DE102009043164B4

DE102009043164B4 - Elektrisches Kabel

Info

Publication number: DE102009043164B4
Application number: DE102009043164.0A
Authority: DE
Inventors: Stéphane Morice
Original assignee: Nexans SA
Current assignee: Nexans SA
Priority date: 2008-10-16
Filing date: 2009-09-26
Publication date: 2016-04-07
Anticipated expiration: 2029-09-27
Also published as: FR2937458B1; FR2937458A1; DE102009043164A1

Abstract

Elektrisches Kabel (1), das mehrere Einzeldrähte aus Kupfer (10) und aus einer Kupfer-Zink-Legierung (20) aufweist, die sich in Längsrichtung des Kabels (1) erstrecken, wobei die Einzeldrähte (10, 20) verdrillt sind, um eine Litze zu formen, welche aus x Einzeldrähten aus Kupfer (10) und aus y Einzeldrähten aus einer Kupfer-Zink-Legierung (20) geformt ist, mit x ≥ 2, y ≥ 2 und x + y ≥ 7, dadurch gekennzeichnet, – dass die Kupfer-Zink-Legierung mindestens 10 Gew.-% und höchstens 40 Gew.-% Zink enthält, – dass die Litze einen Querschnitt von höchstens 0,2 mm2 aufweist, – dass die Litze eine Reißfestigkeit von mindestens 80 N hat und ihre Einzeldrähte (10, 20) einen geglühten metallographischen Zustand aufweisen und – dass die Litze einen längenbezogenen spezifischen elektrischen Widerstand von weniger als 125 Ohm/km hat.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Kabel gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ( JP 2008-166 141 A ).
Die Erfindung betrifft typischerweise, aber nicht ausschließlich, elektrische Steuerkabel oder Energiekabel, die zur Stromübertragung verwendet werden.
Solche Kabel werden auf verschiedenen Gebieten der Industrie verwendet, wie zum Beispiel in der Automobilindustrie, wo sie in Bündeln zur Stromversorgung verschiedener Geräte zusammengefaßt werden. Diese Kabel müssen daher insbesondere so leicht wie möglich sein und einen geringen Platzbedarf aufweisen, wobei sie gleichzeitig eine gute mechanische Festigkeit haben sollen.
Solche Kabel werden üblicherweise aus mehreren Kupferdrähten geformt, die miteinander verdrillt sind, um eine Litze zu bilden, um die Flexibilität des Kabels zu erhöhen. Sie sind von einer Isolierhülle umgeben, die zum Beispiel durch Extrudieren erhalten wird.
Bekannte Kabel verwenden eine überdimensionierte Menge an Kupfer im Vergleich mit den tatsächlichen Bedürfnissen, die der vom Kabel zu übertragenden Strommenge entsprechen. Genauer gesagt, wird fast die Hälfte des Kupfers im Aufbau dieser Kabel verwendet, um die Reißfestigkeit des Kabels zu erhöhen. Diese Menge ist jedoch für die notwendigen elektrischen Funktionen überdimensioniert.
Kupfer wird aber immer teurer, und es ist wichtig, neue Kabelaufbauten zu finden, welche die Menge an verwendetem Kupfer so weit wie möglich reduzieren.
Aus der EP 0 957 492 A2 ist ein elektrisches Kabel bekannt, das eine Einheit von sieben verdrillten Einzeldrähten aufweist, wobei der mittlere Einzeldraht aus einer Kupfer-Zink-Legierung oder aus verkupfertem Stahl besteht und die sechs anderen peripheren Einzeldrähte aus Kupfer bestehen. Das so gebildete elektrische Kabel hat eine hohe Reißfestigkeit. Dennoch wird die Kupfermenge nicht bedeutend eingeschränkt, und wenn das Kabel Stahl enthält, korrodiert der jeweilige Einzeldraht.
In der DE 600 10 359 T2 ist eine Telekomkabelherstellung mit Metalldrahtgruppen mit verschiedenen Schlägen beschrieben. Die Druckschrift betrifft insbesondere ein Fernmeldekabel mit elektrischen Adern, das sind isolierte Leiter, die in Gruppen, wie Paaren oder Vierer, in demselben angeordnet sind. Die Leiter der Adern haben im Wesentlichen identische, metallographische Zustände. Die Gruppen der Leiter können mit unterschiedlichen Parametern geglüht werden. Es wird ein Kalthärtunggrad oder eine Bruchdehnung der Leiter erreicht, deren Schwankung im Wesentlichen unter 1,5% liegt.
Die JP 2008-166 141 A beschreibt einen aus miteinander verseilten Einzeldrähten aufgebauten elektrischen Leiter. Die Einzeldrähte bestehen zum Teil aus Reinkupfer und zum Teil aus einer Kupferlegierung. Der Leiter hat beispielsweise fünf Einzeldrähte aus Reinkupfer und zwei Einzeldrähte aus einer Kupferlegierung. Die Kupferlegierung kann eine Kupfer-Zink-Legierung sein. Der Leiter hat eine Querschnittsfläche von 0,5 mm² oder weniger.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das eingangs geschilderte elektrische Kabel so zu gestalten, dass es einen geringen Platzbedarf, ein geringes Gewicht sowie sehr gute elektrische und mechanische Eigenschaften aufweist.
Diese Aufgabe wird entsprechend mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Durch die Ausbildung der Litze des Kabels mit einer Reißfestigkeit von mindestens 80 N und einem längenbezogenen spezifischen elektrischen Widerstand von höchstens 125 Ohm/km wird es möglich, die üblichen Bedingungen der Montage und der Verwendung der elektrischen Steuerkabel zu erfüllen.
In bevorzugter Ausführungsform gilt 2 ≤ x ≤ 5 und 2 ≤ y ≤ 5, und vorzugsweise 2 ≤ x ≤ 4 und 3 ≤ y ≤ 5.
Erfindungsgemäß werden die verschiedenen Einzeldrähte so gewählt, dass der Querschnitt jedes Einzeldrahts aus Kupfer und/oder jedes Einzeldrahts aus einer Kupfer-Zink-Legierung, die die Litze bilden, im Wesentlichen gleich ist (sind).
Erfindungsgemäß sind die Einzeldrähte so in der Litze angeordnet, dass sie über ihre ganze Länge miteinander in Kontakt sind.
Der Querschnitt der Einzeldrähte aus Kupfer und aus der Kupfer-Zink-Legierung sowie der Prozentsatz an Zink in der Legierung werden beispielsweise durch die drei folgenden Gleichungen definiert:
Darin sind S_Cu die Gesamtsumme der Querschnitte der Einzeldrähte aus Kupfer in mm², S_Legierung die Gesamtsumme der Querschnitte der Einzeldrähte aus Kupfer-Zink-Legierung in mm² und %Zn der Mittelwert der Prozentsätze an Zink der Einzeldrähte aus der Kupfer-Zink-Legierung.
Das Kabel kann eine Isolierhülle aufweisen, welche die Litze entlang des Kabels umgibt.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus den nachfolgenden Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die einzige kommentierte Figur der Zeichnung hervor, wobei die Beispiele und die Zeichnung rein veranschaulichend und keineswegs einschränkend zu verstehen sind.
Die Zeichnung stellt schematisch ein elektrisches Kabel gemäß der vorliegenden Erfindung im Querschnitt dar.
Vorab ist anzumerken, dass nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente schematisch dargestellt wurden, und dies ohne Beachtung des Maßstabs.
Gemäß der Zeichnung enthält ein elektrisches, so genanntes Steuerkabel 1 gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung sieben Einzeldrähte mit im Wesentlichen gleichem Querschnitt. Zum Beispiel sind diese sieben Einzeldrähte auf vier Einzeldrähte 10 aus Kupfer und drei Einzeldrähte 20 aus einer Kupfer-Zink-Legierung verteilt. Diese sieben Einzeldrähte sind außerdem von einer Isolierhülle 30 mit kreisförmigem Außenquerschnitt umgeben.
Der Durchmesser des Kabels, das die Litze von sieben Einzeldrähten enthält, liegt zusammen mit der Isolierhülle 30 typischerweise in der Größenordnung von 1,6 mm. Die Einzeldrähte 10 bzw. 20 aus Kupfer und aus der Kupfer-Zink-Legierung haben je einen Durchmesser von 0,22 mm. Allgemein beträgt der Durchmesser der die Litze bildenden Einzeldrähte 10 und 20 zwischen 0,10 mm und 0,30 mm.
Die Anzahl von Einzeldrähten, der Querschnitt der Einzeldrähte sowie der Gehalt an Zink der Kupfer-Zink-Legierung werden so gewählt, dass sie einerseits den Erhalt einer Reißfestigkeit von mehr als 80 N und andererseits den Erhalt eines längenbezogenen elektrischen Widerstands von weniger als oder gleich 125 Ohm/km erlauben.
Vergleichsbeispiele
Um die Vorteile des elektrischen Kabels gemäß der vorliegenden Erfindung aufzuzeigen, werden entsprechend Tabelle 1 die mechanischen und elektrischen Eigenschaften von Litzen gemäß der Erfindung (Versuche I1 bis I8) und gemäß dem Stand der Technik (Versuche C1 bis C4) verglichen.
Mechanische Eigenschaft: die Reißfestigkeit (mechanische Beständigkeit)
Die Reißfestigkeit wird gemäß der Norm NFEN1002-1 mit Hilfe eines Dynamometers ermittelt, dessen Verschiebegeschwindigkeit der unteren Backe 100 ± 10 mm/min beträgt. Die Bedienungsweise besteht darin:

– 5 Proben eines elektrischen Drahts einer Länge von 200 mm entnehmen,
– die Backen des Dynamometers in 100 mm Abstand zueinander anordnen,
– den oberen Bereich der Probe bzw. ihren unteren Bereich in der oberen und unteren Backe des Dynamometers anordnen und
– den Zugtest bis zum Reißen der Probe durchführen.

Elektrische Eigenschaft: der längenbezogene spezifische Widerstand
Der längenbezogene spezifische elektrische Widerstand wird gemäß der Norm CEI 60468:1974 ermittelt.

Der Aufbau jeder Litze sowie die Eigenschaften sind in der nachfolgenden Tabelle 1 im Einzelnen dargestellt. Tabelle 1

Die Struktur jeder Litze sowie die Eigenschaften werden in der nachfolgenden Tabelle 1 im Einzelnen dargestellt. Versuche	Anzahl von Einzeldrähten aus Kupfer	Anzahl von Einzeldrähten aus Kupfer-Zink-Legierung	% von Zink in der Kupfer-Zink-Legierung	Nenndurchmesser jedes Einzeldrahts (mm)	S_Cu + S_Legierung in mm²	Reißfestigkeit in N	Längenbezogener spezifischer Widerstand in Ohm/km
C1	0	7	15	0,23	0,29	87	154
C2	0	7	20	0,23	0,29	94	173
C3	0	7	30	0,23	0,29	108	210
C4	0	7	37	0,23	0,29	118	237
I1	3	4	20	0,23	0,29	83	95
I2	2	5	20	0,23	0,29	86	112
I3	4	3	30	0,23	0,29	85	86
I4	3	4	30	0,23	0,29	90	101
I5	2	5	30	0,23	0,29	96	122
I6	5	2	37	0,23	0,29	81	75
I7	4	3	37	0,23	0,29	89	87
I8	3	4	37	0,23	0,29	96	104

In den in der Tabelle 1 erwähnten Beispielen sind die Querschnitte der Einzeldrähte 10 bzw. 20 aus Kupfer und aus der Kupfer-Zink-Legierung gleich. Die verwendeten Einzeldrähte aus Kupfer und aus der Kupfer-Zink-Legierung sind in einem so genannten geglühten metallographischen Zustand, oder anders gesagt, die Einzeldrähte werden einem Glühschritt unterzogen. In anderen Ausführungsformen können die Querschnitte der Einzeldrähte aus Kupfer und aus der Kupfer-Zink-Legierung unterschiedlich sein, wenn sich der Durchmesser der Einzeldrähte aus Kupfer vom Durchmesser der Einzeldrähte aus der Kupfer-Zink-Legierung unterscheidet.
Die erfindungsgemäßen Litzen I1 bis I8 entsprechen den Gleichungen 1 bis 3 und haben so eine Reißfestigkeit von mindestens 80 N und einen längenbezogenen spezifischen elektrischen Widerstand von mehr als 125 Ohm/km.
Dank der Erfindung sind die Kosten des erhaltenen Kabels aufgrund der Verringerung der verwendeten Kupfermenge deutlich reduziert, während das Kabel gleichzeitig sehr gute elektrische und mechanische Eigenschaften aufweist.

Claims

Elektrisches Kabel (1), das mehrere Einzeldrähte aus Kupfer (10) und aus einer Kupfer-Zink-Legierung (20) aufweist, die sich in Längsrichtung des Kabels (1) erstrecken, wobei die Einzeldrähte (10, 20) verdrillt sind, um eine Litze zu formen, welche aus x Einzeldrähten aus Kupfer (10) und aus y Einzeldrähten aus einer Kupfer-Zink-Legierung (20) geformt ist, mit x ≥ 2, y ≥ 2 und x + y ≥ 7, dadurch gekennzeichnet, – dass die Kupfer-Zink-Legierung mindestens 10 Gew.-% und höchstens 40 Gew.-% Zink enthält, – dass die Litze einen Querschnitt von höchstens 0,2 mm² aufweist, – dass die Litze eine Reißfestigkeit von mindestens 80 N hat und ihre Einzeldrähte (10, 20) einen geglühten metallographischen Zustand aufweisen und – dass die Litze einen längenbezogenen spezifischen elektrischen Widerstand von weniger als 125 Ohm/km hat.
Elektrisches Kabel (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass x + y = 7 ist.
Elektrisches Kabel (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass 2 ≤ x ≤ 5 und 2 ≤ y ≤ 5 gilt.
Elektrisches Kabel (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass 2 ≤ x ≤ 4 und 3 ≤ y ≤ 5, gilt.
Elektrisches Kabel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt jedes Einzeldrahts (10) aus Kupfer im Wesentlichen gleich ist.
Elektrisches Kabel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt jedes Einzeldrahts (20) aus der Kupfer-Zink-Legierung im Wesentlichen gleich ist.
Elektrisches Kabel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es außerdem eine die Litze entlang des Kabels umgebende Isolierhülle (30) aufweist.