Temperaturbeständige elektrische Leitung zur Ubertragung von Daten

Abstract

 Es wird eine temperaturbeständige elektrische Leitung (L) zur Übertragung von Daten angegeben, die insbesondere zum Einsatz in Kraftfahrzeugen bestimmt ist. Sie besteht aus mindestens zwei miteinander verseilten Adern (1,2) von denen jede einen von einer Isolierung (4) umgebenen elektrischen Leiter (3) aufweist. Um die Adern (1,2) herum ist ein gemeinsamer Mantel (7) aus Isoliermaterial angebracht. Die Isolierung (4) der Adern (1,2) besteht aus einer Schicht (9) aus aufgeschäumtem, strahlenvernetztem Polyethylen, die von einer nicht geschäumten Außenschicht umgeben ist, deren Wandstärke klein ist im Verhältnis zur Wandstärke der aufgeschäumten Schicht (9). Die Adern (1,2) sind in einen Ausfüllmantel (5) aus einem thermoplastischen Polymer oder Elastomer eingebettet, der eine etwa kreisrunde Umfangsfläche hat. Über dem Ausfüllmantel (5) ist ein an dessen Umfangsfläche anliegender, aus elektrisch gut leitenden Drähten bestehender und gut biegbarer Schirm (6) angeordnet und der aus temperaturbeständigem Isoliermaterial bestehende Mantel (7) ist über dem Schirm (6) angebracht.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine temperaturbeständige elektrische Leitung zur Übertragung von Daten, insbesondere zum Einsatz in Kraftfahrzeugen, bestehend aus mindestens zwei miteinander verseilten Adern, von denen jede einen von einer Isolierung umgebenen elektrischen Leiter aufweist, und einem um die Adern herum angebrachten, gemeinsamen Mantel aus Isoliermaterial.

[0002] Bei Leitungen zur Übertragung von Daten sind für deren Aufbau im wesentlichen übertragungstechnische Gesichtspunkte von Bedeutung. Die Übertragung der Daten darf nicht durch die Materialien für die elektrischen Leiter, für die Isolierung und für den Mantel ungünstig beeinflußt werden. Es werden daher elektrisch gut leitende Metalle und Isolierstoffe mit möglichst niedriger Dielektrizitätskonstante verwendet. Diese Bedingungen gelten auch für Leitungen, die zur Datenübertragung in Geräten eingesetzt werden, in denen erhöhte Temperaturen auftreten. Ein Einsatzgebiet für diese Leitungen sind beispielsweise Kraftfahrzeuge. Die hier beispielsweise für Datenraten im Bereich von 1 Megabaud vorgesehenen Leitungen müssen bei Temperaturen im Bereich von 125 °C mindestens 3000 Stunden beständig sein. Sie müssen außerdem den rauhen Bedingungen genügen, denen die Leitungen in Kraftfahrzeugen ausgesetzt sind. Das sind beispielsweise Erschütterungen und Ölverschmutzungen sowie Einflüsse von Feuchtigkeit und Straßenschmutz. Neben den erwähnten übertragungstechnischen Forderungen müssen die Leitungen also auch vorgegebene mechanische Bedingungen erfüllen.

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs geschilderte Leitung so zu gestalten, daß sie alle übertragungstechnischen und mechanischen Bedingungen auf einfache Weise erfüllt.

[0004] Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst,

• daß die Isolierung der Adern aus einer Schicht aus aufgeschäumtem, strahlenvernetztem Polyethylen besteht, die von einer nicht geschäumten Außenschicht umgeben ist, deren Wandstärke klein ist im Verhältnis zur Wandstärke der aufgeschäumten Schicht,
• daß die Adern in einen Ausfüllmantel aus einem thermoplastischen Polymer oder Elastomer eingebettet sind, der eine etwa kreisrunde Umfangsfläche hat,
• daß über dem Ausfüllmantel ein an dessen Umfangsfläche anliegender, aus elektrisch gut leitenden Drähten bestehender und gut biegbarer Schirm angeordnet ist und
• daß der aus temperaturbeständigem Isoliermaterial bestehende Mantel über dem Schirm angebracht ist.

[0005] Diese Leitung erfüllt mit dem die Leiter der Adern umgebenden, aufgeschäumten Polyethylen (PE) als Isoliermaterial in Verbindung mit der dünnen Außenschicht alle übertragungstechnischen Anforderungen für die Datenübertragung insbesondere in höheren Frequenzbereichen, wie beispielsweise bei Übertragungsraten von 1 Megabaud. Die resultierende Dielektrizitätskonstante einer solchen Leitung kann gleich oder kleiner 2,1 sein. Damit sind geringe elektrische Verluste bei der Datenübertragung gewährleistet. Die niedrige Dielektrizitätskonstante gilt für die ganze Leitung, da auch das für den Ausfüllmantel eingesetzte thermoplastische Polymer bzw. Elastomer (TPE) eine entsprechend niedrige Dielektrizitätskonstante hat. Das PE der Isolierungen der Adern ist außerdem vernetzt. Die Adern sind dadurch bei höheren Temperaturen, insbesondere im Bereich von 125 °C, ohne Beschädigungs- oder Zerstörungsgefahr auf Dauer einsetzbar. Die Vernetzung des PEs mittels Strahlenvernetzung stellt sicher, daß es seine guten elektrischen Eigenschaften beibehält, da demselben keine die Vernetzung unterstützenden Zusätze beigegeben werden. Die Adern sind durch den über dem Ausfüllmantel liegenden flexiblen Schirm gegen äußere Störfelder abgeschirmt, so daß die Datenübertragung von außen nicht störend beeinflußt werden kann. Der Mantel sichert zusätzlich die geforderte Temperaturbeständigkeit der Leitung sowie ihre Beständigkeit gegenüber den oben erwähnten mechanischen Belastungen. Die Leitung kann sogar kurzzeitig thermisch überlastet werden, mit Temperaturen bis zu 150 °C, ohne daß eine Zerstörung derselben befürchtet werden muß.

[0006] Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in den Zeichnungen dargestellt.

[0007] Es zeigen:

Fig. 1 und 2 Querschnitte durch eine Leitung nach der Erfindung in zwei unterschiedlichen Ausführungsformen.

Fig. 3 und 4 Querschnitte durch unterschiedlich aufgebaute Adern der Leitung in vergrößerter Darstellung.

[0008] In den in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine elektrische Leitung L mit zwei Adern 1 und 2 gezeigt, die miteinander verseilt sind. Die Adern 1 und 2 haben jeweils einen elektrischen Leiter 3 und eine denselben umgebende Isolierung 4. Sie sind von einem an den Isolierungen 4 anliegenden Ausfüllmantel 5 aus Isoliermaterial umgeben, der eine in etwa kreisrunde Umfangsfläche hat. Über dem Ausfüllmantel 5 liegt ein gut biegbarer elektrischer Schirm 6, über dem ein Mantel 7 aus Isoliermaterial angeordnet ist. Zwischen Schirm 6 und Mantel 7 kann gemäß Fig. 2 eine Trennschicht 8 angebracht sein, die aus Isoliermaterial besteht.

[0009] Die Leiter 3 der Adern 1 und 2 sind vorzugsweise als Litzenleiter ausgeführt, beispielsweise als mindest siebendrähtige Litzenleiter. Sie bestehen in bevorzugter Ausführungsform aus Kupfer. Der Ausfüllmantel 5 umgibt die Adern 1 und 2 unter Anlage an der Isolierung 4 derselben. Er füllt also auch die Zwickel zwischen den beiden Adern 1 und 2 aus. Der Ausfüllmantel 5 kann beispielsweise aus einem elektrisch hochwertigen thermoplastischen Polymer oder Elastomer (TPE) bestehen. Es kann auch ein thermoplastisches Compound auf der Basis von Polypropylen oder Polypropylen-Copolymer mit einem Anteil von Gummi zwischen 20 % und 60 % für den Ausfüllmantel 5 verwendet werden. Das Material des Ausfüllmantels 5 kann massiv oder geschäumt ausgeführt sein. Auf der etwa kreisrunden Umfangsfläche des Ausfüllmantels 5 liegt der elektrische Schirm 6 auf.

[0010] Der Schirm 6 besteht aus elektrisch gut leitenden Drähten. Es kann sich um Kupferdrähte oder um verzinnte Kupferdrähte handeln. Um einen gut biegbaren Schirm 6 mit hoher optischer Bedeckung zu realisieren, kann derselbe als Umseilung oder als Geflecht ausgeführt sein. Die Drähte des Schirms 6 werden also entweder mit vorgegebener Schlaglänge um den Ausfüllmantel 5 herumgelegt oder mittels einer Flechtmaschine um denselben herumgeformt.

[0011] Über dem Schirm 6 ist der Mantel 7 aus temperaturbeständigem, vorzugsweise strahlenvernetzbarem Isoliermaterial angebracht. Er besteht beispielsweise aus Polyurethan (PU) oder Polyetherurethan (TPE-U). Um das Abmanteln des Mantels 7 für Verbindungszwecke zu erleichtern, kann über dem Schirm 6 zunächst die Trennschicht 8 aus Isoliermaterial angebracht werden. Sie verhindert, daß das durch Extrusion aufgebrachte Material des Mantels 7 zwischen die Drähte des Schirms 6 gelangt, was eine Art Verankerung zwischen Mantel 7 und Schirm 6 bewirken würde. Die Trennschicht 8 besteht beispielsweise aus einem Vließ.

[0012] Die Isolierung 3 der Adern 1 und 2 besteht gemäß Fig. 3 und 4 im wesentlichen aus einer Schicht 9 aus aufgeschäumtem, strahlenvernetztem Polyethylen (PE). Die Schicht 9 ist von einer massiven, also nicht geschäumten Außenschicht 10 bzw. 11 aus Isoliermaterial umgeben, deren Wandstärke klein ist im Verhältnis zur Wandstärke der aufgeschäumten Schicht 9. Die Außenschicht 10 kann gemäß Fig. 3 eine glatte Außenhaut des aufgeschäumten PEs sein, die beispielsweise durch kühlende Kalibrierung der aufgeschäumten Schicht 9 entsteht. Die Außenchicht 11 kann nach Fig. 4 auch auf die aufgeschäumte Schicht 9 extrudiert sein. Sie ist gegen hohe Temperaturen beständig und kann in halogenfreier Ausführung aus Polyetheretherketon (PEEK) bestehen. In bevorzugter Ausführungsform wird für die Außenschicht 11 Ethylentetrafluorethylen (ETFE) eingesetzt.

[0013] Die Leitung L wird beispielsweise wie folgt hergestellt:

[0014] Die Adern 1 und 2 werden vorgefertigt. Dabei wird ihre Schicht 9 aus aufgeschäumtem PE in einer Strahlenvernetzungsanlage vernetzt. Die beiden Adern 1 und 2 - es können auch mehr als zwei Adern sein - werden dann miteinander verseilt. Bei reversierender Verseilung (S/Z-Verseilung) können im gleichen Arbeitsgang der Ausfüllmantel 5 mittels eines Extruders aufgebracht, der Schirm 6 aufgeseilt oder aufgeflochten, die Trennschicht 8 gegebenenfalls um den Schirm 6 herumgeformt und abschließend der Mantel 7 mittels eines Extruders aufgebracht werden. Die fertige Leitung L wird dann gegebenenfalls durch eine Strahlenvernetzungsanlage geführt, in welcher das Material des Mantels 7 vernetzt wird.

Ansprüche

1. Temperaturbeständige elektrische Leitung zur Übertragung von Daten, insbesondere zum Einsatz in Kraftfahrzeugen, bestehend aus mindestens zwei miteinander verseilten Adern, von denen jede einen von einer Isolierung umgebenen elektrischen Leiter aufweist, und einem um die Adern herum angebrachten gemeinsamen Mantel aus Isoliermaterial, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Isolierung (4) der Adern (1,2) aus einer Schicht (9) aus aufgeschäumtem, strahlenvernetztem Polyethylen besteht, die von einer nicht geschäumten Außenschicht (10,11) umgeben ist, deren Wandstärke klein ist im Verhältnis zur Wandstärke der aufgeschäumten Schicht (9),

- daß die Adern (1,2) in einen Ausfüllmantel (5) aus einem thermoplastischen Polymer oder Elastomer eingebettet sind, der eine etwa kreisrunde Umfangsfläche hat,

- daß über dem Ausfüllmantel (5) ein an dessen Umfangsfläche anliegender, aus elektrisch gut leitenden Drähten bestehender und gut biegbarer Schirm (6) angeordnet ist und

- daß der aus temperaturbeständigem Isoliermaterial bestehende Mantel (7) über dem Schirm (6) angebracht ist.

2. Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung (3) der Adern (1,2) aus einer durch eine glatte Außenhaut als Außenschicht (10) abgeschlossenen Schicht (9) aus physikalisch aufgeschäumtem, vernetztem Polyethylen besteht.

3. Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung (3) der Adern (1,2) aus der Schicht (9) aus aufgeschäumtem, strahlenvernetztem Polyethylen und einer dieselbe umgebenden Außenschicht (11) aus massivem Ethylentetrafluorethylen besteht.

4. Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausfüllmantel (5) aus einem elektrisch hochwertigen thermoplastischen Polymer oder Elastomer besteht.

5. Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausfüllmantel (5) aus einem thermoplastischen Compound auf der Basis von Polypropylen oder Polypropylen-Copolymer mit einem Anteil von Gummi zwischen 20 % und 60 % besteht.

6. Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausfüllmantel (5) massiv ausgeführt ist.

7. Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausfüllmantel (5) geschäumt ausgeführt ist.

8. Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm (6) aus Kupferdrähten besteht.

9. Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm (6) aus verzinnten Kupferdrähten besteht.

10. Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm (6) als Umseilung ausgeführt ist.

11. Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm (6) als Geflecht ausgeführt ist.

12. Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß über dem Schirm (6) eine ihrerseits vom Mantel (7) umgebene Trennschicht (8) aus Isoliermaterial angebracht ist.

13. Leitung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennschicht (8) aus einem Vließ besteht.

14. Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (7) aus einem Polyetherurethan besteht.

15. Leitung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Mantels (7) strahlenvernetzt ist.

Zeichnung