RU2690160C1

RU2690160C1 - Symmetric data transmission cable

Info

Publication number: RU2690160C1
Application number: RU2018122969A
Authority: RU
Inventors: Владимир Николаевич Лебедев; Тамара Николаевна Петина; Ирина Львовна Ильина; Марина Васильевна Гусева; Наталья Леонидовна Салманова
Original assignee: Акционерное общество "Особое конструкторское бюро кабельной промышленности" (АО "ОКБ КП")
Priority date: 2018-06-25
Filing date: 2018-06-25
Publication date: 2019-05-31

Abstract

FIELD: cable technology.SUBSTANCE: claimed invention relates to cable technology, more specifically to symmetrical shielded cables of round shape, which is compatible with cylindrical high-frequency connectors. Symmetric cable for data transmission comprises a core, which is at least, one pair of insulated fluoroplastic conductors from copper conductor strands, twisted with at least one fluoroplastic cordel, screen of copper silver-plated wires, as well as a protective coating of fluoroplastic, wherein a layer of a fluoroplastic film is applied on the core under the screen, and the screen is double-layered.EFFECT: symmetrical cable for data transmission allows to increase service life of cable due to increased flexibility and noise immunity in conditions of expanded temperature ranges.1 cl, 1 dwg

Description

Заявляемое изобретение относится к одной из отраслей электротехнической промышленности - кабельной технике, более конкретно, к симметричным высокочастотным экранированным кабелям круглой формы, совместимым с цилиндрическими высокочастотными соединителями, предназначенным для внутреннего фиксированного монтажа информационных каналов приборов и устройств. Указанные кабели применяются для организации линий передачи цифровых сигналов в системах промышленной автоматизации управления технологическими процессами, в том числе для интерфейса RS-485. В виду специфики монтажа и эксплуатации кабелей в условиях промышленных производств, их конструкции должны иметь повышенную гибкость (малый радиус изгиба) и высокую стабильность электрических параметров для скоростной передачи цифровых потоков. Кабель предназначен также для монтажа бортовой кабельной сети авиационной и ракетно-космической техники.The invention relates to one of the branches of the electrical industry - cable technology, more specifically, to symmetric high-frequency shielded cables of circular shape, compatible with cylindrical high-frequency connectors, designed for internal fixed installation of information channels of devices and devices. These cables are used for organizing digital signal transmission lines in industrial automation systems for controlling technological processes, including the RS-485 interface. In view of the specifics of the installation and operation of cables in industrial environments, their designs should have increased flexibility (small bend radius) and high stability of electrical parameters for high-speed transmission of digital streams. The cable is also designed for installation of onboard cable network of aviation and rocket and space technology.

Существующие в настоящее время кабели для передачи данных, в том числе совместимые с современными высокочастотными цилиндрическими разъемами, обладают недостаточным сочетанием гибкости и помехозащищенности в условиях расширенных диапазонов температур.The existing data cables, including those compatible with modern high-frequency cylindrical connectors, have an insufficient combination of flexibility and noise immunity in conditions of extended temperature ranges.

Проблему помехозащищенность решают различными способами. Известно применение комбинированного экрана, например, выполненного в виде обмотки из алюмополимерной ленты с контактным медным луженым многопроволочным проводником или в виде оплетки из медных проволок, или медных луженых проволок с коэффициентом поверхностной плотности не менее 75%, или в виде обмотки из алюмополимерной ленты, или комбинированного материала на основе алюминиевой фольги, добиваясь суммарного значения коэффициента поверхностной плотности 100% (описание к патенту РФ №2642412, «Электрический многожильный кабель», МПК H01B 11/02). Также для повышения помехозащищенности применяют экранирование жил до скрутки, или наложения экрана по скрученным парам многопроволочных жил, как, например, в конструкции кабеля монтажного гибкого повышенной помехозащищенности (описание к патенту РФ на полезную модель №112489, МПК H01B 11/10). Однако повышение помехозащищенности за счет известных решений не обеспечивает комплексного решения обеспечения достаточной гибкости и помехозащищенности кабелей, совместимых с современными цилиндрическими разъемами, требующими близкой к идеальной круглой форме сечений кабелей, гибких, способных сохранять работоспособность в расширенном диапазоне температурных перепадов. Применение комбинированных экранов из нескольких слоев, состоящих из слоя оплетки из металлических проволок и дополнительного слоя металлополимерной ленты или металлизированной фольги снижает гибкость конструкции, экранирование отдельных жил или парных скруток жил приводит к искажению круглой формы сечения кабеля, а также снижает гибкость кабеля.The problem of noise immunity is solved in various ways. It is known to use a combined screen, for example, made in the form of a winding from alumopolymer tape with contact copper tinned multiwire conductor or in the form of a braid from copper wires, or copper tinned wires with a surface density coefficient of at least 75%, or in the form of a winding from alumopolymer tape, or composite material based on aluminum foil, achieving a total value of the surface density coefficient of 100% (RF patent No. 2642412, “Electric multicore cable”, IPC H01B 11/02). Also, to improve the noise immunity, the shielding of the cores to twist is applied, or the screen is superimposed over twisted pairs of multiwire cores, as, for example, in the construction of an installation flexible cable with increased noise immunity (RF patent for utility model No. 112489, IPC H01B 11/10). However, increasing the noise immunity due to the known solutions does not provide a comprehensive solution to ensure sufficient flexibility and noise immunity of cables compatible with modern cylindrical connectors that require close to perfect circular form of cable sections that are flexible and able to maintain performance over an extended range of temperature differences. The use of combined screens of several layers consisting of a layer of metal wire braid and an additional layer of metal-polymer tape or metallized foil reduces the design flexibility, shielding individual cores or paired core twists leads to distortion of the round section of the cable, and also reduces the flexibility of the cable.

Из уровня техники известен симметричный высокочастотный экранированный кабель по описанию к патенту на полезную модель РФ №40819, МПК H01B 11/00, Н01В 11/02, содержащий сердечник, образованный изолированными полиэтиленом или пористым полиэтиленом, токопроводящими жилами, скрученными между собой в пару, и заполнителем, выполненным из полимерных нитей, по крайней мере, часть которых размещена между изолированными жилами и экраном, поверх которого расположена оболочка, отличающийся тем, что заполнитель выполнен в виде полипропиленовых пленочных фибриллированных некрученых нитей, наложенных продольно, и другая их часть расположена также между изолированными жилами и экраном.The prior art is known symmetric high-frequency shielded cable according to the description of the patent on the utility model of the Russian Federation No. 40819, IPC H01B 11/00, H01B 11/02, containing a core formed of insulated polyethylene or porous polyethylene, conductive wires twisted together in a pair, and a filler made of polymer filaments, at least part of which is placed between the insulated conductors and the screen, on top of which there is a shell, characterized in that the filler is made in the form of polypropylene film fi brilliant untwisted threads, longitudinally imposed, and the other part of them is also located between the insulated conductors and the screen.

К недостаткам известного из уровня техники вышеупомянутого кабеля по патенту РФ на полезную модель №40819 следует отнести недостаточную гибкость, помехозащищенность и недостаточную устойчивость к перепаду температур, обусловленную применением в качестве изоляционного материала полиэтилена.The disadvantages of the above-mentioned cable according to the RF patent for utility model No. 40819 include the lack of flexibility, noise immunity and insufficient resistance to temperature differences due to the use of polyethylene as an insulating material.

Из уровня техники известен кабель симметричный парной скрутки для интерфейса RS-485, по описанию к патенту на полезную модель РФ №112487, МПК H01B 11/02, содержащий две скрученные в пару многопроволочные медные луженые токопроводящие жилы с изоляцией из сплошного или пористого полиолефина или несколько аналогичных пар изолированных токопроводящих жил, в свою очередь скрученных между собой в сердечник, наложенные поверх скрученных изолированных токопроводящих жил первый экран из фольгированной алюминием полимерной ленты, контактную жилу из медных луженых проволок, второй экран в виде оплетки из медных луженых проволок и полимерную оболочку, отличающийся тем, что оболочка выполнена из термопластичной полимерной композиции, не содержащей галогенов. В частном случае кабель может дополнительно содержать заполнитель, выполненный из пучка синтетических нитей или волокон или жгута из поливинилхлоридного пластиката или вспененного полиолефина и расположенный между изолированными жилами и первым экраном.In the prior art, a symmetrical pair-twisted cable for the RS-485 interface is known, according to the description of the utility model patent of the Russian Federation No. 1148487, IPC H01B 11/02, which contains two twisted multi-wire copper twisted tinned conductive wires with insulation from solid or porous polyolefin or several similar pairs of insulated conductors, in turn, twisted together in a core, superimposed over twisted insulated conductors, the first screen of aluminum-foil polymer tape, a contact core of honey s tinned wires, a second screen as a braid of tinned copper wires, and a polymeric shell, wherein the shell is made of a thermoplastic resin composition containing no halogen. In the particular case, the cable may additionally contain a filler made of a bundle of synthetic yarns or fibers or a bundle of polyvinyl chloride plastic or foam polyolefin and located between the insulated conductors and the first screen.

Из уровня техники известен также высокочастотный симметричный теплостойкий кабель, по описанию к патенту на полезную модель РФ №169338, МПК Н01В 11/02, выбранный в качестве прототипа, содержащий сердечник, представляющий собой изолированные фторопластом токопроводящие жилы из медных посеребренных проволок, скрученные в пару, экран в виде оплетки, а также защитную оболочку из фторопласта, отличающийся тем, что сердечник дополнительно содержит по меньшей мере один кордель из фторопласта, скрученный совместно с токопроводящими жилами, экран выполнен из медных посеребренных проволок, а поверх экрана наложена защитная оболочка из фторопласта. В частном случае экран может быть выполнен из медных посеребренных проволок круглого сечения, из плющенных медных посеребренных проволок, а также из медных посеребренных лент.The prior art also known high-frequency symmetric heat-resistant cable, according to the description of the patent for a useful model of the Russian Federation No. 169338, IPC H01B 11/02, selected as a prototype, containing a core, which is an isolated fluoroplastic conductor of silver-plated copper wires twisted in a pair a screen in the form of a braid, as well as a PTFE protective sheath, characterized in that the core additionally contains at least one fluoroplastic cord twisted together with conductive wires, the screen olnen plated copper wires, and the screen superimposed on top of the protective sheath of fluoroplastic. In the particular case, the screen can be made of silver-plated copper wires of circular cross-section, of silver plated copper wires, and also of silver-plated copper strips.

К недостаткам известных из уровня техники вышеуказанных кабелей, в том числе и прототипа, следует отнести то, что они обладают недостаточной гибкостью и помехозащищенностью в условиях расширенных диапазонов температур.The disadvantages of the above cables, known from the prior art, including the prototype, include the fact that they have insufficient flexibility and noise immunity in conditions of extended temperature ranges.

Технической проблемой, на решение которой направлено изобретение, является создание симметричного кабеля для передачи данных, совместимого с цилиндрическими высокочастотными соединителями, повышенной гибкости и помехозащищенности при обеспечении стабильной работоспособности в расширенном диапазоне рабочих температур, в частности, от минус 150°С до плюс 200°С, увеличение срока службы кабеля.The technical problem addressed by the invention is the creation of a symmetric cable for data transmission, compatible with cylindrical high-frequency connectors, increased flexibility and noise immunity while ensuring a stable performance in an extended operating temperature range, in particular, from minus 150 ° C to plus 200 ° C , increase cable life.

Сущность заявляемого изобретения состоит в том, что симметричный кабель для передачи данных содержит сердечник, представляющий собой, по меньшей мере, одну пару изолированных фторопластом токопроводящих жил из медных посеребренных проволок, скрученных с, по меньшей мере, одним корделем из фторопласта, экран в виде оплетки из медных посеребренных проволок круглого сечения или из плющенных медных посеребренных проволок или из медных посеребренных лент, а также защитную оболочку из фторопласта, при этом на сердечник под экран наложен слой пленки из фторопласта, а экран выполнен двухслойным, причем второй слой экрана наложен на первый слой экрана.The essence of the claimed invention consists in the fact that a symmetrical data cable contains a core, which is at least one pair of insulated conductive wires from fluoroplastic from silver-plated copper wires twisted with at least one fluoride plastic, a screen in the form of a braid from copper silver-plated round wires, or from rolled copper silver-plated wires or from silver-plated copper tapes, as well as a fluoroplastic protective sheath, with a layer under the screen core PTFE films, and the screen is made of two-layer, with the second layer of the screen superimposed on the first layer of the screen.

В частном случае исполнения симметричного кабеля для передачи данных коэффициент поверхностной плотности первого слоя экрана составляет не менее 85%, а коэффициент поверхностной плотности второго слоя экрана составляет не менее 80%.In the particular case of a symmetric cable for data transmission, the surface density coefficient of the first screen layer is at least 85%, and the surface density coefficient of the second screen layer is at least 80%.

Техническим результатом, полученным при решении технической проблемы, является увеличение гибкости и помехозащищенности (по сравнению с прототипом в 1,5 раза) симметричного кабеля для передачи данных за счет применения дополнительной обмотки сердечника фторопластовой пленкой под экран, а также за счет выполнения экрана двухслойным. Кабель способен стабильно работать в условиях как повышенных, так и пониженных температур, что, в свою очередь, позволяет увеличить срок службы кабеля.The technical result obtained by solving a technical problem is to increase the flexibility and noise immunity (compared to the prototype by 1.5 times) of a symmetric cable for data transmission through the use of additional winding of the core with a fluoroplastic film under the screen, as well as by making the screen double-layered. The cable is able to work stably in both high and low temperatures, which, in turn, allows to increase the service life of the cable.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежом, на котором изображен симметричный кабель для передачи данных на виде сбоку.The essence of the claimed invention is illustrated in the drawing, which shows a symmetrical cable for data transmission in the side view.

В симметричном кабеле для передачи данных, в том числе, по интерфейсу RS-485, токопроводящие жилы из медных посеребренных проволок (1) покрыты теплостойкой изоляцией (2) из фторопласта. Для обеспечения требований по волновому сопротивлению, коэффициенту затухания и диапазону рабочих температур (от минус 150°С до плюс 200°С) в качестве материала изоляции может быть выбран фторопласт Ф-4Д. Токопроводящие жилы (1) скручены в пару. Кабель содержит также, по меньшей мере, один кордель (3) из фторопласта, скрученный совместно с токопроводящими жилами. Кордель (3) - элемент из изолирующего материала произвольного сечения, применяемый в качестве заполнителя или для образования каркаса полувоздушной изоляции [ГОСТ 15845 80. ИЗДЕЛИЯ КАБЕЛЬНЫЕ. ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ. Рубрика термина: Энергетическое оборудование]. Материалом корделя может быть выбран фторопласт Ф-4Д. Шаг скрутки изолированных жил и, по меньшей мере, одного корделя (3) обычно выбирают не более 90 мм.In a balanced cable for data transmission, including the RS-485 interface, conductive wires of silver-plated copper wires (1) are covered with heat-resistant fluoroplastic insulation (2). To meet the requirements for impedance, attenuation coefficient and operating temperature range (from minus 150 ° C to plus 200 ° C), fluoroplastic F-4D can be selected as the insulation material. Conductors (1) are twisted in a pair. The cable also contains at least one fluoroplastic cord (3), twisted together with conducting wires. Cordel (3) - an element of insulating material of arbitrary cross section, used as a filler or for the formation of a semi-air insulation frame [GOST 15845 80. CABLE PRODUCTS. TERMS AND DEFINITIONS. Rubric Term: Power Equipment]. Fluoroplastic F-4D can be selected as the material of cordell. The twist pitch of insulated conductors and at least one Cordell (3) is usually chosen to be no more than 90 mm.

Поверх скрученных в пару токопроводящих жил (1) с, по меньшей мере, одним корделем (3), наложена пленка (4) из фторопласта, например, в виде обмотки из фторопластовой пористой пленки, поверх которой наложен экран (5) из медных посеребренных проволок. Применение пленки (4) в виде обмотки из фторопластовой пленки позволяет обеспечить дополнительную стабильность формы и повышенную гибкость кабеля. Экран (5) выполнен из медных посеребренных проволок круглого сечения или из плющенных медных посеребренных проволок, или из медных посеребренных лент. Экран (5) выполнен двухслойным. Как первый, так и второй слой экрана (5) представляет собой оплетку из медных посеребренных проволок круглого сечения, либо плющенных, либо из медных посеребренных лент. Второй слой экрана (5) наложен непосредственно на первый слой экрана (5). Коэффициент поверхностной плотности первого слоя экрана (5) может составлять не менее 85%, а коэффициент поверхностной плотности второго слоя экрана (5) может составлять не менее 80%. Таким образом, несмотря на то, что коэффициент поверхностной плотности каждого слоя экрана (5) менее 100%, вместе они обеспечивают повышенные показатели по помехозащищенности кабеля в целом, сравнимые с комбинированными экранами, у которых коэффициент поверхностной плотности 100%, сохраняя при этом повышенную гибкость за счет относительной подвижности слоев экрана (5).Over the twisted in a pair of conductive cores (1) with at least one cordela (3), a film (4) of fluoroplastic is applied, for example, in the form of a winding of a fluoroplastic porous film, on top of which a screen (5) of silver-plated copper wires is laid . The use of film (4) in the form of a winding of a fluoroplastic film allows for additional shape stability and increased cable flexibility. The screen (5) is made of silver-plated copper wires of circular cross section, or of rolled silver-plated copper wires, or of silver-plated copper tapes. The screen (5) is made of two-layer. Both the first and the second layer of the screen (5) is a braid of silver-plated copper round wires, either flattened or of silver-plated copper tapes. The second screen layer (5) is applied directly to the first screen layer (5). The surface density coefficient of the first screen layer (5) can be at least 85%, and the surface density coefficient of the second screen layer (5) can be at least 80%. Thus, despite the fact that the surface density coefficient of each layer of the screen (5) is less than 100%, together they provide increased performance on cable immunity as a whole, comparable to combined screens, whose surface density ratio is 100%, while maintaining increased flexibility due to the relative mobility of the layers of the screen (5).

Поверх второго слоя экрана (5) наложена сплошная защитная оболочка (6) из фторопласта, например, фторопласта-4МБ. Выбор фторопласта в качестве материала оболочки связан с тем, что фторопласт хорошо держит форму, и это помогает решить задачу заявляемого изобретения по созданию кабеля повышенной гибкости и помехозащищенности в расширенном диапазоне температур.Over the second layer of the screen (5) a continuous protective sheath (6) of fluoroplast, for example, fluoroplast-4MB, is applied. The choice of fluoroplastic as a shell material is related to the fact that the fluoroplastic keeps its shape well, and this helps to solve the problem of the claimed invention in creating a cable of increased flexibility and noise immunity in an extended temperature range.

Высокочастотный симметричный кабель для передачи данных может быть изготовлен на серийном технологическом оборудовании. В конкретном случае кабель изготавливают следующим образом. Сначала подготавливают многопроволочную жилу, например, из девятнадцати медных посеребренных проволок (1) диаметром 0,13 мм, методом скрутки на крутильной машине сигарного типа. Затем на многопроволочную жилу накладывают изоляцию (2) из фторопласта-4Д методом плунжерного прессования на плунжерном прессе «Пампус-1». Изготавливают, по меньшей мере, один кордель (3) из фторопласта-4Д методом плунжерного прессования. Скручивают изолированные жилы и, по меньшей мере, один кордель (3), на крутильной машине фонарного типа, например, марки «С-4». Затем накладывают обмоткой фторопластовую пленку, поверх которой накладывают экран (5) в виде оплетки. Экран (5) накладывают двумя слоями. Для этого используют оплеточные машины «Дратекс 1616/7» или «Дратекс 16». Например, в случае изготовления экрана (5) из медных посеребренных плющенных проволок заготовку, например, медную посеребренную проволоку марки МСр9, подвергают плющению на прокатном стане Бюллер (№10185) по определенным режимам. После этого с помощью фторопластового пресса, например, марки «Розендаль-30Ф» накладывают защитную оболочку (6). Определение фактической толщины покрытия проводят методом металлографического анализа. Номинальное волновое сопротивление заявляемого кабеля может быть 75 Ом, 100,120 и 150 Ом.High-frequency balanced cable for data transmission can be made on the serial technological equipment. In the specific case of the cable is made as follows. First, a multi-wire core is prepared, for example, from nineteen silver-plated copper wires (1) with a diameter of 0.13 mm, using a twisting method on a cigar-type twisting machine. Then on the multi-wire core they impose isolation (2) from fluoroplastic-4D by the method of plunger pressing on the plunger press "Pampus-1". At least one cordell (3) is made of fluoroplast-4D by the method of plunger pressing. Twist the insulated conductors and at least one Cordell (3) on a torsion machine of the lantern type, for example, mark “C-4”. Then a fluoroplastic film is wound with a winding, on top of which a screen (5) is applied in the form of a braid. Screen (5) is applied in two layers. To do this, use braiding machines "Dratex 1616/7" or "Dratex 16". For example, in the case of manufacturing a screen (5) of silver-plated copper wires, a billet, for example, MSr9 copper silver-plated wire, is subjected to flattening in a Büller rolling mill (No. 10,015) in certain modes. After that, using a fluoroplastic press, for example, the Roosendaal-30F brand, impose a protective sheath (6). Determination of the actual thickness of the coating is carried out by the method of metallographic analysis. The nominal characteristic impedance of the proposed cable can be 75 Ohms, 100.120 and 150 Ohms.

Заявляемый симметричный кабель для передачи данных по форме совместим с цилиндрическими высокочастотными соединителями, имеет повышенную гибкость и помехозащищенность в расширенном диапазоне рабочих температур от минус 150°С до плюс 200°С. Данный кабель может найти широкое применение в кабельной промышленности, в частности, при изготовлении кабелей для современных систем мультиплексного канала информационного обмена.The inventive symmetrical data cable is compatible with the cylindrical high-frequency connectors, has increased flexibility and noise immunity in the extended operating temperature range from minus 150 ° C to plus 200 ° C. This cable can be widely used in the cable industry, in particular, in the manufacture of cables for modern systems of multiplex information exchange channel.

Claims

1. Symmetric data cable containing a core, consisting of at least one pair of insulated fluoroplastic conductors from silver-plated copper wires twisted with at least one fluoride plastic corde, a screen in the form of a braid of silver-plated round copper wires cross-section, or from flattened copper silver-plated wires, or from silver-plated copper tapes, as well as a fluoroplastic protective sheath, characterized in that a layer of fluoroplastic film is laid on the core under the screen, and olnen double layer, wherein the second screen layer is superposed on the first layer of the screen.

2. The cable according to claim 1, characterized in that the coefficient of surface density of the first layer of the screen is at least 85%, and the coefficient of surface density of the second layer of the screen is at least 80%.