Wählen Sie die besten Teile für Ihren Kabelbaum

Nov 28, 2023

Litzenleiter (rechts) sind flexibler als Massivleiter (links). Beide bestehen aus blankem, unbeschichtetem Kupfer. Foto mit freundlicher Genehmigung von Epec Engineered Technologies

Dieses Kabel besteht aus einzelnen isolierten Leitern, die mit einer Folienabschirmung umwickelt und von einem Polymermantel umgeben sind. Foto mit freundlicher Genehmigung von Epec Engineered Technologies

Dieses Kabel verfügt über Folien- und Geflechtschirme zur Kontrolle elektromagnetischer und hochfrequenter Störungen. Foto mit freundlicher Genehmigung von Epec Engineered Technologies

Eine Schlüsselkomponente jedes elektronischen oder elektrischen Systems ist die Kabelbaugruppe oder der Kabelbaum – und dennoch ist sie in der Regel eine der letzten Komponenten, die behandelt werden müssen.

Beim Entwurf eines Systems sollte die Verkabelung so früh wie möglich in der Entwurfsphase berücksichtigt werden. Ein Kabelbaum besteht aus vielen Komponenten – einschließlich Steckverbindern, Umwicklungen, Clips, Dichtungen und natürlich den Drähten selbst – und jede kann die Leistung des Endprodukts beeinflussen. Ein über- oder unzureichend ausgelegter Kabelbaum könnte sich letztendlich negativ auf die Leistung des Endprodukts auswirken.

Beim Entwurf eines Kabelbaums müssen Ingenieure im Vorfeld viele Fragen beantworten. Einige der größten Probleme betreffen die Umgebung, in der das Geschirr verwendet wird. Wird es einer Biegung ausgesetzt sein? Wird es in einem Reinraum sein? Wird es Sonnenlicht oder Feuchtigkeit ausgesetzt? Wird es Chemikalien oder extremen Temperaturen ausgesetzt?

Die Anzahl und Art der Schaltkreise oder Leiter, die in einer Baugruppe enthalten sind, wird durch die Anwendung bestimmt. Für die Art des leitfähigen Materials, die Verseilung der Leiter und die auf die Materialien aufgebrachte Beschichtung stehen viele Optionen zur Verfügung.

Das vielseitigste und am weitesten verbreitete Leitermaterial ist Kupfer. Kupfer ist mit zahlreichen Beschichtungen kompatibel, um Korrosion zu verzögern und den Anschlussprozess zu unterstützen. Wenn eine höhere Bruchfestigkeit der Leiter erforderlich ist, stehen Optionen wie kupferkaschierter Stahl und Kupferlegierungen zur Verfügung. Diese Materialien verwenden immer noch Kupfer, fügen jedoch entweder Stahl oder Legierungen wie Cadmium, Chrom und Zirkonium hinzu, um sowohl die Biegelebensdauer als auch die Bruchfestigkeit zu erhöhen. In einigen begrenzten Anwendungen kann Edelstahl als Leiter verwendet werden, obwohl Edelstahl selbst im Vergleich zu Kupfer ein schlecht leitendes Material ist und möglicherweise plattiert werden muss, um seine Leitfähigkeit zu verbessern.

Blankes Kupfer ist anfällig für Korrosion, wenn es der Atmosphäre ausgesetzt wird. Daher sind die meisten Leiter mit verschiedenen Beschichtungen versehen, um sowohl Korrosion zu verzögern als auch die Verwendung von Kupfer in anspruchsvolleren Installationen zu ermöglichen. Eine der beliebtesten und kostengünstigsten Beschichtungen ist Zinn. Es verzögert die Korrosion und unterstützt den Abschlussprozess. Wenn die Kabelkonfektion höheren Temperaturen ausgesetzt wird, können Beschichtungen wie Silber oder Nickel aufgetragen werden. Diese Beschichtungen ermöglichen den zuverlässigen Einsatz von Leitern bei Temperaturen von 200 C bzw. 260 C.

Die Leiter können aus einem einzigen massiven Strang aus leitfähigem Material bestehen oder aus vielen dünnen Strängen bestehen. Litzenleiter wurden entwickelt, um die Starrheit von Massivdrähten zu überwinden, und sind in vielen Variationen erhältlich. Bei einer gegebenen Leitergröße gilt: Je höher die Anzahl und je kleiner der Durchmesser der Litzen, desto flexibler ist der Leiter.

Jeder Leiter des Kabelsatzes sollte für seinen spezifischen Einsatz ausgelegt sein. Wenn beispielsweise ein Leiter Strom liefert, muss die Strommenge, die er führt, berücksichtigt werden, bevor die Größe des zu verwendenden Leiters bestimmt wird. Wenn ein Leiter ein Signal überträgt, müssen die Signalgeschwindigkeit und die Länge der Baugruppe berücksichtigt werden, um die optimale Konstruktion des Leiters zu bestimmen.

Isolatoren sind entweder in duroplastischer oder thermoplastischer Zusammensetzung erhältlich, und wie bei der Leiterkonstruktion werden Material, Dicke und Art der Isolierung der Primärleiter von der Anwendung bestimmt. Es stehen Materialien für ein breites Spektrum an Anwendungen und Umgebungen zur Verfügung. Zu den kritischen Bereichen, die es zu berücksichtigen gilt, gehören die Betriebstemperatur; die Art und Höhe der Spannung, die die Baugruppe führen wird; die raue Betriebsumgebung und die Art der Chemikalien und Flüssigkeiten, denen die Baugruppe ausgesetzt ist.

Es stehen Materialien für Temperaturen von -65 °C bis 200 °C oder höher zur Verfügung. Ein Faktor, der berücksichtigt werden muss, wenn man über Temperaturen nachdenkt, ist, ob sich die Baugruppe in einem dynamischen oder statischen Zustand befindet. Mit anderen Worten: Wird die Baugruppe einer Bewegung ausgesetzt sein? Und wenn ja, bei welcher Temperatur? Eine Baugruppe, die sich bei extremen Temperaturen in einem dynamischen Zustand befindet, benötigt eine robustere Isolierung, damit sie ordnungsgemäß funktioniert.

Die Menge an Strom oder Spannung, die von der Kabelbaugruppe übertragen wird, bestimmt auch die Art der zu verwendenden Isolierung. Einige Isoliermaterialien sind nicht in der Lage, hohe Ströme über einen längeren Zeitraum hinweg auszuhalten.

Wenn Signale mit höherer Geschwindigkeit übertragen werden sollen, werden einige Isoliermaterialien entweder durch einen chemischen Prozess oder einen Gasinjektionsprozess „aufgeschäumt“. Durch diesen Vorgang entstehen Luftblasen in der Isolierung, die den ungehinderten Durchgang des Hochgeschwindigkeitssignals ermöglichen.

Zur Identifizierung kann die Primärisolierung eingefärbt und markiert werden. Die Färbung wird durch die Verwendung eines Farbstoffs vervollständigt, der während der ersten Extrusionsphase mit der Mischung vermischt wird. Eine zusätzliche Methode zur Identifizierung besteht darin, entweder eine Nummer auf die Isolierung zu drucken oder einen Streifen anzubringen, der längs, spiralförmig oder streifenförmig sein kann.

Das 1881 von Alexander Graham Bell erfundene Verdrillen von Drähten dient dazu, elektromagnetische Störungen von externen Quellen zu unterdrücken. Das häufigste Rauschproblem tritt bei Kabeln für Telekommunikationsanwendungen auf, bei denen Paare im selben Kabel über große Entfernungen nebeneinander liegen. Aufgrund der Nähe kann ein Paar Übersprechen auf ein benachbartes Paar hervorrufen, und dieses Rauschen addiert sich über die gesamte Länge des Kabels. Durch Verdrehen der Paare eines Kabels wird diesem Effekt entgegengewirkt, da die Paare nur bei der halben Drehung nahe beieinander liegen. Wenn eine Baugruppe für die Kommunikation oder die Übertragung von Datensignalen verwendet wird, sollten verdrillte Paare in Betracht gezogen werden, um jegliches Risiko von Rauschen oder elektromagnetischen Störungen auszuschließen.

Die Leiter oder verdrillten Paare können auch miteinander verkabelt werden. Bei der Verkabelung handelt es sich um einen Fertigungsvorgang, bei dem die Leiter oder Paare spiralförmig umwickelt oder miteinander „verkabelt“ werden. Die Verkabelung dient mehreren Zwecken. Es sorgt für eine flexiblere Montage und erzeugt eine runde Konfiguration, die eine ästhetisch ansprechende Montage ermöglicht.

Zur weiteren Kontrolle elektromagnetischer und hochfrequenter Störungen können Abschirmungen angebracht werden, sobald die Leiter miteinander verkabelt sind. Für Schilde gibt es mehrere Möglichkeiten. Jedes hat seine Vor- und Nachteile. Eine der beliebtesten Abschirmungen ist eine metallisierte Folie, die auf einer Polyesterunterlage befestigt ist und als Folienabschirmung bezeichnet wird. Der Folienschirm ist am günstigsten. Es verfügt über eine ziemlich gute Flexibilität, aber keine gute Biegelebensdauer. Bei höheren Frequenzen ist es gut, bei niedrigen Frequenzen jedoch weniger effektiv.

Eine weitere Möglichkeit für eine Abschirmung wäre ein Geflechtschirm. Diese Art von Abschirmung besteht aus vielen Drähten mit kleinem Durchmesser, die mithilfe spezieller Geräte, sogenannter Flechter, auf den Kabelkern geflochten werden. Diese Art von Abschirmung ist teurer als eine Folienabschirmung, lässt sich jedoch schwieriger anschließen. Es bietet eine bessere Abschirmung bei niedrigeren Frequenzen und sorgt für eine längere Biegelebensdauer.

Eine andere Art von Abschirmung ist ein Spiralschirm, bei dem Drähte mit kleinem Durchmesser um die Kabelseele gewickelt sind. Diese Art von Abschirmung bietet hervorragende Flexibilität und lange Biegelebensdauer, bietet jedoch bei hohen Frequenzen nur einen schlechten Schutz und ist schwierig zu terminieren.

Den besten Schutz vor Störungen bietet eine Kombination aus Folien- und Geflechtschirmen. Diese Kombination bietet hervorragenden Schutz auf allen Frequenzen und ist einfach zu terminieren. Allerdings handelt es sich in der Regel um die teuerste Option.

Wenn die Kabelseele fertig ist, wird ein Außenmantel oder Mantel aufgebracht. Diese Jacke ist eine Schutzhülle und soll flammhemmend sein, um die UL- und CSA-Anforderungen zu erfüllen. Der Außenmantel muss außerdem physikalisch robust sein, um das Kabel vor rauen Umgebungsbedingungen zu schützen, flexibel, um Bewegungen der Baugruppe während der Installation und des Betriebs zu ermöglichen, chemisch beständig und in einigen Anwendungen halbleitend sein.

Abhängig von der Endanwendungsumgebung kann die Jacke aus vielen Materialien hergestellt werden. PVC ist die am weitesten verbreitete und kostengünstigste Verbindung. Zu den weiteren Materialien gehören Produkte auf Urethanbasis für anspruchsvolle Anwendungen; Produkte auf Elastomerbasis; Fluorkohlenwasserstoffe für Feuerbeständigkeit und physikalische Belastbarkeit; Materialien auf Legierungsbasis; und Nicht-Halogen-Materialien, die bei Feuereinwirkung wenig Rauch, geringe Toxizität und wenig Säure erzeugen.

Für Steckverbinder stehen viele Optionen zur Verfügung. Die Art und Geschwindigkeit des übertragenen Signals bestimmen die Wahl des Steckverbinders. Wenn beispielsweise Strom durch die Baugruppe geleitet werden soll, könnte ein Crimp-Stecker gewählt werden. Soll ein Hochgeschwindigkeitssignal übertragen werden, kommt eine Löt- oder Schweißverbindung zum Einsatz. Abhängig von der Baugruppe, in der der Kabelbaum installiert wird, können die Optionen für einen Steckverbinder eingeschränkt sein. Wenn die Endbaugruppe bereits mit einem bestimmten Steckverbindertyp ausgestattet ist, ist die Auswahl an Anschlüssen begrenzt.

Auch die Zugentlastung muss angegangen werden. Die Zugentlastung stellt einen Übergangspunkt vom Kabel zum Anschlussbereich dar und verhindert, dass eine auf das Kabel ausgeübte Last auf die Anschlüsse übertragen wird, was zu einem Ausfall des Abschlusses führen kann. Zur Zugentlastung gibt es eine massive oder segmentierte Ausführung. Das segmentierte Design bietet die größte Biegeentlastung, ist jedoch bei Verwendung in sterilen Umgebungen schwieriger sauber zu halten.

Einer der Hauptaspekte beim Entwurf einer Kabelbaugruppe oder eines Kabelbaums ist der Standort, d.

In vielen Ländern gibt es eigene Regulierungs- und Sicherheitsnormenbehörden, die die Prüfung und Prüfung elektrischer Geräte durchsetzen. In Nordamerika beispielsweise sind UL und CSA die Regulierungs- und Sicherheitsnormenbehörden, die die Richtlinien für Elektrogeräte festlegen.

Außerhalb Nordamerikas verfügen die meisten Länder über eigene Sicherheitsbehörden. Die meisten Länder verwenden IEC (International Electrotechnical Commission), CEE (International Commission for Rules for the Approval of Electrical Equipment) oder CENELEC (European Committee for Electrical Standardization) als Grundlage für ihre Richtlinien.

Darüber hinaus gibt es Umweltstandards, die die Verwendung gefährlicher Stoffe in Produkten begrenzen oder einschränken. WEE-, REACH- und RoHS-Richtlinien sind drei solcher Standards, die die Verwendung gefährlicher Stoffe einschränken. Die WEEE-Richtlinie regelt die Entsorgung und das Recycling von elektronischen und elektrischen Produkten, wenn Produkte das Ende ihrer Nutzungsdauer erreicht haben.

Neben Sicherheits- und Umweltstandards müssen Baugruppen möglicherweise auch Industriestandards erfüllen, die auf bestimmten Leistungskriterien basieren. Abhängig von der Anwendung muss die Kabelbaugruppe möglicherweise Kriterien wie HDMI, SFP+, QSFP, TIA/EIA 568-C.2 erfüllen oder die Baugruppe muss möglicherweise von einem unabhängigen Prüfdienst wie ETL verifiziert werden.

Letztendlich muss jede Spezifikation des Designs im Vorfeld geklärt werden, bevor mit der Fertigung begonnen werden kann. Die Nichtbeachtung dieser wichtigen Faktoren könnte die Leistung des Endprodukts beeinträchtigen und sich auch auf den Preis des Produkts auswirken. Wenn Sie ein Produkt entwerfen, das eine Kabelbaugruppe erfordert, empfiehlt es sich immer, alle Anwendungsdetails mit Ihrem Kabelbaumhersteller zu besprechen, um die beste Kabelbaugruppe für Ihre Anforderungen zu ermitteln.

Brian Morissette, Produktmanager für Kabelkonfektionierung, Epec Engineered Technologies, New Bedford, MA