DE20109974U1 - Cables for use in industrial robots and other automated systems - Google Patents
Cables for use in industrial robots and other automated systemsInfo
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Description
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Kassel, den 13. Juni 20OT Anwaltsakte 21149Kassel, 13 June 20OT Attorney file 21149
Anmelder: Aktenzeichen N. N. Applicant: Reference number NN
Habia Cable GmbH Schorlemer Str. 40545 Düsseldorf, DEHabia Cable GmbH Schorlemer Str. 40545 Düsseldorf, DE
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Kabel zum Einsatz im Industrierobotern und anderen automatisiertem anlagenCables for use in industrial robots and other automated systems
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kabel zum Einsatz in Industrierobotern und anderen automatisierten Anlagen, mit zwei oder mehr elektrischen Leitungen, und mit zwei oder mehr Füllern, wobei sowohl die Leitungen, als auch die Füller in einer Kabelhülle untergebracht sind,The present invention relates to a cable for use in industrial robots and other automated systems, with two or more electrical lines, and with two or more fillers, wherein both the lines and the fillers are housed in a cable sheath,
Bei Hochfrequenz- oder Buskabeln gemäß dem Stand der Technik werden zwei elektrisch leitende Adern mit jeweils einer für den gewünschten Wellenwiderstand ausreichenden Isolierung versehen. Das heißt, die elektrisch leitende Kupferader wird in der Regel mit einer Kunststoffhülle,In high frequency or bus cables according to the state of the art, two electrically conductive wires are each provided with insulation sufficient for the desired characteristic impedance. This means that the electrically conductive copper wire is usually covered with a plastic sheath,
insbesondere mit einem Thermoplast der gewünschten Stärke überzogen. Dabei steigt die Dicke der Isolierung mit dem geforderten Wellenwiderstand. Diese beiden Leitungen werden dann mit eine in Querschnitt meist kreisrunde Kabelhülle eingebettet, wobei in dem verbleibenden Freiraum zwei längliche, vorzugsweise im Querschnittkreis runde Füller eingesetzt werden. Bei derartigen Kabeln entspricht der Innendurchmesser der Kabelhülle dem Doppelten des Leitungsdurchmessers, während der Durchmesser des in dem Freiraum eingesetzten Füllers zwangsläufig kleiner als der Durchmesser der Leitung ist. Die Kabelhülle dient dem mechanischen Schutz der Leitungen. Durch die im Querschnitt kreisrunde Ausbildung der Kabelhülle wird erreicht, dass das Kabel in alle Richtungen den gleichen Biegewiderstand aufweist.in particular, coated with a thermoplastic of the desired thickness. The thickness of the insulation increases with the required wave impedance. These two cables are then embedded in a cable sheath that is usually circular in cross-section, with two elongated fillers, preferably with a circular cross-section, being inserted into the remaining free space. In such cables, the inner diameter of the cable sheath is twice the cable diameter, while the diameter of the filler inserted in the free space is inevitably smaller than the diameter of the cable. The cable sheath serves to mechanically protect the cables. The circular cross-section of the cable sheath ensures that the cable has the same bending resistance in all directions.
Derartige Hochfrequenz-oder Buskabel werden vorzugsweise in Industrierobotern und anderen automatisierten Anlagen eingesetzt und unterliegen aufgrund der vielen beweglichen Teile derartiger Roboter einer hohen Biegewechselbelastung. In der Praxis hat sich nun herausgestellt, dass derartige Hochfrequenz- oder Buskabel mit einem Wellenwiderstand von TOO Ohm und mehr lediglich eine geringe Lebensdauer aufweisen, da die aufgrund des hohen Wellenwiderstandes notwendige, dicke Isolierung mit der Zeit bricht.Such high-frequency or bus cables are primarily used in industrial robots and other automated systems and are subject to high alternating bending stress due to the many moving parts of such robots. In practice, it has now been found that such high-frequency or bus cables with a characteristic impedance of TOO ohms and more have only a short service life, since the thick insulation required due to the high characteristic impedance breaks over time.
Davon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde ein Kabel zu schaffen, welches bei einem hohen Wellenwiderstand eine sehr hohe Biegewechselfestigkeit aufweist.Based on this, the object of the present invention is to create a cable which has a very high bending fatigue strength at a high characteristic impedance.
Als technische Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Kabel mit den Merkmalen des Anspruches 1 und/oder des Anspruches 2 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen des Kabels sind den Unteransprüchen zu entnehmen.As a technical solution to this problem, the invention proposes a cable with the features of claim 1 and/or claim 2. Advantageous further developments of the cable can be found in the subclaims.
Ein nach dieser technischen Lehre ausgebildetes Kabel hat den Vorteil, dass durch das Vergrößern des Füllers der Abstand der elektrischen Leitungen, insbesondere der in den Leitungen innewohnenden elektrisch leitenden Adern, vergrößert wird, wodurch sich der gesamte Wellenwiderstand (Impedanz) des Kabels bei gleicher Dimensionierung der Leitung vergrößert. Dies gilt insbesondere, wenn die Füller derart dimensioniert sind, dass diese aneinanderstoßen und die elektrische Leitung in dem verbleibenden Freiraum untergebracht ist. Zwar wird hierdurch der Durchmesser des Füllers vergrößert, dies hat jedoch auf die Biegewechselfestigkeit des Gesamtkabels nur einen untergeordneten Einfluss, da bei einem Riss oder Bruch des Füllers die Funktionstüchtigkeit des Kabels dennoch gewährleistet ist.A cable designed according to this technical teaching has the advantage that by increasing the filler, the distance between the electrical lines, in particular the electrically conductive wires inherent in the lines, is increased, which increases the overall wave resistance (impedance) of the cable for the same dimensions of the line. This is especially true if the fillers are dimensioned in such a way that they abut one another and the electrical line is accommodated in the remaining free space. Although this increases the diameter of the filler, this has only a minor influence on the bending fatigue strength of the entire cable, since the functionality of the cable is still guaranteed if the filler cracks or breaks.
Will man den Wellenwiderstand des Kabels konstant halten, so kann einem erfindungsgemäßen Kabel die Isolierung der elektrischen Leitung sehr viel kleiner ausgelegt werden, in Extremfällen kann auf die Isolierung auch ganz verzichtet werden, da durch die Vergrößerung des Füllers die elektrisch leitenden Adern einen größeren Abstand zueinander aufweisen und somit einen ausreichenden Wellenwiderstand gewährleisten. Durch die dünnere Isolierung kann die Leitung leichter und häufiger gebogen werden, da die Materialbeanspruchung, insbesondere der Biegestress, niedriger ist. Es erhöht sich also die Biegewechselfestigkeit der Leitung, da die Isolierung weniger beansprucht wird, so dass die Lebensdauer eines erfindungsgemäßen Kabel im industriellen Einsatz deutlich über derjenigen eines Kabels gemäß dem Stand der Technik liegt.If the characteristic impedance of the cable is to be kept constant, the insulation of the electrical line in a cable according to the invention can be made much smaller; in extreme cases, the insulation can be dispensed with entirely, since the enlargement of the filler means that the electrically conductive wires are further apart from one another, thus ensuring sufficient characteristic impedance. The thinner insulation means that the line can be bent more easily and more frequently, since the material stress, in particular the bending stress, is lower. The bending fatigue strength of the line is therefore increased, since the insulation is subjected to less stress, so that the service life of a cable according to the invention in industrial use is significantly longer than that of a cable according to the state of the art.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Füller als Schlauch ausgeführt. Dies hat den Vorteil, dass aufgrund des dem Schlauch innewohnenden Hohlraumes die Dielektrizitätskonstante des Füllers niedriger als bei einem vergleichbaren Vollmaterial liegt, so dass der Wellenwiderstand (Impedanz) des Kabels hierdurch weiter erhöht wird, respektive, dass derIn a preferred embodiment, the filler is designed as a tube. This has the advantage that, due to the hollow space in the tube, the dielectric constant of the filler is lower than that of a comparable solid material, so that the wave resistance (impedance) of the cable is thereby further increased, or that the
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Füller und/oder die Isolierung der elektrischen Leitung weiter verkleinert werden kann, was eine weitere Erhöhung der Biegewechselfestigkeit und somit eine weitere Erhöhung der Lebensdauer des Kabels bewirkt.Filler and/or the insulation of the electrical cable can be further reduced, which further increases the bending fatigue strength and thus further increases the service life of the cable.
In einer anderen, bevorzugsten Ausführungsform sind die Leitungen und die Füller miteinander verdrillt ausgeführt. Dies hat den Vorteil, dass die Wirkung von externen Magnetfeldern auf die einzelnen Leitungen reduziert wird, weil sich diese Wirkung wechselseitig aufhebt, da beide Adern betroffen sind. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass hierdurch die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV), die Einstrahlfestigkeit und die Störsicherheit weiter erhöht wird.In another, preferred embodiment, the cables and the fillers are twisted together. This has the advantage that the effect of external magnetic fields on the individual cables is reduced because this effect cancels each other out, as both wires are affected. A further advantage is that this further increases electromagnetic compatibility (EMC), radiation resistance and interference immunity.
Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Kabels ergeben sich aus der beigefügten Zeichnung und den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln oder in beliebigen Kombinationen miteinander verwendet werden. Die erwähnten Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter. Es zeigen:Further advantages of the cable according to the invention emerge from the attached drawing and the embodiments described below. Likewise, the features mentioned above and those described further can be used individually or in any combination with one another according to the invention. The embodiments mentioned are not to be understood as an exhaustive list, but rather are exemplary in nature. They show:
Fig. T einen Querschnitt durch ein Kabel gemäß dem Stand der Technik; Fig. 2 einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform einesFig. T shows a cross section through a cable according to the prior art; Fig. 2 shows a cross section through a first embodiment of a
erfindungsgemäßen Kabels;
Fig. 3 einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kabels;cable according to the invention;
Fig. 3 is a cross-section through a second embodiment of a cable according to the invention;
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht des Kabels gemäß Fig. 2; Fig. 5 Tabelle diverse Abmessungen von Kabeln gemäß dem Stand derFig. 4 a perspective view of the cable according to Fig. 2; Fig. 5 table of various dimensions of cables according to the state of the art
Technik und der Erfindung;
Fig. 6 einen Querschnitt durch eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kabels.technology and invention;
Fig. 6 shows a cross section through a third embodiment of a cable according to the invention.
Figur T zeigt einen Querschnitt durch ein Kabel TO gemäß dem Stand der Technik. Dieses Kabel TO umfasst eine Kabelhülle 11, in der zwei elektrische Leitungen 12 und zwei Füller 13 untergebracht sind. Die elektrische Leitung 12 setzt sich aus einer kupfernen, elektrisch leitenden Ader 14 und einer Isolierung 15 zusammen. Hierbei definiert die Dicke der elektrischen Leitung 12 den Innendurchmesser der im Querschnitt kreisrunden Kabelhülle 11, während die Füller 13 in die verbleibenden Freiräume eingesetzt werden. Wie Figur 1 zu entnehmen ist, weisen die elektrischen Leitungen 12 dabei einen größeren Durchmesser auf, als die Füller 12. Die Dicke der Isolierung 15 ist abhängig vom geforderten Wellenwiderstand (Impedanz), wobei sich der Innendurchmesser der Kabelhülle 1 T aus dem zweifachen Aderdurchmesser a und der vierfachen Isolierungsdicke b bestimmt.Figure T shows a cross-section through a cable TO according to the prior art. This cable TO comprises a cable sheath 11 in which two electrical lines 12 and two fillers 13 are housed. The electrical line 12 is composed of a copper, electrically conductive wire 14 and insulation 15. The thickness of the electrical line 12 defines the inner diameter of the cable sheath 11, which is circular in cross-section, while the fillers 13 are inserted into the remaining free spaces. As can be seen from Figure 1, the electrical lines 12 have a larger diameter than the fillers 12. The thickness of the insulation 15 depends on the required characteristic impedance, with the inner diameter of the cable sheath 1 T being determined from twice the wire diameter a and four times the insulation thickness b.
Im Unterschied zu dem in Figur T dargestellten Kabel gemäß dem Stand der Technik sind bei den erfindungsgemäßen Kabeln gemäß Figur 2 und 3 die Leitungen und die Füller vertauscht. Dabei entspricht der Wellenwiderstand (Impedanz) des Kabels 20 gemäß Figur 2 dem Wellenwiderstand des Kabels 10, während der Wellenwiderstand des Kabels 30 gemäß Figur 3 deutlich höher als der Wellenwiderstand des Kabels 10 ist. Dafür ist beim Kabel 30 die Dicke der Isolierung gleich derjenigen des Kabels 10, so dass die Kabel 10 und 30 die gleiche Biegewechselfestigkeit aufweisen. Hierzu im Einzelnen:In contrast to the prior art cable shown in Figure 1, the cables and fillers are swapped in the inventive cables shown in Figures 2 and 3. The wave resistance (impedance) of the cable 20 shown in Figure 2 corresponds to the wave resistance of the cable 10, while the wave resistance of the cable 30 shown in Figure 3 is significantly higher than the wave resistance of the cable 10. In return, the thickness of the insulation in the cable 30 is the same as that of the cable 10, so that the cables 10 and 30 have the same fatigue strength under bending stress. In detail:
Das Kabel 20 gemäß Figur 2 weist einen im Vergleich zu Kabel 10 größeren Gesamtdurchmesser auf, wobei die Kabelhülle 21 des Kabels 20 ebenfalls zwei Füller 23 und zwei elektrische Leitungen 22 aufnimmt. Jedoch sind hier die Füller 23 im Durchmesser größer als die elektrischen Leitungen 22 und berühren einander, während die elektrischen Leitungen 22 in die verbliebenden Freiräume eingesetzt wurden. Die die Ader 24 umhüllende Isolierung 25 ist im Vergleich zur Isolierung 15 sehr viel dünner ausgeführt,The cable 20 according to Figure 2 has a larger overall diameter compared to cable 10, with the cable sheath 21 of the cable 20 also accommodating two fillers 23 and two electrical lines 22. However, here the fillers 23 are larger in diameter than the electrical lines 22 and touch each other, while the electrical lines 22 are inserted into the remaining free spaces. The insulation 25 enveloping the wire 24 is much thinner than the insulation 15,
obwohl das Kabel in etwa denselben Wellenwiderstand aufweist, wie das Kabel 10. Dies wird dadurch erreicht, dass der Abstand P 2 zwischen den Adern 24 größer als der Abstand P 1 zwischen den Adern 14 ausgeführt ist. Beim Kabel 20 bestimmt sich der Innendurchmesser der Kabelhülle 21 aus dem Doppelten des Durchmessers des Füllers 23. Bei allen gezeigten Ausführungsformen gemäß den Figuren 1 bis 3 und 6 ist der wirksame Querschnitt der elektrisch leitenden Ader 14, 24, 34, 64 gleich gehalten.although the cable has approximately the same characteristic impedance as the cable 10. This is achieved by making the distance P 2 between the wires 24 larger than the distance P 1 between the wires 14. In the cable 20, the inner diameter of the cable sheath 21 is determined by twice the diameter of the filler 23. In all embodiments shown in Figures 1 to 3 and 6, the effective cross section of the electrically conductive wire 14, 24, 34, 64 is kept the same.
Auch bei dem in Figur 3 gezeigten Kabel 30 sind in einer Kabelhülle 31 zwei Füller 33 und zwei elektrische Leitungen 32 untergebracht, wobei sich auch hier analog zum Kabel 20 der Innendurchmesser der Kabelhülle 31 aus dem Doppelten des Durchmessers eines Füllers 33 bestimmt. Auch hier ist die Leitung 32 in dem verbliebenden Freiraum untergebracht. Im Unterschied zum Kabel 20 weist das Kabel 30 ein sehr viel höheren Wellenwider- ^5 stand auf, weshalb auch die Isolierung 35, sowie der Durchmesser des Füllers 33 und der Gesamtdurchmessers des Kabels 30 sehr viel größer ausgeführt sind.The cable 30 shown in Figure 3 also has two fillers 33 and two electrical lines 32 housed in a cable sheath 31, whereby here too, analogously to the cable 20, the inner diameter of the cable sheath 31 is determined by twice the diameter of a filler 33. Here too, the line 32 is housed in the remaining free space. In contrast to the cable 20, the cable 30 has a much higher wave impedance , which is why the insulation 35, as well as the diameter of the filler 33 and the overall diameter of the cable 30 are also much larger.
Wie Figur 4 zu entnehmen ist, sind die Leitungen 22 mit den Füllern 23 verdrillt in der Kabelhülle 21 untergebracht. Analoges gilt für die Kabel 30 und 60.As can be seen from Figure 4, the cables 22 are twisted together with the fillers 23 in the cable sheath 21. The same applies to the cables 30 and 60.
In Figur 5 ist eine Tabelle mit verschieden dimensionierten Kabeln dargestellt, wobei die linken Spalten Buskabel gemäß dem Stand der Technik wiedergeben, während die rechten Spalten erfindungsgemäße Buskabel wiedergeben. Dabei weisen sämtliche Kabel Adern mit dem gleichen elektrisch wirkenden Querschnitt auf. Wie dieser Tabelle zu entnehmen ist, weist das Kabel 10 gemäß Figur 1 und das Kabel 30 gemäß Figur 3 eine gleichdicke Isolierung 15, 35 auf, jedoch hat das Kabel 30 einen sehr viel höheren Wellenwiderstand (Impedanz), wohingegen die Kabel 10 und 20 einen ähnlichen Wellenwiderstand aufweisen. Allerdings ist die IsolierungFigure 5 shows a table with cables of different dimensions, the left columns showing bus cables according to the state of the art, while the right columns show bus cables according to the invention. All cables have wires with the same electrically effective cross-section. As can be seen from this table, the cable 10 according to Figure 1 and the cable 30 according to Figure 3 have insulation 15, 35 of the same thickness, but the cable 30 has a much higher wave resistance (impedance), whereas the cables 10 and 20 have a similar wave resistance. However, the insulation
25 des Kabels 20 deutlich dünner, als die Isolierung 15 des Kabels 10, so dass Kabel 20 eine höhere Biegewechselfestigkeit und folglich eine höhere Lebensdauer aufweist, da die Isolierung 25 bei jedem Biegewechsel weniger belastet wird. Der Tabelle gemäß Figur 5 ist zu entnehmen, dass zwar der Gesamtdurchmesser der erfindungsgemäßen Kabel 20, 30 größer ausfällt, als der Gesamtdurchmesser des Kabels 10 gemäß dem Stand der Technik, jedoch hat dies lediglich untergeordnete Auswirkungen auf die Biegewechselfestigkeit, da der kritische Punkt für die Funktionsfähigkeit des Kabels die Isolierung 15, 25, 35 darstellt. Das heißt, das Kabel 10, 20, 30 ist solange funktionstüchtig, wie die Isolierung 15, 25, 35 unbeschädigt ist. Ob Risse oder Verwerfungen in der Kabelhülle 11, 21, 31 und/oder im Füller 13, 23, 33 auftreten, ist vernachlässigbar, da dies die Funktionstüchtigkeit des Kabeis 10, 20, 30 nur unwesentlich beeinflusst.25 of the cable 20 is significantly thinner than the insulation 15 of the cable 10, so that the cable 20 has a higher fatigue strength and consequently a longer service life, since the insulation 25 is less stressed with each bending cycle. The table in Figure 5 shows that although the total diameter of the cables 20, 30 according to the invention is larger than the total diameter of the cable 10 according to the prior art, this has only a minor effect on the fatigue strength, since the critical point for the functionality of the cable is the insulation 15, 25, 35. This means that the cable 10, 20, 30 is functional as long as the insulation 15, 25, 35 is undamaged. Whether cracks or distortions occur in the cable sheath 11, 21, 31 and/or in the filler 13, 23, 33 is negligible, since this only insignificantly affects the functionality of the cable 10, 20, 30.
Figur 6 zeigt eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kabels 60, bei dem ebenfalls zwei Füller 63 und zwei elektrische Leitungen 62 in einer Kabelhülle 61 untergebracht sind. Dabei kann dieses Kabel 60 sowohl analog zum Kabel 20, als auch analog zum Kabel 30 ausgeführt sein, im Unterschied zu den vorgenannten Kabeln weist das Kabel 60 jedoch einen hohlen Füller 63 auf, der vorzugsweise als Polyäthylenschlauch ausgeführt ist, wodurch eine weitere Erhöhung des Wellenwiderstandes erreicht wird, ohne die Abmaße des Kabels 60 oder seiner Einzelteile zu verändern, da ein solcher hohler Schlauch eine niedrigere die Elektrizitätskonstante aufweist, als ein massiver Füller. Dementsprechend kann natürlich die Dicke der Isolierung 65 Verringert werden, wenn man den Wellenwiderstand (Impedanz) konstant halten will, was zu einer noch höheren Biegewechselfestigkeit und Lebensdauer des Kabels 60 führt.Figure 6 shows a third embodiment of a cable 60 according to the invention, in which two fillers 63 and two electrical lines 62 are also accommodated in a cable sheath 61. This cable 60 can be designed either analogously to cable 20 or analogously to cable 30, but in contrast to the aforementioned cables, cable 60 has a hollow filler 63, which is preferably designed as a polyethylene tube, whereby a further increase in the wave impedance is achieved without changing the dimensions of cable 60 or its individual parts, since such a hollow tube has a lower electrical constant than a solid filler. Accordingly, the thickness of insulation 65 can of course be reduced if one wants to keep the wave impedance constant, which leads to an even higher bending fatigue strength and service life of cable 60.
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Claims (6)
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| DE7541088U (en) | HOSE, IN PARTICULAR SUCTION HOSE WITH AN ELECTRIC LINE |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R207 | Utility model specification |
Effective date: 20011206 |
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| R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 20040513 |
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| R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: HABIA KABEL GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: HABIA CABLE GMBH, 40545 DUESSELDORF, DE Effective date: 20070502 |
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| R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: HABIA KABEL GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: HABIA KABEL GMBH, 40545 DUESSELDORF, DE Effective date: 20070712 |
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| R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years |
Effective date: 20070813 |
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| R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years |
Effective date: 20090507 |
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| R071 | Expiry of right | ||
| R071 | Expiry of right |