Elektrische Leitung zum Anschluß an ortsveränderliche Verbraucher

Abstract

 Es wird eine elektrische Leitung zum Anschluß an ortsveränderliche Verbraucher angegeben, welche mindestens zwei aus isolierten Leitern bestehenden Adern (1,2) sowie mindestens einen, aus Einzeldrähten bestehenden elektrischen Schirm (4) aufweist, der als Geflecht oder Umseilung ausgeführt ist. Die Einzeldrähte des Schirms (4) weisen einen strangförmigen Kern aus einem auf Dauer wechselbiegebeständigen und torsionsbeständigen Material auf, um den mindestens ein Band aus elektrisch gut leitendem Material herumgewickelt ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Leitung zum Anschluß an ortsveränderliche Verbraucher, welche mindestens zwei aus isolierten elektrischen Leitern bestehenden Adern sowie mindestens einen, aus Einzeldrähten bestehenden elektrischen Schirm aufweist, der als Geflecht oder Umseilung ausgeführt ist (EP 1 736 999 A1).

[0002] Eine derartige Leitung wird beispielsweise zum Verbinden von ortsveränderlichen Geräten, insbesondere von Robotern, mit einer Spannungs- bzw. Signalquelle eingesetzt. Die Leitung muß mechanisch belastbar sein, mit einer auf lange Zeit gleichbleibenden Biegefestigkeit. Sie soll auch in einem weiten Temperaturbereich gut biegbar bleiben, der beispielsweise zwischen -40 °C und +80 °C liegt. Von besonderer Bedeutung für eine solche Leitung ist ihre Torsionsfestigkeit, da Roboter mit fortschreitender Technik immer beweglicher werden müssen, damit sie beispielsweise entlang von Fertigungsstraßen mit immer höher werdenden Geschwindigkeiten und Beschleunigungen hin- und herbewegt werden können. Die Leitungen werden insbesondere dann dauernd in wechselnden Richtungen tordiert. In der Praxis werden Leitungen gefordert, die beispielsweise bis zu fünf Millionen Torsionszyklen mit Torsionsbelastungen um Winkel von beispielsweise ± 360° und mehr unbeschadet überstehen. Diese Forderung gilt insbesondere auch für den Schirm, dessen elektrische Wirksamkeit nur bei unbeschädigten Einzeldrähten sichergestellt ist.

[0003] Die bekannte Leitung nach der eingangs erwähnten EP 1 736 999 A1 weist Adern für unterschiedliche Übertragungszwecke sowie elektrisch wirksame Schirme auf, welche die Adern einzeln und/oder gemeinsam umgeben. Die Schirme sind als Geflecht oder Umseilung aus Einzeldrähten aufgebaut. Die Einzeldrähte bestehen aus Kupfer. Ein entsprechendes Kupfer-Drahtgeflecht kann auch verzinnt sein. Derartige Schirme haben sich in der Praxis grundsätzlich bewährt. Die Einzeldrähte derselben können jedoch nach einer großen Anzahl von Torsionszyklen brechen, so daß die Funktionsfähigkeit der Schirme nicht mehr gesichert wäre.

[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs beschriebene Leitung so zu gestalten, daß der mindestens eine Schirm derselben eine erhöhte Torsionsfestigkeit hat.

[0005] Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Einzeldrähte einen strangförmigen Kern aus einem auf Dauer wechselbiegebeständigen und torsionsbeständigen Material aufweisen, um den mindestens ein Band aus elektrisch gut leitendem Material herumgewickelt ist.

[0006] Das Band aus elektrisch gut leitendem Material besteht vorzugsweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung. Es kann bei hochwertigen Leitungen aber auch aus Silber, Gold oder Platin bestehen. Stellvertretend für alle möglichen Ausführungsformen wird das Band im folgenden als "Kupferband" bezeichnet.

[0007] Bei dieser Leitung werden die Auswirkungen der mechanischen Belastungen des Schirms, die bei dauernd wechselnder Torsionsbelastung auf denselben ausgeübt werden, im wesentlichen vom strangförmigen Kern der Einzeldrähte aufgefangen. Der aus einem nur nach mechanischen Vorgaben ausgewählten Material bestehende Kern hält die große Anzahl von beispielsweise mehreren Millionen Torsionszyklen unbeschädigt aus, so daß auch der aus entsprechenden Einzeldrähten aufgebaute Schirm der Leitung unbeschädigt bleibt. Das gilt dann auch für die elektrische Wirksamkeit des Schirms, weil das mindestens eine um den Kern herumgewickelte Kupferband durch die dauernd wechselnde Torsionsbelastung der Leitung selbst nur wenig belastet wird. Es bleibt vielmehr mit unveränderter Position um den Kern herumgewickelt.

[0008] Bei nur einem Kupferband kann dasselbe zur Bildung einer rundum geschlossenen Schicht mit überlappenden Kanten um den Kern herumgewickelt sein. In einer bevorzugten Ausführungsform sind zwei Kupferbänder mit gleicher Wickelrichtung so um den Kern herumgewickelt, daß das außen liegende Kupferband Lücken zwischen den Windungen des innen liegenden Kupferbandes überdeckt.

[0009] In einer anderen bevorzugten Ausführungsform sind zwei Kupferbänder mit entgegengesetzter Wickelrichtung jeweils unter einem Winkel von etwa 45° um den Kern herumgewickelt. Der Winkel von etwa 45°, mit dem jedes der Kupferbänder um den Kern herumgewickelt ist, ist von besonderem Vorteil, weil Biegungen und Verdrehungen des Kerns nur eine geringe Rückwirkung auf die einander unter einem Winkel von etwa 90° kreuzenden Kupferbänder haben. Dieser Vorteil wirkt sich zusätzlich positiv in elektrischer Hinsicht aus, weil die Induktivität eines aus in gegensinniger Richtung bebänderten Einzeldrähten bestehenden Schirms effektiv reduziert wird. Dadurch wird der Einfluß der Schirminduktivität auf den Wellenwiderstand und die Leitungsdämpfung einer Leitung, beispielsweise einer Datenleitung minimiert.

[0010] Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in den Zeichnungen dargestellt.

Es zeigen:

[0011] 

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Leitung nach der Erfindung.

Fig. 2 und 3 Ausführungsformen von elektrischen Schirmen der Leitung in schematischen, vergrößerten Darstellungen.

Fig. 4 bis 6 Einzeldrähte des Schirms in unterschiedlichen Ausführungsformen in weiter vergrößerter Darstellung.

[0012] In Fig. 1 ist ein Querschnitt einer elektrischen Leitung dargestellt, die zwei miteinander verseilte Adern 1 und 2, einen dieselben umgebenden Innenmantel 3, einen über dem Innenmantel 3 angeordneten elektrischen Schirm 4 und einen den Schirm umgebenden Mantel 5 aus Isoliermaterial aufweist. Statt des Innenmantels 3 könnte auch eine Bebänderung eingesetzt sein. Andere, gegebenenfalls zum Aufbau der Leitung gehörende Teile sind der Übersichtlichkeit halber nicht mit dargestellt.

[0013] Die beiden Adern 1 und 2 bestehen jeweils aus einem elektrischen Leiter und einer denselben umgebenden Isolierung. Sie können mit entsprechender Dimensionierung der Datenübertragung und/oder der Stromübertragung dienen. In der Leitung können auch mehr als zwei Adern vorhanden sein, und zwar auch Adern mit unterschiedlichem Aufbau. Die Adern 1 und 2 können auch jeweils von einem elektrischen Schirm umgeben sein. Derartige Schirme können statt des gemeinsamen Schirms 4 eingesetzt sein, aber auch zusätzlich zu demselben.

[0014] Der Schirm 4 besteht ebenso wie die gegebenenfalls vorhandenen Schirme der Adern 1 und 2 aus Einzeldrähten 6 (Fig. 4 bis 6). Die Einzeldrähte 6 können ihre jeweilige Unterlage - Innenmantel 3 oder Adern 1 und 2 - gemäß Fig. 2 als Geflecht 7 oder gemäß Fig. 3 als Umseilung 8 umgeben.

[0015] Die Einzeldrähte 6 haben einen strangförmigen Kern 9 aus einem auf Dauer wechselbiegebeständigen und torsionsbeständigen Material. Der Kern 9 kann mit Vorteil aus Stahl, aus Kunststoffgarn oder aus einem Mineralfasergarn bestehen, wie beispielsweise Glas, Quarzglas, Basalt oder Kohlenstoff. Ein entsprechendes Kunststoffgarn ist beispielsweise aus Polyaramidfilamenten aufgebaut.

[0016] Um den Kern 9 des Einzeldrahts 6 herum ist gemäß Fig. 4 ein Kupferband 10 mit überlappenden Kanten herumgewickelt, so daß eine den Kern 9 rundum umgebende, geschlossene Schicht gebildet ist. Das Kupferband 10 kann blank sein. Es kann aber auch verzinnt, versilbert oder vernickelt sein. Diese Angaben gelten auch für die im folgenden für die Fig. 5 und 6 beschriebenen Kupferbänder.

[0017] Gemäß Fig. 5 sind bei dem dargestellten Einzeldraht 6 zwei Kupferbänder 11 und 12 mit gleicher Wickelvorrichtung übereinander liegend um den Kern 9 herumgewickelt, und zwar derart, daß das außen liegende Kupferband 12 Lücken zwischen den Windungen des innen liegenden Kupferbands 11 überdeckt. Auch dadurch ist eine den Kern 9 rundum umgebende, geschlossene Schicht gebildet.

[0018] Bei der Ausführungsform des Einzeldrahts 6 nach Fig. 6 sind zwei Kupferbänder 13 und 14 mit entgegengesetzter Wickelrichtung um den Kern 9 herumgewickelt, und zwar jeweils unter einem Winkel von etwa 45°, so daß sie sich unter einem Winkel von etwa 90° kreuzen.

[0019] Die Kupferbänder 10 bis 14 werden mit Vorteil aus einem Runddraht durch Kaltwalzen hergestellt und dabei auf ihre endgültigen Abmessungen gebracht. Sie können eine Breite von beispielsweise 0,15 mm bis 1,00 mm und eine Dicke von 0,01 mm bis 0,05 mm haben.

Ansprüche

1. Elektrische Leitung zum Anschluß an ortsveränderliche Verbraucher, welche mindestens zwei aus isolierten Leitern bestehenden Adern sowie mindestens einen, aus Einzeldrähten bestehenden elektrischen Schirm aufweist, der als Geflecht oder Umseilung ausgeführt ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Einzeldrähte (6) einen strangförmigen Kern (9) aus einem auf Dauer wechselbiegebeständigen und torsionsbeständigen Material aufweisen, um den mindestens ein Band aus elektrisch gut leitendem Material herumgewickelt ist.

2. Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Band (10) aus elektrisch gut leitendem Material mit überlappenden Kanten um den Kern (9) herumgewickelt ist.

3. Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Bänder (11,12) aus elektrisch gut leitendem Material mit gleicher Wickelrichtung so um den Kern (9) herumgewickelt sind, daß das außen liegende Band (12) Lücken zwischen den Windungen des innen liegenden Bandes (11) überdeckt.

4. Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Bänder (13,14) aus elektrisch gut leitendem Material mit entgegengesetzter Wickelrichtung jeweils unter einem Winkel von etwa 45° um den Kern (9) herumgewickelt sind.

5. Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (9) ein Stahldraht ist.

6. Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (9) ein Kunststoffgarn oder ein Mineralfasergarn ist.

7. Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bänder (10 bis 14) aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehen.

8. Leitung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bänder (10 bis 14) verzinnt, versilbert oder vernickelt sind.

9. Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Bänder (10 bis 14) aus Silber, Gold oder Platin bestehen.

Zeichnung