DE3930496A1 - Elektrische leitung mit zugfestem element - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Leitung mit einer Isolierung, mit einem mehrdrähtigen, zu einer Litze oder einem Seil geformten Leiter aus Metall und mit einem zen­ tral im Leiter angeordneten, zugfesten, faserförmigen Ele­ ment.

Elektrische Leitungen der vorgenannten Art sind bekannt. So zeigt die DE 25 19 687 A1 ein Verfahren zur Herstel­ lung eines Litzenleiter für elektrische Netzanschlußlei­ tungen und dergleichen, bei dem beim Verseilen der Einzel­ drähte zentral ein dünner Faden aus Glasseidenzwirn mit verlitzt wird. Bei derartigen Leitungen bestehen die Lit­ zenleiter aus etwa 30 bis 60 Einzelleitern, die miteinan­ der verwürgt werden. Der zentral eingeführte Glasfaden er­ höht insbesondere die Zugfestigkeit der Litzen, ohne ihren Querschnitt merklich zu vergrößern, da er beim Verlitzen in die Hohlräume (Zwickel) zwischen den Einzelleitern ein­ gebettet wird.

Ein solcher zentraler Glasfaden läßt sich bei der Verar­ beitung auf Schneidemaschinen sehr leicht herausziehen und führt dann zu Störungen im Arbeitsablauf. Des weiteren ist die Einbettung zwischen vielen Einzelleitern nicht von Dauer, wenn die fertige Leitung beim Gebrauch oft gebogen wird. Dann kann der mitverwürgte Glasfaden leicht aus dem Litzenverband austreten und zerbrechen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Leitung zu schaffen, die bei kleinem Querschnitt einer ex­ tremen Zugbelastung standhält, leicht herzustellen und weiterzuverarbeiten ist. Des weiteren soll sie - falls gewünscht - in einfacher und dauerhafter Weise längswas­ serdicht ausgebildet werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das faserförmige Element aus einem Bündel von Karbonfasern-Fi­ lamenten (Kohlenstoff-Fasern) gebildet ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprü­ chen gekennzeichnet. Bei einer Aufteilung des Bündels in mindestens 800, je nach Ausführungsfall aber auch 1000 bis 12 000 Einzelfilamenten mit einem Durchmesser von max. 0,007 Millimeter kann sich die Karbonfaser optimal im Innenzwickel verteilen und alle Hohlräume ausfüllen. Höchste Zugkräfte werden aufgenommen, wenn das Bündel keinerlei Drehung aufweist. Zur besseren Verarbeitbarkeit des Bündels können die Karbonfaserfilamente zu einem Garn mit einer Drehung bis zu etwa 60 d/m (Drehungen pro Meter) geformt sein. Zum gleichen Zweck kann das Bündel mit einer Schlichte, z. B. auf Polymer-Basis, versehen sein, welche die Einzelfilamente zusammenhält, insbesondere an ihren Berührungspunkten oder -linien miteinander verklebt. Eine solche Schlichte kann schon vom Hersteller des Bündels aufgebracht sein. In einfachster Ausführung ist der Leiter aus einer ringförmigen Lage aus mindestens 6 Einzeldrähten oder dergleichen aufgebaut, die das Bündel mit radialem Druck umschließen, so daß der Innenzwickel vollkommen von den Einzelfilamenten des Bündels ausgefüllt ist.

Über der Lage aus Einzeldrähten können auch weitere Drähte oder andere Leitungsbauelemente aufgebracht sein. Bei er­ höhten Anforderungen an die Leitung kann das Bündel mit einem flüssigen, pastenförmigen oder pulverigen Material gefüllt sein. Ein derartiges Füllmittel vermindert stark die Reibung zwischen den einzelnen Filamenten, wirkt sich demnach positiv auf die Flexibilität der Leitung und auf die Haltbarkeit der Filamente bei Biegebelastungen aus. Es können dabei Füllmittel verwendet werden, die zudem eine Längsabdichtung der Leitung bewirken, indem sie bei Zutritt von Wasser oder einer anderen beliebigen Flüssig­ keit durch Quellen, Schäumen oder eine andere Reaktion eine Sperre für die Flüssigkeit bilden. Derartige Füllmit­ tel gibt es auf der Basis von Vaseline, Petrojelly, Sili­ kone, Zellulose und anderen Materialien. Ein Verfahren zur Herstellung einer Leitung nach der Erfindung sieht vor, daß mindestens eine Lage von Drähten um ein zentrales Bün­ del aus Karbonfaserfilamenten verlitzt oder verseilt wird, daß diese Drähte eng um das Bündel anliegen und das eine Isolierung um die Drähte angeordnet wird. Dabei können zwischen der Drahtlage und der Isolierung noch weitere Drahtlagen oder andere Leitungsbauelemente, z. B. zur Be­ wehrung, Abschirmung und dergleichen, eingebracht werden.

Zur Herstellung einer gefüllten Leitung werden die Verfah­ rensschritte nach Patentanspruch 9 vorgesehen. Dabei kann die Füllung des Bündels nach Patentanspruch 10 erfolgen. Falls weitere Leitungselemente eingebracht werden, müßten diese entweder hohlraumfrei sein oder ebenfalls mit einer entsprechenden Füllmasse versehen werden.

Dabei empfiehlt es sich, daß das Bündel unmittelbar vor dem Aufbringen der (ersten) Lage von Drähten durch eine Füllvorrichtung geführt wird, in der das Bündel mit dem Füllmittel getränkt wird.

Die Erfindung schafft eine elektrische Leitung, die extrem dünn ausgebildet werden kann, bzw. extremen Zugbelastungen standhält. Sie ist wirtschaftlich herstellbar, störungslos weiterzubearbeiten und kann längswasserdicht und biegefest ausgebildet werden. Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beispielsbeschreibung.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das im nachfolgenden näher beschrieben wird. Dabei wird die erfindungsgemäße Leitung mit einer herkömm­ lichen Leitung mit gleicher Zugfestigkeit verglichen.

Fig. 1 zeigt eine herkömmliche elektrische Leitung im Querschnitt.

Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße elektrische Leitung im Querschnitt.

Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt aus dem zentralen, faser­ förmigen Element mit 3 Einzelfilamenten.

In Fig. 1 ist eine elektrische Leitung 1 gezeigt, die aus einer verseilten Kupferlitze 2 mit dem Aufbau 1 + 6 + 12 Drähten 3 mit dem Durchmesser 0,18 mm und einer Isolierung 4 aus Polyvinylchlorid besteht. Der Durchmesser der Lei­ tung beträgt 1,5 mm, deren Querschnittsfläche ist 1,77 mm². Die Leiterquerschnittsfläche beträgt 0,5 mm², die Reißkraft beträgt ca. 130 Newton.

Es gibt Anwendungsfälle, bei denen ein solcher Leiterquer­ schnitt lediglich aus Gründen der Zugbeanspruchung und/oder der Flexibilität gewählt wurde. Für die elektri­ sche Übertragung würde ein viel geringerer Leiterquer­ schnitt ausreichen.

Fig. 2 zeigt eine elektrische Leitung 10, die aus einem zentralen Karbonfaserbündel 11 mit ca. 0,2 mm Durchmesser, das aus ca. 1000 Einzelfilamenten 12 mit einem Durchmes­ ser von ca. 7000stel Millimeter besteht. Die Einzelfila­ mente 12 weisen eine Schlichte 13 auf Polymerbasis auf, welche die Einzelfilamente 12 aneinander haften läßt, sowie ca. 7 d/m (Drehungen pro m) auf.

Das Bündel 11 ist von einer Lage 14 aus sechs Kupferdräh­ ten 15 umgeben. Die Kupferdrähte 15 haben einen Durchmes­ ser von ca. 0,2 mm, so daß sich eine Leiterquerschnitts­ fläche von ca. 0,2 mm² ergibt. Alle Hohlräume inner­ halb der Lage 14 der Drähte 15 und zwischen den Einzelfi­ lamenten 13 des Bündels 11 sind von einem Füllmittel 16 auf der Basis von Vaseline ausgefüllt.

Die Lage 14 der Kupferdrähte 12 ist von einer Isolierung 17 aus Polyvinylchlorid umgeben, welche die Außenzwickel 18 vollkommen ausfüllt. Der Durchmesser der Leitung 10 be­ trägt 1,19 mm, deren Querschnittsfläche 1,11 mm². Die Reißkraft beträgt 120 Newton.

Die neue Leitung zeigt demnach bei etwa gleicher Reißkraft eine Verminderung des Durchmessers um 21% und der Quer­ schnittsfläche um 38%. Dieses sind Werte, die bei spe­ ziellen Anwendungsfällen, bei denen es auf Raum- oder Ge­ wichtseinsparung ankommt, einen bedeutenden Vorteil dar­ stellen. Die neue Leitung läßt sich problemlos weiterver­ arbeiten, da die zentrale Karbonfaser nicht stört. Schnei­ den, Abisolieren, Crimpen, Schweißen und Löten sind wei­ terhin ohne Beeinträchtigung möglich, so daß diese Leitung besonders für die Herstellung von Kabelsätzen jeder Art geeignet ist.

Zur Herstellung der Leitung 10 werden die sechs Kupfer­ drähte 15 und das Karbonfaserbündel 11 einer Verseilvor­ richtung zugeführt. Vor dem Verseilpunkt wird das Bündel 11 in einer Stopfvorrichtung mit einer Füllmasse 16 ge­ füllt und beschichtet. In der Verseilvorrichtung werden die Drähte 15 um das zentral einlaufende Bündel 11 ver­ seilt. Die Schlaglänge beträgt ca. 15 mm. Dabei werden die Einzelfilamente 12 des Bündels 11 von den Drähten 15 re­ dial zusammengedrückt, so daß alle Innenzwickel bzw. der ganze von den Drähten 15 eingeschlossene Raum von dem Bün­ del 11, d. h. von den Einzelfilamenten 12 und dem Füll­ mittel 16 ausgefüllt ist. Danach wird das erzeugte Ver­ seilgebilde durch einen Extruder geführt und unter ra­ dialem Druck mit einer Kunststoffisolierung 17, wie PVC beschichtet. Dabei füllt das Isoliermaterial alle Außen­ zwickel 18 hohlraumfrei aus.

Das beschriebene Ausführungsbeispiel zeigt nur einen ein­ fachen Anwendungsfall der Erfindung. Die Erfindung ist auch anwendbar bei mehradrigen, runden oder flachen Lei­ tungen, die unterschiedlichsten Zwecken dienen können, z. B. zur Energie- oder Nachrichtenübertragung, zu Steuer- oder Meßzwecken.

Da Karbonfasern elektrisch leitfähig sind, können sich in anzuschließenden Kontaktteilen keine störenden Isolier­ schichten ausbilden, wie dies bei anderen, nichtmetalli­ schen Verstärkungsfasern der Fall ist.

Claims (10)

1. Elektrische Leitung (10) mit einer Isolierung (17), mit einem mehrdrähtigen, zu einer Litze oder einem Seil geformten Leiter (14) aus Metall und einem zen­ tral im Leiter (14) angeordneten zugfesten, faserför­ migen Element (11), dadurch gekennzeichnet, daß das faserförmige Element (11) aus einem Bündel von Karbon­ faserfilamenten (12) (Kohlenstoffasern) gebildet ist.

2. Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bündel (11) aus mindestens 800 Karbonfaserfila­ menten (12) besteht, die je einen Durchmesser von 0,007 Millimeter oder weniger aufweisen.

3. Leitung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Karbonfaserfilamente (12) des Bündels (11) eine Drehung von 0 bis 20 Drehungen pro Meter aufweisen.

4. Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bündel (11) mit einer Schlichte (13) versehen ist, welche die Einzel­ filamente (12) zusammenhält.

5. Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Leiter (14) eine ringförmige La­ ge aus mindestens sechs Einzeldrähten (15), -litzen oder -seilen aufweist, die das Bündel (11) ringsum mit radialem Druck umschließen.

6. Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Bündel (11) mit einem flüssigen, pastenförmigen oder pulverigen Material (16) gefüllt ist.

7. Leitung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmittel (16) bei Zutritt von Flüssigkeit durch Quellen, Schäumen oder eine andere Reaktion eine Sper­ re bildet.

8. Verfahren zur Herstellung einer Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß minde­ stens eine Lage (14) von Drähten (15) so um ein zen­ trales Bündel (11) aus Karbonfaserfilamenten (12) verlitzt oder verseilt wird, daß die inneren Drähte (15) eng um das Bündel (11) anliegen, und daß eine Isolierung (17) um die Drähte (15) angeordnet wird.

9. Verfahren zur Herstellung einer Leitung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Lage (14) von Drähten (15) so um ein mit Füllmittel (16) versehenes Bündel (11) aus Karbonfaserfilamenten (12) verlitzt oder verseilt wird, daß die inneren Drähte (15) eng an dem Bündel (11) anliegen, und daß eine Isolierung (17) unter radialem Druck so um die Drähte aufgebracht wird, daß alle Außenzwickel (18) der Drähte (15) ausgefüllt sind.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Bündel (11) unmittelbar vor dem Aufbringen der inneren Drähte (15) durch eine Füllvorrichtung geführt wird, in der das Bündel (11) mit dem Füllmittel (16) getränkt und beschichtet wird.