Kabel- Geleider materiaal
Kabel- Isolatie materiaal
Kabel- Afscherming
Kabel- Mantel
Draadcalculator
AWG naar mm2 (vica versa)
Hoe ontwerp je een goede kabelboom?
Bij het juiste ontwerp van de kabelboom moet rekening worden gehouden met de gebruikte geleider, isolatie, afscherming en mantel. 
De kabel is een cruciaal onderdeel van de meeste kabelbomen. Het beschermt de draden tegen de externe omgeving. Een goed ontwerp van de kabelboom houdt rekening met veel verschillende variabelen die van invloed kunnen zijn op de mechanische en elektrische prestaties.
Geleider materiaal
Koper is de geleider voor bijna alle draden die tegenwoordig worden gebruikt in kabels, maar er zijn verschillende versies die kunnen worden overwogen. Er is standaard koper en koperlegeringen, en de kwestie van massieve versus gevlochten draad.
Basismateriaal – koper versus koperlegering
Koper is de beste en meest populaire optie voor het basismateriaal in draden. Het biedt een uitstekende balans tussen geleidbaarheid, vervormbaarheid en kosten. Er zijn een paar andere opties, zoals platina en roestvrij staal, die spaarzaam worden gebruikt, met name in de medische industrie die geen koper gebruikt voor implanteerbare apparaten. Koperlegeringen met hoge sterkte worden meestal gebruikt voor ruimtevaarttoepassingen en voor kleinere draden (meestal 32 AWG en kleiner). Ze hebben een verminderde geleidbaarheid maar bieden een verbeterde treksterkte, wat helpt voorkomen dat draden breken, wat een uitdaging wordt met kleinere draden.
Plateringsopties – tin, zilver, nikkel
Plating wordt meestal om drie redenen aan de draad toegevoegd: Om oxidatie en corrosie te minimaliseren; Om een eenvoudigere en effectievere afsluiting mogelijk te maken (soldeer of krimp); Om betere hoogfrequente prestaties te bieden.
De meest gebruikte platings zijn:
Tin (150°C temp rating): Meestal gebruikt in goedkope commerciële toepassingen, vormt tin een beschermende laag over het koper, zodat het koper niet zal oxideren. Dit zorgt voor een krimp om een solide verbinding met het koper te maken. De nadelen van tin zijn dat het soldeeruitdagingen met zich meebrengt vanwege de snorharen van tin, en het is een slecht hoogfrequent materiaal.
Zilver (200°C temp rating): Zilver heeft een uitstekende soldeerbaarheid en uitstekende geleidbaarheid voor hoogfrequente toepassingen.
Nikkel (260°C temp rating): Meestal alleen gebruikt voor toepassingen bij hoge temperaturen, nikkel is duurder en is niet zo goed voor afsluitingen en soldeerbaarheid. Nikkel heeft echter een uitstekende temperatuurbestendigheid (ongeveer 250 ° C).
Massieve versus gevlochten draden
Gevlochten draden zorgen voor verbeterde flexibiliteit, een verbeterde levensduur van de flex en hebben een aanzienlijk betere krimpbaarheid. De meest populaire gevlochten draden bevatten zeven strengen, maar voor toepassingen die extra flexibiliteit nodig hebben, zijn er versies met negentien strengen beschikbaar.
Massieve draden zijn iets goedkoper en hebben een iets lagere weerstand in vergelijking met gevlochten draad met dezelfde diameter. Deze kleine voordelen zijn echter zelden voldoende om het gebruik ervan te rechtvaardigen. De enige toepassingen waarbij massieve draden doorgaans worden overwogen, zijn toepassingen met zeer hoge snelheden. Dit komt omdat massieve draden minder scheef kunnen lopen (het verschil in elektrische lengte tussen twee draden) vanwege een meer concentrische en symmetrische constructie.
Isolatie materiaal
Het isolatiemateriaal is het materiaal dat de afzonderlijke geleiderdraden omringt. Het doel van een isolator is om draden te beschermen tegen mechanische spanning en om kortsluiting en elektromagnetische storing.
Belangrijkste overwegingen
Er zijn verschillende parameters waarmee rekening moet worden gehouden bij het selecteren van een isolatiemateriaal:
Diëlektrische constante: De diëlektrische constante beïnvloedt de impedantie en het verlies door de kabel. De diëlektrische constante heeft echter geen invloed op de prestaties voor signalen met lage snelheid, dus het is alleen een zorg voor toepassingen met hoge snelheid.
Flexibiliteit: Gezien de relatieve afmetingen wordt de algehele flexibiliteit van de kabel veel meer beïnvloed door het vlecht- en mantelmateriaal. De flexibiliteit van het isolatiemateriaal speelt nog steeds een rol, maar is minder kritisch.
Temperatuurbereik: Temperatuur is belangrijk omdat dit van invloed kan zijn op de verwerkbaarheid van de draden en de bruikbaarheid in de eindomgeving. De verwerkbaarheid is belangrijk omdat het isolatiemateriaal niet mag smelten als er gesoldeerd moet worden. Bovendien mag het materiaal niet smelten als een krimpkous wordt opgewarmd en in de omgeving krimpt.
Ontvlambaarheid: Beschrijft het vermogen van materiaal om te branden. Materialen met een goede ontvlambaarheidsclassificatie helpen de hoeveelheid gifstoffen die vrijkomen bij branden te minimaliseren.
Uitgassen: Uitgassen bestaat uit het vrijgeven van gas uit een materiaal. Dit is vooral een probleem in de ruimte waar materialen met een lage ontgassing vereist zijn om een schone omgeving te behouden.
Isolatiemateriaal opties
Er zijn veel verschillende materialen die kunnen worden gebruikt voor isolatiemateriaal, maar voor de overgrote meerderheid van de toepassingen kunnen materialen uit de volgende drie categorieën worden gebruikt: PVC, polyolefine en teflon.
PVC: Er zijn talloze verschillende PVC-formuleringen, allemaal met iets andere kenmerken, dus het is moeilijk om specifieke kenmerken van PVC te geven. Dat gezegd hebbende, er zijn algemene parameters die in de meeste formuleringen relatief vergelijkbaar zijn. PVC is over het algemeen het goedkoopste materiaal en wordt veel gebruikt in commerciële kabels. PVC is geen goed materiaal voor toepassingen met vereisten voor hoge snelheden, temperaturen of ontgassing.
Polyolefin: De polyolefine-familie omvat zowel polyethyleen als polypropyleen. Deze materialen zijn ook populair in commerciële markten vanwege hun lage kosten. De lage diëlektrische constante onderscheidt polyolefinematerialen van PVC en maakt ze tot een geweldige oplossing voor toepassingen met hoge snelheden. Het lage temperatuurbereik en de slechte ontgassing beperken echter de toepassingen waarin ze kunnen worden gebruikt.
Teflon: Er zijn veel smaken van Teflon, maar de meest populaire Teflon-materialen die voor isolatie worden gebruikt, zijn FEP, PFA en PTFE. Voor de overgrote meerderheid van de toepassingen bieden deze Teflon-materialen de beste eigenschappen, zowel elektrisch als mechanisch. Ze hebben niet alleen een lage diëlektrische constante voor toepassingen met hoge snelheden, Teflon heeft ook een hoge temperatuurbestendigheid en lage ontgassingseigenschappen. De andere gebruikte Teflon-optie is cross-linked ETFE (XL-ETFE). Ondanks iets lagere elektrische en temperatuurkarakteristieken, heeft XL-ETFE een goede weerstand tegen koude stroming en straling, wat belangrijk is in ruimtevaarttoepassingen. De keerzijde van Teflon is dat het tot tien keer zo duur kan zijn als een materiaal als PVC.
Kabel afscherming
De kabelafscherming is een geleidend materiaal dat de draden in een kabel omringt. Het doel van een afscherming is om te voorkomen dat ruis de signalen binnen de kabel en zijn omgeving verstoort. Er zijn twee verschillende soorten afschermingen binnen kabels: een individuele afscherming rond een enkel getwist paar om overspraak in de kabel te voorkomen, en een algehele afscherming rond de gehele kabelbundel om te voorkomen dat elektromagnetische interferentie (EMI) in en uit de kabel straalt.
Belangrijkste overwegingen
Er zijn verschillende parameters waarmee rekening moet worden gehouden bij het selecteren van een kabelafscherming:
De doeltreffendheid van de afscherming meet het vermogen van de afscherming om EMI te voorkomen. Kan ook worden omschreven als ‘percentage dekking’.
Flexibiliteit heeft een aanzienlijke invloed op de flexibiliteit van de totale kabel.
De flexibele levensduur bepaalt het vermogen van een kabel om tijdens de levensduur van een kabel buiging te weerstaan.
Lage weerstand zorgt ervoor dat de afscherming laagfrequente signalen kan dempen.
Afschermingsopties
Folieschermen hebben een uitstekende afschermingseffectiviteit – in veel gevallen tot 100% – en zijn erg dun, wat kan leiden tot uitstekende flexibiliteit. De nadelen zijn een slechte flexlevensduur en hoge weerstand.
Gevlochten schilden hebben een goede flexibiliteit, levensduur en lage weerstand. Ze zijn echter niet ideaal voor hoogfrequente toepassingen, omdat het onmogelijk is om 100% afschermingseffectiviteit te bereiken. Typische vlechtdekking ligt tussen 80% en 95%.
Folie en braided shields bieden het beste van twee werelden en zijn de standaardkeuze voor hoogfrequente toepassingen. Het combineert de afschermingseffectiviteit van het folieschild met de flexibele levensduur van de vlecht.
Serveerschilden bestaan uit draden die in een spiraal om de draden gewikkeld zijn. Serveerschilden werken prima voor laagfrequentie toepassingen. De spiraalwikkeling creëert echter een spoeleffect dat problemen veroorzaakt voor signalen boven ongeveer 1 MHz.
Belang van kabel-connector afscherming
Een goede algehele afschermingseffectiviteit voor een kabelassemblage wordt alleen bereikt als de afscherming aan beide uiteinden van de kabelboom op de juiste manier is aangesloten op de connector. 
Als algemene regel geldt dat de algehele afschermingseffectiviteit wordt bepaald door de grootte van de grootste opening in de gehele assemblage (hoe kleiner, hoe beter). Deze grote opening komt meestal voor bij de kabel-connectorovergang. Om dit aan te pakken, is het belangrijk om een afsluiting over de volledige 360° van de kabelconnector te behouden.
Kabelmantel
De kabelmantel is een niet-geleidend materiaal dat de gehele draadbundel omringt. Het doel van een mantel is om de interne componenten van de kabel te beschermen tegen de buitenomgeving – chemicaliën, vlammen, vocht, enz. – en om de organisatie en het uiterlijk van de kabelboom te verbeteren.
Belangrijkste overwegingen
Er zijn verschillende parameters waarmee rekening moet worden gehouden bij het selecteren van een kabelmantel:
Vlamvertraging: meet het vermogen van een materiaal om vlam te vatten.
Low-smoke-zero-Halogen (LSZH): Halogenen stoten bij verbranding giftige dampen uit in de lucht. LSZH-jassen zorgen ervoor dat er geen giftige stoffen vrijkomen als de jas vlam zou vatten.
Robuustheid: definieert het vermogen van de kabel om ruige omgevingen te weerstaan. Sleutelfactoren voor robuustheid zijn slijtvastheid, wat het vermogen is om oppervlakteslijtage te weerstaan, en flexibiliteit.
Ontgassing: het ongewenst vrijkomen van een gas vanuit het materiaal van de mantel. Het minimaliseren van ontgassing in componenten is van cruciaal belang in ruimtevaarttoepassingen waar ontgaste stoffen condenseren op nabijgelegen elektronica en optica, wat hun functionaliteit beïnvloedt.
Maximale temperatuur: de maximale temperatuur waarbij een kabelmantel kan functioneren zonder dat de kritieke eigenschappen ervan merkbaar worden beïnvloed.
IP67/IP68: IP67- en IP68-classificaties beschrijven het vermogen van een component om stof- en waterdicht te blijven. Om ervoor te zorgen dat een kabelassemblage deze classificaties bereikt, moet de overmold een lekvrije verbinding met de kabelmantel behouden.
Autoclaveerbaarheid: Een autoclaaf wordt vaak gebruikt in medische omgevingen om een kabelassemblage te steriliseren die bedoeld is om gereinigd en hergebruikt te worden.
Kabelmantel materiaal opties
De vier hieronder vermelde kabelmantelmaterialen vormen de mantels in ongeveer 90% van de kabels die worden gebruikt in Omnetics-kabelassemblages.
Polyurethaan is een uitstekend kabelmantelmateriaal. De combinatie van uitstekende robuustheid, het vermogen om te voldoen aan IP67/IP68-vereisten en beschikbaarheid in LSZH maken het een zeer wenselijke optie voor een groot aantal kabeltoepassingen.
PVC is een goedkope optie die uitstekend werkt voor toepassingen die geen strenge robuustheid of IP67/IP68-vereisten hebben. PVC wordt gebruikt in bijna alle commerciële kabels.
Silicone is glad, zacht en flexibel en is een toonaangevend materiaal voor mantels in medische toepassingen. Siliconen zijn wenselijk in toepassingen waar de look en feel van de kabel belangrijk zijn, maar er geen strenge milieueisen zijn.
Teflon heeft een uitstekend temperatuurbereik en zeer lage ontgassingsspecificaties. Deze eigenschappen maken het de ideale oplossing voor toepassingen in de ruimtevaart (lage ontgassing) en down-hole toepassingen (hoge temperatuur).
Draadcalculator
Hieronder een leidraad voor de bepaling van de benodigde draaddikte bij laagspanning. De lengte van de kabel dient men met 2 te vermenigvuldigen, want de stroom gaat door de ene draad heen en via de andere draad weer terug. Dus bij een kabel van 5 meter rekent men 10 meter.
((2 x draadlengte in meters) x Amperage x 0,0175) / (Volt / 20) is draaddikte in mm2.
De geleider in deze formule is koper met een soortgelijke weerstand van 0,0175 (zie tabel)
In het algemeen spreekt men over geleiders (zoals ijzer, koper, goud), halfgeleiders (zoals silicium en gemanium in bv. Transistors) en isolatoren zoals plastic, rubber). Het is relatief, elke stof heeft een zekere weerstand. Koper heeft een relatief lage weerstand. Ijzer een wat hogere, reden waarom we het duurdere koper algemeen toepassen. Goud geleidt beter, maar dan wordt het erg duur.
De zuiverheid van het gewonnen koper doet er dus ook toe. De industrie heeft hier vaste normen voor en zo komt men bij koper uit op een weerstandsfactor van 0.0175.
AWG naar mm2 (American Wire Gauge)
Hieronder een handzame tabel voor de omzetting van de kabel van AWG naar mm2 (visa versa)