„Koaxiale elektrische Leitung für automatisierbare Verarbeitungsprozesse"

Die Erfindung betrifft eine einadrige geschirmte koaxial aufgebaute elektrische Leitung, umfassend einen elektrischen Leiter, der von einer elektrischen

Isolierungsschicht zentrisch umschlossen ist, und eine am Umfang der elektrischen Isolierungsschicht angeordnete elektrische Abschirmung sowie eine die elektrische Abschirmung umschließende elektrisch isolierende Mantelschicht.

Derartige Leitungen werden insbesondere bei handelsüblichen Antennenleitungen als so genannte Koaxialleitungen verwendet. Zudem besteht ein Bedarf für derartige Leitungen auch bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen. In elektrisch

angetriebenen Fahrzeugen werden derartige Leitungen insbesondere mit

Nennspannungen größer 30 Volt AC und 60 Volt DC betrieben.

Die Isolierungsschicht der Leitung wird vorzugsweise durch ein Extrusionsverfahren hergestellt. Die Abschirmung kann insbesondere aus einem Abschirmgeflecht oder aus einer Kombination aus Abschirmgeflecht und einer weiteren

Abschirmmaßnahme wie zum Beispiel einer metallisierten Folie bestehen. Bei der Verwendung in elektrischen Fahrzeugen besteht insbesondere für einadrige geschirmte koaxial aufgebaute Leitungen ein Bedarf an Leiterquerschnitten von 1 ,5 mm ² bis 160 mm ² .

Um die koaxialen elektrischen Leitungen mit anderen elektrischen Komponenten eines Fahrzeugbordnetzes zu verbinden, werden diese im Rahmen der

Weiterverarbeitung an geschirmte Steckverbinder angeschlossen. Dazu werden die vollständigen elektrischen Leitungen auf vorgegebene Längen geschnitten, wobei der Außenmantel und die Isolierungsschicht auf Vorgabelängen entfernt werden müssen. Dabei muss die Abschirmung ebenfalls auf konkrete Längen nach kundenspezifischen und engtolerierten Vorgaben geschnitten werden. Aufgrund des koaxialen Aufbaus und der geforderten Maßhaltigkeit werden vorzugsweise rotierende Messerwerkzeuge verwendet. Die Schnitttiefe der Messerwerkzeuge kann dabei durch elektronische Steuerung engstufig in Abhängigkeit der

einsatzspezifischen Anforderungen eingestellt werden. Allerdings ergeben sich bei der Herstellung der Leitung herstellungsprozessbedingte Toleranzen, insbesondere bezüglich der Wanddicke und der Konzentrizität der Isolierungsschicht. Dadurch entsteht eine potenzielle Gefahr des Einschneidens in die Isolierungsschicht beim Durchtrennen der Abschirmung. Bei einem automatischen Verarbeitungsprozess der Leitung entsteht ein erhöhter Ausschussanteil. Um das Risiko des Einschneidens zu minimieren, wird in der Regel eine aufwändige fortlaufende und manuelle

Nachjustierung der Messerschnitttiefen der Messerwerkzeuge durchgeführt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einadrige geschirmte koaxial aufgebaute elektrische Leitung zur Verfügung zu stellen, bei der ein automatischer Verarbeitungsprozess verbessert und der Ausschussanteil bei der Verarbeitung der Leitung reduziert wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst. Die elektrische Isolierungsschicht weist mindestens zwei konzentrische Teilschichten auf, und zwar mindestens eine radial innen liegende Innenschicht und mindestens eine radial außen liegende Außenschicht. Die

Wanddicke der Außenschicht ist in Abhängigkeit von einer Zentrizitätsabweichung des Leitungsaufbaus derart bemessen, dass sie größer/gleich einer Eindringtiefe eines Messerwerkzeuges beim Abmanteln der Mantelschicht und der Abschirmung in die Innenschicht ist. Die Innenschicht weist mindestens eine Wanddicke auf, die für eine jeweilige elektrische Durchschlagsfestigkeit bei einer gegebenen

elektrischen Betriebsspannung ausgelegt ist. Die Materialdichte der Außenschicht ist größer als die Materialdichte der Innenschicht ausgebildet. Beim

Verarbeitungsprozess bildet die Außenschicht eine Einschnitthilfe. Bei einem Einschneiden der Messerwerkzeuge erfolgt der Einschnitt lediglich in die Außenschicht, und die Innenschicht bleibt unbeschädigt.

Zudem hat die Automobilindustrie insbesondere die Spezifikation LV 216-2,

Entwurfsstand vom Dezember 2015, für elektrische abgeschirmte Leitungen definiert, in der bestimmte Anforderungen an einadrige abgeschirmte koaxial aufgebaute elektrische Leitungen insbesondere zur Standardisierung der

Leitungsgrößen und damit auch der Steckverbinder spezifiziert sind. Die

erfindungsgemäße Leitung hat den Vorteil, dass die Anforderungen der LV 216-2 weiter erfüllt werden können und insbesondere die erfindungsgemäßen Leitungen mit den bereits existierenden Steckverbindern für den Einsatz in elektrischen

Fahrzeugen verwendet werden können.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung beträgt das Verhältnis der Wanddicke der Innenschicht zu der Wanddicke der Außenschicht eins bis drei. Dies ermöglicht eine optimierte Wanddicke der Außenschicht für die in elektrischen Fahrzeugen üblicherweise verwendeten Leiterquerschnitte.

Vorteilhafterweise beträgt für einen Durchmesser der elektrischen Isolierungsschicht von 2,3 bis 22 mm und einer Gesamtwanddicke der elektrischen Isolierungsschicht von 0,38 bis 2,0 mm die Wanddicke der Innenschicht 50% bis 75% der

Gesamtwanddicke der elektrischen Isolierungsschicht. Dies stellt eine ausreichende Durchschlagsfestigkeit für die bei elektrischen Fahrzeugen üblichen

Nennspannungen und für die üblicherweise verwendeten Leiterquerschnitte allein durch die Innenschicht sicher.

Insbesondere beträgt für einen Durchmesser der elektrischen Isolierungsschicht von 2,3 bis 22 mm und einer Gesamtwanddicke der elektrischen Isolierungsschicht von 0,38 bis 2,0 mm die Wanddicke der Außenschicht 50% bis 25% der

Gesamtwanddicke der elektrischen Isolierungsschicht. Dies vermeidet für bei elektrischen Fahrzeugen übliche Leiterquerschnitte ein Einschneiden der Messerwerkzeuge in die Innenschicht. Zudem wird bei einem zu starken

Einschneiden die Außenschicht vollständig durchtrennt und somit ein zu starkes Einschneiden erkannt.

In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Materialdichte der Innenschicht 0,85 g/cm ³ bis 1 ,3 g/cm ³ , vorzugsweise 1 ,2 g/cm ³ . Dies ermöglicht eine

ausreichende Stabilität der Innenschicht bei gleichzeitiger ausreichender Flexibilität der Leitung.

In einer weiter bevorzugten Ausführungsform beträgt die Materialdichte der

Außenschicht 1 ,5 g/cm ³ bis 2,2 g/cm ³ , vorzugsweise 1 ,8 g/cm ³ . Dies ermöglicht eine ausreichende Stabilität der Außenschicht bei gleichzeitiger ausreichender Flexibilität der Leitung.

Die Innenschicht und die Außenschicht sind insbesondere auf Basis von HTV (heißvernetzten)-Silikonkautschuk wie insbesondere Fest- und

Flüssigsilikonkautschuk, HD-PE, MD-PE, LLD-PE, LD-PE, Polyolefin-Elastomer, Ethylenvinylacetat, Ethylenacrylat copolymers, Copolyester, Copolyether oder Polypropylen oder insbesondere Polyvinylchlorid hergestellt.

Vorzugsweise weist die Außenschicht mindestens einen Füllstoff mit einem Füllgrad von 0% bis 90% Gew% auf. Dabei weist die Außenschicht mindestens einen Füllstoff aus der Gruppe der folgenden Füllstoffe auf: amorphe oder kryptoknstalline Kieselsäure, lamellares Kaolinit, un beschichtete oder Silan-beschichtete

Neuenburger Kieselerde, beschichtetes oder unbeschichtetes Calciumcarbonat, Magnesiumsilikathydrat, beschichtetes oder unbeschichtetes Nephenylsyenit. Dies ermöglicht insbesondere eine kostengünstige Herstellung und eine klarere

Unterscheidung der Außenschicht von der Innenschicht. In einer weiteren Ausführungsform weist die Außenschicht mindestens ein

halogenfreies oder halogeniertes Flammschutzmittel als Zusatzstoff auf. Dies vermindert die Brandgefahr.

In einer weiteren Ausbildung sind die Außenschicht und die Innenschicht fest miteinander verbunden. Dies ermöglicht eine schnelle und kostengünstige

Herstellung mittels eines Co-Extrusionsverfahrens. Alternativ dazu sind die

Außenschicht und die Innenschicht trennbar voneinander ausgebildet. Dadurch dass die Isolierungsschicht in zwei trennbare Teilschichten aufgeteilt wird, kann ein zu starkes Einschneiden leichter erkannt werden, da in diesem Fall die Außenschicht voll durchtrennt ist und sie sich somit von der Innenschicht von selbst löst oder leichter lösen lässt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung und den abhängigen Unteransprüchen. Es zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße einadrige geschirmte koaxial aufgebaute elektrische Leitung.

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen.

Zu der anschließenden Beschreibung wird beansprucht, dass die Erfindung nicht auf die Ausführungsbeispiele und dabei nicht auf alle oder mehrere Merkmale von beschriebenen Merkmalskombinationen beschränkt ist, vielmehr ist jedes einzelne Teilmerkmal des/jedes Ausführungsbeispiels auch losgelöst von allen anderen im Zusammenhang damit beschriebenen Teilmerkmalen für sich und auch in

Kombination mit beliebigen Merkmalen eines anderen Ausführungsbeispiels von Bedeutung für den Gegenstand der Erfindung.

Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Leitung 1. Die Leitung 1 ist als eine einadrige geschirmte koaxial aufgebaute elektrische Leitung 1 ausgebildet. Die Leitung 1 weist insbesondere einen Gesamtdurchmesser D3 von 4,0 bis 27,0 mm auf. Die Leitung 1 umfasst einen elektrischen Leiter 3, der von einer elektrischen Isolierungsschicht 4 zentrisch umschlossen ist, und eine am Umfang der elektrischen Isolierungsschicht 4 angeordnete elektrische Abschirmung 5 sowie eine die elektrische Abschirmung 5 umschließende elektrisch isolierende

Mantelschicht 7. Der elektrische Leiter 3 besteht aus einem Einzeldraht oder mehreren verdrillten Einzeldrähten. Das Material des elektrischen Leiters 3 ist entweder Kupfer oder Aluminium. Vorzugsweise weist der Leiter 3 aus Kupfer einen Leiterdurchmesser D1 von 1 ,6 bis 18,0 mm und der Leiter 3 aus Aluminium einen Leiterdurchmesser D1 von 4,5 bis 19,0 mm auf. Der elektrische Widerstand des Leiters 3 aus Kupfer beträgt 0,1 Ω/km bis 13 Ω/km. Der elektrische Widerstand des Leiters 3 aus Aluminium beträgt 0,15 Ω/km bis 3,5 Ω/km. Der Konzentrizitätsfaktor der Isolierungsschicht 4 und der Mantelschicht 7 ist insbesondere größer als 45%. Dabei berechnet sich der Konzentrizitätsfaktor in % als minimale Wanddicke geteilt durch maximalen Wanddicke mal 100.

Die elektrische Isolierungsschicht 4 weist mindestens zwei konzentrische

Teilschichten, und zwar mindestens eine radial innen liegende Innenschicht 4a und mindestens eine radial außen liegende Außenschicht 4b auf. Die Innenschicht 4a und die Außenschicht 4b können sowohl fest miteinander verbunden, als auch trennbar sein. Die Innenschicht 4a und die Außenschicht 4b werden mit den üblichen Herstel!ungsprozessen der Extrusion in einem Arbeitsgang (Co-Extrusion) oder in unterschiedlichen Arbeitsgängen hergestellt. Insbesondere bei der

Herstellung in einem Arbeitsgang mittels Co-Extrusion sind die Außenschicht 4b und die Innenschicht 4a fest miteinander verbunden. In einer alternativen

Ausführungsform sind insbesondere bei einer Herstellung in zwei getrennten

Extrusionsverfahren die Außenschicht 4b und die Innenschicht 4a voneinander trennbar ausgebildet.

Die Innenschicht und die Außenschicht sind vorzugsweise auf Basis von H TV- Silikonkautschuk wie insbesondere Fest- und Flüssigsilikonkautschuk, HD-PE, MD- PE, LLD-PE, LD-PE, POE, Ethylenvinylacetat, Ethylenacrylat copolymers,

Copolyester, Copolyether oder Polypropylen oder insbesondere Polyvinylchlorid hergestellt. Dies ermöglicht eine elektrische Isolierungsfunktion durch Innenschicht 4a und Außenschicht 4b.

In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Außenschicht mindestens einen Füllstoff mit einem Füllgrad von 10% bis 90% Gew% auf. Insbesondere weist die Außenschicht mindestens einen Füllstoff aus der Gruppe der folgenden Füllstoffe auf: amorphe oder kryptokristalline Kieselsäure, lamellares Kaolinit, unbeschichtete oder Silan-beschichtete Neuenburger Kieselerde, beschichtetes oder

unbeschichtetes Calciumcarbonat, Magnesiumsilikathydrat. Dadurch werden insbesondere die mechanischen Eigenschaften wie zum Beispiel Kerbfestigkeit und Weiterreißfestigkeit der Außenschicht 4b reduziert, ohne jedoch die

Isolierungsfunktion ausschlaggebend zu reduzieren.

Vorteilhafterweise weist die Außenschicht 4b mindestens ein halogenfreies oder halogeniertes Flammschutzmittel als Zusatzstoff auf.

Die Wanddicke der Außenschicht 4b ist in Abhängigkeit von einer

Zentrizitätsabweichung des Leitungsaufbaus der Leitung 1 derart bemessen, dass sie größer/gleich der Eindringtiefe des Messerwerkzeuges beim Abmanteln der Mantelschicht 7 und der Abschirmung in die Innenschicht 4a ist. Vorzugsweise beträgt für einen Durchmesser D2 der elektrischen Isolierungsschicht 4 von 2,3 bis 22 mm und einer Gesamtwanddicke S der elektrischen Isolierungsschicht 4 von 0,38 bis 2,0 mm die Wanddicke der Außenschicht 4b 50% bis 25% der Gesamtwanddicke S der elektrischen Isolierungsschicht 4.

Die Innenschicht 4a weist mindestens eine Wanddicke Si auf, die für eine jeweilige elektrische Durchschlagsfestigkeit bei einer gegebenen elektrischen

Betriebsspannung ausgelegt ist. Vorzugsweise beträgt für einen Durchmesser D2 der elektrischen Isolierungsschicht 4 von 2,3 bis 22 mm und einer Gesamtwanddicke S der elektrischen Isolierungsschicht 4 von 0,38 bis 2,0 mm die Wanddicke Si der Innenschicht 4a 50% bis 75% der Gesamtwandd icke S der elektrischen

Isolierungsschicht 4.

Das Verhältnis der Wanddicke Si der Innenschicht 4a zu der Wanddicke Sa der Außenschicht 4b beträgt vorzugsweise eins bis drei.

Die Materialdichte der Außenschicht 4b ist insbesondere größer als die

Materialdichte der Innenschicht 4a ausgebildet. Dabei beträgt die Materialdichte der Innenschicht insbesondere 1 , 1 g/cm ³ bis 1 ,3 g/cm ³ , vorzugsweise 1 ,2 g/cm ³ .

Insbesondere beträgt die Materialdichte der Außenschicht 1 ,7 g/cm ³ bis 2,2 g/cm ³ , vorzugsweise 1 ,8 g/cm ³ .

Im Folgenden sind einige beispielhafte Ausführungsformen einer

erfindungsgemäßen Leitung 1 tabellarisch jeweils in einer Zeile aufgeführt. Hierbei handelt es sich um eine Leitung 1 mit elektrischem Leiter 3 aus Kupfer. Alle

Angaben in mm. Si / Sa ist das Verhältnis der Wanddicke Si der Innenschicht 4a zur Wanddicke Sa der Außenschicht 4b.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen

Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst auch alle im Sinne der Erfindung gieichwirkenden Ausführungen. Es wird ausdrücklich betont, dass die Ausführungsbeispiele nicht auf alle Merkmale in Kombination beschränkt sind, vielmehr kann jedes einzelne Teilmerkmal auch losgelöst von allen anderen

Teilmerkmalen für sich eine erfinderische Bedeutung haben. Ferner ist die Erfindung bislang auch noch nicht auf die im Anspruch 1 definierte Merkmalskombination beschränkt, sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmale definiert sind. Dies bedeutet, dass grundsätzlich praktisch jedes Einzelmerkmal des Anspruchs 1 weggelassen bzw. durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes Einzelmerkmal ersetzt werden kann.

Bezuqszeichenliste:

1 Leitung

3 elektrischer Leiter

4 Isolierungsschicht

4a Innenschicht

4b Außenschicht

5 Abschirmung

7 Mantelschicht

D1 Leitungsdurchmesser

D2 Durchmesser Isolierungsschicht

D3 Gesamtdurchmesser Leitung

S Gesamtwanddicke Isolierungsschicht

Si Wanddicke Innenschicht

Sa Wanddicke Außenschicht