DE3940293C2 - Bandkabel - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bandkabel nach der Gattung des Anspruchs 1.

Da Bandkabel gewöhnlich schwache Steuersignale zum Betreiben und Steuern von damit verbundenen elektronischen Geräten emp­ fangen und übertragen, weisen in Bandkabeln enthaltene Si­ gnalleiter einen kleinen Durchmesser und eine hohe Impedanz auf. Ein Bandkabel besteht aus einem Bündel aus langen, dün­ nen Signalleitern, um elektronische Geräte zu verbinden, die in unterschiedlichen Abständen verteilt angeordnet sind. Das Bandkabel könnte als Antenne wirken und elektromagnetisches Rauschen empfangen und absenden.

In bekannter Weise wird das Bandkabel weit von elektronischen Geräten entfernt angeordnet, die eine elektromagnetische Rausch- bzw. Störungsquelle sein könnten, und jedes Teil von elektronischen Geräten, oder der elektronischen Vorrichtun­ gen, die mit dem Bandkabel verbunden sind, wird elektromagne­ tisch abgeschirmt, so daß das Bandkabel keine elektromagneti­ schen Störungen oder elektromagnetisches Rauschen aufnimmt.

In elektronischen Geräten werden mehr und mehr Mikrocomputer verwendet. Um die Arbeitsgeschwindigkeit der Mikrocomputer zu erhöhen, wird die Taktfrequenz auf einen hohen Wert festge­ legt. Als Ergebnis steigt sowohl die Zahl der elektromagneti­ schen Störungsquellen als auch der Betrag der elektromagneti­ schen Störungen bzw. des elektromagnetischen Rauschens an. Die Kosten für die Abschirmung der Quellen steigen ebenfalls an.

Ein aus der DE 30 08 953 C2 bekanntes Bandkabel der eingangs genannten Gattung verwendet als äußere leitfähige Schicht ei­ nes Kabels ein flexibles, nicht leitfähiges Material, in dem leitfähige Partikel gebunden sind, z. B. Kohlefasern. Auch aus der DE 34 38 660 A1 ist ein Rundkabel mit einer ähnlichen äu­ ßeren leitfähigen Schicht bekannt, wobei die dort verwendeten leitfähigen Teilchen eine Dicke von 25 µm aufweisen. Diese relativ große Dicke der leitfähigen Teilchen führt zu einer unbefriedigenden Leitfähigkeit und Flexibilität der leitfähi­ gen Schicht.

Aus der nicht vorveröffentlichten DE 39 35 437 A1 sind zwar sehr feine Kohlefasern bekannt, jedoch nicht in Verbindung mit der Umhüllung eines Bandkabels, sondern in Verbindung mit einer Dichtung.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein Bandkabel zu schaffen, dessen äußere leitfähige Schicht eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Flexibilität und Leitfähigkeit besitzt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des An­ spruchs 1 gelöst.

Im Unterschied zu bekannten Polyacrylnitril-Kohlefasern oder Pechkohlefasern sind die Kohlefasern gemäß der vorliegenden Erfindung haarförmig ausgebildet und weisen einen Durchmesser auf, der im wesentlichen dem von ultrafeinen Partikeln eines hochschmelzenden Metalls oder einer hochschmelzenden Metall­ verbindung oder -legierung entspricht, die als Entwicklungs­ stellen für die Kohlefaser dienen. Ihr Durchmesser ist daher gegenüber dem vorveröffentlichten Stand der Technik um einen Faktor 50-1.000 kleiner. Die Kohlefasern können mit Kunst­ harz verklebt oder gleichmäßig darin verteilt angeordnet sein. Die Kohlefasern enthalten kristallisierte Graphit­ schichten und besitzen einen kleinen spezifischen elektri­ schen Widerstand und eine ausgezeichnete Leitfähigkeit.

Die leitfähige Schicht enthält bei der Herstellung zunächst die Kohlefasern als leitfähigen Füllstoff, ein Binder, ein Lösungsmittel, ein Additiv und ggf. andere chemische Mittel. Wenn die leitfähige Schicht an der Außenfläche des Bandkabels angebracht wird, härtet der Binder aus und koaguliert, und das Lösungsmittel verdampft. Nach Verdampfung des Lösungsmit­ tels verflechten, verweben und vernetzen sich die Kohlefasern und bilden eine leitfähige Schicht mit hoher Leitfähigkeit an der Außenseite des Flachkabels. Die leitfähige Schicht schirmt die isolierten Signalleiter elektromagnetisch sehr gut nach außen hin ab und weist eine hohe Flexibilität auf.

Der spezifische elektrische Widerstand der leitfähigen Schicht kommt nahe an den der Kohlefasern selbst heran.

Der Kohlefaseranteil sollte ungefähr 30 Vol% der leitfähigen Umhüllung betragen, mit Ausnahme der verdampften Substanzen. Das Material des Binders kann aus den Materialien Epoxidharz, Phenol, Acrylnitril, Urethan oder anderen verschiedenartigen Kunstharzen ausgewählt werden entsprechend den Trocken- und Aushärtebedingungen. Ein Verteilungsmittel kann der leitfähi­ gen Schicht zugesetzt werden, so daß die Kohlefasern einheit­ lich im Binder verteilt werden können. Ein Verstärkungsmittel kann ebenfalls zugesetzt werden, um die Adhäsion der Kohlefa­ ser zu erhöhen.

Das hochschmelzende Metall zur Erzeugung der Kohlefasern darf bei 950°C bis 1300°C noch nicht vergasen, also in einem Tem­ peraturbereich, in dem Kohlewasserstoffe thermisch zersetzt werden. Verwendbar als hochschmelzende Metalle sind Titan (Ti), Zirkon (Zr) od. dgl. in Gruppe IVa gemäß dem Periodensy­ stem, Vanadium (V), Niob (Nb) oder Tantal (Ta) in Gruppe Va, Chrom (Cr), Molybdän (Mo) od. dgl. in Gruppe VIa, Mangan (Mn) od. dgl. in Gruppe VIIa oder Eisen (Fe), Kobalt (Co), Nickel (Ni) od. dgl. in Gruppe VIII. Die Metalle FE, Co, Ni, V, Nb, Ta, Ti und Zr eignen sich am besten.

Dioxide, Nitride, Chloride od. dgl. dieser Metalle werden als hochschmelzende Metallverbindungen verwendet.

KURZE DARSTELLUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Flachkabels als erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Gemäß Fig. 1 enthält ein Flachkabel 1 acht parallel angeord­ nete Signalleiter 3 aus Kupfer, eine Isolierschicht 5 zur Isolierung der Signalleiter 3 und eine leitfähige Schicht 7, die über der Außenseite der Isolierschicht 5 gebildet ist.

Das Flachkabel 1 wird folgendermaßen hergestellt:

Zunächst werden die parallel in einer Ebene angeordneten Signalleiter 3 auf eine bandförmige Metallform aufgebracht. Dann wird ein isolierender Kunststoff, wie Vinylchlorid, Polyester oder Polyimid in die Metallform eingegossen, um die Isolierschicht 5 zu bilden. Nach dem Abbinden wird die Isolierschicht 5 zusammen mit den Signalleitern 3 aus der Metallform entnommen. Danach wird die Außenfläche der Isolier­ schicht 5 mit einem leitfähigen Überzug beschichtet, der später noch beschrieben wird. Nachdem der leitfähige Überzug getrocknet und ausgehärtet ist, wird die leitfähige Schicht 7 an der Oberfläche der Isolierschicht 5 angeformt.

Alternativ hierzu können die gegenüberliegenden Seiten der parallel in derselben Ebene angeordneten Signalleiter zwischen zwei isolierenden Filmen nach Art einer Sandwich-Bauweise angeordnet werden. Die leitfähige Schicht 7 kann auf den isolierenden Filmen ausgebildet werden.

Der leitfähige Überzug zur Bildung der leitfähigen Schicht 7 besteht aus Kohlefasern, einem Bindemittel aus Acryl­ harz, einem bekannten Lösungsmittel, einem bekannten Ver­ stärkungsmittel und weiteren Zusätzen. Die Kohlefasern werden aus Eisenpartikeln mit einem Partikeldurchmesser zwischen 0,02 m und 0,03 µm über ein Dampfphasensystem durch Zer­ setzung von Benzol in einem Reaktor bei einer Temperatur zwischen 950°C und 1300°C gebildet. Die gebildeten Kohle­ fasern weisen einen Durchmesser von 0,1 bis 0,5 µm und eine Länge von 0,1 bis 1,0 mm auf und besitzen einen spezifischen elektrischen Widerstand von 0,001 Ohm . cm. Der leitfähige Überzug mit Ausnahme der verdampften Lösungsmittelsubstanzen enthält 30 Vol% Kohlefasern. Nach Aushärten des Bindemittels und Verdampfen des Lösungsmittels wird die leitfähige Schicht 7 gebildet, die einen spezifischen elektrischen Widerstand von 0,9 Ohm . cm gemäß dem niederen spezifischen elektri­ schen Widerstand der Kohlefaser aufweist.

Die Isolierschicht 5, wie auch die leitfähige Schicht 7, verhelfen die Bandkabel 1 zu einer Flexibilität. Wie auch bekannte Bandkabel ist das Bandkabel 1 kompakt und leicht­ gewichtig ausgebildet. Darüber hinaus trägt das Bandkabel 1 zu einer Abnahme falsch angeordneter Verdrahtungen bei und besitzt eine hohe Zuverlässigkeit. Das Bandkabel 1 ist über Verbindungsvorrichtungen oder Lote an beiden Enden mit dem zu verdrahtenden elektronischen Gerät verbunden.

Da das Bandkabel 1 an seiner Außenseite die leitfähige Schicht 7 mit haarförmigen, einen niedrigen spezifischen elektrischen Widerstand aufweisenden Kohlefasern besitzt, sind die Signal­ leiter 3 elektromagnetisch nach außen hin abgeschirmt. Folg­ lich können elektromagnetische Störungen bzw. elektromagne­ tisches Rauschen nicht auf die Signalleiter 3 übertragen werden, und das Bandkabel 1 wirkt nicht als Antenne. Bei Verwendung des Bandkabels 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungs­ beispiel muß das elektronische Gerät nicht abgeschirmt werden. Wenn das elektronische Gerät installiert ist, muß dem Ab­ stand zwischen dem elektronischen Gerät und dem Bandkabel keine Beachtung mehr gewidmet werden. Elektromagnetische Störungen können leicht und kostengünstig verhindert werden. Weiterhin kann das elektronische Gerät, wie z. B. eine elektro­ nische Schreibmaschine, ohne Beschränkungen ausgelegt werden. Schließlich kann die leitfähige Schicht leicht aus dem leit­ fähigen Überzug gebildet werden.

Wenn das Bandkabel 1 über Verbindungselemente an beiden Enden am elektronischen Gerät angeschlossen wird, kann die leitfähige Schicht 7 mit Masseanschlüssen in den Verbindungs­ elementen verbunden werden. Die leitfähige Schicht 7 kann dadurch als Masseleiter für das an beiden Enden des Band­ kabels 1 angeschlossene elektronische Gerät dienen. Die Signalleiter 3 können nach außen hin elektromagnetisch abge­ schirmt sein. Da die leitfähige Schicht 7 als Masseleiter zusätzlich von außen kommende elektromagnetische Wellen absorbiert und reflektiert, wird verhindert, daß der Grund­ pegel der elektrischen Energie in den Signalleitern 3 durch von außen kommende elektromagnetische Wellen verändert wird. Da der elektrische Energiepegel in den Signalleitern 3 rela­ tiv zum Masseleiter konstant gehalten wird, können Fehl­ funktionen im elektronischen Gerät dadurch verhindert werden.

Der Kohlefaseranteil kann auch auf andere Weise als beschrie­ ben zugefügt werden. Wenn der leitfähige Überzug mit Ausnahme der verdampften Stoffe mehr als 30 Vol% Kohlefasern enthält, wird der spezifische elektrische Widerstand der leitfähigen Schicht so groß wie der der Kohlefaser. Wenn der Kohlefaser­ anteil weiter erhöht wird, so werden die vernetzten und verwobenen Kohlefasern dichter angeordnet, und Gitter- bzw. Netzstrukturen in der Kohlefaser werden verkleinert. Wenn der leitfähige Überzug mehr als 30 Vol% Kohlefasern enthält, kann entsprechend der Frequenz der elektromagnetischen Wellen ein besserer Abschirmeffekt gegenüber diesen erwartet werden.

Claims (5)

1. Bandkabel mit einer Vielzahl von mit einer Umhüllung (5) aus isolierendem Material versehenen Signalleitern (3) und mit einer auf das isolierende Material aufgebrachten leitfähi­ gen Schicht (7), die aus einem flexiblen, nicht leitfähigen Ma­ terial besteht, in dem Kohlefasern verteilt angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlefasern aus hochschmelzen­ den Metallpartikeln mit einem Partikeldurchmesser von 0,02- 0,03 µm über ein Dampfphasensystem gebildete Kohlefasern sind.

2. Bandkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das flexible, nicht leitfähige Material Acrylharz ist.

3. Bandkabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kohlefasern einen Durchmesser zwischen 0,1 und 0,5 µm und eine Länge von 0,1 bis 1,0 mm aufweisen.

4. Bandkabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähige Schicht (7) einen Kohlefaseranteil von wenigstens 30 Vol% aufweist.

5. Bandkabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlefasern in einem die Leit­ fähigkeit in der leitfähigen Schicht (7) ohne wesentliche Ver­ schlechterung der Flexibilität des Basismaterials erzeugenden, gitterartigen Netzwerk angeordnet sind.