EP3977567B1 - Bandklemme und verfahren zum herstellen einer solchen bandklemme - Google Patents

Bandklemme und verfahren zum herstellen einer solchen bandklemme Download PDF

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EP3977567B1
EP3977567B1 EP20728772.3A EP20728772A EP3977567B1 EP 3977567 B1 EP3977567 B1 EP 3977567B1 EP 20728772 A EP20728772 A EP 20728772A EP 3977567 B1 EP3977567 B1 EP 3977567B1
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Oetiker Schweiz AG
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    • H01R13/58—Means for relieving strain on wire connection, e.g. cord grip, for avoiding loosening of connections between wires and terminals within a coupling device terminating a cable
    • H01R13/5804—Means for relieving strain on wire connection, e.g. cord grip, for avoiding loosening of connections between wires and terminals within a coupling device terminating a cable comprising a separate cable clamping part
    • H01R13/5812—Means for relieving strain on wire connection, e.g. cord grip, for avoiding loosening of connections between wires and terminals within a coupling device terminating a cable comprising a separate cable clamping part the cable clamping being achieved by mounting the separate part on the housing of the coupling device
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    • H01R13/658—High frequency shielding arrangements, e.g. against EMI [Electro-Magnetic Interference] or EMP [Electro-Magnetic Pulse]
    • H01R13/6591—Specific features or arrangements of connection of shield to conductive members
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    • H01R4/64—Connections between or with conductive parts having primarily a non-electric function, e.g. frame, casing, rail
    • H01R4/646—Connections between or with conductive parts having primarily a non-electric function, e.g. frame, casing, rail for cables or flexible cylindrical bodies
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    • H01R13/02—Contact members
    • H01R13/03—Contact members characterised by the material, e.g. plating, or coating materials

Definitions

  • the invention relates to a band clamp for fastening the shielding of a cable to a tube, for example when fastening current-carrying cables or cable harnesses by means of connectors to batteries, motors, generators, body parts, for example in electric vehicles.
  • the invention further relates to a method for producing such a band clamp.
  • Such cables often have several individually or jointly shielded cables, with the cable shielding being attached to the tube (sleeve) of a connector by means of a band clamp.
  • the cables used have wires with a conductor, often made of aluminum, and with insulation and, on top of the insulation, a shield made of a braid, also made of aluminum.
  • the plug has a housing with a tube made of aluminum.
  • the cables are inserted through the tube into the plug housing, while the braid serving as shielding is placed outside over the tube.
  • the band clamp encloses the shielding in a ring shape and presses it onto the outer peripheral surface of the tube.
  • band clamps made of CrNi steel are used for this purpose, there is a risk of contact corrosion between the clamp and the aluminum shielding and, if applicable, the aluminum tube or cable conductor.
  • the band clamp must be WO 2018/168831 A1 coated with an insulator. Zinc flakes embedded in the insulator are also intended to act as a sacrificial electrode.
  • Typical band clamps as well as those in WO 2018/168831 A1 are essentially ring-shaped with an ⁇ -shaped protuberance, also referred to as an ear, which serves as a clamping device.
  • the ear is narrowed with a tool, thus reducing the diameter of the ring formed by the clamp and pulling the clamp together over the shield.
  • the degree of plastic deformation of the clamp is very high.
  • the invention is therefore based on the object of avoiding the aforementioned corrosion between the shielding of the current-carrying cable and the band clamp.
  • the invention relates to a band clamp constructed as described above, but provides a particularly robust and durable coating of the band clamp, which does not lose its corrosion-inhibiting effect even during assembly and operation.
  • band clamps of embodiments of the invention are made from a steel band, for example from CrNi steel, which is coated as described below.
  • the steel band is closed into a ring and surrounds the item to be fastened, here a shield on a tube.
  • the shield is made as a braid from a material with good electrical conductivity, such as copper or aluminum.
  • the tube is a sleeve as part of a housing of a connector or plug or another sleeve into which the wires of the cable shielded in this way enter.
  • the cross-section of the tube can be oval or circular.
  • the band clamp has a clamping device such as the ear described above.
  • the band clamp is provided with an insulating coating made of a polymer.
  • Parylene in particular Parylene HT, has proven to be particularly suitable as a polymer material, which is preferably vapor-deposited from the gas phase onto the degreased band clamp in a vacuum chamber.
  • the polymer coating can withstand high operating temperatures and allows strong plastic deformations, even on the ear-shaped clamping device, without detaching from the band clamp.
  • the polymer coating is applied to the finished band clamp in the last step of the clamp manufacturing process. It should have a thickness of no more than 20 ⁇ m, for example around 10 ⁇ m. At this thickness, The risk of impairing the clamp function, especially its elasticity, is low. The polymer coating follows the deformation of the clamp without crumbling.
  • a Zn layer with a passivating Zn oxide layer on its surface is applied to the surface of the band clamp, and on top of this a top coat made of a polymer layer, in particular a synthetic resin layer, is applied.
  • the entire surface of the band clamp is preferably coated in this way.
  • the passivated Zn layer contributes to corrosion protection and has a certain roughness on its surface, to which the top coat adheres particularly well.
  • the resin layer preferably consists of TD Excel 300, which is stabilized with aluminum powder.
  • Aluminum powder in the top coat helps prevent contact corrosion compared to the aluminum shield. It also makes the coating resistant to damage when the band clamp is tightened.
  • the band clamp is first degreased, provided with the Zn layer over its entire surface by thermal diffusion (Zn thermal diffusion or sherardization), then washed, subsequently passivated with a Zn oxide layer and finally sealed with a top polymer or synthetic resin layer.
  • the Zn layer can be applied by Zn lamellar coating instead of thermal diffusion, thus forming a Zn lamellar coating.
  • the zinc layer is applied as a continuous layer over the entire surface of the band clamp.
  • the polymer or synthetic resin layer mentioned above is suitable as a top coat, but an inorganic system is also suitable.
  • the aforementioned parylene can also be used as a polymer. Additional layers can be provided over the top coat if necessary, for example to give the coating a desired appearance.
  • the powder is mixed into the top coat.
  • the powder particles can also be in the form of flakes.
  • the powder in the top coat has a higher hardness than its main components (polymer or synthetic resin).
  • the top coat can therefore also be coated with Ceramic powder or flakes may be added, if necessary in addition to the other powders mentioned. This increases its abrasion resistance and thus the resistance of the coating to the clamping tool and to friction in the event of displacements over the shield, as can occur during clamping and in operation due to vibrations and temperature changes.
  • silicates are particularly advantageous.
  • a thin silicate layer of, for example, up to 3 ⁇ m thick can also be applied between the Zn layer and the top coat (optionally mixed with powder, particularly aluminum powder).
  • powders or flakes made of essentially the same material as the shield can be used in the topcoat, for example aluminum powder for an aluminum shield or copper powder for a copper shield. This means that no contact corrosion occurs between the topcoat and the shield and the surfaces remain corrosion-free and of good optical quality. Any contact corrosion between the other components is suppressed by the Zn layer under the topcoat.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Bandklemme zum Befestigen der Abschirmung eines Kabels an einem Tubus, beispielsweise bei der Befestigung von stromführenden Kabeln oder Kabelbäumen mittels Steckverbindern an Batterien, Motoren, Generatoren, Karosserieteilen, etwa bei Elektrofahrzeugen. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Bandklemme.
    • Stand der Technik
  • Häufig sind bei derartigen Kabeln mehrere einzeln oder gemeinsam abgeschirmte Leitungen vorhanden, wobei die Befestigung der Abschirmung des Kabels etwa am Tubus (einer Hülse) eines Steckverbinders mittels einer Bandklemme erfolgt.
  • Die verwendeten Kabel weisen Leitungen mit einem Leiter häufig aus Aluminium und mit einer Isolierung und auf der Isolierung eine Abschirmung aus einem Geflecht ebenfalls aus Aluminium auf.
  • Eine Befestigung eines solchen Kabels mittels einer Bandklemme an einem Stecker ist in WO 2018/168831 A1 offenbart. Der Stecker weist ein Gehäuse mit einem Tubus aus Aluminium auf. Die Leitungen sind durch den Tubus in das Steckergehäuse eingeführt, während das als Abschirmung dienende Geflecht außen über den Tubus gelegt ist. Die Bandklemme umschließt die Abschirmung ringförmig und presst sie auf die Außenumfangfläche des Tubus.
  • Werden dazu übliche, aus einem CrNi-Stahl bestehende Bandklemmen verwendet, so besteht die Gefahr von Kontaktkorrosion zwischen der Klemme und der Aluminium-Abschirmung und gegebenenfalls dem Aluminium-Tubus oder -Kabelleiter. Um Kontaktkorrosion zu vermeiden, ist die Bandklemme nach WO 2018/168831 A1 mit einem Isolator beschichtet. Im Isolator eingebettete Zinkflocken sollen zudem als Opferelektrode wirken.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Typische Bandklemmen wie auch die in WO 2018/168831 A1 offenbarte sind im Wesentlichen ringförmig mit einer auch als Ohr bezeichneten Ω-förmigen Ausstülpung, die als Spanneinrichtung dient. Zum Spannen der Klemme auf dem zu befestigenden Gut, hier der Abschirmung auf dem Tubus, wird das Ohr mit einem Werkzeug verengt und damit der Durchmesser des von der Klemme gebildeten Rings verringert und die Klemme über der Abschirmung zusammengezogen. Dabei ist das Maß der plastischen Verformung der Klemme sehr hoch. Das Ansetzen des Werkzeugs am Ohr, dessen Verformung und die Reibung der Klemme auf dem zu befestigenden Gut sowie hohe Temperaturen im Betrieb können bei der aus WO 2018/168831 A1 bekannten Klemme zu einer solchen Beschädigung oder Ablösung der Beschichtung der Klemme führen, dass die korrosionsverhindernde Wirkung verlorengeht.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die genannte Korrosion zwischen der Abschirmung des stromführenden Kabels und der Bandklemme zu vermeiden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1 und 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Die Erfindung betrifft eine wie zuvor beschrieben aufgebaute Bandklemme, sieht jedoch eine besonders robuste und dauerhafte Beschichtung der Bandklemme vor, die auch bei der Montage und im Betrieb nicht ihre korrosionshemmende Wirkung verliert.
    • Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung
  • Bandklemmen von Ausführungsformen der Erfindung sind aus Festigkeitsgründen aus einem Band aus Stahl, beispielsweise aus CrNi-Stahl gefertigt, das wie unten beschrieben beschichtet wird. In Gebrauch ist das Stahlband zu einem Ring geschlossen und umgibt das zu befestigenden Gut, hier eine Abschirmung auf einem Tubus. Die Abschirmung ist als Geflecht aus einem elektrisch gut leitfähigen Material wie Kupfer oder Aluminium gefertigt. Der Tubus ist eine Hülse als Bestandteil eines Gehäuses eines Steckverbinders bzw. Steckers oder eine andere Hülse, in die die Leitungen des so abgeschirmten Kabels eintreten. Der Querschnitt des Tubus kann oval oder kreisförmig rund sein. Die Bandklemme weist eine Spanneinrichtung wie das oben beschriebene Ohr auf.
  • Gemäß einem Vergleichsbeispiel ist die Bandklemme mit einer isolierenden Beschichtung aus einem Polymer versehen. Als Polymermaterial hat sich Parylene, insbesondere Parylene HT als besonders geeignet erwiesen, das vorzugsweise in einer Vakuumkammer aus der Gasphase auf die entfettete Bandklemme aufgedampft wird.
  • Die Polymerbeschichtung hält hohe Betriebstemperaturen aus und gestattet starke plastische Verformungen, auch an der ohrförmigen Spanneinrichtung, ohne sich von der Bandklemme abzulösen.
  • Um jedweden Kontakt mit dem CrNi-Stahl der Klemme auszuschließen, ist es zweckmäßig, nicht nur die Innenfläche sondern auch die Seitenkanten und vorzugsweise die gesamte Oberfläche der Bandklemme zu beschichten.
  • Die Polymerbeschichtung wird im letzten Verfahrensschritt der Klemmenherstellung auf die fertige Bandklemme aufgebracht. Sie sollte eine Dicke in der Größenordnung von nicht mehr als 20 µm, beispielsweise etwa 10 µm haben. Bei dieser Dicke ist die Gefahr einer Beeinträchtigung der Klemmenfunktion, insbesondere ihrer Elastizität, gering. Die Polymerbeschichtung folgt der Verformung der Klemme ohne abzubröckeln.
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden zur Vermeidung der Korrosion zwischen der Bandklemme und der Kabelabschirmung auf die Oberfläche der Bandklemme eine Zn-Schicht mit einer passivierenden Zn-Oxidschicht auf ihrer Oberfläche und darüber wiederum ein Decklack aus einer Polymerschicht, insbesondere einer Kunstharzschicht aufgetragen. Sie sollte wiederum eine Dicke in der Größenordnung von etwa 5 bis 20 µm, beispielsweise etwa 10 µm haben. Auch hier ist vorzugsweise die gesamte Oberfläche der Bandklemme derart beschichtet.
  • Die passivierte Zn-Schicht trägt zum Korrosionsschutz bei und weist eine gewisse Rauigkeit auf ihrer Oberfläche auf, auf der der Decklack besonders gut haftet.
  • Die Kunstharzschicht besteht vorzugsweise aus TD Excel 300, das mit Aluminiumpulver stabilisiert ist.
  • Aluminiumpulver im Decklack wirkt sich günstig auf die Vermeidung von Kontaktkorrosion gegenüber der ebenfalls aus Aluminium bestehenden Abschirmung aus. Außerdem macht es die Beschichtung widerstandsfähig gegen Beschädigung beim Spannen der Bandklemme.
  • Im Einzelnen wird die Bandklemme zum Aufbringen der Beschichtung zunächst entfettet, durch thermische Diffusion (Zn-Thermodiffusion bzw. Sherardisieren) auf ihrer gesamten Oberfläche mit der Zn-Schicht versehen, danach gewaschen, anschließend mit einer Zn-Oxidschicht passiviert und schließlich mit einer obersten Polymer- bzw. Kunstharzschicht versiegelt.
  • Alternativ kann die Zn-Schicht statt durch Thermodiffusion auch durch Zn-Lamellenbeschichtung aufgebracht sein und bildet dann einen Zn-Lamellenüberzug. Die Zinkschicht ist als geschlossene Schicht auf der gesamten Oberfläche der Bandklemme aufgebracht.
  • Als Decklack eignet sich die genannte Polymer- bzw. Kunstharzschicht, aber auch ein anorganisches System. Als Polymer kann auch das erwähnte Parylene verwendet sein. Über dem Decklack können gegebenenfalls weitere Schichten vorgesehen sein, etwa um der Beschichtung ein gewünschtes Aussehen zu geben.
  • Das Pulver ist im Decklack eingemischt. Die Teilchen des Pulvers können auch in Form von Flocken vorliegen.
  • Vorteilhafterweise weist das Pulver im Decklack eine höhere Härte als dessen Hauptbestandteile (Polymer bzw. Kunstharz) auf. Der Decklack kann daher auch mit Keramikpulver bzw. -flocken versetzt sein, gegebenenfalls zusätzlich zu den genannten anderen Pulvern. Dies erhöht seine Abriebfestigkeit und damit die Widerstandsfähigkeit der Beschichtung gegenüber dem Spannwerkzeug und der Reibung bei Verschiebungen über der Abschirmung, wie sie beim Spannen und im Betrieb bei Vibrationen und Temperaturwechseln auftreten können.
  • Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von Silikaten. Eine dünne Silikatschicht von beispielsweise bis 3 µm Dicke kann auch zwischen der Zn-Schicht und dem (gegebenenfalls mit Pulver, insbesondere Aluminiumpulver versetzten) Decklack angebracht sein.
  • Allgemein können im Decklack Pulver oder Flocken aus im Wesentlichen dem gleichen Material wie dem der Abschirmung verwendet werden, beispielsweise also Aluminiumpulver bei einer Abschirmung aus Aluminium oder Kupferpulver bei einer Abschirmung aus Kupfer. Dadurch entsteht keine Kontaktkorrosion zwischen dem Decklack und der Abschirmung und die Oberflächen bleiben korrosionsfrei und von guter optischer Qualität. Etwaige Kontaktkorrosion unter den anderen Bestandteilen wird dabei von der Zn-Schicht unter dem Decklack unterdrückt.
  • Alle beschriebenen Beschichtungen widerstehen hohen Temperaturen, sind mit der Bandklemme verformbar und haften gut auf ihr, so dass sie bei der Montage, dem Spannen der Klemme und im Betrieb unbeeinträchtigt bleiben.
  • Die Merkmale der Ausführungsbeispiele können vorteilhaft auch miteinander kombiniert werden.

Claims (10)

  1. Bandklemme zum Befestigen der Abschirmung eines Kabels, das einen Leiter, eine diesen umgebende Isolierung und eine äußere Abschirmung aufweist, an einem Tubus,
    wobei die Bandklemme aus Stahl gefertigt ist und mit einer die Korrosion zwischen der Bandklemme und dem Tubus oder der Abschirmung hemmenden Beschichtung versehen ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Beschichtung eine Zinkschicht umfasst, die eine thermisch aufdiffundierte Schicht oder eine Lamellenüberzugsschicht ist und durch eine Zinkoxidschicht passiviert ist, und
    die Beschichtung einen über der Zinkschicht aufgebrachten Decklack umfasst,
    der eine Polymer- oder Kunstharzschicht umfasst.
  2. Bandklemme nach Anspruch 1, wobei der Decklack Aluminium enthält.
  3. Bandklemme nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Decklack Keramik enthält.
  4. Bandklemme nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Decklack Silikat enthält.
  5. Bandklemme nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einer Silikatschicht zwischen der Zinkschicht und dem Decklack.
  6. Bandklemme nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Beschichtung eine maximale Dicke in der Größenordnung von 20 µm aufweist.
  7. System mit:
    einem Kabel, und
    einer Bandklemme nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Befestigung einer Abschirmung des Kabels an einem Tubus.
  8. System nach Anspruch 7, wobei der Decklack der Bandklemme mit dem gleichen Material wie dem der Abschirmung versetzt ist.
  9. System nach Anspruch 8, wobei der Decklack mit Aluminium versetzt ist und die Abschirmung aus Aluminium gefertigt ist.
  10. Verfahren zum Herstellen einer beschichteten Bandklemme nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung der Bandklemme zunächst durch Aufbringen einer Zinkschicht und dann durch Aufbringen einer Kunstharzschicht erzeugt wird, die vorzugsweise mit Aluminiumpulver stabilisiert ist.
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