DE3688018T2

DE3688018T2 - Elektrische quetschverbindung.

Info

Publication number: DE3688018T2
Application number: DE8686305571T
Authority: DE
Inventors: Ian Anthony Strange; Ian Richard Alexander Titcombe
Original assignee: Raychem Ltd
Current assignee: Raychem Ltd
Priority date: 1985-07-18
Filing date: 1986-07-18
Publication date: 1993-09-16
Anticipated expiration: 2006-07-19
Also published as: EP0210062A3; JPS6222378A; ATE87128T1; EP0210062A2; CA1244106A; EP0210062B1; GB8518141D0; DE3688018D1; US4707566A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft elektrische Verbindungen mit Koaxialkabeln und insbesondere elektrische Crimpverbindungen mit solchen Kabeln.
Die Verwendung von Crimpverbindern zum Herstellen von Verbindungen mit elektrischen Drähten ist wohlbekannt, und derartige Verbinder werden seit vielen Jahren verwendet. Wenn die Verbindung an einem isolierten Draht herzustellen ist, ist es üblich, entweder einen Teil der Isolation vom Draht abzuisolieren, um den Leiter freizulegen und um eine Crimpverbindung direkt an dem freiliegenden Leiter auszubilden, oder eine Verbindung von dem Typ mit "Isolierungsverlagerung" zu bilden, bei der ein Verbinder, der fakultativ eine geeignet profilierte Innenfläche hat, auf einem isolierten Bereich des Drahts positioniert und ein Teil des Verbinders durch die Isolierung unter Verlagerung eines Teils der Isolierung in elektrischen Kontakt mit dem Leiter gedrückt wird. Außerdem ist es bekannt, Crimpverbindungen an den Außenleitern von Koaxialkabeln zu verwenden, wie in US-A-3 200 190 beschrieben ist.
Im allgemeinen sind solche Methoden vollkommen ausreichend, um elektrische Verbindungen mit einem großen Bereich von isolierten Drähten zu bilden. Vor einiger Zeit wurde jedoch eine Form von Koaxialkabel vorgeschlagen, bei dem der Mittelleiter aus einem Material besteht, das weicher als das es umgebende Dielektrikum ist. Der elektrische Leiter kann beispielsweise aus einer niedrigschmelzenden Metallegierung bestehen (der Ausdruck "niedrigschmelzend" bedeutet in diesem Zusammenhang, daß der Schmelzpunkt des Leiters niedriger als der Schmelz- oder Erweichungspunkt des Dielektrikums ist), oder er kann aus einem mit leitfähigen Teilchen gefüllten Polymer gebildet sein. Solche Koaxialkabel, die niedrigschmelzende Leiter verwenden, sind in den GB-Patentanmeldungen Nr. 2 150 345A und 2 150 346A beschrieben. Die dort beschriebenen Koaxialkabel haben ein piezoelektrisches Dielektrikum, das aus einem relativ kristallinen Vinylidenfluorid-Polymer gebildet ist, und einen Mittelleiter, der aus einer niedrigschmelzenden Metallegierung gebildet ist, um eine Orientierung des Dielektrikums während der Herstellung des Kabels zu ermöglichen. Verbindungen mit Kabeln, die Natriumleiter haben, sind in US-A-3 347 977 und 3 517 112 beschrieben, wobei ein Kontaktelement in den freiliegenden Natriumleiter am Ende des Kabels gedrückt wird, um einen elektrischen Kontakt herzustellen, und eine Kappe oder Hülse über das Ende des Kabels gecrimpt wird. Diese Art von Verbindung eignet sich jedoch nicht dazu, mit den obigen piezoelektrischen Koaxialkabeln hergestellt zu werden, und wegen der Beschaffenheit der betroffenen Materialien ist es unmöglich oder zumindest sehr schwierig, das Dielektrikum von dem Mittelleiter abzustreifen, so daß die Verbindungsart mit Isolierungsverlagerung angewandt wird. Solche Verbindungen haben sich jedoch als unzuverlässig erwiesen: Es scheint zwar ursprünglich, als ob eine gute Verbindung hergestellt worden wäre, aber nach einiger Zeit können Fehler auftreten, beispielsweise kann zwischen dem Innen- und dem Außenleiter ein Kurzschluß gebildet werden. Es wird angenommen, daß bei bekannten Vorschlägen zum Verbinden solcher Drähte auftretende Fehler durch die Bildung von Rissen in der Drahtisolation infolge der Crimpkraft bewirkt wurden, wobei diese Risse zu dem Außenleiter oder sonstigen leitfähigen Elementen in der Anordnung verlaufen können und zulassen, daß der isolierte Leiter entlang den Rissen in Kontakt mit dem Außenleiter oder mit sonstigen leitfähigen Elementen austritt.
Gemäß einem Aspekt wird durch die vorliegende Erfindung eine elektrische Verbindung mit einem Koaxialkabel angegeben, das ein piezoelektrisches Dielektrikum und einen Mittelleiter, der weicher als das Dielektrikum ist, hat, wobei die Verbindung aufweist:
(i) das Koaxialkabel,
(ii) ein elektrisches leitfähiges Crimpelement, das auf dem Dielektrikum angeordnet und darauf gecrimpt ist, wobei das Crimpelement in einem solchen Maß verformt worden ist, daß es nicht in das Dielektrikum eindringt, aber den Mittelleiter veranlaßt, aus dem Ende des Dielektrikums in elektrischen Kontakt mit einem elektrisch leitfähigen Verbindungselement auszutreten, und (iii) eine elektrische Verbindung mit dem Außenleiter des Kabels.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird durch die Erfindung ein Verfahren angegeben zum Bilden einer elektrischen Verbindung mit einem Koaxialkabel, das ein piezoelektrisches Dielektrikum und einen Mittelleiter hat, der weicher als das Dielektrikum ist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
(i) Positionieren eines Crimpelements auf dem Dielektrikum und Crimpen desselben auf das Dielektrikum, wobei das Crimpelement durch den Crimpvorgang in einem solchen Maß verformt wird, daß es nicht in das Dielektrikum eindringt, aber den Mittelleiter veranlaßt, aus dem Ende des Dielektrikums in elektrischen Kontakt mit einem elektrisch leitfähigen Verbindungselement zu extrudieren bzw. auszutreten, und
(ii) Bilden einer elektrischen Verbindung mit dem Außenleiter des Kabels.
Der Ausdruck "weicher" bei der Beschreibung des Mittelleiters bedeutet, daß der Leiter eine niedrigere Fließspannung als das Dielektrikum eines Koaxialkabels hat. Der Leiter hat bevorzugt, jedoch nicht notwendigerweise, auch eine höhere Bruchdehnung als das Dielektrikum.
Es ist bevorzugt, daß das Crimpelement in solchem Maß verformt wird, daß das darunterliegende Dielektrikum nicht über seine Bruchdehnung hinaus verformt wird und daher entlang der Länge des Kabels intakt bleibt und bevorzugt nicht über seine Fließgrenze hinaus verformt wird. Das Maß, in dem das Crimpelement verformt werden kann, hängt zumindest teilweise von der Beschaffenheit des Dielektrikums ab. Beispielsweise im Fall eines Dielektrikums auf der Basis von Polyvinylidenfluorid ist es bevorzugt, daß der Durchmesser der verformten Bereiche des Crimpelements nicht kleiner als das 0,6fache und speziell nicht kleiner als das 0,8fache des Außendurchmessers des Dielektrikums ist. Alternativ oder zusätzlich kann die lokale Verformung des Dielektrikums an Stellen auf dem Dielektrikum verringert sein, wenn das Crimpelement in wenigstens zwei, bevorzugt wenigstens drei und speziell wenigstens vier Richtungen um seinen Umfang herum angeordnet ist.
Das elektrisch leitfähige Verbindungselement kann je nach den Umständen mit dem Crimpelement elektrisch verbunden oder davon elektrisch getrennt sein. Bei relativ einfachen Verbindungen kann das elektrisch leitfähige Verbindungselement mit dem Crimpelement verbunden sein und einen Teil davon bilden. Beispielsweise kann das Crimpelement die Form einer Zwinge mit einem offenen und einem geschlossenen Ende haben, wobei das geschlossene Ende der Zwinge das elektrisch leitfähige Verbindungselement bildet.
Wie oben gesagt, können die Verbindung und das Verfahren nach der Erfindung angewandt werden, um elektrische Verbindungen mit Koaxialkabeln herzustellen, bei denen das Kabel einen Außenleiter um das Dielektrikum herum hat. In diesem Fall kann das elektrisch leitfähige Verbindungselement einen Teil des Crimpelements bilden, in welchem Fall wenigstens ein Bereich des Außenleiters von dem Dielektrikum in dem Bereich des Kabels, auf dem das Crimpelement positioniert wird, entfernt ist, und ein weiterer Bereich des Außenleiters ist elektrisch mit einem weiteren elektrischen Verbindungselement, beispielsweise einem zweiten Crimpelement, verbunden. Wenn das weitere elektrische Verbindungselement mechanisch mit dem Crimpelement verbunden, aber elektrisch davon isoliert ist, können die beiden Elemente als ein einstückiger Verbinder vorgesehen sein, der auf einem geeignet abisolierten Koaxialkabel positioniert und darauf gecrimpt werden kann, und zwar bevorzugt in einem einzigen Vorgang, um die Verbindung herzustellen. Eine alternative und bevorzugte Verbindung für Koaxialkabel ist jedoch eine, bei der das elektrisch leitfähige Verbindungselement von dem Crimpelement elektrisch isoliert ist und das Crimpelement das weitere elektrische Verbindungselement bildet, wobei das Crimpelement auf einem Teil des Außenleiters des Koaxialkabels positioniert ist. Diese Form der Verbindung bietet den Vorteil, daß dabei nichts von dem Außenleiter des Koaxialkabels entfernt werden muß und daß Verbindungen sowohl mit dem Innen- als auch dem Außenleiter gleichzeitig in einem einzigen Crimpvorgang hergestellt werden können. Daher wird die Verbindung bevorzugt mittels eines elektrischen Verbinders hergestellt, der ein hohles elektrisch leitfähiges Crimpelement aufweist, um einen Endbereich des Koaxialkabels aufzunehmen und um eine elektrische Verbindung mit dem Außenleiter des Koaxialkabels zu bilden, und der ein elektrisch leitfähiges Element aufweist, um eine elektrische Verbindung mit dem Mittelleiter des Koaxialkabels herzustellen, wobei das elektrisch leitfähige Element von dem Crimpelement elektrisch isoliert und in dem Verbinder so angeordnet ist, daß es an dem Ende des Koaxialkabels liegt, wenn der Endbereich des Koaxialkabels in das Crimpelement eingesetzt ist, und so, daß es mit dem Mittelleiter, der aus dem Ende des Koaxialkabels austritt, in Kontakt gelangt, wenn das Crimpelement um den Endbereich des Koaxialkabels herum gecrimpt wird.
Die elektrisch leitfähigen Elemente, die elektrische Verbindungen mit dem Drahtleiter oder mit den Koaxialkabelleitern bilden, können jede Konfiguration haben, die für die gewünschte Art von Verbinder geeignet ist. So können die Elemente Anschlüsse zum Verbinden mit Primärleitungen bilden oder zu ihnen führen, oder sie können die Anschlüsse eines Koaxialverbinders, z. B. eines BNC-Verbinders, bilden oder zu ihnen führen. Für den Fachmann ergeben sich viele weitere Verbinderkonfigurationen.
Verfahren zum Bilden von elektrischen Verbindungen, so gebildete elektrische Verbindungen und Vorrichtungen zum Bilden solcher Verbindungen gemäß der Erfindung werden nachstehend beispielsweise unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben; die Zeichnungen zeigen in:
Fig. 1 eine Seitenansicht einer elektrischen Verbindung gemäß der Erfindung;
Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie I-I von Fig. 1;
Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie II-II von Fig. 2;
Fig. 4 eine Seitenansicht einer weiteren elektrischen Verbindung gemäß der Erfindung; und
Fig. 5 einen Längsschnitt durch die Verbindung von Fig. 4.
Es wird zuerst auf die Fig. 1-3 der beigefügten Zeichnungen Bezug genommen; ein piezoelektrisches Koaxialkabel 1 gemäß der Beschreibung in GB-Patentanmeldung Nr. 2 150 345A weist folgendes auf: einen Mittelleiter 2 aus einer Sn-Cd-Legierung, ein 0,5 mm dickes piezoelektrisches Polyvinylidenfluorid-Dielektrikum 3, einen aus Silberfarbe bestehenden Außenleiter 4 und einen Polymermantel 5. Der Polymermantel 5 ist zurückgeschnitten, um ca. 1,5 cm des Außenleiters freizulegen, und ca. 0,7 cm des Außenleiters ist entfernt, um das Dielektrikum freizulegen.
Ein einteiliger elektrischer Verbinder 6 weist auf: eine erste Crimpzwinge 7 mit einem offenen Ende 8 und einem geschlossenen Ende 9, um eine Verbindung mit dem Mittelleiter des Koaxialkabels zu bilden, und eine zweite Crimpzwinge 7', um eine Verbindung mit dem Außenleiter des Kabels zu bilden, wobei die beiden Crimpzwingen mittels eines Verbindungsstücks 19 aus isolierendem Kunststoff mechanisch miteinander verbunden sind. Jede Crimpzwinge ist mit einem elektrischen Draht 10, 11 durch eine Lötverbindung verbunden, die in einer wärmeschrumpfbaren polymeren Hülse 14, 15 isoliert ist, die darauf rückgestellt ist.
Um eine elektrische Verbindung zu bilden, wird der Verbinder 6 über das Ende des Koaxialkabels geschoben, bis das Ende l6 des Kabels an dem geschlossenen Ende 9 der ersten Crimpzwinge 7 anliegt und die zweite Crimpzwinge über dem Außenleiter 4 des Kabels liegt. Die erste und die zweite Crimpzwinge werden dann in bekannter Weise auf das Kabel gecrimpt unter Anwendung eines vier oder acht Druckpunkte aufweisenden Crimpwerkzeugs mit der Ausnahme, daß das Crimpwerkzeug so eingestellt ist, daß die erste Crimpzwinge in solchem Maß verformt wird, daß der minimale innere Abstand zwischen entgegengesetzten Druckpunkten 17 und 18 wenigstens das 0,7fache des Außendurchmessers des Dielektrikums 3 ist. Wenn die Zwinge 7 gecrimpt wird, wird der darunterliegende Teil des Dielektrikums nach radial innen verformt und bewirkt, daß der Teil 20 des metallischen Leiters 2 des Kabels aus dem Ende 16 in elektrischen Kontakt mit dem geschlossenen Ende 9 der ersten Crimpzwinge 7 austritt. Falls erwünscht, kann die Verbindung mit elektrischer Isolierung versehen werden, indem beispielsweise eine weitere wärmeschrumpfbare Hülse (nicht gezeigt) darauf rückgestellt wird.
Die Fig. 4 und 5 zeigen eine weitere Form von elektrischer Verbindung mit einem Koaxialkabel, die mittels eines elektrischen Verbinders gemäß der Erfindung gebildet werden kann.
Ein einstückiger elektrischer Verbinder 26 weist eine Crimpzwinge 27 mit zwei offenen Enden und einem ringförmigen oder rohrförmigen Ansatz 28 auf, der von einem Ende davon, mit dem eine Primärleitung 29 in bekannter Weise beispielsweise durch eine Lötverbindung verbunden ist, ausgeht. Ein metallisches Verbindungselement 30 ist in dem Ansatz 28 axial verlaufend gehalten und davon durch ein ringförmiges Kunststoff-Verbindungsstück 31 so isoliert, daß eine Endfläche 32 des Verbindungselements 30 geringfügig über ein Ende 33 der Crimpzwinge 27 hinausgehend positioniert ist, und von der Crimpzwinge 27 durch ein kleines ringförmiges Band 34 des Kunststoff-Verbindungsstücks 31 getrennt. Das andere Ende des Verbindungselements 30 hat die Form eines Bechers, mit dem eine Primärleitung 34 durch eine weitere Lötverbindung verbunden ist.
Um eine elektrische Verbindung mit diesem Verbinder zu bilden, wird ein piezoelektrisches Koaxialkabel 1, das unter Bezugnahme auf die Fig. 1-3 beschrieben wurde, zum Verbinden vorbereitet, indem einfach der polymere Mantel 5 zurückgeschnitten wird, während der Außenleiter 4 über die Länge des Kabels intakt bleibt. Der Endbereich des Kabels 1 wird dann in die Crimpzwinge 27 eingesetzt, bis das Ende des Kabels an der Endfläche 32 des Verbindungselements 30 anliegt oder davon nur durch einen kleinen Abstand getrennt ist, und die Crimpzwinge wird auf das Koaxialkabel unter Verwendung eines acht Druckpunkte (vier Richtungen) aufweisenden Crimpwerkzeugs wie oben beschrieben gecrimpt. Der Druck des Crimpvorgangs bildet gleichzeitig eine Verbindung zwischen dem Außenleiter 4 und der Crimpzwinge 27 und veranlaßt den metallischen Mittelleiter 2 des Koaxialkabels, aus dem Ende des Koaxialkabels in elektrischen Kontakt mit der Endfläche 32 des Verbindungselements 30 extrudiert zu werden bzw. auszutreten.

Beispiel

Ein Verbinder, wie er unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben ist, wurde einer Temperatur-Wechselbeanspruchung nach Maßgabe von BS 4G178 über 100 Zyklen unterworfen, wobei die Temperatur zwischen Umgebungstemperatur und 70ºC geändert wurde. Die mittleren Kontaktwiderstände zwischen den Crimpverbindungen und den Leitern sind zusammen mit der mittleren Herausziehkraft in der Tabelle gezeigt. Tabelle Widerstand vor Wechselbeanspr. nach Wechselbeanspr. Herausziehkraft innere Crimpverbindung äußere Crimpverbindung

Claims

1. Elektrische Verbindung mit einem Koaxialkabel (1), das einen Außenleiter (4) hat, der ein piezoelektrisches Dielektrikum (3) und einen Mittelleiter (2) umgibt, der weicher als das Dielektrikum (3) ist, wobei die elektrische Verbindung aufweist:

(i) das Koaxialkabel (1),

(ii) ein elektrisch leitfähiges Crimpelement (7, 27), das auf dem Dielektrikum (3) angeordnet und darauf gecrimpt ist, wobei das Crimpelement (7, 27) in einem solchen Maß verformt worden ist, daß es nicht in das Dielektrikum (3) eindringt, aber den Mittelleiter (2) veranlaßt, aus dem Ende des Dielektrikums (3) in elektrischen Kontakt mit einem elektrisch leitfähigen Verbindungselement (9, 30) zu extrudieren, und

(iii) eine elektrische Verbindung mit dem Außenleiter (4) des Kabels (1).

2. Verbindung nach Anspruch 1, wobei das Crimpelement (7, 27) in einem solchen Maß verformt ist, daß das darunterliegende Dielektrikum (3) nicht über seine Fließgrenze hinaus verformt ist.

3. Verbindung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der Mittelleiter (2) metallisch ist.

4. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Dielektrikum (3) ein Vinylidenfluoridpolymer und bevorzugt Polyvinylidenfluorid aufweist.

5. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das elektrisch leitfähige Verbindungselement (9) Teil des Crimpelements (7). bildet.

6. Verbindung nach Anspruch 5, wobei das Crimpelement (7, 27) in Form einer Hülse mit einem offenen Ende und einem geschlossenen Ende (7) vorliegt, wobei das geschlossene Ende der Hülse das elektrisch leitfähige Verbindungselement bildet.

7. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die elektrische Verbindung mit dem Außenleiter (4) mit dem Crimpelement (7, 27) mechanisch verbunden, aber elektrisch davon isoliert ist.

8. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das elektrisch leitfähige Verbindungselement (30) von dem Crimpelement (27) elektrisch isoliert und das Crimpelement (7, 27) mit dem Außenleiter (4) des Kabels (1) elektrisch verbunden ist.

9. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das elektrisch leitfähige Element (9, 30) einen Anschlag bildet, um die Einführtiefe des Koaxialkabels (1) in das Crimpelement (7, 27) festzulegen.

10. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Crimpelement in Form einer Hülse (27) vorliegt und das elektrisch leitfähige Element (30) in einem Teil der Hülse durch ein elektrisch isolierendes Element (31) hält.

11. Verfahren zum Bilden einer elektrischen Verbindung mit einem Koaxialkabel (1), das einen Außenleiter (4) hat, der ein piezoelektrisches Dielektrikum (3) und einen Mittelleiter (2) umgibt, der weicher als das Dielektrikum ist, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

(i) Positionieren eines Crimpelements (7, 27) auf dem Dielektrikum (3) und Crimpen desselben auf das Dielektrikum, wobei das Crimpelement durch den Crimpvorgang in einem solchen Maß verformt wird, daß es nicht in das Dielektrikum eindringt, aber den Mittelleiter (2) veranlaßt, aus dem Ende des Dielektrikums in elektrischen Kontakt mit einem elektrisch leitfähigen Verbindungselement (9, 30) zu extrudieren, und

(ii) Bilden einer elektrischen Verbindung mit dem Außenleiter (4) des Kabels (1).