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Die
Erfindung betrifft eine Umhüllung
zum Schutz vor unerwünschten
Einflüssen
und Emissionen, insbesondere elektromagnetischen Strahlungen für Leitungen,
Kabel und Kabelbäume
und insbesondere für
Kabelbäume
in mobilen Anwendungen, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung
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Leitungen,
Kabel und Kabelbäume,
nachfolgend als „Leitungen" bezeichnet, z.B.
im Automobil- und Schienenfahrzeugbereich, aber auch in anderen Bereichen,
müssen
in vielen Fällen
segmentweise gebündelt
und vor schädlichen
bzw. unerwünschten Einflüssen geschützt werden.
Das selbe gilt auch, um die Umwelt bzw. umliegende Systeme oder
Bauteile oder auch Menschen vor unerwünschter Emission bzw. Beeinflussung
oder Störung
oder Gefahren, die solche Leitungen verursachen können, zu
schützen.
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Als
Stand der Technik gilt es hierfür,
Schutzschläuche
oder Well- bzw. Rillrohre zu verwenden. Da es in vielen Fällen wichtig
ist, die Schutzprodukte auch nachträglich, oder auf Teilsegmente
mit Abzweigungen, oder auf Leitungen mit großvolumigen Endstücken oder
Flanschen zu installieren, werden als Schutzprodukte auch Bänder oder
Streifen, die zur Schlauchform verschlossen oder umwickelt werden,
oder Well- bzw. Rillrohre mit Längsschlitzen
verwendet. Je nach Einflüssen
und Werkstoffeigenschaften bieten diese Produkte gute Bündelung
und Schutzwirkung.
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In
vielen Fällen
müssen
Leitungen nachträglich
auch vor mehr als einem Einfluß oder
vor zusätzlichen
Emissionen geschützt
werden. Insbesondere wird in vielen Fällen ein zusätzlicher
Schutz vor elektromagnetischer Strahlung benötigt. Gemäß dem Stand der Technik werden
hierfür
offene Schutzhüllen
mit einer Schicht aus Metallfolie, oder Geflechte, Gestricke oder
andere textile Strukturen aus Metalldrähten oder elektrisch leitenden
Fasern um Leitungen aufgebracht. Solche Schutzhüllen sind bekannt aus WO 03/001566
A2 und WO 00/68958. Solche Schutzhüllen werden großzügig überlappend über die
Leitung appliziert, um eine dauerhafte komplette Bedeckung zu gewährleisten.
Durch Kontaktierung dieser Schicht werden unerwünschte elektrische Strahlen
abgeleitet. Um eine Kontaktierung mit der leitenden Schicht herzustellen,
und um genügend Materialstärke von
elektrisch leitendem Material zur weiteren Kontaktierung mit handelsüblichen
elektrischen Verbindersystemen zur Ableitung der Strahlung herzustellen,
werden zusätzliche
metallische Drähte,
Litzen oder andere Leiterbahnen in die Schutzhülle durch Einfädeln oder
Einnähen
oder in ähnlicher
Weise eingearbeitet.
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Mit
den oben beschriebenen Schutzhüllen sind
Schutzwirkungen zu erzielen. Jedoch ist ein großzügiger Materialeintrag notwendig,
der Gewicht und Kosten verursacht, um die funktionsbedingte Mindestüberlappung
der leitenden Schicht zu gewährleisten.
Des weiteren kann für
die Kontaktierung der leitenden Schicht nicht in allen Anwendungsfällen und
bei Großserien
wie sie z.B. bei KFZ-Anwendungen gegeben sind, die benötigte Prozeßsicherheit gewährleistet
werden.
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Um
elektrische Strahlung, insbesondere solche von hoher Frequenz, abzuleiten
und somit eine korrekte Funktionsweise der Schutzhülle zu gewährleisten,
muß die
leitende Schicht unter allen Anwendungsbedingungen mit geringstem
Widerstand, gegen 0Ω,
kontaktiert sein.
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Bei
der nachträglichen
Eintragung von Drähten,
Litzen oder anderen Leiterbahnen, die für die weitere Kontaktierung
zur Ableitung der Strahlung benötigt
wird, durch Einfädeln
oder Einnähen
oder in ähnlicher
Weise in die textile leitende Schicht oder in die Folienschicht,
kann eine Wiederholbarkeit des Prozesses und somit ein gleichbleibend
niedriger Kontaktwiderstand zwischen leitender Schicht und Leiterbahn
nicht gewährleistet
werden, da die Kontaktierung aus einer willkürlichen Anzahl von Kontaktstellen
und durch undefinierten Druck der kontaktierenden leitenden Zonen
hergestellt wird.
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Bei
loser Kontaktierung bzw. bei zu niedrigem Kontaktdruck führen Vibrationen
und Erschütterungen
der Schutzhülle,
insbesondere solche wie sie in mobilen Systemen wie z.B. bei KFZ-Anwendungen vorkommen,
zu Mikrobewegungen der kontaktierenden Zonen, bis hin zur intermittierenden
Kontaktabhebung. Mikrobewegung in kontaktierenden Zonen von oberflächenveredelten
Metallen führt
zu Reibkorrosion oder „fretting". Wie in zahlreichen
Versuchen und Dokumentationen im Bereich der elektrischen Steckverbinder
beschrieben wird, führt
dieses „fretting" zu hohen Kontaktwiderständen und
verändert die
Leitfähigkeit
des Kontaktsystems.
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Zu
geringer Druck zwischen elektrisch kontaktierenden Zonen, vor allem
bei blanken Metallen aber auch bei Metallen mit veredelter Oberfläche kann
im weiteren und vor allem bei Anwendungen bei denen agressive Umgebungsbedingungen
vorherrschen, wie z.b. in KFZ-Motorräumen, zu galvanischer Korrosion
der Kontaktzonen führen.
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Durch
Erschütterungen
und Vibrationen kann es zu intermittierenden Kontakt der Schutzhüllen-Außenschicht
mit naheliegenden Komponenten kommen. Bei Schutzhüllen mit
leitender Schicht ohne zusätzliche
Außenschicht
kann dieser Kontakt entweder zu unerwünschter Geräuschbildung oder zu mechanischer
Zerstörung
der Schutzhülle
und der darunter befindlichen Leitung führen. In Fällen, in denen eine dauerhafte
oder intermittierende Kontaktierung mit einer Komponente von unterschiedlichem elektrischen
Potential zustande kommt, kann zusätzlich zu den mechanischen
Einflüssen
auch eine elektrische Störung
in die leitende Schicht der Schutzhülle eingeleitet werden.
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Unter
diesen Umständen
ist ein wiederholbarer Herstellungsprozeß, ein dauerhaft gleichbleibend hoher
Schutz und der dauerhaft erforderliche geringe Widerstand zwischen
der leitenden Schicht der Schutzhülle und der eingearbeiteten
Leiterbahn und somit die einwandfreie Funktion solcher Produkte nicht
für alle
Anwendungsbereiche gegeben.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, in einfacher Herstellungsweise eine Umhüllung für Leitungen zum
Schutz vor elektromagnetischen Strahlungen zu schaffen, die eine
funktionsbedigte Mindestüberlappung
der elektrisch leitenden Schicht ohne überflüssigen Materialeintrag garantiert,
Leitungen zusätzlich vor
elektrischen, mechanischen oder thermischen Einflüssen schützt und
eine dauerhafte, prozeßsichere
und einfache Kontaktierung der elektrisch leitenden Schicht ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale
gelöst.
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Die
mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß die
kritischen funktionsrelevanten Voraussetzungen von Schutz vor elektromagnetischen
Strahlungen, nämlich
ein geringstmöglicher
elektrischer Widerstand zwischen der elektrisch leitenden Schutzschicht
und der Kontaktierungszone, die definierte und dauerhafte Mindestüberlappung
der elektrisch leitenden Schutzschicht und der Verschluß zur überlappenden Schutzhülle, durch
erfindungsgemäß mit ein
und demselben integralen Bestandteil der Schutzhülle gegeben sind.
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Durch
die erfindungsgemäße Ausbildung
der Kontaktierungszone aus der elektrisch leitenden Schicht selbst
werden zusätzliche
Kontaktelemente und Kontaktierungsmaßnahmen reduziert, bzw. außer der
anwendungsbezogenen Kontaktierung zur Ableitung der elektrischen
Strahlung eliminiert.
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Durch
die Eliminierung zusätzlicher
Kontaktelemente und Kontaktierungsmaßnahmen werden Fehlerquellen
vermieden und Gewicht, Materialkosten und Fertigungskosten reduziert.
Der wichtigste technische Vorteil der Erfindung ist jedoch der niedrigstmögliche elektrische
Widerstand zwischen dem leitenden Substrat und der Kontaktierungszone, da
diese aus ein und demselben Funktionselement bestehen.
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Die
erfindungsgemäße zusätzliche
Funktion der Kontaktierungszone als Träger einer Verschlußkomponente
des bahnförmigen,
flachen, elektrisch leitenden Substrates zur röhrenförmigen Schutzhülle dient
der definierten und permanenten funktionsrelevanten Überlappung
der elekririsch leitenden Schicht während des Verschlußvorgangs,
ohne durch überflüssiges Material
diese Mindestüberlappung
gewährleisten
zu müssen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird das bahnförmige
elektrisch leitfähige Substrat
in einer textilen Maschentechnik bzw. einer textilen Kette- und
Schußtechnik
hergestellt, wobei die erfindungsgemäße Kontaktierungszone durch
einen Streifen intensiven, elektrisch leitfähigen Materialeintrags während der
Fertigung des elektrisch leitenden Substrats und ohne Unterbrechung
der Maschen- bzw. Kett- und Schußfasern ausgebildet wird.
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Wobei
es sich bei dem leitfähigen
Material für
Kontaktierungszone und Substrat um einen Metalldraht mit veredelter
Oberfläche
handeln kann aber andere elektrisch leitende Werkstoffe nicht ausgeschlossen
sind. Für
eine optimale Weiterverarbeitung des Substrates zur Schutzhülle können zur
Fertigung des elektrisch leitenden Substrates auch Anteile von textilen
Filamenten eingearbeitet sein. Außer der bevorzugten Maschen-
bzw. Kette- und Schußtechnik eignen
sich in bestimmten Anwendungsfällen
oder weiterführenden
Verarbeitungsschritten auch flache, elektrisch leitende Substrate
in anderen textilen Fertigungstechniken.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführung der
Erfindung handelt es sich bei dem Substrat um eine Folie oder ein
Filz aus elektrisch leitfähigen Werkstoffen,
bei denen die Kontaktierungszone durch Falten bzw. Raffen des Substrates
ausgebildet wird.
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In
einer alternativ bevorzugten Variante wird die erfindungsgemäße Kontaktierungszone
durch nachträgliches
mechanisches Komprimieren eines Streifens in dem Substrat ausgebildet.
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In
allen zuvor geschilderten bevorzugten Ausführungsformen kann die erfindungsgemäße Kontaktierungszone
an einem der in Längsrichtung laufenden äußeren Enden,
oder in Längsrichtung
parallel und zwischen den äußeren Enden
des elektrisch leitfähigen,
bahnförmigen
Substrates verlaufend ausgebildet sein. Des weiteren kann die Kontaktierungszone
mit einem Streifen elektrisch leitender Folie in ihrer Materialstärke aufgefüttert sein.
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In
bevorzugter Weise ist bei allen Ausführungsvarianten mindestens
eine Oberfläche
des leitenden Substrates, die bei der Anwendung die äußere Oberfläche der
Schutzhülle
bildet, mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung versehen.
In seltenen Fällen,
für spezifische
Minimalanforderungen an das Schutzprodukt, kann auf diese isolierende
Beschichtung auch verzichtet werden.
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Die
bevorzugte Ausführungsform
der elektrisch isolierenden Beschichtung ist eine laminierte Schicht
mit hoch abriebbeständigen
Eigenschaften.
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In
weiteren bevorzugten Ausführungsformen hat
die laminierte elektrisch isolierende Beschichtung geräuschdämpfende
oder hitzereflektierende Eigenschaften. Anstatt eines Laminats sind
durchaus auch viskos aufgebrachte und ausgehärtete Beschichtungen denkbar.
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An
der erfindungsgemäßen Kontaktierungszone
der zuvor beschriebenen Ausführungsformen ist
in bevorzugter Weise auf einer Seite ein Verbindungselement angebracht,
weiches kompatibel mit einem parallel verlaufenden äußeren Ende
des elektrisch leitfähigen
Substrates den Verschluß des
Substrates zur Röhrenform
ermöglicht.
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Vorzugsweise
handelt es sich bei dem Verschlußelement um einen Klebestreifen
oder um einen Klett- bzw. Flauschstreifen.
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Es
sind durchaus auch andere Verschlußelemente, z.B. solche aus
Metall denkbar, die der weiteren Funktion zur anwendungsbezogenen
Kontaktierungsmaßnahme
für die
Ableitung der elektrischen Strahlung dienlich sind.
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Im
folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele
der Erfindung näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 Eine
Schutzhülle
zum Schutz vor elektromagnetischer Strahlung in Form eines flachen, bahnförmigen elektrisch
leitenden Substrats mit Oberflächenisolierung,
Verschlußelementen
und fahnenartig herausragender Kontaktierungszone an einem der beiden
längslaufenden äußeren Enden
des Substrates.
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2 Eine
Schutzhülle
zum Schutz vor elektromagnetischer Strahlung in Form eines flachen, elektrisch
leitenden bahnförmigen
Substrats mit Oberflächenisolierung,
Verschlußelementen
und fahnenartig herausragender Kontaktierungszone parallel zwischen
den beiden längslaufenden
Enden des Substrates.
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3 Eine
Schutzhülle
zum Schutz vor elektromagnetischer Strahlung in Form eines flachen, bahnförmigen Substrats
mit Oberflächenisolierung und
Verschlußelement
auf einer Seite der fahnenartig herausragenden Kontaktierungszone
in unbefülltem,
beinahe zur Röhrenform
geschlossenen Zustand.
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4 Eine
Schutzhülle
zum Schutz vor elektromagnetischer Strahlung in Form eines flachen, bahnförmigen Substrats
mit Oberflächenisolierung und
Verschlußelementen,
befüllt
mit zu schützenden Leitungen
und einer Leitung mit elektrischem Verbinder zur anwendungsbezogenen
Kontaktierung der fahnenartig herausragenden Kontaktierungszone, um
elektrische Strahlungen abzuleiten.
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5 Eine
Schutzhülle
zum Schutz vor elektromagnetischer Strahlung in Form eines flachen, elektrisch
leitenden bahnförmigen
Substrats mit Oberflächenisolierung,
Verschlußelementen
und alternativ zu den zuvor dargestellten fahnenartig herausragender
Kontaktierungszonen, eine Kontaktierungszone, die als Streifen doppelter
Substratstärke aus
dem Substrat ausgebildet ist.
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Die
in 1-5 dargestellte Schutzhülle besteht
aus einer aus dem elektrisch leitenden Substrat 2 herausgebildeten
Kontaktierungszone 1, mit elektrisch isolierender Oberflächenschicht 3,
primären
Verschlußelementen 4a und 4b und
einem sekundären
Verschlußelement 5.
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In
den 1–5 ist
das flache elektrisch leitende Substrat 2 symbolhaft mit
Gitterlinien dargestellt. Es kann in textiler Fertigungsweise z.B.
in Maschentechnik oder in Kette- und Schußtechnik oder einer anderen
textilen Fertigungsweise aus Metalldrähten oder aus elektrisch leitenden
Fasern hergestellt sein. Zusätzlich
zu den elektrisch leitenden Drähten
oder Fasern können
weitere textile Fasern während
des textilen Fertigungsvorgangs in das elektrisch leitende Substrat
mit eingearbeitet werden.
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Das
flache elektrisch leitende Substrat 2 kann aber auch in
Folien- oder Filzform aus elektrisch leitenden Werkstoffen gefertigt
sein.
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Die
Kontaktierungszone 1 ist ein Bestandteil des elektrisch
leitenden Substrates 2 und entweder in textiltechnischer
Weise, während
des Fertigungsvorganges des Substrats 2 durch einen Streifen
intensiv eingearbeiteter elektrisch leitender Drähte oder Fasern, oder durch
Falten bzw. paffen des elektrisch leitenden Substrates 2,
oder durch mechanisches Komprimieren eines Streifens des elektrisch
leitenden Substrates 2 herausgebildet.
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Die
Materialstärke
der Kontaktierungszone l beträgt
mindestens das doppelte von der des elektrisch leitenden Substrates 2 und
kann bei Bedarf mit einer Metallfolie für zusätzliche Materialstärke aufgefüttert werden.
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In 1 wird
die Kontaktierungszone 1 an einem äußeren längslaufenden Ende des elektrisch leitenden
Substrates 2 fahnenartig herausragend dargestellt.
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Bei
der in 1 dargestellte überstehende Schicht 3,
handelt es sich um die elektrisch isolierende Oberflächenschicht 3,
die im Nachfolgenden noch näher
beschrieben wird.
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In 2 wird
die Kontaktierungszone 1 parallel zwischen den beiden längslaufenden
Enden des Substrates fahnenartig herausragend dargestellt. In dieser
Darstellung endet das elektrisch leitende Substrat 2 an
beiden längslaufenden
Enden der Schutzhülle
zusammen mit der elektrisch isolierenden Oberflächenschicht 3.
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Die
in 1-5 dargestellte elektrisch isolierende
Oberflächenschicht 3 ist
entweder auf das elektrisch leitende Substrat 2 laminiert
oder wird in viskoser Weise mit anschließender Aushärtung aufgebracht oder sie
wird während
des textiltechnischen Fertigungsvorgangs des elektrisch leitenden Substrates 2 hergestellt.
Zusätzlich
zu den elektrisch isolierenden Eigenschaften kann die Oberflächenschicht 3 je
nach Anwendungsfall durch die Wahl entsprechender Werkstoffe geräuschdämpfende,
abriebbeständige
oder hitzereflektierende Eigenschaften haben.
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4 zeigt
zusätzlich
zu den in 1–3 und 5 dargestellten
Schutzhüllen-Elementen 1-5 ein
zu schützendes
Leitungsbündel 6 mit
einer schutzfunktionsrelevanten Leitung 7, die an ein elektrisches
Kontaktelement 8 angeschlagen ist und zur anwendungsspezifischen
Kontaktierung der Kontaktierungszone 1 mittels des elektrischen
Kontaktelementes 8 zur Ableitung der störenden elektrischen Strahlung
dient.
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Vor
dem Verschluß der
primären
Verschlußelemente 4a und 4b wird
das Kontaktelement 8 zusammen mit der angeschlagenen Leitung 7 gemäß dem Stand
der Technik im sogenannten „piercing crimp", „serration
crimp" oder „wave crimp" Verfahren breitflächig mit
der Kontaktierungszone 1 verbunden und sorgt für eine dauerhafte
elektrische Verbindung mit sehr geringem elektrischen Widerstand.
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Das
in 1,2 und 4 wegen
perspektivischer Darstellung unsichtbare Verschlußelement 4a ist
in 3 und 5 auf einer Seite der Kontaktierungszone 1 symbolisch
erkenntlich dargestellt. Dieses Verschlußelement 4a ist kompatibel
mit dem in 1,2, 4 und 5 symbolisch dargestellten
Verschlußelement 4b,
an dem parallel in Längsrichtung
verlaufenden äußeren Ende
des Substrates 2 und erlaubt den primären Verschluß des elektrisch
leitenden Substrates 2 zur röhrenförmigen Schutzhülle nach
der Befüllung
der Schutzhülle
mit den zu schützenden
Leitungen 6 und nach der Kontaktierung der Leitung 7 mittels
Kontaktelement 8 mit Kontaktfahne 1. Gleichzeitig
dienen die Verschlußelemente 4a und 4b der
definierten Mindestüberlappung
des elektrisch leitenden Substrates 2 nach dem Verschluß.
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Die
kompatiblen Verschlußelemente 4a und 4b liegen
entweder als Klebestreifen vor, wobei in diesem Falle die Kompatibilität in der
Adhesionsfähigkeit
der zu beklebenden Fläche
läge und
nur ein Klebestreifen entweder 4a oder 4b dringend
benötigt wäre, oder
die Verschlußelemente 4a und 4b liegen als
Klett- und Flauschverschluß vor.
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Es
sind auch weitere kompatible Arten des Verschlusses denkbar, z.B.
solche aus Metall, die zusätzlich
eine elektrische Kontaktierung der Kontaktierungszone 1 wie
in 4 durch elektrisches Kontaktelement 8 dargestellt,
unterstützen
würden.
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Alternativ
zu den Darstellungen in 1-4 ist in 5 eine
Kontaktierungszone 1 in einem flach ausgearbeitetem Streifen
von mindestens doppelter Substratstärke 2 dargestellt.
In einer solchen Ausführungsform
der Schutzhülle
wird die Kontaktierungszone 1 mittels einem wie in 4 dargestellten
Kontaktelement 8 im sogenannten „insulation piercing" oder „insulation
displacement" Verfahren,
durch die isolierende Oberflächenschicht 3,
entweder vor dem Verschluß der
Elemente 4a mit 4b und 5, oder nach dem
Verschluß der
zuvor genannten Verschlußlemente
kontaktiert.
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Als
endgültiger
Verschluß des
elektrisch leitenden Substrates 2 nach dem Befüllen mit
Leitungen 6 und der Kontaktierung von Leitung 7 mittels Kontaktelement 8 mit
Kontaktfahne 1 und dem primären Verschluß der Elemente 4a und 4b,
wird das über die
Kontaktierungszone 1 überstehende
elektrisch leitende Substrat 2, zusammen mit Oberflächenschicht 3 wie
in 2 dargestellt, oder nur die elektrisch isolierende
Oberflächenschicht 3,
wie in 1 dargestellt, mittels Verschlußelement 5,
das vorzugsweise als Klebestreifen vorliegt, zur Schutzhülle um die
in 4 dargestellte zu schützende Leitung 6 verschlossen.