Jak zajistit mechanickou spolehlivost při návrhu sestav mikrokoaxiálních kabelů

Ve stále se rozvíjejících oblastech klinických zařízení, dronů, robotiky a spotřební elektroniky je poptávka po vysokovýkonných miniaturizovaných řešeních pro připojení vyšší než kdy dříve. Ve společnosti Hotten Electronic Wire Technology se náš tým zaměřuje na přesně navržené kabelové sestavy, jako jsou kabely pro ultrazvukové sondy, endoskopické kabely, kabelové svazky pro roboty a kabelové svazky pro drony. Každá z těchto aplikací vystavuje mikrokoaxiální kabely významnému mechanickému namáhání, včetně opakovaného ohybu, krutu a tahových zatížení. Zajištění dlouhodobé mechanické spolehlivosti není dodatečnou úvahou, ale klíčovou požadavkem, který se bere v úvahu již od počáteční fáze návrhu. Tento blog popisuje čtyři zásadní techniky návrhu, které umožňují vytvořit trvanlivé a spolehlivé sestavy mini koaxiálních kabelů.

Strategický výběr materiálů pro klíčové komponenty

Struktura mechanické spolehlivosti závisí na výrobku vybraném pro základní části kabelu. Pro hlavní vodič poskytuje směs měděné slitiny s vysokou pevností a dokonce stříbrem pokovené měděné oceli přijatelnou vodivost a zároveň zvyšuje tažnou pevnost. Dielektrický materiál by měl vyvažovat stabilitu signálu spolu s pružností použití, pěnový a nízkohustotní polyetylen jsou často preferovány. U zásadních aplikací s vysokým ohybovým zatížením, jako jsou kabely pro robotické rozvody a kabely pro kameraové soustavy s cardanickým závěsem, je vnější povlak rozhodující. Naše skupina používá pokročilé termoplastické elastomery (TPE), polyuretan (PUR) a speciální směsi PVC, které zajistí vynikající odolnost proti opotřebení, ekologickou trvanlivost a delší životnost při cyklickém ohýbání bez poškození. Ochranná braida, obvykle složená z vysokohustotního cínu pokoveného a stříbrem pokoveného měděného vodiče, musí být vyrobena tak, aby zajistila ochranu a strukturní stabilitu za nepřetržitého pohybu.

Optimalizovaný návrh mechanického odlehčení napětí

Hlavním faktorem poruchy u jakéhokoli typu kabelové sestavy je přechod mezi ohebným kabelem a tuhým konektorem. Účinné, speciálně navržené odlehčení napětí je nezbytné pro rozptýlení mechanického zatížení a prevenci problémů s vodiči. U našich LVDS a USB4 kabelových svazků navrhujeme vícestupňová odlehčení napětí pomocí technik přetlakového zalévání. Tento postup zahrnuje vstřiknutí pružného materiálu přímo do spoje mezi kabelem a konektorem, čímž vznikne hladký a dokonalý přechod, který převádí ohybové zatížení daleko od křehkých pájených spojů. Geometrie, tvrdost (durometr) a rozměry odlehčení napětí jsou pečlivě stanoveny na základě požadavků aplikace na ohybový poloměr, tahové zatížení a krouticí síly, což zajišťuje odolnost i v extrémně náročných prostředích.

Přesnost u rozhraní konektorů a selhání

Spolehlivost signálního kabelu je stejně silná jako jeho vlastní velmi osobní nejslabší článek – ukončení. Přesnost při tvarování, pájení a dokonce svařování mikrokoaxiálních vodičů na konektory je nepodmíněná. Naše skupina využívá automatizovaná zařízení s vysokou přesností pro ukončení, aby zajistila trvalé a zároveň opakovatelné spoje u produktů jako jsou RF kabely a ICE kabely. U extrémně tenkých kabelů používaných v klinických senzorech a aplikacích AR/VR poskytuje laserové svařování čistý, pevný a spolehlivý spoj bez výrazného tepelného ovlivnění křehkých komponent. Stejně tak volba konektorů se spolehlivými zamykacími mechanismy (např. šroubovací, push-pull nebo bajonetové typy) zabraňuje neúmyslnému uvolnění způsobenému vibracemi nebo mechanickým namáháním kabelu, což je běžný problém u dron a kabelů pro chirurgické skalpely.

Důkladné aplikačně specifické testování a ověřování

Konečná, nezbytná doporučení zahrnují uznání spolu s rozsáhlým testováním specifickým pro danou aplikaci. Prototypové sestavy by měly být testovány za podmínek napodobujících reálné situace, které výrazně překračují požadované specifikace. To zahrnuje:

Test životnosti ohybu: Modelování nepřetržitého pohybu nacházejícího se v robotických a dokonce i v gyroskopických sestavách.

Test torze a kroucení: Nezbytný pro kabely endoskopů a také IVUS kabely používané v minimálně invazivních lékařských zákrocích.

Tahový a tlakový test: Zajišťuje odolnost kabelů, které mohou být stlačeny nebo taženy v omezených instalacích.

Environmentální testování: Vystavení sestav kapalinám, extrémním teplotám a procesům sterilizace (dle potřeby) vhodným pro lékařské přístroje, jako jsou kabely ultrazvukových sond a kabely pro radiofrekvenční ablaci.

Integrací těchto čtyř sloupců – vědeckého výzkumu produktů, návrhu pro odlehčení napětí, přesné ukončení a komplexního třídění – do každého návrhu zajišťuje naše skupina, že naše mikrokoaxiální kabelové sestavy nabízejí nejen úžasný elektrický výkon, ale i mechanickou spolehlivost potřebnou pro kritické aplikace našich klientů. U Hotten je spolehlivost promyšlena již od prvního náčrtu.