Flexible elektrische Steuerleitung

Abstract

 Es wird eine flexible elektrische Steuerleitung (L) angegeben, die aus mindestens zwei miteinander verseilten Adern (1,2) besteht, von denen jede einen von einer Isolierung (4) umgebenen elektrischen Leiter aufweist. Die Leiter der Adern (1,2) sind als aus einer Vielzahl von Einzeldrähten (9) bestehende Litzenleiter (3) ausgebildet. In mindestens einem der zwischen den beiden Adern (1,2) befindlichen Zwickel ist eine aus verzinnten Kupferdrähten (10) bestehende Litze (5) angeordnet. Die Adern (1,2) und die Litze (5) sind zu einer Einheit miteinander verseilt und über der von den Adern (1,2) und der Litze (5) gebildeten Einheit ist eine elektrisch gut leitende Schirmlage (7) angebracht, die an den Adern (1,2) und an der Litze (5) anliegt und von einem Mantel (8) aus Isoliermaterial umgeben ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine flexible elektrische Steuerleitung, bestehend aus mindestens zwei miteinander verseilten Adern, von denen jede einen von einer Isolierung umgebenen elektrischen Leiter aufweist, bei welcher die beiden Adern von einem gemeinsamen Mantel aus Isoliermaterial umgeben sind (DE 201 09 974 U1).

[0002] Derartige Steuerleitungen - im folgenden kurz "Leitungen" genannt - werden beispielsweise zum Verbinden von ortsveränderlichen Geräten mit einer Spannungs- bzw. Signalquelle eingesetzt. Ortsveränderliche Geräte können beispielsweise Kräne, Werkzeugmaschinen und Roboter sein. Die Leitungen müssen mechanisch belastbar sein, mit einer auf lange Zeit gleichbleibenden Biegefestigkeit, beispielsweise beim Einsatz in Energieschleppketten. Sie sollen auch in einem weiten Temperaturbereich flexibel bleiben, der beispielsweise zwischen -40 °C und +80 °C liegt.

[0003] Aus der US 5 834 699 A geht ein hochflexibles elektrisches Kabel für medizinische Abwendungen hervor. Es weist eine Anzahl von isolierten elektrischen Leitern auf, die um ein zentrales Element herumverseilt sind. In den Zwickeln zwischen den Leitern sind isolierte Zugelemente angeordnet. Die Einheit aus Leitern und Zugelementen ist von einer leitfähigen Membran umgeben, über welcher ein Außenmantel angebracht ist.

[0004] Bei der bekannten Leitung nach dem eingangs erwähnten DE 201 09 974 U1 sind in den Zwickeln der Adern Füllelemente aus Kunststoff angeordnet, deren Durchmesser größer als der Durchmesser der Adern ist. Sie sind zusammen mit den Adern verseilt. Für den Mantel ergibt sich eine von den beiden Adern und den beiden Füllelementen gebildete etwa kreisrunde Unterlage. Die im Durchmesser größeren Füllelemente ermöglichen eine Anpassung des Wellenwiderstandes der Leitung an gewünschte Werte. Durch die Verseilung der Adern miteinander sollen die Wirkung von externen Magnetfeldern reduziert sowie die elektromagnetische Verträglichkeit, die Einstrahlfestigkeit und die Störsicherheit erhöht werden. Ein gesonderter, elektrisch wirksamer Schirm ist nicht vorgesehen. Über den Aufbau der elektrischen Leiter der Adern sind der Druckschrift keine Angaben zu entnehmen.

[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs geschilderte Leitung so zu gestalten, daß sie mit wirksamer elektrischer Schirmung ausgerüstet und einfach herzustellen ist sowie auch bei häufiger Biegebeanspruchung eingesetzt werden kann.

[0006] Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst,

• daß die Leiter der Adern als aus einer Vielzahl von Einzeldrähten bestehende Litzenleiter ausgebildet sind, deren Einzeldrähte von der Isolierung umschlossen sind,
• daß in mindestens einem der zwischen den beiden Adern befindlichen Zwickel eine aus verzinnten Kupferdrähten bestehende Litze angeordnet ist,
• daß die Adern und die Litze zu einer Einheit miteinander verseilt sind und
• daß über der von den Adern und der Litze gebildeten Einheit eine elektrisch gut leitende Schirmlage angebracht ist, die an den Adern und an der Litze anliegt und von dem Mantel umgeben ist.

[0007] Diese Leitung ist sehr einfach herstellbar, und zwar mit Einsatz von grundsätzlich bekannten, einfach aufgebauten Maschinen und zugehörigen Vorrichtungen, wie beispielsweise Ablauf- und Aufwickeleinrichtungen. Durch das Zusammenwirken von Litze und Schirmlage ergibt sich auf einfache Weise ein elektrisch hochwirksamer Schirm für die Leitung. Wegen der Litze kann die Schirmlage relativ materialarm ausgeführt werden, wodurch einerseits die gute Biegbarkeit der Leitung unterstützt und andererseits die für eine häufige Biegebeanspruchung geforderte Stabilität sichergestellt ist. Die Litze ergänzt außerdem auf der einen Seite der beiden Adern den Querschnitt der Leitung, der bei entsprechender Gestaltung der gegenüberliegenden Seite leicht etwa kreisrund geformt werden kann.

[0008] Zusammen mit einer zweiten Litze aus verzinnten Kupferdrähten oder einem Strang gleicher Abmessungen, die im der Litze gegenüberliegenden Zwickel zwischen den beiden Adern angeordnet werden, kann dieser etwa kreisrunde Querschnitt einfach und sinnvoll erreicht werden.

[0009] Die Schirmlage kann aus einem Hybridband mit einer Kunststoffschicht und einer Metallschicht bestehen. Ein solches Hybridband kann überlappend um die Adern und die Litze herumgewickelt sein, und zwar so, daß die Metallschicht an den Adern und insbesondere dicht an der Litze anliegt. Für die Schirmlage kann aber auch ein aus Kunststoff, vorzugsweise aus Polyester, bestehendes, elektrisch leitendes Vliesmaterial verwendet werden, das ebenfalls in Form eines Bandes vorliegt. Auf dem Vliesmaterial wird ein Metall, vorzugsweise Aluminium oder Kupfer, aus der Dampfphase abgeschieden. Es schlägt sich dabei nicht nur auf der äußeren Oberfläche des Vliesmaterials nieder, sondern dringt auch in dasselbe ein und umhüllt dessen innere Fasern, die bekanntermaßen ungeordnet im Vliesmaterial zusammengehalten sind. Das Vliesmaterial ist dann also "durchdringend" beschichtet. Es hat dadurch eine zwar poröse, aber trotzdem nahezu vollständig geschlossene Metallschicht, die eine Bedeckung über den Adern und der Litze der Leitung mit elektrisch wirksamem, metallischem Material von > 85 % ergibt, wenn ein entsprechendes Band überlappend um Adern und Litze herumgewickelt wird.

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

[0011] Es zeigen:

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

Fig. 2 eine gegenüber Fig. 1 ergänzte Ausführungsform der Leitung.

Fig. 3 einen Querschnitt durch ein Kabel mit mehreren Leitungen nach Fig. 1 und anderen Elementen in verkleinerter Darstellung.

[0012] Die Leitung L nach Fig. 1 hat zwei Adern 1 und 2, die jeweils einen vorzugsweise aus Kupfer bestehenden Litzenleiter 3 aufweisen, welcher von einer Isolierung 4 umgeben ist. Die Adern 1 und 2 sind zusammen mit einer Litze 5 und einem als Füllelement dienenden Strang 6 aus Isoliermaterial zu einer Einheit verseilt. Über der Einheit aus Adern 1 und 2 sowie Litze 5 und Strang 6 ist eine Schirmlage 7 angebracht, welche von einem Mantel 8 aus Isoliermaterial umgeben ist.

[0013] Die Litzenleiter 3 der Adern 1 und 2 sind beispielsweise aus sieben Einzeldrähten 9 aufgebaut. Es kann aber auch eine andere Anzahl von Einzeldrähten eingesetzt werden, die sich insgesamt stets zu einem möglichst kreisrunden Litzenleiter ergänzen sollen. Das gilt beispielsweise auch für neunzehn Einzeldrähte mit dem Aufbau 1 + 6 + 12, also mit zwölf Einzeldrähten in der Außenlage. Die Einzeldrähte 9 bestehen vorzugsweise aus Kupfer. Sie werden in bekannter Technik beispielsweise miteinander verseilt, so daß sich ein Litzenleiter 3 mit einem aus Fig. 1 ersichtlichen Querschnitt ergibt. Sie können aber auch parallel zueinander liegend zu dem Litzenleiter 3 zusammengefaßt werden, beispielsweise in einem sogenannten Nippel. Der Litzenleiter 3 wird dann einem Extruder zugeführt, in dem die Isolierung 4 auf denselben aufgebracht wird. Die Isolierung 4 besteht vorzugsweise aus einem Polyolefin, beispielsweise aus Polyethylen oder Polypropylen.

[0014] Die Litze 5 besteht aus Einzeldrähten 10, die als verzinnte Kupferdrähte ausgeführt sind. Abmessungen und Anzahl der Einzeldrähte 10 stimmen vorzugsweise mit denen der Litzenleiter 3 überein. Auch die Einzeldrähte 10 (oder gegebenenfalls Mehrfachdrähte) können zu der Litze 5 mit geordnetem Drahtaufbau (z. B. 1 + 6) verseilt oder parallel zueinander verlaufend zusammengefaßt werden.

[0015] Die Adern 1 und 2 sowie die Litze 5 und der Strang 6 werden in einem folgenden Arbeitsgang mit möglichst kurzer Schlaglänge ohne Rückdrehung zu einer Einheit miteinander verseilt, wodurch sich im Querschnitt gemäß Fig. 1 eine etwa kreisförmige Umhüllende mit dem Durchmesser D ergibt. Der Durchmesser D entspricht der Summe der Durchmesser der beiden Adern 1 und 2. Durch die Verseilung werden die für die flexible Leitung L gestellten Anforderungsprofile, wie Biegbarkeit und Bewegungszyklen in einer Schleppkette, erreicht. Die Schlaglänge liegt mit Vorteil zwischen 6 x D und 14 x D, mit dem Durchmesser D der Einheit aus den vier Verseilelementen.

[0016] Wenn die Einzeldrähte 9 der Litzenleiter 3 und/oder die Einzeldrähte 10 der Litze 5 nicht miteinander verseilt, sondern parallel zueinander verlaufend zusammengefaßt sind, gilt für den Verseilprozeß von Adern 1 und 2 sowie Litze 5 und Strang 6 der gleiche Sachverhalt, wie oben beschrieben. Auch nach diesem Verseilprozeß, für den vorzugsweise eine Doppelschlagverseilmaschine eingesetzt wird, verlaufen die Einzeldrähte 9 bzw. 10 weiter parallel zueinander. Sie nehmen bei einer Verseilung ohne Rückdrehung exakt die Verseilschlaglänge an.

[0017] Über der Einheit aus Adern 1 und 2 sowie Litze 5 und Strang 6 ist die Schirmlage 7 aufgebracht. Das kann im gleichen Arbeitsgang wie die vorangehenden Maßnahmen durch überlappendes Aufwickeln eines geeigneten Bandes geschehen. Die Litze 5 und die Schirmlage 7 bilden zusammen den elektrisch wirksamen Schirm der Leitung L.

[0018] Für die Schirmlage 7 kann ein Hybridband aus einer Kunststoffschicht und einer Metallschicht eingesetzt werden, die durch einen Spezialkleber fest miteinander verbunden sind. Das Hybridband wird so aufgewickelt, daß die Metallschicht innen liegt und damit sowohl an der Litze 5 kontaktierend als auch an den Adern 1 und 2 anliegt. Die Kunststoffschicht besteht vorzugsweise aus Polyester. Für die Metallschicht werden vorzugsweise Aluminium oder Kupfer eingesetzt. Ein solches Hybridband wird beispielsweise auch als "kunststoffkaschierte Aluminiumfolie" bezeichnet.

[0019] Die Schirmlage 7 kann auch durch ein Band aus einem durch Metallisierung elektrisch leitfähig gemachten Kunststoffvlies gebildet werden. Es solches Kunststoffvlies besteht in bevorzugter Ausführungsform aus Polyester. Es kann aber auch aus anderen geeigneten Kunststoffen bestehen. Seine Wandstärke bzw. Dicke liegt vorzugsweise zwischen 50 µm und 100 µm. Für seine Metallisierung wird ein elektrisch gut leitendes Metall verwendet, insbesondere Aluminium oder Kupfer. Das Metall wird für die Metallisierung in den schmelzflüssigen Zustand überführt und aus der Dampfphase auf dem Vliesmaterial abgeschieden. Dabei dringt das Metall auch in das Vliesmaterial ein und umhüllt die dort befindlichen, ungeordnet zusammengehaltenen Fasern. Insgesamt wird auf und in dem Kunststoffvlies eine zwar poröse, aber nahezu geschlossene Metallschicht erzeugt, die eine Bedeckung von > 85 % für die umschlossene Einheit aus Adern 1 und 2 sowie Litze 5 und Strang 6 ergibt.

[0020] Über der Schirmlage 7 ist der Mantel 8 aus Isoliermaterial angeordnet. Er kann mittels eines Extruders aufgebracht werden und besteht beispielsweise aus einem Polyolefin, wie Polyethylen oder Polypropylen, oder aus einem thermoplastischen Elastomer, wie Polyurethan. Vor der Extrusion des Mantels 8 kann auf die Schirmlage 7 eine Heißsiegelschicht aufgebracht werden, um den Mantel 8 mit der Schirmlage 7 zu verkleben. Beim Entfernen des Mantels 8 für Kontaktierungszwecke wird die Schirmlage 7 dann gleichzeitig mit entfernt, so daß eine Schirmerdung direkt über die Litze 5 erfolgen kann.

[0021] Der Mantel 8 kann aber auch aus mindestens einer heißsiegelfähigen Kunststofffolie bestehen, die um die Schirmlage 7 so herumgewickelt werden kann, daß die heißsiegelfähige Schicht innen liegt. Zwischen dem Mantel 8 und der Schirmlage 7 mit zusätzlicher heißsiegelfähiger Schicht kann nach entsprechender Erwärmung eine Verklebung erreicht werden. Bei einer Konfektionierung der Leitung L kann dann der Mantel 8 gemeinsam mit der Schirmlage 7 entfernt werden.

[0022] Der gleiche Sachverhalt, wie er für die Leitung L nach Fig. 1 beschrieben ist, gilt für eine Leitung L1 nach Fig. 2. In der Leitung L2 ist statt des Stranges 6 eine zweite Litze 11 eingesetzt, die ebenso wie die Litze 5 aus Einzeldrähten 10 aufgebaut ist. Die Litze 11 liegt ebenfalls dicht an der Schirmlage 7 an.

[0023] Eine Leitung L gemäß Fig. 1 und eine Leitung L1 nach Fig. 2 können als flexible Leitungen beispielsweise zur Übertragung von Daten zwischen einer Signalquelle und einem ortsveränderlichen Gerät eingesetzt werden. Sie können aber auch zusammen mit identisch aufgebauten Leitungen und anderen Elementen in einem übergeordneten Kabel angeordnet werden. Ein Querschnitt durch ein solches Kabel K mit Leitungen L nach Fig. 1 ist beispielsweise in Fig. 3 für eine 16-adrige kombinierte, geschirmte Geberleitung dargestellt.

[0024] In der Seele des Kabels K nach Fig. 3 sind drei Leitungen L gemäß Fig. 1, zwei Vierer 12 mit jeweils vier Adern 13 zur Daten- bzw. Signalübertragung und ein Paar 14 mit zwei Adern 15 zur Stromversorgung angeordnet. Die Adern 13 und 15 sind jeweils miteinander verseilt. Leitungen L, Vierer 12 und Paar 14 sind um ein zentrales Kernelement 16 aus Kunststoff herum verseilt. Alle beschriebenen Elemente der Seele S sind von einem elektrischen Schirm 17 umgeben, der beispielsweise als Geflecht aus verzinnten Kupferdrähten ausgeführt ist.

[0025] Über dem Schirm 17 ist ein Mantel 18 aus Isoliermaterial angebracht. Er besteht vorzugsweise aus vorzugsweise aus Polyvinylchlorid. Bei besonderen Anforderungen hinsichtlich Medienbeständigkeit kann auch ein thermoplastisches Polymer eingesetzt werden, beispielsweise Polyurtehan. Zwischen Schirm 17 und Mantel 18 kann eine Trennschicht 19 angebracht sein, die beispielsweise aus einem Polyestervlies oder aus Zellulosepapier besteht.

Ansprüche

1. Flexible elektrische Steuerleitung, bestehend aus mindestens zwei miteinander verseilten Adern, von denen jede einen von einer Isolierung umgebenen elektrischen Leiter aufweist, bei welcher die beiden Adern von einem gemeinsamen Mantel aus Isoliermaterial umgeben sind, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Leiter der Adern (1,2) als aus einer Vielzahl von Einzeldrähten (9) bestehende Litzenleiter (3) ausgebildet sind, deren Einzeldrähte von der Isolierung (4) umschlossen sind,

- daß in mindestens einem der zwischen den beiden Adern (1,2) befindlichen Zwickel eine aus verzinnten Kupferdrähten (10) bestehende Litze (5,11) angeordnet ist,

- daß die Adern (1,2) und die Litze (5,1 1) zu einer Einheit miteinander verseilt sind und

- daß über der von den Adern (1,2) und der Litze (5,11) gebildeten Einheit eine elektrisch gut leitende Schirmlage (7) angebracht ist, die an den Adern (1,2) und an der Litze (5,11) anliegt und von dem Mantel (8) umgeben ist.

2. Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (8) mit der Schirmlage (7) verklebt ist.

3. Leitung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzeldrähte (9) der Litzenleiter (3) miteinander verseilt sind.

4. Leitung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzeldrähte (9) der Litzenleiter (3) parallel zueinander verlaufend angeordnet sind.

5. Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in beiden Zwickeln zwischen den Adern (1,2) eine aus verzinnten Kupferdrähten (10) bestehende Litze (5,11) angeordnet ist.

6. Leitung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupferdrähte (10) der Litze (5,11) miteinander verseilt sind.

7. Leitung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupferdrähte (10) der Litze (5,11) parallel zueinander verlaufend angeordnet sind.

8. Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Schirmlage (7) ein um die Einheit aus Adern (1,2) und Litzen (5,11) überlappend herumgewickeltes Hybridband eingesetzt ist, das aus einer Kunststoffschicht und einer fest mit derselben verbundenen, an Adern (1,2) und Litzen (5,11) anliegenden Metallschicht besteht.

9. Leitung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht aus Aluminium oder Kupfer besteht.

10. Leitung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffschicht aus Polyester besteht.

11. Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Schirmlage (7) ein bandförmiges, um die Einheit aus Adern (1,2) und Litzen (5,11) überlappend herumgewickeltes Kunststoffvlies eingesetzt ist, das aus der Dampfphase heraus durchdringend mit Metall beschichtet ist.

12. Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (8) aus einer heißsiegelfähigen Kunststofffolie besteht, die über der Schirmlage (7) aufgewickelt ist.

13. Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit aus Adern (1,2) und Litzen (5,11) mit einer kurzen Schlaglänge verseilt ist, die zwischen 6 x D und 14 x D liegt, worin D der Durchmesser einer kreisförmigen Umhüllenden der Einheit ist.

Zeichnung