NL9201447A - Eén- of meeraderige elektrisch geleidende kabel, meer in het bijzonder voor signaaloverdracht. - Google Patents

Description

Korte aanduiding: Eén- of meeraderige elektrisch geleidende kabel,meer in het bijzonder voor signaaloverdracht.

De uitvinding heeft betrekking op een één- of meeraderige elek¬trisch geleidende kabel, meer in het bijzonder voor signaaloverdracht,waarbij de geleiders zijn ingebed in een crananteling cp basis vankunststof.

Voor de transmissie van elektrische signalen wordt volgens degangbare stand van de techniek algemeen gebruik gemaakt van kabels metgeleiders van een elektrisch goed geleidend metaal, zoals bijvoorbeeldkoper.

Algemeen worden dergelijke geleiders als een homogeen over¬drachtsmedium beschouwd en wordt de elektronenstroom daarin opgevatals die van een vloeistof.

Békend is, dat de kwaliteit van door apparatuur van hogekwaliteit gereproduceerde muziek in belangrijke mate wordt beïnvloedc.q. op den duur minder wordt als gevolg van het type kabel, dat deverschillende onderdelen van de muziek-reproducerende apparatuurverbindt. Zo is het met name bekend, dat chemische invloeden vanbuiten de kwaliteit van de kabel als signaal-overdragend mediumernstig kunnen aantasten. Een beproefd remedie tegen een dergelijkeaantasting is het langs elektrolytische weg bekleden van de geleidermet een beschermlaagje van bijvoorbeeld tin of zilver.

Als criterium voor het tot uitdrukking brengen van verschillentussen onderscheiden geleiders van elektrische kabels wordt tot nu toealgemeen de specifieke weerstand (chnytm3), derhalve de elektrischedenping, als maat gehanteerd. Nochtans worden in de praktijk bijkabels in geluidsapparatuur verschillen in geluidseffect ervaren, diezich niet door verschillen in het gébruikte geleidermateriaal of doorverschillen in elektrische denping laten verklaren.

De uitvinding nu beoogt een verbetering van de tot nu toe ge¬bruikelijke geleiders in transmissiékabels en wel in het bijzonder deoverdrachtseigenschappen op de lagere signaalniveaus te verbeteren.

Aan het streven naar verbetering ligt het inzicht ten grondslag,dat de gebruikelijke metalen geleider geenszins als een homogeenmedium kan worden beschouwd en dat veel meer betékenis dient te wordentoegekend aan de omstandigheid dat bij een metalen geleider in feitesprake is van een in hoofdzaak langs mechanische weg tot stand gekomenniet-reproduceerbare groepering van metaalkristal len met verontreini¬gingen en grensgebieden daartussen, die barrières vormen voor een optimale overdracht op lage signaalniveaus. Zelfs beschermlaagjes vanbijvoorbeeld tin of zilver zullen daarbij niet kunnen verhinderen datde onzuiverheid van de geleider (op den duur) o.a. door gasabsorptieen oxydatie toeneemt en daarmede ook de barrières tegen een optimalesignaaloverdracht toenemen, zodat de kwaliteit van de geleider steedsminder wordt.

Daarbij valt te bedenken, dat de gebruikelijke wijze van ver¬vaardiging (door trékken) van de bekende metalen geleiders bij uit¬stek bevorderlijk is voor het optreden van dislocaties met eensoortgelijk barrière-ef feet. Ook tijdens het elektrolytischebékledingsproces, alsmede tijdens het normale gébruik, waarbij degeleider aan vervormingen, zoals buigen, blootstaat, kunnen dergelijkedislocaties en een daarmede gepaard gaande verslechtering van designaaloverdracht optreden.

Proefnemingen met en metingen aan metalen geleiders, bij lageresignaalniveaus, waarbij het aantal hogere harmonischen in hetuitgangssignaal aanzienlijk bleek te zijn toegenomen, ondersteunendit inzicht. Tegen de achtergrond van dit inzicht, zou de geconsta¬teerde achteruitgang van de overdracht van de lagere signaalniveausbij de bekende metalen geleiders kunnen worden amschreven als hetgevolg van een verschijnsel, dat valt aan te duiden met "cross-crystaldistortion" en dat te vergelijken is met het békende verschijnsel"cross-over distortion" bij kwalitatief mindere versterkers.

De door de uitvinding beoogde verbetering nu wordt verkregen,doordat tenminste een der aders een geleider uit een door dehydro-generen van een cyclische koolwaterstof C^Hy verkregen koolstofvezelbevat.

Opgemerkt dient daarbij te worden, dat het vervaardigen vankoolstofvezels door extrusie van een door dehydrogeneren van een kool¬waterstof verkregen roetprodukt op zichzelf algemeen bekend is. Hetgaat daarbij echter in het algemeen om koolstofvezels die als wapeningin kunststoffen dienen.

Van een koolstofvezel is voorts békend, dat hij zeer buigzaamis, chemisch inert is, sterk is en in principe een goede elektrischegeleidbaarheid heeft. De elektrische geleidbaarheid hangt echter insterke mate af van de mate van geordendheid van de koolstof atomen.Juist deze mate van geordendheid echter vormt bij het als uitgangs¬materiaal voor de koolstofvezel gébruikte roetprodukt (verkregen doordehydrogeneren van een koolwaterstof) een zeer onzekere factor.

Bij de uitvinding nu is verrassenderwijs gebleken, dat wanneerbij de koolstofvezelfabrikage wordt uitgegaan van een roetprodukt datverkregen is door déhydrogeneren van een cyclische koolwaterstof, decyclische molecuuLstructuur blijkbaar een sterk ordenend effect heeftop de bij het extruderen c.q. spinnen van de vezel plaatsvindendeheroriëntatie van de koolstofatamen.

Aangenomen mag worden, dat in de aldus verkregen koolstofvezelde aanvankelijk cyclische structuur behouden blijft en dat er in devezel sprake is van een lineaire structuur van elkaar gedeeltelijkoverlappende "lussen" van koolstofatamen, waarbij de dubbele bindingenen de zuiverheid van de koolstofvezel een onbelemmerd elektronen¬transport in de lengterichting van de vezel waarborgen. Verrassendwas met name, dat irtpedantiemetingen aan een groot aantal individuelevolgens op zichzelf bekende vezelextrusie - respectievelijk - spin-technieken uit een door dehydrogeneren van benzeen verkregen roet-massa vervaardigde koolstofvezels met een dikte van 7 micron als ookaan een groot aantal volgens de uitvinding uitgevoerde geleiders meteen diameter van l mm en samengesteld uit rond 12000 koolstoffila-menten met een dikte van 7 micron leidden tot verrassend lage ennauwelijks schommelende waarden van rond respectievelijk 400 Kbhm/men 35 dhm/m.

Gebleken is voorts dat, overeenkomstig een verder kenmerk van deuitvinding, de ordenende werking van de cyclische uitgangsstructuurkan worden versterkt door het aanleggen van een elektrisch veld bijhet extruderen respectievelijk spinnen van de vezels en dat als gevolghiervan de zojuist genoemde waarden en de schommelingen daartussenverder kunnen worden verlaagd.

Door de geringe dikte (in de orde van grootte van 10 ^u) van de(afzonderlijke) koolstofvezels zullen vervormingen, zoals door buigenin het gébruik, anders dan bij de békende metalen geleiders, geen toteen achteruitgang van de signaaloverdracht lagere niveaus leidende dislocaties tot gevolg kunnen hebben, terwijl door de zuiverheid vande koolstofvezel en de chemische inertheid ervan de levensduur in alleopzichten als vrijwel onbeperkt is te beschouwen.

In een praktische toepassing zal een geleider volgens de uit¬vinding uit een bundel van de hierboven omschreven koolstoffilamentenbestaan. Evenals bij een kabel met metalen geleiders zal deze bundelkoolstoffilamenten zijn ingebed in een mantel van kunststof, waarvoorin het kader van de uitvinding in het bijzonder in aanmerking kernen de kunststoffen polyetheen, polypropeen en polytetrafluoretheen.

Om in dit geval optimaal profijt te hebben van de hoge chemischestabiliteit en zuiverheid van de koolstofvezel, verdient het aanbe¬veling in de loop van het fabrikageproces elke vezel (bijvoorbeelddoor dompelen) van een iso-latielaagje te voorzien, waardoor hetelektronentransport alleen in de lengterichting van de geleider kanplaatsvinden en er geen ongewenst "dwarsverkeer" kan plaatsvinden.

Het is daarbij praktisch een in een oplosmiddel, zoals aceton,oplosbaar beschermlaagje c.q. laklaagje te kiezen. Dit biedt demogelijkheid het met een verbindingscomponent (connector) af te werkeneinde van een uit een bundel door laklaagjes van elkaar geïsoleerdegeleider door dompelen in aceton over een zékere lengte te bevrijdenvan de isolerende laklaagjes, waardoor er in het geleidereinde juistwel een effectief contact in dwarsrichting tussen de individuelekoolstofvezels ontstaat, hetgeen noodzakelijk is voor het afleiden vande elektronenstromen van alle vezels naar een rond het aldus "inwendiggestripte" geleidereinde langs mechanische weg aan te brengen aan-sluitbusje c.q. busvormig deel van de connector.

De uitvinding heeft eveneens betrekking op een werkwijze voorhet vervaardigen van een voor toepassing als geleider in een elek¬trische geleidende kabel geschikte koolstofvezel, door extruderenrespectievelijk verspinnen van een door dehydrogeneren van eenkoolwaterstof C^Hy verkregen roetprodukt. Een eerste kenmerk van dewerkwijze volgens de uitvinding bestaat daarin, dat tijdens hetextrusie- respectievelijk spinproces een elektrisch veld in deextrusie- c.q. spinzone wordt aangelegd, terwijl bij voorkeur alskoolwaterstof een cyclische koolwaterstof wordt toegepast. Zoalshierboven reeds wordt opgemerkt, heeft het toepassen van eenelektrisch veld bij het vervaardigen van de koolstofvezel eenordenend effect op de atocmrangschikking tijdens de ontstaansfase vande koolstofvezel, terwijl van de cyclische molecmiulstructuur van eencyclische koolwaterstof eveneens een ordenende werking op de atoam-rangschikking in de zich vormende koolstofvezel uitgaat.

Een bijzonder aspect van de uitvinding betreft voorts het ver¬werken van kabelresten respectievelijk van onbruikbaar gewordenkabels.

Onbruikbaar geworden kabels met metalen geleiders worden tot nutoe in het algemeen verwerkt door verbranding. Zoals bekend wordt eendergelijke wijze van verwerking als zeer belastend voor het milieu beschouwd, en bestaat hiertegen een toenemende weerstand.

In dit opzicht biedt een transmissiekabel volgens de uitvinding,waarvan alle geleiders uit koolstofvezels bestaan, andere mogelijk¬heden tot verwerking, die het milieu niet belasten.

Een bij voorkeur toegepaste wijze van verwerking van (restenvan) kabels volgens de uitvinding bestaat daarin, dat de kabelsrespectievelijk kabelresten in stukjes worden gehakt, die vervolgensdoor verhitting worden versmolten tot een voor hergebruik als elek¬trisch geleidende afscherming van elektrische geleiders geschiktebekledingsmassa. Deze bekledingsmassa is een homogeen met koolstofgemengde en daardoor elektrisch geleidend geworden kunststof, waarvande basismassa wordt gevormd door de isolerende ammanteling van de(koolstof) geleiders in de kabel.

De uitvinding is toepasselijk op alle soorten één- enmeeraderige kabels, met inbegrip van zogenaamde coaxkabels, waarbijeen centrale, volgens de uitvinding uit koolstofvezels bestaande geleider wordt omgeven c.q. afgeschemd door een uit een netwerk vankoolstofvezels bestaande buitengeleider.

Samenvattend is door de uitvinding de mogelijkheid geopend deelektrisch geleidende eigendhappen van koolstofvezels qp reproduceer¬bare wijze te maximaliseren en deze koolstofvezels aldus geschikt temaken voor toepassing als elektrische geleider in transmissiekabels,waarvan vooral ook de signaaloverdracht op de lagere niveaus van grotebetekenis is.

Toegepast bij muz iek-reproducerende apparatuur van hogekwaliteit draagt een transmissiekabel volgens de uitvinding, juistdoor zijn uitstekende overdrachtseigenschappen op de lagere niveaus,bij tot muziek, die zich voor kenners onderscheidt door een opmer¬kelijke ''ruimtelijkheid11.

Claims (8)

1. Eén- of meeraderige elektrisch geleidende kabel, in het bijzon¬der voor signaaloverdracht, waarbij de geleiders zijn ingebed in eencamanteling op basis van kunststof, met het kenmerk, dat de geleidervan tenminste één ader een door dehydrogeneren van een cyclischekoolwaterstof C^Hy verkregen koolstoffilament bevat.

2. Kabel volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de ader uit eenbundel koolstof filamenten bestaat.

3. Kabel volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de afzonderlijkefilamenten c.q. vezels door een isolerende bekledingslaag wordenomhuld.

4. Kabel volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de bekledings¬laag een dikte heeft in het gebied van 0,5-2 micron.

5. Kabel volgens conclusies 3-4, met het kenmerk, dat de bekledingslaag uit een in een oplosmiddel, zoals aceton, oplosbaarmateriaal bestaat.

6. Werkwijze voor het vervaardigen van een voor toepassing als geleider in een elektrische geleidende kabel geschikte koolstofvezel,door extruderen respectievelijk verspinnen van een door dehydro¬ generen van een koolwaterstof C^Hy verkregen roetprodukt, met hetkenmerk, dat tijdens het extrusie- respectievelijk spinproces eenelektrisch veld in de extrusie- c.q. spinzone wordt aangelegd.

7. Werkwijze volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat als koolwaterstof een cyclische koolwaterstof wordt toegepast.

8. Werkwijze voor het verwerken van als afval te beschouwen kabelsrespectievelijk van resten van kabels volgens conclusies 1-5, waarvanalle aders uit koolstoffilamenten (vezels) bestaan, met het kenmerk,dat de kabels respectievelijk kabelresten in stukjes worden gehakt,die vervolgens door verhitting worden versmolten tot een voor her¬gebruik als geleidende afscherming van elektrische geleiders geschiktebekledingsmassa.