DE69129758T2

DE69129758T2 - Elektromagnetisch abgeschirmtes Kabel

Info

Publication number: DE69129758T2
Application number: DE69129758T
Authority: DE
Inventors: Akira Ikegaya; Makoto Katsumata; Hiroshi Ushijima; Hidenori Yamanashi
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 1990-04-20
Filing date: 1991-04-18
Publication date: 1998-10-22
Anticipated expiration: 2011-04-19
Also published as: EP0596869A3; EP0596869A2; DE69122985T2; EP0604398A2; DE69130234T2; EP0604398A3; EP0452942A3; EP0604398B1; DE69129758D1; EP0596869B1; EP0452942A2; EP0452942B1; US5171938A; DE69122985D1; DE69130234D1

Description

Die Erfindung betrifft ein gegen elektromagnetische Störungen abgeschirmtes Kabel. Insbesondere wird ein gegen hochfrequente Störungen und/oder gegen Induktion durch elektromagnetische Wellen abgeschirmter Draht für eine elektrische Verbindung eines elektronischen Geräts wie z.B. einem Audiogerät und einem automatischen Bürogerät verwendet.
Bei herkömmlichen elektromagnetischen und Hochfrequenzschaltkreisen sind verschiedene Arten von Schirmkabeln und Abschirmplatten verwendet worden, um Fehlfunktionen aufgrund von Störungen, die von einem derartigen Schaltkreis erzeugt werden zu vermeiden.
Bei herkömmlichen Vorsichtsmaßnahmen gegen Hochfrequenzstörungen wird eine statische Kopplung und eine elektromagnetische Kopplung zwischen den Drähten durch ein Schirmkabel oder eine Abschirmplatte unterbrochen, wodurch unnötige Schwingungen vermieden werden.
Allerdings erfordert ein derartiges Verfahren eine hochtechnische Bauart von Schirmkabeln und Abschirmplatten und kann nicht in einfacher Weise erreicht werden.
In den letzten Jahren verbesserte sich die Computersteuerung für elektrische Geräte und elektrische Produkte in bemerkenswerter Weise. Elektronische Schaltkreise von derartigen Geräten sind hochintegriert, der Strom, der durch Elemente fließt, ist mikroskopisch und es tauchte das Problem auf, daß aufgrund von Induktion zwischen Drähten eines Drahtbündels Fehlfunktionen des Geräts auftreten können.
Andererseits wurden die Produkte kompakt und hatten ein geringes Gewicht, wobei ebenso die Platzersparnis und die Leichtbaukonstruktion der Verdrahtung in starkem Maße angestrebt wurden.
Um die Platzersparnis der Verdrahtung zur erzielen, wurden in zunehmendem Maße bandförmige Kabel (Flachbandkabel) verwendet.
GB-A-2047947 offenbart ein Abschirm- Flach kabel mit einer Vielzahl von parallelen Metalleitern, von denen jeder von einer inneren Isolationsschicht umgeben ist. Die Vielzahl der isolierten Leiter wird dann einstückig von einer elektrisch leitfähigen Polymerschicht bedeckt, die Ruß enthält. Ebenso wird ein einzelner blanker Draht durch die Polymerschicht bedeckt, der parallel zu den Metalleitern befindlich ist und als ein Draindraht dient. Die gesamte Anordnung ist mit einer üblichen äußeren Isolationsummantelung versehen. Die leitfähige Polymerschicht wird zum Auffangen elektrischer Störungen von den Metalleitern und zum Übertragen derselben zu dem Draindraht verwendet.
Die EP- A - 0279985 offenbart eine elektrisch leitfähige thermoplastische Harzzusammenzetzung, die zum Abschirmen von Kabeln vor elektromagnetischen Störungen verwendet wird. Diese Zusammensetzung umfaßt ein thermoplastisches Harz als eine Hauptkomponente und eine Kohlenstoffphase als eine Nebenkomponente, wobei die Faser nicht mehr als 8 Volumenprozent der Zusammensetzung umfaßt. Die Zusammensetzung wird durch trockenes Vermischen der Ingrediensien bei Raumtemperatur in einem geeigneten Behälter hergestellt, durch Extrudieren derselben durch ein Werkzeug, um einen geschmolzenen Strom von mastiziertem Harz, bei dem die Faser darin verteilt ist, zu formen, und wird dann in ein gewünschtes Erzeugnis geformt. Das so erzeugte elektrisch leitfähige Harz hat einen Widerstand zwischen 1 und 500 Ω cm.
Die DE-B-2137848 offenbart ein Kabel gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Das Ziel der Erfindung ist es, ein Bandkabel zum Schutz vor einer zwischen den Leitern auftretenden Induktion zu schaffen, welches einen ausgezeichneten Induktionsschutz hat, ein geringes Gewicht hat, korrosionsbeständig ist, eine ausgezeichnete Produktionseffizienz hat, preisgünstig und platzsparend ist.
Dieses Ziel wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 erreicht.
Gemäß der Erfindung wird ein Induktionsschutz- Bandkabel geschaffen, mit einer Vielzahl von parallelen Leitern, welche einen rechteckigen, flachen Querschnitt aufweisen, welche elektrisch voneinander isoliert sind und mit einem Induktionsschutzelement, das aus einem elektrisch leitfähigen Harz besteht, das einen spezifischen Widerstand von 10&supmin;³ bis 10&sup5; Ω cm hat, welches zwischen zwei benachbarten Leitern der Leiter vorgesehen ist.
Das Induktionsschutzelement ist nicht nur zwischen beliebigen benachbarten Leitern vorgesehen, die voneinander elektrisch isoliert sind, sondern bedeckt auch jede Leiter über die ganze Peripherie oder einen Teil der Peripherie jedes Leiters.
Ein Draindraht ist in einer solchen Weise vorgesehen, daß der Draindraht in elektrischem Kontakt teilweise oder vollständig mit dem Induktionsschutzelement angeordnet ist, um einen Abschirmeffekt gegenüber elektromagnetischen Wellen zu schaffen.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in den beigefügten Unteransprüchen angegeben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figuren 1 bis 6 sind jeweils Perspektivansichten der Induktionsschutz- Bandkabel der vorliegenden Erfindung;
Figur 7 ist eine Perspektivansicht eines Band kabels für Vergleichszwecke;
Figur 8 ist eine Ansicht, die ein Verfahren zum Messen einer Induktionsschutzwirkung zeigt;
Figur 9 ist ein Graph, der eine Induktionsschutzwirkung zwischen Leitern verschiedener Bandkabel nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
Figur 10 ist eine Darstellung die die Prinzipien der Arbeitsweise eines herkömmlichen Erzeugnisses zeigt;
Figur 11 ist eine Darstellung, die die Prinzipien der Arbeitsweise des Erzeugnisses nach der vorliegenden Erfindung zeigt.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung

Die Erfindung wird nun im Einzelnen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Figur 1 zeigt ein Induktionsschutz- Bandkabel (nachstehend nur als "Kabel" bezeichnet) E, in welchem ein Induktionsschutzelement 203 zwischen benachbarten Leitern einer Mehrzahl von Leitern 201 vorgesehen ist, von denen jeder mit einem Isolatör 202 beschichtet ist, um die Leiter 201 voneinander zu isolieren, und wobei ein bedeckendes Isolationselement 206 vorgesehen ist, um das Induktionsschutzelement 203 zu bedecken.
Das Induktionsschutzelement 203 ist aus einem elektrisch leitfähigen Harz hergestellt, das einen spezifischen Volumendurchgangswiderstand von 10&supmin;³ bis 10&sup5; Ω cm, in bevorzugter Weise 10&supmin;³ bis 10&sup0; Ω cm, aufweist.
Das elektrisch leitfähige Harz wird durch Hinzufügen eines eine elektrische Leitfähigkeit übertragenden Materials zu einer Harzgrundmasse erzielt. Dieses eine elektrische Leitfähigkeit übertragende Material umfaßt einen Bestandteil oder mehrere Bestandteile von Metallpulver, Metallpartikeln, Metallblättchen, Metallfasern, elektrisch leitendem Ruß, Graphitpulver, PAN- Kohlenstoffasern, Pech- Kohlenstoffasern, aus der Dampfphase gewachsenen Kohlenstoffasern und einer graphitisierten Kohlenstoffaser von diesen Kohlenstoffasern. Entsprechend eines Verfahrens zur Herstellung eines gewöhnlichen Bandkabels kann als Harzgrundmasse ein thermoplastisches Harz, wie z. B. PVC, EVA, EEA, PE, PP, PET und PBT, eine Tinktur derselben, ein thermoplastisches Epoxidharz oder Phenolharz, eine Tinktur (paint) derselben, Gummi, wie z. B. Silikonharz, EPDM und Fluorogummi oder ein mit ultraviolettem Licht hergestelltes Harz verwendet werden, und eine geeignete Kombination dieser Materialien kann ebenfalls verwendet werden.
Zum Beispiel werden zur Herstellung des elektrisch leitfähigen Harzes 20 bis 160 Gewichtsteile von einer graphitisierten, aus der Dampfphase gewachsenen Kohlenstoffaser, die in einer Länge von 0,1 bis 50 um pulversisiert ist, zu 100 Gewichtsteilen von Etylenvinylacetatharz, das die Grundmasse darstellt, hinzugefügt, und diese werden in Pelletform durch eine Mischeinrichtung, wie z. B. eine Druckknetmaschine, einen Henschelmischer und einen Zweischneckenmischer geknetet, und entsprechend eines gewöhnlichen Verfahrens wird das Gemisch extrudiert, um ein elektrisch hochleitfähiges Harz zu erzeugen, das einen spezifischen Durchgangswiderstand von 10&supmin;³ bis 10³ Ω cm aufweist.
Ein Kabel F, das in Figur 2 gezeigt ist, unterscheidet sich von dem Kabel E von der Figur 1 darin, daß eine Metallfolie 205 das bedeckende Isolationselement 206 (nicht gezeigt) abdeckt.
Ein Kabel G, das in Figur 3 gezeigt ist, unterscheidet sich von dem Kabel E von Figur 1 darin, daß das Induktionsschutzelement 203 ebenfalls auf unteren Flächen der isolierten Leiter 201 vorgesehen ist, die parallel zueinander angeordnet sind.
Ein Kabel H, das in Figur 4 gezeigt ist, unterscheidet sich von dem Kabel E in Figur 1 darin, daß das Induktionsschutzelement 203 um die gesamte Außenperipherie jedes Leiters 201 vorgesehen ist.
Ein Kabel 1, das in Figur 5 gezeigt ist, unterscheidet sich von dem Kabel H in Figur 4 darin, daß ein Draindraht 204 zwischen zwei Leitern 201 angeordnet ist und in dem Induktionsschutzelement 203 eingebettet ist.
Der Draindraht 204 besteht aus einem Metalleiter, wie z. B. einem einzelnen Draht, einer Vielzahl von Drähten, einem flachen Leiter oder einem flachen Vierkant - Leiter. Bevorzugterweise ist der Draindraht 204 parallel zu dem Leiter 201 teilweise (bevorzugterweise vollständig) in elektrischem Kontakt mit dem Induktionsschutzelement 203 angeordnet. Um einen gleichförmigen Abschirmeffekt bezüglich zu jedem Leiter zu erzielen, ist der Draindraht 204 an den mittleren Bereich des Kabels I angeordnet.
Ein Kabel J das in Figur 6 gezeigt ist, unterscheidet sich von dem Kabel I von Figur 5 darin, daß eine Metallfolie 205 die gesamte Peripherie des Induktionsschutzelementes 203 bedeckt. Um die Verschleißfestigkeit zu verbessern, ist das abdeckende Isolationselement (nicht gezeigt) wie bei dem Kabel I vorgesehen.
In den Figuren 2 und 6 ist die Metallfolie 205 eine Abschirmschicht und kann durch ein Metallnetz oder ein Metallgeflecht ersetzt werden.
In den Induktionsschutz- Bandkabeln der vorliegenden Erfindung ist das Induktionsschutzelement, das aus den elektrisch leitfähigen Harz besteht, zwischen benachbarten Leitern vorgesehen, und daher kann eine Induktion zwischen der Leitern innerhalb des Bandkabels verhindert werden.
Mehr im Einzelnen zeigen die Figuren 10 und 11 jeweils die Prinzipien der Arbeitsweise eines herkömmlichen Erzeugnisses und eines Erzeugnisses nach der vorliegende Erfindung. In Figur 10 ist das Induktionsschutzelement 203 nicht zwischen zwei Leitern 201 und 201 vorgesehen. In Figur 11 ist das Induktionsschutzelement 203 zwischen zwei Leitern 201 und 201 vorgesehen. Das Bezugszeichen 204 bezeichnet den Draindraht, der mit dem Schutzelement 203 verbunden ist, und das Bezugszeichen C bezeichnet eine Kapzität zwischen den Leitern.
Da das Induktionsschutzelement aus dem elektrisch leitfähigen Harz hergestellt ist, ist es zwischen den benachbarten Leitern ohne Lücke vorgesehen, und die Dicke des Kabels kann verringert werden. Wenn das eine elektrische Leitfähigkeit übertragende Material des elektrisch leitfähigen Harzes ein Kohlenstoffharz ist, hat das Kabel ein geringes Gewicht, und ein ausgezeichneter Korrosionswiderstand wird erzielt.
Durch die Verwendung des Draindrahtes 204, der elektrisch mit dem elektrisch leitfähigen Harz verbunden ist, kann die Verbindung mit der Erde leicht hergestellt werden.

Beispiele

Unter Bezugnahme auf die Kabel der Figuren 1,4 und 6 wurde ein verzinntes Hartkupfermaterial aus einer flachen rechteckigen Form (Dicke:0,15 mm; Breite: 1,5 mm; Überzugsdicke: nicht weniger als 1 um) als der Leiter 201 verwendet. Jeder Leiter wurde mit einer Lackfarbe beschichtet, um darauf den inneren Isolator 202 zu bilden, der eine Dicke von 0,05 mm hat. Ein elektrisch leitfähiges Harz, welches aus EVA und einer graphitisierten, aus der Dampfphase gewachsenen Kohlenstoffaser besteht und welches auf einen spezifischen Durchgangswiderstand von 2 10&supmin;¹ Ω cm eingestellt wurde, wurde als das Induktionsschutzelement 203 verwendet. Auf diese Weise wurden die verschiedenen Kabel E, H, I und J hergestellt. In den Kabeln E, H wurde eine Polyesterschicht, die eine Dicke von 0,1 mm hat, als das bedeckende Isolationselement 206 verwendet, und eine Cu- Folie, die eine Dicke von 0,05 mm hat, wurde als die Metallfolie 205 verwendet.
Als ein Vergleichsbeispiel, das in Figur 7 gezeigt ist, wurde ein Bandkabel E', das einen ähnlichen Aufbau wie das Kabel E hat, hergestellt, das aber kein Induktionsschutzelement 203 zwischen benachbarten Leitern 201 aufweist.
Die Induktionsschutzwirkungen dieser Kabel E, H, I, J und E' bei einer Frequenz f wurden entsprechend einem Verfahren, das in Figur 8 gezeigt ist, gemessen. In Figur 8 bezeichnet die Bezugszahl 207 eine FET- Sonde, und die Bezugszahl 208 bezeichnet einen Spektrumanalysator.
Die Induktionsschutzwirkung wurde durch die folgende Formel berechnet:
S= 20log Vo/Vm
S: Induktionsschutzwirkung (dB)
Vo: induzierte Spannung (V) eines Bandkabels ohne das elektrisch leitfähige Harz oder ohne die Metallfolie
Vm: induzierte Spannung (V) der Bandkabel der Beispiele und des Vergleichsbeispiels.
Diese Meßergebnisse sind in Figur 9 gezeigt.
Wie aus Figur 9 klar ersichtlich ist, zeigten die Kabel E und H die Induktionsschutzwirkung zwischen den Leitern verglichen mit dem Kabel E'. Bezüglich zu dem Kabel I, das den Draindraht aufweist und dem Kabel J, das den Draindraht und die Metallfolie aufweist, wurde diese Wirkung beträchtlich verbessert.
Wie oben beschrieben, hat das Bandkabel nach der vorliegenden Erfindung, das das Induktionsschutzelement zwischen den benachbarten Leitern aufweist eine ausgezeichnete Induktionsschutzwirkung zwischen den Leitern, und durch die Verwendung des elektrisch leitfähigen Harzes, das einen spezifischen Durchgangswiderstand von 10&supmin;³ bis 10&sup5; Ω cm aufweist, kann eine dünne und kompakte Gestaltung erzielt werden. Wenn das eine elektrische Leitfähigkeit übertragende Material des elektrisch leitfähigen Harzes ein Kohlenstoffharz ist, kann die Gestaltung mit einem geringen Gewicht und dem Korrosionswiderstand verbessert werden.
Durch die Hinzufügung des Draindrahtes und der Abschirmschicht kann eine leichte Erdverbindung zusätzlich zu dem Abschirmeffekt gegenüber elektromagnetischen Wellen hergestellt werden.

Claims

1. Abschirmkabel mit:

einer Vielzahl von Leitern (201), die einen flachen rechteckig geformten Querschnitt aufweisen, die parallel zueinander durch einen vorbestimmten Spalt angeordnet sind;

einer Isolationsschicht (202), die um eine Außenperipherie jedes Leiters (201) herum vorgesehen ist;

einem Induktionsschutzelement (203), das aus einer elektrisch leitfähigen Harzschicht hergestellt ist, die einen spezifischen Durchgangswiderstand von 10&supmin;³ bis 10&supmin;&sup5; Ω cm aufweist, das vorgesehen ist, um zumindest eine Seitenwand der Leiter (201) abzudecken; und

einem abdeckenden Isolationselement (206) das vorgesehen ist, um das Induktionsschutzelement (203) abzudecken,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Isolationsschicht (202) die Leiter voneinander elektrisch isoliert; und

das Induktionsschutzelement (203) zumindest zwischen den benachbarten Seitenwänden von jedem Paar der benachbarten isolierten flachen Leiter angeordnet ist.

2. Abschirmkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitfähige Harzschicht eine aus der Dampfphase gewachsene Kohlenstoffphase und eine graphitisierte Kohlenstoffaser einschließt, die aus der Dampfphase gewachsenen Kohlenstoffaser besteht.

3. Abschirmkabel nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Abschirmeinrichtung (205) zum Abschirmen des Abschirmkabels gegenüber einer elektromagnetischen Störung, um die Peripherie des Induktionsschutzelementes (203) abzudecken.

4. Abschirmkabel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Draindraht (204) angeordnet ist, um elektrisch mit dem Induktionsschutzelement (203) an dem mittleren Bereich des Abschirmkabels parallel zu den Leitern (201) elektrisch in Kontakt befindlich zu sein.

5. Abschirmkabel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Draindraht (204) im Querschnitt rechteckig geformt ist.

6. Abschirmkabel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Breite zur Dicke des Draindrahtes (204) nicht weniger als list.

7. Abschirmkabel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter (201) einen rechteckig geformten Querschnitt mit einem Verhältnis der Breite zur Dicke haben, das nicht weniger als list.