DE102011082179A1

DE102011082179A1 - Geschirmter Kabelbaum und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102011082179A1
Application number: DE102011082179A
Authority: DE
Inventors: Klaus Kalleé; Bernhard Föckersperger
Original assignee: Lisa Draexlmaier GmbH
Current assignee: Lisa Draexlmaier GmbH
Priority date: 2011-09-06
Filing date: 2011-09-06
Publication date: 2013-03-07
Anticipated expiration: 2031-09-07
Also published as: DE102011082179B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines geschirmten Kabelbaums (1, 1a) und einen Kabelbaum (1, 1a). Dabei ist vorgesehen, dass ein Kabelbaum (1, 1a) mit wenigstens einer Leitung (11, 11a, 12a, 12, 13) mit einen Anschlussbereich (A) und einen Leitungsbereich (B) bereitgestellt wird. Ein Anschlusselement (20) wird am Anschlussbereich (A) der Leitung (11, 11a, 12a, 12, 13) angeordnet und mit dieser elektrisch verbunden. Weiterhin ist vorgesehen, dass auf das Anschlusselement (20), den Anschlussbereich (A) und den Leitungsbereich (B) des Kabelbaums (1, 1a) ein elektrisch leitfähiges Material (41) aufgebracht wird.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen geschirmten Kabelbaum sowie dessen Herstellung. Der Kabelbaum umfasst einen Anschlussbereich mit einem daran angeordneten Anschlusselement und einen Leitungsbereich.
Stand der Technik
Kabelbäume werden zur Verdrahtung in unterschiedlichen Geräten, Fahrzeugen und Maschinen eingesetzt.
Insbesondere wenn die Verdrahtung sehr komplex ist, kann mithilfe eines Kabelbaums der strukturierte Verlauf der Drähte und Leitungen sichergestellt werden. Die Kabelbäume sind dabei mit unterschiedlichen Leitungen und Drähten versehen. Es besteht das Bedürfnis die Herstellung von Kabelbäumen weitestgehend zu automatisieren und kosten- und zeitintensive, sowie fehleranfällige Tätigkeiten zu verringern. Die immer weiter fortschreitende Multifunktionalität durch die Implementierung multimedialer Geräte in Fahrzeugen und Maschinen sowie höherer Betriebsspannungen erfordern gleichzeitig immer mehr verschiedene Leitungsarten, wie Signal- und Energieleiter mit unterschiedlichsten Querschnitten und Materialien. Des Weiteren besteht durch hohe Betriebsspannungen die Gefahr, dass Bauteile, Baugruppen und/oder Leitungen elektromagnetischer Strahlung ausgesetzt sind, die Störsignale in Leitungen, Bauteilen und/oder Geräten hervorrufen kann.
Speziell bei Hochvoltbordnetzen führt die Verwendung von hohen Spannungen zu elektromagnetischen Feldern um/bei stromführende-/n Bauteile/-n, wobei diese Felder die Funktion benachbarter Bauelemente, wie z. B. Leiter oder Geräte, negativ beeinflussen können. So können beispielsweise innerhalb des Leiters Störspannungen oder Interferenzen hervorgerufen werden.
Eine sichere Abschirmung von sowohl stromführenden als auch nichtstromführenden Bauteilen, Baugruppen und/oder Leitungen wird somit immer wichtiger. Zur Schirmung weisen Leitungen in der Regel eine Schirmschicht auf, die koaxial um eine Ader oder um mehrere gebündelte Adern angeordnet ist. Die Schirmschicht besteht in der Regel aus einem Drahtgeflecht und/oder einer Folienschicht aus einem Metall. An der Schirmschicht wird ein Massepotential angelegt und zur weiteren Abschirmung über Stecker bzw. Kupplungen mit beispielsweise Geräten verbunden.
Um mehrere Leitungen in einem Kraftfahrzeug zu verlegen, werden zur Bauraumoptimierung und Vereinfachung der Leitungsführung diese zu einem Kabelbaum bzw. Leitungssatz gebündelt bereitgestellt. Damit eine elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) gewährleistet ist, kommen oftmals geschirmte Kabel bzw. Leitungen zum Einsatz. Dies weist jedoch den Nachteil auf, dass die vielen einzelnen Schirmschichten in Summa dick auftragen, so dass eine Bauraumeinsparung kaum möglich ist. Weiterhin sind auch viele Masseanschlüsse zum Verbinden der vielen einzelnen Schirmschichten mit Massepotential notwendig.
Weiterhin ist aus der DE 103 54 950 A1 eine Abschirmung für Leitungsenden einer Leitung bekannt. Die Leitung umfasst ein Bündel von Einzeldrähten, die innerhalb der Leitung eine gemeinsame Schirmung aufweisen. Zum Anschließen der Leitung an einem Stecker wird die Leitungsabschirmung mit einer Schirmung des Steckers verbunden. Dazu wird ein manschettenförmiges Anschlussabschirmteil bereitgestellt, das die Leitungsenden im Wesentlichen umgibt, wobei das Anschlussabschirmteil mittels eines Klemmrings mit der Leitungsabschirmung verbunden ist. Des Weiteren wird das Anschlussabschirmteil mit dem Gehäuse des Steckers verbunden.
Dieser Stand der Technik weist den Nachteil auf, dass bei jeder geschirmten Leitung mit einer Schirmschicht zur Kontaktierung mit beispielsweise einem Stecker oder einem Gerät die Schirmschicht freigelegt und mit einem zusätzlichen Verbindungselement versehen werden muss, das schließlich mit dem Gehäuse des Geräts oder Steckers oder mit Massepotential verbunden werden muss. Bei der Verwendung einer Abschirmung gemäß der DE 103 54 950 A1 ist vorzugsweise eine Stützhülse zu verwenden, um beim Verbinden des Anschlussabschirmteils mit dem Leitungsschirm mittels Crimpen oder Verpressen des Klemmrings eine Verformung der Einzeldrähte bis hin zu deren Abdrücken zu verhindern. Somit sind viele Schritte zum Herstellen einer Schirmkontaktierung notwendig.
Alternativ zu einer derartigen oben genannten Kontaktierung kann die freigelegte Schirmschicht verdrillt und mit Massepotential beispielsweise mittels einer Klemme verbunden werden. Nachteilig ist hierbei, dass eine Abschirmung der Leitung im Bereich der Kontaktierung nicht mehr gegeben ist, so dass trotz der Schirmschicht die Leitung einer Beeinflussung durch elektromagnetische Strahlen ausgesetzt ist.
Weiterhin ist zu erwähnen, dass die Verwendung von herkömmlichen, geschirmten Leitungen sehr aufwendig ist, da die einzelnen Schichten, insbesondere die Abschirmung, separat behandelt, wie z. B. abisoliert, werden müssen, wobei besonders auf die darunterliegenden Schichten Rücksicht genommen werden muss. Speziell die Herstellung einer geschirmten Leitung mit einem Drahtgeflecht als Abschirmung ist durch einen hohen Herstellungs- und Anschlussaufwand gekennzeichnet, so dass diese Leitungen nicht bzw. kaum für eine automatisierte oder schnelle Weiterverarbeitung insbesondere als, in bzw. zu einem Kabelbaum geeignet sind. Darüber hinaus wirken die vielen Schirmschichten einer Bauraumbedarfsminimierung entgegen.
Somit sind die bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur Abschirmung einer Leitung bzw. eine abgeschirmte Leitung nur bedingt zum Herstellen eines Kabelbaums sowie als Leitung für einen Kabelbaum geeignet.
Aufgabe der Erfindung
Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines geschirmten Kabelbaums sowie einen geschirmten Kabelbaum anzugeben, mit denen die Probleme des Standes der Technik gelöst werden. Insbesondere ist eine Aufgabe der Erfindung, eine möglichst einfache Schirmung eines Kabelbaums aufzuzeigen, die schnell und zuverlässig an einer oder mehrere Leitungen angeordnet werden kann, um die Leitung(en) vor einer Beeinflussung elektromagnetischer Strahlen zu schützen.
Beschreibung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen eines geschirmten Kabelbaums gemäß dem Anspruch 1 oder einen Kabelbaum gemäß Anspruch 17 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass ein Kabelbaum mit wenigstens einer Leitung bereitgestellt wird. Die Leitung lässt sich dabei in einen Anschlussbereich und einen Leitungsbereich unterteilen, wobei sich der Anschlussbereich insbesondere an einem Ende der Leitung befindet und beispielsweise einem Verbindungselement bzw. Anschlusselement zugeordnet ist. Der Leitungsbereich stellt den Verlauf der Leitung weg vom Anschlussbereich dar. Das Verbindungselement bzw. Anschlusselement kann z. B. ein Stecker, eine Kupplung, ein Kabelschuh, eine Endhülse, eine Anschlussklemme und/oder ein Gehäuse- bzw. Gerätekontakt sein und ist am Anschlussbereich angeordnet bzw. mit diesem verbunden. Dabei ist vorgesehen, dass das Verbindungselement bzw. Anschlusselement mit der entsprechenden Leitung elektrisch verbunden ist. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines geschirmten Kabelbaums sieht weiterhin vor, dass auf das Anschlusselement bzw. Verbindungselement, den Anschlussbereich und den Leitungsbereich ein elektrisch leitfähiges Material als Schirmschicht aufgebracht wird.
Erfindungsgemäß wird durch das Aufbringen eines elektrisch leitfähigen Materials nach dem Anordnen eines Anschlusselements an eine Leitung eine Schirmschicht auf dem Kabelbaum geschaffen, wobei vorzugsweise die Schirmschicht mit dem Anschlusselement bzw. Verbindungselement elektrisch verbunden wird. Somit kann ein Kabelbaum mit ungeschirmter Leitung bereitgestellt werden. Das Verwenden einer ungeschirmten Leitung ermöglicht sowohl eine einfache als auch schnelle und kostengünstige Herstellung eines Kabelbaums. Die Leitungsführung und/oder der Leitungsverlauf kann somit in einfacher Weise hergestellt werden, da die einzelnen Leitungsdicken geringer sind, was schließlich zu einem geringeren benötigten Bauraum führt.
Im Besonderen, wenn mehrere stromführende Leitungen verwendet werden, können diese gebündelt werden und mit einem Summenschirm, d. h. einem gemeinsamen Schirm für eine Gruppe von Leitungen, versehen werden. Dieser Vorgang lässt sich sowohl bei einer als auch mehreren Gruppen von Leitungsbündeln durchführen. Der Materialaufwand und Herstellaufwand einer Schirmschicht für jede Leitung entfällt somit, wobei gleichzeitig eine elektromagnetische Abschirmung der Gruppe von Leitungen gegenüber benachbarten Bauteilen oder Leitungen gewährleistet ist.
Des Weiteren lässt sich die Verarbeitung der Leitung mit geringem Aufwand und wenigen Herstellungsschritten durchführen, da durch das Umgeben der Leitungen mit elektrisch leitfähigem Material beispielsweise ein definiertes Freilegen der Schirmschicht der Leitung, dessen zusätzliches Umklappen und Vercrimpen entfallen.
Da insbesondere in einem Kraftfahrzeug und/oder Flugzeug eine Vielzahl an verschiedene Kontaktelementen enthalten sind, müssen mit einer geschirmten Leitung gemäß dem Stand der Technik zur Herstellung eines Kabelbaums viele unterschiedliche Arbeitsabläufe zum Verbinden der Leitung mit dem jeweiligen Kontaktelement vorgenommen werden. Ein Vorhalten unterschiedlicher Anschlusselemente, wie in der DE 103 54 950 A1 beschrieben, ist somit nicht mehr nötig.
In einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das Anschlusselement als Stecker ausgebildet ist. Durch das Aufbringen des elektrisch leitfähigen Materials auf den Stecker wird eine Abschirmung des Steckers hergestellt. Weiterhin kann durch das Anbringen des Steckers an beispielsweise einen Anschluss eines Geräts eine elektrische Verbindung zwischen einem Schirmanschluss des Geräts und dem Steckergehäuse hergestellt werden, so dass das elektrisch leitfähige Material des Kabelbaums (Schirmschicht des Kabelbaums) mit Massepotential verbunden oder ein Massepotential der Schirmschicht des Kabelbaums einem Gerät bereitgestellt wird.
Dazu kann vorgesehen sein, dass das Anschlusselement einen Massekontakt aufweist. Ein entsprechender Massekontakt kann beispielsweise das Gehäuse bzw. ein Teil des Gehäuses des Anschlusselements sein, das aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt und mit einem Massepotential eines korrespondierenden Anschlusselements verbunden ist. Diese Verbindung kann entweder über direktem Kontakt über das jeweilige Gehäuse oder über entsprechende Kontakte hergestellt werden. Wird nun das elektrisch leitfähige Material gemäß der Erfindung auf eine Leitung, einem Bündel von Leitungen oder einem Kabelbaum bis zum Massekontakt des Anschlusselements aufgebracht, ist das elektrisch leitfähige Material mit Massepotential belegbar.
Alternativ kann der Massekontakt als Hülse am Anschlusselement bereitgestellt sein. Diese Hülse kann bistabil und/oder flexibel ausgeführt sein, die über unmittelbar vor, während oder nach dem Aufbringen des elektrisch leitfähigen Materials umgeklappt und mit diesem verbunden werden kann und somit eine Verbindungslage definiert. Dementsprechend kann in der Verbindungslage die Hülse unmittelbar über oder unter dem leitfähigen Material angeordnet werden, um eine elektrische Verbindung mit diesem herzustellen. In einer zweiten Lage, der Offenlage, ist die Hülse so angeordnet, dass sie sich im Wesentlichen vom Leitungssatz bzw. von einer Leitung weg erstreckt und diese nicht überdeckt. Wird die Hülse jedoch im Wesentlichen starr ausgeführt, ist ein gleichzeitiges Umgeben der Hülse mit der Leitung bzw. den Leitungen möglich, um eine Massekontaktieren zu ermöglichen.
Des weiteren ist möglich, dass eine Anschlussfahne mit dem elektrisch leitfähigen Material an der Leitung, der Gruppe von Leitungen oder dem Kabelbaum angeordnet wird, die mit einem Masseanschluss, beispielsweise einem Massepunkt einer Karosserie, verbunden werden kann. Dazu kann eine Schraube, Klemm, Löt- und/oder Schweißverbindung vorgesehen sein.
Als elektrisch leitfähiges Material kann ein elektrisch leitfähiger Kunststoff verwendet werden. Derartige Kunststoffe sind bereits vielfältig im Einsatz und oftmals als elektrisch leitfähige Polymere erhältlich. Als Beispiele eines derartigen Polymers wären Polypyrrol, Polyacetylen, Polyparaphenylen, Polythiophen oder Polyanilin zu nennen. Darüber hinaus sind auch Hybridwerkstoffe denkbar. Solche Hybridwerkstoffe bestehen aus einem oder mehreren Grundwerkstoffen, die mit elektrisch leitfähigen Partikeln oder Fasern dotiert sind. Als entsprechende Partikel oder Faser kommen beispielsweise kohlenstoffhaltige, insbesondere Carbon-Nanotubes oder Kohlenstofffäden, aluminiumhaltige, silberhaltige oder kupferhaltige Materialien in Frage. Des Weiteren sind unter anderem Edelstahlfasern als Zusatzwerkstoff in Polymeren denkbar. Insbesondere derartig elektrisch leitfähig gestaltete Hybridwerkstoffe mit einem Polymer als Basiswerkstoff weisen eine hohe elektrische Leitfähigkeit auf.
Das elektrisch leitfähige Material kann zum Aufbringen auf den Kabelbaum als Fluid bereitgestellt werden. Insbesondere durch die Verwendung eines Fluids kann die Schirmschicht des Kabelbaums beispielsweise mittels Sprühen oder Tauchen aufgebracht werden. Das elektrisch leitfähige Material kann unter anderem erwärmt in flüssiger Form vorliegen, oder auch bzw. zusätzlich mit einem Härter versehen sein, so dass nach dem Auftragen das elektrisch leitfähige Material in einen annähernd festen, vorzugsweise jedoch flexiblen Zustand übergeht. Somit wird eine Biegsamkeit des erfindungsgemäßen Kabelbaums gewährleistet. Es ist jedoch auch möglich, dass zumindest abschnittsweise das leitfähige Material starr ausgeführt ist. Diese starre Ausführung kann beispielsweise als Knickschutz der zumindest vom leitfähigen Material umgebenen Leitungen als auch zur Befestigung des erfindungsgemäßen Kabelbaums dienen.
Des Weiteren können auch Umgebungsparameter, wie z. B. thermische Belastung, in die Wahl des leitfähigen Materials einfließen. So ist es unter anderem für die Verwendung im Motorraum und/oder an Karosserieteilen notwendig, dass des leitfähige Material für sowohl hohe als auch niedrige Betriebstemperaturen geeignet ist. Insbesondere können im Motorraum Temperaturen von weniger als –20°C bis mehr als 100°C herrschen. Vorzugsweise wird dort ein elektrisch leitfähiges Material aus Kunststoff mit einer kohlehaltigen, bevorzugt mit Graphitfasern dotierten, Hybridstruktur eingesetzt. Auch hier kann vorgesehen sein, dass selektiv nur Bereiche einer Leitung, eine Leitung oder eine Gruppe von Leitungen von diesem leitfähigen Material umgeben wird. Außerhalb des temperaturbelasteten Bereich kann ein anderes geeignetes leitfähiges Material oder wenn möglich kein leitfähiges Material über der Leitung, den Leitungen und/oder Bauteilen aufgebracht werden.
Je nach gewünschter Anforderung und/oder der Funktion an das elektrisch leitfähige Material, z. B. flexibel, starr, und des aufzunehmenden Stroms, kann die Schichtdicke variabel ausgeführt sein. So kann beispielsweise lediglich zur Abschirmung eine Schichtdicke von bis zu 100 μm, insbesondere 40 bis 75 μm vorgesehen sein. Jedoch kann in Anbetracht hoher Oberflächenleitfähigkeit die Schichtdicke auch bis zu wenigen mm betragen Bei der Verwendung von metallhaltigen Hybridwerkstoffen als elektrisch leitfähiges Material reicht aber oftmals eine Schichtdicke von 50 μm aus für eine hohe Oberflächenleitfähigkeit von < 10⁴ Ω aus. Dabei ist vor allem die Abschirmleistung in dB von Bedeutung, die somit einen höheren Wert als 20 dB, vorzugsweise mehr als 60 dB erreichen kann. Um einen solchen Wert zu erfüllen werden oftmals Kunststoffe mit Kupferpartikeln als elektrisch leitfähiges Material verwendet.
Wird hingegen das elektrisch leitfähige Material auch als Rückleiter verwendet, so ist die elektrische Leitfähigkeit des Materials zu berücksichtigen. Auch hier kommen metallhaltige oder kohlenstoffhaltige Hybridwerkstoffe als elektrisch leitfähiges Material insbesondere mit einem Oberflächenwiderstand von weniger als 10⁵ Ω, insbesondere weniger als 10² Ω, bevorzugt zum Einsatz.
Das elektrisch leitfähige Material kann selektiv nur an einer Leitung aufgebracht werden und somit einen Einzelschirm bilden als auch auf eine Gruppe von Leitungen aufgebracht werden und somit einen Summenschirm bilden. Die Leitungen und/oder Gruppen können dabei separat voneinander beschichtet und anschließend zu einem Kabelbaum kombiniert werden. Selbstverständlich muss nicht jede Leitung bzw. jeder Draht des Kabelbaums mit einer Beschichtung versehen sein. Vielmehr ist es erfindungsgemäß möglich, je nach Bedarf, Anforderung und Position jede Leitung bzw. jeden Draht mit dem elektrisch leitfähigen Material partiell, d. h. einsatzbezogen bzw. anforderungsbezogen, mit dem elektrisch leitfähigen Material bzw. verschiedenen elektrisch leitfähigen Materialen zu umgeben. Insbesondere ist vorgesehen, dass beispielsweise Leitungen, die keiner magnetischer Strahlung ausgesetzt sind, keine eigene magnetische Strahlung aussenden und/oder nicht durch fremde magnetische Strahlen beeinflussbar sind, nicht mit elektrisch leitfähigem Material umgeben werden. Beispielsweise Leitungen zu Gleichstromverbrauchern mit niedriger Spannung können gebündelt und mit dem elektrisch leitfähigen Material umgeben werden, wogegen beispielsweise eine Leitung für Hochvolt separat mit elektrisch leitfähigem Material umgeben wird. Eine weitere mögliche Aufteilung kann auch hinsichtlich der verschiedenen Verbraucher(induktiv, kapazitiv), der Lage der Leitungen, der Art der Leitung und des zu überträgenden Signals (Daten: analog-digital, Sensoren) usw. vorgenommen werden. Somit kann gewährleistet werden, dass ein elektrisch leitfähiges Material nur anforderungsgemäß an den Bauteilen, Leitungen usw. selektiv aufgetragen wird, bei denen eine Abschirmung notwendig ist. Erfindungsgemäß ist dadurch eine Einsparung des elektrisch leitfähigen Materials bzw. der Abschirmung möglich, was sich auf einen geringeren Bauraum- und Materialbedarf auswirkt. Durch die Materialeinsparung ist somit auch eine Gewichtsreduzierung des gesamten Kabelbaums möglich.
Ein bevorzugtes Verfahren zur Beschichtung der Leitung bzw. des Kabelbaums mit elektrisch leitfähigem Material ist ein elektrostatisches Sprühverfahren. Durch elektrostatisches Sprühen lässt sich z. B. automatisch ein gleichmäßiger Auftrag im Hinblick auf die Schichtdicke und Örtlichkeit sowie ein gutes Anhaften der Beschichtung erzielen. Dabei kann der Kabelbaum bereits vorkonfektioniert bereitgestellt sein. Mit diesen Verfahren kann das Aufbringen des elektrisch leitfähigen Materials mit hohem Automatisierungsgrad durchgeführt werden. Elektrostatisches Sprühen ist für des partielle Beschichten von Werkstücken gut geeignet, da gezielt einzelne Bereiche mit dem elektrisch leitfähigen Material umgeben werden können. Dazu können die Bereiche bzw. Leiter und/oder der Kabelbaum mit einer entsprechenden Grundierung versehen sein. Diese Grundierung könnte beispielsweise während der Leitungsherstellung in der Isolierung bzw. im Mantel und/oder nach der Leitungsherstellung nachträglich aufgebracht werden.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass das Auftragen des elektrisch leitfähigen Materials in einer Kammer stattfindet und das elektrisch leitfähige Material mit einer Spannung von 10 kV aufgeladen ist, so dass ein Anhaften des Materials auf der Leitung bzw. dem Kabelbaum aufgrund der unterschiedlichen Polarität des leitfähigen Materials und der Leitung bzw. des Kabelbaums gewährleistet ist. Dabei werden sowohl die Bewegungen des insbesondere partikelförmigen elektrisch leitfähigen Materials durch die Spannung bzw. des Feldes auf den/die Leiter beeinflusst und gleichzeitig ein Anhaften der Partikel verbessert. Insbesondere wenn das elektrisch leitfähige Material in flüssigem Zustand vorliegt ist eine sicher Vernetzung des Materials auf der Oberfläche des Kabelbaums und somit eine annähernd gleichmäßige Verteilung gewährleistet. Dazu kann unter anderem eine Lenkluft bereitgestellt werden, mit der der Sprühstrahl der elektrisch leitfähigen Partikel geformt werden kann. Alternativ oder zusätzlich können mithilfe unterschiedlicher Spannungsfelder in einer Kammer die Partikel in Ihrer Sprühbahn derart beeinflusst werden, dass die Partikelbahn umgelenkt wird. Somit kann beispielsweise vorgesehen sein, dass lediglich ein oder zwei Zerstäuber eingesetzt werden, mit denen das elektrisch leitfähige Material auf dem Kabelbaum wie gewünscht, sogar mit einem gekrümmten Sprühstrahl, abgeschieden werden kann und damit eine annähernd runde Leitung auch rückseitig mit leitfähigem Material versehen werden kann.
Alternativ dazu oder zusätzlich kann das elektrisch leitfähige Material durch Gießen oder Sintern bzw. Pulverbeschichten aufgebracht werden.
Es ist jedoch auch möglich, dass die Partikel in einem fasten Zustand bereitgestellt werden. Diese fasten Partikel können derart auf die Leitungen zu beschleunigt werden, dass durch die Bewegungsenergie beim Auftreffen auf den Kabelbaum diese in eine Verformungsenergie umgewandelt wird, wodurch die Partikel eine dichte, gut an den Leitern anhaftenden Schicht bilden, beispielsweise indem die Verformungsenergie in Wärme umgewandelt wird und die Partikel zumindest zum Teil verflüssigt werden und eine bessere Haftung an der Leitung erzielt wird. Diese Schicht ist dabei derart stark verdichtet, dass sie keine Poren oder Öffnungen aufweist. Eine thermische oder elektrische Belastung der Leitungen ist bei diesem Verfahren sehr gering, so dass auch Leitungen mit kleinem Querschnitt mit einer Beschichtung versehen werden können bzw. eine Beschichtung auf einer Isolierung eines Drahtes aufgebracht werden kann ohne diesen zu schädigen.
Somit kann ein Kabelbaum bzw. Teile eines Kabelbaums vorgefertigt und anschließend automatisiert je nach Bedarf mit einem elektrisch leitfähigen Material umgeben werden.
Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines geschirmten Kabelbaums vorsehen, dass auf das elektrisch leitfähige Material eine Isolationsschicht aufgebracht wird. Somit kann die erfindungsgemäße Schirmschicht vor einer ungewollten Kontaktierung und mechanischen Beanspruchung geschützt werden.
Des Weiteren ist es auch möglich, vor dem Aufbringen des elektrisch leitfähigen Materials eine Isolierung, insbesondere eine Isolationsschicht zumindest bereichsweise auf eine Leitung, einer Gruppe von Leitungen oder einem Bauteil aufzubringen. So kann beispielsweise eine Isolierung insbesondere am Anschlussbereich des Kabelbaums angeordnet werden, so dass das Anschlusselement und der Anschlussbereich des Kabelbaums von der Isolierung umgeben sind. Somit kann verhindert werden, dass durch das Aufbringen des elektrisch leitfähigen Materials dieses möglicherweise durch den Kapillareffekt in Kontaktanschlüsse des Anschlusselements eindringt und eine leitende Verbindung mit einem Innenleiter einer Leitung herstellt. Weiterhin kann mithilfe einer derartigen Isolierung eine Längswasserdichtheit gewährleistet werden.
Figurenbeschreibung
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung, die alleinstehend oder in Kombination mit einem oder mehreren der oben erwähnten Merkmale umgesetzt werden können, insofern sich die Merkmale nicht widersprechen, sind der folgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen zu entnehmen. Diese erfolgt unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen, in denen:
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kabelbaums zeigt;
2 eine schematische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Kabelbaums zeigt;
3 eine Kontaktierungsmöglichkeit eines Kabelbaums und eines Steckers gemäß der Erfindung zeigt;
4a–c ein Herstellverfahren und ein Massekontaktierungsverfahren eines Kabelbaums gemäß der Erfindung zeigt; und
5 eine schematische Darstellung eines weiteren Verfahrens zum Herstellen eines geschirmten Kabelbaums zeigt.
In den verschiedenen Ansichten und Darstellungen kennzeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Elemente.
In der 1 ist ein erster erfindungsgemäßer Kabelbaum dargestellt. Der Kabelbaum 1 weist in diesem Beispiel drei elektrische Leitungen auf, nämlich eine erste, zweite und dritte elektrische Leitung 11, 12, 13, die sich von einem Stecker 20 zu beispielsweise einem Betriebsmittel oder einem weiteren Stecker (nicht dargestellt) erstrecken. Im Bereich des Steckers 20 bildet der Kabelbaum 1 einen Anschlussbereich A und entsprechend dem Verlauf der Leitungen 11, 12, 13 einen Leitungsbereich B.
Die Leitungen 11, 12, 13 sind als elektrisch isolierte Drähte ausgebildet. In Längserstreckung der Leitungen 11, 12, 13 befindet sich eine Abzweigung 30. Zwischen dem Stecker 20 und der Abzweigung 30 sind die Leitungen 11, 12, 13 als Leiterbündel 10 mit einer gemeinsamen Umhüllung 14 ausgebildet. Die Umhüllung 14 dient insbesondere zum Bündeln, Versteifen und Schutz der Leitungen 11, 12, 13.
Auf der äußeren Kontur des Steckers 20 und des Leiterbündels 10 ist eine Beschichtung 40 (unterbrochen dargestellte Linie) aufgebracht. Die Beschichtung umfasst eine elektrisch leitfähige Schicht (nicht dargestellt) und eine elektrisch isolierende Schicht (nicht dargestellt), wobei die elektrisch leitfähige Schicht innen liegend angeordnet ist, d. h. auf der Umhüllung 14, und die elektrisch isolierende Schicht die elektrisch leitfähige Schicht nach außen hin umgibt.
Gemäß der Darstellung der 1 ist die Beschichtung 40 lediglich vom Stecker 20 bis zur Abzweigung 30 auf dem gesamten Kabelbaum 1 aufgebracht, wobei nach der Abzweigung 30 die zweite und dritte Leitung 12, 13 weiterhin ebenfalls mit der Beschichtung 40 versehen sind. Da eine Beeinflussung der ersten Leitung 11 durch elektro-magnetische Strahlen aufgrund der Funktion bzw. dem Verlauf der ersten Leitung 11 nicht von Bedeutung ist, ist die erste Leitung 11 nach der Abzweigung 30 nicht mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung 40 versehen. Somit ist der Kabelbaum 1 lediglich partiell mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung 40 bzw. einer Abschirmung versehen. Selbstverständlich kann auch die erste Leitung 11 mit der Beschichtung 40 versehen sein.
Der Stecker 20 weist an seinem Gehäuse einen Anschlusskontakt 21 zum Anschließen eines Potentialausgleichs, insbesondere eines Massepotentials, auf. Durch Anlegen des Massepotentials an den Anschlusskontakt 21 wird das Potential auf die elektrisch leitfähige Schicht weitergeleitet, so dass eine Einflussnahme durch elektromagnetische Strahlen auf die von der Beschichtung 40 umhüllten Leitungen 12, 13 sowie des Steckers 20 verhindert wird bzw. Interferenzen abgeleitet werden. Die Beschichtung 40 bildet somit einen Summenschirm des Kabelbaums 1.
Die 2 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen geschirmten Kabelbaums 1. Der Kabelbaum 1 ist ähnlich dem Kabelbaum 1 der 1 ausgebildet, jedoch nicht mit drei Leitungen sondern mit einer Hauptleitung 10a ausgeführt. Die Hauptleitung 10a erstreckt sich von einem Stecker 20 zu einer Abzweigung 30. Bei der Abzweigung 30 teilt sich die Hauptleitung 10a in drei Leitungen 11, 12, 13 auf. Die Leitungen 11, 12, 13 erstrecken sich voneinander weg und sind mit weiteren Anschlüssen, Betriebsmittel und/oder Leitungen (nicht dargestellt) verbunden.
Der Kabelbaum 1 ist von einer Beschichtung 40 (gestrichelte Linie) umgeben, die sich vom Stecker 20 über die Hauptleitung 10a und der Abzweigung 30 zu den Leitungen 11, 12, 13 erstreckt, so dass der Kabelbaum 1 einschließlich der Leitungen 11, 12, 13 mit der Beschichtung 40 versehen sind. Die Beschichtung 40 ist gleich der Beschichtung 40 aus 1 beschaffen und weist eine elektrisch leitfähige Schicht (nicht dargestellt) und eine elektrisch isolierende Schicht (nicht dargestellt) auf, wobei die elektrisch isolierende Schicht die elektrisch leitfähige Schicht umgibt. Durch die Beschichtung 40 ist eine Einzelschirmung des Kabelbaums 1 geschaffen.
In der 3 ist eine weitere mögliche Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Kabelbaums dargestellt. Insbesondere zeigt die 3 eine Kontaktierungsmöglichkeit des elektrisch leitenden Materials mit einem Massepotential.
Wie der 3 zu entnehmen ist, ist eine Leitung 11 über federnde Kontaktelemente 22 mit einem Stecker 20 verbunden. Dabei erstreckt sich die Leitung 11 mit ihrem abisolierten Ende in eine Öffnung des Steckers 20, in der die Kontaktelemente 22 angeordnet sind. Die Kontaktelemente 22 erstrecken sich zu einer Kontakthülse 23, die zur Aufnahme und zum elektrischen Kontaktieren von Steckelementen weiterer Betriebsmittel dient. Darüber hinaus weist der der Stecker 20 auf der Seite der Kontakthülse 23 eine Massehülse 24 auf, die ebenfalls zur Aufnahme und zum elektrischen Kontaktieren eines Steckelements dient, über das ein Massepotential geführt wird. Von der Massehülse 24 erstreckt sich im Stecker 20 eine Masseleitung 25 zur Außenseite des Steckers 20 und bildet somit an der Außenseite einen Massekontaktbereich 26.
Über der Leitung 11 ist eine Beschichtung 40 aufgebracht, nämlich, von der Leitung 11 weg betrachtet, eine innere Isolierung 43, eine elektrisch leitfähige Schicht 41 und eine elektrisch isolierende Schicht 42. Die innere Isolierung 43 ist dergestalt, dass sie die Öffnung des Steckers 20 verschließt bzw. diese nach außen hin isoliert. Über der inneren Isolierung 43 ist auf der Leitung 11 die elektrisch leitfähige Schicht 41 aufgebracht und erstreckt sich teilweise über das Gehäuse des Steckers 20, so dass der Massekontaktbereich 26 ebenfalls von der elektrisch leitfähigen Schicht 41 bedeckt ist. Weiterhin ist über der elektrisch leitfähigen Schicht 41 die elektrisch isolierende Schicht 42 aufgebracht, so dass die elektrisch leitfähige Schicht 41 von dieser bedeckt ist.
Wie aus der 3 zu erkennen ist, kann mithilfe dieser Steckerausgestaltung eine zuverlässige Massekontaktierung der elektrisch leitfähigen Schicht 41 hergestellt werden.
In den 4a–4c ist eine weitere Kontaktierungsmöglichkeit dargestellt.
Der Stecker 20 ist ähnlich dem Stecker 20 aus 3 aufgebaut, jedoch ist an seinem Gehäuse eine bistabile Falthülse 27 aufgebracht. Die Längsachse der Falthülse 27 erstreckt sich parallel zur Längsachse der Leitung 11 im Stecker 20 und ist so angeordnet, dass sie mit einem Ende über dem Massekontaktbereich 26 angeordnet ist. In einer Offenlage erstreckt sich die Falthülse 27 von der Leitung 11 weg und ist über dem Gehäuse des Steckers 20 angeordnet. In einer Verbindungslage (siehe 4b und 4c) erstreckt sich die Falthülse 27 zur Leitung 11 hin. Eine elektrisch leitfähige Schicht 41 ist über der Leitung 11 aufgebracht und erstreckt sich zur Falthülse 27, so dass diese mit der elektrisch leitfähigen Schicht 41 elektrisch verbunden ist. Der Massekontaktbereich 26 ist über eine Masseleitung 25 mit einer Massehülse 24 verbunden.
Weiterhin ist über der elektrisch leitfähigen Schicht 41 eine elektrisch isolierende Schicht 42 aufgebracht, so dass die elektrisch leitfähige Schicht 41 von dieser überdeckt und isoliert ist.
Zur Herstellung eines entsprechenden Kabelbaums mit einem Stecker gemäß den 4a–c wird zuerst ein abisoliertes Ende der Leitung 11 in eine Öffnung des Steckers 20 eingebracht und elektrisch kontaktiert. Anschließend wird eine innere Isolierung 43 auf die Leitung 11 aufgebracht und in die Öffnung des Steckers 20 eingebracht. Die Falthülse 27 wird sodann, wie in 4a durch die Pfeile dargestellt umgeklappt, so dass sie sich zur Leitung 11 hin erstreckt (siehe 4b).
Wie aus der 4c zu erkennen ist, wird in einem nachfolgenden Schritt die elektrisch leitfähige Schicht 41 auf die innere Isolierung 43 und der Falthülse 27 aufgebracht, wobei anschließend die elektrisch leitfähige Schicht 41 mit einer elektrisch isolierenden Schicht 42 überzogen wird.
Aufgrund der Inneren Isolierung 43 wird ein längswasserdichter Kabelbaum geschaffen, wobei zusätzlich eine elektrische Verbindung zwischen der elektrisch leitfähigen Schicht 42, dem Massekontaktbereich 26 und dem Kontaktelement 22 verhindert wird.
Die 5 zeigt illustrativ ein mögliches Herstellverfahren eines erfindungsgemäßen geschirmten Kabelbaums 1a.
Babel werden zwei elektrisch isolierte Drähte 11a, 12a mit jeweils einem abisolierten Ende bereitgestellt und einem Stecker 20 zugeführt. Das jeweils abisoliertes Ende wird mit einem Kontaktelement 22 des Steckers 20 elektrisch verbunden. Nach dem Anschließen der Drähte 11a, 12a an den Stecker 20 werden diese unter Berücksichtigung des gewünschten Verlaufs zumindest teilweise gebündelt, so dass der Kabelbaum 1a gebildet wird. Dabei können weitere Stecker, Betriebsmittel, Leitungen und/oder Geräte an die Drähte 11a, 12a angeschlossen werden. Mittels eines elektrostatischen Sprühgeräts 50 wird ein Fluid 51 auf den Kabelbaum 1a so aufgebracht, dass zumindest teilweise der Stecker 20 und die Drähte 11a, 12a von dem Fluid 51 umgeben werden. Das Fluid 51 bildet nach dem Aushärten auf dem Stecker 20 und den Drähten 11a, 12a eine elastische, elektrisch leitfähige Schicht 41. Auf der elektrisch leitfähigen Schicht 41 wird nachfolgend eine elektrisch isolierende Schicht 42 ebenfalls mittels elektrostatischen Sprühens aufgebracht, so dass die elektrisch leitfähige Schicht 41 elektrisch isoliert ist.
Beim elektrostatischen Sprühen wird das Fluid 51 mit negativem Potential, vorzugsweise 400 V, beaufschlagt, wogegen die Leiter 11a, 12a mit Massepotential verbunden werden. Aufgrund des dadurch erzeugten Feldes werden insbesondere die Leiter 11a, 12a gleichmäßig mit dem Fluid 51 beschichtet. Darüber hinaus kann auch der Stecker 20 beschichtet werden. Als Fluid 51 kann sowohl, wie durch das untere Sprühgerät dargestellt, ein elektrisch leitfähiges Material 41 als auch, wie durch das obere Sprühgerät dargestellt, ein elektrisch isolierendes Material 42 abgegeben werden.
Wie aus dem Beispiel der 5 zu erkennen ist, ist eine automatisierte Herstellung eines geschirmten Kabelbaums durch die Erfindung möglich. Insbesondere kann die Schicht aus elektrisch leitfähigem Material 41 selektiv nur auf die Stellen, Positionen bzw. Leitungen 11, 11a, 12, 12a, 13 und Bauteile aufgebracht werden, bei denen eine Abschirmung erwünscht ist.
Zum Aufbringen des elektrisch leitfähigen Materials sollte es jedoch für einen Fachmann selbstverständlich sei, dass andere verfahren, wie beispielsweise Tauchen, Spritzen oder Umgießen anstatt oder zusätzlich dem elektrostatischen Sprühen anwendbar sind. Weiterhin ist zu Bemerken dass das Aufbringen der elektrisch isolierenden Schicht 42 lediglich optional und nicht zwingend erforderlich ist. Insbesondere wenn der Leitungssatz in oder an einem elektrisch isolierenden Bauteil, wie beispielsweise einer Karbonfaserverbundstruktur angeordnet wird, kann gegebenenfalls auf eine zusätzliche Isolation verzichtet werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der dargestellten Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben worden ist, ist es für einen Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist, sondern dass Abwandlungen beispielsweise Hinsichtlich der offenbarten Materialien und Formen, oder Änderungen, z. B. durch Weglassen einzelner Merkmale oder andersartige Kombinationen der dargelegten Merkmale möglich sind, ohne den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche zu verlassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10354950 A1 [0007, 0008, 0018]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines geschirmten Kabelbaums (1, 1a) insbesondere für ein Kraftfahrzeug, umfassend die Schritte a) Bereitstellen eines Kabelbaums (1, 1a), wobei der Kabelbaum (1, 1a) wenigstens eine Leitung (11, 11a, 12a, 12, 13) mit einem Anschlussbereich (A) und einem Leitungsbereich (B) aufweist; b) Bereitstellen eines Anschlusselements (20), wobei das Anschlusselement (20) am Anschlussbereich (A) angeordnet und mit der wenigstens einer Leitung (11, 11a, 12a, 12, 13) elektrisch verbunden ist; c) Aufbringen eines elektrisch leitfähigen Materials (41) auf das Anschlusselement (20), den Anschlussbereich (A) und den Leitungsbereich (B) des Kabelbaums (1, 1a).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitfähige Material selektiv und/oder bereichsweise auf den Kabelbaum (1, 1a) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass verschiedene elektrisch leitfähige Materialien verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schritt c) ein Schritt d) stattfindet: d) Einsetzen des Kabelbaums (1, 1a) in einem Leitungssatz, insbesondere einem Leitungssatz für ein Kraftfahrzeug.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Schritt a) mehrere Kabelbäume bereitgestellt und mehrere Gruppen festgelegt werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jede Gruppe mit unterschiedlichem elektrisch leitfähigen Material beschichtet wird.
Verfahren nach einem vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor, während oder unmittelbar nach Schritt a) am Kabelbaum wenigstens zwei Bereiche festgelegt werden, wobei im Schritt c) das elektrisch leitfähige Material selektiv in Bezug auf den Bereich aufgebracht wird.
Verfahren nach einem vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Anschlusselement (20) ein Stecker (20) bereitgestellt ist.
Verfahren nach einem vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als leitfähiges Material (41) ein elektrisch leitfähiger Kunststoff verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als leitfähiger Kunststoff ein elektrisch leitfähiges Polymer, insbesondere ein Hybridwerkstoff, Polypyrrol, Polythiophen, und/oder Polyanilin eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Hybridwerkstoff ein Kunststoff mit leitfähigen, vorzugsweise kohlenstoffhaltigen oder metallischen, insbesondere kupfer-, silber-, nickel- und/oder eisenhaltigen, Partikeln, Dotierungen und/oder Fasern eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitfähige Material (41) als Fluid bereitgestellt (51) wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen im Schritt c) mittels Sprühen, insbesondere elektrostatischem Sprühen, durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen im Schritt c) mittels Tauchen durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufbringen im Schritt c) mittels Gießen, Sintern und/oder Pulverbeschichten durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor oder nach dem Schritt c) eine Isolationsschicht (42, 43) auf den Kabelbaum (1, 1a) und/oder das Anschlusselement (20) aufgebracht wird.
Kabelbaum (1, 1a), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, hergestellt nach einem Verfahren gemäß der vorangehenden Ansprüche.