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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. Dasselbe 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 0&OHgr;, 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 nahe liegenden 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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Die
WO 03/001566 A2 zeigt eine Schutzhülle mit RFI/EMI-Erdung zum Schutz vor elektromagnetischer Strahlung in Form eines flachen, bahnförmigen Substrates aus elektrisch leitenden Werkstoffen in textiler Fertigungsweise, welches mittels Längsverschluss zu einer Schutzhülle verschließbar ist.
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Aus der
DE 10 2006 024 173 A1 ist eine Armierungsschicht für die Befestigung an einem Kabelbaum mit Schichtkörper bekannt, welche in Form von Klebeteilen ausgebildete Verschlusselemente aufweist.
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Die
WO 00/74080 A1 schließlich offenbart ein abgeschirmtes Kabel mit einer extrudierten oder schraubenförmig als Band gewickelten MPF-Abschirmung gegen RFI/EMI.
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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 funktionsbedingte 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 elektrisch 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 1 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 so genannten „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 Adhäsionsfähigkeit 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 so genannten „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 Verschlusselemente 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.
