NO301394B1

NO301394B1 - Method of manufacturing an electric band cable

Info

Publication number: NO301394B1
Application number: NO914579A
Authority: NO
Inventors: David Mcnaughton; Andrea Gellan
Original assignee: Gore W L & Ass Uk
Priority date: 1990-11-23
Filing date: 1991-11-22
Publication date: 1997-10-20
Also published as: EP0487354B1; NO914579D0; DE69117667T2; GB9025505D0; ES2086498T3; DE69117667D1; EP0487354A2; JPH04301318A; EP0487354A3; NO914579L

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte ved fremstilling av en elektrisk båndkabel, omfattende de trinn å tilveiebringe et antall langstrakte, elektriske ledere, å anordne lederne i en side-om-side-oppstilling, å anordne minst én plate av isolasjonsmateriale som inneholder PTFE og et termoplastisk materiale, nær opp til lederne, og å oppvarme isolasjonsmaterialet. The invention relates to a method of manufacturing an electrical ribbon cable, comprising the steps of providing a number of elongated electrical conductors, arranging the conductors in a side-by-side arrangement, arranging at least one plate of insulating material containing PTFE and a thermoplastic material , close up to the conductors, and to heat the insulation material.

Båndkabler benyttes for mange forskjellige anvendelser, deriblant særlig sammenkopling av komponenter i elektriske og elektroniske systemer og undersystemer. Båndkabler har betydelige fordeler fremfor kabler med sirkulært tverrsnitt som har et antall individuelt isolerte, elektriske ledere anbrakt i en ringformet, ytre isolasjonskappe. For eksempel opptar båndkabler mindre plass, har større fleksibilitet og har en tendens til å ha forbedrede elektriske egenskaper sammenliknet med liknende kabler med sirkulært tverrsnitt. Ribbon cables are used for many different applications, including especially connecting components in electrical and electronic systems and subsystems. Ribbon cables have significant advantages over cables with a circular cross-section, which have a number of individually insulated electrical conductors housed in an annular, outer insulating jacket. For example, ribbon cables take up less space, have greater flexibility and tend to have improved electrical characteristics compared to similar cables with a circular cross-section.

Det har tidligere vært foreslått å fremstille båndkabler ved hjelp av forskjellige teknikker. Ved én tidligere foreslått metode ekstruderes et termoplastisk isolasjonsmateriale over et antall elektriske ledere etter hvert som de mates gjennom en profilert pressform. Denne metode er bare effektiv når det benyttes harpikser som er virkelig termoplastiske og kan behandles ved hjelp av konvensjonelt, termoplastisk behandlings-utstyr. Sådanne harpikser omfatter for eksempel polyvinylklorid, polyetylen og polyvinylfluorid. It has previously been proposed to produce ribbon cables using different techniques. In one previously proposed method, a thermoplastic insulating material is extruded over a number of electrical conductors as they are fed through a profiled die. This method is only effective when resins are used which are truly thermoplastic and can be processed using conventional thermoplastic processing equipment. Such resins include, for example, polyvinyl chloride, polyethylene and polyvinyl fluoride.

Ved mange anvendelser er imidlertid polytetrafluoretylen(PTFE)-polymer det ønskede isolasjonsmateriale for sådan båndkabel på grunn av dets evne til å stå imot høye temperaturer, dets lave dielektrisitetskonstant og dets fleksibilitet. PTFE kan imidlertid ikke behandles ved hjelp av konvensjonelle termoplastiske teknikker. Én metode som benyttes for å fremstille PTFE-båndkabel, er beskrevet i US-patent nr. 3 082 292, og består i å laminere et antall elektriske ledere, isolerte eller uisolerte, mellom to eller flere lag av usintret PTFE-bånd. Lamineringen utføres ved å føre lederne og deres tilhørende PTFE-lag gjennom en spalte som er dannet av to profilerte valser. De profilerte valser forårsaker at partier av PTFE-båndene på motsatte sider av lederne bringes i kontakt med hverandre på steder mellom lederne, for å danne steg derimellom. Produktet blir senere varmebehandlet ved en temperatur over 327°C for å sintre PTFE- materialet slik at det flyter eller smelter sammen ved stegene. Denne prosess har ulemper ved at det, som følge av nødvendigheten av å danne steg av tilstrekkelig utstrekning mellom individuelle ledere, ikke kan fremstilles en båndkabel som er så smal i bredde som en båndkabel som er fremstilt ved hjelp av den ovenfor beskrevne prosess med termoplastisk ekstrusjon. En ytterligere ulempe ved en PTFE-isolert kabel slik den fremstilles ved hjelp av den metode som er beskrevet i US-patent nr. 3 082 292, er at kabelen, som følge av de mellomliggende steg, ikke lettvint kan formes til bend i planet for dens bredde. Denne formbarhet er ønskelig for å tillate dirigering eller legging av kabelen innenfor begrensede rom. In many applications, however, polytetrafluoroethylene (PTFE) polymer is the desired insulation material for such ribbon cable because of its ability to withstand high temperatures, its low dielectric constant, and its flexibility. However, PTFE cannot be processed using conventional thermoplastic techniques. One method used to make PTFE tape cable is described in US Patent No. 3,082,292, and consists of laminating a number of electrical conductors, insulated or uninsulated, between two or more layers of unsintered PTFE tape. The lamination is carried out by passing the conductors and their associated PTFE layer through a slot formed by two profiled rollers. The profiled rollers cause portions of the PTFE tapes on opposite sides of the conductors to be brought into contact with each other at locations between the conductors, to form steps therebetween. The product is later heat treated at a temperature above 327°C to sinter the PTFE material so that it flows or fuses together at the steps. This process has disadvantages in that, as a result of the necessity to form steps of sufficient extent between individual conductors, a ribbon cable as narrow in width as a ribbon cable produced by the thermoplastic extrusion process described above cannot be produced . A further disadvantage of a PTFE-insulated cable as it is produced using the method described in US patent no. 3,082,292 is that, as a result of the intermediate steps, the cable cannot easily be formed into a bend in the plane of its width. This malleability is desirable to allow the routing or laying of the cable within limited spaces.

Det er et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe en PTFE-isolert båndkabel ved hvilken de forannevnte ulemper er unngått eller redusert. It is an object of the invention to provide a PTFE-insulated ribbon cable in which the aforementioned disadvantages are avoided or reduced.

Kabelen dannes ved termisk binding av en oppstilling av ledere som er atskilt av ett eller flere lag av PTFE-inneholdende isolasjonsmateriale. Isolasjonslagene kan være av forskjellige utforminger, slik at tilgrensende ledere kan være atskilt av ett, to eller tre lag av isolasjonsmateriale. The cable is formed by thermally bonding an array of conductors separated by one or more layers of PTFE-containing insulating material. The insulation layers can be of different designs, so that adjacent conductors can be separated by one, two or three layers of insulation material.

Ifølge oppfinnelsen er det tilveiebrakt en fremgangsmåte av den innledningsvis angitte type som ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved de trinn (a) at platen av isolasjonsmateriale føres mellom og atskiller lederne, og (b) at isolasjonsmaterialet oppvarmes til et nivå som er tilstrekkelig for det termoplastiske materiale til å smelte tilstrekkelig til at tilgrensende partier av den nevnte minst ene plate av isolasjonsmateriale skal smelte sammen for å danne minst ett isolasjonslag som støter opp til og elektrisk isolerer hver leder fra en tilgrensende leder. According to the invention, a method of the type indicated at the outset is provided which, according to the invention, is characterized by the steps (a) that the sheet of insulating material is passed between and separates the conductors, and (b) that the insulating material is heated to a level that is sufficient for the thermoplastic material to fuse sufficiently for adjacent portions of said at least one sheet of insulating material to fuse together to form at least one insulating layer abutting and electrically insulating each conductor from an adjacent conductor.

Isolasjonsmaterialet anordnes fortrinnsvis mellom lederne slik at hver leder er atskilt fra en tilgrensende leder en avstand som ikke er større enn i hovedsaken tre ganger tykkelsen av platen av isolasjonsmateriale. The insulating material is preferably arranged between the conductors so that each conductor is separated from an adjacent conductor by a distance that is not greater than essentially three times the thickness of the sheet of insulating material.

Platen eller arket av isolasjonsmateriale kan træs mellom tilgrensende ledere eller grupper av disse, eller hver leder kan omvikles individuelt. Ytterligere plater av isolasjonsmateriale kan anbringes på overflatene av oppstillingen av The plate or sheet of insulating material can be strung between adjacent conductors or groups thereof, or each conductor can be wrapped individually. Additional sheets of insulating material can be placed on the surfaces of the array of

ledere. leaders.

Med uttrykket "PTFE-inneholdende" slik det her benyttes i relasjon til isolasjon, menes polytetrafluoretylen som er modifisert ved en termoplastisk innleiring. Et eksempel på et slikt passende materiale er beskrevet i internasjonal patent-søknad nr. PCT/GB91/00661 som ble innlevert den 26. april 1991. Det nevnte isolasjonsmateriale omfatter en blanding av en termoplastisk kopolymer av tetrafluoretylen og perfluor(propyl-vinyleter) sammen med polytetrafluoretylen. With the term "PTFE-containing" as used here in relation to insulation, is meant polytetrafluoroethylene which has been modified by a thermoplastic embedment. An example of such a suitable material is described in International Patent Application No. PCT/GB91/00661 which was filed on April 26, 1991. Said insulating material comprises a mixture of a thermoplastic copolymer of tetrafluoroethylene and perfluoro(propyl vinyl ether) together with polytetrafluoroethylene.

Utførelser av båndkabler fremstilt i overensstemmelse med fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen skal nå beskrives som eksempel under henvisning til tegningene, der fig. 1 viser et ufullstendig perspektivriss av en første utførelse av en båndkabel ifølge oppfinnelsen forut for varmebehandling, fig. 2 viser et skjematisk tverrsnittsriss av båndkabelen på fig. 1 idet den mates gjennom en spalte mellom lamineringsvalser forut for varmebehandling, fig. 3 viser et tverrsnittsriss av et avsnitt av den ferdige båndkabel som er vist på fig. 1 og 2, fig. 4-6 viser skjematisk illustrasjoner av avsnitt av alternative utførelser av oppfinnelsen, og fig. 7 viser et skjematisk riss av en konfigurasjon som antas av en båndkabel ifølge oppfinnelsen etter en støpeoperasjon. Versions of ribbon cables produced in accordance with the method according to the invention will now be described as an example with reference to the drawings, where fig. 1 shows an incomplete perspective view of a first embodiment of a ribbon cable according to the invention prior to heat treatment, fig. 2 shows a schematic cross-sectional view of the ribbon cable in fig. 1 as it is fed through a gap between laminating rollers prior to heat treatment, fig. 3 shows a cross-sectional view of a section of the finished ribbon cable shown in fig. 1 and 2, fig. 4-6 show schematic illustrations of sections of alternative embodiments of the invention, and fig. 7 shows a schematic view of a configuration assumed by a ribbon cable according to the invention after a molding operation.

Idet det henvises til fig. 1-3, omfatter en båndkabel en oppstilling bestående av et antall langstrakte, elektriske ledere 11, idet hver leder 11 består av sju rep av tjuefire parter av blank kobbertråd med en diameter på 0,051 mm. Hver leder 11 er ved hjelp av en isolasjon 12 individuelt isolert fra en tilgrensende leder ved at den er innhyllet i PTFE-inneholdende isolasjonsbånd med en tykkelse på 0,23 mm. De individuelt isolerte ledere 11 varmebehandles deretter ved å lede dem gjennom en 3-meters oppvarmet ovn ved en temperatur på ca. 400°C og med en hastighet på 2,5 meter pr. minutt for å tillate isolasjonen 12 å danne et homogent lag som er tilstøtende til og tettslutt-ende omgir hver leder 11. Referring to fig. 1-3, a ribbon cable comprises an arrangement consisting of a number of elongated electrical conductors 11, each conductor 11 consisting of seven ropes of twenty-four parts of bare copper wire with a diameter of 0.051 mm. Each conductor 11 is individually insulated from an adjacent conductor by means of an insulation 12 in that it is wrapped in PTFE-containing insulating tape with a thickness of 0.23 mm. The individually insulated conductors 11 are then heat treated by passing them through a 3 meter heated oven at a temperature of approx. 400°C and at a speed of 2.5 meters per minute to allow the insulation 12 to form a homogeneous layer adjacent to and tightly surrounding each conductor 11.

Etter avkjøling blir de isolerte ledere deretter kombinert med første og andre bærelag eller plater 13, 14 av PTFE-inneholdende isolasjonsbånd. Lagene 13, 14 har i hovedsaken samme tykkelse som isolasjonen 12. Slik det fremgår av fig. 1, er laget 14 plant og er beliggende tvers over undersiden av oppstillingen av ledere 11. Laget 13 er på den annen side innvevd på slangeliknende buktet måte mellom tilgrensende ledere 11. Kombinasjonen av isolerte ledere 11 og bærebånd 13, 14 ledes deretter i strekk gjennom en spalte mellom samvirkende, øvre og nedre pressvalser 15 og 16 som tjener til å laminere sammen de isolerte ledere 11 og båndene 13, 14. Slik det fremgår av fig. 2, er overflaten av den øvre valse 15 glatt, mens overflaten av den nedre valse 16 er profilert ved dannelse av omkretsspor som hvert er tilpasset til å oppta en isolert leder 11 for å lette trekking av sammenstillingen gjennom valsene. After cooling, the insulated conductors are then combined with first and second support layers or plates 13, 14 of PTFE-containing insulating tape. The layers 13, 14 have essentially the same thickness as the insulation 12. As can be seen from fig. 1, the layer 14 is flat and is located across the underside of the arrangement of conductors 11. The layer 13, on the other hand, is interwoven in a snake-like meandering manner between adjacent conductors 11. The combination of insulated conductors 11 and carrier bands 13, 14 is then led in tension through a gap between interacting upper and lower pressure rollers 15 and 16 which serves to laminate together the insulated conductors 11 and the bands 13, 14. As can be seen from fig. 2, the surface of the upper roller 15 is smooth, while the surface of the lower roller 16 is profiled by forming circumferential grooves each adapted to receive an insulated conductor 11 to facilitate drawing the assembly through the rollers.

Etter å ha passert gjennom lamineringsvalsene 15, 16 og mens den fremdeles holdes i strekk, oppvarmes kabelen til en temperatur på over 320°C, hvilket tillater den termoplastiske fase i det PTFE-inneholdende bånd å smelte tilstrekkelig til å tillate binding mellom bærebåndene 13, 14 og de isolerte ledere 11. After passing through the laminating rolls 15, 16 and while still being held in tension, the cable is heated to a temperature in excess of 320°C, which allows the thermoplastic phase in the PTFE-containing tape to melt sufficiently to allow bonding between the carrier tapes 13, 14 and the insulated conductors 11.

Et snitt av den ferdige båndkabel er vist på fig. 3, og det fremgår at hver leder 11 er atskilt fra en tilgrensende leder en avstand som er ekvivalent med tykkelsen av det isolerende lag 12 rundt hver av lederne 11 sammen med tykkelsen av det innvevde, buktende lag 13, dvs. i hovedsaken tre ganger tykkelsen av isolasjonslaget 12 rundt hver leder. A section of the finished ribbon cable is shown in fig. 3, and it appears that each conductor 11 is separated from an adjacent conductor by a distance equivalent to the thickness of the insulating layer 12 around each of the conductors 11 together with the thickness of the interwoven, meandering layer 13, i.e. essentially three times the thickness of the insulation layer 12 around each conductor.

Etter å ha kommet ut fra valsene 15, 16 føres bånd-kabelsammenstillingen gjennom et 0,5 meters bad av smeltet salt ved en temperatur på 400"C og med en linjehastighet på 6 meter pr. minutt. Linjestrekket er 0,017 N/mm<2.>Den således dannede båndkabel blir deretter avkjølt og vasket i et vannbad for å fjerne overskytende salt. After emerging from the rollers 15, 16, the ribbon-cable assembly is passed through a 0.5 meter bath of molten salt at a temperature of 400"C and at a line speed of 6 meters per minute. The line tension is 0.017 N/mm<2 .>The ribbon cable thus formed is then cooled and washed in a water bath to remove excess salt.

En båndkabel som ble fremstilt slik som beskrevet ovenfor, ble elektrisk testet og motsto 2,0 kV (vekselspenning) mellom lederne og 2,0 kV (vekselspenning) mellom lederne og en elektrode i kontakt med kabelens utside. A ribbon cable prepared as described above was electrically tested and withstood 2.0 kV (alternating voltage) between the conductors and 2.0 kV (alternating voltage) between the conductors and an electrode in contact with the outside of the cable.

De PTFE-inneholdende isolasjonslag som er beskrevet i ovenstående utførelse, kan eventuelt være sintret før innlemmelse i kabelen. The PTFE-containing insulation layers described in the above embodiment may optionally be sintered before incorporation into the cable.

På fig. 4 er det vist en andre utførelse av oppfinnelsen som i produkt og prosess likner på den som er beskrevet i forbindelse med den første utførelse på fig. 1-3, bortsett fra at det plane lag eller bærebånd 14 i denne utførelse er utelatt. Kabelen omfatter individuelt isolerte ledere 30 som hver har et omgivende, individuelt isolasjonslag 31. Mellom de isolerte ledere 30 er det innvevd eller innflettet et slangeliknende buktet isolasjonslag 32. Fig. 5 viser en tredje utførelse som i produkt og prosess er identisk med utførelsen på fig. 1-3, bortsett fra at et buktet isolasjonslag 40 er innflettet mellom annenhver eller to og to av lederne 41 som har individuelle isolasjonslag 42. Lederne er derved oppdelt i grupper på to. Et plant isolasjonslag 43 er anordnet på sammenstillingens underside. Fig. 6 viser en fjerde utførelse hvor en oppstilling av ikke-isolerte kobberledere 50 som er beskrevet i forbindelse med utførelsen på fig. 1-3, er forsynt med et innvevd eller innflettet, buktet isolasjonslag 51. Plane isolasjonslag 52, 53 er deretter anbrakt på både over- og undersidene av oppstillingen av ledere 50. For øvrig likner produktet og prosessen på det som er beskrevet i forbindelse med utførelsen på fig. 1-3. In fig. 4 shows a second embodiment of the invention which in product and process is similar to the one described in connection with the first embodiment in fig. 1-3, except that the planar layer or carrier band 14 is omitted in this embodiment. The cable comprises individually insulated conductors 30, each of which has a surrounding, individual insulation layer 31. Between the insulated conductors 30, a snake-like curved insulation layer 32 is interwoven or intertwined. Fig. 5 shows a third embodiment which in terms of product and process is identical to the embodiment in Fig. . 1-3, except that a meandering insulation layer 40 is interlaced between every other or two and two of the conductors 41 which have individual insulation layers 42. The conductors are thereby divided into groups of two. A planar insulation layer 43 is arranged on the underside of the assembly. Fig. 6 shows a fourth embodiment where an arrangement of non-insulated copper conductors 50 which is described in connection with the embodiment in fig. 1-3, is provided with a woven or interlaced, curved insulation layer 51. Planar insulation layers 52, 53 are then placed on both the upper and lower sides of the array of conductors 50. Otherwise, the product and process are similar to what is described in connection with the embodiment in fig. 1-3.

Man vil legge merke til at hver elektrisk leder 50 i utførelsen på fig. 6 er atskilt fra sin tilgrensende leder en avstand som er i hovedsaken ekvivalent med tykkelsen av det buktede isolasjonslag 51. It will be noted that each electrical conductor 50 in the embodiment of FIG. 6 is separated from its adjacent conductor by a distance which is essentially equivalent to the thickness of the curved insulation layer 51.

Fig. 7 illustrerer én form for forhåndsinnstilt fasong til hvilken båndkabler ifølge oppfinnelsen kan formes. En båndkabel 70 som ble fremstilt i overensstemmelse med utførelsen på fig. 1-3, ble lagt i en kanal med den på fig. 7 viste form som var dannet i en metallblokk. En annen metallblokk ble lagt på toppen av kabelen for å holde den på plass i kanalen. Hele sammenstillingen ble oppvarmet til 350°C i en hydraulisk presse og holdt på denne temperatur i 5 minutter. Etter 5 minutter ble sammenstillingen fjernet fra pressen og avkjølt under vann. Etter fjerning av kabelen fra kanalen forble kabelen i sin støpte fasong. Fig. 7 illustrates one form of preset shape to which ribbon cables according to the invention can be shaped. A ribbon cable 70 which was produced in accordance with the embodiment of fig. 1-3, was placed in a channel with the one in fig. 7 showed form which was formed in a metal block. Another metal block was placed on top of the cable to hold it in place in the channel. The entire assembly was heated to 350°C in a hydraulic press and held at this temperature for 5 minutes. After 5 minutes, the assembly was removed from the press and cooled under water. After removing the cable from the channel, the cable remained in its molded shape.

Det vil være klart for fagfolk på området at de foran beskrevne utførelser bare er ment som eksempler på oppfinnelsen, og at forskjellige modifikasjoner og forbedringer kan gjøres. Ved for eksempel å innføre forskjellige styrker av bærebånd som beskrevet foran, kan lettheten ved atskillelse av lederne endres. Ved å innføre avsnitt av bånd med høyere styrke på forskjellige steder langs kabelen, kan det videre fremstilles en kabel som har avsnitt med lav og høy styrke langs sin lengde, hvilket vil være nyttig ved håndtering og avslutning av kabelen. It will be clear to those skilled in the art that the embodiments described above are only intended as examples of the invention, and that various modifications and improvements can be made. By, for example, introducing different strengths of carrier straps as described above, the ease of separation of the conductors can be changed. By introducing sections of higher strength tape at different places along the cable, a cable can be further produced which has sections of low and high strength along its length, which will be useful when handling and terminating the cable.

Claims

1. Method of manufacturing an electrical ribbon cable, comprising the steps of providing a number of elongated electrical conductors, arranging the conductors in a side-by-side arrangement, arranging at least one sheet of insulating material containing PTFE and a thermoplastic material, close to the conductors, and to heat the insulation material, CHARACTERIZED BY the steps of (a) passing the sheet of insulating material between and separating the conductors, and (b) heating the insulating material to a level sufficient for the thermoplastic material to melt sufficiently so that adjacent portions of said at least one sheet of insulating material shall fuse together to form at least one layer of insulation which abuts and electrically isolates each conductor from an adjacent conductor.

2. Method according to claim 1, CHARACTERIZED IN THAT the insulating material is arranged between the conductors to separate each conductor from an adjacent conductor by a distance that is not greater than essentially three times the thickness of the sheet of insulating material.

3. Method according to claim 1 or 2, CHARACTERIZED BY the fact that each individual conductor is wrapped individually in PTFE-containing insulating tape, and then heated sufficiently so that the tape forms a homogeneous layer around the conductor.

4. Method according to claim 1, 2 or 3, CHARACTERIZED IN THAT the insulating material is provided in the form of a first plate and the plate is placed between the conductors in a curved arrangement which is interlaced between adjacent conductors or groups thereof.

5. Method according to one of claims 1-4, CHARACTERIZED IN THAT the insulating material is further provided in the form of a second plate, and the second plate is placed on an outer side of the array of conductors.

6. Method according to claim 5, CHARACTERIZED IN THAT the insulating material is further provided in the form of a third plate, and the third plate is placed on the other outer side of the array of conductors.

7. Method according to one of claims 1-6, CHARACTERIZED BY the fact that the insulation material and the array of conductors prior to heating the insulation material are fed in tension through a slot between cooperating pressure rollers.

8. Method according to one of claims 1-7, CHARACTERIZED IN THAT the insulating material and the arrangement of conductors are in tension during the heating of the insulating material.

9. Method according to one of claims 1-8, CHARACTERIZED IN THAT it further comprises the steps arranging the cable in a configuration with at least one bend in the plane of the width of the array of conductors, and heating the cable so much that the thermoplastic material melts sufficiently for the insulation material to flow and assume said configuration.