柔性扁平电缆在空间效率用途中的作用

大多数工程师认为扁平电缆是在计算机外围设备之间运行的廉价接线。但是，并非所有扁平电缆都是相同的。有一种特殊类型的扁平电缆，在空间效率不是唯一考虑的用途中表现优异。

所谓的挤压Flexx-Sil™电缆专为运动控制和自动化而设计，其灵活性，强度和挤出的Flexx-Sil™电缆是一系列导线，通过特殊的挤压工艺封装在Flexx-Sil™护套中。这些电缆最典型的形状因素是扁平横截面，导体平行排列。然而，电缆可以挤压成其他形状以满足特定需求，例如紧密配合到布线通道中。

挤压电缆技术是位于加利福尼亚州瓦伦西亚的Cicoil公司所独有的。 Flexx-Sil™护套中包裹导体的基本技术已经使用了50多年，可用于各种应用，从喷气式战斗机到工业运动控制设备。最近的一项发展是通过使用专有的挤出工艺生产连续长度的Flexx-Sil™夹套电缆（图1）。这降低了成本，提高了精度，并且可以制造长的电缆长度，这对于旧方法来说是不切实际的。这些较旧的方法涉及在Flexx-Sil™中成型导线，并将生成的电缆固化长达两天。

图1：独有的Cicoil挤出工艺生产连续长度的Flexx-Sil™电缆。

扁平电缆与圆形电缆

将挤出的Flexx-Sil™扁平电缆的组成与结构进行对比也很有用典型的圆形“柔性”电缆。圆形电缆通常的特征在于束中的绝缘线，其由几层其他材料围绕。该束通常包裹在纺织材料或聚合物中，以便在电缆移动时使摩擦加热最小化。 PVC护套围绕着这些层。在屏蔽电缆中，还有一组额外的层，包括另一个低摩擦包裹，编织铜，以及PVC或其他选择用于耐磨的材料的整体护套。关于这种结构的注意事项是它使用多层绝缘材料和特殊的低摩擦材料，以减少电缆经过多次重复运动循环时产生的摩擦（图2）。

图2：圆形“Flex”电缆。

为了进行比较，Extruded Flexx-Sil™电缆还可以更有效地使用绝缘材料。它不需要低摩擦的胶带和填料，因为导体不会在形成外护套的Flexx-Sil™材料内移动。当在其薄横截面的平面内弯曲时，挤出Flexx-Sil™本身比圆形电缆具有更大的灵活性。挤出Flexx-Sil™的扁平形状因子也提供比圆形电缆更好的散热性能，因为给定体积的表面积更大。较大的表面积使得扁平电缆在给定的温升和给定横截面的导体上承载较高的电流水平。扁平电缆中的导体也具有固定的几何形状，这使得电气质量保持一致且不变。挤出的Flexx-Sil™中的导体间距不会随着电缆的移动而改变。因此，电缆阻抗，电感，电容，时间延迟，串扰和衰减都保持不变。类似地，电缆中的导体都具有相同的物理和电气长度。这与电介质尺寸保持不变的事实相结合，意味着电缆信号之间的信号偏移和差分时间延迟保持最小。

最后，扁平电缆可以形成固有的高密度互连系统。扁平电缆的封装密度高于圆形电缆。在Flexx-Sil™挤出中可以看到导体的事实简化了编码，检查和跟踪电路以进行故障排除。

挤压Flexx-Sil™与其他扁平电缆

此外，将Extruded Flexx-Sil™电缆与其他类型的扁平电缆进行比较也是一种说明。计算机外围设备中使用的扁平电缆类型通常称为带状电缆。它价格低廉且易于终止，因为它的几何形状是标准的。其导体以标准间距布置，因此带状电缆的绝缘位移连接器（IDC）是标准项目。护套材料通常是PVC，但一些特殊用途的带状电缆可能会使用其他材料来处理高温或低温或需要压力通风布线的应用。

带状电缆的问题在于它不是设计用于重复弯曲。它的PVC护套相对脆弱。有专用护套材料表现出更大的灵活性，但它们往往缺乏机械韧性和抗刺激性化学品。此外，带状电缆仅适用于所有导体（28 AWG）的单线规，这限制了它们的使用。

还有另一种使用PTFE（也称为Teflon®）的扁平电缆作为护套材料。这种材料以低摩擦而闻名，并且由PTFE护套制成的扁平电缆的目标应用是，尽管反复弯曲循环，但仍需要长寿命。 PTFE扁平电缆的一个问题是它们的制造过程会引起电缆的潜在弱点。聚四氟乙烯电缆是通过将两个半壳的PTFE材料烧结在一起而制成的，这两个半壳将导体夹在中间（图3）。由两个半壳形成的接缝是一个薄弱点，在反复弯曲后最终会破裂。一旦破裂，PTFE电缆就无法修复;它必须更换。

图3：将两个PTFE半壳烧结在一起以生产电线护套。

此外，电线PTFE护套中的护套未在护套材料内固定。它们可以从它们的初始位置蠕动，或者被来自导线末端的连接处的力拉出。为了避免这些困难，PTFE扁平电缆沿着电缆以规则的间隔使用夹具，这增加了整体设计的成本和重量。例如，在线性运动应用中，PTFE电缆的这些缺点导致电机的惯性更高，系统振动增加，沉降时间更长，所有这些都会降低系统的性能。

In与此相反，Extruded Flexx-Sil™电缆不需要夹紧系统，因为导体不会从Flexx-Sil™中蠕变出来。封装的Flexx-Sil™还可用作减震器，减震和减少振动。这进一步延长了在严重摇动和振荡的应用中电缆的寿命。当Extruded Flexx-Sil™电缆受到划痕或穿刺时，它们会自我修复。灵活的Flexx-Sil™橡胶可以封闭小的不连续处。可以使用RTV在现场修复较大的孔或切口。

设计考虑

在以重复运动为特征的应用中指定电缆应该允许四个关键品质：允许的弯曲半径，生命周期在不断弯曲，封装限制和环境因素下。

挤压Flexx-Sil™电缆的弯曲半径，与任何电缆的弯曲半径一样，取决于电线的规格和电缆中使用的导体类型。通常，导体的规格越细，允许的弯曲半径越小。然而，应该注意的是，使用PTFE护套的竞争电缆的弯曲半径是挤出的Flexx-Sil™电缆的两倍以上，因为每根电缆包含相同的导体（图4）。因此，挤出的Flexx-Sil™电缆可用于可能不适用于PTFE电缆的用途，因为它们适合更紧凑的空间。

图4：挤压Flexx-Sil™电缆与聚四氟乙烯护套电缆的弯曲半径。

目前大多数工业自动化设备全天候运行，通常机器人元件反复执行严格的运动，有时是数千次天。这些应用不仅强调机器的运动部件，还强调电缆。工程师花费大量时间确定机电推进器的尺寸，但往往很少考虑布线是否尺寸合适。频繁的结果是布线不能处理应用的严苛，导致昂贵的过早失效。

事实上，行业研究表明，布线和布线会导致自动化设备质量和可靠性问题的50％以上。由于这些原因，设计人员应插入安全系数以确保布线满足弯曲周期的需求。

标准布线不会在这些应用中持续使用，因为电缆不能连续弯曲。扁平电缆最适合连续弯曲。它们的导线可以在一个平面内单独弯曲，从而提供最佳的弯曲寿命。

对于在弯曲应用中必须持续很长时间的电缆，有两个关键因素：导线和电缆护套。/p>

在连续弯曲的情况下，含有多股细针线的导体将持续时间最长。例如，标准28 AWG通常由7股36 AWG电线组成，而28 AWG高柔性电线由19股40 AWG电线（甚至更精细的电线）组成。较细规格的基线在恒定弯曲下表现出较少的冷加工。最小的冷加工使这些导线经过数千万次弯曲循环。

鉴于包含细绞线的电缆，电缆护套（以及护套如何固定导线）是下一个决定性因素。长寿命。 PVC或其他热塑性护套太脆而不能承受连续弯曲，因此大多数高柔性电缆使用PTFE或Flexx-Sil™橡胶作为主要电缆护套。 PTFE和Flexx-Sil™橡胶可承受数千万次弯曲循环。然而，Flexx-Sil™橡胶是一种更好的选择，适用于极窄的弯曲半径，因为它本身比PTFE更灵活。

Flexx-Sil™挤出电缆的另一个好处是导线是完全包裹在Flexx-Sil™橡胶中，而不是在典型的PTFE电缆内部松动。松散的电线会相互摩擦，增加摩擦，冷加工，并缩短电线寿命。 PTFE电缆在其整个长度上通常需要额外的夹紧以最小化这种影响，这提高了系统的成本和重量/惯性。相比之下，Extruded Flexx-Sil™电缆对各个导体的封装优化了连续弯曲应用中的电线寿命。

图5：Cicoil独特的扁平电缆保持不变各种导体可以成形为针对特定应用进行优化的型材。

随着公司不断为自动化机器和流程添加特性和功能，空间越来越成为一个因素。工业建筑面积支付的溢价迫使机器占地面积缩小。结果通常是要求在更小的空间内完成更多工作。在这种环境中，布线设计通常是事后的想法。电缆通常被“填入”剩余空间。但是，通常的结果不是最佳，而且可能导致无法预料的维护或故障排除问题。

工程师应该在设计过程的早期考虑布线;不仅要评估空间考虑因素，还要评估装配和可访问性标准。通常，圆形布线比扁平电缆占用更多空间，因为扁平布线的几何形状固有地节省了空间（图6）。然而，在扁平电缆中，并非所有类型的电缆都具有同样的空间效率。例如，PTFE扁平电缆仅限于预成型的形状，因为电线插入由PTFE护套形成的“吊舱”中。

图6：扁平电缆比圆形电缆更节省空间。

结果可能不是最佳，因为设计人员仅限于预先存在的电缆型材。

Flexx-Sil™挤出电缆的制造精度与其所含导体所需的尺寸和形状完全相同。可以精确控制导体间距，Flexx-Sil™橡胶护套的厚度也可以精确控制，以提供应用所需的尺寸。此外，Flexx-Sil™挤出电缆可以生产任何外部轮廓（上图5）。这使得电缆形状可以针对特定的空间进行优化。

Flexx-Sil™布线的另一个独特功能是能够“形成”S曲线和其他非线性形状（图7） ）。这使设计人员可以将电缆弯曲在障碍物周围，以促进极其紧凑的包装。这种类型的“弯曲扁平电缆”已经在超音速导弹和军用飞机中使用多年，以节省空间和重量。它也越来越多地用于工业应用中。

图7：Flexx-Sil™挤出电缆可在横向平面上成形，以进一步优化空间利用率。

温度指数是当空气混合物中的氧气浓度为20.9％时材料将持续燃烧的温度。典型的Flexx-Sil™橡胶底座的温度指数约为250°C。挤出的Flexx-Sil™电缆额定工作温度为-65ºC至+ 260°C（图8）。

图8：Flexx- Sil™在-65˚C至+260˚C的工作范围内保持室温灵活性和其他品质。

Flexx-Sil™在-65ºC至+ 260范围内保持室温灵活性和其他品质°C工作范围。此外，Cicoil Flexx-Sil™橡胶的线性热膨胀系数极低（约为0.00018英寸/英寸/°F），而PTFE的线性热膨胀系数约为4.7倍（0.00085英寸/英寸/英寸） F）。这意味着挤出的Flexx-Sil™电缆在宽温度范围内将比PTFE电缆更好地保持其封装尺寸，这在涉及极窄空间的应用中可能很重要。