DE2162511A1

DE2162511A1 - Flachkabel

Info

Publication number: DE2162511A1
Application number: DE19712162511
Authority: DE
Inventors: Homer Ernst Carlisle; Zeil Dale Richard Elizabethtown; Pa. Henschen (V.StA.)
Original assignee: AMP Inc
Current assignee: TE Connectivity Corp
Priority date: 1970-12-17
Filing date: 1971-12-16
Publication date: 1972-07-13
Also published as: AU3702971A; BR7108340D0; ES398017A1; FR2118140A1; JPS5549870A; AT309559B; JPS5717326B2; DE2162511C2; SE386300B; DE2167239C2; SE7605296L; BE776829A; IT944046B; CA940612A; NL7117248A; FR2118140B1; GB1315907A; NL156263B; JPS4712681A; JPS5515810B1

Description

Patentanwalt

MÜNCHEN 71 (Solln)

Franz-Hals-Straße 21

Telefon 796213

AMP 2994 München, 6. Dezember 1971

sch

AMP Incorporated
Eisenhower Boulevard
Harrisburg, Pa., V. St. A.

Flachkabel

Priorität: 17. Dez. 1970; V.St.A.j Nr. 99 194

Die Erfindung bezieht sich auf Flachkabel und Flachkabelanordnungen.

Es sind verschiedene Arten von Flachkabeln bekannt. Beispielsweise ist ein Flachkabel bekannt, das eine Yielzahl von runden Drähten aufweist, die parallel zueinander angeordnet und in einem geeigneten Dielektrikum eingebettet sind. Flachkabel können auch eine Yielzahl von flachen bandähnlichen Leitern aufweisen, die ebenfalls parallel zueinander angeordnet und in ein Dielektrikum eingebettet sind.

Ein wichtiger Gesichtspunkt bei der Konstruktion von Flachkabeln ist die steuerung der Kabelimpedanz. Versuche zur Schaffung einer geeigneten Impedanzsteuerung bekannter Flachkabel sind nicht zufriedenstellend gewesen. Bei einem in dem JS-Patent g 179 904 beschriebenen Flachkabel sind runde Leitungsdrähte so Seite an Seite angeordnet, daß jeweils ein Erdung3leiter neben einem Signalleilßr liegt. Bei einer sol-

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BAD ORIGINAL

Bayerische Vercinsbaiik Miinrhan fi209iö
I'ostBtiietk 54782

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chen Anordnung beschränkt sich die Steuerung der Kabelimpedanz darauf, den,Abstand zwischen den Leitern zu verän-· dem und/oder das Dielektrikum zu verändern. Wenn dieses Kabel einen Widerstand von 125·/ w- haben soll, wie er für viele Anwendungszwecke erforderlich ist, müssen die Drähte in bezug auf ihre Abstände groß sein. Zum Beispiel ist es üblich, daß derartige Kabel, wenn sie für Widerstände im Verwendungsbereich von 125 -Π_ oder weniger ausgelegt sind, einen Leitungsdraht mit einem Durchmesser von 3»175 ^m auf Leiterseelen von 0,635 mm besitzen. Bei einer derartigen Konfiguration ergeben sich Anschlußprobleme aufgrund des verhältnismäßig kleinen Abstandes zwischen benachbarten Leitern. Eine Änderung des dielektrischen Materials zur Schaffung eines Kabels mit einem Widerstand von 125-^- oder weniger bedeutet einen hohen Kostenanstieg bei der Fertigung des Kabels.

In dem genannten US-Patent 3 179 904 ist ein zweites Flachkabel beschrieben, bei dem wiederum runde Drähte als Signalleiter verwendet werden. Bei diesem Kabel ist eine Reihe von parallelen benachbarten runden Signalleitern in einer ersten Ebene angeordnet, während eine Erdungsebene in einer zweiten Ebene den Signalleitern gegenüber angeordnet ist. Obwohl vom Gesichtspunkt der Impedanzsteuerung diese Kabelkonstruktion eine Verbesserung der vorher beschriebenen Anordnung, bei der jeweils ein Erdungs- und ein Signalleiter aufeinanderfolgend angeordnet sind, darstellt, ist für die Steuerung der Impedanz im gewünschten Bereich von 125-Π- eine genaue Überwachung der Abstände zwischen den Signalleitern und der Erdungsebene sowie der dielektrischen Konstante des Dielektrikums erforderlich. Beim Anschließen eines derartigen Kabels muß außerdem die Erdungsebene zurückgeschoben werden, wodurch sich gewisse Fertigungssohwierigkeiten ergeben.

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Ein weiteres in dem genannten US-Patent 3 179 904 beschriebenes Flachkabel weist eine Vielzahl von flachen bandähnlichen Leitern auf, die parallel zueinander so angeordnet sind, daß jeweils ein Erdungsleiter und ein Signalleiter aufeinanderfolgen. Derartige Kabel besitzen im allgemeinen Impedanzen im Bereich von 110 bis 120 -12- . Infolge der Beschränkungen der Kabelabmessungen, die sich wiederum durch Beschränkungen infolge der Ausrüstung ergeben, mit der das Kabel häufig benutzt wird, besteht keine Möglichkeit, diese Impedanz wesentlich zu verändern. Obwohl die Impedanz für manche Verwendungszwecke im Gebrauchsbereich liegen mag, ist die Schirmwirkung des Kabels sehr schlecht, und daher wirkt sich das Übersprechen zwischen Kabeln außerordentlich störend aus. Obwohl das Übersprechen in gewissem Maß dadurch verringert werden kann, daß übereinandergestapelte Kabel versetzt angeordnet werden, wie es in dem genannten US-Patent beschrieben ist, bildet das verbleibende Übersprechen immer noch ein Problem.

In dem US-Patent 3 459 879 ist eine Vielzahl von flachen bandähnlichen Signalleitern offenbart, die in einer ersten Ebene angeordnet sind, wobei eine Erdungsebene in einer zweiten Ebene gegenüber den Signalleitern liegt. Die Impedanz eines derartigen Kabels ist auf einen so niedrigen Wert reduziert, daß sie für die Verwendung mit vielen Ausrüstungsarten zu niedrig ist. Wenn diese Kabel, wie es häufig der Pail ist, übereinandergestapelt werden, werden die Signalleiter zwischen zwei Erdungsebenen eingeschlossen, und auf diese Weise kann die Impedanz einen Wert von 20-^- oder weniger annehmen, wodurch sich eine übermäßig hohe Belastung der Antriebsstromkreise ergibt. Man hat versucht, dieses Problem der niedrigen Impedanz dadurch zu lösen, daß man die Breite der Signalleiter verringert hat. Obwohl dies zu einer Erhöhung der Kabelimpedanz führt, ist diese Erhöhung häufig für die für die Ausrüstung anzuwendenden Kriterien nicht ausreichend. Wenn die Breite der Signalleiter verringert wird,

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ergibt sich auch eine wesentliche Verringerung der Strombelastbarkeit der Leiter. Da außerdem die Signalleiter sehr dünn sind und/oder das Dielektrikum verhältnismäßig dick ist, resultiert ein Biegen des Kabels in einem Bruch der Signalleiter infolge des stark vergrößerten Umfangsweges, den der Signalleiter nimmt. Außerdem ergeben sich durch ein starkes Dielektrikum sehr steife Kabel, wodurch die Verwendung der Kabel in bestimmten physikalischen Umgebungen nicht möglich ist.

Bei Flachkabeln wie den oben beschriebenen stellt das Anschließen des Kabels häufig ein Problem dar. In der deutschen Patentanmeldung P 21 34 319.1 der Anmelderin ist ein Anschlußverbinder beschrieben, der durch die Isolation eines Flachkabels eingeführt wird und mit jedem Signalleiter Kontakt bildet. Eine Übergangszone auf der Abschirmung weist kein elektrisch leitendes Material auf, so daß der Verbinderkontakt durch diese Zone eingeführt werden und mit dem Signalleiter Kontakt bilden kann, ohne mit der Abschirmung in Kontakt zu gelangen. Ein Problem bei einer derartigen Anschlußtechnik ergibt sich dadurch, daß durch die Abwesenheit von Abschirmmaterial im Bereich der AnsQhlußverbindung häufig die Kabelimpedanz am Anschlußbereich sich wesentlich verändert, wodurch sich eine untragbare Impedanzfehlanpassung zwischen dem Kabel und dem Verbinder ergibt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Flachkabel zu schaffen, dessen Impedanz in einfacher Weise gewählt wird und bei dem sich aus Impedanzfehlanpassungen ergebende Probleme in einfacher Weise gelöst werden können, wenn das Flachkabel mit einem Verbinder zusammengefügt ist.

Ein Flachkabel, bestehend aus einer Vielsahl von im Abstand voneinander parallel zueinander in der gleichen Ebene liegenden Signalleitern, einer flachen Abschirmung au£5 elektrisch

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leitendem Material, die in einer zur Ebene der Signalleiter parallelen Ebene, jedooh im Abstand von dieser liegt, und aus einem Dielektrikum in dem Zwischenraum zwischen den Signalleitern und der Abschirmung, kennzeichnet sich gemäß der Erfindung dadurch, daß in der Abschirmung längliche Schlitze ausgebildet sind und daß jeder Schlitz gegenüber einem Signalleiter ausgebildet ist und sich parallel zur Länge des Signalleiters erstreckt.

Auf diese Weise wird der kapazitive Widerstand zwischen jedem Signalleiter und der Abschirmung sowie einem in dem Zwischenraum zwischen den Signalleitern und der Abschirmung vorgesehenen Dielektrikum verringert.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, daß die Abschirmung eine sich quer zu den Signalleitern erstreckende Öffnung in der Nähe jedes Endes des Kabels, jedooh im Abstand von demselben, aufweist, wobei jeder Signalleiter in eine über der Öffnung liegende Kontaktzunge ausläuft, und daß sich zwischen benachbarten Zungen von der Abschirmung über die Öffnung Verbindungsstreifen erstrecken.

Die Erfindung bezieht sich auch auf Flachkabelanordnungen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von AusführungBbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Von den Figuren zeigen:

Figur 1 eine Draufsicht auf ein Ende eines Flachkabels;

Figur 2 eine vergrößerte Draufsicht auf einen Teil des Kabels von Figur 1;

Figur 2 einen Querschnitt entlang der Linie III-III von Figur 2;

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Figur 4 einen Querschnitt durch eine Anordnung von zwei Flachkabeln, die um einen halben Abstand versetzt sind;

Figur 5 eine perspektivische Teildarstellung einer Anschlußklemme, die mit einem Leiter des Flachkabels von Figur 1 verbunden ist;

Figur 6 einen Querschnitt entlang der Linie VI-VI von Figur 5; und

Figur 7 einen Querschnitt einer abgewandelten Ausführungsform einer aus zwei Flachkabeln bestehenden Anordnung.

Ein aus flexiblen Leitern bestehendes Kabel 10 weist eine Vielzahl.von im Abstand voneinander liegenden parallelen flachen bandähnlichen Signalleitern 12 auf, die in einer einzigen Ebene angeordnet sind und von denen jeder in eine Kontaktzunge 11 ausläuft.

Eine Erdungsebene oder eine flache Abschirmung 16 aus elektrisch leitendem Material liegt in einer parallel zur Ebene der Signalleiter 12 verlaufenden Ebene, jedoch im Abstand von den Signalleitern 12. Die Leiter 12 sind von der Abschirmung 16 durch ein Dielektrikum 13 aus geeignetem Isoliermaterial, z. B. Polyethylenterephthalat, getrennt. Das Dielektrikum 13 ist durchsichtig und ist nur in dem Querschnitt von Figur 3 zu sehen. Zwei aus/dem gleichen Isolationsmaterial bestehende Abdeckungen 14 und 15 schließen die Leiter 12, die Abschirmung 16 und das Dielektrikum 13 ein.

Die Abschirmung 16 ist mit langgestreckten Schlitzen 18 versehen, die frei von elektrisch leitendem Material sind. Ein Schlitz 18 ist gegenüber jedem der Signalleiter 12 angeordnet und erstreckt sich im wesentlichen über die Länge des Signalleiters 12. Duroh wahlweise Veränderung der Breite der

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Schlitze 18 kann der kapazitive Widerstand zwischen den Signalleitern 12 und der Abschirmung 16 verändert werden, ohne daß die Stärke des Dielektrikums 13 oder die dielektrische Konstante dieses Materials verändert werden müßten.

Zum Ausgleich für die geringe Herabsetzung der Abschirmwirkung infolge des Entfernens von Abschirmmaterial werden übereinanderliegend^ Kabel in der in Figur 4 gezeigten Weise angeordnet. Wenn die Kabel übereinanderliegend angeordnet sind, sind sie in bezug aufeinander so versetzt, daß ein Teil der Abschirmung 16 zwischen Schlitzen 18 des einen Kabels mit jedem Signalleiter 12 des anderen Kabels fluchtet.

Eine andere Technik zur Schaffung von Isolation zwischen übereinanderliegenden Kabeln 10, 10' ist in Figur 7 dargestellt. Die Kabel 10, 10* sind durch eine dünne Schicht von Dielektrikum 42, ζ. B. Schaumstoff wie Polyvinylschaum, voneinander getrennt. Eine weitere Technik zum Herabsetzen des ÜberSprechens zwischen übereinanderliegenden Kabeln besteht darin, die versetzt angeordneten Kabel gemäß Figur 4 durch eine Lage von Schaumstoff gemäß Figur 7 voneinander zu trennen.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird nicht nur die Kabelimpedanz über einen weiten Wertebereich wirksam gesteuert, sondern die Kabelflexibilität wird ebenfalls sehr erhöht. In bezug auf die Steuerung der Impedanz veranschaulicht die Tabelle I einige experimentell bestimmte Impedanzwerte für ein Kabel mit Signalleitern 12 einer Breite von 0,508 mm, die mittig über Schlitzen 18 unterschiedlicher Breiten liegen.

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Tabelle

Kabelimpedanz in J'l

Breite der Schlitze
der Abschirmung
in mm

Breite der Abschirmung zwischen Schlitzen in mm

50

100

125

0,508
1,016
1,524
2,032

2,032 1,524 1,016 0,508

Obwohl die Werte der Tabelle I der Situation entsprechen, in der die Signalleiter 12 mittig über den Schlitzen 18 in der
Abschirmung 16 liegen, ist die Deckung des Signalleiters 12
mit der Mitte des Schlitzes 18 nicht kritisch. Ein Verschieben eines Signalleiters 12 von der Mittellinie bringt den Leiter nur näher zu einem Teil der Abschirmung 16 an einer Seite des Signalleiters 12 und führt ihn weiter weg von einem Teil der Abschirmung 16 an der gegenüberliegenden Seite. Dies hat auf die Kabelimpedanz eine Kompensationswirkung.

Es wird nicht nur die Flexibilität des Kabels erhöht; da
die Signalleiter 12 das Abschirmmaterial zwischen den Schlitzen 18 nicht überlappen, verformt sich das Dielektrikum 13
zur Entlastung des Signalleiters 12, wenn das Kabel 10 umgebogen und umgefaltet wird.

An jedem Ende des Kabels 10 ist die Abschirmung 16 mit einer in Querrichtung verlaufenden Öffnung 24 ausgebildet, die im
wesentlichen frei von leitendem Material ist. Die Öffnung 24 ist vorgesehen zur Erleichterung der Montage des Kabels 10

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mit einer Anschlußklemme. Die Öffnung 24 erstreckt sich nur teilweise über das Kabel, so daß ein einzelner Kontakt den Abschirmstromkreis durch den Verbinder übertragen kann. Der Abschirmkreis führt durch die Anschlußklemme, wenn ein einzelner Kontakt mit einem hinter der Öffnung 24 liegenden Abschnitt 27 tier Abschirmung verbunden ist. Der Abschnitt 27 ist mit sämtlichen Abschirmleitern durch einen Verbindungsstreifen 29 verbunden.

Das Vorhandensein der im wesentlichen kein leitendes Material aufweisenden Öffnung 24 verringert den kapazitiven Widerstand des Kabels in diesem Bereich. Der kapazitive Widerstand in diesem Bereich kann so bedeutend unter den des Hauptteils des Kabels fallen, daß sich eine untragbare Impedanzfehlanpassung zwischen dem Kabel und dem Verbinder ergibt. Es wird daher erforderlich, den kapazitiven Widerstand der Öffnung zu erhöhen, ohne die Benutzung eines Anschlußverbinders, wie er in der deutschen Patentanmeldung P 21 34 319.1 beschrieben ist, zu verhindern.

Zu diesem Zweck sind Verbindungsstreifen 26 aus leitendem Material an beiden Seiten jeder Zunge 11 der Signalleiter 12 vorgesehen, die sich von der Abschirmung 16 über die Öffnung 24 erstrecken. Die Streifen 26 bewirken eine Erhöhung des kapazitiven Widerstandes der Öffnung und bewirken dadurch eine Impedanzanpassung zwischen dem Kabel und dem Verbinder.

Die Breite jedes Verbindungsstreifens 26 und der Abstand zwischen benachbarten Streifen 26 ist hinreichend groß, so daß das Einführen eines Kontaktelements 28 möglich ist, der au

Leitern

den 12 angreift, jedoch nicht an dem leitenden Material der Abschirmung 16 angreift (vgl. Figuren 5 und 6). Einer oder mehrere (nicht gezeigte) Kontakte können auch an dem Verbindungastreifen 29 angreifen, so daß der AbBchirmkreis durch den Verbinder geleitet wird. Wenn ein Kontakt

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mit jedem Abschnitt der Abschirmung 16 zwischen den Schlitzen 18 gekoppelt ist, ist zwischen jedem Paar von Signalleitern 12 ein Abschirmelement angeordnet. Bei Hochfrequenz-Verwendungszwecken ist eine solche Konfiguration wünschenswert.

Die Kontakte 28 bilden den Gegenstand der genannten deutschen Patentanmeldung der Anmelderin und sind besonders geeignet zur Verwendung mit dem erfindungsgemäßen Kabel. Ein derartiger Kontakt weist einen länglichen Bodenteil 30 mit einem Vorderende 32 und einem Hinterende 34 auf. Die Breite des Bodens ist im wesentlichen die gleiche wie diejenige der Zungen 11. Seitenwände 36 erstrecken sich von den Längskanten des Hinterendes 34 des Bodenteils 30. Die Seitenwände 36 bilden Anquetschmittel zur Herstellung von elektrischem Kontakt niit einem leiter 12 des Kabels, wie es in der deutschen Patentanmeldung P 16 15 654.0 der Anmelderin ausführlich beschrieben ist. Insbesondere werden die Kanten der Seitenwände durch die Isolation jeder Seite eines Leiters gedrückt, und dann werden die Seitenwände 36 nach innen und oben umgeschlagen, bis sie den Leiter zwischen ihren Kanten und den oberen Rändern von in dem Bodenteil 30 vorgesehenen lanzettenartigen Vorsprüngen 40 ergreifen.

Es ist ein Vorteil der beschriebenen Ausführungsform eines Flachkabels, daß dadurch ein einfacher Weg zur Wahl der Kabelimpedanz über einen großen Impedanzwertbereich geschaffen wird, indem selektiv Abschirmraaterial entfernt wird, um den kapazitiven Widerstand zwischen dem Signalleiter und der Abschirmung zu verringern.

Ein weiterer Vorteil des beschriebenen Flachkabels besteht darin, daß Probleme der Impedanzfehlanpassung in einfacher Weise duroh das Vorhandensein der öffnungen 24 und der Verbindungsstreifen 26 gelöst werden können.

Patentansprüche ι 209829/0533

Claims

AMP 2994 * Patentansprüche

1.!Flachkabel, bestehend aus einer Vielzahl von im Abstand neinander parallel zueinander in der gleichen Ebene liegenden Signalleitern, einer flachen Abschirmung aus elektrisch leitendem Material, die in einer zur Ebene der Signalleiter parallelen Ebene, jedoch im Abstand von dieser liegt, und aus einem Dielektrikum in dem Zwischenraum zwischen den Signalleitern und der Abschirmung, dadurch gekennze i chne t , daß in der Abschirmung (16) längliche Schlitze (18) ausgebildet sind und daß jeder Schlitz (18) gegenüber einem Signalleiter (12) ausgebildet ist und sich parallel zur länge des Signalleiters erstreckt.

2. Flachkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Abschirmung (16) eine sich quer zu den Signalleitern (12) erstreckende Öffnung (24) in der Uähe jedes Endes des Kabels (10), jedoch im Abstand von demselben, aufweist, wobei jeder Signalleiter (12) in eine über der Öffiling (24) liegende Kontaktzunge (11) ausläuft, und daß sich zwischen benachbarten Zungen (11) von der Abschirmung (16) über die Öffnung (24) Verbindungsstreifen (26) erstrecken.

3. Flachkabel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen benachbarten Verbindungsstreifen (26) und im Abstand von diesen elektrische Anschlußklemmen (28) an jede Zunge (11) angeq.uetscht sind.

4. Flachkabelanordnung, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen einem ersten Kabel (10) ,gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 und einem benachbarten, im wesentlichen identischen Kabel £.10'), welche in parallelen Ebenen angeordnet sind, eine Schicht Isolatxonsmaterial (42), ζ. Β. Schaumstoff, vorgesehen ist.

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5. Flachkabelanordnung, dadurch gekennzeichnet , daß ein erstes Kabel (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 unmittelbar über einem im wesentlichen identischen Kabel liegt und daß die Signalleiter (12) des ersten Kabels gegenüber dem Abschirmmaterial zwischen benachbarten Schlitzen (18) des zweiten Kabels liegen.

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