Die Erfindung betrifft einen Litzenleiter umfassend eine Anzahl von Einzeldrähten, wobei mehrere gleichartig ausgestaltete Einzeldrähte als Außendrähte um einen zentralen Innendraht angeordnet sind und wobei die Einzeldrähte einen Verbund ausbilden, der von einer Isolierung umhüllt ist. Desweiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung entsprechender Litzenleiter.
Werden mehrere Einzeldrähte mit rundem Querschnitt zur Ausbildung eines Litzenleiters als Außendrähte um einen zentralen Innendraht mit ebenfalls rundem Querschnitt angeordnet, so bilden sich im Querschnitt betrachtet umfangsseitig zwischen den Außendrähten und einer kreisförmigen Umfangslinie zwickelförmige Freiräume, nachfolgend als Zwickel bezeichnet, aus. Wird nun ein solcher Einzeldraht-Verbund mit einer isolierenden Kunststoffummantelung beispielsweise durch einen Extrusionsvorgang versehen, so werden dabei auch die Zwickel mit dem Werkstoff der Kunststoffummantelung aufgefüllt. Infolgedessen hängt das Gewicht der Kunststoffummantelung eines derartigen Litzenleiters von der Anzahl und der Größe jener umfangsseitigen Zwickel ab.
In einigen Anwendungsbereichen, wie beispielsweise im Automobilbereich, ist ein möglichst geringes Gewicht bei den eingesetzten Litzenleitern erwünscht oder gefordert, weswegen in diesen Fällen ein Querschnitt für die Litzenleiter angestrebt ist, der einer Kreisform möglichst nahe kommt und dementsprechend möglichst wenige sowie möglichst kleine Zwickel aufweist. Zur Herstellung eines solchen Litzenleiters ist es bekannt, zunächst mehrere Einzeldrähte mit rundem Querschnitt um einen zentralen Einzeldraht mit ebenfalls rundem Querschnitt anzuordnen und diese Anordnung nachfolgend zu verpressen. Im Rahmen dieser Kompaktierung werden die Einzeldrähte verformt und der Querschnitt dieses Einzeldraht-Verbundes wird bei entsprechend gleichmäßiger Druckausübung über den Umfang hinweg an eine Kreisform angenähert. Ein derartiger verpresster Litzendraht ist beispielsweise aus der
Infolge dieser mechanischen Druck-Behandlung des Einzeldraht-Verbundes ändern sich die mechanischen Eigenschaften der Einzeldrähte, so dass eine Nachbehandlung, beispielsweise ein Glühen als zusätzlicher Prozessschritt erforderlich ist. Zudem wird durch das Kompaktieren die sogenannte Biegewechselbeständigkeit verringert.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen kompakten Litzenleiter mit guter Biegewechselbeständigkeit sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Litzenleiters anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Litzenleiter mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 14. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den rückbezogenen Ansprüchen enthalten. Die im Hinblick auf den Litzenleiter angeführten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf das Verfahren übertragbar und umgekehrt.
Ein entsprechender Litzenleiter umfasst dabei eine Anzahl von Einzeldrähten, wobei mehrere gleichartig ausgestaltete Einzeldrähte als Außendrähte um einen zentralen Innendraht angeordnet sind und wobei die Einzeldrähte einen Einzeldraht-Verbund oder kurz einen Verbund ausbilden, der von einer Isolierung umhüllt ist. Als Außendrähte werden dabei Außendrähte mit einem unrunden Querschnitt verwendet, wobei die Ausdehnung der Außendrähte vom Innendraht ausgehend radial nach außen im Querschnitt betrachtet zunimmt. Das heißt, dass die Einzeldrähte, die als Außendrähte für einen entsprechenden Litzenleiter bestimmt sind, mit einem unrunden Querschnitt vorgefertigt werden und als solche insbesondere um einen zentralen Innendraht oder um eine innere Lage von Einzeldrähten zur Ausbildung des Litzenleiters angeordnet und somit mit einem bereits unrunden Querschnitt verseilt werden.
Der Einzeldraht-Verbund und damit auch die Außendrähte des Litzenleiters sind im fertiggestellten Litzenleiter unverpresst, werden also nicht erst nachträglich durch ein Verpressen oder durch eine Kompaktierung des Einzeldraht-Verbundes aus ursprünglich runden Einzeldrähten in die unrunde Geometrie verformt. Der unrunde Querschnitt der Außendrähte ist dabei so gewählt, dass der gegebene Raum oder Platz möglichst vollständig ausgenutzt wird und dass der Querschnitt des Einzeldraht-Verbundes zumindest im Umfangsbereich möglichst kreisrund ist. Hierdurch sind die umfangsseitig verbleibenden Zwickel zumindest deutlich reduziert im Vergleich zu runden Einzeldrähten.
Da der Einzeldraht-Verbund nicht verpresst und somit keiner nachträglichen Kompaktierung und daher keiner Kaltverformung unterzogen wird, kann und wird bei der Herstellung des Litzenleiters auf einen im Falle einer Kompaktierung üblichen Glühprozess für den Einzeldraht-Verbund verzichtet, sodass die Fertigung entsprechender Litzenleiter weniger aufwendig ist. Zudem weist ein solcher unverpresster Verbund aus Einzeldrähten eine hohe Wechselbiegebeständigkeit auf, was für eine Vielzahl von Anwendungen von Vorteil ist. Unter einer hohen Wechselbiegebeständigkeit oder Biegewechselbeständigkeit wird dabei verstanden, dass der Litzenleiter relativ vielen Biegewechselprozessen standhält, also geringe Ermüdungserscheinungen bei einer Biegewechselbeanspruchung zeigt. Für eine weitergehende Begriffserläuterung sei an dieser Stelle auf die ASTM B470 und die Veröffentlichung "
Diese hohe Wechselbiegebeständigkeit wird im Vergleich zu kompaktierten Litzenleiter gerade durch den Verzicht auf den Kompaktierschritt und der gleichzeitigen Verwendung von im Ausgangszustand vor dem Verlitzen unrunden Einzeldrähten erreicht. Die Einzeldrähte liegen nämlich - im Vergleich zu kompaktierten Litzenleiter - vergleichsweise lose aneinander an, so dass sie reibungsarm relativ zueinander beweglich sind. Im Unterschied hierzu sind die Einzeldrähte beim kompaktierten Litzenleiter durch die Kompaktierung derart verformt, dass sie flächig aneinander gepresst und dadurch quasi miteinander an ihren Oberflächen verzahnt sind. Gleichzeitig wird der Vorteil von kompaktierten Litzenleitern beibehalten, nämlich einen möglichst runden Außenquerschnitt der Litze zu erhalten, so dass nur eine geringe und möglichst homogene Wandstärke der (Ader)-Isolation ermöglicht ist.
Ein derartiger Litzenleiter wird insbesondere als superdünne Leitung, insbesondere Fahrzeugleitung eingesetzt.
Die Anzahl an Einzeldrähten, die als Außendrähte um einen zentralen Innendraht angeordnet werden, ist hierbei vorteilhafterweise an den jeweiligen Anwendungszweck angepasst. Bei einem zweilagigen Litzenleiter mit einem zentralen Innendraht und einer Außenlage aus Außendrähten besteht dieser bevorzugt aus dem einen Innendraht und sechs Außendrähten. Bei Litzenleitern mit mehreren Außenlagen ist zumindest die äußerste Lage aus den Außendrähten mit dem unrunden Querschnitt gebildet. Die Außendrähte umgeben in diesem Fall den Innendraht mittelbar unter Zwischenanordnung von ein oder mehreren Zwischenlagen an Einzeldrähten, die rund oder vorzugsweise ebenso wie die äußerten Außendrähte unrund ausgebildet sind.
Wie bereits erwähnt weisen die vorgeformten Einzeldrähte Querschnittsformen derart auf, dass der Querschnitt des Einzeldraht-Verbundes möglichst rund ist und somit einem Kreis möglichst nahe kommt. Im einfachsten Fall wird dabei für die Außendrähte eine an eine dreieckige Querschnittsform zumindest angenäherte Querschnittsform gewählt, wobei die Form eines gleichseitigen Dreiecks bevorzugt ist. Im Einzeldraht-Verbund sind die Außendrähte dann derart angeordnet, dass im Querschnitt betrachtet eine Ecke eines jeden Außendrahtes radial nach innen in Richtung zum Innendraht zeigt und dabei quasi punktförmig am Innendraht bzw. am Einzeldraht der Zwischenlage anliegt. Zwischen den Außendrähten und dem Innendraht ist somit im Wesentlichen eine Punktauflage realisiert, aufgrund derer eine hohe Flexibilität und eine hohe Wechselbiegebeständigkeit des Einzeldraht-Verbundes und letztenendes auch des Litzenleiters gegeben ist. Im Unterschied hierzu sind bei kompaktierten Litzenleitern im Querschnitt betrachtet linienförmige Kontaktzonen gebildet. Insbesondere sind die Einzeldrähte in etwa nach Art eines Trapezes ausgebildet, wobei insbesondere die zum Innendraht orientierte Trapezfläche konkav gewölbt ist und sich an die Rundung des Innenleiters anschmiegt.
Zweckdienlicherweise wird des Weiteren für die Außendrähte eine dreieckige Querschnittsform gewählt, bei der die Ecken abgerundet sind. Eine derartige Querschnittsform lässt sich unter anderem leichter realisieren.
In vorteilhafter Weiterbildung sind die Seiten des dreieckigen Querschnitts nach außen gewölbt und somit bogenförmig gestaltet. Auf diese Weise berühren sich die Außendrähte untereinander quasi punktuell, was wiederum eine hohe Flexibilität und eine hohe Wechselbiegebeständigkeit des Einzeldraht-Verbundes nach sich zieht.
Bevorzugt wird desweiteren eine Ausführung des Litzenleiters, bei der die Außendrähte eine Querschnittsform nach Art eines Reuleaux-Dreiecks mit abgerundeten Ecken aufweisen. Eine derart gestaltete Querschnittsform zeichnet sich durch konvex nach außen gewölbte Seitenflächen sowie abgerundete Ecken aus. Sowohl an den Seitenflächen als auch an den Ecken liegen die Einzeldrähte daher (im Querschnitt betrachtet) an benachbarten Litzenleiter nur punktförmig an. Diese Ausgestaltung ist im Hinblick auf die gewünschte hohe Biegewechselfähigkeit besonders vorteilhaft.
Für den Innendraht hingegen wird ein runder Querschnitt bevorzugt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Litzenleiters liegen die Außendrähte im Wesentlichen punktuell am Innendraht an und sind zudem derart geformt und angeordnet, dass zwischen benachbarten Außendrähten ebenfalls in guter Näherung eine Punktauflage gegeben ist. Infolgedessen bilden die Außendrähte zusammen eine den Innendraht umhüllende und einschließende Außenlage aus, welche im Querschnitt gesehen einen im Wesentlichen kreisförmigen Umfang zeigt. Diese Außenlage wird dann bevorzugt mit einer isolierenden Ummantelung oder Isolierung beispielsweise aus Kunststoff überzogen, wobei die Wandstärke der Isolierung aufgrund des nahezu kreisförmigen Umfangs der Außenlage in Umfangsrichtung gesehen nahezu gleichbleibend ist.
Es lässt sich somit eine sehr dünne Wandstärke realisieren, sodass ein entsprechend gestalteter Litzenleiter ein verhältnismäßig geringes Gewicht und einen verhältnismäßig geringen Bauraumbedarf aufweist. Entsprechende Litzenleiter sind dabei insbesondere für den Kraftfahrzeugbereich vorgesehen und dementsprechend bevorzugt für diesen Anwendungszweck ausgelegt. Bei den Litzenleitern handelt es sich insbesondere um superdünne Fahrzeugleitungen, beispielsweise sogenannte FLRY Leitungen (Nomenklatur gemäß ISO 6722).
Typisch und daher bevorzugt sind dabei Litzenleiter, die aus dem zentralen Innendraht, mehreren, insbesondere 6 Außendrähten (1+6-Verbund) und der Isolierung bestehen. Die Außendrähte sind also in einer einzigen Außenlage um den zentralen Innendraht angeordnet und diese Außenlage ist mit der dünnwandigen Isolierung überzogen ist.
Der Verbund aus Einzeldrähten weist hierbei vorteilhafterweise eine Querschnittsfläche kleiner 2,5 mm2 und insbesondere kleiner 1,5 mm2 auf. Besonders verbreitet sind vor allem mit Querschnittsflächen von 0,35 mm2, 0,75 mm2 und 1 mm2, die auch vorliegend vorzugsweise verwendet sind.
Der Litzenleiter weist zweckdienlicherweise eine Schlaglänge auf, die bevorzugt 10 mm bis 30 mm beträgt. Unter Schlaglänge wird die axiale Länge des Litzenleiters verstanden, die für eine 360°-Wicklung eines jeweiligen Einzeldrahtes benötigt wird. Im Unterschied zu herkömmlichen Litzen mit runden Einzeldrähten ist die Schlaglänge deutlich geringer, insbesondere etwa um den Faktor 2. Insbesondere ist die Schlaglänge auch zumindest weitgehend unabhängig von dem jeweiligen Durchmesser des Verbundes aus Einzeldrähten. Litzenleiter unterschiedlicher Durchmesser weisen daher gleiche oder zumindest vergleichbare Schlaglängen auf, die in dem angegebenen Bereich liegen. Bei herkömmlichen Verbünden variiert die Schlaglänge mit den Durchmessern. Untersuchungen haben ergeben, dass diese verkürzte Schlaglänge von besonderem Vorteil ist und ein unerwünschtes Verdrehen der unrunden Einzeldrähte um ihre Mittenachse aus der gewünschten Drehorientierung vermieden ist. Dadurch ist die definierte, gewünschte Ausrichtung der Einzeldrähte im Verbund sichergestellt.
Auf der Basis der hier vorgestellten Grundidee, also der Verwendung von vorgeformten Einzeldrähten mit unrundem Querschnitt, lassen sich darüber hinaus auch Litzenleiter realisieren, die mehrere Lagen an Außendrähten aufweisen, wobei die einzelnen Lagen konzentrisch zum Innendraht angeordnet sind. Auch bei diesen Litzenleitern lässt sich durch dieses Konzept eine bessere Raumausnutzung erreichen.
Unabhängig von der Anzahl der Lagen aus Außendrähten erfolgt im Rahmen der Herstellung entsprechender Litzenleiter zunächst eine Vorfertigung der Einzeldrähte mit unrundem Querschnitt, insbesondere durch einen üblicherweise mehrstufigen Ziehprozess. Nachfolgend werden die so in Form gebrachten Einzeldrähte bevorzugt einer Glühprozedur (Weichglühen) unterzogen, um die gewünschten biegeelastischen Eigenschaften der Einzeldrähte zu gewährleisten. In der Folge werden die Einzeldrähte dann verlitzt oder verseilt und schließlich mit der Isolierung versehen, wobei hierfür beispielsweise ein Extruder einer Verlitzmaschine unmittelbar nachgelagert ist. Eine Verpressung der Einzeldrähte oder des Verbundes aus Einzeldrähten sowie eine weitere Glühprozedur nach dem Verlitzen wird nicht vorgenommen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Ein nachfolgend exemplarisch beschriebener und in
Die Außendrähte 4 sind identisch gestaltet und weisen einen Querschnitt auf, der in guter Näherung die Form eines Reuleaux-Dreiecks mit abgerundeten Ecken zeigt. Diese Querschnittsform ist in
Anders beschrieben ist die Querschnittsform der Außendrähte 4 aus zwei unterschiedlichen Kreissegmentformen aufgebaut, wobei die Ecken der Reuleaux-Dreiecks-Form jeweils durch eine Kreissegmentform mit einem Radius RE gebildet werden und wobei die Seiten der Reuleaux-Dreiecks-Form jeweils durch eine Kreissegmentform mit einem Radius RS gebildet werden.
Bei einem Litzenleiter 2 für ultradünne Fahrzeugleitungen liegt die Seitenlänge L beispielsweise im Bereich von 0,25 mm - 0,6 mm, insbesondere bei etwa 0,4 mm. Der Radius RS beträgt etwa das 10-fache des Radius RE und liegt beispielsweise bei 0,6 mm bis 1 mm, insbesondere bei 0,8 mm.
Der Einzeldraht-Verbund aus Außendrähten 4 und dem Innendraht 6 ist derart gestaltet, dass im Querschnitt betrachtet eine Ecke eines jeden Außendrahtes 4 punktuell am Innendraht 6 anliegt und dass zwischen benachbarten Außendrähten 4 ebenfalls eine Punktauflage, also eine punktuelle Berührung, gegeben ist.
Die Außendrähte 4 bilden zusammen eine geschlossene Außenlage 8 aus, durch die der Innendraht 6 vollständig eingeschlossen ist. Die Außenlage 8 weist weiter im Querschnitt betrachtet einen in guter Näherung kreisförmigen Umfang auf, wobei jedoch jeweils im Zwischenbereich zwischen zwei Außendrähten 4 umfangsseitig ein verbleibender Zwickel 10 gebildet ist. Diese Zwickel 10 sind allerdings im Vergleich zu einem Litzenleiter nach dem Stand der Technik, bei dem Außendrähte mit einem kreisförmigen Querschnitt um einen Innendraht mit ebenfalls kreisförmigem Querschnitt angeordnet sind, verhältnismäßig klein.
Der Litzenleiter 2 weist außerdem eine die Außenlage umgebende Isolierung 12 auf, die üblicherweise durch eine Extrusion aufgebracht wird. Durch die gewählte Querschnittsform der Außendrähte 4 und die infolgedessen relativ geringe Größe der Zwickel 10 ist die Wandstärke 14 der Isolierung 12 in Umfangsrichtung 16 gesehen in guter Näherung gleichbleibend und kann insbesondere sehr dünn eingestellt werden.
In
Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
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