EP3958280A1

EP3958280A1 - Koaxialkabel

Info

Publication number: EP3958280A1
Application number: EP20191614.5A
Authority: EP
Inventors: Karl Fröschl
Original assignee: Gebauer and Griller Kabelwerke GmbH
Current assignee: Gebauer and Griller Kabelwerke GmbH
Priority date: 2020-08-18
Filing date: 2020-08-18
Publication date: 2022-02-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Koaxialkabel (1) zur Übertragung von elektrischem Strom in einem Hochvoltsystem eines Kraftfahrzeuges umfassend
- einen Innenleiter (2);
- einen Außenleiter (4);
- eine zwischen Innenleiter (2) und Außenleiter (4) angeordnete innere Isolationsschicht (3);
- sowie einen isolierenden Kabelmantel (7);
wobei der Außenleiter (4) ausgebildet ist, um im Wesentlichen dieselbe elektrische Leistung übertragen zu können wie der Innenleiter (2).

Um eine vereinfachte Kontaktierung des Außenleiters (4) zu ermöglichen ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Einzeldrähte des Außenleiters (4), in einer Querschnittsfläche des Koaxialkabels (1) normal zu einer Kabelachse (9) des Koaxialkabels (1) gesehen, in zumindest drei Sektorbündel (5) unterteilt sind, wobei die Sektorbündel (5) derart dimensioniert sind, dass der Innenleiter (2) in der Querschnittsfläche exzentrisch zur Kabelachse (9) positioniert ist und wobei der Innenleiter (2) und die Sektorbündel (5) des Außenleiters (4) miteinander verseilt sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Koaxialkabel zur Übertragung von elektrischem Strom in einem Hochvoltsystem eines Kraftfahrzeuges umfassend

einen eine Mehrzahl an Einzeldrähten umfassenden Innenleiter;
einen eine Mehrzahl an Einzeldrähten umfassenden Außenleiter;
eine zwischen Innenleiter und Außenleiter angeordnete innere Isolationsschicht;
sowie einen isolierenden Kabelmantel;

Als Hochvoltsystem, auch Hochvolt oder kurz HV bezeichnet, werden in der Fahrzeugtechnik Systeme bezeichnet, welche mit Wechselspannungen über 30 V bis 1 kV oder mit Gleichspannungen über 60 V bis 1,5 kV betrieben werden. Solche Hochvoltsysteme finden sich insbesondere in Fahrzeugen mit einem elektrischen Antrieb, wie Elektrofahrzeuge, Hybridfahrzeuge oder Fahrzeuge mit Brennstoffzellen.
Unter Koaxialkabel werden in der Regel Kabel mit Kabelaufbauten verstanden, bei denen ein Innenleiter und zumindest ein den Innenleiter im Querschnitt außen umgebender Außenleiter vorgesehen sind, wobei eine innere Isolationsschicht den Innenleiter gegenüber dem Außenleiter elektrisch isoliert. Weiters umfassen Kabel grundsätzlich auch einen isolierenden Kabelmantel, der vorzugsweise die äußerste Schicht des Kabels darstellt, welcher Kabelmantel das Innere des Kabels gegenüber der Umwelt isoliert und gewöhnlich aus einem Kunststoff oder einem Elastomer besteht.

STAND DER TECHNIK

Üblicherweise werden in Hochvoltsystemen Kabel zur elektrischen Verbindung der elektrischen Komponenten verwendet, die zwei parallel zueinander verlaufende Kabeladern aufweisen. Jede Kabelader weist eine entsprechende erste Isolationsschicht, auch Aderisolation genannt, auf, wobei der in der Aderisolation geführte elektrische Leiter üblicherweise als Litze ausgeführt ist. Die beiden Kabeladern werden von einem isolierenden Kabelmantel umgeben, wobei der Kabelmantel aus einem dielektrischen Material, in der Regel aus einem vernetzten Kunststoff oder einem Elastomer, besteht. Üblicherweise bildet der Kabelmantel die äußere Isolationsschicht des Kabels aus. Als Material des elektrischen Leiters, insbesondere des Innenleiters, eignen sich elektrisch leitfähige Materialien, insbesondere Metalle wie beispielsweise Kupfer oder Aluminium bzw. diese Metalle enthaltende Legierungen.
Beispielsweise ist aus der DE 10 2014 010 346 B3 auch eine als Koaxialkabel ausgebildete Gleichstromleitung für ein Hochvoltbordnetz eines Kraftfahrzeugs bekannt, wobei im Querschnitt die Drahtadern einer Leitungsanordnung ringförmig um die Drahtadern der anderen Leitungsanordnung angeordnet sind.
Ein Nachteil der Kabel gemäß dem Stand der Technik äußert sich darin, dass die Kontaktierung des Außenleiters nur aufwändig zu erreichen ist, wenn der Außenleiter vom Innenleiter losgelöst wird. Weiters ergeben sich, insbesondere bei großen Nennquerschnitten, Nachteile bei der Ableitung von während des Betriebs im Innenleiter entstehender Wärme sowie im Hinblick auf die einfache Verlegbarkeit des Kabels.

AUFGABE DER ERFINDUNG

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung die Nachteile des Stands der Technik zu überwinden und ein Koaxialkabel vorzuschlagen, welches eine vereinfachte Kontaktierung des Außenleiters ermöglicht. Weiters sollen auch die für die Verlegung des Koaxialkabels erforderlichen Eigenschaften verbessert werden und vorzugsweise eine verbesserte Wärmeableitung aus dem Innenleiter erzielt werden. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen derartigen Kabelaufbau vorzuschlagen, der kostengünstig und wirtschaftlich herstellbar ist.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Diese Aufgabe wird in einem erfindungsgemäßen Koaxialkabel der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, dass die Einzeldrähte des Außenleiters, in einer Querschnittsfläche des Koaxialkabels normal zu einer Kabelachse des Koaxialkabels gesehen, in zumindest drei, vorzugsweise zumindest vier, Sektorbündel unterteilt sind, wobei die Sektorbündel derart dimensioniert sind, dass der Innenleiter in der Querschnittsfläche exzentrisch zur Kabelachse positioniert ist und wobei der Innenleiter und die Sektorbündel des Außenleiters miteinander verseilt sind.
Während in herkömmlichen Koaxialkabeln der Innenleiter und der ringförmig angeordnete Außenleiter koaxial angeordnet sind, die Kabelachse also die Symmetrieachse von Innenleiter und Außenleiter bildet, ist im erfindungsgemäßen Koaxialkabel der Innenleiter exzentrisch zur Kabelachse, die durch einen Mittelpunkt des Querschnitts verläuft, angeordnet. Diese exzentrische Anordnung des Innenleiters wird dadurch erreicht, dass die Einzeldrähte des Außenleiters in zumindest drei separate Sektorbündel unterteilt sind, die so dimensioniert sind, dass eine Leiterachse des im Inneren der Sektorbündel angeordneten Innenleiters gegenüber der Kabelachse einen Versatz aufweist. Eine solche erfindungsgemäße Dimensionierung kann etwa dadurch erreicht werden, dass die Anzahl der Einzeldrähte und/oder die Anzahl der Lagen der Einzeldrähte in radialer Richtung und/oder die Durchmesser der Einzeldrähte der Sektorbündel variiert werden. Bevorzugt sind diese für zumindest drei Sektorbündel unterschiedlich groß. Sind mehrere Lagen an Einzeldrähten in einem Sektorbündel vorgesehen, kann auch die Anzahl der Einzeldrähte pro Lage variieren. Je nach Relativposition eines Sektorbündels bezogen auf den Querschnitt und die Gesamtanzahl der Sektorbündel, können verschiedene Sektorbündel auch gleichartig aufgebaut sein.
Es versteht sich dabei von selbst, dass die Einzeldrähte des Innenleiters und/oder des Außenleiters auch als Litzen ausgebildet sein können. So können beispielsweise die Sektorbünbdel aus Litzen bestehen, die wiederum jeweils eine Mehrzahl an Einzeldrähten umfassen.
Mit anderen Worten sind die Sektorbündel so ausgelegt, dass sie unterschiedlich große Anteile der Querschnittsfläche des Außenleiters einnehmen. So kann beispielsweise ein im Bereich des geringsten Abstands zwischen Innenleiter und Kabelmantel verlaufendes Sektorbündel einen flächenmäßigen kleinsten Anteil der Querschnittsfläche einnehmen während ein im Bereich des größten Abstands zwischen Innenleiter und Kabelmantel verlaufendes Sektorbündel einen flächenmäßig größten Anteil der Querschnittsfläche einnimmt.
Vorzugsweise liegt eine Außenfläche der inneren Isolationsschicht des Innenleiters an den Innenflächen der Sektorbündel an, sprich an den in radialer Richtung innen liegenden Flächen der Sektorbündel. Entsprechend kann zur Dimensionierung der Sektorbündel für die Herstellung der Exzentrizität insbesondere die Auslegung der Innenflächen der Sektorbündel herangezogen werden.
Besonders einfach herstellbar ist ein Koaxialkabel mit exzentrischem Innenleiter, wenn der isolierte Innenleiter mit den Sektorbündeln verseilt wird. Mit anderen Worten werden die Sektorbündel mittels einer Verseilmaschine und/oder entsprechender Komponenten einer Verseilanlage um den isolierten Innenleiter gewickelt, wobei durch die Verseilung auch das Zentrum des exzentrisch verlaufenden Innenleiters bezogen auf die Kabelachse auf einer schraubenlinienförmigen Bahn bewegt. In anderen Worten ändert sich die Position des Innenleiters im Querschnitt gesehen relativ zur Kabelachse von Schnittebene zu Schnittebene. Daher sieht eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung vor, dass der Innenleiter und die Sektorbündel des Außenleiters miteinander verseilt sind.
Durch den exzentrischen Verlauf des Innenleiters kann eine besonders einfache Ablösung des Außenleiters in einem vom Kabelmantel befreiten Endbereich des Koaxialkabels erreicht werden, da der Außenleiter im Bereich jenes Sektorbündels geteilt werden kann, welches im Bereich einer maximalen exzentrischen Auslenkung des Innenleiters verläuft und somit den geringsten Widerstand aufweist. Nachfolgend kann der abgelöste Außenleiter beispielsweise in einem litzenförmigen Verbindungsabschnitt gebündelt werden.
Darüberhinaus kann durch die Exzentrizität des Innenleiters eine einfachere Wärmeabfuhr aus dem Innenleiter gewährleistet werden.
Schließlich lässt sich durch den exzentrischen Verlauf des Innenleiters und die Verwendung von Sektorbündeln als Außenleiter auch der richtungsabhängige Biegewiderstand verringern, sodass eine einfachere Verlegbarkeit erreicht werden kann.
Ein weiterer positiver Effekt des Koaxialkabels besteht darin, dass eine zusätzliche elektromagnetische Abschirmung nicht zwingend erforderlich ist, insbesondere wenn einer der Leiter als Plusleiter und der andere Leiter als Minusleiter eines Gleichstrom-HV-Systems ausgebildet sind.
Eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Koaxialkabels sieht vor, dass die Anzahl und/oder die Durchmesser der Einzeldrähte eines beliebigen Sektorbündels unterschiedlich groß ist zur Anzahl und/oder zu den Durchmessern der Einzeldrähte eines an das beliebige Sektorbündel angrenzenden Sektorbündels. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass die Anzahl der Lagen der Einzeldrähte unterschiedlich ist, wobei es, insbesondere für die Zwecke der Herstellung, als vorteilhaft herausgestellt hat, wenn die Anzahl der Lagen gleich groß ist. Durch die unterschiedliche Anzahl an Einzeldrähten und/oder die unterschiedlichen Durchmesser der Einzeldrähte in benachbarten Sektorbündeln, lässt sich die Exzentrizität des Innenleiters besonders einfach einstellen. So kann beispielsweise ein im Bereich des geringsten Abstands zwischen Innenleiter und Kabelmantel verlaufendes Sektorbündel eine größere Anzahl an Einzeldrähten mit kleineren Durchmessern umfassen als das radial anschließende Sektorbündel.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Anzahl der Einzeldrähte und die Durchmesser der Einzeldrähte der Sektorbündel in Abhängigkeit der Position des jeweiligen Sektorbündels relativ zur Exzentrizität des Innenleiters gewählt sind.
Vorteilhafterweise ist die Anzahl der Sektorbündel gerade, vorzugsweise vier, sechs, acht oder zehn, wobei - je nach Durchmesser des Koaxialkabels - gegebenenfalls auch mehr Sektorbündel denkbar sind. Dies ermöglicht eine einfachere geometrische Gestaltung des Querschnitts des Koaxialkabels. Ebenfalls lässt sich die Verseilung von Innenleiter und Sektorbündel einfacher bewerkstelligen, wenn die Anzahl der Sektorbündel gerade ist. Daher sieht eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung vor, dass die Anzahl der Sektorbündel gerade ist und die Einzeldrähte des Außenleiters in zumindest vier, vorzugsweise zumindest sechs oder zumindest acht, Sektorbündel unterteilt sind. Eine bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass genau vier Sektorbündel vorgesehen sind.
In einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung ist zur einfachen und sicheren Herstellung der Exzentrizität vorgesehen, dass die Sektorbündel als einander innerhalb der Querschnittsfläche gegenüberliegende und miteinander korrespondierende Sektorbündel-Paare ausgebildet sind, wobei ein Nennquerschnitt eines beliebigen Sektorbündel-Paares zwischen 25% und 175%, vorzugsweise zwischen 50 und 150%, insbesondere zwischen 75% und 125%, eines durchschnittlichen Nennquerschnitts aller Sektorbündel-Paare liegt. Unter dem Nennquerschnitt eines Sektorbündels wird dabei die Summe der Querschnittsflächen der Einzeldrähte des Sektorbündels verstanden, während der Nennquerschnitt des Sektorbündel-Paares der Summe der Nennquerschnitte der beiden Sektorbündel entspricht. Der durchschnittliche Nennquerschnitt aller Sektorbündel-Paare kann als arithmetisches, geometrisches oder harmonisches Mittel der Nennquerschnitte aller Sektorbündel-Paare berechnet werden.
Unabhängig von den bevorzugten Größenverhältnissen der Sektorbündel-Paare zueinander ist es vorteilhaft, wenn die Sektorbündel in einander komplementierende Sektorbündel-Paare unterteilt sind, um die Exzentrizität des Innenleiters durch die Dimensionierung einander gegenüber liegender Sektorbündel eines Sektorbündel-Paares einstellen zu können.
Während für die exzentrische Positionierung des Innenleiters innerhalb des Außenleiters die Gestaltung der Innenflächen der Sektorbündel ausschlaggebend ist, sind für die äußere Form des Außenleiters die Außenflächen der Sektorbündel entscheidend. Um die Hüllfläche des Außenleiters möglichst nahe an einen Zylinder anzunähern, was beispielsweise für das Aufextrudieren des Kabelmantels vorteilhaft bzw. erforderlich ist, sind die Sektorbündel in einer weiteren Ausführungsvariante derart dimensioniert, dass eine Hüllfläche des Außenleiters im Wesentlichen einem Zylinder mit kreisförmiger Querschnittsfläche entspricht. Diese Dimensionierung kann, analog zur Dimensionierung der Sektorbündel für die exzentrische Positionierung des Innenleiters, über eine Variation der Anzahl der Einzeldrähte pro Sektorbündel und/oder die Anzahl der Lagen der Einzeldrähte in radialer Richtung pro Sektorbündel und/oder die Durchmesser der Einzeldrähte eines Sektorbündels erreicht werden. Bevorzugt wird die zuvor erwähnte zylindrische Form der Hüllfläche durch die entsprechende Dimensionierung der Sektorbündel in Kombination mit der Verseilung erreicht.
Um eine höhere Flexibilität und Biegbarkeit des Koaxialkabels sowohl bei kleinen Nennquerschnitten als auch bei großen Nennquerschnitten sicherzustellen, sieht eine weitere Ausführungsvariante vor, dass die Einzeldrähte der Sektorbündel in Abhängigkeit eines Nennquerschnitts des Außenleiters einlagig oder mehrlagig angeordnet sind. Beispielsweise sind die Sektorbündel bei kleinen Nennquerschnitten einlagig und bei größeren Nennquerschnitten mehrlagig ausgebildet.
Eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass eine Kabelfolie oder eine Metallfolie oder eine Verbundfolie zwischen Außenleiter und Kabelmantel angeordnet ist. Während eine Metallfolie, beispielsweise eine Aluminiumfolie, und/oder eine Verbundfolie auch die elektromagnetischen Abschirmungseigenschaften des Koaxialkabels verbessern können, kann eine Kabelfolie, insbesondere aus Kunststoff, zur einfacheren Herstellung und/oder Entfernung des Kabelmantels am bzw. vom Außenleiter beitragen.
Insbesondere für die elektromagnetischen Abschirmungseigenschaften des Außenleiters sowie gegebenenfalls zur möglichst genauen Annäherung der zylindrischen Hüllfläche ist ein hoher optischer Bedeckungsgrad des Außenleiters vorteilhaft. Daher sieht eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Koaxialkabels vor, dass ein Bedeckungsgrad des Außenleiters größer ist als 90%, bevorzugt größer als 95%.
Im Einsatzbereich von Hochvoltsystemen ist eine besonders hohe Temperaturfestigkeit der eingesetzten Kabel vorteilhaft. Um die anwendungsspezifische Temperaturfestigkeit zu erzielen, sieht eine weitere Ausführungsvariante vor, dass der Kabelmantel und/oder die innere Isolationsschicht aus einem thermoplastischen und/oder vernetzten Kunststoff oder einem Elastomer oder aus einem Silikon gefertigt ist. Unter Silikon werden dabei silikonhältige Kunststoffe, insbesondere aus der Gruppe der Poly(organo)siloxane, verstanden.
Um sicherzustellen, dass die beiden Leiter, sprich Innenleiter und Außenleiter, des Koaxialkabels jeweils an einem Ende mit derselben Stromquelle und am anderen Ende mit demselben Stromabnehmer verbunden werden können ist in einer Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen, dass der Außenleiter derart ausgebildet ist, dass er dieselbe elektrische Leistung übertragen kann wie der Innenleiter.
Im Zusammenhang mit der zu übertragenden elektrischen Leistung des Innenleiters ist festzuhalten, dass für Ladestationen von Fahrzeugen mit elektrischem Antrieb, wie beispielsweise Elektroautos, eine elektrische Leistung von bis zu 350 kW vorgesehen ist, welche entsprechend beim Anschluss des Fahrzeuges mit elektrischem Antrieb an die Ladestation im Hochvoltsystem des Fahrzeuges übertragen werden muss. Selbstverständlich ist es auch denkbar, dass während des Betriebs oder des Ladevorgangs auch kleinere elektrische Leistungen übertragen werden bzw. das Hochvoltsystem insgesamt für größere oder kleinere Maximalleistungen ausgelegt ist.
In besonders einfacher Art und Weise kann die Leistungsübertragung von Innenleiter und Außenleiter durch konstruktive Maßnahmen aufeinander abgestimmt werden, insbesondere wenn die Leiter aus denselben Materialien gefertigt sind, wenn ein Nennquerschnitt des Wendelleiters zwischen 75% und 125%, vorzugsweise zwischen 90% und 110%, insbesondere 100%, eines Nennquerschnitts des Innenleiters beträgt. Vorteilhafter Weise liegt der Nennquerschnitt des Innenleiters zwischen 3 mm² und 95 mm², insbesondere zwischen 6 mm² und 60 mm².
Um den Außenleiter, wie eingangs erwähnt, in einfacher Art und Weise mit einer Stromquelle und/oder einem Stromabnehmer und/oder einem Verbindungselement verbinden zu können, ist in einer weiteren Ausführungsvariante vorgesehen, dass in einem Kontaktzustand des Koaxialkabels in einem vom Kabelmantel befreiten Endbereich des Koaxialkabels der Außenleiter vom Innenleiter abgelöst ist und die abgelösten Einzeldrähte des Außenleiters in Form eines litzenförmigen Verbindungsabschnitts gebündelt sind. Durch einen einfachen Verfahrensschritt können die abgelösten Einzeldrähte des Außenleiters in einem Verbindungsabschnitt als Litze gebündelt werden. Der litzenförmige Verbindungsabschnitt kann sodann wie ein herkömmlicher Leiter mit einem elektrischen Anschluss verbunden werden, was eine einfache Anwendung des erfindungsgemäßen Koaxialkabels in herkömmlichen Hochvoltsystemen ermöglicht. Natürlich ist es auch denkbar, dass alternativ eine entsprechende Kontaktierungsvorrichtung vorgesehen ist, mittels welcher das Koaxialkabel ohne vorherige Ablösung des Außenleiters kontaktiert werden kann.
Der exzentrische Verlauf des Innenleiters ermöglicht eine besonders einfache Ablösung des Außenleiters vom Innenleiter, indem die lokal geringere Stärke des Außenleiters ausgenützt werden kann. Daher sieht eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung vor, dass der Außenleiter im Kontaktzustand zur Herstellung des litzenförmigen Verbindungsabschnitts im Bereich einer maximalen exzentrischen Auslenkung des Innenleiters geteilt ist. Dadurch ist der für die Verformung und Ablösung notwendige Aufwand besonders gering.
Wie eingangs erwähnt, ist das erfindungsgemäße Koaxialkabel für den Einsatz in einem Hochvoltsystem eines Kraftfahrzeuges vorgesehen. Kraftfahrzeuge in denen Hochvoltsysteme vorhanden sind, zeichnen sich durch einen elektrischen Antrieb aus, der entweder alternativ zu einem Verbrennungsmotor in einem Hybridfahrzeug oder als alleiniger Antrieb in einem Elektrofahrzeug ausgebildet ist. Durch die verbesserten Biegsamkeit gegenüber alternativen Ausführungsvarianten und die verbesserten Eigenschaften des erfindungsgemäßen Koaxialkabels eignet sich ein derartiges Koaxialkabel besonders gut für den Einsatz in einem Hochvoltsystem eines Kraftfahrzeugs mit einem elektrischen Antrieb.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnungen sind beispielhaft und sollen den Erfindungsgedanken zwar darlegen, ihn aber keinesfalls einengen oder gar abschließend wiedergeben.
Dabei zeigt:

Fig. 1: eine axonometrische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines abschnittsweise freigelegten Koaxialkabels;
Fig. 2: eine Seitenansicht des Koaxialkabels nach Fig. 1;
Fig. 3: einen vergrößerten Querschnitt des Koaxialkabels nach Fig. 1;
Fig. 4: eine axonometrische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines abschnittsweise freigelegten Koaxialkabels;
Fig. 5: einen vergrößerten Querschnitt des Koaxialkabels nach Fig. 4;
Fig. 6: eine schematische Darstellung eines Koaxialkabels in einem Kontaktzustand.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Die Figuren 1 bis 3 zeigen den Aufbau eines ersten Ausführungsbeispiels und die Figuren 4 bis 5 den Aufbau eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsmäßigen Koaxialkabels 1 zur Verwendung in einem Hochvoltsystem eines Kraftfahrzeuges für die Übertragung von elektrischem Strom. In der Regel werden entsprechende Koaxialabel 1 zur Verbindung von Stromquellen, beispielsweise Akkus, mit Stromabnehmern, wie elektrischen Antriebseinheiten insbesondere Elektromotoren, eingesetzt. Die Nennquerschnitte der Leiter 2,4 des Kabels 1 sind entsprechend gewählt, um die Ströme und Spannungen des Hochvoltsystems übertragen zu können. Der besseren Übersichtlichkeit halber sind die einzelnen Bereiche des Koaxialkabels freigelegt.
In den Figuren 1 und 2 ist zu erkennen, dass das Koaxialkabel 1 einen mehrere Einzeldrähte umfassenden Innenleiter 2 umfasst, der gegenüber dem ihn umgebenden Außenleiter 4 mittels einer inneren Isolationsschicht 3 isoliert ist. Der Außenleiter umfasst ebenso mehrere Einzeldrähte, die in unterschiedliche Sektorbündel 5 unterteilt sind, um einen exzentrischen Verlauf des Innenleiters 2 zu erreichen, wie in der Folge im Detail beschrieben wird. Das Koaxialkabel 1 umfasst weiters einen äußeren isolierenden Kabelmantel 7 aus Kunststoff, der vorzugsweise als Silikon-Isolierung ausgebildet ist. Zusätzlich ist zwischen Außenleiter 4 und Kabelmantel 7 eine Folie 8, vorzugsweise eine Metallfolie, insbesondere eine Aluminiumfolie, vorgesehen, die die Eigenschaften des Koaxialkabels 1 verbessert, jedoch für den grundsätzlichen Aufbau nicht erforderlich ist.
Der Detailaufbau des Koaxialkabels 1 wird nun anhand der Figur 3 erörtert. Wie deutlich zu erkennen ist, ist der Innenleiter 2 im dargestellten Querschnitt, der normal auf eine Kabelachse 9 des Koaxialkabels ausgerichtet ist, exzentrisch gegenüber der Kabelachse 9 positioniert. Mit anderen Worten gibt es einen Versatz zwischen der Kabelachse 9 und einer Leiterachse 6 des Innenleiters 2.
Dieser Versatz von Leiterachse 6 und Kabelachse 9 wird dadurch erreicht, dass die Sektorbündel 5 derart dimensioniert sind, dass der Innenleiter 2 in der Querschnittsfläche exzentrisch zur Kabelachse 9 positioniert ist. Im Detail unterteilt sich der Außenleiter 4 im gegenständlichen Ausführungsbeispiel in vier Sektorbündel 5, nämlich ein erstes Sektorbündel 5a, welches im Bereich des größten Abstands zwischen Innenleiter 2 und Kabelmantel 7 verläuft, ein drittes Sektorbündel 5c, welches im Bereich des kleinsten Abstands zwischen Innenleiter 2 und Kabelmantel 7 verläuft sowie ein zweites Sektorbündel 5b und ein viertes Sektorbündel 5d, die jeweils zwischen erstem Sektorbündel 5a und drittem Sektorbündel 5c verlaufend angeordnet sind.
Durch die entsprechende Dimensionierung der unterschiedlichen Sektorbündel 5, sprich durch Wahl der Anzahl der Einzeldrähte pro Sektorbündel 5 und Durchmesser der Einzeldrähte pro Sektorbündel 5, kann der exzentrische Versatz des Innenleiters 2 eingestellt werden, wobei die Einzeldrähte der Sektorbündel 5 im vorliegenden Ausführungsbeispiel einlagig verlaufend ausgebildet sind.
Im Detail ist dabei im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Durchmesser der Einzeldrähte des ersten Sektorbündels 5a größer als der Durchmesser der Einzeldrähte des angrenzenden zweiten Sektorbündels 5b bzw. des angrenzenden vierten Sektorbündels 5d. Betrachtet man das dritte Sektorbündel 5c, so ist einerseits die Anzahl der Einzeldrähte der angrenzenden Sektorbündel 5b,5d kleiner und ist andererseits der Durchmesser der Einzeldrähte der angrenzenden Sektorbündel 5b,5d größer als der des dritten Sektorbündels 5c.
Bei der Betrachtung des Querschnitts ergibt sich ebenfalls, dass das erste Sektorbündel 5a und das dritte Sektorbündel 5c bzw. das zweite Sektorbündel 5b und das vierte Sektorbündel 5d jeweils ein Sektorbündel-Paar bilden, da die jeweiligen Sektorbündel 5 im Querschnitt bezogen auf die Kabelachse 9 einander einerseits gegenüber liegen und andererseits einander komplementieren, um die Position des Innenleiters 2 festzulegen.
Wie aus Figur 3 ersichtlich ist, ist für die exzentrische Positionierung des Innenleiters 2 die Gestaltung der dem Innenleiter 2 zugewandten Flächen der Sektorbündel 5 maßgeblich. Um zusätzlich zu gewährleisten, dass eine Hüllfläche des Außenleiters 4 im Wesentlichen einem Zylinder mit kreisförmiger Querschnittsfläche entspricht, was insbesondere für den Auftrag des Kabelmantels 7 vorteilhaft bzw. erforderlich ist, sind die Einzeldrähte der Sektorbündel 5 auch so dimensioniert bzw. so ausgelegt, dass die dem Kabelmantel 7 zugewandten Außenflächen der Sektorbündel 5 diese Eigenschaft aufweisen.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Sektorbündel 5 des Außenleiters 4 mit dem Innenleiter 2 verseilt. Durch den Verseilprozess ändert sich somit auch die Position des Innenleiters 2 im Querschnitt relativ zur Kabelachse 9 gesehen von Schnittebene zu Schnittebene. Mit anderen Worten verläuft der exzentrische Innenleiter 2 schraubflächenförmig um die Kabelachse 9. Diese "Wankelbewegung" des Innenleiters 2 ist beispielsweise in Figur 2 besonders gut erkennbar.
Die Figuren 4 und 5 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel des Koaxialkabels 1, welches einen größeren Nennquerschnitt aufweist als das Koaxialkabel 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Der grundsätzliche Aufbau des zweiten Ausführungsbeispiels ist analog zum vorher beschriebenen Aufbau, sodass lediglich auf die Unterschiede eingegangen wird.
Während die Einzeldrähte der Sektorbündel 5 des ersten Ausführungsbeispiels einlagig angeordnet sind, sind die Einzeldrähte der Sektorbündel 5 des zweiten Ausführungsbeispiels mehrlagig, genauer zweilagig, angeordnet. Dadurch wird erreicht, dass die Durchmesser der Einzeldrähte im Vergleich zu einer einlagigen Ausführung kleiner gehalten werden können, um die Flexibilität des Koaxialkabels 1 zu erhöhen.
Es versteht sich von selbst, dass mit dem selben Wirkprinzip auch mehr als vier Sektorbündel 5 vorgesehen sein können, beispielsweise sechs oder acht oder mehr. Gleichermaßen wären in diesem Fall auch entsprechend mehr zueinander komplementäre Sektorbündel-Paare vorgesehen.
In Figur 6 ist eine vorteilhafte Gestaltung eines Endbereichs 10 eines Koaxialkabels 1 in einem Kontaktzustand dargestellt, welche die Verbindung des erfindungsgemäßen Koaxialkabels 1 an einen elektrischen Anschluss vereinfacht. Im Endbereich 10 des Kabels 1 sind zumindest der Kabelmantel 7 entfernt, sodass der Außenleiter 4 freigelegt ist. Dadurch, dass der Außenleiter 4 schraublinienförmig um den Innenleiter 2 gewickelt ist, sprich verseilt ist, können die Einzeldrähte des Außenleiters 4 in einfacher Art und Weise vom Innenleiter 2 abgelöst werden. Nachdem die Einzeldrähte des Außenleiters 4 abgelöst sind, werden die Einzeldrähte des Außenleiters 4 auf einer Seite des Innenleiters 2 zusammengeführt und in einem litzenartigen Verbindungsabschnitt 11 gebündelt.
Durch die Bündelung der Einzeldrähte des Außenleiters 4 im litzenförmigen Verbindungsabschnitt 11 entspricht der Endbereich des Kabels 1, wenn auch die inneren Isolationsschichten 3 im endseitigen Abschnitt des Endbereichs 10 entfernt sind und der Innenleiter 2 somit abisoliert ist, einem Kabel mit zwei litzenförmigen Kabelverbindungsabschnitten zur Verbindung mit einem elektrischen Anschluss, wobei der abisolierte Endabschnitt des Innenleiters 2 einen ersten Kabelverbindungsabschnitt darstellt und der litzenförmige Verbindungsabschnitt 11 des Außenleiters 4 einen zweiten Kabelverbindungsabschnitt darstellt.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn zur Ablösung des Außenleiters 4 jenes Sektorbündel 5 geteilt wird, das im Bereich einer maximalen exzentrischen Auslenkung des Innenleiters 2 verläuft. In den beiden Ausführungsbeispielen wäre demnach der Außenleiter im Bereich des dritten Sektorbündels 5c geteilt.
So kann das Koaxialkabel 1 in einfacher Art und Weise mit einer weiteren elektrischen Komponente, etwa mit einer Stromquelle oder mit einem Stromabnehmer, verbunden werden. Dies deshalb, da im Bereich des litzenartigen Verbindungsabschnitts 11, welcher den Endabschnitt des Außenleiters 4 darstellt, die Einzeldrähte des Außenleiters 4 in einen Litzenleiter überführt und gebündelt sind, welcher litzenförmiger Verbindungsabschnitt 11 sodann in herkömmlicher Art und Weise an die elektrische Komponente angeschlossen werden kann. Da somit der Innenleiter 2 und der litzenförmige Verbindungsabschnitt 11 des Wendelleiters 4 separat anschließbar sind und gegebenenfalls auch unterschiedlich zueinander verlaufend angeordnet werden können, besteht durch die Vorsehung des litzenförmigen Verbindungsabschnitts 11 beim erfindungsgemäßen Koaxialkabel 1 kein signifikanter Unterschied mehr im Kontaktzustand zum Anschluss eines herkömmlichen zweiadrigen Kabels. In anderen Worten weist auch das erfindungsgemäße Koaxialkabel 1 im Kontaktzustand zwei litzenförmige Kabelverbindungsabschnitte auf, die im Wesentlichen dem Endabschnitt eines herkömmlichen zweiadrigen Kabels entsprechen.
Das erfindungsgemäße Kabel 1 eignet sich aus den vorstehend genannten Gründen besonders zur Verwendung in Hochvoltsystemen von Kraftfahrzeugen mit elektrischem Antrieb, da es insbesondere zur Übertragung von Strom zwischen einer Stromquelle und einem Stromabnehmer ausgebildet ist, wobei beispielsweise in einem Gleichstromsystem der Innenleiter 2 den Pluspol der Stromquelle mit dem Stromverbraucher verbindet während der Wendelleiter 4 den Minuspols der Stromquelle mit dem Stromverbraucher verbindet, wobei natürlich auch die umgekehrte Zuordnung der Leiter denkbar ist.

BEZUGSZEICHENLISTE

1: Koaxialkabel
2: Innenleiter
2a Innenleiterbündel
3: innere Isolationsschicht
4: Außenleiter
5: Sektorbündel
5a erstes Sektorbündel
5b zweites Sektorbündel
5c drittes Sektorbündel
5d viertes Sektorbündel
6: Leiterachse
7: Kabelmantel
8: Folie
9: Kabelachse
10: Endabschnitt
11: litzenförmiger Verbindungsabschnitt

Claims

Koaxialkabel (1) zur Übertragung von elektrischem Strom in einem Hochvoltsystem eines Kraftfahrzeuges umfassend
- einen eine Mehrzahl an Einzeldrähten umfassenden Innenleiter (2);

- einen eine Mehrzahl an Einzeldrähten umfassenden Außenleiter (4);

- eine zwischen Innenleiter (2) und Außenleiter (4) angeordnete innere Isolationsschicht (3);

- sowie einen isolierenden Kabelmantel (7);
wobei der Außenleiter (4) ausgebildet ist, um zwischen 50% und 150%, vorzugsweise zwischen 75% und 125%, besonders bevorzugt 100% +/- 5%, einer vom Innenleiter (2) übertragbaren elektrischen Leistung übertragen zu können,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Einzeldrähte des Außenleiters (4), in einer Querschnittsfläche des Koaxialkabels (1) normal zu einer Kabelachse (9) des Koaxialkabels (1) gesehen, in zumindest drei Sektorbündel (5) unterteilt sind, wobei die Sektorbündel (5) derart dimensioniert sind, dass der Innenleiter (2) in der Querschnittsfläche exzentrisch zur Kabelachse (9) positioniert ist,
und wobei der Innenleiter (2) und die Sektorbündel (5) des Außenleiters (4) miteinander verseilt sind.
Koaxialkabel (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl und/oder die Durchmesser der Einzeldrähte eines beliebigen Sektorbündels (5,5a) unterschiedlich groß ist zur Anzahl und/oder zu den Durchmessern der Einzeldrähte eines an das beliebige Sektorbündel (5,5a) angrenzenden Sektorbündels (5,5b,5d).
Koaxialkabel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Sektorbündel gerade ist und die Einzeldrähte des Außenleiters in zumindest vier, vorzugsweise zumindest sechs oder zumindest acht, Sektorbündel unterteilt sind.
Koaxialkabel (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sektorbündel (5) als einander innerhalb der Querschnittsfläche gegenüberliegende und miteinader korrespondierende Sektorbündel-Paare (5a,5c;5b,5d) ausgebildet sind, wobei ein Nennquerschnitt eines beliebigen Sektorbündel-Paares (5a,5c;5b,5d) zwischen 25% und 175%, vorzugsweise zwischen 50% und 150%, insbesondere zwischen 75% und 125%, eines durchschnittlichen Nennquerschnitts aller Sektorbündel-Paare (5a,5c;5b,5d) liegt.
Koaxialkabel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sektorbündel (5) derart dimensioniert sind, dass eine Hüllfläche des Außenleiters (4) im Wesentlichen einem Zylinder mit kreisförmiger Querschnittsfläche entspricht.
Koaxialkabel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzeldrähte der Sektorbündel (5) in Abhängigkeit eines Nennquerschnitts des Außenleiters (4) einlagig oder mehrlagig angeordnet sind.
Koaxialkabel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Folie (8), vorzugweise eine Kabelfolie oder eine Metallfolie oder eine Verbundfolie, zwischen Außenleiter (4) und Kabelmantel (7) angeordnet ist.
Koaxialkabel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bedeckungsgrad des Außenleiters (4) größer ist als 90%, bevorzugt größer als 95%.
Koaxialkabel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kabelmantel (7) und/oder die innere Isolationsschicht (3) aus einem thermoplastischen und/oder vernetzten Kunststoff oder einem Elastomer oder aus einem Silikon gefertigt ist.
Koaxialkabel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenleiter (4) derart ausgebildet ist, dass er dieselbe elektrische Leistung übertragen kann wie der Innenleiter (1).
Koaxialkabel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Nennquerschnitt des Außenleiters (4) zwischen 75% und 125%, vorzugsweise zwischen 90% und 110%, insbesondere 100%, eines Nennquerschnitts des Innenleiters (2) beträgt.
Koaxialkabel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Kontaktzustand des Koaxialkabels (1) in einem vom Kabelmantel (7) befreiten Endbereich (10) des Koaxialkabels (1) der Außenleiter (4) vom Innenleiter (2) abgelöst ist und die abgelösten Einzeldrähte des Außenleiters (4) in Form eines litzenförmigen Verbindungsabschnitts (11) gebündelt sind.
Koaxialkabel (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenleiter (4) im Kontaktzustand zur Herstellung des litzenförmigen Verbindungsabschnitts (11) im Bereich einer maximalen exzentrischen Auslenkung des Innenleiters (2) geteilt ist.
Verwendung eines Koaxialkabels (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 in einem Hochvoltsystem eines Kraftfahrzeuges mit einem elektrischen Antrieb.