Ein Leitfaden zu Schirmungs- und Erdungsmethoden für Kabelkonfektionen

1. Einleitung: Die Kernwerte und die Designphilosophie der Schirmung und Erdung

Kabelkonfektionen bilden die Infrastruktur für den Aufbau von Signal- und Energieübertragungsnetzen in komplexen elektromagnetischen Umgebungen. Ihre Konstruktion ist weit mehr als eine einfache Kombination aus Drähten und Steckverbindern; sie ist ein Systementwicklungsprojekt, das Elektrotechnik, Materialmechanik und Wärmemanagement umfasst. Die Hauptfunktion der Abschirmungsschicht besteht darin, einen durchgehenden Faraday-Käfig mit niedriger Impedanz zu bilden, um interne Strahlung zu isolieren und externen Störungen zu widerstehen. Daher Die Qualität des Erdungsprozesses bestimmt direkt die Integrität dieses Schutzsystems.Eine mangelhafte Erdung kann zu einer abstrahlenden Störung oder einem Störeinspeisungspunkt führen, was Signalverzerrungen, Datenfehler oder sogar Systemausfälle zur Folge haben kann. Die Prozessauswahl muss daher eine umfassende Betrachtung der Drahteigenschaften (wie Temperaturbeständigkeit, Schirmungsstruktur), der Steckverbinderschnittstellen, der Betriebsumgebung (Temperatur, Vibration, chemische Korrosion) und der EMV-Normen der Endanwendung beinhalten.

2. Erdungsverfahren für Einzeldraht-Schirmung: Methodik und Grundlagen

2.1 Lötringanschlussverfahren: Die industrielle Wahl für Wiederholgenauigkeit

Das Lötringverfahren (vorgeformte Löthülse) ist eine ideale Methode, um hermetische, hochkonsistente Verbindungen zu erzielen und eignet sich besonders für die Serienfertigung.

• Ausführliche technische Analyse:

• Materialverträglichkeit: Die Legierungszusammensetzung und der Schmelzpunkt des Lötrings (SO63/SO96) müssen mit der Beschichtung der Schirmung (z. B. verzinntes Kupfergeflecht) übereinstimmen, um die Bildung intermetallischer Verbindungen und nicht nur eine physikalische Haftung zu gewährleisten. Die Anforderungen an die Temperaturbeständigkeit des Drahtes (SO63 ≥ 125 °C, SO96 ≥ 150 °C) stellen sicher, dass die Primärisolierung des Drahtes während des Reflow-Lötprozesses keine thermische Zersetzung oder Leistungsverschlechterung erleidet.

• Dimensional Engineering: Die präzise Kontrolle der Abisolationsmaße (Außenisolierung 50–80 mm, Schirmung 6–8 mm) ist unerlässlich. Eine zu kurze verbleibende Schirmungslänge beeinträchtigt die mechanische Festigkeit der Lötverbindung; eine zu lange kann in Umgebungen mit Vibrationen aufgrund des Kragarmeffekts zu Ermüdungsbrüchen führen. Der 40–70 mm lange Kerndraht bietet ausreichend Platz und Zugentlastung für das anschließende Crimpen oder Löten der Leiter.

• Prozessfenstersteuerung: Die Erwärmung muss gleichmäßig und schnell erfolgen. Verwenden Sie dazu ein passendes Heißluftgebläse oder eine Heizdüse, um sicherzustellen, dass das Lot vollständig schmilzt und die Abschirmungsschicht ausreichend benetzt wird. Vermeiden Sie kalte oder trockene Lötstellen.

  
  

2.2 Lötverfahren: Gewährleistung von Flexibilität und hoher Zuverlässigkeit

Manuelles Löten wird notwendig, wenn die Drahtabmessungen spezifisch sind, der Platz begrenzt ist oder die Umgebung besondere Anforderungen stellt.

• Hochtemperatur-Drahtverarbeitung (Methodik im Detail):

• Wärmemanagement und Stressabbau: Nach dem festen Aufwickeln und Verlöten des Erdungsdrahtes (0,35–0,8 mm²), Auswahl eines korrekt spezifizierten doppelwandigen, mit Klebstoff ausgekleideten Schrumpfschlauchs Der Schutz ist entscheidend. Die innere Schicht aus Schmelzklebstoff bildet beim Schrumpfen eine wasserdichte, hermetische Abdichtung, während die äußere Schicht mechanischen Schutz bietet. Der Schrumpfschlauch sollte die Lötstelle vollständig umschließen und an beiden Enden darüber hinausragen, um eine gleichmäßige Spannungsverteilung zu gewährleisten und so zu verhindern, dass sich Biegestellen an der Lötstelle konzentrieren.

• Alternative Befestigungsmethode: Die Methode des Umwickelns mit Kupferdraht oder Abschirmgeflecht vor dem Löten bietet eine höhere mechanische Bündelfestigkeit und eignet sich für Bereiche, in denen starke mechanische Vibrationen oder Krafteinwirkung zu erwarten sind.

• Allgemeine Drahtverarbeitung/Drahtverarbeitung mit geringer Hitzebeständigkeit (Methodik im Detail):

• Struktureller Schutz: Das Verfahren mit Seidenkordel-Umwicklung und Klebstoffauftrag (z. B. Q98-1) hat den Vorteil, dass der Klebstoff in das Innere des Geflechts eindringt und aushärtet, um eine robuste Verbundwerkstoffstruktur zu bilden, die sich besonders für Bereiche der Luft- und Raumfahrt eignet, die eine extrem hohe Vibrationsfestigkeit erfordern.

• Parallele Verflechtungsmethode: Durch das Glätten der Abschirmungsschicht, das Verflechten mit dem Erdungsdrahtkern und das anschließende Löten wird die größtmögliche Kontaktfläche und eine ausgezeichnete Stromleitfähigkeit erreicht, was für Anwendungen geeignet ist, bei denen eine hohe Stoßstromentladung erforderlich sein kann.

3. Erdungsprozess für Mehrdraht-Schirmung: Systemintegration und EMV-Optimierung

3.1 Lötringkabelbaum-Anschluss: Effiziente Systemerdung

Bei dieser Methode wird eine gemeinsame Erdung durch eine Reihenschaltung erreicht, wie sie üblicherweise bei internen Kabelbäumen für Schränke, Server usw. verwendet wird.

• Systemlayoutstrategie: Der Hauptzweck der Vorschrift, dass Endpunkte gestaffelt sein müssen, ist um die Bildung lokalisierter, starrer Knötchen zu verhindernDabei wird übermäßige Belastung beim Biegen des Kabelbaums vermieden und gleichzeitig die Wärmeableitung erleichtert. Die Reihenschaltung sollte so kurz wie möglich sein und schließlich über eine niederohmige Massefläche verbunden werden. Einpunkt-Erdung (oder ein Potentialausgleichspunkt, je nach Systemarchitektur) um die Entstehung von Masseschleifen zu vermeiden.

3.2 Lötanschluss von Kabelbäumen: Lösungen für Bereiche mit hohen Zuverlässigkeitsanforderungen

In extremen Umgebungen oder Anwendungsbereichen mit strengen Beschränkungen hinsichtlich der Prozessmaterialien ist das Löten die zuverlässigere Methode.

• Essenz des "Umbrella-Style Connection" Prozesses: Das Wesentliche dieses Verfahrens liegt im minimalinvasiven Abisolieren (nur 2–3 mm) und dem Transfer von homologem Material. Ein separater Draht aus demselben Material wie die Abschirmungsschichten dient als Träger, an den alle zu erdenden Abschirmungsschichten gelötet werden. Dies minimiert die Beschädigung der mechanischen Festigkeit des ursprünglichen Drahtes durch das Abisolieren und gewährleistet die elektrische Kontinuität des Erdungspfads. Nach dem Löten muss der Lötbereich vergossen und mit Materialien wie Silikonkautschuk oder Epoxidharz geschützt werden, um dreifache Anforderungen zu erfüllen: Isolation, Feuchtigkeitsbeständigkeit und Vibrationsfestigkeit.

• Das Wesen des "Sammel- und Auspeitschprozesses: Dies ist eine traditionellere und zuverlässigere Methode zur Kabelbaumverlegung. Die Wahl der Wickelposition (40–70 mm vom Stecker entfernt) gewährleistet ausreichend Spielraum für den Biegeradius am Steckerende und verhindert so, dass Spannungen direkt auf die Lötstellen übertragen werden. Die Anforderungen an die Wickelbreite (ca. 1 x Kabelbaumdurchmesser) und die dichten, nicht überlappenden Wicklungen gewährleisten, dass jede Schirmungsschicht gleichmäßig und zuverlässig komprimiert wird, um einen elektrischen Kontakt herzustellen. Der Lötvorgang muss schnell und gleichmäßig erfolgen, damit das Lot in das Innere der Wickelschicht eindringt und eine feste Verbindung bildet.

4. Fazit: Von der Prozessausführung zum Systemaufbau

Die Schirmung und Erdung von Kabelbaugruppen beinhaltet im Wesentlichen die Herstellung einer zuverlässigen elektromechanischen Schnittstelle im mikroskopischen Bereich. Die in diesem Artikel beschriebenen Verfahren sind spezifische Werkzeuge zur Erreichung dieses Ziels. Die höchste technische Leistungsfähigkeit zeigt sich jedoch in der Kombination aus korrekter Auswahl und präziser Ausführung. Ingenieure müssen in der Lage sein, umfassende Beurteilungen auf der Grundlage von Drahttyp (Hochtemperatur/Allgemein, dicke/dünne Abschirmung), Anwendungsszenario (Unterhaltungselektronik/Industriesteuerung/Luft- und Raumfahrt), Produktionsvolumen und Kostenbeschränkungen vorzunehmen.

Zukünftig, wenn die Signalraten in den GHz-Bereich vordringen und die Systemintegration zunimmt, werden die Prozesse zur Schirmung und Erdung vor größeren Herausforderungen stehen, was möglicherweise neue Verfahren wie Laserschweißen oder leitfähiges Kleben erforderlich macht. Das Kernziel bleibt jedoch unverändert: um einen niederohmigen, hochstabilen elektromagnetischen Entladungspfad während des gesamten Lebenszyklus des Produkts bereitzustellen und dadurch die Signalintegrität zu gewährleisten sowie die absolute Zuverlässigkeit der Systemfunktion zu garantieren. Dies erfordert von den Anwendern nicht nur die Beherrschung der Prozessfertigkeiten, sondern auch ein tiefes Verständnis der zugrunde liegenden elektrischen und physikalischen Prinzipien, wodurch ein Mentalitätswandel vom „Operator“ zum „Prozessingenieur“ vollzogen wird.

2: Fragen und Antworten

 F: Was ist der Schweißübergangsprozess bei Kabelbäumen?

F: Wozu werden elektronische Kabelkonfektionen verwendet?

A:Wichtigste Branchenanwendungen:

• Unterhaltungselektronik: Interne Verkabelung für Smartphones, Haushaltsgeräte und Audio-/Videosysteme.

• Automobil & Transport: Komplexe Kabelbäume für Motormanagement, Infotainment, Beleuchtung und fortschrittliche Fahrerassistenzsysteme (ADAS) in Fahrzeugen, Flugzeugen und Zügen.

• Industrie & Fertigung: Verbindungen für Robotik, CNC-Maschinen, Motorsteuerungen und Sensornetzwerke in Fabriken.

• Medizinprodukte: Zuverlässige, oft sterilisierbare Baugruppen für Diagnose-, Bildgebungs- und Lebenserhaltungssysteme.

• Telekommunikation & Rechenzentren: Hochgeschwindigkeits-Datenverkabelung für Server, Router und Basisstationsinfrastruktur.

• Luft- und Raumfahrt & Verteidigung: Extrem zuverlässige, leichte Baugruppen, die unter extremen Belastungen funktionieren und strenge Sicherheitsstandards erfüllen müssen.