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PATENTBESCUREIBUNG
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Elektrische Abschirmung von Kabeln und Leitungen und Verfahren zu
ihrer Herstellung Die Erfindung betrifft eine Abschirmung fiir Kabel und Leittangen
unter Verwendung von neuartigen leitfähigen Folien, welche sowohl bei Kabeln mit
rundem oder angenähert-rundem Querschnitt als auch mit rechteckigem oder länglichem
Querschnitt, z*B.
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Bandkabel, mit Vorteil angewendet werden kann. Weiter betrifft die
Erfindung typische Verfahrensschritte, mittels derer verschiedene Varianten der
erfindungsgemäßen Abschirmung hergestellt bzw. in ein konventionelles Kabel integriert
werden können.
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Bei vielen Kabeln und Leitungen, welche entweder hochfrequente Ströme
oder Signale führen oder in dr Nähe solcher ITF-Kabel liegen1 stellt sich die Forderung,
an die eigentlichen Leiterelemente von einer möglichst leichten, platzsparenden,
billigen und dennoch hochwirksamen elektrischen Abschirmung umgeben sein müssen.
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Weiter kommen häufig noch Randbedingungen hinzu, daß die .Nbschirmung
möglichst flexibel, knick- und bruchfest, wärmebeständig, chemisch inert und gegen
Mikroorganismen resistent sein sollen. Ferner sollen elektrische Abschirmungen sich
gegenüber der Primärisolierung der Leiter neutral verhalten, dh. diese weder chemisch
noch elektrolytisch angreifen noch z.fl. beim Biegen des Kabels sich in diese einschneiden
oder eindrücken. Schließlich sollen die Abschirmungen leicht abzusetzen sein insbesondere
wenn die Konfektionierung, - d.h. Anschluß der Steckverbinder -durch automatische
Geräte erfolgt.
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Es ist zunächst bekannt, die Abschirmung von Kabeln und Leitungen
aus feinen Drähten, welche die Primärisolierung umhüllen, in Form eines ein- oder
mehrlagigen Geflechtes aufzubauen. Diese Art der Schirmung ist weitverbreitet, aber
relativ zeit- und materialaufwendig. Das Absetzen der Kabel ist problematisch, nic1lt
selten
muß das Drahtgeflecht mithsam aufgespleißt werden. Die Schirmwirkung
liegt* - selbst in ziinstizen Fällen, - kanm über 70 %, da das Geflecht näturlich
nicht "dicht" sein kann, d h. Bedekkungslöcher aufweist. Außerdem trägt eine geflochtene
Abschirmung relativ starlc auf, jeder Draht bildet TI°ch- und Tiefpunkte. Dadurch
besteht die latente Gefahr, daß an Biegestellen die Schirmdrähte in die Primärisolierung
eindrigen, insbesondere bei weichen, dielektrisch hochwertigen Isolierstoffen wie
z.B.
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Polytetrafluoräthylen (PTFE) oder geschäumtem Polyäthylen (PÄ).
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Sollen solche mit Schirmgeflecht versehenen Kabel und Leitungen automatisch
konfektioniert werden, so besteht wegen des Eindringens der Schirmdrähte in die
Primärisolierung die Gefahr, daß beim Absetzen der Abschirmung die Primärisolierung
beschädigt wird.
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Weiter ist bekannt, feine Drähte dicht nebeneinanderliegend helikoidal
um einen primärisolierten Leiter zu wickeln. Diese Art der Abschirmung ist in mancher
hinsicht günstiger als ein Schirmgeflecht. So ist die Herstellung weniger naterialaufwendig,
die Schirmwirkung kann bei 80 V0 liegen und gewickelte bschirmungen sind relativ
unempfindlich gegen Biegungen. Nachteilig ist, daß gewickelte Schirme sich bei Beschädigung
der Drähte leicht abwickeln, daß eine Konfektionierung mit Automaten kaum möglich
ist und daß gewickelte Schirme eine relativ hohe Induictivität aufweisen.
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Sodann ist bekannt, elektrische Abschirmungen aus diinnen Metallfolien
herzustellen, welche als Band um die Pritnärisolierung gewickelt oder zu einer Röhre
gebogen und verschweißt werden.
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Die Schirmwirkung ist nahezu perfekt, aber derartig geschirmte Leitungen
sind kaum flexibel, bei engen Bögen beult das Schirmblech ein, reißt oder knickt,
was zu erheblichen Veränderungen der elektrischen Eigenschaften der Kabel führt.
Vor allem erfordert die Tierstellung solcher Folienschirme einen erheblichen maschinentechnischen
Aufwand.
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Ferner ist bekannt, metallisierte Papier- oder Kun.ststoffolienum
die Primärisolierung eines Leiters zu wickeln und einen in
Längsrichtung
laufenden Beidraht einzufügen. Solche Folienschirme sind sehr leicht aber empfindlich
gegen Zug, Druck, Knick und häufiges Biegen. Derart geschirmte Leitungen zeigen
nach wenigen Biegezyklen oft schon Risse in der Schirmfolie, die durch den Beilaufdraht
nur ungenügend überbrückt werden können.
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Außerdem ist bekannt( als zusätzliche Maßnahme zu den vorstehenden
Abschirmungen, insbesondere bei geflochtenen Schirmen, leitfähige Pasten aufzutragen,
welche z.B. die Geflechtlöcher stopfen sollen. Dadurch wird der Schirmeffekt zwar
deutlich verbessert, aber die Herstellung wie die Verarbeitung solcher pastengefüllter
Schirme erzeugt viel Schmutz. Daher ist die Verarbeitung derart geschirmter Kabel
mittels Konfektionierautomaten sowie in Fertigungsstatten mit hohem Reinheitsgebot
problematisch.
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Schließlich ist bekannt leitfähige Nassen, welche diinnflüssig oder
pastös auf die Primarisolierung eines Leiters aufgebracht werden und danach aushärten
als Abschirmung zu verwenden. Derartige leitfähige Massen haben sich jedoch nicht
recht durchsetzen können, weil ihre Schirmwirkung schwach ist. Weiter gibt es meist
Probleme mit den Lösungsmitteln bzw Weichmachern, die derartige leitfähige Massen
enthalten. Solche Leitpasten sind außerdem in der Regel weder warme- noch chemikalien-beständig.
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Kabel mit derartiger Abschirmung können schließlich kaum durch Automaten
konfektioniert werden.
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Während die vorstehend genannten und bekannten Arten von Abschirmungen,
die teilweise auch noch variiert werden können, bei sogenannten Rundkabeln oder
Leitngen mit angenähert rundem Querschnitt Anwendung finden, sind Abschirmungen
für sogenannte Flachleitungen oder Bandkabel nur in wenigen Varianten bekannt.
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Um Bandkabel als Ganzes gegen Fremdfelder zu schirmen, werden z.B.
metallische oder metallisierte Folien1 welche eine Vielzahl von Löchern aufweisen
oder grobmaschige Drahtgeflechte in das in der Regel aus mehreren Folien laminierte
Bandkabel integriert.
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Die Löcher bzw Maschen sind erforderlich, um die auf beiden
Seiten
des Folienschirms liegenden Isolierfolien des Kabels un tereinander zu laminieren
bzw. zu verschweißen.
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Die zur Laminierung erforderlichen Löcher der Abschirmung beeinträchtigen
die Schirmwirkung erheblich. Außerdem ist zu bedenken, daß Bandkabel normalerweise
besonders biegsam und unempfindlich gcgen Knicken sind, da im Gegensatz zu Rundkabeln
- bei korrekt hergestellten Randkabeln - alle Leiter in der biegeneutralen Ebene
des Kabels liegen Ein Folienschirm liegt bei Bandkabeln aber stets aalßerhalh der
neutralen Ebene, so daß die Kabel ihre Flexibilität einbiißen und sehr knickempfindlich
werden.
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Ferner ist bekannt, Bandkabel aus einzelnen, geschirmten Leterelementen
(Koax-Leitungen) aufzubauen; deren Schirmung entspricht der von Rundkabeln und wurde
bereits diskutiert.
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Seit einiger Zeit werden fiir die Übertragung von schnellen Impulsfolgen,
wie ie in der Datentechnik erforderlich sind, sogenannte Präzisions-Signal-Bandkabel
hergestellt. Din DT OS 22 22 227 beschreibt die herstellung solcher Bandkabel. Ein
Merkmal dieser Signal-Bandkabel ist, daß sie relativ di;nne Leiter enthalten, welche
meist zu Zweier-, Dreier- oder Fünfer-Systemen zusammengefaßt sind. Bei diesen Systemen
dient jeweils ein Leiter, meist der mittlere, als eigentlicher Signalträger, nhrend
die benachbarten Leiter sowohl den Rückleiter als auch den elektrischen Schirm darstellen.
Bei einem Fiinfer-System hingegen können die äußeren beiden Leiter als reiner Schutzschirm,
der geerdet ist, die beiden nächsten Leiter als Masseschirm,welcher an der Signalübertragung
beteiligt ist und der Innenleiter als "heißer" Leiter, der die Impulse fijhrt, angesehen
werden.
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Derartige Abschirmungen sind näturlich nicht vollkommen. Nebensprechwerte
von io und 12 % sind keine Seltenheit. Werden mehrere Kabel im Stapel betrieben
oder liegen sie plan an metallischen Flächen an, so sinkt die Impedanz der Systeme
oft ilm 20 bis 30% ab. Weiter bereitet die Konfektionierung solcher Signal-Bandkabel,
die meist an sogenannte Plattinenstecker angeschlagen werden erhebliche Probleme
iind ist in der Serienfertigung ohne aufwendige Werkzeuge wie Laser-Geräte und Prnzisions-Punktschweiß-
bzw. Punktlöteinrichtungen kaum zu bewerkstelligen.
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Hierzu ein Beispiel: Eine typische Verbindereinheit mit loo Ohm Impedanz
besteht aus zwei Plattinensteckern und vier Bandkabeln a i m Lange. Das erforderliche
Kabelstück von ca. 4 m Länge kostet knapp 40,-- DM, die gesamte Einheit bis zu 400,-DM
je nach Art der Plattinenstecker. Die Verbindungseinheit enthält 4 x 20 = 80 Leitungssysteme,
daraus ergeben sich die Nosten pro Leitungssystem zu ca. 400 : 80 = 5,-- DM pro
Signalweg. Da aber jeder Signalweg aus je 3 Drähten besteht jeder Draht beidseitig
angeschlagen werden muß, kommt man auf 3 x 80 = 240 Drähte und 480 Verbindungsstellen
mit Kosten von -,83 DM pro Arischlußpunkt. Diese Kosten können durch die Anwendung
einer erfindungsgemäßen Abschirmung wesentlich gesenkt werden.
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Um das Übersprechen bei Bandkabeln im Stapel zu verbessern, werden
häufig auch Metallfolien zwischen die Bandkabel gelegt. Diese Maßnahme kann allenfalls
als Notbehelf angesehen werden, keinesfalls aber als praktikable Technik.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abschirmung zu entwickeln,
die universell bei Rundkabeln und Leitungen wie bei Bandkabeln und -leitungen, ebenso
bei Kabeln und Leitungen mit unregelmäßiger Querschnittsgeometrie, wie z.B. bei
verseilten Paaren und dergleichen, anwendbar ist. Die Abschirmung soll einfach sein
und nn beliebiger Stelle in die jeweiligen Kabel integriert werden können, kostengünstig
sein, geringes Gewicht und geringen Platzbedarf haben, hoch-flexibel und bei Bandkabeln
sogar knickfest sein, chemisch und elelctrolytisch resistent und inert sein, durch
Mikroorganismen nicht angegriffen werden, wahlweise gegen magnetische oder elektrische
Felder abschirmen, sowohl als passiver Schutzschirm als auch als aktiver, signalführender
Schirm verwendbar sein* sowohl von Hand wie durch Automaten leicht und problemlos
konfektioniert werden können, bei Bedarf eng mit der Primärisolierung in Berührung
stehen ohne die Isolierung - selbst bei weichen oder geschäumten Werkstoffen -einzudrücken,
einzukerben oder zu deformieren, leicht von der Primärisolierung abzuziehen sein,
bei Bedarf auch mit der Primarisolierung laminiert und homogen verbunden werden
können, einen annehmbaren Längswiderstand aufweisen, in mehreren Lagen
aufgebracht
werden können und mit Abschirmungen von Nachbarleitungen leicht zu verbinden sein.
Ferner soll das Verfahren v um erfindungsgemäße Abschirmungen herzustellen, fertigungsfreundlich
sein, d.h, in alle wichtigen Fertigungsmethoden sowohl für Bandkabel als auch fiir
Rundkabel leicht integriert werden können.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Abschirmung
aus leitfähig eingestellten Kunststoff-Folien besteht. Diese leitfähigen Folien
werden vorzugsweise aus ungesintertem PTFE hergestellt, welches mit mindestens 0,1
% eines leitfähigen Stoffes, - Leitpigment genannt - gefüllt d.h. angereichert ist
als Leitpigmente eignen sich Stoffe wie Kohlemehl, Kunstkohle, Graphit, Ruß und
dergleichen sowie verschiedene, feinst-granulierte Metallpulver aus Edelstahl, magnetisierbarem
Edelstahl, Chrom, Nickel Silber, Bronze und ähnlichen Werkstoffen.
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Bei derartigen leitfShigen Folien kommt es entscheidend darauf ans
daß mit einer möglichst geringen Füllung von Leitpigmenten eine möglichst hohe Leitfähigkeit
erreicht wird, da ein zu hoher Füllstoffanteil die Folien permeabel gegen Feuchtigkeit
und schädliche Gase machen wird. Daher sind z.fl. thermoplastische Werkstoffe weniger
als Werkstoffe ohne Liquiduspunkt geeignet, mit Leitpigmenten angereichert und als
Schirmfolien verwendet zu werden. Eine antistatische Wirkung wird bei Thermoplasten,
insbesondere bei solchen mit einem scharfen Liquidsknick, erst mit relativ hohem
Anteil an Leitpigment erreicht, da das Polymerisat bei der Verarbeitung diìnnflüssig
wird und die Pigmentpartikel umhiillt und gegeneinander isoliert.
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Nun ist allgemein bekannt, daß der Werkstoff PTFE keinen Liquiduspunkt
sondern einen Gelpunkt hat, ein Sinterwerkstoff mit hervorragenden elektrischen,
chemischen und mechanischen Eigenschaften ist, mit verschiedensten Füllstoffen angereichert
und - als Emulsions-Polymerisat - zu Folien verarbeitet werden kann. Dies aber reicht
bei weitem nicht aus um die Forderungen der Aufgabenstellung optimal zu genügen.
nei Versuchen wurde nämlich erkanne daß die Leitfähigkeit von pästen-extrudierten
PTFE-Folien keineswegs allein von der Menge des eingemischten Leitpigmentes
abhängt.
Viermeht kommt der Orientierung der Molekel des PTFE während der Verarbeitung des
PTFE-Pulvers zu Folien entscheidende Bedeutung zu. Konventionell hergestellte PTFE-Foi-ien
weisen eine überwieend axiale (in Längsrichtung verlaufende) Orientierung auf. Das
führt zu einer relativ hohen Leitfähigkeit in Längsrichtung, während transversal
kaum eine Konduktivität festzustellen ist.
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Diese überraschende Feststellung ist erklärbar. PTFE-Pulver, das mit
Leitpigment angereichert wurde, ist quasi ntir an der Oberfläche der einzelnen PTFE-Körnchen
bestäubt. Bei der Herstellung der Folien bilden sich aus dem PTFE-Pulver kleine
Fibrillen (die sog Orientierung) und daher kleine leitfthige Fäden aus. Verläuft
diese Orientierung überwiegend axial, so ist die Leitfähigkeit in Querrichtung (transversal),
auf die es ankommt, nur mangelhaft. Eine erfindungsgemäße Abschirmung mit optimalen
elektrischen Eigenschaften erfordert daher leitfähige Folien mit ausgewogener Orientierung
in mindestens zwei Richtungen.
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Aus der DT-OS- 21 25 535 ist zudem ein Verfahren bekannt, um PTRE-Folien
mit einer kreuzweise-diagonalen, transversalen und axialen Orientierung (sog. dta-Folien)
zu erzeugen, wobei die Diagonal-Orientierung sogar notwendigerweise in den äußeren
Schichten der dta-Folie konzentriert ist. Derartige dta-Folien werden z.B. als Primärisolierung
von Leitungen, bei Koax-Kabeln und bei Präzisions-Signal-Bandkabeln gemäß DT-OS
22 22 227 verwendet. Dabei ist von entscheidender Bedeutun, daß solche dta-Folien
speziell auf extrem hohe Laminierfähigkeit ausgelegt d entwickelt wurden, eine Eigenschaft,
der bei der vorliegenden Erfindung eine zentral Rolle zukommt und die bei konventionellen
PTFE-Folien gar nicht oder nur sehr niangelhaft vorhanden ist.
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Bei entsprechender Auslegung des Verfahrens zur Herstellung von dta-Folien
gelingt es, da die diagonale Komponente der Orientierung sowohl in Längs- wie in
Querrichtung wirksam ist, die Gesamt-Orientierung sehr ausgewogen, bei Bedarf sogar
überwiegend in Querrichtung wirkend auszubilden. Werden solche dta-Folien mit ca.
0,1 bis 5 % Leitpigment gefüllt, so ergeben sich überraschenderweise
neuartige
leitfähige Folien mit relativ niedrigen Quadratwiderständen, die bis unter Ioo Ohm
sinken können. Integriert man eine solche Schirmfolie von ca. 20 mm Breite z.B in
ein Bandkanel und legt in Längsrichtung nur zwei Begleitdrähte ein, so ergeben sich
wegen der Parallellage aller Widerstandsquadrate von 20 mm Breite auf einem Meter
Kabellänge 50 Stück, so daß der Gesamt-Schirmwiderstand nur noch 2 Ohm beträgt.
Fiigt man hingegen der leitfähigen Folie eines 20 mm breiten Bandkabels aus dem
vorstehenden Beispiel vier Begleitdrähte bei, so ergibt sich der Abstand zwischen
den Leitern zu knapp 7 mm; damit entfallen auf einen Meter Kabellänge ca. 145 Widerstandsquadrate.
Bei einem Quadratwiderstand der leitfähigen Folie von 100 Ohm wurde der Schirmwiderstand
auf ca. o,7 Ohm abs in kein.
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Umhüllt man einen primÄr-isolierten Leiter mit einer Je itfähigen
Folie gemäß Erfindung und umgibt den Folienschirm mit einem konventionellen Geflecht
aus feinen Drähten, so sinkt der Schirmwiderstand überraschenderweise auf äußerst
geringe Werte ab,, die sogar deutlich unter dem Wert liegen, die das Schirmgeflecht
allein ergeben lairde. Die Ursache dafiir liegt einerseits darin daß die Schirmfolie
durch das darüberliegende Schirmgeflecht, welches sogar äußerst grobmaschig sein
darf, in eine Vielzahl kleinster Widerstandsbereiche aufgeteilt wird, welche untereinander
parallel geschaltet sind, während andererseits die Drähte des Schirmgeflechtes in
die weichet leitfähige Folie etwas einsinken und daher großflächig mit der Schirmfolie
in Kontakt kommen können.
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An den vorstehenden Beispielen ist zu erkennen, daß die Größe der
Leitfähigkeit der Schirmfolien meist von untergeordneter Bedeutung ist, und daß
unter bestimmten Voraussetzungen eine erfindungsgemäße Abschirmung auch bei Verwendung
von hochohmigleitfähigen Folien noch brauchbare Eigenschaften haben kann Erfindungsgemäße
Abschirmllngen können in verschiedenen Vari.nnten hergestellt und aufgebaut werden.
nei Bandkabeln mit einer Primärisolierung aus PTFE kann die leitfShige Folie im
ungesinterten Zustand auflaminiert und das Laminat nachfolgend gesintert werden,
so daß ein homogener Verbund zwischen Primärisolierung
und Schirmfolie
entsteht. Natiirlich kann man Bandkabel beidseitig mit leitfähigen Schirmfolien
versehen, was die Schirmwirkung verbessert. In beiden Fällen wird aber davon ausgegangen,
daß die Leiter des Dandlcabels blank und zunächst zwischen zwei Folien als Primärisolierung
eingebettet sind.
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Werden hingegen die Leiter vorab als Einzelelemente mit einer Primärisolierung
z.B. aus PTFE versehen und gesintert, so kann man diese Leitungen direkt zwischen
zwei Folien aus ungesintertem, leitfahigen PTFE legen, laminieren und das Laminat
sintern. Die beiden laminierten, leitfähigen Folien bilden mit ihren Beilaufdrähten
die erfindungsgemäße Abschirmung und sind untereinander homogen verbunden, während
die primär-isolierten Leiter mit den laminierten Folien nicht oder nur wenig verschweißt
werden, - was der Flexibilität des Kabels zugute kommt und Vorteile beim Konfektionieren
ergibt Selbstverständlich kann man bei Bandkabeln, die nach folgenden Bei spielen
aufgebaut sind, auf die leitfähigen Folien eine weitere Folie aus ungesintertem
PTFE auflaminieren, so daß eine Sekundär-Isolierung entsteht. Eine weitere Variante,
um eine erfindungsgemäße Abschirmung bei Bandkabeln zu integrieren, besteht darin,
primärisolierte Leiter von nur einer leitf ihigen Folie bogenförmig etwa zur Hälfte
umschließen zu lassen und diese Anordnung von isolierten Leitern und einer Schirmfolie
zwischen zwei nichtleitenden Folien zu legen und zu laminieren. Um den Löngswiderstand
des Folienschirms zu reduzieren ist es sinnvoll, einen oder mehrere blanke Beilaufdrähte,
welche mit den Schirmfolien in Kontakt liegen, einzufügen.
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Bandkabel, nach vorstehenden Beispielen aufgebaut, , sind im Prinzip
Koaxial-Kabel mit mehreren, parallelen Koax-Elementen.
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Auch bei Rundkabeln und Leitungen mit angenähert kreisförmigem Querschnitt
können erfindungsgemäße Abschirmungen in'verschiedenen Varianten integriert werden.
Dic vorstehend beschriebene Variante einer erfindungsgemäßen Abschirmung für Rundkabel,
bestehend aus mindestens einer leitfähigen Folie und einem darüberliegenden Drahtgeflecht
kann einerseits hergestellt werden, indem die Schirmfolie helikoidal um den primär-isolierten
Leiter
gewickelt oder die leitfähige Schirmfolie mit einer Knappen
Überlappung schalenartig um die Primärisolierung gelegt und anschließend mit einem
Schirmgeflecht, welches ohne weiteres sehr grobmaschig sein darf, umgeben wird.
Natürlich kann man iiber dem Drahtgeflecht eine weitere Schirmfolie oder eine Sekundir-Isolierung
aufbringen. Weiter können nach der Erfindung leitfähige Schirmfolien in zweckmäßiger
Komnination, - z.B. eine erste, mit Graphit oder Ruß nvefilllte und eine zweite,
mit magnetisierbarem Stahlpulver gefüllte Schirmfolie, - Übereinander angeordnet
werden, um sowohl gegen elektrische als auch magnetische Felder einen Schutzschirm
zu bilden.
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Einige wesentliche Merkmale der erfindungsgemäßen Abschirmung sollen
an folgendem Beispiel erläutert werden: Ein handelsübliches Koax-Kabel mit einer
Primär-Isolierung aus geschäumtem PL und konventionellem, geflochtenen Schirm aus
blanken, versilberten Drähten wurde untersucht. Danach wurde die Sekundär-Isolierung
samt Schirmgeflecht entfernt und anstelle des Schirme flechts eine erfindungsgemäße
Abschirmung, bestehend aus einer mit 3 % Leitpigment gefiillten Folie aus ungesintertem
PTFE und einem weitmaschigen Drahtgeflecht aufgebracht und mit einer Sekundärisolierung
versehen. Dabei wurde das neue Schirmgeflecht nur aus ca. 20 94 der ursprünglich
vorhandenen Schirmdrähte gebildet. Vergleichsmessungen zeigten eine verbesserte
Schirmwirkung. Der zulässige Biegeradius konnte über die Hälfte verkleinert werden,
das Gewicht des Kabels war deutlich vermindert, die Flexibilität - (Widerstand.
gegen Biegen) - fast dreifach verbessert. Eindeutig reduziert war auch das Störsignal9
das im Koaxkabel durch starkes Biegen hervorgerufen wird. Das Drahtneflecht konnte
ohne Gefahr fiir die eigentliche Primerisolierung beint Konfektionieren durchtrennt
werden, die beim Absetzen der Abschirmung erforderliche Abzugskrnft betrug knapp
60 , der am handelüblichen Koax-Kabel erforderlichen. Das Drahtgeflecht sank an
Stellen hoher mechanischer Beanspruchung zwar ca. 50 % des Drahtdurchmessers in
die Schirmfolie ein, die Primärisolierung aus geschäumtem PÄ aber wurde nicht deformiert
oder eingekerbt.
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Leitfähige Folien werden vorzugsweise aus solchen Polymerisaten hergestellt,
d-ie bei der Verarbeitung keten Liquiduspunkt dnrchlaufen
müssen.
Dies sind z.B. die Emulsions-Polymerisate des PTFE, bei denen der Molekularverbund
aufgrund Van-der-Waal scher Kräfte erzeugt wird. Weiter einen sich Co-Polymerisate
der Fluor-Kohlenstoff-Gfllppe, deren molekulare Bindungen teilweise pder überwiegend
auf Van-der-Waal'schen Kräften beruhen.
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Reine Thermoplaste oder Elastomere, wie z.B. Polynthylen oder Polyurethan,
eignen sich als Ausgangsmaterial für leitfähige Schirmfolien wegen der erforderlichen,
relativ drohen Fiillmenge an Leitpigment weniger gut und sind nur bedingt brauchbar.
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Verwendet man hingegen als Ausgangsmaterial z.B. PTFE oder eines seiner
Co-Polymerisate, so kann man mit relativ geringen Mengen an Leitpigment, vorzugsweise
zwischen o, 1 und 5 %, bereits eine gute Leitfähigkeit erzielen, wobei die erzeugten
leitfähigen Folien wahlweise gesintert oder tmgesintert eingesetzt werden können
und laminierfähig sind, sofern sie die ausgewogene Orientierung von dta-Folien aufweisen.
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Aus dem Vorstehenden ist zu erkennen, daß leitfähige Schirmfolien
aus PTFE in Verbindung mit anderen Werkstoffen, z.B. Pj' oder PU zweckmäßigerweise
ungesintert belassen werden. Uberraschenderweise wurde festgestellt, daß leitfähige
Folien aus PTFE, insbesondere solche mit dta-Orientierung trotz der Gegenwart von
Leitpgmenten noch hervorragend laminierfähig sind. Daraus ergibt sich die Möglichkeit,
eine erfindungsgemäße Abschirmung in ein gegebenes Rund- oder Bandlcabel fest 7,U
integrieren, wenn das betreffende Kabel ebenfalls aus laminierfähigem, ungesintertem
PTFE hergestellt worden ist. Damit ergibt sich die Möglichkeit Schirmfolie und Primärisolierung
eines Kabels homogen untereinander zu verbinden, indem man die Abschirmung auf das
unges intert hergestellte Kabel aufbringt und laminiert und abschließend insgesamt
sintert.
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Die Vielzahl der denkbaren Varianten läßt sich am besten anhand der
nachfolgend dargestellten und beschriebenen Beispiele erkennent die natürlich nur
als eine kleine Auswahl signifikanter Anwendungsmöglichkeiten zu betrachten sind.
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Fig. 1 bis 9 stellen einige, typische Anwendungsbeispiele der erfindungsgemäßen
Abschirmung für Rundkabel und Leitungen dar.
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In Fig. 1 ist der einfachste Fall skizziert. Der Leiter (1) ist von
einer Primärisolierung (2) z.B. aus geschäumtem Pii umgeben. Darüber liegt eine
Lage gewickelter, ungesinterter Schirmfolie (3), die von einem aufgelockerten Schirmgeflecht
(4) überdeckt wird, welches wiederum von der Sekundärisolierung (5) z.B. aus PVC
umschlossen ist.
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Fig. 2 zeigt eine ähnliche Abschirmung für verseilt Leitungen. Die
Leiter (6) sind primär isoliert (7) und von einer gemeinsamen Schirmfolie (8) umgeben,
über der ein aufgelockertes Schirmgeflecht (9) liegt, welches von dem Kabelmantel
(io) bedeckt wird.
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Fig. 3 zeigt eine Abschirmung aus leitfähiger Folie und Beilaufdraht.
Der Leiter (11) ist von einer dta-Folie (12) aus ungesintertem PTFE umwickelt. Die
zweite Lage (13) besteht aus einer leitfähigen dta-Folie aus ungesintertem PTFE
mit einem blanken Beilaufdraht aus silberplattiertem Kupfer (14). Die Sekundärisolierung
(15) besteht gleichfalls aus ungesinterter dta-Folie. Das Kabel wird als Ganzes
gesintert und bildet einen vollständig homogenen Verbund aller Folienlagen.
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Fig. 4 zeigt eine typische Variante der erfindungsgemäßen bschirmung
mit gefalteter Schirmfolie (16), die von einem lokkeren Schirmgeflecht (17) iiberdeckt
wird.
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Fig. 5 zeigt eine ähnliche Variante mit drei verseilten Leitungen
(18). Ein längsgefalteter Folienschirm (19) ist durch ein Geflecht aus Drähten (20)
bedeckt, welches mit einer Lage aus PTFE-Folie (21) umwickelt ist.
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Fig. 6 stellt eine Variante mit einem Folien-Doppelschirm dar.
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Die Leiter (22) sind z.B. mit ETFE primär isoliert (23) und einzeln-mit
einer graphit-gefüllten Schirmfolie (24) umwickelt.
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Die beiden verseilten Leiter werden von einem weitmaschigen Schirmgeflecht
(25) umfaßt, über das eine mit magnetisierbarem Metallpulver gefüllte SChirmfolie
(26) gewickelt wurde, die von einer Seicundärisolierung (27) umgeben ist. Das Kabel
wird abschließend gesintert und bildet ein homogenes Ganzes.
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Fig. 7 zeigt eine vergleichbare Variante zu Fig. 6, bei der die verseilten
Leitungen (28) mit einem gemeinsamen, längsgefalteten Folienschirm (29) umgeben
ist, der von einem Schirmgeflecht (30) umfaßt wird, das wiederum von einem Folienschirm
(31) umwickelt ist, während die Sekundärisolierung (32) z.B.
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aus extrudiertem PU besteht. Im Gegensatz zu dem Beispiel Fig.
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6 bleiben die leitfähigen PTFE-Folien (29, 31) ungesintert.
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Fig, 8 zeigt die Anwend1lng.einer erfindungsgemäßen Abschirmung bei
Thermoleitungen. Beide Leitungen (33) sind einzeln mit einem gewickelten Folienschirm
(34) umgeben und mit einem gemeinsamen Schirmgeflecht (35) überdeckt. Die Sekundärisolierung
(36) ist z.B. aus extrudiertem Sililconzummi.
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Fig. 9 zeigt eine Variante des Beispiels Fig. 8. Die Thermoleitung
ist gegen chemischen Angriff resistent. Beide Leiter (37) sind mit PTFE isoliert
(38) und gesintert. Zwischen der ersten Schirmfolie (39) und zweiten Schirmfolie
(41) liest ein Beilaufdraht (40). Den Abschluß bildet eine Sekundärisolierung aus
gewickelten PTFE-Folien (42). Das Kabel wird abschließend gesintert, so daß die
beiden Schirmfolien (39, 4i) mit der Sekundärisolierung (42) einen homogenen Mantel
bilden, in dem die Leitungen (38) relativ leicht beweglich liegen.
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Die vorstehenden Beispiele lassen sich vielfältig weiter variieren
und ergänzen.
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In Abb. io bis 15 sind einige Varianten der erfindungsgemäßen Abschirmung
für Bandkabel und Flachleitungen schematisch dargestellt.
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Abb. 10 zeigt ein Bandkabel im Querschnitt mit einem auflaminierten
Folienschirm. Die Leiter (43) liegen zwischen zwei laminierten Folien (44,45). Ein
Folienschirm (46) ist zusätzlich auflaminiert. An beiden Seiten liegt je ein Beilaufdraht
(47).
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Abb. 11 zeigt ein Bandkabel mit primär isolierten Leitern (48), die
zwischen zwei leitfähige Schirmfolien (49, 50) einlaminiert wurden. Die blanken
Beilaufdrähte, (51) liegen seitlich oder sind zwischen den primär isolierten Leitern
angeordnet. Dieser Kabelaufbau entspricht dem von Koax-Kabeln.
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Abb. 12 zeigt ein halbgeschirmtes Bandkabel mit einem Folienschirm
(55) und Beilaufdrähten (56). Die primer i.solierten Leiter (53) sind zwischen einer
Tsnlierfolie (54) und der Schirmfolie (55) eingebettet.
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Abb. 13 zeigt eine Flachleitung mit Folienschirm. Die Flachleiter
(57) liegen zwischen zwei Isolierfolien (58),auf die zwei Schirmfolien (59) auflaminiert
sind. An beiden Seiten iiber ragen die Schirmfolien (59) die Primärisolierutng (58),
sind untereinander laminiert und enthalten zwei Beilaufleiter (60).
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Abb. l4 zeigt eine weitere Variante. Primer isolierte Leiter (61)
und blanke Beilaufdrähte (62) liegen abwechselnd angeordnet zwischen einer ersten
Isolierfolie (63) und einer Schirmfolie (64), die von einer zweiten Isolierfolie
(65) überdeckt wird.
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Abb. 15 zeigt die Anordnung einer erfindungsgemäßen Abschirmung bei
Signal-Bandleitungen. Man erkennt, daß je drei blanke Leiter (66) zu jeweils einer
Gruppe zusammengefaßt sind, wobei zwei laminierte Isolierfolien (67) die Primärisolierung
bilden. Zwei Schirmfolien (68) sind auflaminiert und ii'berragen -die Primärfolien
(67) an beiden Seiten, wo die Schirmfolien (68) untereinander laminiert sind und
Beinlaufdrähte (70) enthalten. Falls erforderlich kann noch eine Sekundärisolierung
(69) auflaminiert werden, die die Schirmfolien (68) mechanisch schützen und elektrisch
isolieren.
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Auch diese Beispiele einer erfindungsgemäßen Abschirmung von Bandkabeln
ist vielfiltig variierbar.
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Aus den vorstehenden Ausführungsbeispielen der erfindungsgemässen
Abschirmungen ist zu erkennen, daß es meist keiner aufwendigen maschinen- oder verfahrenstechnischen
Vorkehrung oder Maßnahme bedarf, um erfindungsgemäße Abschirmungen herzustellen.
Bei Rundkabeln und Leitungen genügt es, einzelne Verfahrensschritte zusätzlich vorzusehen,
die zumeist sogar in den normalen Fertigungsablauf eingebaut werden können.
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So kann beispielsweise während der Herstellung einer geflochtenen
Drahtabschirmung ein Verfahrensschritt eingefügt werden,
bei dem
die Schirmfolie umdas Primärelement helikoidal gewickelt oder longitudinal gefaltet
und eventuell die Beilaufdrähte zugeführt werden. Besteht eine Abschirmung aus mehreren
Lagen Schirmfolie,und/oder Isolierfolie aus ungesintertem PTFE, so kann es nützlich
sein das fertiggestellte Kabel vor dem Sinterprozeß durch einen sogenannten Sternkalander,
bestehend aus drei oder vier sternförmig angeordneten RolLen, deren Profil im Berührungspunkt
der Rollen einen dem Kabelprofil entsprechenden Spalt bilden,zu ziehen rund die
Folien somit zusätzlich zu laminieren.
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Etwas komplizierter stellen sich die Verfahrens schritte zur Herstellung
einer erfindungsgemäßen Abschirmung bei Bandkabeln dar. Hier ist es je nach Aufbau
des Kabels und der Anzahl der Folienschichten erforderlich, mit Kalandern zu arbeiten,
die 2 oder gar 3 in Flucht zueinander liegende Walzenpaare und zusätzlich 2 bis
4 Beilaufwalzen haben. Einzelheiten wiirden aus erklärlichen Gründen hier zu weit
fiihren. Man kann aber davon ausgehen, daß für jede zusätzlich aufgebrachte Isolierfolie
oder Schirmfolie bzw. für jedes zusätzliche Folienpaar ein weiterer Laminationsvorgang
erforderlich ist. Dieser kann in einem zweiten bzw. dritten Kalanderspalt erfolgen
oder aber hei einem zweiten -oder dritten Durchlauf durch octen gleichen Kalander
vorgenommen werden. Dabei ist es erforderlich, die Kompression und Scherung der
einzelnen Laminationsvorgänge bzw. Kalanderdurchläufe genau aufeinander abzustimmen.
Kompression und Scherung im ersten Laminationsvorgang sollten vorzugsweise etwa
wie in jedem weiteren wie 1 : zueinander stehen da es sonst zu Laminationsaufbrüchen
kommen kann. Da das Verhn ltnis von Kompression und Scherung beim Laminieren von
ungesinterten PTFE-Fotien von der Größe der Kalanderwalzen bestimmt wird ist es
einleuchtend, daß es vorteilhaft ist, mit einer Doppel- oder Dreifach-Anordnung
von je zwei Kalanderwalzen mit entsprechend abgestuften Durchmessern zu arbeiten.
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Die Vorteile der vorliegenden Erfindung snd vielfältig und zunächst
dadurch gegeben, daß die weitgefaßte Aufgabenstellung erfüllt werden kann. Für eine
Reihe von Kabeln und Leitungen
mit einer erfindungsgemnßen Abschirmung
ergeben sich hauptsächlich technische Vorteile, - dies gilt vor allem fiir Bandkabel
mit Folienschirm. In anderen Fällen überwiegen die wirtschaftlichen Vorteile. Diese
sind bei den meisten Koax- und gesczirmten Mehrleiter-Kabeln dadurch gegeben, daß
man weniger Schirmdrähte benötigt, diese relativ locker und weitmaschig flechten
kann und daher die Fertigungszeit erheblich reduziert wird. Es sind aber ebenso
Anwendungen denkbar, wo der Einsatzeiner erfindungsgemÄßen Abschirmung bei Rundleitern
und Kabeln bedeutende technische Vorteile ergibt. Hier sind vor allem hochflexible,
geschirmte Meßleitungen oder möglichst gewichtsgünstige Kabel für die Luftfahrtindustrie
zu nennnen. Andererseits liegt es auf der Hand, daß durch Einsatz einer erfindungsgemäßen
Abschirmung bei Bandkabeln erhebliche Einsparungen mö lich sind. Ausgehend von dem
eingangs erwähnten Beispiel der Eonfektionierung eines loo-Ohm-Signalkabels mit
60 Leitern, davon 40 Erdleiter, kann man zunächst feststellen, daß durch eine Anordnung
von Schirmfolien gemäß Fig. 11 38 Erdleiter eliminiert werden können. Die größte
Ersparnis würde aber darin bestehen daß das Kabel schmaler werden könnte ttnd statt
der bisher erforderlichen 2 x 60 = 120 Anschlußstellen pro Kabel nur noch 2 x 22
= 44 Leiter anzuschlagen wören, wobei sich bei den primär isolierten Drähten sogar
preisgünstige Techniken wie Mini-Wrap anbieten würden. nei der Konfektionierung
von Rundkabeln, insbesondere Koax-Kabeln ergeben sich in ähnlicher Weise neben technischen
Vorteilen auch wirtschaftliche.