EP1529294B1

EP1529294B1 - Verfahren zur herstellung klebstofffreier flachleiter-bandkabel

Info

Publication number: EP1529294B1
Application number: EP03792137A
Authority: EP
Inventors: Dietmar Zeibig
Original assignee: Panta GmbH
Current assignee: Panta GmbH
Priority date: 2002-08-15
Filing date: 2003-08-12
Publication date: 2007-05-09
Anticipated expiration: 2023-08-12
Also published as: EP1529294A1; EP1389784A1; AU2003260265A1; DE10238188A1; WO2004019349A1; DE50307252D1; ATE362184T1; DE10393623D2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung klebstofffreier Flachleiter-Bandkabel sowie auf diese Weise hergestellte Flachleiter-Bandkabel.
Flachleiter-Bandkabel werden in großem Umfang in der Elektro- und Elektronikindustrie eingesetzt. Sie können beispielsweise zur Verbindung elektrischer Bauteile, als Steuersignal- oder Energietransportleitungen oder als flexible Heizelemente verwendet werden.
Flachleiter-Bandkabel weisen mehrere Leiterbahnen auf, die voneinander beanstandet und parallel zueinander in einer Ebene angeordnet sind. Die Leiterbahnen sind in ein Polymer eingebettet, das die Leiterbahnen voneinander und gegen die Umgebung isoliert und gleichzeitig gegen Beschädigung schützt.
Flachleiter-Bandkabel dienen vorwiegend zur Übertragung elektrischer Energie und/oder von Daten in Form elektrischer Signale.
Die Einsatzmöglichkeiten eines Flachleiter-Bandkabels werden wesentlich durch die Eigenschaften des zur Isolierung verwendeten Polymers und durch das Verfahren bestimmt, mit dem die Leiterbahnen in das Polymer eingebettet werden. An die Eigenschaften des Polymers, insbesondere an seine Temperaturbeständigkeit, dynamische Biegewechselfestigkeit, sein Knickverhalten, seine Einreiß- und Weiterreißfestigkeit, sein Brennverhalten, seine Medien- und Hydrolysebeständigkeit und seine elektrische Durchschlagsfestigkeit sind deshalb in Abhängigkeit vom jeweiligen Anwendungszweck des Kabels spezielle Anforderungen zu stellen. Darüber hinaus beeinflußt das zur Herstellung der Flachleiter-Bandkabel verwendete Verfahren dessen Eigenschaften wesentlich. Beispielsweise wird die elektrische Spannungsfestigkeit des Flachleiter-Bandkabels nicht nur durch die elektrische Durchschlagsfestigkeit des Polymers, sondern eben auch durch das eingesetzte Verfahren maßgeblich bestimmt.
Flachleiter-Bandkabel werden in der Regel hergestellt, indem die parallelen Leiterbahnen in das Polymer, beispielsweise Polyethylenterephthalat, mit Hilfe eines Klebstoffs eingesiegelt werden. Zur Herstellung sogenannter Flexible Flat Cabels (FFC) werden die parallel angeordneten Leiterbahnen mit Polymerfolien derart laminiert, daß sich die Leiterbahnen zwischen den Polymerfolien befinden. Zur Herstellung eines Flexible Printed Circuit (FPC) werden die Leiterbahnen auf eine Polymerfolie aufgedampft oder durch ein galvanisches Verfahren aufgebracht. Auf die so erhaltene erste Polymerfolie wird eine zweite Polymerfolie geschichtet, wobei beide Polymerfolien mit einem Klebstoff miteinander verbunden werden, der zuvor zwischen die beiden Polymerfolien eingebracht wurde.
Die Verwendung eines Klebstoffs schränkt jedoch die Einsatzmöglichkeiten so gefertigter Kabel ein, da die Kleber in der Regel nur über einen begrenzten Bereich temperaturbeständig sind. Überdies weisen die Kleber nur eine geringe Alterungsbeständigkeit und geringe Flexibilität auf.
Aus DE 42 00 311 sind klebstofffreie Flachleiter-Bandkabel bekannt. Diese Flachleiter-Bandkabel werden durch Heißpressen von Polymerfolien auf die parallelen Leiterbahnen hergestellt. Die so hergestellten Flachleiter-Bandkabel sind aufgrund der Verwendung spezieller Polymere mit hoher Temperaturbeständigkeit und dem Fehlen von Klebstoffen, auch bei höheren Umgebungstemperaturen verwendbar.
Die in DE 42 00 311 offenbarten Thermoplaste bestehen aus Monomeren, die aromatische oder heteroaromatische Gruppen enthalten. Flachleiter-Bandkabel wurden nach den Beispielen lediglich mit Isolierungen aus Polyethersulfon, Polysulfon und Polyetheretherketon hergestellt. Diese Polymere wurden in Form von Folien eingesetzt. Dazu wird beispielsweise ein Granulat in einem Extruder aufgeschmolzen, die Schmelze durch eine Düse extrudiert und die Schmelze anschließend im Wasserbad oder auf einer Gießwalze abgekühlt. Zwei der so erhaltenen Folien werden dann zur Herstellung von Flachleiter-Bandkabeln mit den Leiterbahnen verpreßt. Allerdings kann auf diese Weise keine vollständige und gleichmäßige Umhüllung der Leitbahnen sichergestellt werden, da die Bildung von Hohlräumen nicht vollständig ausgeschlossen werden kann. Ein schwerwiegendes Problem dieses Verfahrens besteht darin, daß zum Heißpressen benötigte Wärme im Bereich der Leiterbahnen von diesen abgeführt wird, so daß in der unmittelbaren Umgebung der Leiterbahnen keine optimale Bindung der Folien zu den Leiterbahnen erreichbar ist. Durch Kapillarkräfte können somit Medien in das Kabel eindringen und die Leiterbahnen beschädigen. Die mit diesem Verfahren hergestellten Flachleiter-Bandkabel bestehen demzufolge den sogenannten Kapillartest nicht.
EP 0 938 099 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Flachkabeln. Dabei werden parallel angeordnete Leiter mit rechtwinkligem Querschnitt zu einem Kreuzkopf eines Extruders geführt und dort mit einem thermoplastischen Harz mit einem Biegemodul von 800 bis 2400 MPa extrusionsbeschichtet. Als geeignete thermoplastische Harze werden Polyamidharze, Polyolefinharze und Polymere mit See-Insel-Struktur angegeben. Dieses Verfahren ist jedoch nicht geeignet, um Flachleiter-Bandkabel herzustellen, deren polymere Isolierung hohen Anforderungen an die elektrische Spannungsfestigkeit und Maßhaltigkeit gerecht wird.
Nach dem in EP 0 938 099 beschriebenen Verfahren bestehen in der Extrusionsdüse (siehe beispielsweise Fig. 7 in EP 0 938 099) ungleichmäßige Druckverhältnisse, unter denen das plastifizierte Polymer auf die Leiterbahnen trifft. Das hat zur Folge, daß die Isolationsschichten auf und zwischen den Leiterbahnen ungleichmäßig ausgeformt werden. Demzufolge ist die Maßhaltigkeit der Polymerisolierung unzureichend, was unter anderem eine geringere elektrische Spannungsfestigkeit bedingt. Eine relativ geringe Spannungsfestigkeit führt im Fall eines elektrischen Überschlags zwischen den Leiterbahnen und/oder zu den das Flachleiter-Bandkabel umgebenden Medien zu einer Zerstörung des polymeren Isolationsmaterials.
Die klebstofffreien Flachleiter-Bandkabel nach dem Stand der Technik genügen somit nicht den hohen Anforderungen, die insbesondere in den letzten Jahren an Flachleiter-Bandkabel in der Industrie, beispielsweise in der Automobilindustrie, gestellt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere ein Verfahren zur Herstellung klebstofffreier Flachleiter-Bandkabel mit hoher Maßhaltigkeit und somit hoher elektrischer Spannungsfestigkeit angegeben werden. Darüber hinaus soll eine Vorrichtung zur Herstellung eines solchen Flachleiter-Bandkabels und ein Flachleiter-Bandkabel mit hoher Maßhaltigkeit und somit hoher elektrischer Spannungsfestigkeit angegeben werden.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 9 und 17 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindungen ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 8 und 10 bis 16.
Nach Maßgabe der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Flachleiter-Bandkabeln, bestehend aus mehreren parallelen Flachleitern, die in ein Polymer eingebettet sind, vorgesehen, daß die Schritte

(a) Bereitstellen eines extrudierbaren Polymers;
(b) Plastifizieren des in Schritt (a) bereitgestellten extrudierbaren Polymers;
(c) Einstellen eines konstanten Volumenstroms des in Schritt (b) erhaltenen plastifizierten Polymers mittels einer Schmelzepumpe, wobei das Volumen des Volumenstrom pro Zeiteinheit höchstens um ± 2,5 % variiert ; und
(d) Zusammenführen des konstanten Volumenstroms des plastifizierten Polymers mit den parallelen Flachleitern in einem Werkzeug unter Bildung von Flachleiter-Bandkabeln

In Schritt (d) werden das plastifizierten Polymer und die parallelen Flachleiter gemeinsam durch eine Düse (Austrittsdüse) des Werkzeuges geführt, wodurch die parallelen Flachleiter in das plastifizierte Polymer unter Ausbildung einer Isolierschicht, die die Flachleiter ummantelt, vollständig eingebettet werden.
Das Verfahren ist ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Flachleiter-Bandkabeln.
Die Erfindung beruht somit auf der Erkenntnis, daß die Herstellung eines konstanten Volumenstromes, mit dem das plastifizierte Polymer dem Werkzeug zugeführt wird, zu einer polymeren Isolierung der Flachleiter führt, die im Vergleich zum Stand der Technik wesentlich maßhaltiger ist. Die höhere Maßhaltigkeit, die bereits für sich ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, führt darüber hinaus zu besseren Eigenschaften des Flachleiter-Bandkabels, insbesondere zu einer besseren elektrischen Spannungsfestigkeit. Die auf diese Weise hergestellten Flachleiter-Bandkabel werden somit den in den letzten beiden Jahren erheblich verschärften Anforderungen gerecht, die beispielsweise die Automobilindustrie an die von ihr verwendeten Flachleiter-Bandkabel stellt.
Die verwendeten Flachleiter sollten einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Die Flachleiter können metallische Leiterbahnen sein, die beispielsweise aus Kupfer gebildet sind. Im folgenden werden die Begriffe "Leiterbahn" und "Flachleiter" synonym verwendet.
Zweckmäßigerweise umfaßt das Bereitstellen des extrudierbaren Polymers das Trocknen des Polymers. In Abhängigkeit von dem gewählten Polymer kann die Trocknungszeit zwischen 30 min und 4 h und die Trocknungstemperatur zwischen 50 und 160 °C liegen.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann jedes Polymer eingesetzt werden, daß extrudierbar ist. Aufgrund ihrer Eigenschaften werden jedoch die Polymere Polyethersulfon, Polyetherimid, Polyethylennaphthalat, Polypropylen sowie Derivate dieser Polymere oder Gemische, die diese Polymere und/oder Derivate dieser Polymere enthalten, bevorzugt. Besonders bevorzugt wird als Polymer Polyethersulfon verwendet.
Der konstante Volumenstrom des plastifizierten Polymers kann mit einer Schmelzepumpe eingestellt werden. Mit Hilfe dieser Schmelzepumpe wird der diskontinuierliche ("pulsierende") Volumenstrom in einen konstanten Volumenstrom umgewandelt. Die Konstanz des Volumenstroms kann mittels Druckmessungen geprüft werden. Bei einem Druck des Volumenstroms des plastifizierten Polymers, das den Extruder verläßt, von 50 MPa betragen die pulsierenden Druckdifferenzen ± 5 MPa. Würde dieser Volumenstrom direkt verwendet, um die Leiterbahnen zu ummanteln, würde eine Isolierung mit geringer Maßhaltigkeit, bei Polymeren wie Polyethersulfon sogar eine Isolierungsoberfläche mit schuppigem Charakter (sogenannter Schmelzebruch), erhalten. Die elektrische Spannungsfestigkeit dieser Flachleiter-Bandkabel ist demgemäß gering. Nach der Schmelzepumpe ist der Volumenstrom konstant, wobei die genauen Parameter von der verwendeten Schmelzepumpe abhängen. "Konstant" bedeutet in diesem Zusammenhang, daß das Volumen des kontinuierlichen Volumenstroms, der dem Werkzeug zugeführt wird, pro Zeiteinheit höchstens um ± 2,5 % variiert.
Überdies kann die Leistung des Extruders durch eine geeignete Druckregelung, die einen Meßfühler zwischen dem Ausgang des Extruders und der Schmelzepumpe aufweist, geregelt werden.
Das Zusammenführen des konstanten Volumenstroms des plastifizierten Polymers mit den parallelen Flachleitern in Schritt (d) sollte das Einstellen der Lage der Leiterbahnen in dem Polymer umfassen. Vorzugsweise werden die Leiterbahnen in dem Werkzeug vertikal geführt.
Die in Schritt (d) erhaltenen Flachleiter-Bandkabel sollten nach dem Verlassen des Werkzeuges, in dem das plastifizierte Polymer und die Leiterbahnen zusammengeführt werden, abgekühlt werden. Das kann beispielsweise geschehen, indem das Flachleiter-Bandkabel durch ein temperiertes Wasserbad und/oder ein Kühlmedium geführt wird.
Nach Maßgabe der Erfindung ist weiterhin eine Vorrichtung zur Herstellung von Flachleiter-Bandkabeln vorgesehen, die

(a) eine Einrichtung zum Bereitstellen eines extrudierbaren Polymers;
(b) einen Extruder zum Plastifizieren des bereitgestellten extrudierbaren Polymers;
(c) eine Schmelzepumpe zum Einstellen eines konstanten Volumenstroms des plastifizierten Polymers und
(d) ein Werkzeug zum Zusammenführen des konstanten Volumenstroms des plastifizierten Polymers mit den parallelen Flachleitern unter Bildung von Flachleiter-Bandkabeln

Diese Vorrichtung ist insbesondere zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet.
Zweckmäßigerweise umfaßt die Einrichtung zum Bereitstellen eines extrudierbaren Polymers einen Trockner zum Trocknen des extrudierbaren Polymers.
Sie sollte weiterhin eine Druckregelung aufweisen, die die Menge des plastifizierten Polymers, das der Schmelzepumpe zugeführt wird, einstellt.
Das Werkzeug zum Zusammenführen des konstanten Volumenstroms des plastifizierten Polymers mit den parallelen Flachleitern besteht zweckmäßigerweise aus

(a) einer Drahtführung für die parallelen Flachleiter;
(b) einer Umlenkeinrichtung für den konstanten Volumenstrom des plastifizierten Polymers;
(c) einer Polymerführung und
(d) einer Austrittsdüse für das Flachleiter-Bandkabel.

Die Drahtführung führt die parallelen Flachleiter vorzugsweise vertikal durch das Werkzeug. Die vertikale Führung der Flachleiter bietet den besonderen Vorteil, daß Einflüsse der Schwerkraft auf das Isoliermaterial vermieden werden, die bei horizontaler Führung, wie sie im angegebenen Stand der Technik beschrieben ist, zu unterschiedlicher Stärke der Isolierung auf der Oberseite und der Unterseite des Flachleiter-Bandkabels führt.
Die Vorrichtung umfaßt zweckmäßigerweise eine Einrichtung zum Abkühlen des in dem Werkzeug erhaltenen Flachleiter-Bandkabels. Bei dieser Einrichtung kann es sich um ein temperiertes Wasserbad und/oder ein Kühlmedium handeln.
Das Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigen

Fig. 1: eine Darstellung der Draufsicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung eines Flachleiter-Bandkabels,
Fig. 2: eine Darstellung der Seitenansicht der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform,
Fig. 3: eine Längsschnitt-Darstellung eines Werkzeuges der in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform mit Drahtführung, Umlenkung und Austrittsdüse,
Fig. 4: eine Querschnitt-Darstellung des in Fig. 3 gezeigten Werkzeuges,
Fig. 5: eine Schnittdarstellung eines Düsenspaltes,
Fig. 6: eine Darstellung eines ersten Teilelementes der Drahtführung,
Fig. 7: eine Schnittdarstellung eines Flachleiter-Bandkabels und
Fig. 8: eine Darstellung von Meßwerten, die aus der Auswertung von Schliffbildern eines gemäß der Erfindung hergestellten Flachleiter-Bandkabels hervorgegangen sind.

Nach Fig. 1 und 2 weist die Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Flachleiter-Bandkabeln mit hoher Maßhaltigkeit einen Extruder 5 auf, in dem das extrudierbare Polymer plastifiziert wird. Das auf diese Weise erhaltene plastifizierte Polymer wird mit einem Volumenstrom über einen Siebwechsler 7 zu einer Schmelzepumpe 8 geführt. Im Siebwechsler 7 werden Verunreinigungen aus dem plastifizierten Polymer entfernt. Mit der Schmelzepumpe 8 wird aus dem pulsierenden Volumenstrom des plastifizierten Polymers, der den Extruder 5 verläßt, ein konstanter Volumenstrom hergestellt. Dieser konstante Volumenstrom des plastifizierten Polymers trifft in dem Werkzeug 9 auf die parallel zueinander geführten Leiterbahnen 2, die das Werkzeug 9 vertikal durchlaufen (Fig. 2). Die vertikale Laufrichtung der Flachleiter wird mittels Umlenkrolle 8, die über dem Werkzeug 9 angeordnet ist, erreicht.
Durch das Werkzeug 9 werden die Leiterbahnen 2 in Drahtführung 11 kontinuierlich geführt (Fig. 3). Das plastifizierte Polymer tritt in das Werkzeug 9 über den Materialeinlauf 15 ein (Fig. 4). Von dort wird das plastifizierte Polymer über eine Materialumlenkung 14 (sogenannte Umlenkeinrichtung) in die Polymerführung 16 geleitet und trifft dort auf die Leiterbahnen, wie in Ausschnitt A von Fig. 3 dargestellt ist. Anschließend verlassen die mit dem Polymer ummantelten Leiterbahnen das Werkzeug 9 über Austrittsdüse 12 (Fig. 2, Fig. 4) und werden durch ein Wasserbad 10 geführt.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Werkzeuges 9 wird nachfolgend näher beschrieben.
Die Drahtführung 11 ist in einem Trägerelement 17 angeordnet (Fig. 3 und 4). Die Drahtführung 11 weist für jeden Flachleiter einen gesonderten, vertikalen Führungskanal 111 mit einer Eintrittsöffnung 112 und einer Austrittsöffnung 113 auf. Der Querschnitt des Führungskanals 111 verengt sich von der Eintrittsöffnung 112 in Richtung der Austrittsöffnung 113. Die Anordnung der Austrittsöffnungen 113, insbesondere deren Abstand zueinander, wird von der vorgesehenen Anordnung der Flachleiter 2 in dem herzustellen Flachleiter-Bandkabel 1 bestimmt. Das Werkzeug 9 und folglich die Drahtführung 11 werden kontinuierlich von den Flachleitern 2 durchlaufen.
In der Außenfläche der Drahtführung 11 ist vorzugsweise eine horizontale, die gesamte Drahtführung umlaufende Aussparung 114 vorgesehen. Diese Aussparung 114 bildet zusammen mit dem Trägerelement 17 die Materialumlenkung 14. Die Aussparung 114 umläuft die Drahtzuführung 11 vollständig. Die Aussparung 114 ist nach oben abgeschlossen, während nach unten ein Spalt 115 zwischen dem Trägelement 17 und der Drahtführung 11 ausgebildet ist. Spalt 115 kann ebenso wie die Aussparung 114 die Drahtzuführung 11 vollständig umlaufen, dies ist jedoch nicht notwendig.
Das Trägerelement 17 weist eine kanalartige Zuführung 171 für das plastifizierte Polymer auf, die den Materialeinlauf 15 bildet. Der Materialeinlauf 15 ist dabei in Höhe der Aussparung 114 des Trägerelementes 17 angeordnet, so daß das plastifizierte Polymer über den Materialeinlauf 15 in die Materialumlenkung 14 gelangt. Von dort wird das plastifizierte Polymer in den Spalt 115 gedrückt.
Am unteren Ende der Drahtführung 11 ist die Austrittsdüse 12 angeordnet. Die Austrittsdüse 12 weist einen Düsenspalt 121 auf, der gegenüber den Austrittsöffnung 113 der Drahtführung 11 angeordnet ist. Zwischen der Austrittsdüse 12 und dem unteren Ende der Drahtführung 11 ist ein Spalt 122 vorgesehen. Die kontinuierlich durch das Werkzeug geführten Flachleiter 2 passieren nach Verlassen der Austrittsöffnung 113 der Drahtführung 11 Spalt 122 und den Düsenspalt 121 und treten dann aus dem Werkzeug 9 aus.
Spalt 122 steht über die Polymerführung 16 in Verbindung mit Spalt 115. Das plastifizierte Polymer gelangt somit über Spalt 115 und die Polymerführung 16 in den Spalt 122. Die Polymerführung 16 ist unterhalb der Aussparung 114 zwischen der Außenfläche der Drahtführung 11 einerseits und dem Trägelement 17 und der Austrittsdüse 12 andererseits ausgebildet und umläuft die Drahtführung 11 vollständig.
Zweckmäßigerweise ist die Außenfläche des unteres Teils der Drahtführung 11 so gestaltet, daß sie sich in Richtung der Austrittsöffnungen 113 verjüngt. Dazu ist der untere Teil der Drahtführung 11 vorzugsweise als Kegelstumpf mit rechteckiger Grundfläche ausgeformt, wobei die Austrittsöffnungen 113 in der rechteckigen Pyramidenstumpffläche mit dem kleineren Flächeninhalt angeordnet sind. In diesem Fall sind die voneinander beabstandeten Austrittsöffnungen 114 auf einer Linie angeordnet, die parallel zu den längeren parallelen Seitenkanten der rechteckigen Pyramidenstumpffläche mit dem kleineren Flächeninhalt verläuft.
Dadurch kann das plastifizierte Polymer gerichtet zu dem Düsenspalt 121 der Austrittsdüse 12 transportiert werden.
Im Spalt 122 trifft das plastifizierte Polymer auf die Flachleiter 2, die aus der Austrittsöffnung 113 der Drahtführung 11 austreten. Gleichzeitig wird das plastifizierte Polymer aus dem Düsenspalt 121 herausgepreßt, wobei es die Flachleiter 2 ummantelt und Isolierschicht 3 bildet.
Der Querschnitt des Düsenspalts 121 ist in Fig. 5 für den Fall gezeigt, daß drei einzelne Flachleiter 2 kontinuierlich durch das Werkzeug 9 geführt werden. Der Düsenspalt 121 weist für jeden Flachleiter 2 eine Querschnittsvergrößerung 123 auf. Durch diese Querschnittsvergrößerung 123 wird der jeweilige Flachleiter 2 mittig geführt. Aufgrund der mittigen Führung der Flachleiter 2 durch die Querschnittsvergrößerungen 123 wird eine vollständige Ummantelung der Flachleiter 2 mit dem Polymer in dem Düsenspalt 121 erreicht. Die zwischen jeweils zwei benachbarten Querschnittsvergrößerungen 123 ausgebildeten Querschnittseinengungen 124 bilden die späteren Verjüngungen 4 der Isolierschicht 3 (in Fig. 7 für ein Flachleiter-Bandkabel mit fünf parallelen Flachleitern gezeigt) aus.
Die Drahtführung 11 kann zweiteilig ausgebildet sein. In Fig. 6 ist ein erstes Teilelement 116 der Drahtführung 11 dargestellt. Das zweite Teilelement (nicht gezeigt) ist spiegelsymmetrisch zu dem ersten Teilelement ausgebildet.
Zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Werkzeug 9 werden die beiden Hälften derart zusammengefügt, daß die Kerben 117, die in einer Außenfläche des Teilelementes 116 ausgebildet sind, die Führungskanale 111 bilden.
Ein mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltenes Flachleiter-Bandkabel 1 ist in Fig. 7 im Querschnitt schematisch und stark vergrößert dargestellt. Das Bandkabel 1 weist Leiterbahnen 2 auf, die in eine Isolierschicht 3 eingebettet sind. Zwischen den Leiterbahnen 2 verjüngt sich die Höhe des Kabels 1 (Bezugszeichen 4). Die Breite und Höhe der Leiterbahnen 2, deren Abstand voneinander, die Dicke der polymeren Isolationsschicht 3 auf den Leiterbahnen 2 und zwischen den Leiterbahnen 2 können je nach Verwendungszweck des Flachleiter-Bandkabels verändert werden.

Beispiele

Die in den Beispielen hergestellten Flachleiter-Bandkabel wurden unter Verwendung folgender Tests geprüft:

Maßhaltigkeit:

Zur Prüfung der Maßhaltigkeit wurden Schliffbilder vom Querschnitt des Flachleiter-Bandkabels angefertigt. Die Schliffbilder wurden mittels einer optischen Meßvorrichtung (DE MEET 220, NL) ausgemessen. Die Maßhaltigkeit der polymeren Ummantelung wurde mit sehr gut bewertet, wenn die gemessenen Maße innerhalb der in Fig. 8 gezeigten Bereiche lagen.

Elektrische Spannungsfestigkeit

Aus den in den Beispielen 1 bis 4 hergestellten Flachleiter-Bandkabeln wurde ein Probekörper mit 700 mm Länge hergestellt. An beiden Enden des Probekörpers wurden jeweils 10 mm abisoliert.
Der Probekörper wurde in eine 5%ige NaCl-Lösung so getaucht, daß die abisolierten Enden des Probekörpers aus der NaCl-Lösung herausragten. Zwischen allen Leiterbahnen und der NaCl-Lösung wurde eine Spannung von 1,5 kV Wechselstrom, 50Hz, angelegt, wobei sichergestellt wurde, daß kein Spannungsüberschlag über die Luft erfolgen konnte. Anschließend mußten die Proben der angelegten Spannung 1 min lang widerstehen. Nach Ablauf dieser Zeit wurde die Spannung bis zum Durchschlag erhöht.
Der Test wurde für jeweils drei Probekörper durchgeführt.

Biegewechselfestigkeit

Aus den in den Beispielen 1 bis 4 hergestellten Flachleiter-Bandkabeln wurde ein Probekörper mit 700 mm Länge hergestellt. An beiden Enden des Probekörpers wurden jeweils 10 mm abisoliert.
Der Probekörper wurde in die eine Vorrichtung zur Testung der Biegewechselfestigkeit gespannt. Anschließend wurde der Belastungstest unter folgenden Bedingungen durchgeführt:

Temperatur: -40 °C
Einlagerungszeit: 4 h
Biegezyklen: 1000
Zykluszeit: 30 s
Biegewinkel beidseitig: 105°
Einspannlänge: 128 mm

Dieser Test wurde für jeweils drei Probekörper durchgeführt.
Im Anschluß daran wurde die Spannungsfestigkeit der Probekörper, wie oben angegeben, getestet. Außerdem wurden alle Leiterbahnen auf Durchgang geprüft.

Kapillartest

Aus den in den Beispielen 1 bis 4 hergestellten Flachleiter-Bandkabeln wurde ein Probekörper mit 50 mm Länge hergestellt.
Der Probekörper wurde senkrecht in ein Prüfmedium (70 % Wasser, 30 % Ethanol und Farbstoff) gestellt. Die Eintauchtiefe betrug 10 mm. Nach einer Verweilzeit von 5 min wurde der Probekörper entnommen und die Aufstiegshöhe des Mediums mittels einer optischen Meßeinrichtung gemessen. Das Probestück wurde mit "bestanden" bewertet, wenn kein Prüfmedium in das Probestück eingedrungen war.
Dieser Test wurde mit jeweils zwei Probekörpern durchgeführt.

Beispiel 1

Flachleiter-Bandkabel mit Isolierung aus Polyethersulfon (PES)

Beispiel 1 beschreibt ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines extrudierten dreiadrigen Flachleiter-Bandkabels.
Granuliertes Polyethersulfon (BASF, DE) wurde in einem Trockner (Bierther, DE) 2 h bei 150 °C getrocknet. Das getrocknete Granulat wurde in einen Extruder (Esde, DE) eingeführt und während des Plastifizierens auf eine Verarbeitungstemperatur von 360 °C erwärmt. Anschließend wurde ein konstanter Volumenstrom des plastifizierten PES von 21,32 cm³/min ± 0,05 cm³/min mittels einer Schmelzepumpe (Esde, DE; 2,2 U/min) erzeugt. Der Druck zwischen dem Extruder und der Schmelzepumpe wurde auf 50 MPa eingestellt. Mit dem konstanten Volumenstrom wurde das plastifizierte PES bei der Verarbeitungstemperatur zu einem Werkzeug geführt. Gleichzeitig wurden Kupferflachleiterbahnen (1,5 mm breit, 0,1 mm dick) in das Werkzeug mit einer Geschwindigkeit von 30 m/min eingeführt. In dem Werkzeug wurden die Leiterbahnen durch die Drahtführung so ausgerichtet, daß der Mittenabstand zwischen den Leiterbahnen 2,54 mm betrug. Über die Umlenkeinrichtung wurde das plastifizierte PES zu den Leiterbahnen geführt, so daß an der Austrittsdüse des Werkzeugs ein Flachleiter-Bandkabel erhalten wurde, dessen polymere Ummantelung mindestens 0,08 mm betrug. Anschließend wurde das Flachleiter-Bandkabel mit einer Geschwindigkeit von 30 m/min abgezogen und durch ein Wasserbad mit einer Temperatur von 50 °C geführt.
Die Maßhaltigkeit, die elektrische Spannungsfestigkeit, die Biegewechselfestigkeit und die Kapillarwirkung wurden, wie oben angegeben, gemessen. Die Meßwerte sind in Tabelle 1 angegeben.

Beispiel 2

Flachleiter-Bandkabel mit Isolierung aus Polyethersulfon (PES)

Beispiel 2 beschreibt ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines extrudierten dreiadrigen Flachleiter-Bandkabels.
Granuliertes Polyethersulfon (BASF, DE) wurde in einem Trockner (Bierther, DE) 2 h bei 150 °C getrocknet. Das getrocknete Granulat wurde in einen Extruder (Esde, DE) eingeführt und während des Plastifizierens auf eine Verarbeitungstemperatur von 360 °C erwärmt. Anschließend wurde ein konstanter Volumenstrom des plastifizierten PES von 21,32 cm³/min ± 0,05 cm³/min mittels einer Schmelzepumpe (Esde, DE; 2,2 U/min) erzeugt. Der Druck zwischen dem Extruder und der Schmelzepumpe wurde auf 50 MPa eingestellt. Mit dem konstanten Volumenstrom wurde das plastifizierte PES bei der Verarbeitungstemperatur zu einem Werkzeug geführt. Gleichzeitig wurden Kupferflachleiterbahnen (1,5 mm breit, 0,127 mm dick) in das Werkzeug mit einer Geschwindigkeit von 30 m/min eingeführt. In dem Werkzeug wurden die Leiterbahnen durch die Drahtführung so ausgerichtet, daß der Mittenabstand zwischen den Leiterbahnen 2,54 mm betrug. Über die Umlenkeinrichtung wurde das plastifizierte PES zu den Leiterbahnen geführt, daß an der Austrittsdüse des Werkzeugs ein Flachleiter-Bandkabel erhalten wurde, dessen polymere Ummantelung mindestens 0,08 mm betragen soll. Anschließend wurde das Flachleiter-Bandkabel mit einer Geschwindigkeit von 30 m/min abgezogen und durch ein Wasserbad mit einer Temperatur von 50 °C geführt.
Die Maßhaltigkeit, die elektrische Spannungsfestigkeit, die Biegewechselfestigkeit und die Kapillarwirkung wurden, wie oben angegeben, gemessen. Die Meßwerte sind in Tabelle 1 angegeben.

Beispiel 3

Flachleiter-Bandkabel mit Isolierung aus Polyethylennaphthalat (PEN)

Beispiel 3 beschreibt ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines extrudierten dreiadrigen Flachleiter-Bandkabels.
Granuliertes Polyethylennaphthalat (DuPont, US) wurde in einem Trockner (Bierther, DE) 2 h bei 130 °C getrocknet. Das getrocknete Granulat wurde in einen Extruder (Esde, DE) eingeführt und während des Plastifizierens auf eine Verarbeitungstemperatur von 290 °C erwärmt. Anschließend wurde ein konstanter Volumenstrom des plastifizierten PEN von 21,32 cm³/min ± 0,05 cm³/min mittels einer Schmelzepumpe (Esde, DE; 2,2 U/min) erzeugt. Der zwischen Druck zwischen dem Extruder und der Schmelzepumpe wurde auf 50 MPa eingestellt. Mit dem konstanten Volumenstrom wurde das plastifizierte PEN bei der Verarbeitungstemperatur zu einem Werkzeug geführt. Gleichzeitig wurden Kupferflachleiterbahnen (1,5 mm breit, 0,127 mm dick) in das Werkzeug mit einer Geschwindigkeit von 30 m/min eingeführt. In dem Werkzeug wurden die Leiterbahnen durch die Drahtführung so ausgerichtet, daß der Mittenabstand zwischen den Leiterbahnen 2,54 mm betrug. Über die Umlenkeinrichtung wurden das plastifizierte PEN zu den Leiterbahnen geführt, daß an der Austrittsdüse des Werkzeugs ein Flachleiter-Bandkabel erhalten wurde, dessen polymere Ummantelung mindestens 0.08 mm betragen soll. Anschließend wurde das Flachleiter-Bandkabel mit einer Geschwindigkeit von 30 m/min abgezogen und durch ein Wasserbad mit einer Temperatur von 50 °C geführt.
Die Maßhaltigkeit, die elektrische Spannungsfestigkeit, die Biegewechselfestigkeit und die Kapillarwirkung wurden, wie oben angegeben, gemessen. Die Meßwerte sind in Tabelle 1 angegeben.

Beispiel 4

Flachleiter-Bandkabel mit Isolierung aus Polypropylen (PP)

Beispiel 4 beschreibt ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines extrudierten dreiadrigen Flachleiter-Bandkabels.
Granuliertes Polypropylen (Resinex, DE) wurde in einem Trockner (Bierther, DE) 2 h bei 80 °C getrocknet. Das getrocknete Granulat wurde in einen Extruder (Esde, DE) eingeführt und während des Plastifizierens auf eine Verarbeitungstemperatur von 260 °C erwärmt. Anschließend wurde ein konstanter Volumenstrom des plastifizierten PP von 21,32 cm³/min ± 0,05 cm³/min mittels einer Schmelzepumpe (Esde, DE; 2,2 U/min) erzeugt. Der Druck zwischen dem Extruder und der Schmelzepumpe wurde auf 50 MPa eingestellt. Mit dem konstanten Volumenstrom wurde das plastifizierte PP bei der Verarbeitungstemperatur zu einem Werkzeug geführt. Gleichzeitig wurden Kupferflachleiterbahnen (1,5 mm breit, 0,127 mm dick) in das Werkzeug mit einer Geschwindigkeit von 30 m/min eingeführt. In dem Werkzeug wurden die Leiterbahnen durch die Drahtführung so ausgerichtet, daß der Mittenabstand zwischen den Leiterbahnen 2,54 mm betrug. Über die Umlenkeinrichtung wurden das plastifizierte PP zu den Leiterbahnen geführt, daß an der Austrittsdüse des Werkzeugs ein Flachleiter-Bandkabel erhalten wurde, dessen polymere Ummantelung mindestens 0.08 mm betragen soll. Anschließend wurde das Flachleiter-Bandkabel mit einer Geschwindigkeit von 30 m/min abgezogen und durch ein Wasserbad mit einer Temperatur von 20 °C geführt.

Die Maßhaltigkeit, die elektrische Spannungsfestigkeit, die Biegewechselfestigkeit und die Kapillarwirkung wurden, wie oben angegeben, gemessen. Die Meßwerte sind in Tabelle 1 angegeben.

Tabelle 1

Physikalische Eigenschaften der hergestellten Flachleiter-Bandkabel
	Beispiel 1	Beispiel 2	Beispiel 3	Beispiel 4
Polymer	PES	PES	PEN	PP
Querschnitt der Leiterbahn (mm x mm)	1,5 x 0,1	1,5 x 0,127	1,5 x 0,127	1,5 x 0,127
Maßhaltigkeit der Ummantelung	sehr gut	sehr gut	sehr gut	sehr gut
Elektrische Spannungsfestigkeit (kV)	> 5 kV	> 5 kV	> 5 kV	> 5 kV
Biegewechselfestigkeit (Zyklen)	> 1000	> 1000	> 1000	> 1000
Kapillartest	bestanden	bestanden	bestanden	bestanden

Bezugszeichenliste

1: Flachleiter-Bandkabel
2: Cu-Leiterbahnen mit rechteckigem Querschnitt
3: Isolierschicht
4: Verjüngungen der Isolierschicht 3
5: Extruder
6: Siebwechsler
7: Schmelzepumpe
8: Umlenkrolle für vertikale Drahtführung
9: Werkzeug
10: Wasserbad
11: Drahtführung
111 Führungskanal
112 Eintrittsöffnung
113 Austrittsöffnung
114 Aussparung
115 Spalt
116 Teilelement
117 Kerben
12: Austrittsdüse
121 Düsenspalt
122 Spalt
123 Querschnittsvergrößerung
124 Querschnittseinengung
13: Bohrungen für Temperaturfühler
14: Materialumlenkung
15: Materialeinlauf
16: Polymerführung im Werkzeug
17: Trägerelement
171 kanalartige Zuführung

Claims

Verfahren zur Herstellung von Flachleiter-Bandkabeln, bestehend aus mehreren parallelen Flachleitern, die in ein Polymer eingebettet sind, dadurch gekennzeichnet, daß es die Schritte
(a) Bereitstellen eines extrudierbaren Polymers;

(b) Plastifizieren des in Schritt (a) bereitgestellten extrudierbaren Polymers;

(c) Einstellen eines konstanten Volumenstroms des in Schritt (b) erhaltenen plastifizierten Polymers mittels einer Schmelzepumpe, wobei das Volumen des Volumenstroms pro Zeiteinheit höchstens um ± 2,5 % variiert; und

(d) Zusammenführen des konstanten Volumenstroms des plastifizierten Polymers mit den parallelen Flachleitern in einem Werkzeug unter Bildung von Flachleiter-Bandkabeln
umfaßt.
Verfahren zur Herstellung von Flachleiter-Bandkabeln nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt (d) das plastifizierte Polymer und die parallelen Flachleiter gemeinsam durch eine Düse (12) des Werkzeuges (9) geführt werden, wodurch die parallelen Flachleiter (2) in das plastifizierte Polymer unter Ausbildung der Isolierschicht (3) eingebettet werden.
Verfahren zur Herstellung von Flachleiter-Bandkabeln nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bereitstellen des extrudierbaren Polymers das Trocknen des extrudierbaren Polymers umfaßt.
Verfahren zur Herstellung von Flachleiter-Bandkabeln nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als extrudierbares Polymer Polyethersulfon, Polyetherimid, Polyethylennaphthalat, Polypropylen, Derivaten dieser Polymere oder Gemischen, die diese Polymere und/oder Derivate dieser Polymere enthalten, eingesetzt werden.
Verfahren zur Herstellung von Flachleiter-Bandkabeln nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusammenführen des konstanten Volumenstroms des plastifizierten Polymers mit den parallelen Flachleitern in Schritt (d) das Einstellen der Lage der Leiterbahnen in dem Polymer umfaßt.
Verfahren zur Herstellung von Flachleiter-Bandkabeln nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusammenführen des konstanten Volumenstroms des plastifizierten Polymers mit den parallelen Flachleitern in Schritt (d) die Zuführung des konstanten Volumenstroms des plastifizierten Polymers zu dem dem Werkzeug vertikal zugeführten parallelen Leiterbahnen umfaßt.
Verfahren zur Herstellung von Flachleiter-Bandkabeln nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das in Schritt (d) erhaltene Flachleiter-Bandkabel abgekühlt wird.
Verfahren zur Herstellung von Flachleiter-Bandkabeln nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Abkühlen in einem temperierten Wasserbad und/oder Kühlmedien durchgeführt wird.
Vorrichtung zur Herstellung von Flachleiter-Bandkabeln, die aus mehreren parallelen Flachleitern bestehen, die in ein Polymer eingebettet sind, dadurch gekennzeichnet, daß es
(a) eine Einrichtung zum Bereitstellen eines extrudierbaren Polymers;

(b) einen Extruder zum Plastifizieren des bereitgestellten extrudierbaren Polymers;

(c) eine Schmelzepumpe zum Einstellen eines konstanten Volumenstroms des plastifizierten Polymers und

(d) ein Werkzeug zum Zusammenführen des konstanten Volumenstroms des plastifizierten Polymers mit den parallelen Flachleitern unter Bildung von Flachleiter-Bandkabeln
umfaßt.
Vorrichtung zur Herstellung von Flachleiter-Bandkabeln nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug eine Austrittsdüse umfaßt, durch die das plastifizierte Polymer und die parallelen Flachleiter aus dem Werkzeug gemeinsam austreten, wobei die parallelen Flachleiter in das Polymer eingebettet werden.
Vorrichtung zur Herstellung von Flachleiter-Bandkabeln nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Bereitstellen eines extrudierbaren Polymers einen Trockner zum Trocknen des extrudierbaren Polymers umfaßt.
Vorrichtung zur Herstellung von Flachleiter-Bandkabeln nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin eine Druckregelung aufweist, die die Menge des plastifizierten Polymers, das der Schmelzepumpe zugeführt wird, einstellt.
Vorrichtung zur Herstellung von Flachleiter-Bandkabeln nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug zum Zusammenführen des konstanten Volumenstroms des plastifizierten Polymers mit den parallelen Flachleitern aus
(a) einer Drahtführung für die parallelen Flachleiter;

(b) einer Umlenkeinrichtung für den konstanten Volumenstrom des plastifizierten Polymers;

(c) einer Polymerführung und

(d) einer Austrittsdüse für das Flachleiter-Bandkabel besteht.
Vorrichtung zur Herstellung von Flachleiter-Bandkabeln nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtführung die parallelen Flachleiter vertikal durch das Werkzeug führt.
Vorrichtung zur Herstellung von Flachleiter-Bandkabeln nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiterhin eine Einrichtung zum Abkühlen des in dem Werkzeug erhaltenen Flachleiter-Bandkabels umfaßt.
Vorrichtung zur Herstellung von Flachleiter-Bandkabeln nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Abkühlen des in dem Werkzeug erhaltenen Flachleiter-Bandkabels ein temperiertes Wasserbad und/oder ein Kühlmedium ist.
Extrudiertes Flachleiter-Bandkabel, bestehend aus mehreren parallelen Flachleitern, die in ein Polymer eingebettet sind, dadurch gekennzeichnet, daß es durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 erhalten wurde.
Flachleiter-Bandkabel nach Anspruch 17, bestehend aus mehreren parallelen Flachleitern, die in ein Polymer eingebettet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer aus Polyethersulfon, Polyetherimid, Polyethylennaphthalat, Polypropylen, Derivaten dieser Polymere oder Gemischen, die diese Polymere und/oder Derivate dieser Polymere enthalten, ausgewählt ist.
Flachleiter-Bandkabel nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß es durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 erhalten worden ist.