DE3780857T2 - Elektrisches verbindungsflachbandkabel mit kontrollierten elektrischen und thermischen widerstaenden. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft elektrische Leitungen, die dazu bestimmt sind, Punkte zu verbinden, zwischen denen thermische Übertragungen kontrolliert und begrenzt sein müssen, insbesondere zwischen einer warmen Quelle und einer kalten Quelle. Zwei offensichtliche, aber nicht ausschließliche Anwendungsbereiche sind die Kältetechnik und die Raumfahrttechnik.
• Derzeit verwendet man häufig Kabel aus Edelstahl für solche Anwendungen; sie besitzen jedoch den Nachteil, daß sie, über ihren ziemlich hohen Preis hinaus, voluminös und schwer sind und einen ziemlich hohen elektrischen Widerstand besitzen. Schließlich erlauben sie nicht, die Temperatur entlang des Kabels zu modulieren, wie man es wünschen würde. Man hat auch ein anderes Konzept ins Auge gefaßt, das darin besteht, Kupferschichten auf einem isolierenden, im allgemeinen elastischen Träger abzuscheiden, der in dem Fachgebiet "Zunge" genannt wird, der aber auch lokal oder insgesamt steif sein kann. Diese Schichten sind an den Stellen unterbrochen, an denen man eine gute thermische Isolierung wünscht, und man verbindet sie mit Manganindrähten, die auf diese Schichten geschweißt sind und mittels eines beliebigen Verfahrens auf dem isolierenden Träger befestigt sind. Das Kupfer besitzt den Vorteil eines geringen elektrischen Widerstands, während die Manganinverbindungen, ein mit einem hohen thermischen Widerstand ausgestattetes Material, Barrieren für den Wärmeaustausch entlang der Verbindungen darstellen. Jedoch kann die Verlegung der Manganindrähte nicht ausreichend zuverlässig durchgeführt werden, um eine vollständig zufriedenstellende Lösung darzustellen.
• Die vorliegende Erfindung bringt also eine Verbesserung in die Konzeption dieser Flachkabel durch eine einfachere und zuverlässigere Herstellung ebenso wie durch die Möglichkeit, die elektrischen und thermischen Widerstandscharakteristiken entlang der Leitungen von solchen Kabeln zu modulieren.
• Genauer umfaßt diese Erfindung zunächst einen elektrisch und thermisch isolierenden, flachen Träger, der elastisch, steif oder auch, je nach Anwendung, stückweise steif sein kann; Fabrikate aus Polyimid oder aus Epoxydharz, können zum Beispiel vorteilhafterweise verwendet werden.
• Auf wenigstens einer Seite des isolierenden, flachen Trägers implantiert man Verbindungsleitungen, die aus zwei übereinander liegenden Schichten bestehen. Die erste von diesen, die sich über die gesamte Länge der Leitungen erstreckt, besteht aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit. Die zweite Schicht ihrerseits besteht aus einem Material, das zur gleichen Zeit ein guter elektrischer und ein guter Wärmeleiter ist. Man kennt schon ein derartiges Kabel aus dem Dokument GB-A-980 468. Das erfindungsgemäße Kabel ist durch das Kennzeichen des Anspruchs 1 gekennzeichnet. Entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Material der ersten Schicht Manganin und das der zweiten Schicht aus einem Metall, wie etwa Kupfer oder Gold.
• Entsprechend einem Ausführungsbeispiel können die Dicke und die Breite der Leiterschichten entlang der Verbindungsleitungen ebenso wie die Länge der Bereiche, in der die diskontinuierliche Leiterschicht implantiert ist, variabel sein, so daß die thermische und elektrische Dissipation entlang der Verbindungsleitungen geregelt wird.
• Das Prinzip und die Merkmale der Erfindung werden mit Hilfe der nachfolgenden Beschreibung, die nur als nicht einschränkendes Beispiel gegeben ist, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen besser verstanden.
• Fig. 1 stellt perspektivisch ein Kabel dar, das mit mehreren parallelen Leitungen versehen ist, die erfindungsgemäß angeordnet sind.
• Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäß aufgebauten Leitung (2b) ebenso wie ein Diagramm möglicher Temperaturen entlang dieser Leitung (2a).
• Fig. 3 zeigt einen transversalen Querschnitt eines Mehrschichtkabels, das durch Übereinanderschichten mehrerer Kabel des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Typs erhalten wird.
• Fig. 4 zeigt eine Seitenansicht einer Leitung des Flachkabels mit thermischer Isolierung, die nach dem Stand der Technik hergestellt wurde.
• Die Fig. 5 und 6 stellen zwei zusätzliche mögliche Ausführungsarten für erfindungsgemäße Kabel dar.
• Das in Fig. 1 dargestellte Kabel besteht also aus einem isolierenden Träger 1 und aus mehreren Verbindungsleitungen 2. Jede dieser Leitungen besteht aus einer kontinuierlichen Manganinschicht 3 und aus einer diskontinuierlichen Schicht, die aus Segmenten 4 aus elektrisch leitfähigem Metall bestehen, wie es deutlicher in Fig. 2b zu sehen ist, die außerdem zeigt, wie die Metallabscheidungen 4.1 bis 4.4 erlauben, die Temperatur entlang der Leitung abzustufen.
• In der Tat durchströmen der Strom und die Wärme vorzugsweise das Metall 4 überall dort, wo es existiert: daraus folgen (Fig. 2a) Bereiche mit geringem elektrischem Widerstand und gleichmäßiger Temperatur. Demgegenüber müssen der Strom und die Wärme die Manganinschicht 3 für ihre Ausbreitung an den Stellen verwenden, an denen die zweite Schicht unterbrochen ist. Diese Stellen entsprechen also wegen der schlechten thermischen Leitfähigkeit des Manganins, auf Kosten eines etwas höheren elektrischen Widerstands, thermischen Barrieren.
• Man erreicht also auf zufriedenstellendere Weise das Ergebnis, das von dem schon bekannten, in Fig. 4 gezeigten Prinzip erhalten wurde, wo die Kupferschichten 4 mit Manganindrähten 6 verbunden sind, die an ihren Enden mit dem Kupfer 4 verschweißt sind und mit einem beliebigen Verfahren, wie etwa mit Klebepapier, auf einem isolierenden Träger 1 befestigt sind.
• Ausgehend von den entsprechend dem Prinzip der Fig. 1 und 2 konstruierten Leitungen ist es möglich, verschiedene praktische Ausführungen der Kabel ins Auge zu fassen:
• - der ebene Träger 1 ermöglicht, parallel mehrere Leitungen 2 zu implantieren, wie in Fig. 1 dargestellt;
• - man kann die zweite Seite 5 des isolierenden Trägers 1 verwenden. Entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung trägt diese zweite Seite 5 des Isolators weitere Verbindungsleitungen 2'. Entsprechend einer zweiten Ausführungsform der Erfindung trägt diese Seite 5 eine Massenfläche 10, die die Abschirmung des Kabels sicherstellt,
• - die Abschirmung des Kabels kann auch durch bestimmte, auf dem Kabel angeordnete Verbindungsleitungen sichergestellt werden,
• - die Leitungen 2 können elektrisch miteinander verbunden sein, und zwar entweder mittels leitfähiger Verbindungen 11 (Fig. 1), die auf einer Seite zwischen zwei oder mehreren benachbarten Leitungen angeordnet sind, oder durch Bohrungen durch den isolierenden Träger 1 und Anbringen einer leitfähigen Traverse oder eines Steckers 12 (Fig. 3 und 5) zwischen zwei Leitungen, die sich auf den gegenüberliegenden Seiten dieses Trägers befinden,
• - es ist auch möglich, Mehrschichtkabel durch Übereinanderschichten von mehreren Lagen des isolierenden Trägers 1, die mit Leitungen 3 und 4 versehen sind, zu erzeugen, wie es die Fig. 3 zeigt.
• Allgemein können die Leitungen 2 und 2' Diskontinuitäten in der Breite und Dicke der Schichten der beiden Leiter 3 und 4 aufweisen: Fig. 6 zeigt eine Manganinschicht 3, die zwei Diskontinuitäten in der Breite 20 und 21 und eine Diskontinuität in der Dicke 22 aufweist, und eine Kupferschicht 4, die aus zwei Teilen 23 und 24 gleichfalls verschiedener Breite und Dicke besteht.
• Dieses neue Konzept für Kabel mit geringer Wärmeleitfähigkeit bietet also eine bestimmte Anzahl von Vorteilen gegenüber einer zuvor bekannten und in Fig. 4 dargestellten Lösung, nach der die Segmente aus leitfähigem Metall 4 untereinander durch Manganindrähte 6 verbunden sind, die an ihren Enden geschweißt sind und mit einem beliebigen Verfahren auf den Isolator 1 geklebt sind: die entsprechend der Erfindung vorgeschlagene Technologie ist einfacher und zuverlässiger, indem sie feiner geregelte thermische und elektrische Dissipationen ermöglicht. Diese vorteilhaften Merkmale sollen das Eindringen der Erfindung in Spitzenindustrien, wie die Raumfahrtindustrie, erleichtern, insbesondere da das Gewicht und der Preis für solche Flachkabel im Prinzip verglichen mit äquivalenten Schaltkreisen aus Edelstahl, die als Rundkabel geformt sind, geringer sind und die Leitungsdichte, die man implantieren kann, höher ist.

Claims (8)

1. Flachkabel für elektrische Verbindungen, das aus einem isolierenden, flachen Träger (1) besteht, wobei auf wenigstens einer Seite desselben Verbindungsleitungen (2) implantiert sind, in dem die Verbindungsleitungen (2) aus zwei übereinander liegenden Schichten bestehen, wobei die erste (3) von diesen, die sich über die gesamte Länge der Leitungen (2) erstreckt, aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit besteht, wobei die zweite Schicht (4) ihrerseits aus einem Material besteht, das zur gleichen Zeit ein guter elektrischer und ein guter Wärmeleiter ist, wobei das Kabel dadurch gekennzeichnet ist, daß die zweite Schicht diskontinuierlich ist, wobei die Längen der Abschnitte (4) der zweiten Schicht und ihre Abstände variabel sind, so daß die thermischen und elektrischen Dissipationen entlang der Verbindungsleitungen (2) geregelt werden können.

2. Flachkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Leitungen (2) parallel auf demselben isolierenden Träger (1) implantiert sind.

3. Flachkabel nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke und die Breite der Leiterschichten (3, 4) entlang der Verbindungsleitungen (2) ebenso wie die Länge der Bereiche, in der die diskontinuierliche Leiterschicht (4) implantiert ist, variabel sind (20, 21, 22, 23, 24).

4. Flachkabel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bestimmte Verbindungsleitungen (2) zur Abschirmung des Kabels eingesetzt sind.

5. Flachkabel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Seite (5) des isolierenden Trägers (1) andere Verbindungsleitungen (2') oder eine Masseebene (10) trägt, die zur Abschirmung des Kabels verwendet wird.

6. Flachkabel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß leitende Stifte (12) die isolierenden Träger (1) durchqueren, um Verbindungen zwischen den Leitungen (2), die sich auf den beiden gegenüberliegenden Seiten der Träger (1) befinden, zu ermöglichen.

7. Mehrschichtiges Flachkabel, gekennzeichnet durch eine Überlagerung von mehreren Schichten von isolierenden Trägern (1) mit ihren Leitern (3, 4) nach Anspruch 1.

8. Flachkabel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Leiterstifte (12) die isolierenden Träger (1) durchqueren, um Verbindungen zwischen den Leitungen (2), die sich auf den beiden gegenüberliegenden Seiten der Träger (1) befinden, zu ermöglichen.