Coroplast Fritz Müller GmbH & Co. KG, Wittener Str. 271, 42279 Wuppertal
Ummantelte elektrische Leitung, insbesondere für Antiblockiersysteme und Fühler von Drehzahlmeßsystemen von Kraftfahrzeugen
Die Erfindung betrifft eine ummantelte elektrische Leitung, insbesondere für Antiblockiersysteme und Fühler von Drehzahlmeßsystemen von Kraftfahrzeugen, umfassend mindestens einen Leiter mit einer Isolierung und einen aus Polyurethan bestehenden Mantel.
Eine bekannte elektrische Leitung dieser Art ist - einschließlich der an sie gestellten technischen Anforderungen in der Bosch-Vorschrift VS 18296-NKA (Oktober 2001) beschrieben. Bei dieser Leitung besteht die Isolierung des Leiters aus einem Ethylen- Vinylacetat-Copolymer (EVA). Dabei handelt es sich um ein hoch wärmeformstabiles, chemisch vemetztes Elastomer, das - da es nicht mehr aufschmelzbar ist - nur schwer einem Recycling zugeführt werden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Leitung Jer eingangs genannten Art zu schaffen, die sich bei Wahrung einer hohen Wärmeformstabilität durch eine verbesserte Recycling-Fähigkeit auszeichnet. Weitere Teilaufgaben bestehen insbesondere darin, eine verbesserte Biegewechselfestigkeit, ein höhere Konfektionsprozeßfähigkeit sowie geringere Leitungskosten zu erzielen.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Isolierung des Leiters aus Polyurethan besteht, welches eine Härte von mindestens ca. 55 Shore D, insbesondere im Bereich von 55 bis 64 Shore D, aufweist.
Bei dem erfindungsgemäß eingesetzten Polyurethan-Werkstoff handelt es sich insbesondere um einen thermoplastischen Werkstoff, der wiederaufschmelzbar ist und daher leicht einem Recycling unterworfen werden kann. Als Polyurethan kann aber sowohl ein unvernetzter als auch ein vernetzter Werkstoff Verwendung finden, wobei
die Vernetzung durch an sich bekannte Verfahren, wie z.B. Strahlenvernetzung oder chemische Vernetzung, erfolgen kann. Auch für die vernetzten PUR-Werkstoffe kann ein umweltschonendes Recycling - je nach Vernetzungsgrad und Zusammensetzung - durch eine glycolytische Zersetzung, einen Wiedereinsatz des aufbereiteten, z.B. gemahlenen, Werkstoffs oder durch eine thermische Verwertung in optimaler Weise erfolgen.
Es wurde gefunden, daß mit einer Isolierung, die aus Polyurethan (PUR) besteht, welches eine Härte im erfindungsgemäßen Bereich besitzt, die Anforderungen der Bosch-Vorschrift VS 18296-NKA (Oktober 2001) erfüllbar sind. Bei einer Prüfung der Wärmedruckbeständigkeit nach Abschnitt 3.4.2 der DIN 72551-5 (02.93) bestehen dabei diese Anforderungen darin, daß das Material bei einer Prüftemperatur von 140 °C ± 2 °C nur eine Eindrucktiefe von maximal 30 % und bei einer Prüftemperatur von 250 °C ± 2 °C nur eine Eindrucktiefe von maximal 50 % aufweist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen sowie der folgenden Beschreibung enthalten.
Anhand zweier Ausführungsbeispiele soll im folgenden die Erfindung näher erläutert werden. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen ummantelten elektrischen
Leitung,
Fig. 2 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße ummantelte elektrische
Leitung,
Fig. 3 als zweites Beispiel, eine erfindungsgemäße elektrische Leitung, die mit einem, insbesondere als Stecker ausgebildeten, faserverstärkten Polyamidwerkstoff umspritzt ist,
Fig. 4 eine Diagrammdarstellung von vergleichenden Biegewechselprüfungen an bekannten und erfindungsgemäßen elektrischen Leitungen,
Fig. 5 eine Diagrammdarstellung von vergleichenden Prüfungen des spezifischen elektrischen Isolationswiderstandes verschiedener erfindungs-
gemäßer PUR-Werkstoffe in Abhängigkeit von einer Zeit der Wasserlagerung,
Fig. 6 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführung einer erfindungsgemäßen elektrische Leitung.
In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, so daß sie in der Regel auch jeweils nur einmal beschrieben werden.
Wie sich zunächst aus Fig. 1 und 2 ergibt, besteht eine erfindungsgemäße ummantelte elektrische Leitung aus mindestens einem Leiter 2.1 (Durchmesser d- mit einer Isolierung 2.2 (Aderdurchmesser d2, Wandstärke s in Fig. 2) und einem aus Polyurethan bestehenden Mantel 2.5 (Außendurchmesser d3). Zusätzlich kann optional zwischen dem Leiter 2.1 und der Isolierung 2.2 oder zwischen der Isolierung 2.2 und dem Außenmantel 2.5 - wie aus Fig. 6 entnehmbar - eine Schirmung 2.4 vorgesehen sein. Fig. 2 zeigt dabei eine Ausführung mit zwei Leitern 2.1.
Der Mantel 2.5 besteht aus PUR, insbesondere aus Polyether-Polyurethan, wobei dieses bevorzugt eine Härte im Bereich von 75 bis 95 Shore A aufweisen kann. Polyether-Polyurethan ist besonders hydrolysebeständig. Bevorzugt wird das Material mit dem oberen Grenzwert gewählt. Die Isolierung 2.2 des Leiters 2.1 besteht ebenfalls aus Polyurethan, welches jedoch eine Härte von mindestens etwa 55 Shore D, insbesondere eine Härte im Bereich von 55 bis 64 Shore D, aufweist. Auch hier wird bevorzugt das Material mit dem oberen Grenzwert gewählt. Als optimale Obergrenze der Härte wird ein Wert von 72 Shore D angesehen. Der Leiter 2.1 mit Isolierung 2.2 kann vorzugsweise für eine Leitung mit dem Leiter-Nennquerschnitt 2 x 0,5 mm2 insbesondere einen Aderdurchmssser (d2) von 1 ,50 bis 1 ,65 mm ± 0,05 mm aufweisen, wobei die Wandstärke s der Isolierung 2.2 mindestens 0,2, vorzugsweise mindestens 0,24 mm, betragen sollte. Die angegebene Toleranz kann auch im Bereich von + 0,1 mm liegen. Der Außendurchmesser d3 der Leitung liegt bei einer Mantelwanddicke t von minimal 0,7 mm insbesondere bei 5,0 mm + 0,3 mm.
Der Leiter 2.1 kann in bevorzugter Ausführung aus Kupferdraht bestehen, der auch aus mehreren (vorzugsweise bis zu 30) Einzeldrähten gebildet sein kann. Insbesondere kann der Leiter 2.1 - ohne Beeinträchtigung der Erfüllung des Anforderungsprofils
an die erfindungsgemäße Leitung - aus blanker, unverzinnter Kupferlitze bestehen, was einen weiteren Vorteil gegenüber der bekannten Leitung darstellt. Bei der bekannten Leitung ist im Gegensatz dazu eine Leiterverzinnung unabdingbar notwendig, um einen vorgeschriebenen Test auf thermische Überlastprüfung zu bestehen (Bosch- Vorschrift VS 18296-NKA - Oktober 2001 in Verbindung mit DIN 72551-5 - 02.93, Abschnitt 3.6.2). Dieser Test sieht vor, daß die Leitung eine Prüftemperatur von 180 °C ± 2 °C 48 Stunden lang überstehen muß.
Fig. 3 veranschaulicht, daß eine erfindungsgemäße ummantelte elektrische Leitung, insbesondere für Antiblockiersysteme und Fühler von Drehzahlmeßsystemen (als sogenannte ABS- und/oder DL-Leitung) von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden kann. Die Darstellung zeigt, daß die erfindungsgemäße Leitung, d.h. der Leiter 2.1 einschließlich der Isolierung 2.2 und/oder der Mantel mit einem, insbesondere als Stecker ST ausgebildeten, faserverstärkten Polyamidwerkstoff umspritzt ist. Bei dem Werkstoff des Steckers ST handelt es sich dabei bevorzugt um glasfaserverstärktes Polyamid PA 6.6 GFK 35. Nicht dargestellte Querschliffaufnahmen durch den Stecker ST zeigten einerseits eine ausgezeichnete Einbindung der erfindungsgemäßen Leitung in das sie umgebende Material, andererseits aber den warmeformstabilen Erhalt der Isolierung 2.2 während des Spritzvorganges.
Das - verglichen mit dem bekannten Stand der Technik - hochwertige Eigenschaftsprofil der erfindungsgemäßen elektrischen Leitung zeigt sich in der Wärmeformstabilität und wird auch durch Fig. 4 veranschaulicht, in der über den Probenummern 1 bis 6 die Ergebnisse einer Biegewechselprüfung nach VDE 0472-603/J (R = 5 mm) von herkömmlichen und erfindungsgemäßen ABS/DL-Leitungen aufgetragen sind. Das Diagramm zeigt, daß mit einer erfindungsgemäßen Leitung (d2 = 1 ,50 mm bzw. 1 ,65 mm) in fast allen Fällen mehr als 5000 Biegezyklen erreicht wurden und daß insbesondere mehr als 8000 Biegezyklen erreichbar waren, wobei sämtliche Ergebnisse der erfindungsgemäßen Leitungen weitaus besser ausfielen, als die für die bekannten elektrischen Leitungen mit einer aus EVA bestehenden Isolation. Die dargestellten Ergebnisse veranschaulichen den korrelativen Zusammenhang zwischen der Härte des erfindungsgemäß für die Isolierung 2.2 gewählten Materials und seiner Wärmeformbeständigkeit sowie dem Biegewechselverhalten.
Eine weitere, insbesondere für automotive Anwendungen besonders bedeutsame Eigenschaft ist der spezifische Isolationswiderstand der erfindungsgemäßen elek-
frischen Leitung nach einer Wasserlagerung. Zur Bestimmung dieser Kenngröße ist hier exemplarisch die Vorschrift Bosch VS 18296-NKA (Oktober 2001) Pkt. 3.3.1 zu nennen. Dabei besteht eine Sollforderung darin, daß der spezifische Isolationswiderstand nach Lagerung bei +70°C einen Wert von 1010 Ohm cm überschreiten muß, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist. Wie die diagrammatische Darstellung außerdem zeigt, wurde überraschenderweise bei Untersuchungen eine Farbabhängigkeit des Isolationswiderstandes festgestellt, woraus sich ergibt, daß natur- farbenes, d.h. nicht eingefärbtes, bzw. auch mit bekanntermaßen eingesetzten Pigment- oder Farbstoffen weiß, insbesondere mit Titanoxid, eingefärbtes PUR die besten Ergebnisse erzielen. Fig. 5 zeigt, daß für diese Werkstoffe auch nach einer zweistündigen Einlagerungszeit in Wasser der normgemäß geforderte Wert eingehalten wird.
Für die in Fig. 2 dargestellte Ausführung der Erfindung, kann somit - insofern auch dem Kunden eine naturfarbene bzw. eine weiße Aderfarbe geeignet erscheint - eine einschichtige Isolierung 2.2 des Leiters 2.1 gewählt werden, die aus naturfarbenem oder weiß eingefärbtem Polyurethan besteht.
Oftmals werden jedoch, insbesondere in der Automobilindustrie, different farbige Adern zur Codierung von Anschlußkontaktierungen gefordert. Für derartige Anwendungsfälle kann erfindungsgemäß zur Produktverbesserung und zur Einhaltung eventueller Kundenvorschriften mit Vorteil ein zweischichtiger Aufbau der Isolierung 2.2 gewählt werden, wie er exemplarisch in Fig. 6 dargestellt ist. In dieser Ausführung ist eine Innenschicht 2.2a der Isolierung 2.2 mit der Wanddicke sa naturfarben bzw. weiß eingefärbt. Eine Außenschicht 2.2b der Isolierung 2.2 mit der Wanddicke Sb ist stattdessen beliebig, z.B. entsprechend einem jeweiligen Kundenwunsch, eingefärbt. Das Verhältnis der Wanddicken sa / Sb zueinander kann dabei insbesondere in Abhängigkeit eines Verhältnisses des Außendurchmessers d2 zum Durchmesser di des Leiters 2.1 eingestellt werden. Beide Schichten 2.2a und 2.2b können im Sinne einer optimal festen Verbindung miteinander in einem Herstellungsprozeß, z.B. durch Coextrusion, auf den Leiter 2.1 aufgebracht werden. Der Mantel 2.5 und die Schirmung 2.4 sind nur teilweise dargestellt, da auch dem Aderaufbau an sich eine erfinderische Bedeutung zugemessen wird. Einer PUR/PUR- Paarung von 2.5 Mantel und Isolation 2.2, insbesondere auch mit den vorstehend genannten weiteren Eigenschaften der Polyurethane, kommt jedoch insofern besondere Bedeutung zu, als von der chemischen Grundstruktur her gleichartige,
insbesondere die genannten, Werkstoffe für Mantel 2.5 und Isolation 2.2 eine sehr gute Kompatibilität besitzen und, wodurch das gesamte Eigenschaftsbild der gesamten erfindungsgemäßen elektrischen Leitung, z.B. die Qualität der Adereinbindung und die Biegewechselfestigkeit, positiv beeinflußt wird.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfaßt auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungen. So können beispielsweise die Anzahl der Leiter 2.1 oder die geometrischen Abmaße, wie insbesondere der Querschnitt, von den beispielhaft aufgeführten abweichen, ohne daß der Rahmen der Erfindung verlassen wird. Mit den genannten geometrischen Abmaßen kann, insbesondere bei einem Leiterquerschnitt von 0,5 mm2, eine gegenüber der herkömmlich praktizierten vergleichsweise reduzierte Wanddicke s der Isolierung 2.2 eingestellt werden. Als Leiterwerkstoffe können auch Legierungen auf Kupferbasis oder kupferfreie Materialien, wie z.B. Stahl oder metallische Verbundwerkstoffe zum Einsatz kommen.
Bei Einsatz von vernetzbarem bzw. vernetztem PUR als Werkstoff der Isolierung 2.2 können bei einem Aufbau mit zwei Schichten 2.2a, 2.2b sowohl beide als auch nur eine Isolationsschicht aus diesem Werkstoff bestehen. Es fällt auch in den Rahmen der Erfindung, wenn bei einem zweischichtigen Aufbau nur eine der beiden Schichten 2.2a, 2.2b, insbesondere die Innenschicht 2.2a, erfindungsgemäß aufgebaut ist.
Bezüglich möglicher weiterer zweckmäßiger Ausgestaltungsformen der Erfindung, wie der Art der Schirmung 2.4, wird in vollem Umfang auf die bereits mehrfach erwähnte Vorschrift VS 18296-NKA (Oktober 2001 ) verwiesen.
Femer ist die Erfindung nicht auf die im Anspruch 1 definierte Merkmalskombination beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmale definiert sein. Dies bedeutet, daß grundsätzlich praktisch jedes Einzelmerkmal des Anspruchs 1 weggelassen bzw. durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann. Insofern ist der Anspruch 1 lediglich als ein erster Formulierungsversuch für eine Erfindung zu verstehen.
Bezugszeichen
2.1 Leiter
2.2 Isolation
2.2a Innenschicht von 2.2
2.2b Außenschicht von 2.2
2.4 Schirmung
2.5 Mantel
i Durchmesser von 2.1 d2 Durchmesser von 2.2, Aderdurchmesser d3 Durchmesser von 2.5, Außendurchmesser s Dicke von 2.2
Sa Dicke 2.2a
Sb Dicke 2.2b
ST Stecker, Umspritzung t Dicke von 2.5