Elektrische Leitung zum Anschluß an ortsveränderliche elektrische Verbraucher

Abstract

 Es wird eine elektrische Leitung zum Anschluß ortsveränderlicher elektrischer Verbraucheran eine Speisequelle angegeben, welche eine von einem Mantel (8) aus Isoliermaterial umgebene Leitungsseele aufweist. In der Leitungsseele sind vier zu einem Stemvierer(S) miteinanderverseilte Adern (2) zur Übertragung von Daten und außerdem mindestens zweider Stromversorgung dienende Adern (1) angebracht. Der Sternvieier(S) und die der Stromversorgung dienenden Adern (1) sind als Verseilelemente zur Bildung der Leitungsseele miteinanderverseilt und über derselbenist eine Schicht (5) aus Isoliermaterial angebracht, über der als Teil eines elektrischen Schirms in einer ersten Lage (6) ein Geflecht bzw. eine Umseilung aus Kupferdrähten angeordnet ist. Überderersten Lage (6) ist als zweite Lage (7) des elektrischen Schirms mindestens eine Schicht aus einem elektrisch leitfähig gemachten, aus Kunststoff bestehenden Vlie smaterials angebrancht und das Vliesmaterialistvon dem Mantel(8) aus Isoliermaterial umgeben.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Leitung zum Anschluß ortsveränderlicher elektrischer Verbrauscheran eine Speisequelle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

[0002] Eine solche Leitung geht aus der EP-A-1 589 541 hervor.

[0003] Derartige Leitungen werden beispielsweise in Schleppketten und zum Verbinden von ortsveränderlichen Geräten, insbesondere von Robotern, mit einer Spannungs- bzw. Signalquelle eingesetzt.Die Leitungen müssen mechanisch be lastbarsein, mit einer auf lange Zeitgleichbleibenden Biegefestigkeit. Sie sollen auch in einem weiten Temperatur bereich gut biegbarbleiben, der beispielseise zwischen -40 °C und +80 °C liegt. Von besonderer Bedeutung für solche Leitungen sind neben Beständigkeit gegen Tmperatur und Torsion ihre elektrischen Egense haften. Das be zieht sich besonders auf die fürdie Übertragung von Daten vorhandenen Leitermit Betriebsfre quenzen von über 100 MHz.

[0004] Die bekannte Leitung nach der DE 101 62 739 A1 weist neben anderen Üertragungs elementen zwei Date nübertragungsleitungen und eine der Stromversorgung die nende Stromleitung auf, die jeweils von einem elektrischen Schirm umgeben sind. Die Datenübeitragungsleitungen bestehen jeweils aus einem Aderpaar mit zwei isolierten elektrischen Leitern und die Stromleitung weist vier Adern aus isolierten elektrischen Leitern auf. Diese bekannte Leitung hat sich in der Praxis bewährt. Ihre Herstellung ist aberaufwendig.

[0005] In der eingang erwähnten EP-A-1 589 541 ist eine elektrische Leitung zum Anschluß ortsveränderlicher elektrischer Verbraucheran eine Speisequelle beschrieben, welche eine von einem Mantel aus Isolier material um gebene Leitungsseele aufweist, in der so wohlder Übertragung von Daten als auch der Stromversorgung die nende, aus isolierten elektrischen Leitern bestehende Adern angeordnet sind. Die Leitungsseele die serbe kannten Leitung ist von einem zwei Lagen aufweisen den elektrischen Schirm umgeben, von denen eine als Geflecht bzw. Umseilung aus Kupferdrähten ausgeführt ist, während die andere mindestens eine Schicht aus einem elektrischleitfähig gemachten, aus Kunststoff bestehenden Vliesmaterial aufweist. Zur Date nübertragung ist in der Leitungsseele ein Aderpaarangebracht, das von einer Abschirmung umgeben ist. In den ein andergegenüber liegenden Zwickeln zwischen den Adern des Aderpaars ist außerhalb der Abschirmung je eine der Stromversorgung die nende Versorgungsader angeordnet.

[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Leitung der eingangs geschilderten Art anzugeben, die kompakter und einfacherherzustellen so wie für die Übertragung von Daten mit Betriebsfrequenzen von über 100 MHz geeignet ist.

[0007] Diese Aufgabe wird gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

[0008] Diese Leitung ist in her kömmlicher Technike infach herstellbar. Sie besteht in der Leitungsseele aus vier zu einem Sternvierermite in and erverseilten Adern zur Datenübertragung und aus mindestens zwei Adern zur Stromversorgung, die in bevorzugter Ausführungs form miteinander verseilt sind. Der Sternvierer ist ein symmetrisches Gebilde aus zwei Paaren von Adern, die alle die gleiche Länge haben. Laufzeitunterschiede für die Daten auf den beiden Paarenkönnen ausgeschlossen werden und ein Nebensprechen zwischen den beiden Übertragungskreisen ist durch die durch die Symmetrie des Sternvierersgegebene gute elektrische Entkopplung der beiden Paare minimiert.Die Abmessungen des Sternvierers sind außer dem klein gehalten, weil derselbe keinen eigenen äußeren elektrischen Schirm, auch Elementschirm genannt, hat. Das gilt auch für die der Stromversorgung die nenden Adern. Der Sternvierer und die der Stromversorgung die nenden Adern können wegen derfehlenden Elementschirme außerdem einfach mit ein ander verseilt werden. Die Schicht aus Isoliermaterial, vorzugsweise ein Vliesmaterial aus Polypropylen, stellt eine ausreichend niedrige Kapazität zwischen dem Schirm und der Leitungsseele sicher. Das Geflecht bzw. die Umseilung aus Kupferdrähten als eine Lage des Schirms be wirkt eine optimierte Leitungsdämpfung. Die elektrische Abschirmung gegen hochfrequente elektromagnetische Felderstellt als weitere Lage des Schirms über einen weiten Frequenzbereich das metallisierte Vliesmaterialsicher, welches eine rund um geschlossene Schicht aus elektrisch leitendem Material bildet. Das im Vliesmaterial vorhandene Metall, bei dem es sich vorzugsweise um Kupferhandelt, wird aus der Dampfphase abgeschieden. Es schlägt sich nicht nur auf der äußeren Oberfläche des Vliesmaterials nie der, sondern dringt auch in dasselbe ein und umhüllt dessen innere Fasern, die bekanntermaßen ungeorednet im Vliesmaterial zus am mengehalten sind. Das Vliesmaterialist danach "durchdringend" beschichtet. Es hat dadurch eine zwar poröse, abertrotz dem nahe zu vollständige Metallschicht, die eine Bedeckung der um schlossenen Leitungsseele mit elektrisch wirksamem, metallischem Material von > 85 % ergibt. Zur Bildung einer Korrosions- bzw. Oxidations schutz schicht können zusätzlich zum Kupferbeispielsweise Nickeloder Silberabgeschieden werden.

[0009] Ausführungs beispiele des Erfindungs gegenstandes sind in den Zeichnungen dargestellt.

[0010] Es zeigen:

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

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungs form der Leitung.

[0011] In den Zeichnungen ist eine bevorzugte Ausführungs form der Leitung dargestellt, in der zweider Stromversorgung die nende Adern zu einem Aderpaarmiteinan der verseilt sind. Die Leitung soll mindestens zweider Strorn versorgung die nende Adern haben, die mit einem in der Leitungsseele außerdem vorhandenen Stemviererverseilt sind. In der folgenden Beschreibung wird die Leitung - stellvertretend auch für die anderen möglichen Ausführungs formen - für die bevorzugte Ausführungs form beschrieben.

[0012] Die Leitung nach Fig.1 besteht aus einem der Stromversorgung die nenden Aderpaar A und einem der Datenübertragung dienenden Sternvierer S. Im AderpaarA sind zwei aus einem isolierten elektrischen Leiterbestehende Adern 1 mit einander verseilt. Die Verseilschlaglänge des Aderpaars A liegt mit Vorteil im Bereich von 8 x D1 bis 14 x D1 mit dem Durchmesser D1 des Aderpaars in mm. Der Sternvierer S weist vier mit einan der verseilte Adern 2 auf, die jeweils aus einem isolierten Leiterbestehen. Die Verseilschlaglänge des Sternvierer Sliegt mit Vorteil im Bereich zwischen 5 x D2 und 8 x D2 mit dem Durchmesser D2 des Sternvierers in mm. Aderpaar A und Sternvierer S sind mite in anderverseilt. Sie bilden zusammen mit zwei Füllelementen 3 und 4 aus Kunststoff die Leitungsseele der Leitung. Die Füll elemente 3 und 4 bestehen vorzugsweise aus Polypropylen fasern oder aus Polytetrafluorethylen (PTFE) niedriger Dichte. Die Verseilung von Aderpaar A und Sternvierer S zur Leitungsseele erfolgt vorzugsweise im Gegenschlag zur Verseilrichtung der Adern 1 des Aderpaars A einerseits und der Adern 2 des Sternvierers S anderer seits. Die Verseilschlaglänge liegt mit Vorteil im Bereich von 6 xD3 bis 14 xD3 mit dem Durchmesser D3 der Leitungsseele in mm.

[0013] Über der Leitungsseele ist eine Schicht 5 aus Isoliermaterial angebracht, welche von einem elektrischen Schirm umgeben ist. Der Schirm hat eine an der Schicht 5 anliegende erste Lage 6, welche vorzugsweise als Geflecht bzw. Umseilung aus Kupferdrähten ausgeführt ist. Überderersten Lage 6 des Schirms ist eine zweite Lage 7 desselben angeordnet, welche aus elektrisch leitfähig gemachtem Vliesmaterial besteht. Ein äußerer Mantel 8 aus Isoliermaterialum gibt die zweite Lage 7 des Schirms.

[0014] Die Leiter der Adern 2 des Sternvierers S sind vorzugsweise als aus sieben Kupferdrähten bestehende Litzenleiter mit einem Querschnitt von beispielsweise 0,25 mm² ausgeführt. Zur Vergrößerung des elektrisch leitenden Querschnitts dieser Leiterkönnen in den Außenzwickeln der Drähte zusätzlich sechs dünnere Kupferdrähte angeordnet sein. Das führt gegebenenfalls zu einer weiteren Verminderung der Leitungsdämpfung. Die Drähte des Litzenleiters können auch aus einer Kupferlegierung bestehen, wie beispielsweise einer Kupfer-Zinn-Legierung. Zur Einhaltung eines vorgegebenen Durchmessers von beispielsweise 1,05 mm maximal für die Adern 2 besteht die Isolierung der Leiter ausmaßgenau zu extrudierendem massivem Material, insbesondere aus Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) oder aus einem Fluorpolymer(FEP, PTFE, PFA), wenn die Leitung in Gebieten mit hohen Temperaturen eingesetzt werden soll.

[0015] Der Sternvierer S wird in üblicher Technik durch Verseilen von vier Adern 2 vorzugsweise mit Rückdrehung der Adern, hergestellt, so daß sich ein drallfreier Sternvierer mit maßgenau positionierten Adern ergibt.

[0016] Die Leiter der Adern 1 des für die Stromversorgung vorgesehenen Aderpaars A haben beispielsweise einen Querschnitt von 0,38 mm². Der Durchmesser der Adern 1 kann ebenfalls beispielsweise maximal 1,05 mm betragen.

[0017] Die Schicht 5 aus Isoliermaterial besteht mit Vorteil aus einem PP-Vliesmaterial, aus einem geschäumten PP oder auch aus einem PTFE nie derer Dichte, wenn die Leitung beihohen Temperaturen eingesetzt werden soll. Ein Band aus einem derartigen Material kann vorzugsweise mit Überlappung um die Leitungsseele herumge wickelt werden. Die Schicht 5 kann in einer abgewandelten Ausführungs form auch als so genannter Innenmantelausge führt sein, derauch die Zwickelzwischen dem Sternvierer S und dem AderpaarA ausfüllt. Die separaten Füllelemente 3 und 4 entfallen dann.

[0018] Die Kupferdrähte des Geflechts bzw. der Umseilung können verzinnt sein. Be im Einsatz der Leitung beihöheren Temperaturen können auch versilberte oder vernickelte Kupferdrähte verwendet werden.

[0019] Das Vliesmatelialder zweiten Lage 7 des Schirms ist in bevorzugter Ausführungsform ein Polyester. Es kann, insbesondere bei höheren Betriebs temperaturen, aberauch aus anderen geeigneten Kunststoffen bestehen, wie beispielsweise Aramid oder Glasfasern. Seine Wandstärke bzw. Dicke liegt vorzugsweise zwischen 80 µm und 300 µm. Für seine Metallisierung wird mindestens ein elektrisch gut leitendes Metall verwendet, insbesondere Kupfer oder Silber. Eine so erzeugte Kupferschicht kann mit einer zusätzlichen Nickelschicht versehen werden. Die Abscheidung des jeweiligen Metalls erfolgt mittels der Plasmatechnik aus der Dampfphase auf dem Vliesmaterial.

[0020] Dabei dringen die Metalldämpfe auch in die relativ offene Faserstruktur des Vliesmaterials ein und umhüllen die dort befindlichen, ungeordnet zusammengehaltenen Fasern. Insgesamt wird auf und in dem Vliesmaterial eine zwar poröse, abernahe zu geschlossene Metallschicht erzeugt, die eine Bedeckung von > 85 % für einen umschlossenen Gegenstand - hier ist es die erste Lage 6 des Schirms - ergibt. Das Vliesmaterial wird vorzugsweise als Band mit Überlappung um die erste Lage 6 des Schirms herumgewickelt.

[0021] Der Mantel 8 besteht beispielsweise aus Polyvinylchlorid , Polyurethan, einem thermoplastischen Elastomer, aus Silikon oder aus einem Fluorelastomer.

[0022] Die Leitung nach Fig. 1 ist beispielsweise für einen Einsatz in Schleppketten geeignet, in denen sie im wesentlichen auf Biegung beansprucht wird. Eine Leitung, die beispielsweise zum Einsatz bei Robotern bestimmt ist, geht aus Fig. 2 hervor. Eine solche Leitung wird nicht nur auf Biegung, sondern auch auf Torsion beansprucht. Die Leitungsseele der Leitung nach Fig. 2 entspricht einschließlich der die selbe umgebenden Schicht 5 aus Isoliermaterial der jenigen nach Fig. 1.

[0023] Bei der Ausführungsform der Leitung nach Fig. 2 we ist der elektrische Schirm zusätzlich eine innere Lage 9 aus zwei metallkaschierten Kunststoff-Folien auf, die einseitig oder beidseitig eine Metallschicht aufweisen können. Die beiden Folien sind mit Vorteil jeweils mit Lücke um die Schicht 5 herumge wickelt. Dabei überdeckt die außen liegende Folie vorzugsweise die Lücken der innen liegenden Folie. Die Folien bestehen jeweils beispielsweise aus Polyester,Polyimid oder PEEK mit einere inseitigen oder beidseitigen Beschichtung aus Kupfer oder Aluminium.Uberderinneren Lage 9 des Schirms ist die erste Lage 6 desselben angebracht, die dann mit Vorteil als Umseilung aus verzinnten, versilberten oder vernickelten Kupferdrähten ausgeführt ist. Die zweite Lage 7 des Schirms kann bei dieser Ausführungs form der Leitung auch aus zwei Bändern aus dem oben erläuterten metallisierten Vliesmaterial bestehen, die mit Lücke auf die erste Lage 6 aufge wickelt sind. Dasaußenliegende Band überdeckt dabei die Lücken des innen liegenden Bandes.

Ansprüche

1. Elektrische Leitung zum Anschluß ortsveränderlicher elektrischer Verbraucheran eine Speisequelle, welche eine von einem Mantel aus Isoliermaterialumgebene Leitungsseele aufweist, in der so wohl der Übertragung von Datenalsauch der Stromversorgung die nende, aus isolierten elektrischen Leitern bestehende Adern angeordnet sind, und bei welcher die Leitungsseele von einem zwei Lagen aufweisenden elektrischen Schirm umgeben ist, von denen eine als Geflecht bzw. Umseilung aus Kupferdrähten und die andere aus einem elektrisch leitfähig gemachten Kunststoff bestehenden Vliesmaterial ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet,

- daß in der Leitungsseele vierzu einem Sternvierer (S) mite inanderveiseilte Adern (2) zur Übertragung von Daten angeordnet sind,

- daß in der Leitungsseele außerdem mindestens zwei der Stromversorgung dienende Adern (1) angebracht sind,

- daß der Sternvierer (S) und die der Stromversorgung die nenden Adern (1) als Verseilelemente zur Bildung der Leitungsseele mit einanderverseilt sind ,

- daß über der Leitungsseele eine Schicht (5) aus Isoliermaterial angebracht ist, überderals Teil des elektrischen Schirms in einer ersten Lage (6) ein Geflecht b zw. eine Umseilung aus Kupferdrähten angeordnet ist,

- daß überderersten Lage (6) als zweite Lage (7) des elektrischen Schirms das aus Kunststoff bestehende, elektrisch leitfähig gemachte Vliesmaterial in mindestens einer Schicht angebracht ist und

- daß das Vliesmaterial von dem Mantel (8) aus Isoliermaterial um geben ist.

2. Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß zweider Stromversorgung die nende Adern (1) vorgesehen sind, die zu einem Aderpaar(A) mit ein anderverseilt sind, und

- daß der Sternvierer (S) und das Aderpaar (A) mite inanderverseilt sind.

3. Leitung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (5) aus Isoliermaterial aus einem Material auf der Basis von Polypropylen oder aus einem Polytetrafluorethylen nie derer Dichte besteht.

4. Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß über der Schicht (5) aus Isoliermaterial als innere Lage (9) des Schirms zunächst zwei metallkaschierte Kunststoff-Folien, die einseitig oder beidseitig eine Metallschicht aufweisen, jeweils mit Lücke aufge wickelt sind, wobei die äußere Folie die Lücken der inneren Folie überdeckt, über welchen die erste, vorzugsweise als Umseilung ausgeführte Lage (6) des Schirmsangebracht ist.

Zeichnung