Title:
Schutzummantelung für mindestens einen elektrischen Leiter
Document Type and Number:
Kind Code:
A1

Abstract:

Die Erfindung umfasst eine Schutzummantelung (10) für mindestens einen elektrischen Leiter (24), umfassend einen mehrlagigen Aufbau von mindestens drei Schichten (12, 14, 16), wobei eine innere Schicht (16) aus einer Mischung aus Aramid- und Glasfasern gebildet ist und eine mittlere Schicht (14) aus Aramidfasern oder aus einer Mischung aus Aramid- und Glasfasern gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine äußere Schicht (12) aus einem thermoplastischen Elastomer gebildet ist. Sie umfasst ferner eine Leitungsanordnung, umfassend eine erfindungsgemäße Schutzummantelung (10) und wenigstens einen elektrischen Leiter (24), insbesondere wenigstens einen elektrischen Leiter (24) eines 48V-Gleichstromspannungsnetzes in Kraftfahrzeugen sowie eine Verwendung einer erfindungsgemäßen Schutzummantelung (10) für mindestens einen elektrischen Leiter (24) eines 48V-Gleichstromspannungsnetzes in Kraftfahrzeugen.





Inventors:
Seufert, Dietmar (97519, Riedbach, DE)
Application Number:
DE102016213350A
Publication Date:
01/25/2018
Filing Date:
07/21/2016
Assignee:
Fränkische Industrial Pipes GmbH & Co. KG, 97486 (DE)
International Classes:
H01B7/18; H01B7/295
Attorney, Agent or Firm:
Weickmann & Weickmann Patent- und Rechtsanwälte PartmbB, 81679, München, DE
Claims:
1. Schutzummantelung (10) für mindestens einen elektrischen Leiter (24), umfassend einen mehrlagigen Aufbau von mindestens drei Schichten (12, 14, 16), wobei eine innere Schicht (16) aus einer Mischung aus Aramid- und Glasfasern gebildet ist und eine mittlere Schicht (14) aus Aramidfasern oder aus einer Mischung aus Aramid- und Glasfasern gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine äußere Schicht (12) aus einem thermoplastischen Elastomer gebildet ist.

2. Schutzummantelung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Schicht (12) aus einem thermoplastischen Vulkanisat gebildet ist.

3. Schutzummantelung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Schicht (16) ein Gewebe umfasst.

4. Schutzummantelung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die oder wenigstens eine mittlere Schicht (14) ein Gestrick oder ein Gewirke umfasst.

5. Schutzummantelung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Schicht (16) ein Gewichtsverhältnis von Glasfasern zu Aramidfasern von etwa 1,0 bis etwa 2,0, insbesondere von etwa 1,5, aufweist.

6. Schutzummantelung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Schicht (16) im Wesentlichen frei von anderen Bestandteilen ist.

7. Schutzummantelung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Schicht (12) oder/und die innere Schicht (16) relativ zu der oder wenigstens einer mittleren Schicht (14), insbesondere in Längsrichtung der Schutzummantelung (10), verlagerbar ist/sind.

8. Schutzummantelung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die oder wenigstens eine mittlere Schicht (14) mittels eines Silikonharzes imprägniert ist.

9. Schutzummantelung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Schicht (12) eine Schichtdicke von etwa 0,2 mm bis etwa 1,0 mm, vorzugsweise von etwa 0,4 mm bis etwa 0,8 mm, insbesondere von etwa 0,6 mm, aufweist.

10. Schutzummantelung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Schicht (12) mittels eines Extrusionsverfahrens aufgetragen ist.

11. Schutzummantelung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Schicht (12) oder/und die innere Schicht (16) durchbrechungsfrei ausgebildet ist/sind.

12. Schutzummantelung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zur Ausbildung der inneren Schicht (16) verwendeter Faden, welcher eine Mehrzahl von Aramid- und Glasfasern umfasst, ein längenspezifisches Gewicht von etwa 1400 dtex bis etwa 1800 dtex, insbesondere von etwa 1600 dtex, aufweist.

13. Schutzummantelung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zur Ausbildung der äußeren Schicht (12) verwendeter Faden und ein zur Ausbildung der oder wenigstens einer inneren Schicht (16) verwendeter Faden im Wesentlichen das gleiche längenspezifische Gewicht aufweisen.

14. Leitungsanordnung, umfassend eine Schutzummantelung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 und wenigstens einen elektrischen Leiter (24), insbesondere wenigstens einen elektrischen Leiter (24) eines 48V-Gleichstromspannungsnetzes in Kraftfahrzeugen.

15. Verwendung einer Schutzummantelung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 für mindestens einen elektrischen Leiter eines 48V-Gleichstromspannungsnetzes in Kraftfahrzeugen.

Description:

Die Erfindung betrifft eine Schutzummantelung für mindestens einen elektrischen Leiter, umfassend einen mehrlagigen Aufbau von mindestens drei Schichten, wobei die innere Schicht aus einer Mischung aus Aramid- und Glasfasern gebildet ist und die bzw. eine mittlere Schicht aus Aramidfasern oder aus einer Mischung aus Aramid- und Glasfasern gebildet ist.

Moderne Autos haben aufgrund ihrer Vielzahl an Elektromotoren einen hohen Bedarf an elektrischer Energie pro Zeiteinheit (Leistung). Physikalisch ist die elektrische Leistung das Produkt aus Spannung und Stromstärke. Für herkömmliche 12V-Bordnetze bedeutet ein hoher Energiebedarf pro Zeit einen hohen Stromfluss, was wiederum große Leitungsquerschnitte zur Folge hat. Große Leitungsquerschnitte erhöhen das Gewicht sowie die Herstellkosten der Leitung. Möchte man die Leistung bei gleichbleibender Stromstärke erhöhen, kann man auch die Spannung erhöhen. Aus diesem Grund geht der Trend in der Automobilbranche hin zu 48V-Gleichspannungs-Bordnetzen. Allerdings ist aufgrund der höheren Spannung die Gefahr einer Funkenentladung bzw. das Entstehen eines Lichtbogens bei Kurzschlüssen größer als bei normalen 12V-Bordnetzen. Treten solche Funkenentladungen bzw. Lichtbögen auf, können Brände im Motorraum entstehen.

Um die Kurzschlusseigenschaften von Schutzschläuchen zu quantifizieren bzw. auf Eignung zu überprüfen, werden sogenannte „Lichtbogenversuche“ durchgeführt. Mit Lichtbogenversuchen simuliert man einen Kurzschluss innerhalb der Leitung, was zu einer hohen Temperaturentwicklung innerhalb der Leitung führt. Hierbei wird innerhalb des zu prüfenden Schutzschlauches ein Lichtbogen zwischen zwei Elektroden gezündet und der Bogen eine gewisse Zeit aufrechterhalten. Im Ergebnis darf der Schutzschlauch keine größeren Beschädigungen aufweisen. Beschädigungen können Materialschwund durch Verbrennen bzw. eine völlige Zerstörung sein. Ein gewisser Materialschwund ist zulässig, eine Zerstörung bzw. Löcher in der Schutzhülle nicht, da sich sonst die thermische Energie auf die Umgebung übertragen kann und wiederum das Fahrzeug bzw. der Motorraum zu brennen beginnen kann. Im Versuchsaufbau können zusätzlich zu den Elektroden noch mehrere Drähte/Adern in die zu prüfende Schutzummantelung gegeben werden. Die Isolierung der Litzen ist in den meisten Fällen brennbar und sorgt so für einen zusätzlichen Wärmeeintrag. Der Versuch wird somit der Praxis gerechter.

Im Stand der Technik sind Schutzschläuche bzw. Schutzummantelungen für stromführende Leitungen bzw. Leiter bekannt. Schutzummantelungen können z.B. aus extrudierten Wellrohren bestehen, diese bieten allerdings nicht genügend Widerstand bei Schlagbeanspruchungen z.B. im Falle eines Unfalls bei Kfz-Anwendungen. Für solche Anwendungen werden häufig gewebte oder gestrickte Schutzschläuche aus Glasfasern oder Gemischen aus Glas- und Aramidfasern verwendet. Solche Gewebe können je nach Schlagbeanspruchung einlagig oder mehrlagig sein. Um das Gewebe vor Feuchtigkeit bzw. Schmutz zu schützen, beschichtet man dieses mit einer weiteren Schicht, z.B. einer Silikonschicht. Um den Abrieb, d.h. die Widerstandsfähigkeit gegenüber mechanischen Einflüsse, z.B. durch Reibung an anderen Bauteilen, zu verbessern, gibt es Schutzschläuche mit einer äußeren Schicht aus Polyurethan (PUR). Diese Schicht aus PUR wird mittels Extrusion auf den Schutzschlauch aufgetragen. Vorgenannte Schutzschläuche der Anmelderin sind unter der Bezeichnung „GA6“ bekannt.

Bekannte Schutzschläuche haben jedoch den Nachteil, dass sie die hohen Temperaturen welche bei einer Kurzschlussspannung entstehen, nicht unbeschadet überstehen. Sie neigen dazu zu verbrennen oder degradieren teilweise so stark, dass Löcher in der Schutzhülle entstehen und somit die Funken/Flammen nach außen z.B. in den Motorraum durchdringen können.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schutzummantelung für stromführende Leitungen bereitzustellen, welche neben einem hohen Schlagschutz auch gegenüber sehr hohen Temperaturen beständig ist, wie sie bei einem elektrischen Kurzschluss auftreten können, und welche ferner eine hohe Flexibilität aufweist, um einfach verlegt werden zu können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schutzummantelung der gattungsgemäßen Art gelöst, bei der die äußere Schicht aus einem thermoplastischen Elastomer gebildet ist.

Die Erfinder haben herausgefunden, dass Schutzummantelungen bestehend aus einem mehrlagigen Aufbau, mit einer äußeren Schicht aus einem thermoplastischen Elastomer (TPE) eine überraschend hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber dem oben genannten Lichtbogenversuch und den dabei auftretenden hohen Temperaturen haben. Ferner wird durch die verwendeten Aramidfasern eine besonders hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber Schlagbeanspruchungen und durch die verwendeten Glasfasern eine besonders hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber hohen Temperaturen bereitgestellt.

Der in dieser Anmeldung verwendete Begriff „Glasfasern“ kann mit den in der Fachsprache geläufigen Begriffen „E-Glas“, „Glasseide“ oder „Glasseide-Filamente“ gleichgesetzt werden.

Vorteilhafterweise kann die innere Schicht ein Gewebe umfassen. Hierdurch kann erreicht werden, dass die innere Fläche der Schutzummantelung homogen, insbesondere im Wesentlichen geschlossen, ausgebildet ist. Dies ist insbesondere beim Einziehen von zu schützenden elektrischen Leitern vorteilhaft.

Ein Flechtwinkel dieses Gewebes kann vorteilhafterweise einen Flechtwinkel zwischen etwa 30° und etwa 60°, vorzugsweise einen Flechtwinkel von etwa 45°, aufweisen. Wie für Gewebe allgemein üblich, kann der Flechtwinkel im Einsatz jedoch durch Streckung oder Stauchung der Schutzummantelung stark verändert werden.

In einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die mittlere Schicht ein Gestrick oder ein Gewirke umfasst. Hierbei kann beispielsweise ein Rundstrickverfahren zum Einsatz kommen. Eine maschenartige Anordnung der Fasern kann einen besonders effektiven Schutz gegenüber Schlagbeanspruchung bieten, da die Maschen sehr flexibel sind und somit weniger zum Brechen neigen. Ein einzelner Faden der mittleren Schicht kann multifile Fasern umfassen. Vorteilhafterweise kann die mittlere Schicht ein längenspezifisches Gewicht von etwa 1400 dtex bis etwa 1800 dtex, insbesondere von etwa 1610 dtex, aufweisen.

Die innere Schicht der erfindungsgemäßen Schutzummantelung kann vorteilhafterweise ein Gewichtsverhältnis von Glasfasern zu Aramidfasern von etwa 1,0 bis etwa 2,0, insbesondere von etwa 1,5, aufweisen. Ein derartiges Gewichtsverhältnis kann eine ausgewogene Kombination aus einer Widerstandsfähigkeit gegen Schlagbeanspruchung mit einer Widerstandsfähigkeit gegen hohe Temperaturbeanspruchung bei zugleich hoher Biegsamkeit darstellen.

Vorteilhafterweise kann die innere Schicht im Wesentlichen frei von anderen Bestandteilen sein. Eine innere Schicht, welche im Wesentlichen nur Glasfasern und Aramidfasern umfasst, von produktions- oder/und prozessbedingten Verunreinigungen abgesehen, kann die oben erwähnten Vorteile relativ zum Gewicht oder/und Volumen der inneren Schicht bestmöglich zur Geltung bringen. So kann die innere Schicht beispielsweise aus etwa 60 Gew.-% Glasfasern und etwa 40 Gew.-% Aramidfasern gebildet sein.

Um eine noch höhere Widerstandsfähigkeit gegenüber Schlagbeanspruchung zu erreichen, kann der Anteil an Aramidfasern erhöht werden, z.B. auf bis zu 70 Gew.-%, wobei dies üblicherweise zu Lasten der Biegsamkeit geht.

In einer Weiterbildung der Erfindung kann die äußere Schicht oder/und die innere Schicht relativ zu der mittleren Schicht, insbesondere in Längsrichtung der Schutzummantelung, verlagerbar sein. Dadurch, dass diese Schichten miteinander, insbesondere in Zugbelastungsrichtung, d.h. in eine zur Schutzummantelung nach radial außen weisende Richtung, nur eine geringe Haftung, vorteilhafterweise keine Haftung, miteinander eingehen, können die Schichten bei einer Biegung der Schutzummantelung aneinander abgleiten, wodurch die Flexibilität und somit auch eine Sicherheit gegen Bruch der Schutzummantelung erhöht werden kann.

Vorteilhafterweise kann die mittlere Schicht mittels eines Silikonharzes imprägniert sein. Eine Imprägnierung der mittleren Schicht mittels eines Silikonharzes kann den Vorteil bereitstellen, dass sich die mittlere Schicht beim Ablängen/Schneiden nicht einrollt.

Das Silikonharz kann die Fäden oder die Fasern der mittleren Schicht vollständig umschließen oder an deren Oberfläche teilweise anhaften. Somit kann das Silikonharz als eine weitere Schicht der erfindungsgemäßen Schutzummantelung angesehen werden. An dieser Stelle sei erwähnt, dass auch durch das Vorsehen zusätzlicher Schichten in/an der Schutzummantelung der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung weiterhin erfüllt bleibt.

Die äußere Schicht kann in einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung eine Schichtdicke von etwa 0,2 mm bis etwa 1,0 mm, vorzugsweise von etwa 0,4 mm bis etwa 0,8 mm, insbesondere von etwa 0,6 mm, aufweisen. Eine äußere Schicht, welche eine voranstehend definierte Wandstärke aufweist, kann einen erforderlichen Brandschutz zusammen mit einer hohen Flexibilität bereitstellen.

Vorteilhafterweise kann die äußere Schicht mittels eines Extrusionsverfahrens aufgetragen sein. Besonders geeignete Materialien zur Verwendung als äußere Schicht einer erfindungsgemäßen Schutzummantelung sind thermoplastische Elastomere (TPE), insbesondere thermoplastische Vulkanisate (TPV). TPV sind eine Untergruppe der TPE, bei denen der elastomere Anteil vulkanisiert ist. Dabei kann das TPE, insbesondere TPV, Partikel aus Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM), welche in eine Matrix aus Polypropylen (PP) eingebracht werden, umfassen. Ein Beispiel für ein als äußere Schicht geeignetes Material ist unter dem Handelsnamen SantopreneTM der Firma ExxonMobil bekannt.

In einer Weiterbildung der Erfindung können die äußere Schicht oder/und die innere Schicht durchbrechungsfrei ausgebildet sein. Auf diese Weise kann das Einziehen der zu schützenden elektrischen Leiter oder Leitungen in die erfindungsgemäße Schutzummantelung vereinfacht werden. Darüber hinaus kann das Eindringen von Feuchtigkeit oder/und Fremdkörpern in das Innere der Schutzummantelung oder/und in die Schutzummantelung selbst verhindert werden. Ferner kann eine durchbrechungsfrei ausgebildete äußere Schicht einen homogenen Brandschutz bereitstellen.

Vorteilhafterweise kann ein zur Ausbildung der inneren Schicht verwendeter Faden, welcher eine Mehrzahl von Aramid- und Glasfasern umfasst, ein längenspezifisches Gewicht von etwa 1400 dtex bis etwa 1800 dtex, insbesondere von etwa 1600 dtex, aufweisen. Eine vorteilhafte Wandstärke kann zwischen etwa 0,2 mm und etwa 0,6 mm, insbesondere bei etwa 0,4 mm, liegen. Wie bereits voranstehend erwähnt, kann eine derart ausgebildete innere Schicht die Vorteile von Aramid- und Glasfasern relativ zum Gewicht oder/und Volumen dieser Schicht in einer vorteilhaften Weise zur Geltung bringen.

Nachzutragen ist noch, dass sich die voranstehend erwähnten Längenangaben auf eine erfindungsgemäße Schutzummantelung mit einem Innendurchmesser von etwa 17 mm beziehen. Eine Schutzummantelung mit einem davon abweichenden Durchmesser könnte eine innere Schicht und eine mittlere Schicht aufweisen, deren Wandstärken im Wesentlichen identisch zu den entsprechenden Schichten der beschriebenen 17mm-Schutzummantelung sind, wohingegen die Wandstärke der äußeren Schicht entsprechend proportional an den neuen Durchmesser angepasst werden könnte.

Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine Leitungsanordnung, umfassend eine Schutzummantelung, welche wenigstens eines der voranstehend erwähnten Merkmale aufweist, und wenigstens einen elektrischen Leiter, insbesondere wenigstens einen elektrischen Leiter eines 48V-Gleichstromspannungsnetzes in Kraftfahrzeugen. Als eine derartige Leitungsanordnung kann die gesamte elektrische Verkabelung in einem Kraftfahrzeug oder auch nur Abschnitte davon bzw. eines Kabelbaums eines Kraftfahrzeugs angesehen werden.

Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Verwendung einer erfindungsgemäßen Schutzummantelung, welche wenigstens eines der voranstehend erwähnten Merkmale aufweist, für mindestens einen elektrischen Leiter eines 48V-Gleichstromspannungsnetzes in Kraftfahrzeugen.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Es stellt dar:

1 eine teilweise geschnittene Darstellung einer erfindungsgemäßen Schutzummantelung.

In 1 ist eine erfindungsgemäße Schutzummantelung, welche in diesem Ausführungsbeispiel eine im Wesentlichen kreiszylindrische Form aufweist, allgemein mit 10 bezeichnet. Die erfindungsgemäße Schutzummantelung 10 umfasst eine äußere Schicht 12, eine mittlere Schicht 14 und eine innere Schicht 16.

Die äußere Schicht 12 ist aus einem thermoplastischen Elastomer (TPE) hergestellt, wobei die äußere Schicht 12 unter Verwendung eines Extrusionsverfahrens auf die mittlere Schicht 14 aufgebracht worden ist.

Die äußere Schicht 12 ist in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel naht- und durchbrechungsfrei ausgebildet, wobei eine Wandstärke S1 der äußeren Schicht hier etwa 0,6 mm beträgt.

Die mittlere Schicht 14 ist als ein gestrickter Schlauch ausgebildet. Das Gestrick ist hierbei aus einem oder mehreren Fäden 18 gebildet. Das Gestrick der mittleren Schicht 14 ist in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel aus reinem Aramid gebildet. Das längenspezifische Gewicht der mittleren Schicht 14 beträgt hier etwa 1610 dtex.

Die innere Schicht 16 ist als ein gewebter Schlauch ausgebildet, wobei der gewebte Schlauch der inneren Schicht 16 Fäden 20 und 22 umfasst, welche aus Aramidfasern und aus Glasfasern gebildet sind. Dabei ist es natürlich sowohl denkbar, dass beispielsweise der Faden 20 und die zu ihm im Wesentlichen parallel verlaufenden Fäden aus Aramid gebildet sind und die Fäden 22 sowie die zu diesem Faden 22 im Wesentlichen parallel verlaufenden Fäden aus Glasfasern gebildet sind, oder umgekehrt, als auch, dass manche oder alle Fäden 20, 22 der inneren Schicht 16 aus einer Mischung aus Aramid- und Glasfasern gebildet sind. Analoges gilt selbstverständlich auch für die mittlere Schicht 14, für den Fall, dass diese nicht aus reinem Aramid gebildet sein sollte.

Der Innendurchmesser d der inneren Schicht 16 weist in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel einen Innendurchmesser von 17 mm auf, wobei eine Wandstärke S2 der inneren Schicht hier etwa 0,4 mm beträgt.

Das längenspezifische Gewicht der inneren Schicht 16 beträgt in diesem Ausführungsbeispiel etwa 1608 dtex.

In 1 sind ferner beispielhaft drei elektrische Leiter 24 dargestellt, welche von der erfindungsgemäßen Schutzummantelung 10 umgeben sind und dadurch geschützt werden.

Es ist ersichtlich, dass es aufgrund des Aufbaus der inneren Schicht 16 und der mittleren Schicht 14 sowie der Elastizität der äußeren Schicht 12 möglich ist, dass sich die erfindungsgemäße Schutzummantelung 10 auch an ein Objekt anpassen kann, wie beispielsweise ein Kabelbündel oder einen Stecker, welches einen äußeren Durchmesser von 17 mm überschreitet.