-
Stand der Technik
-
Die Erfindung betrifft ein Kabel oder eine Leitung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie ein Bündel derartiger Kabel oder Leitungen.
-
Ein Kabel oder eine Leitung dient in den meisten Fällen zur Daten- oder Energieübertragung. Grundlegend besteht ein Kabel oder eine Leitung üblicherweise aus einem elektrischen und/ oder optischen Leiter, welcher den Kern des Kabels bildet und einer Kabelummantelung. Der Kern kann alternativ auch aus mehreren Übertragungselementen bestehen, die jeweils einen Leiter mit einer Leiterummantelung aufweisen. Während der Kern für die Daten- und Energieübertragung sorgt, dient die Ummantelung als Isolierung. Der elektrische Leiter besteht meist aus Kupfer oder auch anderen geeigneten Werkstoffen. Dreidimensional betrachtet, besitzt das Kabel eine zylindrische oder ähnliche Geometrie. Als Ummantelung kommen unterschiedlichste Kunststoffe zur Anwendung. Mit der steigenden technischen Komplexität in den Einsatzbereichen von Kabeln, steigen ebenfalls die Eigenschaftsanforderungen.
-
Komplexe technische Vorrichtungen umfassen heutzutage mehrere Kabelstränge, die zu einem Kabelbündel zusammengefasst werden, um somit eine Ordnung herzustellen und gegebenenfalls eine erleichterte Handhabung zu realisieren. In einem ersten Montageschritt werden die einzelnen Kabelstränge auf einem sogenannten Kabel-Montagebrett, welche eine Schablone mit vordefinierten Kabelverläufen und -abzweigungen darstellt, zusammengelegt und gegebenenfalls mit einem Anschluss und/oder Stecker versehen. Darauffolgend erfolgt eine Bündelung der Kabelstränge, welche einen gesonderten Prozessschritt darstellt. Die Bündelung erfolgt anhand von unterschiedlichsten Verfahren.
-
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass einzelne Kabelstränge über einen gewünschten Abschnitt mit einem Gewebeband umwickelt und zusammengefasst werden. Jedoch ist die Umwickelung an den meisten Stellen beispielsweise wegen eines erschwerten Zuganges manuell durchzuführen, welche viel Zeit in Anspruch nimmt. Da es sich bei den meisten Kabelbündeln um ein Massenprodukt handelt, sind kurze Prozesszeiten und einfache Verfahren wünschenswert, um die Wirtschaftlichkeit des Produktes zu sichern.
-
Weiterhin sind sogenannte Kabelbündelschläuche bekannt, welche die einzelnen Kabelstränge mithilfe einer vorbestimmten Form umfasst und bündeln. Diese Form schränkt die Flexibilität des Bündels ein und ist schwierig anzuwenden, da die einzelnen Kabelstränge in den Kabelbündelschlauch eingeführt werden müssen.
-
Einen weiteren bekannten Stand der Technik stellen die herkömmlichen Kabelbinder dar. Jedoch eigenen sich diese nur zum Fixieren von kleineren Abschnitten, wodurch ein stabiler Zusammenhalt nicht gegeben ist.
-
Eine weitere Alternative stellt das Binden von Kabelsträngen mit einem Wachsband oder -garn dar, welche im Bereich der Raumfahrt und des Flugzeugbaus angewendet werden. Dieser Vorgang erfordert ein manuelles und kompliziertes Vorgehen.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kabel oder eine Leitung der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche die oben genannten Probleme von herkömmlichen Technologien löst, indem es eine einfache und kostengünstige Lösung zum Bündeln von einzelnen Kabelsträngen ermöglicht.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Kabel mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Bündel mehrerer derartiger Kabel mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst.
-
Die erfindungsgemäße Lösung stellt eine Kabelummantelung mit einer strukturierten Oberfläche dar, wobei die strukturierte Oberfläche mit weiteren strukturierten Oberflächen aneinander haftbar ausgestaltet ist. Im endmontierten Zustand, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, sind die Kabel über ihre strukturierte Oberfläche an einer weiteren Oberfläche mechanisch gehalten. Speziell werden mehrere derartige Kabel oder Leitungen über ihre strukturierte Oberflächen zu einem Kabelbündel miteinander verbunden. Vorzugsweise wird hierbei auf die sonst üblichen Bündelungshilfsmittel wie eine Bandierung, Kabelbinder oder Schläuche verzichtet.
-
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, dass nahezu alle Kabelstränge, die in einem Fahrzeug verlegt werden, zu einem Kabelbund zusammen zu fassen sind. Durch das Anbringen einer Oberflächenstruktur an der Kabelummantelung wird eine haftbare Oberfläche geschaffen, welche mit weiteren strukturierten Oberflächen vereinigt werden kann. Somit wird die Anzahl der benötigten Prozesse in einer Montage reduziert, da das Zusammenlegen und das Bündeln der Leitungen in einem einzigen Prozessschritt zustande kommen. Das Zusammenlegen wird gleichzeitig mit der Bündelung ausgeführt, indem die einzelnen Kabelstränge durch das Zusammenlegen mitaneinander verbunden werden. Dieses Zusammenlegen erfolgt wahlweise händisch oder auch automatisch mit einer Bearbeitungsmaschine.
-
Die Strukturierung der Oberfläche wird vorzugsweise in eine herkömmlich gefertigte Kabelummantelung, insbesondere einen extrudierten Kabelmantel, eingebracht. Sie ist daher integraler Bestandteil der Kabelummantelung. Vorzugsweise wird die Struktur mittels einer Bestrahlung, insbesondere einer Laserbestrahlung und / oder einer mechanischen Behandlung, insbesondere mit Hilfe einer Schneideinrichtung eingebracht. Alternativ wird die Struktur direkt bei der Extrusion des Kabelmantels ausgebildet. Die Struktur erstreckt sich vorzugsweise über die gesamte Länge des Kabelmantels oder ist alternativ lediglich in definierten Abschnitten ausgebildet. Beispielsweise in Abhängigkeit der gewählten Struktur oder auch des Anwendungsgebietes erstreckt sich die Struktur weiterhin um den gesamten Umfang des Kabelmantels oder ist lediglich auf einen begrenzten Umfangsabschnitt aufgebracht.
-
Die Struktur ist also bewußt in den Kabelmantel eingebracht und allgemein derart Beschaffen, dass sie in Zusammenwirkung mit einer weiteren Oberfläche, an der das Kabel befestigt werden soll eine ausreichend starke Haftverbindung eingeht, so dass das Kabel im Einsatz, z.B. in der montierten Position, an der gewünschten Stelle dauerhaft fixiert bleibt und nicht etwa durch sein Eigengewicht oder beispielsweise durch übliche mechanische Belastungen im Anwendungsgebiet, z.B. Vibrationen bei einem Kraftfahrzeug, gelöst wird.
-
Nach einer weiteren Ausgestaltung kann mit der strukturierten Oberfläche eine Kühlwirkung des Kabelbündels erreicht werden, da die angebrachten Strukturen die Oberfläche der Kabelummantelung vergrößern und somit die entstehende Wärme besser abführt. Denkbar wäre eine Anwendung im Bereich der Elektromobilität, wo es zu hohen Stromflüssen kommt und somit die Leitungen einer hohen thermischen Belastung ausgesetzt sind. Somit können thermische Schäden oder Fehlfunktionen ausgelöst durch eine thermische Überlastung verhindert werden. Die strukturierte Oberfläche kann zur verbesserten Kühlwirkung mit einer zusätzlichen äußeren Wasserkühlung und/oder Luftkühlung versehen werden.
-
Ferner ist es erfindungsgemäß denkbar, dass die strukturierte Oberfläche und eine weitere strukturierte Oberfläche als Verschlussmittel ausgebildet sind. Das Verschlussmittel dient somit vorzugsweise zur Herstellung einer form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung zwischen den strukturierten Oberflächen. Beispielsweise kann hierfür das Prinzip des Druckverschlussmittels angewendet werden, welches eine Oberfläche mit einer Nut und einer Feder aufweist. Eine Oberfläche ist demnach mit zumindest einer Nut und eine weitere Oberfläche mit zumindest einer Feder ausgestattet, sodass diese eine sich ergänzende Verbindung eingehen können. Infolge dessen kann im Montageprozess eine vereinfachte Zusammenfassung von elektrischen Leitungen erfolgen, welche zu Zeitersparnissen und somit auch zu Kostenersparnissen beitragen kann.
-
In bevorzugter Ausführung ist die strukturierte Oberfläche mit einer weiteren strukturierten Oberfläche durch eine äußere Krafteinwirkung fixierbar ausgestaltet. Beispielsweise können die Oberflächenstrukturen durch die äußere Krafteinwirkung ineinandergreifend fixiert werden. Eine äußere Krafteinwirkung kann anhand eines manuellen oder maschinellen Kraftaktes erfolgen, indem zwei Leitungen aneinander gedrückt werden und dabei eine Verbindung eingehen.
-
Die strukturierte Oberfläche ist bei einer Ausgestaltung als eine um den elektrischen Leiter radial verlaufende Struktur ausbildet. Bei der radialen Struktur handelt es sich beispielsweise um eine Abfolge von ringförmigen Absätzen auf der Oberfläche der Ummantelung, welche in der Größe und in den Abständen zwischen zwei Ringen so ausgelegt sind, sodass sich diese mit einer ähnlichen Struktur vereinen und beispielsweise durch Adhäsionskräfte bzw. Reibungskräfte zwischen den ringförmigen Absätzen eine Klemmverbindung eingehen können. Diese rillenartige Struktur erstreckt sich vorzugsweise über die gesamte Länge des Kabels. Der Abstand zwischen den ringförmigen Absätzen oder Stegen und/oder die Breite dieser Absätze liegt dabei vorzugsweise im Bereich von einigen Zehntel mm bis zu einigen mm.
-
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung verläuft die Struktur der Oberfläche axial entlang des elektrischen Leiters, vorzugsweise unterbrechungsfrei über die gesamte Länge. Hier ist die Ausführung der Struktur ebenfalls so auszuwählen, sodass Adhäsions- und/oder Reibungskräfte zwischen den zwei Oberflächen entstehen können, welche einen sicheren Zusammenhalt darstellen.
-
Neben den axial und radial verlaufenden Strukturen ist ebenfalls eine Kombination aus diesen oder auch ein anderer Verlauf der Oberflächenstruktur denkbar. Die Form, Größe und Ausführung der Oberflächenstruktur kann jegliche Darstellungsarten abbilden. Vorzugsweise ist die Oberflächenstruktur so auszugestalten, dass sie mit einer weiteren Oberfläche eine feste Verbindung eingehen kann.
-
Die Erfindung ist insbesondere als ein Verschlussmittel ausgebildet, welches eine klettverschlussartige Oberfläche aufweist. Die klettverschlussartige Oberfläche kann beispielsweise als eine Oberfläche mit geeigneten Härchen oder Haken/Ösen ausgeführt sein, sodass sie mithilfe von Reibungskräften zwischen den Härchen zweier Oberflächen oder anhand von einem Einhakmechnismus zwischen Haken und Öse zweier Oberflächen eine Verbindung eingehen kann. So kann die strukturierte Oberfläche der Kabelummantelung mit einer weiteren beliebigen klettverschlussartigen Oberfläche vereint werden, sodass sich daraus mehrere Anwendungsgebiete ergeben. Bei der weiteren Oberfläche muss es sich nicht um eine Kabel- oder Leitungsoberfläche handeln. Beispielsweise sind bestimmte Bereiche an einem Vehikel denkbar, welche mit einer passenden Oberflächenstruktur versehen sind und sich somit für eine Verbindung mit der klettverschlussartigen Oberfläche eignen. Denkbar sind auch weitere Mechanismen.
-
Es wird vorgeschlagen, dass die Kabel oder Leitungen als ein reversibles Verschlussmittel ausgebildet sind, sodass diese nach Belieben voneinander getrennt werden können. Unter reversibles Verschlussmittel wird daher ein wiederholt lösbares Verschlussmittel verstanden. Dies hat den Vorteil, dass bei einer Fehlmontage die Verbindung aufgelöst und anschließend korrigiert werden kann. Ebenfalls kann eine defekte Leitung ohne größere Probleme und mit einfachen Mitteln ausgetauscht werden. Weiterhin ist durch die Reversibilität eine gewisse Flexibilität der Leitungen erzielbar, da in einem Kabelbündel keine dauerhaft fixierten Stellen vorhanden sind und dadurch die bei einer Biegung entstehenden Kräfte kompensiert werden. Somit kann der Kabelstrang eine Biegebeanspruchung mühelos überstehen, ohne dass die Verbindung aufgelöst wird.
-
Weiterhin wird vorgeschlagen dass die Kabel oder Leitungen als ein irreversibles Verschlussmittel ausgebildet sind, sodass ein Kabelbündel aus mehreren Leitungen nicht aufgelöst werden kann und diese bis zur teilweisen und/oder vollständigen Zerstörung miteinander formschlüssig verbunden sind. So können Bereiche mit der Notwendigkeit einer stabilen Ausführung des Kabelbündels, irreversibel, also nicht (zerstörungsfrei) lösbar ausgestaltet werden.
-
Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die strukturierte Oberfläche einen Verfestigungsmechanismus aufweist. Über diesen Verfestigungsmechanismus ist die strukturierte Oberfläche mit einer weiteren strukturierten Oberfläche derart fixierbar, dass eine Verschiebung oder eine Auflösung eines Kabelbündels verhindert wird. Der Mechanismus kann auf die strukturierte Oberfläche aufgebracht oder angebracht werden. Dabei kann der Mechanismus ein flüssiger Verbindungsstoff sein. Auch kann es sich um einen Bestandteil des strukturierten Oberflächenmaterials handeln. In beiden Fällen reagiert der Verbindungsstoff oder das Oberflächenmaterial vorzugsweise durch eine Aktivierungsenergie mit einer weiteren Oberfläche und geht dadurch eine feste Verbindung ein. Bei dem Verfestigungsmechnismus handelt es sich daher in bevorzugter Ausgestaltung um ein reaktives und/oder aktivierbares System, welches nach seiner Aktivierung die gewünschte feste Verbindung zwischen den Oberflächen hervorruft. Bei der Aktivierungsenergie kann es sich um eine Wärmeeinwirkung handeln. Auch sind andere Energieformen denkbar. Durch die Notwendigkeit der Aktivierungsenergie zur vollständigen fixen Verbindung der Oberflächen, kann eine zeitlich punktuelle Verbindung realisiert werden.
-
Optional ist es denkbar, dass der Verfestigungsmechanismus als ein Klebstoff ausgebildet ist. Der Klebstoff kann an die Eigenschaften im Einsatzbereich angepasst werden. Ebenfalls kann die Aushärtung des Klebstoffs mithilfe von unterschiedlichen Verfahren beschleunigt oder abgebremst werden, sodass eine Weiterverarbeitung in der gewünschten Zeit erfolgen kann.
-
Ferner ist es denkbar, dass der Verfestigungsmechanismus an einer gewünschten Stelle der strukturierten Oberfläche vorhanden ist. Durch das Anbringen des Mechanismuses an der gewünschten Stelle wird eine Fixierung der Oberflächen an gewünschten Punkten oder Abschnitten realisiert, wodurch das Leitungsbündel unterschiedliche Bereiche aufweist und dadurch individuell eingesetzt werden kann.
-
In einer bevorzugten Weiterbildung kann es vorgesehen sein, dass die strukturierte Oberfläche eine nanotechnologische oder mikrotechnologische Struktur ist, wodurch Gewichtseinsparungen und bestimmte Eigenschaften erzielt werden können. Durch die Wirkung von Van-der-Waals-Kräften kann eine starke Haftung mithilfe von Nanopartikeln erreicht werden. Denkbar sind feine Hafthärchen, die als Oberflächenstruktur ausgebildet oder auf der strukturierten Oberfläche angebracht sind. Die Größe und Form der Oberflächenstruktur kann beispielsweise in einer Ausführung, welche für den Automobilbereich denkbar ist, ausgestaltet werden. Denkbar sind Millimeter- oder kleiner Bereiche.
-
Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Kabelabschnitts mit einer strukturierten Oberfläche,
-
2 einen schematischen Schnitt einer Vorderansicht einer Leitung mit einer strukturierten Oberfläche,
-
3 ist ein schematischer Schnitt zur Darstellung einer form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung zwischen einer Nut einer Leitung und einer Feder einer weiteren Leitung,
-
4 eine schematische Ansicht einer radial verlaufenden Struktur um einen elektrischen Leiter,
-
5 eine schematische Ansicht einer axial verlaufenden Struktur entlang des Leiters,
-
6 einen schematischen Schnitt zweier Leitungen mit strukturierter Oberfläche, die eine Verbindung eingehen und
-
7 einen schematischen Querschnitt eines Kabelbündels aus verschiedenen Leitungen mit strukturierter Oberfläche.
-
In 1 ist eine schematische Darstellung eines Kabelabschnitts 1 mit einer strukturierten Oberfläche 4 dargestellt. Der Kabelabschnitt 1 weist dabei einen elektrischen Leiter 3 und eine Ummantelung 2 auf, wobei die strukturierte Oberfläche 4 als eine kennzeichnende Schraffur dargestellt ist. Im Ausführungsbeispiel bildet der Leiter 3, bei dem es sich um einen massiven Draht oder einen Litzendraht handeln kann, einen Kern. Alternativ hierzu kann der Kern auch aus mehreren Elementen, beispielsweise aus mehreren Adern (Leiter mit Leiterisolierung) oder allgemein aus mehreren Übertragungselementen bestehen.
-
Die strukturierte Oberfläche 4 erstreckt sich über die gesamte Länge sowie um den gesamten Umfang des Kabels 1.
-
In 2 ist ein schematischer Schnitt einer Leitung mit einer strukturierten Oberfläche 4 dargestellt. Die strukturierte Oberfläche 4 ist als Kühlkörper 5 ausgebildet, welcher zur Kühlung eines Kabelabschnittes 1 dienen und gleichzeitig eine Haftung eingehen kann. Der Kühlkörper 5 ist beispielhaft als sogenannte Kühlrippe oder Kühlstern ausgebildet.
-
In 3 ist ein schematischer Schnitt zur Darstellung einer Nut-Feder-Verbindung 8, 10 eines Verschlussmittels 6 dargestellt. Die Nut-Feder-Verbindung umfasst zwei separate Leitungen. Eine Ummantelung 7 einer Leitung weist zumindest eine Nut 8 auf, die mit einer Feder 10 einer weiteren Ummantelung 9 einer Leitung in Wirkverbindung steht. Die Wirkverbindung kann dabei als eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung erfolgen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel verändert sich die Breite der Nut und / oder der Feder, so dass die beiden Elemente beispielsweise eine Rastverbindung eingehen oder sich wechselseitig auch für eine gute kraftschlüssige Verbindung aufweiten.
-
Um den Umfang der Ummantelung verteilt sind dabei ein und vorzugsweise mehrere Nut/Federelemente angeordnet, die insbesondere gleichverteilt angeordnet sind. Alternativ zu der dargestellten Ausführungsvariante weist die Ummantelung einer jeweiligen Leitung sowohl eine Nut als auch eine Feder auf. Speziell handelt es sich bei den beiden Leitungen um Gleichteile, wobei zum Zusammenfügen lediglich eine Nut mit einer Feder zusammengebracht werden braucht.
-
In der 4 ist schematisch eine Ansicht einer radial verlaufenden Struktur 11 um den elektrischen Leiter 3 abgebildet. Bei diesen radial verlaufenden Strukturen handelt es sich insbesondere um Rillen und Rippen, die vorzugsweise eine periodische Struktur 11 ausbilden, die sich insbesondere um den gesamten Umfang sowie über die gesamte Länge erstreckt. Die Höhe bzw. Tiefe der Rippen / Rillen sowie deren Breite in Längsrichtung des Kabels betrachtet liegt beispielsweise im sub-Millimeterbereich bis in den Millimeterbereich.
-
In 5 ist schematisch eine Ansicht einer axial verlaufenden Struktur 12 entlang des elektrischen Leiters 3 abgebildet. Auch hierbei handelt es sich insbesondere um in Längsrichtung orienteirte Rippen und Rillen, die wiederum eine ähnliche oder gleiche Diemension wie die zuvor beschriebenen radial verlaufenden Rillen / Rippen aufweisen.
-
In 6 ist ein schematischer Schnitt der Vorderansicht zweier Leitungen 1 mit jeweils einer strukturierten Oberfläche dargestellt. Das Verschlussmittel 13 ist als klettverschlussartige Struktur ausgebildet. Die Strukturen der beiden Oberflächen greifen ineinander und bilden so eine Verbindung. Bei den Verschlussmitteln handelt es sich insbesondere um Härchen, die ggf. mit Widerhaken versehen sind oder durch ihre Oberflächenbeschaffenheit eine gute Haftwirkung mit den Härchen der anderen Oberfläche ausbilden.
-
Die Verschlussmittel 13 sind nur über einen begrenzten Umfang angeordnet, insbesonders linienförmig. Eine derartige um den Umfang begrenzte Anordnung, insbesondere linienförmige Ausbildung der Oberflächenstruktur ist grundsätzlich bei allen hier dargestellten Varianten möglich.
-
Alternativ zu der in 6 dargestellten linienförmigen Struktur ist dies über den gesamten Umfang umlaufend ausgebildet.
-
In 7 ist ein schematischer Schnitt eines Kabelbündels dargestellt. Die einzelnen Kabel 1 haben beispielsweise einen unterschiedlichen Querschnitt (insb. unterschiedliche Durchmesser) und weisen jeweils die gleiche, insbesondere klettversschlussartig strukturierte Oberfläche auf. Wo im Bündel zwei strukturierte Kabeloberflächen Oberflächen aufeinander treffen, greifen diese ineinander und bilden einen klettverschlussartigen Verschluss 13.
