haben. Um bei Wahrung einer hohen Wärmeformstabilität eine verbesserte RecyclingFähigkeit zu erreichen, sieht das genannte Gebrauchsmuster vor, auch die Isolierung des Leiters aus Polyurethan herzustellen, wobei dieses eine Härte im Bereich von 55 bis 64 Shore D aufweist. Bei diesem Polyurethan-Werkstoff handelt es sich insbesondere um einen thermoplastischen Werkstoff, der wieder aufschmelzbar ist und daher leicht einem Recycling unterworfen werden kann.
• Die DE 34 44 500 A1 beschreibt ein elektrisches oder optisches Kabel, insbesondere ein mehradriges elektrisches Energiekabel, dessen Leiter, dessen Seele aus den Adern besteht, von einer Umhüllung aus isolierenden Werkstoffen umgeben ist. Mindestens eine außen liegende Schicht dieser Umhüllung besteht dabei ganz oder teilweise aus einem strahlenvernetzten Polyurethan. Bei einem als Ausführungsbeispiel beschriebenen zweischichtigen Aufbau der Umhüllung besteht diese im Bereich eines Innenmantels aus Silikonkautschuk, der von einem Außenmantel, der eine Schutzhülle aus dem strahlenvernetzten Polyurethan bildet, umgeben ist. Die Schutzhülle kann aus einem geschäumten und vernetzten Polyurethan bestehen.
• Die DE 30 05 615 A1 beschreibt ein elektrisches, flexibles Kabel mit besonderer Schwimmfähigkeit, bei dem ein flexibles Grundkabel koaxial mit einem geschäumten Kunststoffband mit großem Porenvolumen, vorzugsweise auf Polyäthylen- oder Polyurethanbasis, spiralförmig umhüllt ist. Die Begrenzung der von dem umhüllenden Band gebildeten Außenkontur erfolgt durch einen ebenfalls koaxial darüber angeordneten Kunststoffmantel, vorzugsweise auf Polyurethanbasis.
• Die DE 202 15 523 U1 verweist hinsichtlich der technischen Anforderungen, die an derartige Leitungen gestellt werden, auf die Bosch-Vorschrift VS 18296-NKA (Oktober 2001) und nimmt im Besonderen neben der Recyclingfähigkeit auf die technischen Parameter Wärmeformbeständigkeit und Biegewechselfestigkeit nach VDE 0472-603/J Bezug. Zu weiteren, insbesondere mechanischen Eigenschaften, die für den Einsatz von Leitungen der eingangs genannten Art von Bedeutung sind, gehört neben der Masse der Leitung auch das Torsionsverhalten. Für die Verarbeitbarkeit der Leitungen spielt auch die Forderung eine Rolle, dass die Leitung, gegebenenfalls auch über größere Leitungsstücke hinweg, in einfacher Weise abmantelbar sein soll.
• Die WO 01/61711 offenbart eine Leitung der eingangs genannten Art mit einem Mantel auf Polymer-Basis mit anorganischen, schwer entflammbaren Zusätzen. Der Mantel umfasst hierbei eine Außen-, eine Zwischen- und eine Innenschicht, wobei die Zwischenschicht geschäumt ist. Die WO 01/61711 A1 nimmt Bezug auf ein gattungsgemäß aufgebautes Kabel WO 98/52197 A1 , dessen Flammwidrigkeit verbessert werden soll. Das vorbekannte Kabel wies bereits eine Schicht aus einem geschäumten polymeren Material mit vorherbestimmten mechanischen Festigkeitseigenschaften und einem vorherbestimmten Schäumungsgrad auf, wodurch eine hohe Schlagfestigkeit eingestellt werden konnte.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Leitung der eingangs genannten Art zu schaffen, die im Hinblick auf die vorstehend genannten mechanischen und Verarbeitungseigenschaften eine verbesserte Qualität aufweist.
• Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass der Mantel aus einem thermoplastischen Polyurethan-Elastomer besteht und eine Innen-, eine Zwischen- und eine Außenschicht umfasst, wobei die Außenschicht und/oder die Innenschicht eine geschäumte Schicht ist, und wobei die Zwischenschicht eine ungeschäumte Schicht ist. Hierbei kann im Detail vorgesehen sein, dass der Mantel aus mehreren Teilschichten besteht, von denen mindestens eine geschäumt ist. Aufgrund der schwammigen Struktur einer geschäumten Schicht, bei der es sich insbesondere um ein gasgefülltes geschlossenzelliges Material handeln kann, verringert sich durch die Erfindung vorteilhafterweise die spezifische Masse der Leitung, das Abmanteln über größere und übergroße Leitungslängen wird erleichtert, und es verbessern sich das Torsionsverhalten sowie durch eine dämpfende Wirkung der geschäumten Schicht die mechanische Druckbeständigkeit und die Biegewechselfestigkeit.
• Thermoplastische Polyurethan-Elastomere (TPU) sind teilkristalline Werkstoffe und gehören zu der Klasse der thermoplastischen Elastomere. Sie stellen Hochleistungswerkstoffe dar, welche in ihrem Eigenschaftsbild dynamische Belastbarkeit, hohe Flexibilität in einem weiten Temperaturbereich, hohe Verschleißfestigkeiten sowie Knick- und Reißfestigkeiten (Einreiß- und Weiterreißwiderstand) mit guten Beständigkeiten gegen den Einfluss von Öl, Fett und Lösungsmitteln, die Witterung, Ozon und UV-Strahlung, sowie hydrolytisch wirkende Substanzen und Mikroben kombinieren. Sie sind wieder aufschmelzbar und können daher leicht einem Recycling unterworfen werden.
• Insbesondere aus der Schuhherstellung sind an sich Verfahren bekannt, um thermoplastische Polyurethane mit Treibmitteln zur Herstellung von Schuhsohlen zu verschäumen. Es ist dabei mit Vorteil möglich, durch den relativen Anteil von sogenannten Hart- und Weichsegmenten die Eigenschaften, wie beispielsweise die Festigkeit, Härte und Flexibilität des herzustellenden TPU, in weiten Grenzen zu variieren. Die Hartsegmente werden dabei durch für bei der Herstellung eingesetzte Diisocyanate und kurzkettige Diole, und die Weichsegmente durch Diisocyanate und langkettige Diole gebildet.
• Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen sowie der folgenden Beschreibung enthalten.
• Anhand mehrerer Ausführungsbeispiele soll im Folgenden die Erfindung näher erläutert werden. Dabei zeigt:

Fig. 1

einen Querschnitt durch eine mögliche Ausführung einer erfindungsgemäßen Leitung.

• Wie sich aus Fig. 1 ergibt, besteht eine erfindungsgemäße ummantelte elektrische Leitung aus mindestens einem elektrischen Leiter 1, der von einer Isolierung 2 umgeben ist, und einem aus Kunststoff bestehenden Mantel 3. In diesem Ausführungsbeispiel sind exemplarisch vier, vorzugsweise miteinander verseilte, elektrische Leiter 1 mit ihren Isolierungen 2 dargestellt.
• Der Leiter 1 kann aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff in Form von Litzen oder in Form eines Drahtes bestehen, der bevorzugt einen Durchmesser im Bereich von 0,03 mm bis 3,0 mm aufweisen kann. Ein für den Leiter 1 eingesetzter Draht kann dabei auch aus einer Mehrzahl von Einzeldrähten 1 a gebildet sein.
• Die Isolierung 2 des Leiters 1 besteht erfindungsgemäß aus einem thermoplastischen Elastomer (TPE), insbesondere styrolhaltigen TPE, einem Polyolefin, wie Polypropylen (PP), einem Ethylen-Vinylacetat-Copolymer (EVA) oder einem Fluorpolymer, wie FEP (Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylen-Copolymerisat).
• Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Mantel 3 eine geschäumte Schicht 4 umfasst. Der Mantel 3 besteht aus einem thermoplastischen Polyurethan (TPU), bei dem es sich insbesondere um ein Polyether-Polyurethan handeln kann. Auch der Einsatz eines Polyester-Polyurethans ist aufgrund seiner höheren thermischen Stabilität mit Vorteil möglich.
• Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist im Mantel 3 ebenfalls zwischen der Außenschicht 5 und der Innenschicht 6 eine Zwischenschicht 7 angeordnet. Hierbei ist jedoch vorgesehen, dass diese Zwischenschicht 7 eine ungeschäumte Schicht ist, während die Außenschicht 5 und die Innenschicht 6 geschäumte Schichten 4 sind. Hierdurch wird mit Vorteil neben der Gewichtsreduzierung insbesondere ein im Vergleich zu einem ungeschäumten Mantel erhöhter Klapperschutz erzielt. Bei der dritten Ausführung ist die Innenschicht 6 die geschäumte Schicht 4, die Außenschicht 5 ist ungeschäumt. Hierdurch wird neben der Gewichtsreduzierung mit Vorteil insbesondere ein im Vergleich zu einem ungeschäumten Mantel verbessertes Abmantelverhalten erzielt.
• Es ist möglich, dass die Anzahl der Leiter 1 oder die geometrischen Abmaße einer erfindungsgemäßen elektrischen Leitung, wie eine Dicke der einzelnen Schichten 3, 4, 5, 6, 7, in weiten Grenzen variieren, ohne dass der Rahmen der Erfindung verlassen wird. Um eine Eigenschaft der erfindungsgemäßen elektrischen Leitung auf einen bestimmten Wert einzustellen, kann auch ein Schäumungsgrad der geschäumten Schicht 4, variiert werden. Unter Schäumungsgrad wird dabei ein Volumenanteil von Gas im Gesamtvolumen der geschäumten Schicht verstanden. So kann der Schäumungsgrad innerhalb der werkstoffbedingten Grenzen in Kombination mit den optimalen Dickenverhältnissen der einzelnen Schichten 3, 4, 5, 6, 7 ausschlaggebend für die Qualität einer insbesondere hoch torsions- und biegewechselbeständigen erfindungsgemäßen elektrischen Leitung sein.
• Die Schichten 4, 5, 6, 7 können insbesondere durch Ko- oder Tandemextrusion miteinander verbunden sein. Die Stärke der Haftung der einzelnen Schichten 4, 5, 6, 7 aneinander wird dabei sowohl durch das Herstellungsverfahren, als auch die Natur der Schichtwerkstoffe bestimmt. Auch ein Aufbau des Mantels 3 mit mehr als drei, wie beispielsweise vier oder fünf Schichten, von denen mindestens zwei Schichten geschäumte Schichten 4 sind, fällt in den Rahmen der Erfindung. Bei einem vier- oder fünfschichtigen Aufbau können beispielsweise die Außenschicht 5, die Innenschicht 6 und/oder ein oder zwei Zwischenschichten 7 geschäumte Schichten 4 sein.
• Durch eine geeignete Kombination von geschäumten und ungeschäumten Schichten und/oder Schichten aus unterschiedlichen Werkstoffen kann das Eintreten von unerwünschten Eigenschaftsänderungen, wie eine Reduzierung der Abriebfestigkeit, minimiert oder ganz unterbunden werden. Eine über einer TPU-Schicht liegende fluorhaltige Polymerschicht wird insbesondere als geeignet angesehen, eine Quellung der TPU-Schicht in verschiedenen Medien herabzusetzen.
• Für die Isolierung 2 kann bevorzugt der aus der eingangs genannten DE 202 15 523 U1 bekannte Werkstoff eingesetzt werden, wobei damit der weitere Vorteil verbunden ist, dass der Leiter 1 in blanker, unverzinnter Ausführung eingesetzt werden kann.
• Die Einsatzgebiete einer erfindungsgemäßen Leitung sind nicht auf Anwendungen für Antiblockiersysteme und Fühler von Drehzahlmesssystemen von Kraftfahrzeugen beschränkt. Sie liegen bevorzugt überall dort, wo eine hohe Torsions- und/oder Biegewechselbeständigkeit erforderlich ist, wie beispielsweise bei bestimmten Sensor- und bei Schleppkettenleitungen.
Bezugszeichen

1

Leiter

1a

Einzeldraht von 1

2

Isolation

3

Mantel

4

geschäumte Schicht

5

Außenschicht von 3

6

Innenschicht von 3

7

Zwischenschicht

Claims (3)

1. Ummantelte elektrische Leitung, umfassend mindestens einen elektrischen Leiter (1) mit einer Isolierung (2), welche aus einem thermoplastischen Elastomer (TPE), vorzugsweise aus einem styrolhaltigen thermoplastischen Elastomer, aus Polypropylen (PP) oder aus einem anderen Polyolefin, aus einem Ethylen-Vinylacetat-Copolymer (EVA) oder aus einem Fluorpolymer, wie einem Copolymerisat aus Tetrafluorethylen und Hexafluorpropylen (FEP), besteht, und einen aus einem thermoplastischen Polyurethan-Elastomer bestehenden Mantel (3), der eine geschäumte Schicht (4) umfasst, und aus einer Außenschicht (5) und einer Innenschicht (6) gebildet ist, wobei zwischen der Außenschicht (5) und der Innenschicht (6) mindestens eine Zwischenschicht (7) angeordnet ist, wobei die Außenschicht (5) und/ oder die Innenschicht (6) eine geschäumte Schicht (4) ist, und wobei die Zwischenschicht (7), eine ungeschäumte Schicht ist.
2. Leitung nach Anspruch 1 ,
   dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten (4,5,6,7) durch Ko- oder Tandemextrusion miteinander verbunden sind.
3. Leitung nach Anspruch 1 oder 2,
   gekennzeichnet durch zwei oder mehr mit einer Isolierung (2) umgebene elektrische Leiter (1), die insbesondere miteinander verseilt sind.

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