DE3781176T2 - Biegsames, abgeschirmtes kabel und herstellungsverfahren. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektrische Kabel und insbesondere auf ein flexibles Koaxialkabel mit hervorragender Abschirmwirksamkeit über einen breiten Frequenzbereich.
• Abgeschirmte Kabel werden typischerweise klassifiziert als flexibel, halbsteif oder steif, wobei Kabel mit größerer Steifigkeit typischerweise besser vorhersagbare elektrische Eigenschaften besitzen. Ein flexibles abgeschirmtes Kabel besitzt üblicherweise eine Abschirmung aus gef lochtenem Kupfer. Während eine solche Abschirmung bei niedrigen Frequenzen ausreichen mag, erlauben die Öffnungen in dem Geflecht, daß hochfrequente Energie durchgeht, wodurch die Verwendung solcher Kabel eingeschränkt wird.
• Ein üblicher Typ halbsteifer Koaxialkabel umfaßt eine Kupferröhre, in die die Kernanordnung (die aus dem zentralen Leiter und seiner dielektrischen Umhüllung besteht) eingesetzt ist. Dieser Typ von Koaxialkabel ist relativ teuer, da er nicht in einem kontinuierlichen Verfahren hergestellt wird. Eine Länge der Kernanordnung wird in eine Länge der Röhre eingesetzt, und die Röhre wird durch Gesenkschmieden geschrumpft, was zu einem engen Anpassen führt. Während die gebildete Kupferröhre eine glatte innere Abschirmoberfläche für ein effektives Abschirmen über einen weiten Frequenzbereich bildet, hat sie jedoch ernsthafte mechanische Probleme. Dieser Typ von Koaxialkabel ist relativ schwer, er ist nicht sehr flexibel, und spezielle Werkzeuge sind zum Biegen notwendig, ohne den Schirm zu knicken oder zu brechen. Die Verwendung der Kupferröhre, die eine minimale Elastizität besitzt, beschränkt auch die maximale Betriebstemperatur des Kabels.
• Ein in jüngster Zeit vorgeschlagenes Koaxialkabel umfasst eine Schicht von leitender oder halbleitender Materie, die das Dielektrikum umgibt. Ein Schirm, der ein Geflecht sein kann, ist in der Schicht eingebettet, die durch Erwärmen erweicht wird. Zur weiteren Information hinsichtlich der Struktur und der Wirkungsweise dieses Kabels wird Bezug genommen auf US-A-4 486 252.
• GB-A-2 130 430 legt ein flexibles, abgeschirmtes Kabel offen, das wenigstens einen länglichen, flexiblen Metalleiter umfaßt; eine Schicht eines flexiblen, dielektrischen Materials, die um den Leiter herum angeordnet ist; und eine flexible, metallische Abschirmung, die um die Schicht herum angeordnet ist, wobei die Abschirmung eine Kupferfolie mit überlappenden Kanten und ein Kupfergeflecht um die Folie herum umfaßt; und entsprechend der vorliegenden Erfindung ist ein solches Kabel dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung auch eine Metallschicht umfaßt, die jede Öffnung zwischen der überlappenden Kante schließt, das Geflecht und die Folie verbindet und Lücken in dem Gewebe schließt, wodurch die Abschirmung flexibel ist und keine Öffnungen darin besitzt.
• Die Erfindung umfaßt ebenfalls ein Verfahren zum Herstellen einer metallischen Abschirmung um wenigstens einen flexiblen, metallischen Leiter herum, der von einer Schicht eines dielektrischen Materials umgeben wird, um ein flexibles Koaxialkabel zu bilden, wobei das Verfahren umfaßt: das Wickeln einer Kupferfolie um die Schicht aus dielektrischem Material, so daß die Folie überlappende Kanten besitzt; und das Anbringen eines Kupfergeflechts über die Folie; gekennzeichnet durch das Durchführen des geflochtenen Kabels durch ein Bad aus einem geschmolzenen Metall, das das Geflecht und die Folie miteinander verbindet, so daß jede Öffnung zwischen den Kanten der Folie geschlossen wird und Lücken in dem Geflecht geschlossen werden.
• Das neue Kabel bietet eine effektive Abschirmung über einen breiten Frequenzbereich und kann ein relatives Biegen ohne die Verwendung von speziellen Werkzeugen und ohne Schaden an der Abschirmung hinnehmen. Das Kabel ist ebenfalls bei höheren Betriebstemperaturen als Kupferrohrkoaxialkabel verwendbar. Zusätzlich kann das Kabel in sehr langen kontinuierlichen Längen hergestellt werden, im Gegensatz zu halbsteifen Kabeln mit einer festen Kupferrohrabschirmung, die in der Länge begrenzt sind, da eine Länge des dielektrischen Kerns vor dem Gesenkschmieden in das Kupferrohr gebracht werden muß. Das Kabel besitzt eine lange Betriebsdauer, ist zuverlässig in der Verwendung und ist leicht und ökonomisch herzustellen.
• Figur 1 ist ein Querschnitt eines abgeschirmten Kabels, das verschiedene Merkmale der vorliegenden Erfindung aufweist.
• Figur 2 ist eine perspektivische Ansicht des Kabels der Figur 1, wobei verschiedene Komponenten entfernt sind, um darunterliegende Komponenten zu zeigen, welches Kabel eine Abschirmung besitzt, die teilweise aus einer longitudinalen, aufgewickelten Folie besteht.
• Figur 3 zeigt ähnlich wie Figur 2 eine alternative Ausführungsform des abgeschirmten Kabel nach der vorliegenden Erfindung, wobei die Folie schraubenförmig aufgewickelt ist.
• Figur 4 ist ein Diagramm, das die Anwendung der Folie und die Anwendung eines Geflechts um die Kernanordnung des Kabels der Figur 1 zeigt.
• Figur 5 ist ein Diagramm, das teilweise ein Blockdiagramm ist, das die Anwendung von Lötmittel oder Zinn zeigt, das das Geflecht mit der Folie verbindet und die Öffnungen des Geflechts schließt.
• Figur 6 zeigt ähnlich wie Figur 1 eine weitere, alternative Ausführungsform eines Kabels, das verschiedene Merkmale der vorliegenden Erfindung aufweist, bei dem eine Mehrzahl von isolierten Leitern in der Kernanordnung vorhanden sind.
• Die Figuren 1 und 2 zeigen ein Kabel 20 mit einer Kernanordnung 22, die aus einem länglichen, flexiblen, zentralen Metalleiter 24 besteht, welcher vorzugsweise aus Kupfer besteht und entweder massiv sein kann oder aus einer Anzahl von Litzen besteht. Während in der Kernanordnung der Figuren 1-3 nur ein einziger Leiter 24 gezeigt ist, ist klar, daß eine Anzahl von gegeneinander isolierten Leitern vorhanden sein können. Den Leiter 24 umgibt eine flexible Schicht 26 aus dielektrischem Material in einem sehr engen Kontakt mit dem Leiter. Um die dielektrische Schicht 26 ist eine flexible metallische Abschirmung 28 aus einer Kupferfolie 30, ein Kupfergeflecht 32 um die Folie 30 und eine Schicht 34 aus einem Metall wie etwa Lötmittel oder Zinn, das das Geflecht 32 mit der Folie 30 verbindet und die Öffnungen oder Lücken in dem Geflecht schließt, angeordnet.
• Wie am besten in Figur 2 gezeigt, besitzt die Folie 30 überlappende, sich longitudinal erstreckende Kanten 36. Die Schicht 34 aus Metall verbindet auch die überlappenden Kanten 36, um die Abschirmung 28 mit einer inneren Oberfläche 37 zu versehen, die im wesentlichen glatt ist und keine Öffnungen besitzt, durch die Energie strahlen könnte. Es ist klar, daß dies die glatte, innere Oberfläche der Kupferröhre eines halbsteifen Koaxialkabels annähert. Also reduziert die Abschirmung 28 in großem Maße unerwünschten Energie- oder Signaltransfer durch die Abschirmung durch elektrische, magnetische oder elektromagnetische Felder. Das Kabel 20 kann über einen breiten Frequenzbereich verwendet werden, von Gleichstrom bis 20 Gigaherz. Die Erdung der Abschirmung 28 führt zu einer vorhersagenden Kabelimpedanz und Signalabschwächung.
• Insbesondere dient die Kupferfolie (die vorzugsweise eine Dicke im Bereich von 0,003 bis 0,0003 Zoll (0,076 bis 0,0076 mm) besitzt) dazu, das Eindringen von Hochfrequenzsignalen zu beschränken. Es ist klar, daß die einzige Diskontinuität in der Folie, dort wo die Kanten 36 überlappen, sich in der axialen Richtung des Kabels erstreckt. Strom neigt dazu, in der Richtung der Diskontinuität zu fließen. Weil die Diskontinuität keine gekrümmte Kurve zeigt, gibt es keine wesentliche Zunahme in der induktiven Signalkopplung durch die Abschirmung 28 auf Grund der Anwesenheit dieser Diskontinuität.
• Das Geflecht 32 dient zum Begrenzen des Eindringens von niederfrequenten Signalen. Die Verwendung des Geflechts 32 über der Folie 30 führt zu einem geringen Durchlaß im Bereich der Radiofrequenzen und zu einer geringen Empfindlichkeit hinsichtlich elektrischen Rauschens. Das Geflecht 32 ist mit der Folie 30 durch die Metallschicht 34 verbunden und bietet bedeutende mechanische Vorteile. Das Vorhandensein des Geflechts verhindert das Zerreißen der Folie, wenn das Kabel 20 gebogen wird. Darüber hinaus bietet das Geflecht ein Maß an Elastizität, die dem Kabel ermöglicht, eine höhere Betriebstemperatur zu besitzen als ein in sonstiger Hinsicht vergleichbares, halbsteifes Kabel mit einer Abschirmung aus Kupferrohr. Das Kabel nach dem Stand der Technik ist auf eine Betriebstemperatur von etwas 125ºC beschränkt, da das Rohr eine minimale Elastizität besitzt, so daß jede wesentliche Ausdehnung des Dielektrikums in der axialen Richtung erfolgen muß. Der Betrieb diese Kabels nach dem Stand der Technik bei höheren Temperaturen kann in einer Beschädigung des Rohres und/oder von Komponenten des Kabels führen. Das Kabel 20 nach der vorliegenden Erfindung hat eine maximale Betriebstemperatur von etwa 200ºC, da das Geflecht ein größeres Maß an Elastizität bietet, was eine gewisse radiale Ausdehnung der dielektrischen Schicht 26 erlaubt.
• Die dielektrische Schicht 26 besteht vorzugsweise aus einem flexiblen, thermoplastischen Polymer, wie etwa Teflon (ein registrierter Handelsname von Du Pont für synthetische Harze die Fluoride enthalten), Polyäthylen, Polypropylen und Zellkörper die daraus gebildet sind. Die Schicht 34 wird durch Hinduchführen des beginnenden Kabels durch ein Schmelzbad aus Zinn oder Lötmittel angebracht. Dies bewirkt, daß das geschmolzene Metall (das durch Dochtwirkung - kapillare Anziehung eingezogen wird) die Geflechtöffnungen füllt und jedwede Haarrißöffnung zwischen den überlappenden Kanten 36 schließt. Während des Aufbringens des geschmolzenen Zinns oder Lötmittels dient die Kupferfolie 30 als Wärmebarriere, um das dielektrische Material von den hohen Temperaturen des geschmolzenen Metalls zu isolieren. Aber was die Folie angeht, wird das geschmolzene Metall direkt das Kernisoliermaterial kontaktieren. Die Verwendung der Folie 30 erlaubt die Verwendung von Polymeren mit einem geringeren Wärmewiderstand als Teflon als dielektrisches Material 26, da die Folie Wärme von der Schicht 26 wegleitet.
• Das Kabel 20 ist flexibel und kann ohne die Verwendung von speziellen Werkzeugen, wie sie erforderlich sind, um Knicken oder Brechen des Kabels mit einer Kupferrohrabschirmung zu verhindern, gebogen werden. Auf Grund seiner flexiblen Komponenten ist der Krümmungsradius des Kabels 20 ungefähr gleich dem äußeren Durchmesser des Kabels, der vorzugsweise im Bereich von 0,047 Zoll bis 0,50 Zoll (1,194 bis 12,7 mm) liegt.
• In Figur 4 ist das Aufbringen der Folie 30 und des Geflechts 32 um die Kernanordnung 22 gezeigt. Nach dem Herausnehmen der Kernanordnung aus einem Rad 38 geht sie durch eine erste Station 40, die die Folienwicklung 30 anbringt, die von einem Folienrad 42 genommen wird, so daß die Kanten 36 der Folie überlappen. Als nächstes geht das teilweise vollendete Kabel durch eine zweite Station 44, die Litzen aus Kupferdraht webt, die von einer Mehrzahl von Drahtspulen 46 genommen werden, um das Geflecht über der Kupferfolie 30 zu bilden. Das beginnende Kabel wird als nächstes auf einem Rad 48 aufgewickelt. Leerspulen 50, 52 und 56 sind vorgesehen um die Kernanordnung 22, die Folie 30 und das Kabel mit der Folienwicklung und dem Geflecht zu führen.
• Wie in Figur 5 gezeigt, kann das Rad 48 als Ausgaberad für die Aufbringung von Zinn oder Lötmittel verwendet werden. Das in Folie gewickelte, mit Geflecht versehene, beginnende Kabel geht durch ein Bad 56 aus geschmolzenen Lötmittel oder Zinn. Da das beginnende Kabel in dem geschmolzenen Metall untergetaucht wird, werden die Lücken in dem Geflecht 32 gefüllt, das Geflecht wird mit der Kupferfolie 30 verbunden und die Haarrißöffnungen auf Grund der Anwesenheit der überlappenden Kanten 36 der Folie werden geschlossen. Schließlich geht das abgeschirmte Kabel 20 durch eine Abkühlstation 58 und wird dann von einem Rad 60 aufgenommen. Es ist ökonomisch nicht machbar, die Folienwickelstation, die Geflechtstation und die Zinn- oder Lötmittelaufbringstation in einem einzigen, kontinuierlichen Prozess zu verbinden, da die verschiedenen Stationen mit stark verschiedenen Geschwindigkeiten arbeiten. Die Geflechtanbringungsstation mit ihrer Webfunktion ist natürlich die langsamste. Jedoch wird das Kabel 20 in sehr langen, kontinuierlichen Längen hergestellt, vergleichen mit dem halbsteifen Kabel mit der massiven Kupferrohrabschirmung, das in seiner Länge beschränkt ist, da eine Länge des dielektrischen Kerns vor dem Gesenkschmieden in das Kupferrohr gebracht werden muß.
• In Figur 3 ist eine alternative Ausführungsform des Kabels nach der vorliegenden Erfindung gezeigt und durch das Bezugszeichen 20 A gekennzeichnet. Komponenten des Kabels 20A, die den Komponenten des Kabels 20 entsprechen, sind durch die Bezugszeichen gekennzeichnet die bei den Komponenten des Kabels 20 verwendet wurden und zu denen "A" hinzugefügt wurde. Der primäre Unterschied zwischen Kabel 20A und Kabel 20 besteht darin, daß die Folie 30A schraubenförmig aufgebracht ist, so daß die überlappenden Kanten 36A der aufgewickelten Folie einen gekrümmten Pfad bilden. Das Vorhandensein dieses gekrümmten Pfades, entlang dessen der Strom fliessen kann, kann zu einer unerwünschten induktiven Signalkopplung durch die Abschirmung 28A führen, die die Abschirmungsleistung bei höheren Frequenzen reduziert.
• Eine weitere alternative Ausführungsform des Kabels nach der vorliegenden Erfindung ist mit dem Bezugszeichen 20B in Figur 6 gezeigt. Komponenten des Kabels 20B, die den Komponenten des Kabels 20 entsprechen, sind durch das bei dem Kabel 20 verwendete Bezugszeichen unter Hinzufügung von "B" gekennzeichnet. In dem Kabel 20B besteht die Kernanordnung 22B aus mehreren Leitern 24B, die entweder massiv sein können, oder aus einer Anzahl von Litzen bestehen können. Jeder der Leiter besitzt eine Umhüllung 62 aus einer flexiblen Isolierung. Die Leiter 24B umgibt eine flexible Schicht 26B aus dielektrischen Material, das die Leiter fest zusammenhält, die parallel zu einander verlaufen können oder als Kabel um die Achse des Kabels verdrillt sein können. Der Rest des Kabels 20B ist im wesentlichen identisch in seiner Konstruktion mit dem Kabel 20.

Claims (10)

1. Flexibles, abgeschirmtes Kabel (20), das wenigstens einen länglichen, flexiblen Metalleiter (24); eine um den Leiter herum angeordnete Schicht eines flexiblen, dielektrischen Materials; und eine um die Schicht herum angeordnete, flexible, metallische Abschirmung (28) umfaßt, wobei die Abschirmung eine Kupferfolie (30) mit überlappenden Kanten (36) und ein Kupfergeflecht (32) um die Folie herum umfaßt; dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung auch eine Metallschicht (34) umfaßt, die jede Öffnung zwischen den überlappenden Kanten (36) schließt, das Geflecht (32) und die Folie (30) verbindet und Lücken in dem Geflecht (32) schließt, wodurch die Abschirmung flexibel ist und keine Öffnungen darin besitzt.

2. Kabel nach Anspruch 1, wobei die überlappenden Kanten (36) der Folie (30) sich longitudinal erstrecken.

3. Kabel nach Anspruch 1, wobei die überlappenden Kanten (36A) schraubenförmig sind

4. Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Metallschicht (34) ein Lötmittel ist.

5. Kabel nach einem der Ansprüche 1-3, wobei die Metallschicht (34) Zinn ist.

6. Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das einen Außendurchmesser im Bereich von 1,194 bis 12,7 mm besitzt.

7. Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das dielektrische Material (26) ein Thermoplast ist.

8. Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Leiter (24) und die Abschirmung (28) koaxial sind.

9. Kabel nach einem der Ansprüche 1-7, wobei eine Mehrzahl der flexiblen Leiter (24B), die jeweils von den anderen Leitern isoliert sind, von der Schicht (26) aus flexiblem, dielektrischem Material umgeben sind.

10. Verfahren zum Herstellen einer metallischen Abschirmung (28) um wenigstens einen flexiblen, metallischen Leiter (24) herum, der von einer Schicht (26) eines dielektrischen Materials umgeben wird, um ein flexibles Koaxialkabel zu bilden, wobei das Verfahren umfaßt: das Wickeln einer Kupferfolie (30) um die Schicht (26) aus dielektrischem Material, so daß die Folie überlappende Kanten (36) besitzt; und das Anbringen eines Kupfergeflechts (32) über die Folie; gekennzeichnet durch das Durchführen des geflochtenen Kabels durch ein Bad (56) aus einem geschmolzenen Metall, das das Geflecht (32) und die Folie (30) miteinander verbindet, so daß jede Öffnung zwischen den Kanten (36) der Folie geschlossen wird und Lücken in dem Geflecht (32) geschlossen werden.