DE10103367A1 - Verfahren zum Herstellen von Flachbandkabeln - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen von Flachbandkabeln mit voneinander beabstandet parallel zueinander angeordneten und in Isoliermaterial eingebetteten elektrischen Leitern, wobei bandförmige Leiter voneinander beabstandet in eine ebene unter Ausbildung von zwei Oberflächenseiten geführt werden und die Oberflächenseiten mit Isolierschichten auf Basis thermoplastischer Kunststoffe versehen werden, wobei mindestens eine der die Oberflächenseiten bedeckenden Isolierschichten durch Extrusionsbeschichtung einer thermoplastischen Kunststoffschmelze erzeugt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen von Flachbandkabeln mit voneinander beabstandet parallel zueinander angeordneten und in Isoliermaterial eingebetteten elektrischen Leitern, wobei bandförmige Leiter voneinander beabstandet in eine Ebene unter Ausbildung von zwei Oberflächenseiten geführt werden und die Oberflächenseiten mit Isolierschichten auf Basis thermoplastischer Kunststoffe versehen werden, sowie ein hiernach hergestelltes Flachbandkabel.

Flachbandkabel werden umfangreich in der Elektronikindustrie, Computerindustrie und beispielsweise bei Produkten, wo wenig Raum zur Verfügung steht, wie beispielsweise Kraftfahrzeugen, Flugzeugen eingesetzt. Eine übliche Methode ist die Herstellung der Flachbandkabel durch Extrusion, wobei endlose Leiter durch eine Düse hindurchgeführt und von der extrudierten Kunststoffschmelze ummantelt werden. Diese Flachbandkabel werden als Flat Extruded Cable (FEC) bezeichnet.

Eine weitere Methode ist das Herstellen von Flachbandkabeln durch Einlaminieren zwischen zwei Kunststoffilmen aus einem thermostabilen thermoplastischen Kunststoff, wobei als Einbettungsschicht eine Kleberschicht zwischen den beiden Kunststoffolien vorgesehen ist, in welche die Leiter eingebettet werden. Letztere Flachbandkabel werden auch als Flexible Flat Cable (FFC) bezeichnet.

Zum Stand der Technik wird beispielsweise auf die US 5,917,154, US 3,833,443, WO 87/06760, WO 98/52199 und EP 0 675 576 verwiesen.

Die Flachbandkabel müssen die Anforderungen an Temperaturbeständigkeit, Hydrolysebeständigkeit, geringe Schrumpfung, gute Verarbeitbarkeit, einfaches Herstellen von Kontakten und Anschlüssen erfüllen.

Bei den aus Kunststoffolien unter Einsatz einer Kleberschicht laminierten Flachbandkabeln FFC kann sich die Kleberschicht als problematisch erweisen, da sie im Bereich der Kontaktierungsstellen entfernt werden muß. Auch neigen die Laminatfolien bei hohen Temperaturen zum Delaminieren, wie sie beispielsweise in Kraftfahrzeugen im Sommer im Motor und Dachbereich auftreten können.

Bei extrudierten Flachbandkabeln FEC besteht die Neigung, daß die Leiter bei der Herstellung wandern und somit Ungenauigkeiten in der Kabelführung vorhanden sind. Darüber hinaus sind der Dicke der extrudierten Isolierschicht Grenzen nach unten gesetzt, so daß Flachbandkabel FEC in der Regel dicker sind als Flachbandkabel FFC, die durch Laminierung entstanden sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein wirtschaftliches Verfahren zum Herstellen von Flachbandkabeln zu schaffen, das mit hoher Produktionsgeschwindigkeit und Genauigkeit arbeitet und bei dem zugleich die Gesamtdicken der Isolierschichten gegenüber extrudierten Flachbandkabeln verringert werden können. Darüber hinaus liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, auch Flachbandkabel mit geringeren Dicken als extrudierte Flachbandkabel zu schaffen, die ohne Kleberschichten auskommen. Ein weiteres Anliegen ist es, Flachbandkabel in der Weise herzustellen, daß für die Kontaktierung und Anschlußstellen keine Reinigung der freizulegenden Leiterenden erforderlich ist.

Diese Aufgabe wird gemäß dem Vorschlag der Erfindung mit einem Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen von Flachbandkabeln dadurch gelöst, daß mindestens eine der die Oberflächenseiten bedeckenden Isolierschichten durch Extrusionsbeschichtung einer thermoplastischen Kunststoffschmelze erzeugt wird. Erfindungsgemäß wird das Extrusionsbeschichtungsverfahren, wie es für die Herstellung von Extrusionsbeschichtungen bekannt ist, erstmalig für die Herstellung von Flachbandkabeln eingesetzt. Die thermoplastische Kunst­ stoffschmelze wird über eine Breitschlitzdüse extrudiert und der aus der Düse austretende Schmelzefilm, der in der Regel sehr niedrig viskos ist, wird durch entsprechende Geschwindigkeitsdifferenzen zwischen dem Düsenaustritt und der Oberfläche der Walze/Kühlwalze, auf die der Schmelzefilm aufgebracht wird, ausgezogen, d. h. auf eine geringe Dicke gebracht. So ist es möglich, Flachbandfolien mit auf den Leiterseiten aufliegenden Isolierschichten von kleiner 100 µm bis herab zu 60 µm oder weniger herzustellen.

Vorteilhafte Varianten und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den kennzeichnenden Merkmalen der Unteransprüche entnehmbar.

Es werden auch Flachbandkabel, hergestellt nach dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren beansprucht.

Als thermoplastische Kunststoffe für die Isolierschichten kommen insbesondere hochtemperaturbeständige thermoplastische Kunststoffe in Frage, wie hochfeste Polyamide, hochfeste Polyester, PVC, thermoplastisches Polyurethan, Polyolefine, Polyimide, vernetzbare thermoplastische Kunststoffe, fluorhaltige thermoplastische Polymere, lineare (halb)aromatische Polyester, lineare Polyarylen-Oxide, -Sulfide und -Sulfone, Ethylen-Vinylacetat-Copolymere, Ethylen-alkyl(meth)acrylat-Co- und Terpolymere, wobei diese einzeln oder in verträglichen Abmischungen gegebenenfalls auch nach anschließender Vernetzung eingesetzt werden können.

Das erfindungsgemäße Verfahren unter Anwendung der Extrusions­ beschichtung und des Chill-Roll-Verfahrens kann in der Weise ausgeübt werden, daß entweder beide Oberflächenseiten der bandförmigen, sich in einer Ebene befindenden Leiter mit einer Isolierschicht durch Extrusionsbeschichtung versehen werden oder nur eine der beiden Isolierschichten in dieser Weise erzeugt wird, während die zweite Isolierschicht aus einer vorgefertigten thermoplastischen Kunststoffolie besteht. Hierbei kann die vorgefertigte thermoplastische Kunststoffolie sowohl eine extrudierte Flachfolie oder eine kalandrierte Folie sein, die jedoch zum Herstellen des Verbundes in vorgefertigter Form vorliegt.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es des weiteren, die Isolierschichten für die Oberflächenseiten nicht nur einschichtig, sondern auch zwei- oder mehrschichtig auszubilden, wobei es von besonderem Vorteil ist, daß im Zuge der Extrusionsbeschichtung die Isolierschicht unmittelbar in der gewünschten Mehrschichtigkeit koextrudiert werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, einen entsprechenden Aufbau eines Flachbandkabels mit inneren Einbettungsschichten und äußeren hochtemperaturbeständigen Schichten in der gewünschten Qualität und wirtschaftlichen Weise herzustellen.

Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet, Flachbandkabel in Folienbreiten von 1 m und mehr kontinuierlich herzustellen, wobei Produktions­ geschwindigkeiten von 100 m/min. und mehr möglich sind.

Die erfindungsgemäße Anwendung der Extrusionsbeschichtung ermöglicht ein vollständiges Einbetten der Leiter in die Isoliermaterialien, wobei problemlos der gewünschte haftfeste homogene Verbund sowohl zwischen zwei durch Extrusionsbeschichtung hergestellten Isolierschichten als auch zwischen einer vorgefertigten thermoplastischen Kunststoffolie und einer durch Extrusionsbeschichtung hergestellten Isolierschicht erzeugt wird. Je nach Anforderungen können Flachbandkabel mit der gewünschten Anzahl von Leitern in den gewünschten Breiten hergestellt werden, wobei die mögliche Produktionsbreite von Flachbandkabelfolien die Parallelfertigung mehrerer Flachbandkabel in einer Folie ermöglicht, die durch Aufschneiden parallel zu den Leitern in eine entsprechende Anzahl von Flachkabeln der gewünschten Ausstattung aufgeteilt werden.

Die Erfindung ermöglicht, Flachbandkabel sehr geringer Gesamtdicken bis herab zu 120 µm zu erzeugen.

Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet, eine Vielzahl unterschiedlich ausgerüsteter Flachbandkabel sowohl in bezug auf die Anzahl der Leiter, die Leiterquerschnitte und die Isolierschichten herzustellen.

Sofern Haftvermittlerschichten erwünscht sind, kommen hier insbesondere thermoplastisch verarbeitbare Materialien wie Ethylen, Copolymere wie Ethylen-Vinylacetat-Copolymere, Co- und Terpolymere mit Acryl-Comono­ meren, wie Ethylen-Butylacrylat-Copolymere, Ethylen-Acrylsäure-Copolymere, Styrolpolymere, Polyesterschmelzkleber, Acrylate und Metacrylate in Frage. Bevorzugt sind solche thermoplastischen Haftvermittler, die sich ebenfalls durch Extrusionsbeschichtung auftragen lassen.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen, dargestellt in der Zeichnung, näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematische Darstellung des Herstellens von Flachbandkabeln nach dem Chill-Roll-Verfahren,

Fig. 2 schematische Ansicht auf die Flachbandkabelfolie in Richtung C nach Fig. 1,

Fig. 3 der schematische Querschnitt durch die Flachbandkabelfolie gemäß Schnitt AA nach Fig. 2,

Fig. 4 schematische Darstellung zum Herstellen einer Flachband­ kabelfolie in Kombination mit Chill-Roll-Verfahren und Laminat,

Fig. 5 eine weitere Variation der Kombination von Extrusions­ beschichtung und Laminat zum Herstellen einer Flachband­ kabelfolie,

Fig. 6 der Querschnitt durch eine Flachbandkabelfolie, hergestellt nach dem Verfahren nach Fig. 4 oder 5,

Fig. 7 eine weitere Variante der Herstellung einer Flachbandkabelfolie unter Einsatz der Extrusionsbeschichtung.

In der Fig. 1 ist das Verfahren zum Herstellen von Flachbandkabeln mittels zweier in situ hergestellter Isolierschichten durch Extrusionsbeschichtung aus einer thermoplastischen Kunststoffschmelze schematisch dargestellt.

Bandförmige elektrische Leiter 2, beispielsweise mit sehr flachem rechteckförmigem Querschnitt, beispielsweise aus Kupfer, werden in Pfeilrichtung kommend von entsprechenden Spulen abgezogen und in eine Ebene geführt, in der sie voneinander beabstandet parallel verlaufen, wobei die Anordnung der Leiter 2 sich nach der gewünschten Ausführung der herzustellenden Flachbandkabel richtet. Die Leiter 2 werden einem von zwei Walzen 8a, 8b gebildeten Walzenspalt S zugeführt. Jeder Walze 8a bzw. 8b ist voraneilend dem Walzenspalt S ein Extruder 6 mit Breitschlitzdüse 61 bzw. 7, 71 zugeordnet, aus der die thermoplastische Schmelze 3 bzw. 4 austritt und auf die Walzenoberfläche 8a bzw. 8b geführt wird. Die Walzen 8a bzw. 8b haben in Pfeilrichtung D1 eine höhere Geschwindigkeit als die Extrusionsgeschwindigkeit der Schmelzen 3, 4, so daß entsprechend der Geschwindigkeitsdifferenz die Kunststoffschmelze ausgezogen und auf die gewünschte Dicke der Isolierschicht gebracht wird. In dem Walzenspalt S werden die Kunststoffschmelzen 3, 4 mit den Leitern 2 zusammengebracht und die Leiter 2 in die durch die Kunststoffschmelzen 3, 4 ausgebildeten Isolierschichten eingebettet, wie in der Fig. 3 ersichtlich ist. Bei Ausbildung der Isolierschichten 3, 4 aus dem gleichen Material entsteht eine homogene Isolierung. Die Breite der gebildeten Flachbandkabelfolie 10 richtet sich nach der Walzenbreite und der Düsenbreite und kann 1 m und mehr betragen. Wie aus der Draufsicht nach Fig. 2 ersichtlich, können eine Vielzahl von elektrischen Leitern 2, beispielsweise Kupferbändern in den gewünschten Abständen, parallel zueinander in die thermoplastischen Kunststoffschmelzen eingebettet sein und somit gleichzeitig eine Vielzahl von Flachbandkabeln 1.1, 1.2, 1.3 in dem gewünschten Aufbau durch Aufschneiden der Flachband­ kabelfolie 10 parallel zu den Leitern 2 gemäß den Trennschnitten 5 erzeugt werden.

In der Fig. 4 ist eine weitere Möglichkeit der Herstellung von Flachbandkabelfolien dargestellt, wobei wiederum ein Walzenspalt S zwischen zwei Walzen 8a, 8b gebildet wird, in welchen die in einer Ebene parallel zueinander beabstandet geführten Leiter 2 hineinlaufen. Über eine der Walzen 8b wird eine thermoplastische Kunststoffolie 4a, die vorgefertigt ist, beispielsweise durch Kalandrieren oder Extrusion dem Walzenspalt zugeführt. Über die andere Walze 8a wird voraneilend dem Walzenspalt S wiederum, wie bereits bei Fig. 1 beschrieben, mittel des Extruders 6 und der Breitschlitzdüse 61 eine thermoplastische Kunststoffschmelze 3 auf die Walzenoberfläche 8a aufgebracht und nach dem sogenannten Chill-Roll-Verfahren zu der gewünschten Folie und Foliendicke ausgezogen. Die vorgefertigte Kunststoffolie 4a, die Leiter 2 und die durch Extrusionsbeschichtung auf der Walze 8a aufliegende Kunststoffschmelze werden im Walzenspalt S zusammengeführt und zu der Flachbandkabelfolie 10 vereinigt. Dem von den Walzen 8a, 8b gebildeten Walzenspalt können weitere Kühlwalzen und Abzugswalzen nachgeordnet sein, ebenso auch Glätteinrichtungen. Auch die in der Fig. 1 nur schematisch dargestellte Anordnung zum Herstellen der durch Extrusionsbeschichtung im Chill-Roll-Verfahren hergestellten Flachbandkabelfolie 10 kann durch eine entsprechende zusätzliche Anordnung von nachgeordneten Kühlwalzen, Umlenkwalzen, Glättwalzen usw. ergänzt werden.

Darüber hinaus ist es möglich, die so hergestellte Flachbandkabelfolie anschließend zu tempern, um eine entsprechende Schrumpfneigung zu verringern.

Anstelle der Ausbildung eines Walzenspaltes ist es auch möglich, wie beispielhaft und schematisch in der Fig. 5 dargestellt, eine Isolierschicht in Gestalt einer Kunststoffolie 4a über eine Walze 8a einem gedachten Walzenspalt zuzuführen und auf diese Kunststoffolie 4a die in einer Ebene parallel beabstandet geführten Leiter 2 aufzulegen. Danach kann dann die noch freie Oberflächenseite der Leiter mit einer durch Extrusionsbeschichtung mittels eines Extruders 6 und Breitschlitzdüse 61 hergestellten Isolierschicht 3 abgedeckt werden und die Extrusionsschicht 3, die Leiter 2 und die Kunststoffolie 4a durch weitere Führung über eine Walze 9a zu der Flachbandkabelfolie 10 vereinigt und abgezogen werden.

Gemäß den Fertigungsverfahren der Fig. 4 und 5 unter Einsatz einer vorgefertigten Kunststoffolie entsteht eine Flachbandkabelfolie 10, bei der die Leiter 2 auf der vorgefertigten Folie 4a als erster Isolierschicht aufliegen und die durch die Extrusionsbeschichtung aufgebrachte Kunststoffschmelze als zweite Isolierschicht 3 die Leiter 2 überdeckt und wie in Fig. 6 dargestellt sich mit der ersten Isolierschicht 4a verbindet. Auch diese Flachbandkabelfolie 10 kann eine beliebige Anordnung von Leitern 2 innerhalb der Isolierschichten 3, 4a aufweisen und durch entsprechende Trennschnitte 5 in einzelne Flachbandkabel aufgeteilt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht hohe Produktions­ geschwindigkeiten, geringe Dicken der Isolierschichten und genaue Einlagerung und Einbettung der Leiter.

In der Fig. 7 ist nur beispielhaft dargestellt, wie beispielsweise in Kombination mit dem in der Fig. 5 dargestellten Verfahren die Kunststoffolie 4a beispielsweise durch eine vorangehende Chill-Roll-Anlage als Flachfolie ebenfalls durch Extrusionsbeschichtung einer Walze 8a erzeugt werden kann. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß thermoplastische Kunststoffe für die Isolierschichten bzw. die an den elektrischen Leitern, insbesondere Kupferleitern anliegenden Isolierschichten möglichst keine Verbindung mit dem elektrischen Leiter, insbesondere dem Kupfer eingehen, so daß die Anschlußstellen für die Kontakte bei Entfernung der Isolierschicht sofort sauber sind und keiner zusätzlichen Bearbeitung bedürfen.

Claims (12)

1. Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen von Flachbandkabeln mit voneinander beabstandet parallel zueinander angeordneten und in Isoliermaterial eingebetteten elektrischen Leitern, wobei bandförmige Leiter voneinander beabstandet in eine Ebene unter Ausbildung von zwei Oberflächenseiten geführt werden und die Oberflächenseiten mit Isolierschichten auf Basis thermoplastischer Kunststoffe versehen werden, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der die Oberflächenseiten bedeckenden Isolierschichten durch Extrusionsbeschichtung einer thermoplastischen Kunststoffschmelze erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der die Oberflächenseiten bildenden Isolierschichten in Form einer vorgefertigten Kunststoffolie aufgebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der die Oberflächenseiten bedeckenden Isolierschichten ein-, zwei- oder mehrschichtig aufgebaut ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in eine Ebene geführten Leiter in einen zwischen zwei Walzen gebildeten Spalt eingeführt werden und auf jede Walze vor dem Spalt eine thermoplastische Kunststoffschmelze aus einer Breitschlitzdüse zu einer Isolierschicht extrudiert und aufgetragen wird und die Isolierschichten und die Leiter beim Durchlaufen durch den Spalt zu einer Flachbandkabelfolie vereinigt und abgezogen werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in eine Ebene geführten Leiter auf eine über eine Walze geführte erste Isolierschicht aus einer thermoplastischen Kunststoffolie fortlaufend aufgelegt werden und mit der Kunststoffolie mitbewegt werden und nachfolgend hierauf während des Umlaufens mit der Walze oder einer nachfolgenden Walze eine zweite Isolierschicht in Form einer thermoplastischen Kunststoffschmelze aus einer Breitschlitzdüse fortlaufend aufgetragen und mit der Kunststoffolie und den Leitern zu einer Flachbandkabelfolie vereinigt und abgezogen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in eine Ebene geführten Leiter in einen zwischen zwei Walzen gebildeten Spalt eingeführt werden und über eine Walze dem Spalt als erste Isolierschicht eine Kunststoffolie zugeführt wird und auf die andere Walze vor dem Walzenspalt eine thermoplastische Kunststoffschmelze aus einer Breitschlitzdüse zu einer Isolierschicht extrudiert und aufgetragen wird und die Leiter beim Durchlaufen des Spaltes zu einer Flachbandkabelfolie vereinigt und abgezogen werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Breitschlitzdüsen zwei- oder mehrschichtige Isolierschichten mit einer thermoplastischen Kunststoffschicht als Außenschicht und mit einer den Leitern zugewandten Beschichtung aus einem Haftvermittler koextrudiert werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als thermoplastische Kunststoffe Polyamid, PVC, thermoplastisches Polyurethan, Polyolefine, hochfeste Polyester, Polyimide, vernetzbare thermoplastische Kunststoffe, fluorhaltige thermoplastische Polymere, lineare (halb)aromatische Polyester, lineare Polyarylen-Oxide, -Sulfide und -Sulfone, Ethylen-Vinylacetat-Copolymere, Ethylen-alkyl(meth)acrylat-Co- und Termpolymere eingesetzt werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Haftvermittler Ethylen-Copolymere wie EVA und deren Copolymere, Styrolpolymere, Polyesterschmelzkleber, Acrylate und Metacrylate eingesetzt werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachbandkabelfolie parallel zur Längserstreckung der Leiter in zwei oder mehr Flachbandkabel aufgeschnitten wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Extrudieren erzeugten und durch Extrusionsbeschichtung aufgetragenen Isolierschichten im Kühlrollverfahren mit einer Dicke von 50 bis 100 µm erzeugt werden.

12. Flachbandkabel hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 11.