DE102020130402B4

DE102020130402B4 - Flexibles Leiterelement mit Längenausgleichsabschnitt

Info

Publication number: DE102020130402B4
Application number: DE102020130402.1A
Authority: DE
Inventors: Justus Speichermann
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2020-11-18
Filing date: 2020-11-18
Publication date: 2025-01-02
Anticipated expiration: 2040-11-19
Also published as: DE102020130402A1; JP2022080878A; GB202116521D0; GB2601242B; KR20220068162A; GB2601242A

Abstract

Flexibles Leiterelement mit mehreren, parallel zueinander angeordneten elektrischen Leitern (12, 14, 16), und einer Kunststoffummantelung (20), wobei die elektrischen Leiter (12, 14, 16) durch die Kunststoffummantelung (20) voneinander und gegenüber der Umgebung elektrisch isoliert sind, derart, dass die elektrischen Leiter (12, 14, 16) und die Kunststoffummantelung (20) ein Flachbandkabel bilden, wobei die elektrischen Leiter (12, 14, 16) und die Kunststoffummantelung (20) einen gemeinsamen Längenausgleichsabschnitt (34) aufweisen, welcher einen sägezahnförmigen Verlauf aufweist, wobei ein unter Wärmeeinwirkung sich radial zusammenziehender Kunststoffschlauch (36) vorhanden ist, welcher den Längenausgleichsabschnitt (34) radial umgibt, wobei der Kunststoffschlauch (36) im zusammengezogenen Zustand den Längenausgleichsabschnitt (34) in Längsrichtung fixiert, derart, dass der Kunststoffschlauch (36) ab einer vordefinierten Temperatur schrumpft, sich an den Längenausgleichsabschnitt (34) anschmiegt und die Länge des Längenausgleichsabschnitts (34) fixiert.

Description

Die Erfindung geht aus von einem flexibles Leiterelement mit mehreren, parallel zueinander angeordneten elektrischen Leitern, und einer Kunststoffummantelung, wobei die elektrischen Leiter durch die Kunststoffummantelung voneinander und gegenüber der Umgebung elektrisch isoliert sind, wobei die elektrischen Leiter und die Kunststoffummantelung einen gemeinsamen Längenausgleichsabschnitt aufweisen.
Derartige flexible Leiterelemente, bei denen innerhalb einer Kunststoffummantelung mehrere elektrische Leiter parallel zueinander verlaufend angeordnet sind, sind allgemein bekannt und dienen beispielsweise zum Verbinden von Sensoren, Aktuatoren, Steuereinheiten und anderen Anwendungen eines Kraftfahrzeugs. Beim Verbau der flexiblen Leiterelemente wird üblicherweise das Leiterelement vorab grob auf die geforderte Länge zugeschnitten bzw. ein flexibles Leiterelement mit einer Länge, welche ungefähr der erforderlichen Länge entspricht, ausgewählt. Der Abstand zwischen zwei durch das flexible Leiterelement zu verbindenden Komponenten kann toleranzbedingt variieren, wobei das flexible Leiterelement einen Längenausgleichsabschnitt aufweist, um die toleranzbedingte Abweichung des Abstandes zwischen den beiden zu verbindenden Komponenten zu kompensieren. Ein Leiterelement mit einem Längenausgleichsabschnitt ist beispielsweise in der DE 11 2010 005 431 T5 und in der WO 2013 / 180 836 A1 offenbart. Ferner ist aus US 2012 / 0150 249 A1 , aus JP 2019 - 46 778 A und aus JP 2013 - 201 796 A jeweils ein Leiterelement mit einem Schrumpfschlauch bekannt, wobei in der JP 2013 - 201 796 A außerdem offenbart ist, dass zwei Schlaufen des Leiterelements übereinander angeordnet sind und gemeinsam von einem Schrumpfschlauch umgeben sind. Aus der US 5 118 907 A ist ein Kabel mit einem Schrumpfschlauch bekannt, wobei zwei Schlaufen des Kabels übereinander angeordnet sind und von einem Schrumpfschlauch umgeben sind.
Problematisch an einem derartigen toleranzausgleichenden Leiterelement ist, dass beim Verbauen des Leiterelementes der Längenausgleichsabschnitt dazu führt, dass das Leiterelement sich längt und dadurch durchhängt. Das durchhängende Leiterelement erschwert die Montage von weiteren Komponenten, indem das Leiterelement in einen dafür nicht vorgesehenen Bereich durchhängt. Außerdem besteht die Gefahr eines durchhängenden Leiterelements, dass das Leiterelement bei der Montage zwischen zwei Bauteilen eingeklemmt wird und dadurch beschädigt wird. Des Weiteren kann ein durchhängendes Leiterelement auf einem angrenzenden Bauteil aufliegen, wobei eine Schwindungsbeanspruchung des Leiterelements eine Abrasion der Kunststoffummantelung und/oder einen Bruch des Leiterelements verursachen könnte.
Um dem Durchhängen des flexiblen Leiterelements vorzubeugen, werden die flexiblen Leiterelemente beispielsweise durch mehrere Kabelhalter fixiert. Eine derartige Fixierung des Leiterelements führt jedoch zu einem erhöhten Aufwand bei der Montage des Leiterelements, da das flexible Leiterelement an mehreren und schwer zugänglichen Stellen manuell durch einen Werker fixiert werden muss.
Die Aufgabe der Erfindung ist daher, ein flexibles Leiterelement bereitzustellen, welches die oben aufgelisteten Nachteile auf eine einfache und kostengünstige Weise vermeidet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein flexibles Leiterelement gemäß Anspruchs 1.
Die elektrischen Leiter und die Kunststoffummantelung bilden ein Flachbandkabel. Derartige Flachbandkabel weisen durch ihre relativ flache Ausgestaltung eine relativ hohe Flexibilität auf, wobei die elektrischen Leiter in einer Ebene nebeneinander angeordnet sind.
Dadurch, dass ein unter Wärmeeinwirkung sich radial zusammenziehender Kunststoffschlauch vorgesehen ist, welcher den Längenausgleichabschnitt radial umgibt, wobei der Kunststoffschlauch im zusammengezogenen Zustand den Längenausgleichsabschnitt in Längsrichtung fixiert, wird auf eine einfache und kostengünstige Weise ein Durchhängen des flexiblen Leiterelements im montierten Zustand verhindert. Dadurch kann eine Beschädigung des flexiblen Leiterelements durch ein Einklemmen zwischen zwei Bauteilen oder eine Beschädigung der Kunststoffummantelung durch eine Abrasionsbeanspruchung durch Anlage an einem angrenzenden Bauteil zuverlässig verhindert werden. Weiterhin kann die Montage anderer, an das flexible Leiterelement angrenzende Komponenten vereinfacht werden.
Der Längenausgleichsabschnitt weist einen sägezahnförmigen Verlauf auf. Dabei bewirkt der sägezahnartige Verlauf eine federartige Wirkung, wobei der sägezahnartige Verlauf auseinandergezogen wird, wenn der Abstand zwischen den beiden, durch das flexible Leiterelement miteinander verbundenen Komponenten vergrößert ist. Gleichermaßen wird der sägezahnartige Verlauf in Längsrichtung zusammengedrückt, wenn der Abstand zwischen den beiden Komponenten reduziert ist. Nach dem Verbinden der Komponenten mittels des flexiblen Leiterelements wird der Kunststoffschlauch erwärmt, wodurch sich dieser radial zusammenzieht und sich an den sägezahnförmigen Verlauf anschmiegt. Dadurch wird der Längenausgleichsabschnitts insbesondere durch Formschluss und Kraftschluss in Längsrichtung fixiert.
Der Kunststoffschlauch ist ein sogenannter Schrumpfschlauch, welcher üblicherweise aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellt ist und sich unter Hitzeeinwirkung, beispielsweise durch ein Heißluftgebläse radial zusammenzieht. Die Funktionsweise des Schrumpfschlauchs ist derart, dass der extrudierte Schrumpfschlauch im warmen Zustand aufgeweitet wird und auch nach dem Abkühlen in dem aufgeweiteten Zustand verbleibt. Bei einem erneuten Erwärmen des Kunststoffschlauchs zieht sich der Schrumpfschlauch in seinen ursprünglichen Zustand zusammen. In anderen Worten, der Schrumpfschlauch „erinnert“ sich an seine ursprüngliche, bei der Urformung im Extrusionsverfahren erhaltene Gestalt und verformt sich weitgehend zurück, wobei er an dem zu umschrumpfenden Objekt je nach dessen Oberflächengestalt eng bzw. dicht anliegt.
Durch das Ausschrumpfen des Kunststoffschlauchs auf den Längenausgleichsabschnitt wird der Längenausgleichsabschnitt in Längsrichtung des flexiblen Leiterelements fixiert. Dabei schmiegt sich der zusammengezogene Kunststoffschlauch an die Form des zum Zeitpunkt des Aufschrumpfens vorliegenden Längenausgleichsabschnitts an, wodurch eine formschlüssige Verbindung und/oder kraftschlüssige Verbindung in Radial- und Längsrichtung zwischen dem Kunststoffschlauch und dem längenveränderbaren Abschnitt hergestellt wird.
Der Kunststoffschlauch wird bereits vor dem Verbau des flexiblen Leiterelements an dem längenveränderbaren Abschnitt angeordnet und umgibt diesen vollständig radial. Nach dem elektrischen Verbinden zweier Bauteile durch das flexible Leiterelement wird das Leiterelement in einer gewünschten Anordnung festgehalten und der Kunststoffschlauch erwärmt, wobei der Kunststoffschlauch ab einer vordefinierten Temperatur schrumpft, sich an den Längenausgleichsabschnitt anschmiegt und die Länge des Längenausgleichsabschnitts fixiert.
Vorzugsweise verformt sich der Kunststoffschlauch beim Zusammenziehen irreversibel. Dadurch kann eine zuverlässige Fixierung des flexiblen Leiterelements in seiner Längsrichtung gewährleistet werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Kunststoffschlauch aus einem thermoplastischen Kunststoff, insbesondere Polyolefin oder Polyvinylchlorid, hergestellt ist. Dadurch kann der Kunststoffschlauch einfach und kostengünstig hergestellt werden, wobei die Fixierung des Längenausgleichsabschnitts in Längsrichtung durch das Zusammenziehen des Kunststoffschlauchs gewährleistet werden kann.
Vorzugsweise weist der Kunststoffschlauch an seiner Innenumfangsfläche einen Schmelzkleber auf. Der Schmelzkleber verklebt beim Zusammenziehen des Kunststoffschlauchs unter Wärmeeintrag mit dem Längenausgleichsabschnitts, wodurch eine zusätzliche Klebeverbindung zwischen dem Kunststoffschlauch und dem Längenausgleichsabschnitt hergestellt wird und dadurch die Fixierung des Längenausgleichsabschnitts in seine Längsrichtung verbessert wird.
Vorzugsweise ist eine Befestigungsvorrichtung aus einem sich radial zusammenziehenden Kunststoff vorgesehen, wobei ein starr angeordnetes Befestigungselement in die Befestigungsvorrichtung eingreift und der Kunststoff durch Wärmeeintrag sich an das Befestigungselement schmiegt. Die Befestigungsvorrichtung kann beispielsweise eine an dem Kunststoffschlauch vorgesehene Tasche sein, in welche ein Befestigungselement mit einer pilzartigen Form eingreift, wobei das Befestigungselement beispielsweise an einem Gehäuse befestigt ist. Durch das Zusammenziehen des Kunststoffschlauchs zieht sich durch den Wärmeeintrag auch die Tasche zusammen, wodurch sich das die Tasche bildende Kunststoffmaterial an das pilzartige Befestigungselement anschmiegt. Dadurch wird das flexible Leiterelement an einer starr angeordneten Komponente befestigt. Alternativ kann die Befestigungsvorrichtung auch an einem zweiten Kunststoffschlauch vorgesehen sein.
Durch das erfindungsgemäße flexible Leiterelement kann auf eine einfache und kostengünstige Weise ein Durchhängen des flexiblen Leiterelements im montierten Zustand verhindert werden, wobei eine Beschädigung des flexiblen Leiterelements zuverlässig verhindert werden kann und die Montage von anderen, angrenzenden Komponenten vereinfacht werden kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Die 1 zeigt schematisch ein flexibles Leiterelement in einer Draufsicht,
die 2a zeigt eine erste Ausführungsform des flexiblen Leiterelement aus 1 in einem Längsschnitt, und
die 2b eine zweite Ausführungsform des flexiblen Leiterelement aus 1 in einem Längsschnitt.

In der 1 ist ein flexibles Leiterelement 10 gezeigt, welches als ein sogenanntes mehradriges Flachbandkabel ausgeführt ist. Das flexible Leiterelement 10 weist drei elektrische Leiter 12, 14, 16 auf, welche parallel zueinander und in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind. Das flexible Leiterelement 10 weist weiterhin eine Kunststoffummantelung 20 auf, in welcher die elektrischen Leiter 12, 14, 16 eingebettet sind. Durch die Einbettung der elektrischen Leiter 12, 14, 16 in der Kunststoffummantelung 20 werden die elektrischen Leiter 12, 14, 16 untereinander und gegenüber der Umgebung elektrisch isoliert.
Die Flexibilität des Leiterelements 10 wird dadurch erzielt, dass zum einen die elektrischen Leiter 12, 14, 16 einen relativ geringen Durchmesser aufweisen und dadurch durch einen geringen Kraftaufwand verformt werden können. Zum anderen weist die Kunststoffummantelung 20 eine relativ geringe Wandstärke auf.
An den beiden Längsenden des flexiblen Leiterelements 10 ist jeweils ein Stechverbinder 22, 24 vorgesehen, über welche das flexible Leiterelement 10 mit jeweils einer miteinander zu verbindenden und in den Figuren nicht gezeigten Komponenten verbunden werden kann.
Bei der Montage der mittels des Leiterelements 10 zu verbindenden Komponenten verlagern sich die Komponenten toleranzbedingt, wodurch der Abstand zwischen den Komponenten sich verändert. Eine derartige toleranzbedingte Verlagerung der Komponenten und dadurch einer Erhöhung oder Reduzierung des Abstandes führt dazu, dass das Leiterelement 10 zu lang oder zu kurz ausgeführt ist. Bei einem erhöhten Abstand zwischen den Komponenten und damit zu kurzem Leiterelement 10 wäre eine Kopplung zwischen den Komponenten nicht mehr möglich. Bei einem reduzierten Abstand und damit zu langen Leiterelement 10 würde das flexible Leiterelement 10 ggfs. in einen unerwünschten Bereich durchhängen. Um dieser Problematik vorzubeugen, weist das flexible Leiterelement 10 einen Längenausgleichsabschnitt 30, 34 auf. Der Längenausgleichsabschnitt 30, 34 kann einen durch eine in der 2a oder eine in der 2b gezeigte Ausgestaltung ausgeführt werden.
In 2a ist eine erste, nicht erfindungsgemäße Ausführung eines Längenausgleichsabschnitts 30 gezeigt. Der Längenausgleichsabschnitt 30 weist einen mäanderförmigen Verlauf auf, d.h. der Längenausgleichsabschnitt 30 weist mindestens zwei zueinander entgegengesetzte 180° Umlenkungen auf. Bei einem toleranzbedingten reduzierten oder erhöhten Abstand zwischen den Komponenten können sich beide Schleifen des Längenausgleichsabschnitts 30 verlängern oder verkürzen, wodurch sich die Gesamtlänge des Leiterelements 10 verkürzt oder verlängert.
In 2b ist eine zweite Ausführung eines Längenausgleichsabschnitts 34 gezeigt. Dabei weist der Längenausgleichsabschnitt 34 einen sägezahnartigen Verlauf auf. Bei einem toleranzbedingten reduzierten oder erhöhten Abstand zwischen den Komponenten können Zähne des sägezahnartigen Längenausgleichsabschnitts 34 auseinandergezogen oder zusammengeschoben werden, wodurch sich die Gesamtlänge des Leiterelements 10 verkürzt oder verlängert.
Im Bereich des Längenausgleichsabschnitts 30, 34 ist ein Kunststoffschlauch 32, 36 vorgesehen. Der Kunststoffschlauch 32, 36 ist als ein sogenannter Schrumpfschlauch ausgeführt.
In der in 2a gezeigten Ausgestaltung des Längenausgleichsabschnitts 30 mit einem s-förmigen Verlauf umgibt der Kunststoffschlauch 32 den Längenausgleichsabschnitt 30 vollständig radial und schmiegt sich an die Außenkontur des Längenausgleichsabschnitts 30 an. Im ursprünglichen Zustand des Kunststoffschlauchs 32 weist dieser einen zylinderförmigen Verlauf auf, wobei die innerhalb des Kunststoffschlauchs 32 angeordneten Schleifen des Längenausgleichsabschnitts 30 sich frei bewegen und durch das Ziehen an einem Ende des Leiterelements in Längsrichtung verändert werden können. Durch ein Erwärmen des Kunststoffschlauchs 32 zieht sich dieser radial zusammen und schmiegt sich an die Außenkontur des Längenausgleichsabschnitts 30 an. Dadurch wird der Längenausgleichsabschnitt 30 zusammengepresst und dadurch die sich gegenüberliegenden Bereiche des s-förmigen Längenausgleichsabschnitts 30 aneinandergepresst, wodurch eine derartige Reibung zwischen diesen Bereichen entsteht, dass der Längenausgleichsabschnitt 30 in Längsrichtung fixiert wird.
In der in 2b gezeigten Ausgestaltung des Längenausgleichsabschnitts 34 weist der Kunststoffschlauch 36 in seinem ursprünglichen Zustand eine zylindrische Form auf und schmiegt sich durch die Erwärmung an die sägezahnförmige Form des Längenausgleichsabschnitts 34 an. Durch die sägezahnförmige Form des Längenausgleichsabschnitts 34 fixiert der zusammengezogene Kunststoffschlauch 36 den Längenausgleichsabschnitt 34 formschlüssig in Längsrichtung.
Zusätzlich ist an dem Kunststoffschlauch 32, 36 eine taschenförmige Befestigungsvorrichtung 40 vorgesehen, welche mit einem an einer starren Komponente vorgesehenen, pilzförmigen Vorsprung zusammenwirkt. Durch das Zusammenziehen des Kunststoffschlauchs 32, 36 schmiegt sich der Kunststoffschlauch 32, 36, d.h. die Befestigungsvorrichtung 40, an dem Vorsprung an, wodurch das Leiterelement 10 an der starr angeordneten Komponente befestigt wird.
Durch das erfindungsgemäße flexible Leiterelement 10 kann auf eine einfache und kostengünstige Weise ein Durchhängen des flexiblen Leiterelements 10 im montierten Zustand verhindert werden, wobei eine Beschädigung des flexiblen Leiterelements 10 durch ein Einklemmen zwischen zwei Bauteilen oder einer Beschädigung der Kunststoffummantelung 20 durch eine Abrasionsbeanspruchung durch Anlage an einem angrenzenden Bauteil zuverlässig verhindert werden kann. Weiterhin wird die Gefahr, dass das Leiterelement die Montage eines anderen Bauteils behindert reduziert.

Claims

Flexibles Leiterelement mit mehreren, parallel zueinander angeordneten elektrischen Leitern (12, 14, 16), und einer Kunststoffummantelung (20), wobei die elektrischen Leiter (12, 14, 16) durch die Kunststoffummantelung (20) voneinander und gegenüber der Umgebung elektrisch isoliert sind, derart, dass die elektrischen Leiter (12, 14, 16) und die Kunststoffummantelung (20) ein Flachbandkabel bilden, wobei die elektrischen Leiter (12, 14, 16) und die Kunststoffummantelung (20) einen gemeinsamen Längenausgleichsabschnitt (34) aufweisen, welcher einen sägezahnförmigen Verlauf aufweist, wobei ein unter Wärmeeinwirkung sich radial zusammenziehender Kunststoffschlauch (36) vorhanden ist, welcher den Längenausgleichsabschnitt (34) radial umgibt, wobei der Kunststoffschlauch (36) im zusammengezogenen Zustand den Längenausgleichsabschnitt (34) in Längsrichtung fixiert, derart, dass der Kunststoffschlauch (36) ab einer vordefinierten Temperatur schrumpft, sich an den Längenausgleichsabschnitt (34) anschmiegt und die Länge des Längenausgleichsabschnitts (34) fixiert.
Flexibles Leiterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffschlauch (36) sich beim Zusammenziehen irreversibel verformt.
Flexibles Leiterelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffschlauch (36) aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellt ist.
Flexibles Leiterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffschlauch (36) an seiner Innenumfangsfläche einen Schmelzkleber aufweist.
Flexibles Leiterelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Befestigungsvorrichtung (40) aus einem sich radial zusammenziehenden Kunststoff vorhanden ist, wobei ein starr angerordnetes Befestigungselement in die Befestigungsvorrichtung (40) eingreift und der Kunststoff der Befestigungsvorrichtung (40) durch Wärmeeintrag sich an das Befestigungselement schmiegt.