EP2346050B1 - Zugfester elektrischer Leiter - Google Patents

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EP2346050B1
EP2346050B1 EP10013736.3A EP10013736A EP2346050B1 EP 2346050 B1 EP2346050 B1 EP 2346050B1 EP 10013736 A EP10013736 A EP 10013736A EP 2346050 B1 EP2346050 B1 EP 2346050B1
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EP
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wires
tension
electrical conductor
copper
wire
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Wolfgang Dlugas
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HEW Kabel GmbH and Co KG
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HEW Kabel GmbH and Co KG
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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 subject of the present invention is a tension-resistant electrical conductor comprising a central core wire and at least two wire layers arranged above the core wire.
  • Such a conductor is for example in the EP 2 096 645A1 described, the desired tensile strength is achieved by an over the core wire of copper arranged layer of steel wires. Should be used such a conductor with a suitable insulation in particular for wiring or sensor cables in the automotive industry, where it depends on small cross-sections and thus good flexibility and high flexibility and high tensile strength.
  • a stranded conductor which consists of a plurality of stranded or twisted individual wires or individual wire bundles of copper or a copper alloy with a surrounded by at least one outer layer heart.
  • the heart of hard-drawn, ie cold-formed, wires also includes an outer layer of annealed wires or wire bundles.
  • Surrounding the centerpiece is a further layer of individual wires, optionally provided with another layer of individual wires that are stranded or gashed with the centerpiece.
  • the wires forming the core central wire and single wires of the first layer
  • the individual wires which surround the core and consist of annealed wire, cause the splicing of the outer wires does not occur when cutting the stranded conductor, so that the ends of the stranded conductors can be easily inserted into the openings of plug-in elements.
  • All wires of the stranded conductor consist of a copper-silver alloy.
  • the invention is therefore based on the object, the conductor of an electrical cable or a line of small outer dimensions in such a way that it is highly flexible and tensile strength, but also easily closed by a simple, in today's connection technology as a particularly rational evaluated crimp seal gas-tight.
  • an inner first wire layer is arranged from a circumferentially changing sequence of copper wires and wires higher tensile strength and the outer second or any other wire layer consists exclusively of copper wires.
  • the wires of increased tensile strength in the conductor strand in contrast to the known conductor are arranged in a star shape and thus allow increased flexibility, without the demanded tensile strength is impaired. If, as in aviation, more emphasis is placed on a reduction in weight, then the inventively constructed electrical conductors are of particular importance here as well.
  • a particular advantage of the invention lies in the fact that in a radial pressing force exerted by the circumference by a deformation of the softer copper wires, all cavities in the conductor filled to the core wire and thus, for. a remote, i. stripped conductor end, gas-tight.
  • the wires of increased tensile strength following the densification of the conductor are practically embedded in a copper matrix.
  • the copper matrix provides an extremely good and durable electrical contact connection to the surrounding connection part, such as a crimp contact.
  • Such a conductor is therefore to be used with particular advantage where, as in the automotive sector, but also in aerospace technology, special requirements for the electrical supply cable or lines in terms of flexibility, tensile strength and corrosion resistance are provided with a secure contact ability.
  • the wires of increased tensile strength may, for example, be high-alloyed copper wires, but in the practice of the invention, steel wires and in particular wires made of stainless steel will be used which have an even higher tensile strength and are corrosion-resistant in the case of stainless steel.
  • a thus formed stranded conductor has a tensile force of at least 200 N.
  • the copper wire used as the core wire and arranged in the individual wire layers of copper wires can be in continuation of the invention bare copper wires, but it has proven particularly advantageous to use for the purposes of the invention, nickel-plated, tin-plated or silvered copper wires.
  • the electrical conductor according to the invention may, depending on the purpose of use a variety of insulation over the outermost copper wire layer.
  • the insulation can consist of a polyvinyl chloride (PVC), polyethylene (PE) or else of a rubber or silicone rubber material, or also be prepared from a polymer based on polyether ketones (PEK, PEEK, PEKK). If, as in automotive engineering, for example, increased demands in terms of corrosion resistance and resistance to aggressive media, such as oils and fats made, then you will continue to use the invention as an insulating material for the electrical conductor rather fluoropolymers.
  • PVC polyvinyl chloride
  • PE polyethylene
  • PEKK polyether ketones
  • Such fluoropolymers may be thermoformable polymers such as the perfluoroalkoxy copolymer (PFA), perfluoroethylene propylene (FEP), ethylene tetrafluoroethylene (ETFE) or even a tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (TFA / PFA) or similar fluoropolymers.
  • PFA perfluoroalkoxy copolymer
  • FEP perfluoroethylene propylene
  • ETFE ethylene tetrafluoroethylene
  • TFA tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer
  • similar fluoropolymers such as the perfluoroalkoxy copolymer (PFA), perfluoroethylene propylene (FEP), ethylene tetrafluoroethylene (ETFE) or even a tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (TFA
  • a non-deformable in the heat fluoropolymer This is a polytetrafluoroethylene (PTFE) or a modified by addition Poytetrafluorethylen, if this modified polytetrafluoroethylene is not deformable in the heat.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • Poytetrafluorethylen if this modified polytetrafluoroethylene is not deformable in the heat.
  • the invention is based on the in the Fig. 1 and 2 illustrated embodiments explained in more detail.
  • the Fig. 1 shows a section through an electrical cable 1, for example as a connecting line for the arranged in a motor vehicle lambda probe.
  • the electrical conductor of this cable 1 according to the invention consists of the central core wire 2 made of copper.
  • this core wire 2 made of copper.
  • six individual wires are arranged, these individual wires being formed as copper wires 3 and as steel wires 4, which alternate in sequence in the circumferential direction. This results in a star-shaped arrangement of the tensile and therefore rather stiff steel wires 4 with the result that the flexibility of the extremely thin cable is hardly affected.
  • a further twelve copper wires 5 are arranged, they form in the embodiment, the outermost wire layer on which finally the insulation 6 is applied.
  • the diameter of both the core wire 2, the copper wires 3 and 5 and the steel wires 4 is in the illustrated embodiment, 0.16 mm, so that there is a total diameter of the conductor of only about 0.75 mm. If, as in the present case, the cable 1 serves as a supply line for a lambda probe, the conductor insulation 6 is therefore advantageously made of polytetrafluoroethylene (PTFE), resulting in a total diameter of the inventive cable 1 of only about 1.31 mm.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the Fig. 2 shows the pressed conductor end 7 with the crimp contact 8 and a resulting from the compression of the copper wires 2,3 and 5 copper matrix 9, in which the steel wires 4 are embedded.
  • the crimp according to the invention is gas-tight and thus corrosion-resistant.
  • the targeted construction of the electrical conductor and the subsequent deformation of the conductor end 7 together with an enclosing crimp sleeve (8), a particularly intimate, good electrical connection between the conductor of the cable 1 according to the invention and the crimp contact is achieved. This results in a constant volume resistance over the entire circumference of the conductor end.
  • the inventive construction of the electrical conductor leads to a prefabrication of e.g. Wire harnesses with crimp contacts of high, consistent quality and high wiring speeds.
  • the invention is not limited to the embodiment and thus to the use of the cable 1 according to the invention in automotive engineering.
  • Other possible uses are, for example, the mentioned aviation industry as well as the wide area of data transmission.

Landscapes

  • Non-Insulated Conductors (AREA)
  • Insulated Conductors (AREA)

Description

  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein zugfester elektrischer Leiter aus einem zentralen Kerndraht und mindestens zwei über dem Kerndraht angeordneten Drahtlagen.
  • Ein solcher Leiter ist beispielsweise in der EP 2 096 645A1 beschrieben, die angestrebte Zugfestigkeit wird hierbei durch eine über dem Kerndraht aus Kupfer angeordnete Lage aus Stahldrähten erreicht. Verwendet werden soll ein solcher Leiter mit einer geeigneten Isolierung insbesondere für Verdrahtungs- oder Sensorleitungen in der Kraftfahrzeugindustrie, wo es auf geringe Querschnitte und damit auf eine gute Biegbarkeit und eine hohe Flexibilität sowie hohe Zugfestigkeiten ankommt.
  • Aus der EP 1 191 545 A1 ist ein Litzenleiter bekannt, der aus einer Vielzahl miteinander verseilter oder verwürgter Einzeldrähte oder Einzeldrahtbündel aus Kupfer oder einer Kupferlegierung mit einem von zumindest einer Außenlage umgebenen Herzstück besteht. Das Herzstück aus hartgezogenen, d.h. kaltverformten, Drähten umfasst ferner eine Außenlage aus weichgeglühten Drähten oder Drahtbündeln. Das Herzstück umgebend ist eine weitere Lage aus Einzeldrähten, ggf. noch eine weitere Lage aus Einzeldrähten vorgesehen, die mit dem Herzstück verlitzt oder verwürgt sind. Die das Herzstück bildenden Drähte (Zentraldraht und Einzeldrähte der ersten Lage) weisen als hartgezogene Drähte eine hohe Zugfestigkeit auf. Die Einzeldrähte, die das Herzstück umgeben und aus weichgeglühten Draht bestehen, führen dazu, dass beim Durchtrennen des Litzenleiters ein Aufspleißen der außenliegenden Drähte nicht auftritt, so dass die Enden der Litzenleiter ohne Schwierigkeiten in die Öffnungen von Steckelementen eingeführt werden können. Alle Drähte des Litzenleiters bestehen aus einer Kupfer-Silber-Legierung.
  • Gerade im Bereich der Sensorleitungen aber, etwa bei den Zuleitungen für die sog. Lambdasonden am Abgaskatalysator eines Kraftfahrzeuges, wird zunehmend gefordert, dass diese Leitungen an ihren Enden gasdicht verschließbar sind, beispielsweise dann, wenn das ausgewählte Leitungsende mit einem sog. Crimpkontakt abgeschlossen wird. Werden hierbei, wie allgemein bekannt, nach Entfernen der Leiterisolierung die Leiterdrähte mittels einer umgelegten Kontakthülse miteinander verpresst, dann bildet die bekannte geschlossene Stahldrahtlage über dem Kerndraht ein tragendes Gewölbe, das ein Zusammenpressen aller Drähte, einschließlich des Kerndrahtes, verhindert. Die Folge sind im Innern des Leiters längsverlaufende Kanäle, die unter Feuchtigkeitseinwirkung von außen zu Korrosionen im Leiter führen, aber auch eine durch die geschlossene Stahldrahtlage bewirkte verringerte Flexibilität.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Leiter eines elektrischen Kabels oder einer Leitung geringer äußerer Abmessungen so auszubilden, das er hochflexibel und gleichzeitig zugfest ist, aber auch problemlos durch eine einfache, in der heutigen Anschlusstechnik als besonders rationell bewertete Quetschverbindung gasdicht verschließbar ist.
  • Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass über dem zentralen Kerndraht aus Kupfer oder einer Kupferlegierung eine innere erste Drahtlage aus einer in Umfangsrichtung wechselnden Folge von Kupferdrähten und Drähten höherer Zugfestigkeit angeordnet ist und die äußere zweite oder jede weitere Drahtlage ausschließlich aus Kupferdrähten besteht. Für eine übliche Anordnung von sechs Drähten in der ersten Drahtlage eines sog. Litzenleiters bedeutet dies, dass die Drähte erhöhter Zugfestigkeit in der Leiterlitze im Gegensatz zum bekannten Leiter sternförmig angeordnet sind und damit eine erhöhte Flexibilität zulassen, ohne dass die nachgefragte Zugfestigkeit dadurch beeinträchtigt wird. Wird, wie in der Luftfahrt, in zunehmendem Maße besonderer Wert auf eine Gewichtsreduzierung gelegt, dann sind auch hier die erfindungsgemäß ausgebildeten elektrischen Leiter von besonderer Bedeutung.
  • Ein besondere Vorteil der Erfindung liegt noch darin, dass bei einer vom Umfang her ausgeübten radialen Presskraft durch eine Verformung der weicheren Kupferdrähte sämtliche Hohlräume im Leiter bis zum Kerndraht hin ausgefüllt und damit z.B. ein abgesetztes, d.h. abisoliertes Leiterende, gasdicht verschlossen wird. Nach der Erfindung sind nämlich die Drähte erhöhter Zugfestigkeit im Anschluss an die Verdichtung des Leiters praktisch in einer Kupfermatrix eingebettet. Neben der Gasdichtigkeit des Leiterendes ist noch entscheidend, dass die Kupfermatrix eine extrem gute und dauerhafte elektrische Kontaktverbindung zum umgebenden Anschlussteil, etwa einem Crimpkontakt, liefert. Ein solcher Leiter ist daher mit besonderem Vorteil dort einzusetzen, wo, wie im Kraftfahrzeugbereich, aber auch in der Luftfahrttechnik, spezielle Anforderungen an die elektrischen Versorgungskabel oder-leitungen hinsichtlich Flexibilität, Zugfestigkeit sowie Korrosionsfestigkeit bei einer sicheren Kontaktfähigkeit gestellt werden.
  • Die Drähte erhöhter Zugfestigkeit können beispielsweise hochlegierte Kupferdrähte sein, in der Regel wird man in Durchführung der Erfindung jedoch Stahldrähte und insbesondere Drähte aus einem Edelstahl verwenden, die eine noch höhere Zugfestigkeit aufweisen und im Fall von Edelstahl korrosionsfest sind. Ein so ausgebildeter Litzenleiter weist eine Zugkraft von mindestens 200 N auf.
  • Der als Kerndraht eingesetzte Kupferdraht und die in den einzelnen Drahtlagen angeordneten Drähte aus Kupfer können in Weiterführung der Erfindung blanke Kupferdrähte sein, als besonders vorteilhaft hat es sich jedoch erwiesen, für die Zwecke der Erfindung vernickelte, verzinnte oder auch versilberte Kupferdrähte einzusetzen.
  • Der elektrische Leiter nach der Erfindung kann je nach Verwendungszweck die unterschiedlichsten Isolierungen über der äußersten Kupferdrahtlage aufweisen. So kann die Isolierung beispielsweise aus einem Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylen (PE) oder auch aus einem Kautschuk- oder Silikonkautschukmaterial bestehen, oder auch aus einem Polymer auf Basis Polyetherketone (PEK,PEEK,PEKK) hergestellt sein. Werden, wie z.B. in der Kraftfahrzeugtechnik, erhöhte Anforderungen hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit und Beständigkeit gegenüber aggressiven Medien, wie Ölen und Fetten, gestellt, dann wird man in Weiterführung der Erfindung als Isoliermaterial für den elektrischen Leiter eher Fluorpolymere verwenden. Solche Fluorpolymere können in der Wärme verformbare Polymere sein, wie beispielsweise das Perfluoralkoxy-Copolymerisat (PFA), das Perfluorethylenpropylen (FEP), das Ethylen-Tetrafluorethylen (ETFE) oder auch ein Tetrafluorethylen-Perfluoralkylvinylether-Copolymerisat (TFA/PFA) oder ähnliche Fluorpolymere.
  • Für den Fall jedoch, dass mit dem Isoliermaterial ein weiter Temperaturbereich abgedeckt werden soll, der sowohl sehr tiefe, als auch sehr hohe Temperaturen beinhaltet, dann wird man nach der Erfindung zu einem in der Wärme nicht verformbaren Fluorpolymer übergehen. Das ist ein Polytetrafluorethylen (PTFE) oder auch ein durch Zusätze modifiziertes Poytetrafluorethylen, sofern dieses modifizierte Polytetrafluorethylen in der Wärme nicht verformbar ist.
  • Die Erfindung sei anhand der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
  • Die Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch ein elektrisches Kabel 1, z.B. als Anschlussleitung für die in einem Kraftfahrzeug angeordnete Lambdasonde. Der erfindungsgemäße elektrische Leiter dieses Kabels 1 besteht aus dem zentralen Kerndraht 2 aus Kupfer. In einer ersten Lage über diesem Kerndraht 2 sind sechs Einzeldrähte angeordnet, wobei diese Einzeldrähte als Kupferdrähte 3 und als Stahldrähte 4 ausgebildet sind, die sich in der Folge in Umfangsrichtung einander abwechseln. Dadurch ergibt sich eine sternförmige Anordnung der zugfesten und daher eher steifen Stahldrähte 4 mit der Folge, dass die Flexibilität des extrem dünnen Kabels kaum beeinträchtigt wird. In einer zweiten Drahtlage sind weitere zwölf Kupferdrähte 5 angeordnet, sie bilden im Ausführungsbeispiel die äußerste Drahtlage, auf der schließlich die Isolierung 6 aufgebracht ist. Der Durchmesser sowohl des Kerndrahtes 2, der Kupferdrähte 3 und 5 sowie der Stahldrähte 4 beträgt im dargestellten Ausführungsbeispiel 0,16mm, sodass sich ein Gesamtdurchmesser des Leiters von nur etwa 0,75 mm ergibt. Wenn, wie im vorliegenden Fall, das Kabel 1 als Zuleitung für eine Lambdasonde dient, die Leiterisolierung 6 daher vorteilhaft aus Polytetrafluorethylen (PTFE) besteht, ergibt sich ein Gesamtdurchmesser für das erfindungsgemäße Kabel 1 von nur etwa 1,31mm.
  • Wird, wie bereits angedeutet, an einem oder beiden Enden des Kabels 1 ein sog. Crimpkontakt mit einer Kontaktfahne zum elektrischen Anschluss eines Verbrauchers angebracht, dann wird um das abgesetzte, also von der Isolierung 6 befreite, Leiterende eine Crimphülse herumgelegt und die Hülse zusammen mit dem Leiterende verpresst.
  • Die Fig. 2 zeigt das verpresste Leiterende 7 mit dem Crimpkontakt 8 sowie einer aus dem Verpressen der Kupferdrähte 2,3 und 5 entstandenen Kupfermatrix 9, in der die Stahldrähte 4 eingebettet sind. Trotz dieser wegen der geforderten Zugfestigkeit eingelagerten Stahldrähte 4 ist die erfindungsgemäße Crimpverbindung gasdicht und somit korrosionsfest. Durch den gezielten Aufbau des elektrischen Leiters und die anschließende Verformung des Leiterendes 7 gemeinsam mit einer umschließenden Crimphülse (8) wird eine besonders innige, elektrisch gut leitende Verbindung zwischen dem Leiter des Kabels 1 nach der Erfindung und dem Crimpkontakt erreicht. Damit ergibt sich ein konstanter Durchgangswiderstand über die gesamte Umfläche des Leiterendes.
  • Letztendlich führt der erfindungsgemäße Aufbau des elektrischen Leiters zu einer Vorkonfektionierung von z.B. Kabelbäumen mit Crimpkontakten hoher, gleichbleibender Qualität und hohen Verdrahtungsgeschwindigkeiten.
  • Die Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel und damit auf den Einsatz des erfindungsgemäßen Kabels 1 in der Kraftfahrzeugtechnik beschränkt. Weitere Einsatzmöglichkeiten sind beispielsweise die erwähnte Luftfahrtindustrie ebenso wie das weite Gebiet der Datenübertragung.

Claims (11)

  1. Zugfester elektrischer Leiter aus einem zentralen Kerndraht (2) und mindestens zwei über dem Kerndraht (2) angeordneten Drahtlagen, wobei der zentrale Kerndraht (2) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung besteht, dadurch gekennzeichnet, dass über dem zentralen Kerndraht (2) eine innere erste Drahtlage aus einer in Umfangsrichtung wechselnden Folge von Kupferdrähten (3) und Drähten (4) höherer Zugfestigkeit angeordnet ist und die äußere zweite oder jede weitere Drahtlage ausschließlich aus Kupferdrähten (5) besteht.
  2. Zugfester elektrischer Leiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drähte (4) höherer Zugfestigkeit Stahldrähte sind.
  3. Zugfester elektrischer Leiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drähte (4) höherer Zugfestigkeit hochlegierte Kupferdrähte sind.
  4. Zugfester elektrischer Leiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindesten der zentrale Kerndraht (2) ein blanker Kupferdraht ist.
  5. Zugfester elektrischer Leiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupferdrähte (2,3,5) vernickelt, verzinnt oder versilbert sind.
  6. Zugfester elektrischer Leiter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stahldrähte (4) aus einem Edelstahl hergestellt sind.
  7. Zugfester elektrischer Leiter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Leitungsenden mit einem Crimpkontakt (8) versehen sind.
  8. Zugfester elektrischer Leiter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Crimpverbindung zwischen den Drähten (2,3,4,5) des elektrischen Leiters und dem Crimpkontakt (8) gasdicht ist.
  9. Zugfester elektrischer Leiter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden mit Stahldrähten in der inneren ersten Lage, dadurch gekennzeichnet, dass dessen Zugkraft mindestens 200 N beträgt.
  10. Zugfester elektrischer Leiter nach Anspruch 1 oder einem der folgenden mit einer hochtemperaturbeständigen Isolierung (6), dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierung (6) des Leiters aus einem Fluorpolymer besteht.
  11. Zugfester elektrischer Leiter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluorpolymer der Isolierung (6) ein Polytetrafluorethylen ist.
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