CH696011A5

CH696011A5 - Strangförmiges Produkt mit Anschluss- und/oder Befestigungsmitteln.

Info

Publication number: CH696011A5
Application number: CH00814/02A
Authority: CH
Inventors: Christoph Studer
Original assignee: Studer Ag Draht & Kabelwerk
Priority date: 2002-05-15
Filing date: 2002-05-15
Publication date: 2006-11-15
Also published as: US7154038B2; EP1504457A1; AU2003229465A1; CN100431059C; WO2003098643A1; US20050167144A1; CN1653562A

Description


  [0001] Die Erfindung betrifft strangförmig oder bandförmig extrudierte lineare Produkte, die an ihren Enden thermoplastische Endstücke oder Befestigungsmittel aufweisen, welche ihrerseits bei der Herstellung zusammen mit dem linearen Produkt strahlenvernetzt werden.

[0002] Elektrokabel mit angeschweissten oder angespritzten Anschlussmitteln sind ein Beispiel für solche strangförmige Produkte.

[0003] Elektrokabel der erfindungsgemässen Art sind an einem Ende zum Beispiel mit einem Sensor zur Messung der Drehzahl eines Motors, Getriebes oder Rades versehen und besitzen eine Isolation, welche je nach Verwendungszweck gegenüber flüssigen, dampf- oder gasförmigen Medien beständig ist und allenfalls noch zusätzlich eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber mechanischen Beanspruchungen aufweist.

[0004] Sensorkabel dieser Art sind beispielsweise für die Fahrzeugindustrie,

   die Bahn sowie für die Luft- und Raumfahrt bestimmt. Sie müssen insbesondere für diese Anwendungen speziellen Anforderungen genügen und Aderisolierungen mit speziellen Eigenschaften besitzen. So müssen Letztere unter anderem
 ölbeständig und resistent gegenüber diversen Chemikalien,
 flammwidrig und umweltfreundlich,
 temperatur- und abriebbeständig sowie
 mechanisch robust sein.

[0005] Ferner muss auch die Schnittstelle, über welche der Sensor mit dem Kabel verbunden ist, mindestens zum Teil diesen Anforderungen genügen.

[0006] Für die Herstellung von isolierten, elektrischen Leitungen, die im Brandfall möglichst geringe Mengen Qualm sowie keine korrosiven und/oder nur geringe Mengen von toxischen Gasen freisetzen, werden heute halogenfreie Isolationsmaterialien, wie zum Beispiel Polyethylen,

   Ethylen-Copolymere und andere bestrahlbare Polymere verwendet.

[0007] Die Flammwidrigkeit halogenfreier Isolationsmaterialien wird - wie ebenfalls bekannt ist - durch Zugabe von Aluminiumtrihydrat (ATH) und/oder Magnesiumhydroxid erreicht. Elektrokabel mit halogenfreien Isolationen, welche solche Hydrate enthalten, weisen bekannterweise den Nachteil einer verminderten Resistenz gegenüber flüssigen Medien, wie zum Beispiel Benzin, Mineralölen und organischen Lösungsmitteln, auf.

   Zur Überwindung dieses Nachteils werden die Elektrokabel mit einer zweischichtigen Aderisolierung versehen, ihrerseits bestehend aus einer halogenfreien inneren Isolationsschicht aus flammwidrig eingestelltem Polymer, beispielsweise Polyolefin-Copolymer, und einer äusseren Schutzschicht aus einem Polyamid, einem thermoplastischen, halogenfreien Polyesterelastomer oder einem halogenfreien, aromatischen Polyether. Es werden also bei der Herstellung solcher Elektrokabel für die chemikalienbeständige Aussenschicht polare Polymere mit ölabweisenden Eigenschaften gewählt.

   Für die Innenschicht stehen hingegen Kunststoffe mit einem guten Aufnahmevermögen für Flammschutzmittel zur Verfügung.

[0008] Für die Herstellung von Sensorkabeln werden heute die elektrischen Kabel und die Sensoren, welche ihrerseits aus einem elektronischen Bauteil einem diesen Teil enthaltenden Gehäuse aus Metall oder Kunststoff bestehen, in getrennten Industriewerken hergestellt, und anschliessend in einem der beiden Werke oder in einem separaten dritten Werk zu Sensorkabeln zusammengesetzt.

   Dabei werden die zur Herstellung der Sensorkabel bestimmten Kabelabschnitte von Kabelrollen abgewickelt, geschnitten und in einem separaten Arbeitsschritt mit dem Sensor verbunden, wobei als Erstes das Kabel mit dem elektronischen Bauteil des Sensors elektrisch leitend verbunden und anschliessend das aus Metall oder Kunststoff bestehende Sensorgehäuse auf das elektronische Bauteil aufgesteckt und mit dem Kabelmantel verschweisst oder vergossen wird.

[0009] Ein wesentlicher Nachteil des bekannten Verfahrens zur Herstellung von Sensorkabeln besteht darin, dass die beiden wesentlichen Bauteile der bekannten Sensorkabel einige physikalische Eigenschaften aufweisen, welche eine optimale Verbindung von Aderisolation und Sensorgehäuse verhindern.

   So ist die Kunststoffzusammensetzung der Aderisolation mit dem Material des Sensorgehäuses, selbst wenn dieses ebenfalls aus Kunststoff besteht, nicht optimal verträglich. Dies hat zur Folge, dass die vorzugsweise strahlenvernetzte Isolationsschicht des Elektrokabels am Sensorgehäuse nur schlecht haftet, so dass dadurch der Öl- und Temperaturbeständigkeit sowie auch der mechanischen Festigkeit, insbesondere der Abriebfestigkeit, unerwünschte Grenzen gesetzt sind.

[0010] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein neuartiges Elektrokabel mit Anschlussmitteln, insbesondere ein Sensorkabel der eingangs genannten Art, vorzuschlagen, das die erwähnten Nachteile nicht aufweist und insbesondere durch ein logistisch adaptiertes Verfahren verhältnismässig einfach hergestellt werden kann.

   Das Verfahren soll dabei insbesondere auch zur Herstellung von beliebigen anderen strangförmigen Produkten, wie zum Beispiel Kunststoffröhren, Kunststoffschläuchen, Folien und Folienlaminate verwendbar sein.

[0011] Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung durch ein strangförmiges Produkt, beispielsweise ein Elektrokabel, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.

[0012] Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemässen Elektrokabels und des erfindungsgemässen Verfahrens gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.

[0013] In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Kabel als Sensorkabel bzw.

   Sensorleitung ausgebildet und es besteht die Aderisolierung aus einer allenfalls flammwidrigen und halogenfreien, strahlenvernetzbaren Polymerschicht, ihrerseits enthaltend ein Polyamid, ein Polyolefin oder Polyolefin-Blend.

[0014] Demgegenüber besteht der Sensor in bekannter Art und Weise aus einem elektrischen Bauteil und einem diesen enthaltenden Gehäuse aus Kunststoff. Letzteres besteht erfindungsgemäss aus einem mit der Aderisolation verträglichen sowie ebenfalls strahlenvernetzbaren Kunststoff oder Kunststoffgemisch, enthaltend beispielsweise mindestens ein Polyamid und/oder ein Polyolefin, wie etwa Polyethylen.

   Die Polymere der Aderisolation und die Polymere des Sensorgehäuses sind vorzugsweise so gewählt, dass sie im zusammengesetzten, aber noch unvernetzten Zustand miteinander verschmelzbar sind.

[0015] Die Sensorleitung lässt sich in diesem Fall wie folgt herstellen:
 Nach der Extrusion der vorzugsweise unvernetzten oder nur teilweise vernetzten Rohader wird diese in einzelne Kabelabschnitte geschnitten, welche dann endseitig in bekannter Art und Weise mit einem Sensor elektrisch leitend verbunden werden.
 Anschliessend werden die Kunststoffe der Aderisolation und des Sensorgehäuses, welche im vorgefertigten Zustand des Kabels mindestens teilweise miteinander verbunden, beispielsweise verschmolzen sind, in einem separaten Vernetzungsprozess durch Einwirkung energiereicher Elektronenstrahlen vernetzt, was zur Folge hat,

   dass sich die Polymere von Aderisolation und Sensorgehäuse zu einem einzigen Polymernetzwerk verbinden, so dass dadurch eine vor allem mechanisch widerstandsfähige Kabelkonstruktion entsteht.

[0016] In einer weiteren Ausbildungsform des vorstehend beschriebenen Sensorkabels ist die Aderisolierung ein Coextrudat, beispielsweise bestehend aus einer flammwidrigen, halogenfreien Polymerinnenschicht und einer mit dieser verträglichen, insbesondere an dieser haftenden bzw. mit dieser verbundenen, chemikalienbeständigen, ölabweisenden Polymeraussenschicht, die allenfalls noch zusätzlich Flammschutzmittel enthalten kann. In dieser Ausführungsform weist die Innenschicht mindestens ein Polyolefin oder Polyolefin-Blend und die Aussenschicht ein Polyesterelastomer und/oder ein Polyamid und/oder ein Polyethylen, wie zum Beispiel ein High Density Polyethylen (HDPE), auf.

   Die Aussenschicht ist darüber hinaus so ausgebildet und an die Kunststoffzusammensetzung des Sensorgehäuses adaptiert, dass sie mit dem Sensorgehäuse verschmelzbar und in der vorstehend beschriebenen Art und Weise strahlenvernetzbar ist.

[0017] Zur Herstellung von Elektrokabeln wird also auch in diesem Fall das Rohkabel in einzelne Kabelabschnitte geschnitten, welche dann endseitig mit einem Sensor verbunden, beispielsweise verschmolzen werden.

   Anschliessend werden zumindest die Polymere der Aussenschicht der Aderisolation und die Polymere des Sensorgehäuses durch Einwirkung energiereicher Elektronenstrahlen so behandelt, dass sie sich zu einem einzigen Polymernetzwerk vernetzen.

[0018] Eine wieder andere Ausbildungsform eines Elektrokabels gemäss der Erfindung besteht aus mehreren miteinander verseilten elektrischen Adern.

[0019] Ein solches Kabel besitzt einen ein- oder zweischichtigen Mantel und lässt sich wie folgt herstellen.

[0020] Auf eine Kupferlitze, ihrerseits bestehend aus einer Vielzahl von Einzeldrähten mit einem Gesamtquerschnitt von 0,13 mm<2> bis 16 mm<2>, wird zuerst eine in der Regel strahlenvernetzbare Isolationsschicht aufgebracht.

   Zwei oder mehrere solcher isolierten Adern werden anschliessend, meist nach einem Verseilungsvorgang, mit einer äusseren Mantelschicht in Coextrusion überzogen, wozu zwei für die Bildung der Mantelinnen- und Mantelaussenschicht bestimmte und vorzugsweise zu den vorgenannten Verbindungsklassen für die Innen- bzw. Aussenschicht einer Aderisolation gehörenden Ausgangsmaterialien bereitgestellt werden.

[0021] Die Mantelinnenschicht wird mit Vorteil in einer Dicke von 0,1 bis 2 mm, vorzugsweise 0,2 bis 1,5 mm hergestellt, während die Schichtdicke der Aussenschicht verhältnismässig dünn sein kann und im Allgemeinen etwa 0,05 bis 0,5 mm beträgt. Falls die Aussenschicht kein Flammschutzmittel enthält, wird die flammwidrige Eigenschaft der gesamten Aderisolation von der Innenschicht getragen.

   Dementsprechend ist es wichtig, das Volumenverhältnis resp. das Schichtdickenverhältnis der beiden Schichten aufeinander abzustimmen.

[0022] Beide Schichten des Kabelmantels zeigen aufgrund ihrer Polymer-Zusammensetzung robuste mechanische Eigenschaften. So besitzt insbesondere die Innenschicht eine hohe Zugfestigkeit und eine hohe Dehnung und die Aussenschicht eine hohe Abriebfestigkeit.

[0023] Während die Aussenschicht mindestens ein Polyesterelastomer und/oder ein mechanisch robustes Polymer aufweist und vor allem so ausgewählt ist, dass deren Kunststoffzusammensetzung mit dem Gehäuse des Anschlussmittels, beispielsweise Sensors, verschmelz- und vernetzbar ist, kann die Innenschicht je nach Anwendungsgebiet verschiedenartig ausgebildet sein,

   beispielsweise ein gutes Aufnahmevermögen für Flammschutzmittel besitzen.

[0024] Zur Herstellung von Elektrokabeln wird auch in diesem Fall das Rohkabel in einzelne Kabelabschnitte geschnitten, welche dann endseitig mit einem Sensor verbunden werden, wobei es insbesondere zur Verbindung, allenfalls Verschmelzung, von Sensorgehäuse und Mantelaussenschicht kommt.

   Anschliessend werden zumindest die Polymere der Mantelaussenschicht und die Polymere des Sensorgehäuses durch Einwirkung energiereicher Elektronenstrahlen so behandelt, dass sie sich zu einem einzigen Polymernetzwerk vernetzen.

[0025] Das gesamte Eigenschaftsprofil der doppelschichtigen Aderisolation oder des allenfalls vorhandenen doppelschichtigen Kabelmantels wird durch eine Aufgabenteilung von deren beiden Schichten erfüllt.

[0026] Für die Bildung der einschichtigen Ader, des einschichtigen Mantels oder der Ader- bzw.

   Mantelaussenschicht im Sinne der Erfindung kommen folgende Polymergruppen in Frage:
 Polyamide (PA)
 Polybutylenterphthalate (PBT)
 Polyethylen Copolymere, wie zum Beispiel Ethylen-Vinylacetat (EVA), Ethylen-Methylacrylat (EMA), Ethylen-Butylacrylat;
 Polyethylen Homopolymere;
 Maleinsäureanhydrid(MAH)-Terpolymere;
 Glycidylmethacrylat(GMA)-Terpolymere und
 Polyvinylchlorid.

[0027] Die Polymere der Aderinnen- und Aderaussenschicht bzw. der Mantelinnen- und Mantelaussenschicht sind erfindungsgemäss so gewählt, dass sie im aufgezogenen, coextrudierten Zustand aufeinander haften bzw. miteinander verbunden sind und dadurch die mechanische Abriebfestigkeit der Aderisolierung erhöhen.

   Um die Haftung zwischen den beiden Schichten weiter zu erhöhen, können dem mindestens einen Polymer der Innenschicht und/oder dem mindestens einen Polymer der Aussenschicht noch zusätzlich ein Verträglichkeitsvermittler (z.B. ein Blockcopolymer) oder ein reaktives Terpolymer, das eine Verbindung funktioneller Gruppen zwischen den Schichten erlaubt, beigemischt werden.

[0028] Haupteigenschaften der allenfalls vorhandenen und zum Verbinden mit dem Sensorgehäuse bestimmten Ader- oder Mantel-Aussenschichten (respektive der Gesamtschicht, wenn Aderisolation oder Mantel einschichtig ausgebildet ist) sind erfindungsgemäss die Verschmelz- und Vernetzbarkeit mit dem Kunststoff des Sensorgehäuses, das heisst,

   die Materialzusammensetzung der entsprechenden Schichten wird durch das Sensorgehäuse vorgegeben.

[0029] Die Materialwahl für die erfindungsgemässe Anwendung läuft daher nach folgender Reihenfolge ab:
1. : Für das Sensorgehäuse ist ein wärmestabiler, vernetzbarer und allenfalls verschmelzbarer Kunststoff zu wählen.
2. : Die Kabelumschichtung ist so zu wählen, dass die äussere Schicht mit dem vorgegebenen Kunststoff des Sensorgehäuses thermoplastisch verschmelzbar und strahlenvernetzbar ist.

[0030] Wie vorstehend bereits erläutert, ist erfindungsgemäss mindestens die Aussenschicht der Aderisolation bzw. des Kabelmantels im Endprodukt mit dem Sensorgehäuse strahlenvernetzt.

   Will man im hier vorliegenden Ausführungsbeispiel auch die jeweilige Innenschicht vernetzen, so müssen dem Aussenschicht-Ausgangsmaterial allenfalls noch zusätzlich niedermolekulare Vernetzungshilfsmittel beigemischt werden.

[0031] Die erfindungsgemässen Sensorkabel zeigen folgende physikalische Eigenschaften:
 Sie besitzen eine hohe mechanische Festigkeit und dies insbesondere auch im Bereich der Schnittstelle zwischen Kabel und Sensormittel, was u.a. auf die gemeinsame Vernetzung von Aderisolation bzw. Mantel und Sensorgehäuse zurückzuführen ist.
 Flammwidrigkeitsprüfungen werden von der doppelschichtigen Aderisolierung bzw. Mantelisolierung bestens erfüllt.
 Die erfindungsgemässen Sensorkabel mit doppelschichtiger Aderisolierung sind nicht nur ölbeständig.

   Sie sind auch beständig gegenüber anderen Chemikalien, wie zum Beispiel Frostschutzmittel, Batterieflüssigkeiten, Scheibenwaschmittel, Bremsflüssigkeiten, Reinigungsmittel, Motor-, Getriebe- und Hydraulikflüssigkeiten und Benzin.
 Sie lassen sich vor allem problemlos in der Autoindustrie einsetzen und dort vor allem mit Sensoren zur Messung von Drehzahl, Drehmoment, Druck, Sauerstoffgehalt, Temperatur, Ölstand, Luftgüte etc.

[0032] Es sei abschliessend darauf hingewiesen, dass die vorstehend genannten Ausführungsbeispiele nur eine Auswahl von mehreren möglichen Ausführungsformen der Erfindung darstellen und in verschiedener Hinsicht variiert und geändert werden können.

   So können nach dem erfindungsgemässen Verfahren auch Kunststoffrohre und Schläuche mit angeschweissten und mit dem Rohr bzw. dem Schlauch vernetzten Kupplungsgliedern sowie auch Folien und Laminate mit angeschweissten und vernetzten Falz- und Randbereichen hergestellt werden. Auch in diesen Fällen zeigen die erfindungsgemäss hergestellten strangförmigen Produkte verbesserte Eigenschaften bezüglich Abriebfestigkeit, Dichtungsverhalten und Reissfestigkeit.

Claims

1. Strangförmiges Produkt, insbesondere ein Elektrokabel, bestehend mindestens zum Teil aus einem thermoplastischen Kunststoff, mit mindestens einem an einem Ende vorgesehenen Anschluss- und/oder Befestigungsmittel, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschluss- und/oder Befestigungsmittel und der thermoplastische Kunststoff miteinander verschmelzbare sowie miteinander vernetzbare Polymere besitzen.

2. Strangförmiges Produkt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussmittel ein Sensor ist und dass ein so gebildetes Sensorkabel zum Beispiel für die Maschinenindustrie, den Anlagebau, die Fahrzeugindustrie, die Bahn oder für die Luft- und Raumfahrt bestimmt ist.

3. Strangförmiges Produkt nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es aus einem elektrischen Leiter und einer den Leiter umhüllenden Aderisolierung besteht, dass der Sensor aus einem elektronischen Bauteil und einem auf diesem aufgesteckten und/oder befestigten Kunststoff-Gehäuse besteht und dass die Aderisolierung und das Gehäuse des Sensors miteinander verschmelz- und strahlenvernetzbare Polymere besitzen.

4. Strangförmiges Produkt nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aderisolierung aus einer allenfalls flammwidrigen, halogenfreien, vernetzbaren Polymerschicht, ihrerseits enthaltend ein Polyamid, ein Polyolefin oder Polyolefin-Blend, besteht.

5. Strangförmiges Produkt nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse des Sensors aus einem mit der Aderisolierung verträglichen sowie ebenfalls vernetzbaren Kunststoff, enthaltend beispielsweise mindestens ein Polyamid oder ein Polyolefin, besteht.

6. Strangförmiges Produkt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es aus mehreren elektrischen Leitern und einem die Leiter umhüllenden Mantel besteht, wobei an einem Ende ein Anschlussmittel vorgesehen ist, seinerseits bestehend aus einem elektronischen Bauteil und einem auf diesem aufgesteckten und/oder befestigten Kunststoff-Gehäuse wobei der Mantel und das Gehäuse des Anschlussmittels miteinander verschmelz- und vernetzbare Polymere besitzen.

7. Verfahren zur Herstellung eines strangförmigen Produktes gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im thermoplastischen Zustand an das strangförmige Produkt das mindestens eine Anschluss- und/oder Befestigungsmittel angeschlossen wird und dass anschliessend die Polymere des strangförmigen Produktes und die Polymere des Anschluss- und/oder Befestigungsmittels miteinander vernetzt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein unvernetztes Rohkabel in einzelne Kabelabschnitte geschnitten wird, welche anschliessend endseitig jeweils mit einem Anschlussmittel, beispielsweise einem Sensor, elektrisch leitend verbunden und allenfalls thermoplastisch verschmolzen werden, und dass dann die Polymere einer Aderisolation bzw. eines Mantels und die Polymere eines Sensorgehäuses miteinander vernetzt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymere durch Einwirkung energiereicher Elektronenstrahlen vernetzt werden.