DE20109974U1

DE20109974U1 - Kabel zum Einsatz in Industrierobotern und anderen automatisierten Anlagen

Info

Publication number: DE20109974U1
Application number: DE20109974U
Authority: DE
Original assignee: HABIA CABLE GmbH
Current assignee: Habia Kabel De GmbH
Priority date: 2001-06-15
Filing date: 2001-06-15
Publication date: 2001-10-31
Anticipated expiration: 2011-06-16

Description

• <

Kassel, den 13. Juni 20OT Anwaltsakte 21149

Anmelder: Aktenzeichen N. N.

Habia Cable GmbH Schorlemer Str. 40545 Düsseldorf, DE

Vertreter: Patentanwälte Walther · Walther & Hinz Heimradstr. 34130 Kassel, DE

Kabel zum Einsatz im Industrierobotern und anderen automatisiertem anlagen

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kabel zum Einsatz in Industrierobotern und anderen automatisierten Anlagen, mit zwei oder mehr elektrischen Leitungen, und mit zwei oder mehr Füllern, wobei sowohl die Leitungen, als auch die Füller in einer Kabelhülle untergebracht sind,

Bei Hochfrequenz- oder Buskabeln gemäß dem Stand der Technik werden zwei elektrisch leitende Adern mit jeweils einer für den gewünschten Wellenwiderstand ausreichenden Isolierung versehen. Das heißt, die elektrisch leitende Kupferader wird in der Regel mit einer Kunststoffhülle,

insbesondere mit einem Thermoplast der gewünschten Stärke überzogen. Dabei steigt die Dicke der Isolierung mit dem geforderten Wellenwiderstand. Diese beiden Leitungen werden dann mit eine in Querschnitt meist kreisrunde Kabelhülle eingebettet, wobei in dem verbleibenden Freiraum zwei längliche, vorzugsweise im Querschnittkreis runde Füller eingesetzt werden. Bei derartigen Kabeln entspricht der Innendurchmesser der Kabelhülle dem Doppelten des Leitungsdurchmessers, während der Durchmesser des in dem Freiraum eingesetzten Füllers zwangsläufig kleiner als der Durchmesser der Leitung ist. Die Kabelhülle dient dem mechanischen Schutz der Leitungen. Durch die im Querschnitt kreisrunde Ausbildung der Kabelhülle wird erreicht, dass das Kabel in alle Richtungen den gleichen Biegewiderstand aufweist.

Derartige Hochfrequenz-oder Buskabel werden vorzugsweise in Industrierobotern und anderen automatisierten Anlagen eingesetzt und unterliegen aufgrund der vielen beweglichen Teile derartiger Roboter einer hohen Biegewechselbelastung. In der Praxis hat sich nun herausgestellt, dass derartige Hochfrequenz- oder Buskabel mit einem Wellenwiderstand von TOO Ohm und mehr lediglich eine geringe Lebensdauer aufweisen, da die aufgrund des hohen Wellenwiderstandes notwendige, dicke Isolierung mit der Zeit bricht.

Davon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde ein Kabel zu schaffen, welches bei einem hohen Wellenwiderstand eine sehr hohe Biegewechselfestigkeit aufweist.

Als technische Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Kabel mit den Merkmalen des Anspruches 1 und/oder des Anspruches 2 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen des Kabels sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Ein nach dieser technischen Lehre ausgebildetes Kabel hat den Vorteil, dass durch das Vergrößern des Füllers der Abstand der elektrischen Leitungen, insbesondere der in den Leitungen innewohnenden elektrisch leitenden Adern, vergrößert wird, wodurch sich der gesamte Wellenwiderstand (Impedanz) des Kabels bei gleicher Dimensionierung der Leitung vergrößert. Dies gilt insbesondere, wenn die Füller derart dimensioniert sind, dass diese aneinanderstoßen und die elektrische Leitung in dem verbleibenden Freiraum untergebracht ist. Zwar wird hierdurch der Durchmesser des Füllers vergrößert, dies hat jedoch auf die Biegewechselfestigkeit des Gesamtkabels nur einen untergeordneten Einfluss, da bei einem Riss oder Bruch des Füllers die Funktionstüchtigkeit des Kabels dennoch gewährleistet ist.

Will man den Wellenwiderstand des Kabels konstant halten, so kann einem erfindungsgemäßen Kabel die Isolierung der elektrischen Leitung sehr viel kleiner ausgelegt werden, in Extremfällen kann auf die Isolierung auch ganz verzichtet werden, da durch die Vergrößerung des Füllers die elektrisch leitenden Adern einen größeren Abstand zueinander aufweisen und somit einen ausreichenden Wellenwiderstand gewährleisten. Durch die dünnere Isolierung kann die Leitung leichter und häufiger gebogen werden, da die Materialbeanspruchung, insbesondere der Biegestress, niedriger ist. Es erhöht sich also die Biegewechselfestigkeit der Leitung, da die Isolierung weniger beansprucht wird, so dass die Lebensdauer eines erfindungsgemäßen Kabel im industriellen Einsatz deutlich über derjenigen eines Kabels gemäß dem Stand der Technik liegt.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Füller als Schlauch ausgeführt. Dies hat den Vorteil, dass aufgrund des dem Schlauch innewohnenden Hohlraumes die Dielektrizitätskonstante des Füllers niedriger als bei einem vergleichbaren Vollmaterial liegt, so dass der Wellenwiderstand (Impedanz) des Kabels hierdurch weiter erhöht wird, respektive, dass der

• ·

Füller und/oder die Isolierung der elektrischen Leitung weiter verkleinert werden kann, was eine weitere Erhöhung der Biegewechselfestigkeit und somit eine weitere Erhöhung der Lebensdauer des Kabels bewirkt.

In einer anderen, bevorzugsten Ausführungsform sind die Leitungen und die Füller miteinander verdrillt ausgeführt. Dies hat den Vorteil, dass die Wirkung von externen Magnetfeldern auf die einzelnen Leitungen reduziert wird, weil sich diese Wirkung wechselseitig aufhebt, da beide Adern betroffen sind. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass hierdurch die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV), die Einstrahlfestigkeit und die Störsicherheit weiter erhöht wird.

Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Kabels ergeben sich aus der beigefügten Zeichnung und den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln oder in beliebigen Kombinationen miteinander verwendet werden. Die erwähnten Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter. Es zeigen:

Fig. T einen Querschnitt durch ein Kabel gemäß dem Stand der Technik; Fig. 2 einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform eines

erfindungsgemäßen Kabels;
Fig. 3 einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kabels;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht des Kabels gemäß Fig. 2; Fig. 5 Tabelle diverse Abmessungen von Kabeln gemäß dem Stand der

Technik und der Erfindung;
Fig. 6 einen Querschnitt durch eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kabels.

Figur T zeigt einen Querschnitt durch ein Kabel TO gemäß dem Stand der Technik. Dieses Kabel TO umfasst eine Kabelhülle 11, in der zwei elektrische Leitungen 12 und zwei Füller 13 untergebracht sind. Die elektrische Leitung 12 setzt sich aus einer kupfernen, elektrisch leitenden Ader 14 und einer Isolierung 15 zusammen. Hierbei definiert die Dicke der elektrischen Leitung 12 den Innendurchmesser der im Querschnitt kreisrunden Kabelhülle 11, während die Füller 13 in die verbleibenden Freiräume eingesetzt werden. Wie Figur 1 zu entnehmen ist, weisen die elektrischen Leitungen 12 dabei einen größeren Durchmesser auf, als die Füller 12. Die Dicke der Isolierung 15 ist abhängig vom geforderten Wellenwiderstand (Impedanz), wobei sich der Innendurchmesser der Kabelhülle 1 T aus dem zweifachen Aderdurchmesser a und der vierfachen Isolierungsdicke b bestimmt.

Im Unterschied zu dem in Figur T dargestellten Kabel gemäß dem Stand der Technik sind bei den erfindungsgemäßen Kabeln gemäß Figur 2 und 3 die Leitungen und die Füller vertauscht. Dabei entspricht der Wellenwiderstand (Impedanz) des Kabels 20 gemäß Figur 2 dem Wellenwiderstand des Kabels 10, während der Wellenwiderstand des Kabels 30 gemäß Figur 3 deutlich höher als der Wellenwiderstand des Kabels 10 ist. Dafür ist beim Kabel 30 die Dicke der Isolierung gleich derjenigen des Kabels 10, so dass die Kabel 10 und 30 die gleiche Biegewechselfestigkeit aufweisen. Hierzu im Einzelnen:

Das Kabel 20 gemäß Figur 2 weist einen im Vergleich zu Kabel 10 größeren Gesamtdurchmesser auf, wobei die Kabelhülle 21 des Kabels 20 ebenfalls zwei Füller 23 und zwei elektrische Leitungen 22 aufnimmt. Jedoch sind hier die Füller 23 im Durchmesser größer als die elektrischen Leitungen 22 und berühren einander, während die elektrischen Leitungen 22 in die verbliebenden Freiräume eingesetzt wurden. Die die Ader 24 umhüllende Isolierung 25 ist im Vergleich zur Isolierung 15 sehr viel dünner ausgeführt,

obwohl das Kabel in etwa denselben Wellenwiderstand aufweist, wie das Kabel 10. Dies wird dadurch erreicht, dass der Abstand P 2 zwischen den Adern 24 größer als der Abstand P 1 zwischen den Adern 14 ausgeführt ist. Beim Kabel 20 bestimmt sich der Innendurchmesser der Kabelhülle 21 aus dem Doppelten des Durchmessers des Füllers 23. Bei allen gezeigten Ausführungsformen gemäß den Figuren 1 bis 3 und 6 ist der wirksame Querschnitt der elektrisch leitenden Ader 14, 24, 34, 64 gleich gehalten.

Auch bei dem in Figur 3 gezeigten Kabel 30 sind in einer Kabelhülle 31 zwei Füller 33 und zwei elektrische Leitungen 32 untergebracht, wobei sich auch hier analog zum Kabel 20 der Innendurchmesser der Kabelhülle 31 aus dem Doppelten des Durchmessers eines Füllers 33 bestimmt. Auch hier ist die Leitung 32 in dem verbliebenden Freiraum untergebracht. Im Unterschied zum Kabel 20 weist das Kabel 30 ein sehr viel höheren Wellenwider- ^5 stand auf, weshalb auch die Isolierung 35, sowie der Durchmesser des Füllers 33 und der Gesamtdurchmessers des Kabels 30 sehr viel größer ausgeführt sind.

Wie Figur 4 zu entnehmen ist, sind die Leitungen 22 mit den Füllern 23 verdrillt in der Kabelhülle 21 untergebracht. Analoges gilt für die Kabel 30 und 60.

In Figur 5 ist eine Tabelle mit verschieden dimensionierten Kabeln dargestellt, wobei die linken Spalten Buskabel gemäß dem Stand der Technik wiedergeben, während die rechten Spalten erfindungsgemäße Buskabel wiedergeben. Dabei weisen sämtliche Kabel Adern mit dem gleichen elektrisch wirkenden Querschnitt auf. Wie dieser Tabelle zu entnehmen ist, weist das Kabel 10 gemäß Figur 1 und das Kabel 30 gemäß Figur 3 eine gleichdicke Isolierung 15, 35 auf, jedoch hat das Kabel 30 einen sehr viel höheren Wellenwiderstand (Impedanz), wohingegen die Kabel 10 und 20 einen ähnlichen Wellenwiderstand aufweisen. Allerdings ist die Isolierung

25 des Kabels 20 deutlich dünner, als die Isolierung 15 des Kabels 10, so dass Kabel 20 eine höhere Biegewechselfestigkeit und folglich eine höhere Lebensdauer aufweist, da die Isolierung 25 bei jedem Biegewechsel weniger belastet wird. Der Tabelle gemäß Figur 5 ist zu entnehmen, dass zwar der Gesamtdurchmesser der erfindungsgemäßen Kabel 20, 30 größer ausfällt, als der Gesamtdurchmesser des Kabels 10 gemäß dem Stand der Technik, jedoch hat dies lediglich untergeordnete Auswirkungen auf die Biegewechselfestigkeit, da der kritische Punkt für die Funktionsfähigkeit des Kabels die Isolierung 15, 25, 35 darstellt. Das heißt, das Kabel 10, 20, 30 ist solange funktionstüchtig, wie die Isolierung 15, 25, 35 unbeschädigt ist. Ob Risse oder Verwerfungen in der Kabelhülle 11, 21, 31 und/oder im Füller 13, 23, 33 auftreten, ist vernachlässigbar, da dies die Funktionstüchtigkeit des Kabeis 10, 20, 30 nur unwesentlich beeinflusst.

Figur 6 zeigt eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kabels 60, bei dem ebenfalls zwei Füller 63 und zwei elektrische Leitungen 62 in einer Kabelhülle 61 untergebracht sind. Dabei kann dieses Kabel 60 sowohl analog zum Kabel 20, als auch analog zum Kabel 30 ausgeführt sein, im Unterschied zu den vorgenannten Kabeln weist das Kabel 60 jedoch einen hohlen Füller 63 auf, der vorzugsweise als Polyäthylenschlauch ausgeführt ist, wodurch eine weitere Erhöhung des Wellenwiderstandes erreicht wird, ohne die Abmaße des Kabels 60 oder seiner Einzelteile zu verändern, da ein solcher hohler Schlauch eine niedrigere die Elektrizitätskonstante aufweist, als ein massiver Füller. Dementsprechend kann natürlich die Dicke der Isolierung 65 Verringert werden, wenn man den Wellenwiderstand (Impedanz) konstant halten will, was zu einer noch höheren Biegewechselfestigkeit und Lebensdauer des Kabels 60 führt.

&diams;■· ·

Bezugszeichenliste:

10	20	30	60	Kabel
11	21	31	61	Kabelhülle
12	22	32	62	elektrische Leitung
13	23	33	63	Füller
14	24	34	64	Ader
15	25	35	65	Isolierung

Claims

1. Kabel zum Einsatz in Industrierobotern und anderen automatisierten Anlagen, mit zwei oder mehr elektrischen Leitungen (22, 32, 62), und mit zwei oder mehr Füllern (23, 33, 63), wobei sowohl die Leitungen (22, 32, 62); als auch die Füller (23, 3, 63) in einer Kabelhülle (21, 31, 61) untergebracht sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser eines Füllers (23, 33, 63) größer oder gleich dem Durchmesser einer Leitung (22, 32, 63) ist.

2. Kabel zum Einsatz in Industrierobotern und anderen automatisierten Anlagen, mit zwei oder mehr elektrischen Leitungen (22, 32, 62), und mit zwei oder mehr Füllern (23, 33, 63), wobei sowohl die Leitungen (22, 32, 62), als auch die Füller (23, 33, 63) in einer Kabelhülle (21, 31, 61) untergebracht sind, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Füller (23, 33, 63) aneinanderstoßen und bis an die Kabelhülle (21, 31, 61) heranreichen, während die Leitungen (22, 32, 62) in den in der Kabelhülle (21, 31, 61) verbleibenden Freiraum eingesetzt sind.

3. Kabel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dass die elektrische Leitung (22, 32, 62) eine elektrisch leitende Ader (24, 34, 64) und eine die Ader (24, 34, 64) umhüllende Isolierung (25, 35, 65) aufweist.

4. Kabel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Füller (23, 33) als Monofilament ausgeführt ist.

5. Kabel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Füller (63) als Schlauch, insbesondere als Polyäthylenschlauch, ausgebildet ist.

6. Kabel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Leitungen (22) und Füller (23) miteinander verdrillt sind.