ES2350607T3 - Componente de cableado. - Google Patents

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ES2350607T3 ES07700395T ES07700395T ES2350607T3 ES 2350607 T3 ES2350607 T3 ES 2350607T3 ES 07700395 T ES07700395 T ES 07700395T ES 07700395 T ES07700395 T ES 07700395T ES 2350607 T3 ES2350607 T3 ES 2350607T3
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John Michael Bailey
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Abstract

Componente de cableado, que comprende una disposición de una serie de conductores (2, 6); dos o más capas (1, 3, 4, 5, 7, 8, 9, 10) de un material compuesto rígido tratado térmicamente formado por fibras y un relleno; estando situada una primera de dichas capas (1, 4, 7, 8) en un primer lado de dicha disposición; y estando situada una segunda de dichas capas (3, 5, 9, 10) en un segundo lado de dicha disposición; con lo que dichas capas abrazan dichos conductores; las zonas adyacentes a los conductores (2, 6) comprenden un relleno que inmoviliza los conductores con respecto a dichas capas; caracterizado porque dicho componente de cableado comprende además uno o varios conectores (23) que se acoplan a dichos conductores; y, por lo menos, una parte de dichos conectores (23) está embebida en un relleno.

Description

Sector técnico de la invención
La invención se refiere a cableados y, en particular pero no exclusivamente, a cableados del interior de vehículos. El tipo de vehículo previsto puede estar comprendido dentro de una amplia gama de vehículos, desde vehículos militares tales como tanques, hasta vehículos deportivos o vehículos para circular sobre carriles, sobre hielo, aire, agua y nieve. Antecedentes de la invención y técnica anterior conocida del solicitante o solicitantes.
Una técnica anterior conocida es una envoltura o caja plana de fibra de carbono que aloja una serie de conductores, tales como las utilizadas habitualmente en las carreras de Fórmula 1. Con el objeto de fabricar estas cajas, la caja se forma inicialmente moldeando las caras de fibra de carbono de la caja y uniéndolas entre sí, y colocando a continuación los conductores sin fijación, en la posición requerida que depende de las especificaciones de fabricación. A continuación se utiliza una gota de silicona o de otro adhesivo para sujetar la tapa de la caja en posición una vez que los conductores están colocados en el interior de la caja.
En esta estructura de la técnica anterior existen los siguientes inconvenientes:
•
los conductores pueden desplazarse en el interior de la caja debido a vibraciones, impactos, explosiones u otras incidencias externas;
•
estas cajas, que esencialmente son paralelepípedos rectangulares, no se pueden encajar perfectamente alrededor de los objetos ni pueden ser colocadas sobre los mismos, excepto sobre objetos que sean planos;
•
existen espacios entre los conductores y entre las caras de la caja, lo que significa que se reduce la resistencia de la propia caja ya que cada cara que puede arquearse por separado si se actúa sobre la misma;
•
requiere la utilización de silicona o de otros compuestos de cierre para fijar los componentes entre sí; y
•
el aire llena el espacio restante dentro de la caja, lo que puede producir corrosiones en el interior de la caja si dicha caja contiene componentes corrosivos.
Se reconocen los siguientes documentos de patentes: USA 6.971.650; DE 10308759A1; EP 1506553; USA 2006/0090924; USA
2004/0069525; EP 1376618A3; PCT/EP 03/01531; WO 03/098642; USA 6419289; DE 29917502; EP 1026019; USA 5.371.324; DE 3524516; EP 0208138 y USA 3.168.617. El documento USA-A-3.086.071 da a conocer un componente de cableado según el preámbulo de la reivindicación
1. Características de la invención
En un primer aspecto amplio independiente, la invención da a conocer una disposición de una serie de conductores según la reivindicación 1; uno o varios conectores que se acoplan a dichos conductores; dos o más capas de una fibra endurecida y un compuesto de relleno interpuesto entre dichos conductores; las zonas adyacentes a los conductores comprenden un relleno que inmoviliza los conductores con respecto a dichas capas; en la que, por lo menos, una parte de dichos conectores está embebida en un relleno.
Esta configuración es particularmente ventajosa porque permite que partes del conector estén protegidas en su parte posterior, y dispuestas para su utilización en su parte delantera. Esto permite que sean una parte integral del conjunto del conector y de los conductores. Asimismo, puede ser conformada fácilmente en una estructura generalmente plana entre los conectores con el objeto de ajustarse a espacios limitados.
En un aspecto secundario, de acuerdo con la invención, el conector incorpora una caperuza que protege su parte de conexión; en la que dicha caperuza incorpora un cierre en el interior de dicha caperuza. Esta configuración es particularmente ventajosa porque impide que el conector quede dañado por el relleno que fluye hacia la parte de conexión.
En un aspecto secundario adicional, las fibras están tejidas. Esto permite que las capas queden reforzadas.
En un aspecto secundario adicional, los conductores comprenden cobre y están envueltos con una o varias fundas que crean una unión entre los conductores y las capas.
En un aspecto secundario adicional, el componente incorpora una parte substancialmente plana y un labio que se extiende desde dicha parte plana formando un ángulo.
En un aspecto secundario adicional, el compuesto es un compuesto no conductor. Dicho compuesto puede ser, por ejemplo, un compuesto de un material similar o idéntico al material comercializado bajo la marca o denominación “Kevlar”, lo que permite que, si se desea, los conductores estén dispuestos sin
ninguna funda de protección o, en el caso de fusión de la funda del conductor, sigan manteniendo el aislamiento eléctrico de los conductores evitando de este modo cortocircuitos u otras consecuencias potencialmente peligrosas.
En un aspecto secundario adicional, las dos o más capas del compuesto son utilizadas en cualquiera de los lados de la serie de conductores. La utilización de una serie de capas permite obtener una superficie plana, lisa, en vez de una superficie que siga con precisión el contorno de los conductores embebidos y que por lo tanto sería irregular por encima de los conductores. Esta configuración opcional permite por consiguiente que los conductores queden ocultos en el interior de las capas. Asimismo reduce los puntos de concentración de tensión/esfuerzo que estarían situados en estas zonas irregulares de las superficies cuando solamente se utiliza una sola capa a ambos lados de los conductores. Por consiguiente, ofrece una configuración más resistente y en consecuencia más duradera que la que se conseguiría de otro modo.
En un aspecto secundario adicional, los conductores están envueltos además en dicho compuesto por medio de una funda que resiste hasta 100 grados en un horno de vacío. Este tipo especial de funda permite que los conductores queden protegidos, inmovilizados y sigan siendo conductivos únicamente a través de los propios conductores (es decir, sin ningún riesgo de cortocircuito en condiciones normales de funcionamiento).
En un aspecto secundario adicional, la disposición es rígida y se moldea para adecuarse a la forma de un componente del vehículo. Esto permite, especialmente cuando el componente del vehículo es la propia carrocería del vehículo, ahorrar espacio en el interior de la carrocería, de modo que puede utilizarse una carrocería para el vehículo de dimensiones reducidas, lo que tiene ventajas importantes desde el punto de vista de la resistencia al viento.
En un segundo aspecto amplio independiente, la invención da a conocer un método para fabricar una disposición de una serie de conductores según la reivindicación 10, que comprende las etapas de:
•
seleccionar una serie de conductores, colocándolos entre las capas de una fibra que puede ser endurecida y de un compuesto de resina;
•
extraer el aire de la disposición; y
•
realizar el tratamiento térmico de la disposición en un horno de vacío.
Cuando se utiliza este método, no se requiere un montaje complejo con posterioridad al endurecimiento. El aire se extrae de forma efectiva de los espacios intersticiales entre los conductores. Puede obtenerse cualquier forma dada, preferentemente colocando los conductores y el compuesto en un molde. Esto permite amoldarse a cualquier objeto escogido para su fijación. El producto resultante a partir de este método incorpora muchas de las ventajas indicadas anteriormente al hacer referencia a los aspectos específicos previos. Breve descripción de las figuras
La figura 1 muestra, de forma esquemática, el conjunto antes del tratamiento térmico. Las figuras 2a y 2b muestran vistas, en sección transversal, de una disposición de una serie de conductores con una capa a ambos lados de los conductores. Las figuras 3a y 3b muestran vistas, en sección transversal, de la disposición de una serie de conductores con dos capas a ambos lados de los conductores, antes y después del tratamiento. La figura 4 muestra una vista, en perspectiva, de la parte extrema de una banda en forma de arco de una serie de conductores, en la que la banda en sí es rígida. La figura 5 muestra una vista, en sección transversal, de un componente de cableado colocado en un molde. La figura 6 muestra una vista, en perspectiva, del molde con la brida del conector en posición. La figura 7 muestra una vista superior, en perspectiva, de una parte del molde sin su parte del conector en posición. La figura 8 muestra una vista, en perspectiva, desde la parte delantera donde estaría situado un conector.
Descripción detallada de las figuras
La figura 1 muestra una capa inferior -1-de fibras y del compuesto de resina antes de cualquier tratamiento térmico. Las fibras y el compuesto de resina están formados como una lámina de fibras entrelazadas con los hilos de la misma extendiéndose en una cierta dirección, o en una dirección perpendicular a esta primera. Se utiliza una malla cruzada. Estos compuestos de resina y fibra están disponibles fácilmente en muchos formatos. Este compuesto
concreto de resina y fibra puede ser un compuesto de fibra de carbono y resina. La adherencia natural de la resina permite que los conductores tales como el conductor -2-puedan ser colocados en cualquier configuración adecuada sobre la primera capa. La segunda capa -3-puede ser colocada encima de la disposición de conductores y quedar sujeta a la misma.
Las dos capas y los conductores pueden ser colocados sobre un molde o en el interior del mismo, el cual impone su forma al componente. Con el objeto de mejorar el pulido del acabado superficial es preferente un molde de cristal o de aluminio. Un molde de aluminio con una superficie curvada permite que el laminado adopte la forma de dicha curva después del tratamiento térmico. Está dispuesta una estación para la extracción del aire entre las capas por formación de vacío antes de su colocación en un horno del tipo de autoclave para un tratamiento térmico a presión (preferentemente al vacío).
Se selecciona la temperatura del tratamiento térmico con el objeto de conseguir un buen equilibrio entre economía y rapidez del tratamiento térmico. Sin embargo, en el caso de esta aplicación es preferente un tratamiento de 100 a 125 grados. Después del enfriamiento del componente, la disposición de la serie de conductores se convierte en una estructura sólida con la forma geométrica establecida por medio del molde.
A continuación puede disponerse la estructura rígida con conectores eléctricos para su incorporación a un vehículo según convenga. Asimismo, es preferente que durante el tratamiento térmico se continúe extrayendo aire del componente con el objeto de reducir al mínimo el riesgo de que queden burbujas de aire en las zonas intersticiales entre los conductores.
La figura 2a muestra una primera capa -4-y una segunda capa -5-de fibra y de compuesto de resina, y un cierto número de conductores tales como el conductor -6-situado entre las capas. Los conductores pueden tener funda o no tenerla según sea apropiado. Esta disposición permite que los conductores sean substancialmente coplanarios vistos en sección transversal a través de la anchura de los conductores.
La figura 2b muestra el conductor -6-después del tratamiento térmico. Los espacios entre los conductores están ocupados ahora principalmente por resina y un compuesto potencialmente fibroso que sirve por tanto para inmovilizar los
conductores con respecto a las capas. Esencialmente no existe aire entre los conductores. Si es necesario, con anterioridad al tratamiento térmico puede esparcirse adicionalmente resina sobre las capas para asegurar que se produce el relleno entre los conductores y para crear una superficie exterior acabada más lisa.
La figura 3a muestra la utilización de dos capas a ambos lados de los conductores. Estas capas tienen como referencia -7-, -8-, -9-y -10-respectivamente.
Después del tratamiento térmico las zonas intersticiales entre los conductores han sido llenadas substancialmente y las superficies superior e inferior -11-y -12son lisas, reflejando el pulido del molde de aluminio o del molde de cristal (dos láminas de cristal) que puede ser utilizado para conformar un componente durante su proceso de preparación y endurecimiento. El molde puede ser un molde de una sola cara.
La figura 4 muestra un componente -13-en forma de arco que comprende una disposición de una serie de conductores interpuestos entre dos capas del compuesto de fibra endurecida y resina. La disposición de la serie de conductores tiene como referencia el numeral -14-. En un extremo -15-de la disposición de la serie de conductores, sobresalen dos conjuntos -16-y -17-de conductores unidos cada uno de ellos a su propio conector individual -18-y -19-. El conector mostrado es un conector circular normal. La zona en forma de arco tiene una altura de una importancia mucho menor que el diámetro de cualquiera de estos conectores. Esto permite que se produzca la conexión eléctrica normal en un espacio plano reducido en un vehículo a motor.
La invención prevé asimismo la utilización de compuestos no conductores en las capas, de tal modo que si la funda de los conductores resulta dañada o se funde, no se produce normalmente ningún cortocircuito. Asimismo, es posible no utilizar ninguna funda en absoluto. Por ejemplo, pueden preverse capas de Kevlar (nombre comercial o denominación conocida).
La invención prevé asimismo que una capa forme una pantalla eléctrica similar al trenzado de los cables eléctricos.
Además, los conductores pueden tener dos o más diámetros diferentes. Los compuestos de resina y fibra son escogidos para poder conformarse de forma ventajosa con una gama de conductores de diámetros diferentes.
La figura 5 muestra un molde -20-en el que está colocado un componente del cableado con la referencia general -21que comprende una disposición de conductores de cobre situados entre dos capas de fibra endurecida y del compuesto de relleno. En las condiciones de vacío de la fabricación, los conductores y la pasta de relleno -22-llenan la parte posterior de un conector -23-. El conector incorpora una pestaña -24-que está en contacto con una placa -25-de posicionado de los conectores. La placa -25de posicionado de los conectores incorpora un diámetro -26-con un cierto número de entrantes con el objeto de permitir el paso de los salientes -27-del conector. La placa de posicionado de los conectores actúa como una barrera cuando está sujeta fuertemente al molde -20-con el objeto de tender a evitar que el relleno recubra la totalidad del conector. Para el mismo efecto, está dispuesta asimismo una caperuza de protección -28-del conector que encaja estrechamente sobre la parte de conexión del conector. Un cierre de goma -29-está situado en la parte interior de la caperuza, y como la caperuza está sujeta al conector, impide que algo de relleno penetre en las partes del conector que deben mantenerse forzosamente libres de relleno para una conexión eléctrica correcta. La esquina -30-está preferentemente rellena con un compuesto de enmascaramiento temporal para crear un cierre adicional. Tal como puede verse a partir de la figura, en la flecha -31-, el material compuesto rodea la parte posterior del conector.
En la figura 6, el molde -20-está representado como sujeto a la placa -25-y a una parte superior -32-del molde que rodea principalmente la parte del conector. La placa -25-de posicionado del conector incorpora un cierto número de entrantes, tales como el entrante -33-, que permiten el paso de la clavija -27-de un conector típico. La parte superior -32-del molde, la placa -25-y el molde -20-están unidos entre sí mediante tornillos que pueden estar situados en los orificios -34-, -35-, -36-y -37-. En la parte superior -32-del molde y en el molde -30-están dispuestos unos pasos roscados para asegurar una conexión estrecha entre los tres componentes.
La figura 6 muestra asimismo un canal -38-en el que se colocan la fibra, la resina y los conductores para su endurecimiento. El componente endurecido resultante incorpora una parte substancialmente plana con dichas paredes, tal como la pared -39-que sobresale hacia arriba en el molde.
La figura 7 muestra el canal -38-con mayor detalle. Antes de que los componentes sean colocados en el molde es preferente utilizar un agente de desmoldeo. El canal -38-se ensancha hacia la parte -40-del conector.
La figura 8 es otra vista de la disposición del molde de la figura 6. Para mayor claridad se utilizan numerales de referencia idénticos.
El componente resultante tiene una superficie lisa y brillante y es preferentemente estable a 130 grados Celsius.
El material compuesto utilizado puede ser conseguido en Advanced Composite Material, preferentemente el MTM57 CF0300.
Los tipos de aislamiento y de conductores preferentes son los siguientes.
En el caso de las fundas de aislamiento, los materiales preferentes son los siguientes: PTFE, polialqueno/PVDF de doble pared, poliimida, ETFE, HSTF, FEP, TFE.
En lo que se refiere a los tipos de material para los conductores, los preferentes son los siguientes: cobre; cobre con recubrimiento de estaño; cobre con recubrimiento de plata; cobre con recubrimiento de níquel; aleación de cobre con recubrimiento de plata; aleación de cobre con recubrimiento de níquel.

Claims (11)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Componente de cableado, que comprende una disposición de una serie de conductores (2, 6); dos o más capas (1, 3, 4, 5, 7, 8, 9, 10) de un material compuesto rígido tratado térmicamente formado por fibras y un relleno; estando situada una primera de dichas capas (1, 4, 7, 8) en un primer lado de dicha disposición; y estando situada una segunda de dichas capas (3, 5, 9, 10) en un segundo lado de dicha disposición; con lo que dichas capas abrazan dichos conductores; las zonas adyacentes a los conductores (2, 6) comprenden un relleno que inmoviliza los conductores con respecto a dichas capas; caracterizado porque dicho componente de cableado comprende además uno o varios conectores
    (23) que se acoplan a dichos conductores; y, por lo menos, una parte de dichos conectores (23) está embebida en un relleno.
  2. 2.
    Componente de cableado, según la reivindicación 1, en el que las fibras están tejidas.
  3. 3.
    Componente de cableado, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los conductores (2, 6) comprenden cobre y están envueltos en una o varias fundas que crean una unión entre los conductores y las capas (1, 3, 4, 5, 7, 8, 9, 10).
  4. 4.
    Componente de cableado, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el componente incorpora una parte substancialmente plana y una pared (39) que se extiende desde dicha parte plana; formando un ángulo entre dicha parte plana y dicha pared.
  5. 5.
    Componente de cableado, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el relleno no es conductor.
  6. 6.
    Componente de cableado, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se utilizan dos o más capas (7, 8, 9, 10) en cada lado de la serie de conductores.
  7. 7.
    Componente de cableado, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los conductores están envueltos además en dicho material compuesto por medio de una funda que resiste 100 grados en un horno al vacío.
  8. 8.
    Componente de cableado, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la disposición es rígida y está moldeada para adecuarse a la forma de un componente del vehículo.
  9. 9.
    Componente de cableado, según la reivindicación 1, en el que el conector incorpora una caperuza (28) que protege su parte de conexión; en el que dicha caperuza (28) incorpora un cierre (29) en el interior de dicha caperuza.
  10. 10.
    Método para producir un componente de cableado, que comprende las etapas de:
    •
    seleccionar una serie de conductores (2, 6);
    •
    colocar dicha serie de conductores (2, 6) entre capas (1, 3, 4, 5, 7, 8, 9, 10) de un material compuesto de fibras y un relleno, susceptible de tratamiento térmico;
    •
    extraer el aire de las capas (1, 3, 4, 5, 7, 8, 9, 10) y los conductores (2, 6);
    •
    colocar las capas (1, 3, 4, 5, 7, 8, 9, 10) y los conductores (2, 6) en un molde;
    •
    acoplar dichos conductores (2, 6) con un conector (23);
    •
    embeber, por lo menos, una parte de dicho conector (23) en el relleno;
    •
    someter a tratamiento térmico las capas (1, 3, 4, 5, 7, 8, 9, 10) y los conductores (2, 6) en un horno al vacío; y
    •
    permitir el enfriamiento del componente; con lo que el componente es rígido cuando está instalado.
  11. 11.
    Método, según la reivindicación 10, que comprende la etapa de fijar dicho conector a dichos conductores y sujetar dicho conector a dicho molde para formar una barrera entre dicho relleno y la parte de conexión de dicho conector.
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