DE19540807C1 - Flexibles elektrisches Kabel und aus diesem Kabel bestehende elektrische Verbindung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein flexibles elektri­ sches Kabel mit mindestens einem Leiter in der Form eines flachen Streifens und einer Isolierhülle aus Kunststoff sowie auf eine elektrische Verbindung die aus diesem elektrischen Kabel besteht.

Bei einem bekannten Kabel dieser Art (DE 42 39 982 A1) sind drei streifenförmige Leiter, von denen wenigstens einer aus geschichtetem Graphit hergestellt ist, zwi­ schen zwei Polyesterstreifen angeordnet, welche fest aneinander haften. Das geschichtete Graphit hat eine beschränkte mechanische Festigkeit. Daher kann es mit einem aderförmigen Verstärkungsmaterial verstärkt wer­ den, wie ein metallisches Netz, Glasfasern oder Kohlen­ stoffasern, von denen jedes in das geschichte Graphit gefüllt wird.

Ferner ist ein zwei- oder dreiadriges Flachbandkabel bekannt (DE 44 18 714 C1). Es dient der elektrischen Verbindung zwischen Anschlußstellen an dem Maschinenge­ stell einer Kettenwirkmaschine und als Betätigungsele­ ment dienenden piezoelektrischen Biegewandlern, die an der axial hin- und herbewegbaren Legebarre angebracht sind und der Jacquardsteuerung der Legenadeln dienen. Die Leiter dieses Kabels sind an einem Ende mit Steck­ kontakten und am anderen Ende mit Anschlußkontakten der Biegewandler verlötet, verschweißt oder auf andere Wei­ se verbunden. Hierbei werden jeweils mehrere flache Kabel aufeinandergelegt und zu einem Kabelbaum verei­ nigt.

Bei diesen und ähnlichen Anwendungszwecken besteht die Gefahr, daß die bandförmigen Leiter aufgrund der stän­ digen Beanspruchung der Leiter durch Schwingung, Bie­ gung, Zugspannung u. dgl. brechen und dadurch das Kabel unbrauchbar machen. Diese Gefahr wird durch dickere Leiter oder durch ein dickeres Kabel nicht beseitigt, sondern erhöht, weil die Leiter aufgrund der höheren Steifigkeit noch stärker bruchempfindlich sind. Umge­ kehrt sind einer Verminderung der Dicke Grenzen ge­ setzt.

Es ist auch schon bekannt (DE 39 30 496 C2), im Zentrum eines mehrdrähtigen, zu einer Litze oder einem Seil geformten Leiters aus Metall ein zugfestes faserförmi­ ges Element, beispielsweise aus Kohlenstoffasern, an­ zuordnen. Hierdurch wird eine elektrische Leitung ge­ schaffen, die bei kleinem Querschnitt einer extremen Zugbelastung standhält.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektri­ sches Kabel der eingangs beschriebenen Art anzugeben, das seine Funktion auch bei starker Belastung durch Schwingung, Biegung, Zugspannung u. dgl. nicht verliert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß längs des Leiters eine an der Breitseite des Streifens anliegende und mit ihm in elektrisch leitender Berüh­ rung stehende Faserlage aus elektrisch leitenden Fasern angeordnet ist.

Die Faserlage bildet eine parallel zum Leiter verlau­ fende elektrisch leitende Schicht, die keiner Bruchge­ fahr unterliegt. Wenn der Leiter brechen sollte, über­ brückt die Faserlage die Bruchstelle, so daß die Funk­ tion des Kabels nicht verlorengeht. Die hierbei auftre­ tende Erhöhung des Leitungswiderstandes ist minimal, weil in Folge der Berührung von Faserlage und Leiter der höhere spezifische Widerstand der Faserlage nur an der Bruchstelle, über die gesamte übrige Länge aber der geringere spezifische Widerstand des Leitermaterials wirksam ist. Die Vorteile des Leiters, nämlich seine sehr gute Leitfähigkeit und seine für die Anschlüsse wichtige Löt- oder Schweißbarkeit, bleiben erhalten. Außerdem dient die Faserlage der mechanischen Verstär­ kung des Kabels, insbesondere gegenüber Zugbeanspru­ chungen. Außerdem wird die Streifenform, die wesentlich zur Biegbarkeit beiträgt, ausgenutzt, um einen mög­ lichst großen Berührungsbereich mit der Faserlage her­ zustellen.

Des weiteren ist es günstig, daß mindestens eine Schichtung aus einem Leiter und einer Faserlage zwi­ schen zwei Kunststoffolien angeordnet ist, die zu bei­ den Seiten der Schichtung miteinander verschweißt sind. Schichtung und Folie können insgesamt sehr flach gehal­ ten werden. Es ergibt sich daher ein äußerst flexibles elektrisches Kabel.

Empfehlenswert ist es auch, daß zwei Leiter nebeneinan­ der angeordnet sind, bei denen die zugehörigen Faserla­ ge auf einander gegenüberliegenden Seiten verlaufen. Soweit die Faserlagen Einfluß auf das Biegungsverhalten nehmen, wird dieser Einfluß durch die beschriebene An­ ordnung weitgehend neutralisiert.

Vorzugsweise besteht der Leiter aus Kupfer und hat eine Dicke von maximal 0,2 mm. Aus Gründen der leichteren Biegbarkeit ist es erwünscht, den Leiter so dünn wie möglich auszuführen, insbesondere in der Größenordnung von 0,1 mm. Die bei sehr dünnen Leitern bestehende Reiß- oder Bruchgefahr ist wegen des Vorhandenseins der Faserlage für die Funktion des Kabels ohne Bedeutung.

Mit Vorteil sind die Fasern Kohlefasern. Diese haben einen hohen Elastizitätsmodul bei geringem elektrischen Widerstand. Man kommt daher mit einer sehr dünnen Fa­ serlage aus.

Die Faserlage besteht vorzugsweise aus über die Leiter­ länge ununterbrochenen Fasern. Dies führt zu den besten elektrischen und mechanischen Verhältnissen. Hierbei genügt es, wenn die Fasern einfach nebeneinander lie­ gen, was die geringstmögliche Dicke ergibt. Allerdings sind Faserlagen aus verdrehten Fasern, gewebten oder gewirkten Litzen o. dgl. nicht ausgeschlossen.

Von Vorteil ist auch eine elektrische Verbindung, be­ stehend aus einem zuvor beschriebenen Kabel, zwischen zwei relativ zueinander bewegbaren Bauteilen, von denen eines eine Vielzahl von durch Spannungsimpulse ansteu­ erbaren Betätigungselementen trägt. Da in Folge der Spannungsimpulse jeweils nur kurzzeitig ein Strom fließt, ist eine unzulässige Erwärmung der Faserlage im Bereich der Bruchstellen der Leiter nicht zu befürch­ ten. Wenn eine Vielzahl von flexiblen Kabeln benötigt wird, kann die erfindungsgemäße Möglichkeit, sehr fla­ che Kabel zu verwenden, dazu beitragen, den vorhandenen beschränkten Platz gut auszunutzen.

In weiterer Ausgestaltung ist bei der elektrischen Ver­ bindung dafür gesorgt, daß mehrere flache Kabel aufein­ andergelegt und zu einem Kabelbaum vereinigt sind, des­ sen Leiter an einem Ende mit Steckkontakten und am an­ deren Ende mit den Betätigungselementen verbunden sind. Auf diese Weise ergeben sich sehr flexible Kabelbäume mit funktionstüchtigen Kabeln, die an ihren Enden mit den Steckkontakten bzw. den Anschlußstellen der Betäti­ gungselemente verlötet oder verschweißt werden können.

Beispielsweise kann es sich darum handeln, daß die Be­ tätigungselemente an einer axial hin- und herbewegbaren Legeschiene einer Kettenwirkmaschine angebrachte pie­ zoelektrische Biegewandler zur Jacquardsteuerung der Legenadeln sind. Bei dieser Anwendungsart werden die Kabel außerordentlich stark belastet. Der Erfindungs­ vorschlag gibt den Kabeln eine wesentlich größere Lebensdauer als bisher. Piezoelektrische Biegewandler werden nach Art eines Kondensators aufgeladen und entladen. Hierbei ergibt sich automatisch ein kurzer Auflade- oder Entla­ deimpuls, durch den keine übermäßigen Erwärmungen in der Faserlage entstehen können.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten, bevorzugten Ausführungsbei­ spiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Kabel in Draufsicht,

Fig. 2 das Ende eines erfindungsgemäßen Kabels in räum­ licher Darstellung,

Fig. 3 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Kabel,

Fig. 4 eine Teilansicht einer Kettenwirkmaschine mit einem Kabelbaum aus den erfindungsgemäßen Ka­ beln,

Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie A-A in Fig. 4 und

Fig. 6 in einem Teilschnitt die Verbindung zwischen dem Kabelende und einem piezoelektrischen Biegewand­ ler.

Das in den Fig. 1 bis 3 veranschaulichte flexible ela­ stische Kabel 1 weist zwei band- oder streifenförmige Leiter 2 und 3 aus Kupfer auf. Der Leiter 2 ist auf der einen Breitseite mit einer Faserlage 4 aus Kohlefasern, der Leiter 3 auf der gegenüberliegenden Breitseite mit einer Faserlage 5 aus Kohlefasern belegt. Die Fasern brauchen nur lose miteinander verbunden zu sein und verlaufen im wesentlichen in Richtung der Leiter 2 und 3. Die beiden Schichtungen 6 und 7 aus Kupfer und Koh­ lefasern sind zwischen zwei Kunststoffolien 8 und 9 gelegt, die jeweils zu beiden Seiten der Schichtungen durch Schweißungen 10 miteinander verbunden sind. Auf diese Weise ergibt sich eine ringsum geschlossene Hülle 11 aus Kunststoff.

Die Leiter 2 und 3 sind aus Kupfer. Es kommen aber auch andere elektrisch leitende Materialien, wie Aluminium, in Betracht. Die Faserlagen 4 und 5 bestehen vorzugs­ weise aus Kohlefasern. Die Kunststoffhülle besteht aus Polyethylen, Polytetrafluorethylen, Polyamid, Polyuret­ han oder einem anderen elektrisch isolierenden Kunst­ stoff. Die Leiter 2 und 3 können auch beidseitig eine Faserlage tragen.

Die Abmessungen der Leiter 2 und 3 können sehr gering gehalten werden. Beispielsweise beträgt die Dicke nur 0,2 mm oder weniger, gegebenenfalls sogar nur 0,05 mm. Die Breite kann 0,5 bis 2 mm, vorzugsweise 0,5 bis 1 mm betragen. Die Außenabmessungen der Hülle sind ebenfalls gering. Die Höhe liegt zwischen 0,1 und 0,5 mm, vor­ zugsweise etwa bei 0,15 mm, und die Breite zwischen 3 und 8 mm, vorzugsweise bei etwa 5 mm. Als Kohlefaserla­ gen kommen vorzugsweise solche mit 67 bis 200 tex in Betracht, wobei die Anzahl der Fasern pro Leiter zwischen 200 und 3.000 liegen kann.

Die Fig. 4 bis 6 zeigen ein Anwendungsbeispiel des er­ findungsgemäßen Kabels.

Eine Anzahl der Kabel 1 ist gemäß Fig. 5 aufeinanderge­ stapelt und mittels einer Umhüllung 12, beispielsweise einem Gewebeschlauch, zu einem Kabelbaum 13 zusammen­ gefaßt. Die Leiter 2 und 3 dieses Kabelbaums sind an einem Ende mit den Steckkontakten eines Steckers 14 und am anderen Ende mit den Anschlußenden 15 von piezoelek­ trischen Biegewandlern 16 verbunden. Die Stecker 14 werden mit Steckbuchsen 17 verbunden, die am Maschinen­ gestell 18 einer Kettenwirkmaschine angebracht und über Steuerleitungen 19 mit einer Steuervorrichtung 20 ver­ bunden sind. Die piezoelektrischen Biegewandler 16 sind an einer Legeschiene 21 der Kettenwirkmaschine lösbar befestigt. Diese Legeschiene 21 wird durch eine Ver­ satzvorrichtung in Richtung des Pfeiles 22 hin- und herbewegt. Die piezoelektrischen Biegewandler 16 sind im oberen Bereich 23 an der Legeschiene 21 befestigt und tragen am unteren Ende Legenadeln 24, die durch Ansteuerung der Biegewandler zwischen zwei Anschlägen 25 hin- und herbewegt werden können.

Ein solcher Biegewandler 16 weist einen streifenförmi­ gen Träger 26 aus elektrisch isolierendem Material, beispielsweise glasfaserverstärktem Kunststoff, auf, der beidseitig eine Aktivschicht 27 und 28 aus piezo­ elektrischem Material trägt. Die Aktivschicht 27 weist eine Innenelektrode 29 und eine Außenelektrode 30 auf, die Aktivschicht 28 eine Innenelektrode 31 und eine Außenelektrode 32. Die beiden Leiter 2 und 3 des Kabels 1 bilden Steuerleitungen, die durch Verkleben, Verlöten oder Verschweißen an den Stellen 33 und 34 mit den über die Aktivschichten 27 und 28 überstehenden Innenelek­ troden 29 und 31 verbunden sind. Die beiden Außenelek­ troden 30 und 32 sind dadurch geerdet, daß sie mit Erd­ potential des Maschinengestells führenden Teilen ver­ bunden sind. Durch Anlegen einer Steuerspannung an eine der Innenelektroden eines Biegewandlers wird die zuge­ hörige Legenadel aus einer Mittelstellung wahlweise an den einen oder anderen Anschlag 25 verlagert. Wegen weiterer Einzelheiten wird auf DE 44 18 714 C1 verwie­ sen.

Claims (8)

1. Flexibles elektrisches Kabel mit mindestens einem Leiter in der Form eines flachen Streifens und ei­ ner Isolierhülle aus Kunststoff, dadurch gekenn­ zeichnet, daß längs des Leiters (2, 3) eine an der Breitseite des Streifens anliegende und mit ihm in elektrisch leitender Berührung stehende Faserlage (4, 5) aus elektrisch leitenden Fasern angeordnet ist.

2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Schichtung (6, 7) aus einem Leiter (2, 3) und einer Faserlage (4, 5) zwischen zwei Kunststoffolien angeordnet ist, die zu beiden Sei­ ten der Schichtung miteinander verschweißt sind.

3. Kabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß zwei Leiter (2, 3) nebeneinander angeord­ net sind, bei denen die zugehörigen Faserlagen (4, 5) auf einander gegenüberliegenden Seiten verlau­ fen.

4. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (2, 3) aus Kupfer besteht und eine Dicke von maximal 0,2 mm hat.

5. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern Kohlefasern sind.

6. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserlage (4, 5) im wesent­ lichen aus über die Leiterlänge ununterbrochenen Fasern besteht.

7. Elektrische Verbindung aus einem elektrischen Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zwischen zwei re­ lativ zueinander bewegbaren Bauteilen (Maschinen­ gestell 18, Legeschiene 21), von denen eines eine Vielzahl von durch Spannungsimpulse ansteuerbaren Betätigungselementen (Biegewandler 16) trägt.

8. Elektrische Verbindung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere flache Kabel (1) auf­ einandergelegt und zu einem Kabelbaum (13) verei­ nigt sind, dessen Leiter (2, 3) an einem Ende mit Steckkontakten und am anderen Ende mit den Betäti­ gungselementen (Biegewandler 16) verbunden sind.