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Dokumentenidentifikation DE112004001584T5 29.06.2006
Titel Isolierter, elektrischer Draht und Automobilkabelbaum
Anmelder AUTONETWORKS Technologies, Ltd., Yokkaichi, Mie, JP;
Sumitomo Wiring Systems, Ltd., Yokkaichi, Mie, JP;
Sumitomo Electric Industries, Ltd., Osaka, JP
Erfinder Izumida, Hiromu, Itami, Hyogo, JP;
Kawabe, Nozomu, Itami, Hyogo, JP;
Takamura, Shinei, Itami, Hyogo, JP;
Murai, Teruyuki, Tokyo, JP;
Yoshioka, Takashi, Osaka, JP;
Shimizu, Toshio, Yokkaichi, Mie, JP
Vertreter Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhäusser, 80538 München
DE-Aktenzeichen 112004001584
Vertragsstaaten AE, AG, AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BW, BY, BZ, CA, CH, CN, CO, CR, CU, CZ, DE, DK, DM, DZ, EC, EE, EG, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, EP, HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP, KE, KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MA, MD, MG, MK, MN, MW, MX, MZ, NA, NI, NO, NZ, OM, PG, PH, PL, PT, RO, RU, SC, SD, SE, SG, SK, SL, SY, TJ, TM, TN, TR, TT, TZ, UA, UG, US, UZ, VC, VN, YU, ZA, ZM, ZW, BW, GH, GM, KE, LS, MW, MZ, NA, SD, SL, SZ, TZ, UG, ZM, ZW, AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM, AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IT, LU, MC, NL, PL, PT, RO, SE, SI, SK, TR, BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GQ, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG, BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GQ, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG
WO-Anmeldetag 01.09.2004
PCT-Aktenzeichen PCT/JP2004/012658
WO-Veröffentlichungsnummer 2005024851
WO-Veröffentlichungsdatum 17.03.2005
Date of publication of WO application in German translation 29.06.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.06.2006
IPC-Hauptklasse H01B 5/08(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H01B 7/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   B60R 16/02(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]
TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft einen isolierten, elektrischen Draht und einen Automobilkabelbaum, der den gleichen isolierten, elektrischen Draht hat. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen isolierten, elektrischen Draht mit niedrigem Gewicht, der Einflüsse externer, magnetischer Felder reduzieren kann.

STAND DER TECHNIK

Im Allgemeinen ist ein Automobil mit einem Kabelbaum (interne Verdrahtungen) innerhalb des Fahrzeugs ausgestattet und der Kabelbaum wird zum Zuführen von Elektrizität zu elektrischen Einrichtungen innerhalb des Fahrzeugs, zur Nachrichtenübertragung und zum Detektieren usw. verwendet. Dieser Kabelbaum besteht im Allgemeinen aus elektrischen Drähten, Schutzteilen und Anschlüssen, zum Beispiel Steckern, die an den Endabschnitten der elektrischen Drähte angebracht sind. Herkömmlich werden Metalldrähte, die hauptsächlich aus Kupfer bestehen, als Leiter der elektrischen Drähte verwendet.

In den letzten Jahren ist die Gewichtsreduzierung von Fahrzeugkomponenten aufgrund der Anforderungen für Kraftstoffverbrauchsreduzierung vorangeschritten und ein Kabelbaum ist keine Ausnahme. Aufgrund der Notwendigkeit der Rohstoffeinsparung und des Recycelns bzw. der Rückgewinnung besteht auch das Bedürfnis nach einer Reduzierung der Kupfermenge, die für elektrische Drähte verwendet wird.

Es gibt zwei wichtige Eigenschaften, die elektrische Drähte erfordern. Eine von diesen ist die elektrische Leitfähigkeit und die andere ist die Zugfestigkeit. Kupfer, das oft für Leiter elektrischer Drähte des zuvor erwähnten Kabelbaums verwendet wird, ist ein Metallmaterial mit einem sehr niedrigen elektrischen Widerstand. Die elektrischen Drähte, deren Leiter aus Kupfer hergestellt sind, können deshalb eine ausreichende Leitfähigkeiten auch dann bereitstellen, wenn sie relativ kleine Drahtdurchmesser haben. Um die Zugfestigkeit, die für elektrische Drähte erforderlich ist, aufrechterhalten zu können, müssen jedoch die Drahtdurchmesser bis zu einem bestimmten Grad groß sein. Folglich besteht die Notwendigkeit der Reduzierung der Kupfermenge, die für elektrische Drähte verwendet wird, während die Zugfestigkeit aufrechterhalten wird.

Andererseits gibt es elektrische Drahtleiter, die aus rostfreien Stahldrähten mit einer Kupferschicht auf ihren Außenumfängen (vgl. zum Beispiel Patentdokument 1 und 2) hergestellt werden. Zudem gibt es als elektrische Drahtleiter, die aus unterschiedlichen Typen von Metalldrähten bestehen, die verlitzt bzw. verdrillt miteinander sind, verlitzte bzw. verseilte Drähte bzw. Kabel, die aus Drähten aus rostfreiem Stahl und aus Kupferdrähten bestehen (vgl. zum Beispiel Patentdokument 3 und 4).

  • Patentdokument 1: JP-A Nr. 1-283707
  • Patentdokument 2: JP-B Nr. 7-31939
  • Patentdokument 3: JP-B Nr. 63-23015
  • Patentdokument 4: JP-A Nr. 1-225006
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG PROBLEM, DAS DURCH DIE ERFINDUNG GELÖST WERDEN SOLL.

Als eine Maßnahme zum Reduzieren der Kupfermenge, die in den Leitern elektrischer Drähte bzw. Kabel in dem zuvor erwähnten Kabelbaum verwendet werden, während eine vorgegebene Zugfestigkeit aufrechterhalten wird, gibt es die Möglichkeit, Metalldrähte zu verwenden, die aus einem Metall hergestellt sind, das nicht Kupfer ist und das eine höhere Härte als Kupfer hat, oder Metalldrähte zu verwenden, die aus Kupferlegierungen hergestellt sind. Als ein Metall, das nicht Kupfer ist, gibt es zum Beispiel Aluminium. Aluminium hat jedoch eine geringere Biegbarkeit als Kupfer und hat deshalb das Problem, dass es dazu neigt, während des Quetschens bzw. Crimpens der Anschlüsse an den Endabschnitten der Leiter zubrechen. Obwohl es möglich ist, Aluminium einer thermischen Behandlung zu unterziehen oder Aluminium zu legieren, um die Biegbarkeit von Aluminium zum Verhindern von Brüchen während des Crimpens zu verbessern, sind diese Verfahren nicht in der Lage, sowohl eine hohe Festigkeit als auch eine hohe Biegbarkeit leicht zu erreichen, und sind somit keine befriedigenden Lösungen. Wenn eine Kupferlegierung für elektrische Drähte verwendet wird, ist es auch im Wesentlichen unmöglich, eine signifikante Verbesserung der Festigkeit zu erwarten, was Beschränkungen bezüglich des Reduzierens der Kupfermenge, die für elektrische Drähte verwendet wird, und bezüglich einer Gewichtsreduktion mit Hinsicht auf die Festigkeit auferlegt, die für elektrische Drähte erforderlich ist.

Es ist deshalb möglich, Leiter bereitzustellen, die aus einer Kombination von mehreren Typen von Metallen hergestellt werden, und nicht aus einem Einzelmetalltyp, wie früher beschrieben wurde. Zum Beispiel sind die Leiter, die in den Patentdokumenten 1 und 2 beschrieben werden, aus Drähten aus rostfreiem Stahl und aus einer Kupferschicht hergestellt, die auf ihren Außenumfängen durch ein Metallisierungsverfahren oder ein Beschichtungsverfahren ausgebildet werden, wobei die Kupferschicht ein Querschnittsverhältnis von 5 bis 70% hat und deshalb einen niedrigen Leiterwiderstand, eine hohe Zugfestigkeiten und eine ausgezeichnete Biegbarkeit hat. Bei diesen Leitern ist es jedoch notwendig, eine Kupferschicht nach der Herstellung der Drähte aus rostfreiem Stahl auszubilden, was die Herstellungszeit und auch signifikant die Kosten in dem Fall des Ausbildens dieser Kupferschicht durch ein existierendes Metallisierungsverfahren oder Beschichtungsverfahren heraufsetzt.

Andererseits können die Leiter, die in den Patentdokumenten 3 und 4 beschrieben werden, mit relativ niedrigen Kosten und mit einer verbesserten Festigkeiten hergestellt werden, indem Metalldrähte, die aus Kupfer oder Ähnlichem und Drähte aus rostfreiem Stahl miteinander verlitzt werden. In den vergangenen Jahren sind jedoch eine große Anzahl von elektrischen Drähten beziehungsweise Kabeln, zum Beispiel Signaldrähte und elektrische Spannungsversorgungsdrähte (Versorgungskabel) vermischt worden und in einem kleinen Raum innerhalb eines Fahrzeugs angeordnet worden, um Vielfachfunktionen eines Automobils unterstützen zu können. Unter diesen Bedingungen führten die vorliegenden Erfinder Studien durch und erlangten ein Wissen wie folgt. Das heißt, dass ein Wechselstrom, der durch ein Versorgungskabel fließt, verschiedene Verzerrungen in den anderen elektrischen Kabeln bzw. Drähten oder Leitern verursachen kann, die sich neben dem Versorgungskabel befinden.

Genauer, wenn elektrische Drähte, z.B. Signaldrähte, neben dem zuvor erwähnten Versorgungskabel angeordnet werden, können, wenn Strom durch das Kabel fließt, magnetische Felder, die durch die Bestromung induziert werden, Eisenverluste (Wirbelstromverluste) in anderen elektrischen Drähten verursachen, die die Temperaturen dieser elektrischen Drähte erhöhen und die Temperaturen der Leiter über ihre erlaubte Temperatur erhöhen, wodurch die Verschlechterung der Isolationsschichten beschleunigt wird, die auf den Außenumfängen der Leiter ausgebildet sind, oder Kurzschlussunfälle aufgrund einer schlechten Isolation verursachen, bevor die erwartete Lebensdauer der Isolationsschicht erreicht worden ist.

Zudem, wenn Signaldrähte neben den zuvor erwähnten Versorgungskabeln angeordnet sind und ein Wechselstrom oder ein Hochfrequenzpulssignal durch das Kabel fließt, werden magnetische Felder in den Signaldrähten induziert, was ein zu starkes elektromagnetisches Induktionsrauschen ergibt.

Es ist deshalb eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, einen leichteren, isolierten, elektrischen Draht bereitzustellen, der eine ausgezeichnete, elektrische Leitfähigkeit und eine hohe Festigkeit hat, während er den Einfluss von Magnetfeldern der Umgebung mit Hinsicht auf die vorstehend erwähnten Umstände reduzieren kann. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Automobilkabelbaum bereitzustellen, der einen solchen isolierten, elektrischen Draht enthält.

EINRICHTUNGEN ZUM LÖSEN DES PROBLEMS

Die vorliegende Erfindung erfüllt die zuvor erwähnten Aufgaben, indem der Leiterabschnitt durch mehrere Typen von Metalldrähten aufgebaut wird und indem die relative Permeabilität der Drähte spezifiziert wird.

Das heißt, dass in der vorliegenden Erfindung ein isolierter, elektrischer Draht einen Leiterabschnitt enthält, der durch einen oder mehrere erste Drähte hergestellt ist und einen oder mehrere zweite Drähte, die miteinander verlitzt sind. Die ersten Drähte sind Metalldrähte, die aus mindestens einem Metall hergestellt sind, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Kupfer, Kupferlegierung, Aluminium und Aluminiumlegierung besteht. Zudem bestehen die zweiten Drähte aus Metalldrähten, die unterschiedlich von den ersten Drähten sind und Drähte sind, die eine relative Permeabilität von 4,0 oder weniger haben.

Die vorliegende Erfindung verwendet als die ersten Drähte ein Material, das einen niedrigen elektrischen Widerstand hat, und genauer mindestens einen Typ von Metall, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Kupfer, Kupferlegierung, Aluminium und Aluminiumlegierung besteht, um eine ausgezeichnete, elektrische Leitfähigkeit sicherstellen zu können. Als Nächstes verwendet die vorliegende Erfindung als die zweiten Drähte Metalldrähte, die unterschiedlich zu den ersten Drähten sind, bevorzugt Metalldrähte mit hoher Festigkeit, um die Kupfermenge, die darin verwendet wird, zum Vermindern des Gewichts und zum Verbessern der Festigkeit, zum Beispiel der Zugfestigkeit, reduzieren zu können.

Zudem spezifiziert die vorliegende Erfindung die relative Permeabilität der beteiligten Materialien des Leiterabschnitts, um Wirbelstromverluste zu unterdrücken, da es erwünscht ist, zu starke Temperaturanhebungen, insbesondere in dem Leiterabschnitt des elektrischen Drahtes, aufgrund von Wirbelstromverlusten effektiv zu unterdrücken, die durch äußere, magnetische Felder verursacht werden, die von einem Versorgungskabel erzeugt werden, da er neben dem Versorgungskabel angeordnet ist, durch das ein Wechselstrom fließt. Genauer spezifiziert die vorliegende Erfindung, dass die relative Permeabilität der zweiten Drähte 4,0 oder kleiner ist.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung in größerem Detail beschrieben.

Der isolierte, elektrische Draht gemäß der vorliegenden Erfindung enthält einen Leiterabschnitt, der aus ersten Leitern und zweiten Leitern besteht.

(Leiterabschnitt) (Erster Draht)

Als erste Drähte werden Drähte verwendet, die aus mindestens einem Typ von Metall hergestellt werden, das aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus Kupfer, Kupferlegierung, Aluminium und Aluminiumlegierung besteht. Zudem wird mehr als ein einzelner, erster Draht verwendet. Vielzählige erste Drähte können verwendet werden und in diesem Fall können die ersten Drähte entweder durch den gleichen Typ von Metalldrähten oder durch verschiedene Typen von Metalldrähten aufgebaut sein. Dies gilt auch für die zweiten Drähte. Wenn Aluminiumdrähte oder Aluminiumlegierung-Drähte als die ersten Drähte verwendet werden, kann das Gewicht kleiner sein als wenn Kupferdrähte oder Kupferlegierungs-Drähte verwendet werden.

Als Kupferdrähte ist es möglich, Kupferdrähte zu verwenden, deren chemische Zusammensetzungen aus Kupfer und unvermeidlichen Verunreinigungen bestehen. Als Kupferlegierungsdrähte ist es möglich, Kupferlegierungsdrähte zu verwenden, die aus chemischen Bestandteilen hergestellt sind, die aus Kupfer, einem oder mehreren Elementen, das bzw. die aus einer Gruppe ausgewählt wird bzw. werden, die aus Sn, Ag, Ni, Si, Cr, Zr, In, Al, Ti, Fe, P, Mg, Zn und Be besteht, und aus unvermeidbaren Verunreinigungen bestehen. Als Aluminiumdrähte ist es möglich Aluminiumdrähte zu verwenden, deren chemische Zusammensetzungen aus Aluminium und unvermeidbaren Verunreinigungen bestehen. Als Aluminiumlegierungsdrähte ist es möglich Aluminiumlegierungsdrähte zu verwenden, deren chemische Zusammensetzungen aus Aluminium, mindestens einem Element, das aus einer Gruppe ausgewählt wird, das aus Mg, Si, Cu, Ti, B, Mn, Cr, Ni, Fe, Sc und Zr besteht, und aus unvermeidbaren Verunreinigungen bestehen.

(Zweiter Draht)

Als zweite Drähte werden Metalldrähte, die unterschiedlich zu den ersten Drähten sind, verwendet. Die Drähte, die aus Metall mit der Ausnahme von Kupfer, Kupferlegierung, Aluminium und Aluminiumlegierung bestehen, wie vorstehend beschrieben wurde, werden verwendet. Insbesondere sind Materialien mit hoher Festigkeit, die eine ausgezeichnete Zugfestigkeit usw. haben, als zweite Drähte geeignet. Genauer ist es möglich, einen rostfreien Stahl und eine Titanlegierung usw. zu verwenden. Es ist auch möglich, bekannte Metallmaterialien oder Legierungsmaterialien zu verwenden. Durch Verwenden dieser Metalldrähte, die ausgezeichnete Festigkeiten haben, ist es möglich, die Menge des Kupfers zu reduzieren, das in den Drähten enthalten ist, um das Gewicht zu reduzieren und um die Festigkeit zu erhöhen. Die vorliegende Erfindung verwendet als zweite Drähte Drähte mit einer relativen Permeabilität von 4,0 oder weniger (in einer Testatmosphäre, wo es ein magnetisches Feld H von 50 Oe (50 × 1/4&pgr; × 103 A/m) gibt). Durch Setzen der relativen Permeabilität auf 4,0 oder weniger ist es möglich, die Wärmeerzeugung aufgrund von Wirbelstromverlusten zu vermindern, die durch Magnetfelder von einem Versorgungskabel usw. verursacht werden. Um die Temperaturanstiege effektiver zu unterdrücken, wird es bevorzugt, die relative Permeabilität auf 2,0 oder weniger zu setzen.

Wenn die anderen elektrischen Drähte neben einem elektrischen Draht wie zum Beispiel einem Versorgungskabel, durch das ein Wechselstrom fließt, angeordnet werden, erzeugen sie, wenn der elektrische Draht, wie zum Beispiel der Versorgungsdraht bestromt wird, Wärme aufgrund von Wirbelstromverlusten, die durch die Einflüsse der Magnetfelder von dem Kabel verursacht werden. In diesem Fall werden die Temperaturen der elektrischen Drähte (insbesondere der Leiterabschnitte) erhöht und weiterhin werden die Temperaturen weiterer elektrischer Drähte, die um die elektrischen Drähte herum angeordnet sind, auch erhöht. Insbesondere haben elektrische Drähte, die in einem Automobilkabelbaum verwendet werden, extrem kleine Drahtdurchmesser und auch, wenn jeder elektrische Draht eine geringförmige Wärmeerzeugung verursacht, kann das gesamte Bündel von elektrischen Drähten eine nicht vernachlässigbare Wärmemenge verursachen, da eine große Anzahl von elektrischen Drähten, zum Beispiel ungefähr 200 bis 400 elektrische Drähte, miteinander in einem Bündel in Abhängigkeit vom Typ des Automobils untergebracht sein können. Zudem kann diese Wärme verursachen, dass die zulässige Leitertemperatur (zum Beispiel 80 °C) überschritten wird, und der Temperaturanstieg kann eine Verschlechterung der Isolationsschicht (Isolator) und elektrische Ausfälle verursachen, was Kurzschlüsse usw. ergeben kann. Als Gegenmaßnahme gegen diese Verschlechterung ist es möglich, elektrische Drähte zu verwenden, die aus Materialien mit höheren Leiterwiderständen zum Unterdrücken der Temperatur der Leiter auf die zulässige Temperatur oder niedriger hergestellt werden. Dieses Verfahren erfordert jedoch das Erhöhen des Querschnitts des Leiters zum Bereitstellen einer erforderlichen Menge von elektrischem Strom, was das Erhöhen des Gewichts und der Größe des Kabelbaums mit sich bringt, wodurch eine Gewichtsreduzierung verhindert wird. Als Parameter zum Ändern der Menge der Wirbelstromverluste gibt es möglicherweise die Frequenz des magnetischen Wechselfeldes und die relative Permeabilität des Leitermaterials und auch die elektrische Leitfähigkeit der zuvor erwähnten, elektrischen Drähte. Durch Verwenden eines Isolationsmaterials mit einem höheren Wärmewiderstand oder durch Anordnen des Spannungsversorgungskabels mit Abstand weg von den anderen elektrischen Drähten ist es möglich, Wirbelstromverluste zu vermindern. Es ist jedoch im Allgemeinen schwierig, die Frequenz des magnetischen Wechselfeldes zu ändern, da es durch elektrische Stromspezifikationen usw. beschränkt ist. Die Verwendung eines Isolationsmaterials mit einem höheren Wärmewiderstand erhöht auch die Kosten. Zudem hat das Anordnen des Spannungsversorgungskabels mit Abstand weg von den anderen elektrischen Drähten die Beschränkungen aufgrund des Raumes. Die vorliegende Erfindung steuert deshalb die relative Permeabilität der zweiten Drähte, die den Leiterabschnitt bilden, um die Temperaturanstiege aufgrund der Einflüsse der externen Magnetfelder zu unterdrücken.

Zudem kann die Verwendung von Metalldrähten mit einer relativen Permeabilität von 1,1 oder weniger als die zweiten Drähte die Rauscheigenschaften verbessern, zusätzlich zu dem Bereitstellen des Effekts der Reduzierung der Temperaturanstiege wie vorstehend beschrieben wurde, und deshalb wird dies bevorzugt. Wie vorstehend beschrieben wurde, wurden in den letzten Jahren Anstrengungen durchgeführt, das Gewicht und die Durchmesser der elektrischen Drähte, die in dem Automobilkabelbaum verwendet werden, zu reduzieren, um Vielfachfunktionen der Automobile unterstützen zu können. Im Ergebnis wurde eine große Anzahl von elektrischen Drähten, zum Beispiel von Signaldrähten und Spannungsversorgungskabeln, gemischt und in einem kleinen Raum innerhalb eines Automobils angeordnet. Unter diesen Umständen führten die Erfinder Untersuchungen durch und fanden die folgenden Tatsachen heraus. Das heißt, dass, wenn eine große Anzahl von elektrischen Drähten, die jeweils einen Leiter enthalten, der magnetische Stahldrähte hoher Festigkeit als zweite Drähte verwendet, dicht angeordnet wird und in diesem Zustand ein Wechselstrom oder ein Hochfrequenzpulssignal durch ein Versorgungskabel oder Ähnliches fließt, das neben den elektrischen Drähten angeordnet ist, können Magnetflüsse induziert werden, die das Auftreten von zu starkem elektromagnetischen Induktionsrauschen in der elektrischen Schaltung, die diese elektrischen Drähte enthält, in Abhängigkeit von Materialeigenschaften der Stahldrähte ergeben. Weiterhin wurde es herausgefunden, dass, um das elektromagnetische Induktionsrauschen, wie zuvor erwähnt, zu reduzieren, es effektiv ist, die relative Permeabilität auf 1,1 oder weniger zu setzen. Wenn es gewünscht wird, dass die Rauscheigenschaften verbessert werden, wenn zum Beispiel die elektrischen Drähte gemäß der vorliegenden Erfindung als Signaldrähte usw. verwendet werden, wird es deshalb vorgeschlagen, dass die relative Permeabilität auf 1,1 oder weniger gesetzt wird.

Als ein konkretes Verfahren zum Setzen der relativen Permeabilität der zweiten Drähte auf 4,0 oder weniger ist es zum Beispiel möglich, als eine chemische Zusammensetzung davon ein Material mit einer relativ hohen relativen Permeabilität zu verwenden, zum Beispiel Ti. Auch, wenn Drähte aus rostfreiem &ggr; (austenitischer) Stahl verwendet werden, die einen relativ geringen Preis haben, und Materialien hoher Festigkeit verwendet werden, ist es möglich, die relative Permeabilität durch die Herstellungszustände zu reduzieren. Genauer ist es möglich als einen rostfreien Stahl zum Beispiel SUS302 und SUS304 zu verwenden, die metastabile, rostfreie Austenitstähle mit relativ niedriger, relativer Permeabilität sind. Als rostfreier Stahl kann ein bestens bekannter, rostfreier Stahl verwendet werden.

Es ist auch möglich, die relative Permeabilität effektiver durch Verwenden eines rostfreien Stahls zu reduzieren, der unter speziellen Herstellungsbedingungen hergestellt wird. Genauer ist es möglich, die Herstellungsbedingung auszuwählen, die die Menge an einem dehnungsinduzierten Martensit reduzieren kann, der Erhöhungen der relativen Permeabilität des rostfreien Austenitstahls verursachen kann. Zum Beispiel kann die Gesamtreduzierung in der Fläche während des Ziehens reduziert werden. Die Menge des dehnungsinduzierten Martensits wird mit dem Erhöhen des Reduktionsverhältnisses des Ziehens erhöht und deshalb ist es möglich, die Menge des induzierten Martensits durch das Reduktionsverhältnis (die Reduzierung in der Fläche) zu steuern. Durch Reduzieren des Gesamtreduktionsverhältnisses ist es möglich, die relative Permeabilität auch für rostfreie Stähle mit den gleichen Zusammensetzungen zu reduzieren. Durch Setzen des Reduktionsverhältnisses auf ungefähr 90% oder weniger kann die relative Permeabilität zu 4,0 oder weniger gemacht werden und durch Setzen des Reduktionsverhältnisses auf 75% oder weniger kann die relative Permeabilität von 2,0 oder weniger hergestellt werden, auch wenn einige Schwankungen in Abhängigkeit von dem Drahtdurchmesser, dem Düsendurchmesser bzw. Gesenkdurchmesser und der Düsenform bzw. Gesenkform auftreten können. Zudem kann, um die relative Permeabilität von 1,1 oder weniger herstellen zu können, das Reduktionsverhältnis auf 40% oder weniger gesetzt werden. Je kleiner das Reduktionsverhältnis ist, desto signifikanter kann der dehnungsinduzierte Martensit unterdrückt werden. Um einen Leiter mit einer Zugfestigkeit von 500 MPa oder höher bereitstellen zu können, wird es jedoch bevorzugt, dass das Reduktionsverhältnis um einen gewissen Grad bzw. Wert größer ist, wie weiter unten beschrieben wird. Zum Beispiel, wenn ein Leiter aus drei Kupferdrähten mit einem Drahtdurchmesser von ungefähr 0,16 mm ∅ und aus vier Drähten aus rostfreiem Stahl mit dem gleichen Drahtdurchmesser hergestellt wird, wird es bevorzugt, das gesamte Reduktionsverhältnis der Drähte aus rostfreiem Stahl auf 30% oder mehr zu setzen. Je niedriger die Umgebungstemperatur des rostfreien Stahls während des Ziehens ist, um so einfacher wird die Martensitphase induziert. Es ist deshalb effektiv, die Arbeitstemperatur zu erhöhen, zum Beispiel durch Unterbrechen der Kühlung der Düsen bzw. Gesenke während des Ziehens oder durch Unterbrechen der Kühlung des Wickelmotors bzw. Capstan, der zum Aufwickeln des gezogenen Drahtes verwendet wird.

Wenn ein Ziehen mit einer Gesamtreduzierung der Fläche von 40% durchgeführt wird, ist es möglich, indem eine thermische Behandlung nach dem Ziehen angewandt wird, den dehnungsinduzierten Martensit zu reduzieren, der durch das Ziehen ausgebildet worden ist. Bevorzugt wird die zuvor erwähnte Wärmebehandlung bei einer Temperatur unterhalb der herkömmlichen Lösungsbehandlungstemperatur (in einem Bereich von über 1000 °C bis 1100 °C oder weniger) ausgeführt, und genauer bei einer Temperatur innerhalb des Bereichs von 800 bis 1000 °C. Durch Anwenden dieser Wärmebehandlung kann die relative Permeabilität in Übereinstimmung mit den Zuständen der Wärmeerzeugung und der Rauschreduzierung geändert werden.

Durch Anwenden eines Ziehens mit einem Reduktionsverhältnis innerhalb eines speziellen Bereichs oder durch Anlegen einer spezifischen Wärmebehandlung nach dem Ziehen, wie vorstehend beschrieben wurde, ist es möglich die relative Permeabilität zu reduzieren, ohne eine signifikante Verschlechterung der Zugfestigkeit zu verursachen. Mit Hinsicht auf eine Verbesserung der Rauscheigenschaften gilt, dass je kleiner die Menge des dehnungsinduzierten Martensits ist, desto bevorzugter es ist, und dass die Menge des dehnungsinduzierten Martensits bevorzugt 10 Vol.-% oder weniger oder noch bevorzugter 5 Vol.-% oder weniger beträgt.

(Gesamtaufbau)

Der Leiterabschnitt wird durch die zuvor erwähnten ersten Drähte und zweiten Drähte, die miteinander verlitzt werden, aufgebaut. Einer oder mehrere der ersten Drähte und einer oder mehrere der zweiten Drähte werden verwendet. Zum Beispiel kann ein einzelner, zweiter Draht als Zentraldraht und sieben oder acht erste Drähte können als äußere Drähte verwendet werden, um einen Litzendraht auszubilden, oder vielzählige erste Drähte und vielzählige zweite Drähte können verwendet werden, um einen Litzendraht auszubilden. Vielzählige zweite Drähte können miteinander verlitzt werden und als Zentraldraht bzw. Mittendraht verwendet werden und erste Drähte (äußere Drähte) können um den Außenumfang davon verlitzt werden. Durch Verwenden vielzähliger, zweiter Drähte ist es beispielhaft möglich, wenn sie neben einem Automobilmotor angeordnet werden, das Brechen der Drähte aufgrund von Schwingungen des Motors zu verhindern. Je größer die Menge der ersten Drähte ist, die in dem Leiterabschnitt enthalten ist, desto kleiner ist der Leiterwiderstand, aber desto kleiner neigt die Festigkeit zu sein. Andererseits, je größer die Menge der zweiten Drähte ist, die in dem Leiterabschnitt enthalten ist, desto höher ist die Festigkeit, aber desto höher neigt der Leiterwiderstand zu sein. Dementsprechend wird es bevorzugt, die Anzahl der ersten Drähte und der zweiten Drähte derart auszuwählen, dass eine geeignete, elektrische Leitfähigkeit und eine geeignete Festigkeit bereitgestellt werden können. Die elektrischen, isolierten Drähte gemäß der vorliegenden Erfindung sind als ein elektrischer Draht in einem Automobilkabelbaum geeignet und sind genauer als ein Signaldraht für die Nachrichtenübertragung, als ein elektrischer Spannungsversorgungsdraht (Versorgungskabel) zum Zuführen elektrischer Energie zu Vorrichtungen oder als ein Erdungsdraht bzw. Massedraht usw. verwendbar. Insbesondere, wenn er als Signaldraht in einem Automobilkabelbaum verwendet wird, wird es unter Berücksichtigung von Spannungsabfällen und des zulässigen Stromwertes beim Durchlassen von Signalen oder elektrischen Strömen durch ihn hindurch bevorzugt, dass die Leitfähigkeit des Leiterabschnitts innerhalb des Bereichs von 2 bis 60 % IACS ist. Auch wenn er als elektrischer Spannungsversorgungsdraht verwendet wird, wird es bevorzugt, dass die Leitfähigkeit des Leiterabschnitts 80% IACS oder mehr beträgt. Es wird bevorzugt, die ersten Drähte und die zweiten Drähte derart zu kombinieren, dass die zuvor erwähnte Leitfähigkeit bereitgestellt werden kann.

Zudem, wenn er als elektrischer Draht in einem Automobilkabelbaum verwendet wird, wird es bevorzugt, dass die Zugfestigkeit des Leiterabschnitts innerhalb eines Bereichs von 400 bis 700 MPa ist. Herkömmliche Leiter, die nur aus Kupferdrähten aufgebaut sind, haben Zugfestigkeiten innerhalb des Bereichs von 250 bis 350 MPa. Im Fall der herkömmlichen Leiter muss deshalb, um eine Bruchlast des elektrischen Drahtes gleich zu der des zuvor erwähnten hochfesten Leiters zu machen, der Drahtdurchmesser erhöht werden. Andererseits hat der elektrische Draht gemäß der vorliegenden Erfindung eine erhöhte Festigkeit, wie zuvor erwähnt wurde. Zum Beispiel, wenn eine Zugfestigkeit von 500 MPa oder mehr erforderlich ist, kann der elektrische Draht gemäß der vorliegenden Erfindung einen Drahtdurchmesser haben, der um mindestens 20% und um ungefähr 70% maximal gegenüber dem Durchmesser der Leiter reduziert ist, die nur Kupferdrähte verwenden. Folglich kann die vorliegende Erfindung die Festigkeit erhöhen, während der Drahtdurchmesser reduziert wird.

Ein Isolator (Isolationsschicht), der aus Vinylchlorid, usw. hergestellt ist, wird auf dem Außenumfang des Leiterabschnitts ausgebildet, der durch die Drähte aufgebaut ist, welche miteinander verlitzt sind. Zudem kann der verlitzte Leiterabschnitt gezogen und komprimiert werden, um seinen Durchmesser weiter zu reduzieren.

(Anschlussabschnitt)

Ein Anschlussabschnitt ist an dem Endabschnitt des zuvor erwähnten Leiterabschnitts angebracht, um ein elektrisches Verbinden des Leiterabschnitts mit einer externen Komponente zu ermöglichen. In der vorliegenden Erfindung, wie zuvor beschrieben wurde, wird der Leiterabschnitt aus einer Kombination von mehreren Metalltypen ausgebildet. Wenn der Leiter aus mehreren Metalltypen, wie vorstehend beschrieben wurde, ausgebildet wird, gibt es das Problem, das nicht durch Leiter entsteht, die aus einem einzelnen Metalltyp ausgebildet werden, nämlich genauer das Problem des Auftretens von Zellenkorrosion, während der Leiter bestromt wird, aufgrund des Unterschieds der Ionisierungsneigung der Metalle. Im Allgemeinen ist ein Anschluss aus Metall, der an dem Endabschnitt des Leiterabschnitts angebracht ist. Wenn der Anschlussabschnitt aus einem Metall ausgebildet ist, das unterschiedlich zu den bildenden Metallen des Leiterabschnitts ist, kann eine Zellenkorrosion auftreten. Ausreichende Studien wurden jedoch bislang noch nicht für Maßnahmen in Fällen des Kombinierens unterschiedlicher Metalltypen durchgeführt, insbesondere in Fällen, wo der Anschluss auch in der Kombination enthalten ist.

Genauer wurden Ermittlungen von Korrosionswiderstandstests durchgeführt, indem nur der Leiterabschnitt einer korrosiven Umgebung ausgesetzt worden ist. Sie wurden jedoch nicht unter Bedingungen durchgeführt, wo Ströme und Spannungen geladen wurden, die gleich jenen sind, die in den tatsächlichen Vorrichtungen verwendet werden. Materialuntersuchungen für die Materialien des Anschlusses und auch des Leiters wurden mit Hinsicht auf die Zellenkorrosion bislang nicht ausreichend durchgeführt. Die Erfinder führten deshalb Studien über Materialien mit Hinsicht auf die zuvor erwähnte Zellenkorrosion durch und erhielten das folgende Wissen.

  • 1. Wenn ein Strom durch den Anschluss unter einer Bedingung fließt, wo der Anschluss dem Regenwasser ausgesetzt ist, wird eine Zelle zwischen den unterschiedlichen Typen der Materialien ausgebildet, die den Anschluss und den Leiter aufbauen, welche die Korrosion des Anschlusses beschleunigt ermöglichen können, wodurch die Anbringungsfestigkeit zwischen dem Leiter und dem Anschluss schnell verschlechtert werden kann.
  • 2. Wenn eine Korrosion zwischen dem Leiter und dem Anschluss oder zwischen den Drähten, die den Leiter aufbauen, auftritt, kann dies den elektrischen Widerstand erhöhen, wodurch das Bereitstellen der erforderlichen Strommenge verhindert wird.

Im Allgemeinen, wenn unterschiedliche Metalltypen miteinander in Berührung kommen und in einer Umgebung liegen, wo sie Elektronen austauschen können, während sie bestromt werden, tritt eine Zellenkorrosion auf, da diese Metalle unterschiedliche Neigungen zum Erzeugen von Elektronen haben. Insbesondere in einem Automobilkabelbaum verursachen die Kontaktwiderstände zwischen dem Leiterabschnitt und dem Anschlussabschnitt große, lokale elektrische Potenzialdifferenzen und, wenn der Automobilkabelbaum einer korrosiven Umgebung ausgesetzt wird, zum Beispiel einer Umgebung, wo er in Kontakt mit Regenwasser oder Wasserdampf gebracht wird, neigt die Korrosion dazu, erheblich fortzuschreiten. Die Erfinder führten deshalb Studien durch und erhielten das folgende Wissen. Das heißt, dass es erwünscht ist, um diese Zellenkorrosion zu verhindern, Materialien derart auszuwählen, dass die korrosive, elektrische Potenzialdifferenz zwischen den beteiligten Drähten und des Leiterabschnitts und die korrosive, elektrische Potenzialdifferenz zwischen den Drähten und dem Anschlussabschnitt in einen speziellen Bereich fallen. Zudem wird es mit Hinsicht auf die Unterdrückung der Zellenkorrosion bevorzugt, die beteiligten bzw. bildenden Materialien der ersten Drähte, der zweiten Drähte und des Anschlussabschnitts derart auszuwählen, dass die korrosive, elektrische Potenzialdifferenz zwischen den ersten Drähten und den zweiten Drähten, die korrosive, elektrische Potenzialdifferenz zwischen den ersten Drähten und dem Anschlussabschnitt und die korrosive, elektrische Potenzialdifferenz zwischen den zweiten Drähten und dem Anschlussabschnitt alle kleiner 0,5 V sind. Insbesondere wird es bevorzugt, als das bildende Metallmaterial des Anschlussabschnitts ein Metall zu verwenden, das unterschiedlich zu mindestens den ersten Drähten und/oder den zweiten Drähte ist. Anders ausgedrückt, ist es möglich, den gleichen Metalltyp wie jenen der ersten Drähte oder der zweiten Drähte für den Anschlussabschnitt zu verwenden, vorausgesetzt, dass die zuvor erwähnten Beziehungen in den korrosiven, elektrischen Potenzialdifferenzen erfüllt werden. Genauer ist es möglich, entweder den gleichen Metalltyp wie jenen der ersten Drähte oder ein Metall, das nicht für die ersten Drähte ausgewählt worden ist, aus einer Gruppe zu verwenden, die aus Kupfer, Kupferlegierung, Aluminium und Aluminiumlegierung besteht. Zudem ist es möglich, entweder den gleichen Metalltyp wie jenen der zweiten Drähte oder ein Metall, das nicht für die zweiten Drähte ausgewählt worden ist, aus einer Gruppe zu verwenden, die aus rostfreiem Stahl, Titanlegierung und Kohlenstoffstahl, usw. besteht. Genauer kann der Anschlussabschnitt zum Beispiel, wenn Kupferdrähte als erste Drähte verwendet werden, aus entweder Kupfer oder einer Kupferlegierung, zum Beispiel Messing, hergestellt werden. Wenn Drähte aus rostfreiem Stahl als zweite Drähte verwendet werden, kann der Anschlussabschnitt aus rostfreiem Stahl hergestellt werden. Auch wird es bevorzugt, den Anschlussabschnitt durch Crimpen anzubringen, zum Beispiel durch Anpflocken bzw. Staking.

Mit einem Kabelbaum der vorliegenden Erfindung, der mindestens einen elektrischen Draht der vorliegenden Erfindung enthält, der den zuvor erwähnten Aufbau hat, ist es möglich, Temperaturanstiege in den jeweiligen elektrischen Drähten aufgrund einer Wärmeerzeugung zu unterdrücken, die durch externe Magnetfelder verursacht wird, wodurch Temperaturanstiege in den anderen elektrischen Drähten, die um die jeweiligen elektrischen Drähte herum angeordnet sind, verhindert werden können. Folglich kann der Automobilkabelbaum gemäß der vorliegenden Erfindung effektiv eine Wärmeerzeugung in dem Bündel der Elektrodrähte, die durch externe Magnetfelder verursacht wird, und eine thermische Materialverschlechterung bzw. Schwächung verhindern, die durch die Temperaturanstiege verursacht wird.

EFFEKT DER ERFINDUNG

In dem isolierten, elektrischen Draht gemäß der vorliegenden Erfindung und in dem Kabelbaum gemäß der vorliegenden Erfindung, der einen solchen elektrischen Draht enthält, wird der Leiterabschnitt durch eine Kombination aus mehreren Metalltypen zum Reduzieren der Kupfermenge, die darin verwendet wird, aufgebaut, wodurch eine Gewichtsreduzierung, eine Festigkeitserhöhung und eine Kostenreduzierung realisiert werden.

Insbesondere spezifiziert die vorliegende Erfindung die relative Permeabilität der zweiten Drähte, die den Leiterabschnitt aufbauen, um Temperaturanstiege unterdrücken zu können, die durch die Einflüsse externer magnetischer Felder und genauer durch Wirbelstromverluste verursacht werden, wodurch eine Verschlechterung der Isolationsschicht und das Auftreten von Kurzschlüssen unterdrückt werden kann. Zudem ist es durch ein weiteres Reduzieren der relativen Permeabilität möglich, elektromagnetisch induziertes Rauschen zu reduzieren, wodurch die Signaleigenschaften verbessert werden. Zudem spezifiziert die vorliegende Erfindung die korrosiven, elektrischen Potenzialdifferenzen zwischen den Drähten, die aus unterschiedlichen Metalltypen hergestellt sind und zwischen den Drähten und dem Anschlussabschnitt derart, dass sie in einen speziellen Bereich fallen, um effektiv eine Zellenkorrosion zu unterdrücken, damit der Korrosionswiderstand verbessert werden kann. Zudem kann die vorliegende Erfindung das Recycelvermögen beim Reduzieren der Kupfermenge verbessern, die für Drähte verwendet wird. Die vorliegende Erfindung ist deshalb extrem nützlich und industriell wertvoll mit Hinsicht auf zukünftige Umweltprobleme.

BESTER MODUS ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG

Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben.

Beispiel 1

Isolierte, elektrische Drähte, die jeweils einen Leiter enthalten, wurden hergestellt, worin die jeweiligen Leiter der isolierten, elektrischen Drähte eine unterschiedliche, relative Permeabilität haben. Eine Vielzahl von diesen elektrischen Drähten wird in einem elektrischen Drahtbündel gebündelt und das elektrische Drahtbündel wird neben einem Wechselstromversorgungskabel angeordnet. Die Temperaturänderung an den elektrischen Drähten wurde dann gemessen, wenn ein Wechselstrom durch das Kabel floss.

Die Leiterabschnitte, die für Teste verwendet wurden, hatten einen Neun-Litzenaufbau, der aus einem einzelnen zweiten Draht als einen Mittendraht und acht ersten Drähten bestand, die um ihn herum als äußere Drähte verlitzt waren. Die jeweiligen ersten Drähte, die hier verwendet wurden, waren Kupferdrähte mit einem Drahtdurchmesser von ∅ 0,140 mm, welche aus einem harten, geschlagenen Kupfer (C1100) hergestellt wurden. Die zweiten Drähte, die hier verwendet wurden, waren Drähte aus einem rostfreien Stahl mit einem Drahtdurchmesser von ∅ 0,225 mm und die relative Permeabilität davon wurde variiert, indem die Gesamtreduzierung der Fläche variiert wurde. Genauer wurde eine Probe Nr. A mit einer relativen Permeabilität von 2,0 aus einem rostfreien Stahl, hergestellt aus SUS304, durch Anwenden eines Ziehens mit einer Totalreduzierung der Fläche von ungefähr 70% hergestellt. Eine Probe Nr. B mit einer relativen Permeabilität von 4,0 wurde aus einem rostfreien Stahl, hergestellt aus SUS304, durch Anwenden eines Ziehens mit einer Totalreduzierung der Fläche von ungefähr 90% hergestellt. Eine Probe Nr. C mit einer relativen Permeabilität von 6,0 wurde aus einem rostfreien Stahl, hergestellt aus SUS631, durch Anwenden eines Ziehprozesses mit einer Totalreduzierung der Fläche von ungefähr 70% hergestellt. Diese Drähte aus rostfreiem Stahl wurden als Mitten- bzw. Zentraldrähte verwendet und mit Kupferdrähten verlitzt, um Leiterabschnitte auszubilden. Die Leitfähigkeit der jeweiligen Leiterabschnitte wurde bestimmt und die Ergebnisse sind wie folgt: die Probe Nr. A: 17,5 IACS, die Probe Nr. B: 17,8% IACS und die Probe Nr. C: 18,4 IACS. Zudem wurden die Zugfestigkeiten der jeweiligen Leiterabschnitte bestimmt. Die Ergebnisse waren wie folgt: die Probe Nr. A: 552 MPa, die Probe Nr. B: 776 MPa und die Probe Nr. C: 632 MPa. Eine Isolationsschicht (mit einer Dicke von 0,20 mm), die aus Vinylchlorid hergestellt wurde, wurde auf dem Außenumfang jedes der Leiterabschnitte ausgebildet, um isolierte, elektrische Drähte herzustellen. Für jede Probe wurden ungefähr 200 isolierte, elektrische Drähte hergestellt und wurden durch ein Wärmeisolationsband gebunden, um ein elektrisches Drahtbündel auszubilden. In dem vorliegenden Beispiel wurde die Länge l1 der elektrischen Drahtbündel 10 auf 0,3 bis 0,4 m gesetzt.

1(A) ist eine Erläuterungsansicht, die ein Verfahren zum Messen von Temperaturänderungen in einem elektrischen Drahtbündel zeigt. 1(B) ist eine Erläuterungsansicht, die einen Zustand zeigt, wo das elektrische Drahtbündel durch ein Magnetfeld beeinflusst wird, das von einem Wechselstromversorgungskabel erzeugt wird. Das elektrische Drahtbündel 10, das durch die vielzähligen, isolierten, elektrischen Drähte 11 ausgebildet wird, und durch ein Wärmeisolationsband 12, wie vorstehend beschrieben wurde, zusammengebunden wurde, wurde parallel zu dem Versorgungskabel 30 angeordnet. In dem vorliegenden Beispiel wurde der Mittenabstand l2 zwischen dem Versorgungskabel 30 und dem elektrischen Drahtbündel 10 auf 0,1 m gesetzt. Das Versorgungskabel 30, das in dem vorliegenden Beispiel verwendet wurde, enthielt einen Kupferleiter. Während des Bestromens des Kabels floss ein Strom, der etwa dem zulässigen Strom entsprach, durch das Kabel 30 und die Temperatur des Kupferleiters stieg auf ungefähr 80 °C an. Das Kabel 30 war mit einer Wechselstromversorgung 20 verbunden, die die Ausgangsfrequenz durch einen erregenden Stromtransformator 21 ändern konnte. Der erregende Stromtransformator 21 war mit einem u-Anschluss 22 und einem v-Anschluss 23 der Stromversorgung 20 verbunden. Auf der Oberfläche des elektrischen Drahtbündels 10 war die Spitze einer Messsonde 41, die mit einem Thermometer 40 verbunden war, angeordnet, um ein Messen der Temperatur des Mittenabschnitts des elektrischen Drahtbündels 10 zu ermöglichen. In diesem Zustand, wenn die Wechselstromversorgung 20 mit einem Stecksockel verbunden war und das Wechselstromversorgungskabel 30 bestromt wurde (in 1(B) ist ein Zustand dargestellt, in dem ein Strom von der Vorderseite zu der Rückseite des Papiers fließt), erzeugte das Kabel 30 ein Magnetfeld in der Richtung des Pfeils in 1(B) und das elektrische Drahtbündel 10 wurde durch das Magnetfeld beeinflusst. Genauer wurden Wirbelstromverluste erzeugt, um eine Wärmeerzeugung zu verursachen, wodurch die Temperatur erhöht wurde. 2 zeigt die Ergebnisse der Tests. 2 zeigt auch die Ergebnisse der Versuchsberechnungen (Kurve D). Zudem war in diesen Tests der Zustand der Bestromung des Kabels 30 wie folgt: der Strom: 100 A und die Frequenz: 1000 Hz.

In 2 wurde die Differenz zwischen den Ergebnissen der Versuchsberechnungen und der Daten der Experimente (runde Marken in 2) verursacht, da der Isolator (die Isolationsschicht und das Wärmeisolationsband), der auf den elektrischen Drähten ausgebildet war, die Wärmefreisetzung reduziert hat, wodurch der gemessene Temperaturanstieg erhöht wurde. Die Versuchsberechnungsergebnisse und die Experimentaldaten deckten jedoch auf, dass, je kleiner die relative Permeabilität war, desto kleiner die Temperaturanstiege waren. Folglich kann bewiesen werden, dass es bevorzugt wird, die relative Permeabilität kleiner zu machen, um Temperaturanstiege zu unterdrücken, die durch Wirbelstromverluste verursacht werden. Genauer, wenn die zulässige Temperatur des Leiters 80 °C beträgt, ist die Umgebungstemperatur der elektrischen Drähte 40 °C und die Differenz zwischen der zulässigen Temperatur und der Umgebungstemperatur, nämlich 80 – 40 = 40 (K), ist die zulässige Temperaturdifferenz, um den zulässigen Bereich des Temperaturanstiegs auf 5% oder weniger der zulässigen Temperaturdifferenz zu machen, nämlich 40 K × 5% = 2 K oder weniger, wird es bevorzugt, die relative Permeabilität auf 4,0 oder weniger zu setzen, unter Berücksichtigung der Differenz zwischen dem Versuchsberechnungsergebnis und den experimentellen Daten. Zudem, um den zulässigen Bereich des Temperaturanstiegs auf 1% oder weniger zu machen, nämlich 40 K × 1% = 0,4 K oder weniger, wird es bevorzugt, die relative Permeabilität auf 2,0 oder weniger zu setzen, unter Berücksichtigung der Differenz zwischen dem Versuchsberechnungsergebnis und den experimentellen Daten.

Durch Kontrollieren der relativen Permeabilität unter Verwendung des Ergebnisses der zuvor erwähnten Tests ist es möglich, die Wärmeerzeugung und die Temperaturanstiege des elektrischen Grades aufgrund der externen Magnetfelder zu reduzieren und Temperaturanstiege in den anderen elektrischen Drähten, die das elektrische Drahtbündel bilden, zu verhindern. Unter Verwendung der isolierten, elektrischen Drähte gemäß der vorliegenden Erfindung ist es deshalb möglich, effektiv eine Wärmeerzeugung und eine thermische Verschlechterung in dem elektrischen Drahtbündel aufgrund der externen Magnetfelder in dem Fall effektiv zu verhindern, indem das elektrische Drahtbündel in einem Kabelbaum usw. verwendet wird.

Beispiel 2

Leiterabschnitte und Anschlussabschnitte wurden aus Metallmaterialien hergestellt, die in Tabelle 1 gezeigt sind und die Anschlussabschnitte wurden an den Endabschnitten der Leiterabschnitte angebracht, um isolierte, elektrische Drähte auszubilden. Zudem wurden Salzsprühtests bezüglich der resultierenden, isolierten, elektrischen Drähte unter einer Bedingung durchgeführt, die in Tabelle 2 angegeben ist. Danach wurde die Rate der Reduzierung der Anbringungsfestigkeit jedes Anschlussabschnitts bestimmt, um den Korrosionswiderstand zu ermitteln. Die Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse dieser Tests.

Jeder Leiter wurde durch Verlitzen von drei ersten Drähten und vier zweiten Drähten hergestellt, nämlich aus insgesamt sieben Drähten. Die ersten Drähte und die zweiten Drähte hatten beiden einen Drahtdurchmesser von ∅ 0,16 mm. Dann, nach dem Verlitzen, wurde eine Isolationsschicht (mit einer Dicke von 0,20 mm), die aus Vinylchlorid hergestellt war, auf dem Außenumfang davon ausgebildet. Die Anschlussabschnitte wurden so ausgebildet, dass sie eine gewöhnliche Verbinderform haben, die für Automobilkabelbäume verwendet wird.

Zudem wurde die korrosive, elektrische Potenzialdifferenz zwischen den ersten Drähten und den zweiten Drähten, die korrosive, elektrische Potenzialdifferenz zwischen den ersten Drähten und dem Anschlussabschnitt und die korrosive, elektrische Potenzialdifferenz zwischen den zweiten Drähten und dem Anschlussabschnitt bestimmt. Die Tabelle 1 zeigt diese korrosiven, elektrischen Potenzialdifferenzen.

Tabelle 1

Die korrosive, elektrische Potenzialdifferenz (V) in Tabelle 1 wurde aus den korrosiven, elektrischen Potenzialen der jeweiligen Metalle innerhalb von Meerwasser bei Raumtemperatur (mit einer Fließgeschwindigkeit von 3,0 m/s und einer Temperatur von 20 °C) berechnet. In Tabelle 1 war das Kupfer, das für die ersten Drähte verwendet wurde, ein hartes, geschlagenes Kupfer (C1100), war die Kupferlegierung eine 70Cu-30Ni-Legierung, war die Aluminiumlegierung, die für die ersten Drähte verwendet wurde, die, welche in JIS 7075 definiert ist, und war die Aluminiumlegierung, die für den Anschlussabschnitt verwendet wurde, diejenige, die in JIS 6061 definiert ist. Der rostfreie Stahl, der für die zweiten Drähte und die Anschlussabschnitte verwendet wurde, war derjenige, der in JIS SUS304S (mit einer Totalreduzierung der Fläche: 70%) definiert ist und der einem Weichmachen (Lösungsbehandlung) (1150 °C × 3 Sekunden) unterzogen wurde. Die Titanlegierung, die für die zweiten Drähte verwendet wurde, war jene mit Verbindungsbestandteilen (Gew.-%) von Ti-22V-4A1 (DAT51 (Warenzeichen), hergestellt von der Daido Steel Co., Ltd.). Der Stahl, der für diese zweiten Drähte verwendet wurde, war SWP-B (Drahtmaterial SWRS82B), definiert in JIS. Zudem betrug die relative Permeabilität der zweiten Drähte wie folgt: rostfreier Stahl: 1,0012, Aluminiumlegierung: 1,0002, und Titanlegierung: 1,0001. Die relative Permeabilität der Stahldrähte wurde nicht gemessen, sondern die Stahldrähte haben im Allgemeinen eine relativ hohe Permeabilität innerhalb des Bereichs von ungefähr 5000 bis 7000.

In der Tabelle 3 wurde die Rate der Reduzierung der Anbringungsfestigkeit bestimmt, indem ein Vergleich zwischen den Zugfestigkeiten vor und nach dem Salzsprühtest durchgeführt wurde.

Tabelle 2
Tabelle 3

Nach den Sprühtests wurden die Zustände der jeweiligen isolierten, elektrischen Drähte überprüft. Im Ergebnis wurde eine leichte Korrosion in den Proben Nr. 1-1, 1-2 und 1-8 beobachtet, die eine korrosive, elektrische Potenzialdifferenz von 0,5 V oder weniger zwischen den ersten Drähten und den zweiten Drähten, zwischen den ersten Drähten und dem Anschlussabschnitt und zwischen den zweiten Drähten und dem Anschlussabschnitt zeigten. Wie in der Tabelle 3 bezeichnet wird, wurden jedoch die Anbringungsfestigkeiten der Proben überhaupt nicht verschlechtert, was aufdeckte, dass sie einen ausgezeichneten Korrosionswiderstand hatten.

Im Unterschied hierzu schritt die Korrosion signifikant voran in den Proben Nr. 1-3 bis 1-7, die eine korrosive, elektrische Potenzialdifferenz von über 0,5 V zwischen den ersten Drähten und den zweiten Drähten, zwischen den ersten Drähten und dem Anschlussabschnitt oder zwischen den zweiten Drähten und dem Anschlussabschnitt zeigten. Insbesondere waren, da diese Proben Nr. 1-3 bis 1-7 eine korrosive, elektrische Potenzialdifferenz von über 0,5 V zwischen den zweiten Drähten und dem Anschlussabschnitt zeigten, die Anbringungsfestigkeiten ihrer Anschlussabschnitte signifikant aufgrund der Korrosion verschlechtert, wie in der Tabelle 3 gezeigt ist. Zudem wurde in den Proben Nr. 1-3 und 1-4 eine signifikante Korrosion zwischen den ersten Drähten und den zweiten Drähten und auch zwischen den zweiten Drähten und dem Anschlussabschnitt beobachtet. Zudem ist in der Tabelle 3 für die Proben Nr. 1-3 und 1-7 die Reduktionsrate der Anbringungsfestigkeit als "nicht messbar" angegeben, da die Korrosion fortgeschritten war und somit die Aluminiumlegierung, die die ersten Drähte bildete, ausgewaschen war, wodurch nur die Titanlegierungsdrähte und die Drähte aus rostfreiem Stahl der zweiten Drähte übrig geblieben sind.

Zudem wurde vor dem Sprühtest die Leitfähigkeit des Leiterabschnitts und die Zugfestigkeit des Leiterabschnitts für die Proben Nr. 1-1, 1-2 und 1-8 bestimmt und die nachfolgenden Ergebnisse wurden erhalten: Probe Nr. 1-1: 32% IACS und 603 MPa, Probe Nr. 1-2: 38% IACS und 586 MPa, Probe Nr. 1-8: 40% IACS und 592 MPa. Durch diese Tests wurde bewiesen, dass es durch Setzen der relativen Permeabilität der zweiten Drähte auf einen speziellen Wert und auch durch Aufbauen des Anschlussabschnitts mit einem speziellen Material möglich ist, einen elektrischen Draht bereitzustellen, der einen Temperaturanstieg darin unterdrücken kann und der einen ausgezeichneten Korrosionswiderstand hat.

Beispiel 3

Ein Rostfreier Stahl ähnlich zu dem der zweiten Drähte, der in der zweiten Probe Nr. 1-2 in dem zweiten Beispiel verwendet wurde, wurde hergestellt und die relative Permeabilität des rostfreien Stahls wurde variiert. In dem vorliegenden Beispiel wurde die Totalreduzierung in der Fläche während des Ziehens innerhalb des Bereichs von 0 bis 70% variiert, um die relative Permeabilität zu variieren und die Ergebnisse werden gezeigt (3). Zudem wurde die Heiztemperatur während des Weichmachens nach dem Ziehen (mit einer Gesamtreduktion in der Fläche von 70%) innerhalb des Bereichs von 900 bis 1150 °C variiert, um die relative Permeabilität zu variieren und die Ergebnisse werden gezeigt (4). Beim Weichmachen betrug die Haltezeit 3 Sekunden für jede Temperatur.

Im Ergebnis, wie in 3 gezeigt ist, wurde nachgewiesen, dass die relative Permeabilität &mgr; variiert werden konnte, indem die Reduktion in der Fläche während des Ziehens geändert wurde. Insbesondere durch Setzen der Gesamtreduzierung in der Fläche auf 40% oder weniger konnte die relative Permeabilität &mgr; auf 1,1 oder weniger eingestellt werden.

Zudem, wie in 4 gezeigt ist, konnte durch Ändern der Heiztemperatur während des Weichmachens nach dem Ziehen die relative Permeabilität &mgr; geändert werden. Insbesondere konnte durch Setzen der Heiztemperatur auf 1000 °C oder höher die relative Permeabilität &mgr; zu 1,1 oder weniger gemacht werden, auch wenn die Gesamtreduzierung in der Fläche über 40% lag.

Signaldrähte wurden ähnlich zu der Probe Nr. 1-2 in dem ersten Beispiel hergestellt, indem Drähte mit rostfreiem Stahl mit variierender, relativer Permeabilität als die zweiten Drähte verwendet wurden und indem Kupferdrähte, die in der Probe Nr. 1-2 in dem zweiten Beispiel verwendet wurden, als erste Drähte verwendet wurden. Zudem wurden diese Signaldrähte in eine Schraubenform zusammen mit elektrischem Wechselstromversorgungsdraht (Versorgungskabel) gewickelt, der in einem herkömmlichen Automobilkabelbaum verwendet wird, und sie wurden in einer Box untergebracht, die gegenüber externen Magnetflüssen abgeschirmt war. In diesem Zustand ließ man ein Wechselstromsignal durch den elektrischen Wechselstromversorgungsdraht fließen und die Möglichkeit von Fehlern wurde für die Signaldrähte bestimmt. Die Tabelle 4 gibt die Totalreduzierung in der Fläche während des Ziehens für die Drähte aus rostfreiem Stahl, die für die zweiten Drähte verwendet wurden, die Heiztemperatur während des Weichmachens, die relative Permeabilität und die Fehlerwahrscheinlichkeit der Signaldrähte wieder. Die Fehlerwahrscheinlichkeit wurde als die Wahrscheinlichkeit bestimmt, dass die Amplitude eines Hochfrequenzsignals auf 70% oder weniger einer vorgegebenen Amplitude reduziert wurde.

Tabelle 4

Wie in der Tabelle 4 gezeigt wird, gibt es, wenn ein metastabiler, rostfreier Austenitstahl, zum Beispiel SUS304, verwendet wird und wenn ein Ziehen mit einer Totalreduzierung in der Fläche von 40% oder mehr durchgeführt wird, die Neigung, dass Signalfehler auftreten. Dies wird so betrachtet, dass dies durch eine signifikante Erhöhung des dehnungsinduzierten Martensits aufgrund des Ziehens verursacht wird. Die Menge des dehnungsinduzierten Martensits wurde tatsächlich bestimmt. Im Ergebnis betrug die Menge davon 26 Vol.-% in der Probe Nr. 2-3, während die Menge davon 57 Vol.-% in der Probe Nr. 2-4 betrug, was größer war.

Zudem, wie in Tabelle 4 gezeigt ist, ist es, auch wenn ein metastabiler, rostfreier Austenitstahl wie SUS304 verwendet wird und ein Ziehen mit einer Totalreduzierung in der Fläche von 40% oder mehr durchgeführt wird, möglich, das Auftreten von Signalfehlern durch nachfolgendes Anlegen einer Wärmebehandlung zu verhindern. Die Ursache dafür wird dem Umstand zugeschrieben, dass der dehnungsinduzierte Martensit, der während des Ziehens induziert wurde, durch die Wärmebehandlung reduziert werden kann. Die Menge des dehnungsinduzierten Martensits wurde tatsächlich bestimmt. Im Ergebnis war die Menge davon 25 Vol.-% in der Probe Nr. 2-5, was gegenüber der Menge in der Probe Nr. 2-4 reduziert war

Folglich wurde nachgewiesen, dass, wenn Drähte aus rostfreiem Stahl als zweite Drähte verwendet werden, es möglich ist, Temperaturanstiege aufgrund von Wirbelströmen zu unterdrücken und effektiv Signalfehler zu verhindern, indem die Menge des dehnungsinduzierten Martensits durch die Herstellungsbedingung, z.B. das Reduzierungsverhältnis und die Wärmebehandlungstemperatur und Ähnliches, kontrolliert wird, nämlich indem die relative Permeabilität so gesteuert wird, dass sie in einem bestimmten Bereich ist.

Zudem wurde die Leitfähigkeit des Leiterabschnitts und die Zugfestigkeit des Leiterabschnitts für die Beispiele Nr. 2-1 bis 2-6 bestimmt und im Ergebnis wurden die folgenden Ergebnisse erhalten: Probe Nr. 2-1: 38% IACS und 543 MPa, Probe Nr. 2-2: 38% IACS und 562 MPa, Probe Nr. 2-3: 38% IACS und 591 MPa, Probe Nr. 2-4: 38% IACS und 655 MPa, Probe Nr. 2-5: 38% IACS und 607 MPa, und Probe Nr. 2-6: 38% IACS und 681 MPa. Somit wurde nachgewiesen, dass die Proben Nr. 2-1 bis 2-6 ausreichend verwendbar als Signaldrähte für zum Beispiel Automobilkabelbäume waren. Insbesondere wurde nachgewiesen, dass die Proben Nr. 2-1 bis 2-3 und 2-5 geeigneter für einen Automobilkabelbaum waren, da sie niedrige Signalfehlerwahrscheinlichkeiten zeigten.

INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT

Der isolierte, elektrische Draht gemäß der vorliegenden Erfindung ist am geeignetsten zur Verwendung für die elektrischen Drähte für einen Automobilkabelbaum. Genauer ist er für die Signaldrähte für die Nachrichtenübertragung, für elektrische Versorgungsdrähte zum Zuführen elektrischer Energie zu Vorrichtungen oder als Erdedraht usw. verwendbar.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1(A) ist eine Erläuterungsansicht, die Tests zeigt, die in einem ersten Beispiel ausgeführt werden, und ein Verfahren zum Messen von Temperaturänderungen in einem elektrischen Drahtbündel zeigt;

1(B) ist eine Erläuterungsansicht, die einen Zustand zeigt, in dem ein elektrisches Drahtbündel durch ein magnetisches Feld beeinflusst wird, das von einem Wechselstromversorgungskabel erzeugt wird;

2 ist ein Kurvenverlauf, der die Beziehung zwischen einer relativen Permeabilität und dem Temperaturanstieg in einem Signaldraht zeigt;

3 ist ein Kurvenverlauf, der die Beziehung zwischen der Gesamtreduzierung in der Fläche während des Ziehens und der relativen Permeabilität zeigt;

4 ist ein Kurvenverlauf, der die Beziehung zwischen der Wärmebehandlungstemperatur einer Lösungsbehandlung nach dem Ziehen und der relativen Permeabilität zeigt.

10elektrisches Drahtbündel 11isolierter, elektrischer Draht 12Wärmeisolationsband 20Wechselstromversorgung 21erregender Stromtransformator 22u-Anschluss 23v-Anschluss 30Versorgungskabel 40Thermometer 41Messspitze ZUSAMMENFASSUNG

Es wwerden ein leichtgewichtiger, isolierter, elektrischer Draht, der Einflüsse äußerer Magnetfelder reduzieren kann, während er eine ausgezeichnete Leitfähigkeit und eine ausgezeichnete Festigkeit hat, und ein Automobilkabelbaum bereitgestellt, der den gleichen, isolierten, elektrischen Draht verwendet.

Es wird ein elektrischer Signaldraht bereitgestellt, der einen Leiterabschnitt hat, der aus einem oder mehreren ersten Drähten und einem oder mehreren zweiten Drähten besteht, die miteinander verlitzt sind. Die ersten Drähte sind aus Metalldrähten ausgebildet, die aus mindestens einem Metalltyp hergestellt sind, der aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Kupfer, Kupferlegierung, Aluminium und Aluminiumlegierung besteht. Die zweiten Drähte sind aus Metalldrähten ausgebildet, die unterschiedlich zu den ersten Drähten sind und eine relative Permeabilität von 4,0 oder weniger haben. Durch Setzen der relativen Permeabilität der bildenden Drähte und des Leiterabschnitts auf 4,0 oder weniger, ist es möglich, Temperaturanstiege zu unterdrücken, die durch Wirbelstromverluste aufgrund externer Magnetfelder verursacht werden, wodurch eine Verschlechterung der Isolationsschicht und eine schlechte Isolation vermindert werden können.


Anspruch[de]
  1. Isolierter, elektrischer Draht, der aufweist:

    einen Leiterabschnitt, der aus einem oder mehreren ersten Drähten und einem oder mehreren zweiten Drähten besteht, die miteinander verlitzt sind;

    worin die ersten Drähte durch Metalldrähte aufgebaut sind, die mindestens aus einem Metalltyp hergestellt sind, der aus einer Gruppe ausgewählt wird, die aus Kupfer, Kupferlegierung, Aluminium und Aluminiumlegierung besteht, und

    wobei die zweiten Drähte durch Metalldrähte aufgebaut sind, die unterschiedlich zu den ersten Drähten sind und eine relative Permeabilität von 4,0 oder weniger haben.
  2. Isolierter, elektrischer Draht nach Anspruch 1, worin die zweiten Drähte eine relative Permeabilität von 2,0 oder weniger haben.
  3. Isolierter, elektrischer Draht nach Anspruch 1, worin die zweiten Drähte aus einem rostfreien Stahl hergestellt sind.
  4. Isolierter, elektrischer Draht nach Anspruch 1, worin der Anschlussabschnitt an dem Endabschnitt des Leiterabschnitts vorgesehen ist,

    worin der Anschlussabschnitt aus einem Metall hergestellt ist, das unterschiedlich zu den ersten Drähten und/oder den zweiten Drähten ist, und

    worin die korrosive, elektrische Potenzialdifferenz zwischen den ersten Drähten und den zweiten Drähten, die korrosive, elektrische Potenzialdifferenz zwischen den ersten Drähten und dem Anschlussabschnitt und die korrosive, elektrische Potenzialdifferenz zwischen den zweiten Drähten und dem Anschlussabschnitt alle 0,5 V oder weniger sind.
  5. Isolierter, elektrischer Draht nach Anspruch 1, worin die zweiten Drähte eine relative Permeabilität von 1,1 oder weniger haben.
  6. Isolierter, elektrischer Draht nach Anspruch 1, worin der Leiterabschnitt eine Leitfähigkeit innerhalb eines Bereichs von 2 bis 60% IACS hat.
  7. Isolierter, elektrischer Draht nach Anspruch 1, worin der Leiterabschnitt eine Zugfestigkeit innerhalb des Bereichs von 400 bis 700 MPa hat.
  8. Automobilkabelbaum, der einen isolierten, elektrischen Draht gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 aufweist.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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