КАБЕЛЬ, СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ И КАБЕЛЬНЫЙ УЗЕЛ Российский патент 2019 года по МПК H01B11/06 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится, в общем, к кабелям для систем развлечений в транспортных средствах и, в частности, к кабелям для систем развлечений в самолетах.

Уровень техники

Кабели для передачи электрических сигналов в системах развлечений для транспортных средств должны удовлетворять требованиям в отношении электромагнитных помех (EMI). Требования к подавлению электромагнитных помех, в общем, являются наиболее строгими требованиями применительно к кабелям, которые используются в самолетах. В самолетах существуют две области спектра электромагнитных волн, которые могут быть проблематичными. Первая область относится к диапазону ультракоротких волн (VHF), зарезервированных для взаимодействия с пилотом. Вторая область является диапазоном частот, зарезервированным для глобальной навигационной системы (GPS). Однако также важно предотвратить электромагнитные помехи в других областях из-за потенциально больших человеческих жертв в результате летных происшествий.

Изготовители кабелей ранее решали проблему подавления электромагнитных помех посредством использования оболочки с внутренней оплеткой из меди или другого металла или сплава, расположенной под наружной оболочкой из полимерного материала. Несмотря на то, оплетка подавляет электромагнитные помехи, она имеет недостатки. Первым недостатком является увеличенный вес, важный фактор в области авиации, особенно для коммерческого воздушного транспорта, где рентабельность, как правило, бывает низкой. В этом отношении кабельная сеть для системы развлечений в коммерческом воздушном транспорте может значительно увеличить вес транспортного средства.

Другой недостаток состоит в том, что оплетка увеличивает диаметр кабеля и снижает его гибкость. Увеличение размера и уменьшение гибкости усложняют укладку кабеля. Пониженная гибкость является особенно проблематичной, поскольку кабель часто используется для соединения с компонентами системы развлечений, которые требуют гибкости, например, с персональным блоком управления, микротелефонной трубкой или игровым контроллером, которым пассажир должен манипулировать. Пониженная гибкость усложняет для пассажиров манипулирование компонентом и/или его позиционирование в удобном месте.

Кроме того, металл, образующий оплетку, подвергается изгибу, что ведет к усталости материала и, в конечном итоге, к поломкам. Поломка приводит к образованию маленьких острых частиц металла, врезающихся в наружную оболочку кабеля и наносящих травмы лицам, обращающимся с кабелем, например, пассажирам самолета.

Известно, что частицы металла также проникают внутрь кабеля и вызывают короткое замыкание между проводами кабеля. В частности, металлические частицы проникают в изоляцию, окружающую провода в кабеле и закорачивают один провод с другим. Проблема стала более острой с использованием в кабелях USB-разъемов. При использовании USB к кабелям подводится большее питание и, следовательно, закорачивание создает более серьезные проблемы. Имеют место происшествия с образованием дыма и/или пламени. Дым и пламя являются происшествиями, о которых следует сообщать в уполномоченный орган исполнительной власти в области гражданской авиации (FAA), и могут потребовать возврата в аэропорт или посадки в ближайшем аэропорту, приводя к задержке, неудобствам и увеличению расходов авиакомпании и/или пассажиров.

Изобретение относится к кабелю, кабельному узлу и способу или процессу изготовления кабеля и кабельного узла, которые решают вышеуказанные проблемы.

Раскрытие изобретения

Одним объектом изобретения является кабель для передачи электрических сигналов. Кабель включает в себя наружную оболочку, содержащую полимерный материал, включающий в себя электропроводящее вещество, смешанное с полимерным материалом и вызывающий наружную оболочку быть электрически полупроводящей. Другими словами, электропроводящий материал имеет электропроводность между металлом и электрическим изолятором. Наружная оболочка включает в себя множество изолированных проводов, проходящих через пространство внутри наружной оболочки по ее длине. Каждый изолированный провод включает в себя электропроводящий сердечник, окруженный электроизолирующим материалом.

Кабель также включает в себя провод заземления оболочки, расположенный внутри наружной оболочки и проходящий по ее длине. Провод заземления оболочки включает в себя электропроводящий сердечник, находящийся в прямом электрическом контакте с внутренней стороной наружной оболочки во множестве мест. Согласно предпочтительному варианту осуществления провод заземления оболочки содержит оголенный провод без индивидуальной электрической изоляции, и этот провод заземления оболочки включает в себя сердечник без покрытия, образованный из электропроводящего материала, такого как металл, металлический сплав или их комбинация.

Кабель, предпочтительно, дополнительно содержит множество электропроводящих жил, образующих, по меньшей мере, один из проводов и, более предпочтительно, все провода, включая провод заземления оболочки. В этом отношении провода, образованные из многих жил, в общем, обеспечивают более высокую гибкость и меньше подвержены повреждению с разрывом цепи из-за поломки, как одиночный электропроводящий провод. Множество изолированных проводов, предпочтительно, включает в себя по меньшей мере одну пару проводов из множества проводов, которые скручиваются вокруг друг друга по длине наружной оболочки для образования скрученной пары.

Согласно предпочтительному варианту осуществления электропроводящее вещество, смешанное с полимерным материалом, содержит углерод. Однако электропроводящее вещество может содержать другие электропроводящие вещества, такие как частицы металла или металлического сплава и их комбинации с другими металлами или сплавами и углеродом.

Наружная оболочка имеет поперечное сечение, по существу, соответствующее прямоугольной форме или круглой форме. Сюда также включены прямоугольные формы, имеющие скругленные углы. Также могут быть использованы другие формы в зависимости от применения. Тем не менее, предполагается, что круглое и прямоугольное поперечное сечения будут приемлемыми для большинства применений.

Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления кабель дополнительно содержит связующий или разделительный слой, окружающий множество изолированных проводов и отделяющий изолированные провода от контакта с проводом заземления оболочки внутри наружной оболочки. Разделительный слой, предпочтительно, содержит политетрафторэтилен. В варианте выполнения разделительный слой может представлять собой ленту, намотанную вокруг изолированных проводов.

Другим объектом изобретения является кабельный узел для передачи электрических сигналов. Кабельный узел содержит кабель, включающий в себя наружную оболочку, содержащую полимерный материал, включающий в себя электропроводящее вещество, смешанное с полимерным материалом и вызывающий наружную оболочку быть электрически полупроводящей. Наружная оболочка включает в себя множество изолированных проводов, проходящих через пространство внутри наружной оболочки по ее длине. Каждый изолированный провод включает в себя электропроводящий сердечник, окруженный электроизолирующим материалом. Кабель также включает в себя провод заземления оболочки, расположенный внутри наружной оболочки и проходящий по ее длине. Провод заземления оболочки включает в себя электропроводящий сердечник в прямом электрическом контакте с внутренней стороной наружной оболочки во множестве мест. Кабельный узел дополнительно включает в себя механизм втягивания кабеля, на котором расположен, по меньшей мере, участок кабеля. Механизм втягивания кабеля предназначен для втягивания большего участка кабеля, а также для вытягивания большего участка кабеля из него.

Наружная оболочка, предпочтительно, имеет поперечное сечение, по существу, соответствующее прямоугольной форме или круглой форме. Форма поперечного сечения может соответствовать, по существу, прямоугольной форме, имеющей один или более скругленных углов, и другим геометрическим формам в зависимости от применения.

Кабельный узел дополнительно включает в себя сменный линейный блок, соединенный с дальним концом кабеля. Согласно варианту осуществления линейный блок управления включает в себя USB-порт, в котором, по меньшей мере, некоторые из изолированных проводов из множества изолированных проводов в кабеле электрически соединяются с USB-портом. Провод заземления оболочки в кабеле, предпочтительно, соединяется с заземлением в сменном линейном блоке. Другой противоположный конец кабеля, предпочтительно, имеет провод заземления оболочки, соединяющийся с заземлением в механизме втягивания кабеля или с заземлением конструкции, с которой соединен или к которой прикрепляется механизм втягивания кабеля. Внутри кабеля провод заземления оболочки, предпочтительно, является оголенным проводом без электрической изоляции внутри наружной оболочки.

Согласно предпочтительному варианту осуществления кабель включает в себя разделительный слой, окружающий множество изолированных проводов и отделяющий изолированные провода от контакта с внутренней стороной наружной оболочки. Разделительный слой связывает множество изолированных проводов между собой и, предпочтительно, содержит политетрафторэтилен. Разделительный слой отделяет изолированные провода от контакта с внутренней стороной наружной оболочки, а также от провода заземления оболочки.

Еще одним объектом изобретения является способ изготовления кабеля для передачи электрических сигналов. Способ включает в себя обеспечение множества изолированных проводов, при этом каждый провод включает в себя электропроводящий сердечник, окруженный, по существу, электроизолирующим материалом. Способ дополнительно включает в себя обеспечение провода заземления. Провод заземления не имеет электрической изоляции и включает в себя оголенный электропроводящий сердечник. Способ дополнительно включает в себя экструдирование наружной оболочки вокруг электрически изолированных проводов и провода заземления, при этом наружная оболочка содержит полимерный материал, смешанный с электропроводящим материалом. Электропроводящий материал делает наружную оболочку полупроводящей, т.е. имеет сопротивление между металлом и электроизолирующим материалом.

Предпочтительно, по меньшей мере, некоторые из электрически изолированных проводов совместно обмотаны перед экструдированием наружной оболочки. Согласно предпочтительному варианту осуществления обмотка содержит политетрафторэтилен. Кроме того, по меньшей мере, два из изолированных проводов, предпочтительно, скручивают или обматывают вокруг друг друга по их длине перед экструдированием наружной оболочки для образования скрученной пары проводов.

Экструдирование обеспечивает получение наружной оболочки, имеющей, по существу, прямоугольное поперечное сечение и круглое поперечное сечение. Поперечное сечение может включать в себя форму, соответствующую, по существу, прямоугольнику со скругленными углами. В других вариантах выполнения сечение может соответствовать другим геометрическим формам.

Другие аспекты, конструктивные особенности и преимущества станут понятными из приведенного далее описания со ссылками на чертежи, поясняющие на примере предпочтительные и альтернативные варианты осуществления.

Схематичные чертежи необязательно представлены в масштабе и не отражают каждую особенность, но позволяют специалистам в этой области техники использовать изобретение без выполнения излишних экспериментов и не ограничиваются до объема формулы изобретения. Варианты осуществления изобретения и его преимущества станут понятными специалистам в этой области техники со ссылкой на подробное описание и чертежи.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показан кабель для передачи электрических сигналов согласно варианту осуществления, схематичный вид в разрезе;

на фиг. 2 - кабель согласно другому варианту осуществления, содержащий дополнительные провода по сравнению с вариантом на фиг. 1, схематичный вид в разрезе;

на фиг. 3 - кабель согласно другому варианту осуществления, имеющий другое поперечное сечение по сравнению с кабелями на фиг. 1 и 2, схематичный вид в разрезе;

на фиг. 4 - кабельный узел согласно варианту осуществления, включающий в себя кабель из фиг. 1, 2 или 3, схематичный вид;

на фиг. 5 - способ или процесс изготовления кабеля из фиг. 1, 2 или 3 с использованием экструдера, схематичный вид;

на фиг. 6 - часть механизма втягивания кабеля согласно варианту осуществления для использования с кабельным узлом на фиг. 4, схематичный вид; и

на фиг. 7 - часть механизма втягивания кабеля согласно другому варианту осуществления для использования с кабельным узлом на фиг. 4, схематичный вид;

на фиг. 8 - механизм втягивания кабеля на фиг. 7 с большей частью кабеля, вытянутой из механизма, схематичный вид; и

на фиг. 9 - механизм втягивания кабеля на фиг. 7 с частью кабеля, вытянутой из механизма, фактически, на максимальную величину, схематичный вид.

Осуществление изобретения

Далее приведено описание поясняющих вариантов осуществления. На фиг. 1 схематично показан на виде в разрезе кабель согласно варианту осуществления, указанный, в общем, ссылочным обозначением 10, для передачи электрических сигналов. Кабель 10 включает в себя наружную оболочку 12, состоящую из полимерного материала. Полимерный материал, предпочтительно, является термопластичным эластомером, иногда называемым как термопластичная резина, и обеспечивает как термопластичные, так и эластомерные свойства. Более предпочтительно, полимерный материал является термопластичным полиолефиновым эластомером. Термопластичные полиолефиновые эластомеры обеспечивают широкий диапазон твердости и превосходные свойства в отношении усталостной прочности и ударной прочности, а также стойкости к воздействию кислот, оснований и водной среды. Кроме того, термопластичные полиолефиновые эластомеры хорошо пригодны к переработке и, в общем, создают превосходный баланс эксплуатационных свойств и стоимости. Для изготовления кожуха или оболочки 12 также могут быть использованы другие материалы, такие как поливинилхлорид, полиэтилен, полиамид и материалы с похожими свойствами.

Удовлетворяющие требованиям термопластичные полиолефиновые эластомеры для изготовления наружной оболочки 12 имеются в продаже у компании RTP Co., Винона, штат Миннесота. В частности, компания RTP Со. предлагает на рынке термопластичный полиолефиновый эластомер под торговым наименованием 2899 X 134929 А, пригодный для использования в варианте осуществления, показанном на фиг. 1, и вариантах осуществления, показанных на других чертежах. Специалистам в этой области должно быть понятно, что также могут быть использованы многие другие термопластичные полиолефиновые эластомеры.

Для подавления электромагнитных помех (EMI) от кабеля наружная оболочка 12 включает в себя электропроводящее вещество, смешанное с полимерным материалом. В вышеупомянутом термопластичном полиолефиновом эластомере 2899 X 134929 А от компании RTP этим веществом является технический углерод в форме паракристаллического углерода. Технический углерод образуется посредством неполного сгорания темных нефтепродуктов, таких как деготь крекинга с псевдоожиженным катализатором (FCC), коксовый деготь и деготь, образующийся при крекинге этилена. Помимо технического углерода электропроводящим веществом могут быть, например, частицы металла, такого как алюминий, медь, феррит, сталь и другие металлы или сплавы, их комбинации, а также их комбинации с техническим углеродом и/или другими формами углерода.

Электропроводящее вещество, смешанное с полимерным материалом, обеспечивает получение наружной оболочки 12, имеющей электропроводность между электропроводностью металла, такого как медь, и электропроводностью электроизолирующего материала, такого как стекло. В промышленности по производству пластмасс этот материал часто называется как полупроводящий, но этот термин не следует путать с термином полупроводник, используемым в электронике в отношении материалов, из которых изготавливают транзисторы. Несмотря на то, что оболочка 12 имеет высокое удельное сопротивление по сравнению с металлом, например, отрезок оболочки 12 длиной шесть футов (1,83 метра) имеет сопротивление 100-250 кОм, удельное поверхностное сопротивление материала оболочки соответствует удельному поверхностному сопротивлению менее 10 кОм. Кроме того, удельное объемное сопротивление составляет менее 100 Ом⋅см, и удельное поверхностное сопротивление составляет менее 100 кОм/кв.м.

Внутри наружной оболочки 12 проходит множество изолированных проводов, указанное, в общем, ссылочным обозначением 14. Каждый изолированный провод 16 включает в себя электропроводящий сердечник 18, окруженный электроизолирующим материалом 20 с целью электрической изоляции. Электропроводящий сердечник 18 состоит из обычного металла или металлического сплава, такого как луженая медь, но может состоять из других материалов. Для большей гибкости электропроводящий сердечник 18 каждого изолированного провода 16, предпочтительно, содержит множество электропроводящих жил. Электроизолирующий материал 20, который выполняет функцию изоляции изолированных проводов 16, является гибким покрытием в виде электроизоляционного материала, такого как фторированный этилен-пропилен, часто обозначаемый в виде аббревиатуры FEP. Также могут быть использованы другие материалы, такие как полиэтилен высокой молекулярной массы (HMPE), поливинилхлорид (PVC), этилен-тетрафторэтилен (ETFE) и т.д.

Кроме того, внутри наружной оболочки 12 расположен провод 22 заземления оболочки. Провод 22 заземления оболочки проходит по длине наружной оболочки 12 и включает в себя электропроводящий сердечник 24 в прямом электрическом контакте с внутренней стороной наружной оболочки 12 во множестве мест. Провод 22 заземления оболочки является оголенным проводом без изоляции и, более предпочтительно, находится в прямом электрическом контакте с внутренней стороной наружной оболочки 12, по существу, по всей ее длине. Электропроводящий сердечник 24 может содержать такой же материал, как сердечники 18 каждого из изолированных проводов 16. Электропроводящий сердечник 24 провода 22 заземления оболочки, предпочтительно, имеет меньший диаметр по сравнению с диаметром сердечников 18 изолированных проводов 16. В альтернативных вариантах сердечник 24 провода 22 заземления оболочки может иметь такой же диаметр или превышать диаметр сердечников 18 изолированных проводов 16. Все изолированные провода 16, предпочтительно, имеют диаметры, которые являются одинаковыми, но они могут быть различными в альтернативных вариантах.

Множество 14 изолированных проводов 16 включает в себя по меньшей мере одну пару 26 проводов из множества проводов, скрученных вокруг друг друга по длине наружной оболочки 12. Овал, показанный пунктиром и проходящий вокруг двух изолированных проводов 26, обозначает пару проводов, скрученных вокруг друг друга. Каждый провод 16 скрученной пары 26 предназначен для переноса электрического сигнала, который в значительной степени нейтрализует внешнее поле, генерируемое электрическим сигналом, передаваемым другим проводом 16 пары, для уменьшения электромагнитных помех. Если кабель 10 предназначен для USB-соединения, скрученную пару 26, предпочтительно используют для передачи электрических сигналов для линий данных USB-соединения.

Кабель 10 также включает в себя связующий или разделительный слой 28, окружающий множество изолированных проводов 16. Разделительный слой 28 отделяет провод 22 заземления оболочки от контакта с множеством 14 изолированных проводов 16 и связывает изолированные провода друг с другом. Разделительный слой 28, предпочтительно, содержит политетрафторэтилен, называемый как PTFE. Наиболее широко известная торговая марка составов на основе PTFE продается под торговым наименованием TEFLON. Разделительный слой 28, предпочтительно, применяется в виде ленты и полностью окружает множество 14 изолированных проводов 16. В частности, лентой обматывают множество 14 изолированных проводов 16 для образования разделительного слоя 29, предпочтительно, с перекрытием, по меньшей мере, 25% на каждом витке ленты вокруг проводов 16. Разделительный слой 28 уменьшает трение между изолированными проводами 16 и наружной оболочкой 12, и изолированные провода 16 могут скользить внутри наружной оболочки, уменьшая растягивающее усилие и препятствуя повреждению кабеля 10. Провод 22 заземления оболочки не обматывается изолированными проводами 16, при этом провод заземления оболочки поддерживает непосредственный электрический контакт с наружной оболочкой 12 для улучшения заземления.

Совместное обматывание изолированных проводов 16 также способствует совместному удерживанию изолированных проводов при образовании кабеля 10 посредством экструзии, как подробно описано далее. Как показано на фиг. 1, поперечное сечение кабеля 10, по существу, соответствует круглой форме. Круглое поперечное сечение обеспечивает преимущество, состоящее в том, что оно способствует наматыванию кабеля на барабан или катушку. В альтернативных вариантах поперечное сечение может, по существу, соответствовать прямоугольной форме или другим формам. Прямоугольная форма обеспечивает преимущество, состоящее в том, что уменьшается радиус гибки.

На фиг. 2 показан на виде в разрезе кабель 30 согласно другому варианту, причем одинаковые ссылочные обозначения использованы для указания одинаковых элементов. Главным отличием кабеля 30 и кабеля по варианту на фиг. 1 является размер. В частности, кабель 30 на фиг. 2 имеет больший диаметр для размещения большего количества изолированных проводов 16, составляющих множество 14 изолированных проводов. В этом отношении наружная оболочка 12 кабеля 30 включает в себя множество, по меньшей мере, десять, изолированных проводов 16, каждый из которых имеет электропроводящий сердечник 18, окруженный электроизолирующим материалом 20. Что касается предыдущего описанного варианта, кабель 30 включает в себя по меньшей мере одну пару 26 изолированных проводов, которые скручены вокруг друг друга (показана пунктирной линией). Кабель 30 также включает в себя провод 22 заземления оболочки, который является оголенным проводом, имеющим электропроводящий сердечник 24 без изоляции. В альтернативном варианте может быть обеспечено множество проводов 22 заземления оболочки. Связующий или разделительный слой 28 связывает между собой изолированные провода 16 в наружной оболочке 12 и отделяет их от провода 22 заземления оболочки.

На фиг. 3 показан на виде в разрезе кабель 32 согласно другому варианту осуществления, причем одинаковые ссылочные обозначения использованы для указания одинаковых элементов. Между кабелем 32 и предыдущими описанными вариантами существуют несколько отличий. Во-первых, форма сечения соответствует прямоугольной форме, в частности, прямоугольной форме, имеющей скругленные углы. В альтернативных вариантах осуществления могут быть использованы другие формы.

Во-вторых, выполнено два ряда или две группы изолированных проводов 16. Другими словами, выполнено множество 34 изолированных проводов 16, расположенных в направлении одной стороны прямоугольной формы, и другое множество 36 изолированных проводов 16, расположенных с противоположной стороны прямоугольной формы. Кроме того, количество изолированных проводов 16 является разным. Первое множество 34 изолированных проводов 16, расположенных с левой стороны прямоугольной формы, включает в себя всего пять изолированных проводов 16. Другое множество 36 включает в себя всего четыре изолированных провода 16. В альтернативных вариантах осуществления количества проводов с каждой стороны могут реверсироваться друг с другом, для каждого множества 34 и 36 может быть обеспечено разные количества проводов, одинаковые количества проводов или одно количество проводов, как в предыдущих вариантах осуществления.

Каждое множество 34 и 36 изолированных проводов 16 в кабеле 32 окружено разделительным слоем 28, связывающим между собой изолированные провода 16 соответствующего множества. Разделительный слой 28 подобен разделительному слою, описанному в предыдущих вариантах. Множества 34 и 36 изолированных проводов 16 проходят через наружную оболочку 12, которая за исключением формы подобна другой наружной оболочке в описанных выше вариантах. Каждый изолированный провод 16 включает в себя электропроводящий сердечник 18, окруженный электроизолирующим материалом 20, т.е. покрытием из гибкого электрического изолятора. Кроме того, по меньшей мере, в одном из множеств 34 и 36 изолированных проводов 16 обеспечено два изолированных провода 16, которые образуют скрученную пару 26, показанную пунктиром. В альтернативных вариантах осуществления каждое множество 34 и 36 изолированных проводов 16 может включать в себя одну или более скрученных пар 26 изолированных проводов 16, которые скручены друг с другом, или может не включать в себя такие пары.

Кабель 32 включает в себя провод 22 заземления оболочки, расположенный между двумя множествами 34 и 36 изолированных проводов. Провод 22 заземления оболочки включает в себя электропроводящий сердечник 24 без изоляции. Провод 22 заземления оболочки подобен проводу заземления оболочки в предыдущих описанных вариантах осуществления. В частности, провод 22 заземления оболочки проходит внутри наружной оболочки 12 и обеспечивает с ней прямой электрический контакт для заземления наружной оболочки. Для поддержания электрического контакта провод 22 заземления оболочки не связан разделительным слоем 28 с каким-либо из других изолированных проводов 16. В альтернативных вариантах провод 22 заземления оболочки может быть расположен в других местах относительно множеств 34 и 36 изолированных проводов, например, рядом с левой или правой сторонами прямоугольной формы. В других альтернативных вариантах может быть обеспечено множество проводов 22 заземления оболочки для более равномерного заземления наружной оболочки 12.

На фиг. 4 схематично показан кабельный узел согласно варианту осуществления, который, в общем, указан ссылочным обозначением 38. Кабельный узел 38 включает в себя кабель 10, 30 или 32 и механизм 40 втягивания кабеля. Механизм 40 втягивания кабеля включает в себя, по меньшей мере, расположенный на нем участок кабеля 10, 30 или 32. В частности, механизм 40 втягивания кабеля предназначен для втягивания в него большего участка кабеля 10, 30 или 32, а также для вытягивания из него кабеля.

Механизм 40 втягивания кабеля включает в себя катушку или барабан 41, которая используется для втягивания и вытягивания кабеля 10, 30 или 32. В частности, кабель 10, 30 или 32 наматывается на барабан 41. Когда барабан 41 вращается в одну сторону, больший участок кабеля 10, 30 или 32 наматывается на барабан, и кабель втягивается в направлении механизма 40 втягивания. Когда барабан 41 вращается в противоположную сторону, больший участок кабеля 10, 30 или 32 разматывается с барабана, и большая часть кабеля вытягивается из барабана. Механизм 40 втягивания кабеля может иметь обычную конструкцию. Например, соответствующие механизмы втягивания кабеля имеются в продаже у компании Telefonix, Inc., Вокиган, штат Иллинойс, США.

В документе US 8435069 раскрыты варианты механизма втягивания, пригодного для использования с кабелем 10, 30 или 32. Как описано в этом документе механизм 40 втягивания кабеля может включать в себя элемент натяжения, расположенный внутри барабана и соединенный с ним с целью препятствования освобождению или вытягиванию большей части кабеля из барабана. Кроме того, могут быть выполнены основание или кожух, закрывающие и поддерживающие барабан с возможностью его вращения. К кожуху прикреплен храповой механизм для выборочного ограничения вращения барабана, в результате чего кабель может удерживаться в вытянутом состоянии или втягиваться и наматываться на барабан. В частности, кабель проходит через отверстие в кожухе. Кожух имеет монтажные отверстия для прикрепления к поверхности в транспортном средстве, например, под пассажирским сиденьем или в другом месте.

В этом отношении кабель 10, 30 или 32 предназначен для использования с системой развлечений в транспортном средстве, например, системой развлечения на борту самолета. Система развлечений на борту самолета, часто именуемая как IFE или иногда как IFEC, предназначена для развлечений, предлагаемых пассажирам на борту самолета, и возможности установления связи. Кабель 10, 30 или 32 может использоваться для систем развлечений в транспортных средствах других типов, а также в поездах и других транспортных средствах.

Узел 38 кабеля также включает в себя сменный линейный блок 42, часто называемый как аббревиатура СЛБ. СЛБ 42 может быть, например, видеодисплеем, интеллектуальным монитором или микротелефонной трубкой или блоком управления пассажира (PCU) для взаимодействия с интеллектуальным монитором или другим устройством обработки информации. Дальний конец кабеля 10, 30 или 32 соединен с СЛБ 42, а другой конец расположен на механизме 40 втягивания кабеля. Сменный линейный блок 42 обычной конструкции имеется в продаже у компании Panasonic Avionics Corporation, Лейк Форест, штат Калифорния, США. Один конец провода 22 заземления оболочки в кабеле 10, 30 или 32 соединен с заземлением в механизме 40 втягивания кабеля или конструкции, с которой соединен или к которой прикрепляется механизм втягивания кабеля. Другой конец провода 22 заземления оболочки соединен с заземлением СЛБ 42.

СЛБ 42 включает в себя один или более USB-портов (на фиг. 4 показаны два USB-порта). По меньшей мере, несколько из изолированных проводов 16 в кабеле 10, 30 или 32 соединены с USB-портом или портами 44. Например, по меньшей мере, одна скрученная пара 26 соединяется с USB-портом 44 для поддержания передачи электрических сигналов данных по кабелю 10, 30 или 32. Другой изолированный провод 16 соединяется с USB-портом для подачи питания, и еще один изолированный провод 16 соединяется с портом 44 для заземления. Если кабель 30 или 32 включает в себя дополнительные изолированные провода 16 помимо того, что требуется для поддержания стандартного используемого USB-порта, дополнительные провода могут быть использованы для соединения с другим портом в СЛБ 42, который мог бы быть USB-портом или портом другого типа, например, Ethernet-портом. Другой конец кабеля 10, 30 или 32, т.е. ближний конец, соединяется с портом или электрическим разъемом в механизме 40 втягивания кабеля для завершения соединения с СЛБ 42. Например, ближний конец кабеля 10, 30 или 32 проходит по оси или вдоль оси ступицы 47 барабана 41 и соединяется с портом или электрическим разъемом. В альтернативных вариантах осуществления кабель 10, 30 или 32 может заканчиваться в электрических разъемах, которые соединяются с портом или портами 46 в СЛБ 42.

На фиг. 5 схематично показан способ или процесс изготовления кабеля 10, 30 или 32. Способ включает в себя обеспечение множества электрически изолированных проводов 16. Провода 16 являются проводами, описанными выше, т.е. каждый провод 16 включает в себя электропроводящий сердечник 18, окруженный, по существу, электроизолирующим материалом 20, т.е. покрытием из гибкого электрического изолятора (см. фиг. 1-3). Способ также включает в себя обеспечение провода 22 заземления. Провод 22 заземления описан выше со ссылкой на фиг. 1-3, т.е. провод 22 без электрической изоляции, который включает в себя оголенный электрический сердечник. Провода 16 и 18 располагают на катушках или барабанах 48, как показано на фиг. 5, для удобной выдачи провода. В способе согласно альтернативным вариантам провода 16 и 18 могли бы быть обеспечены в катушках, содержащихся в коробках для аналогичного удобства выдачи.

Способ включает в себя экструдирование наружной оболочки 12 вокруг электрически изолированных проводов 16 и провода 22 заземления, при этом наружная оболочка 12 содержит полимерный материал, смешанный с электропроводящим материалом. Как описано выше, электропроводящий материал приводит наружную оболочку к состоянию полупроводящего материала; такой термин используется в промышленности по производству пластмасс, при этом полупроводящий материал имеет электропроводность между электропроводностью металла и электропроводностью электроизолирующего материала. В частности, наружная оболочка 12 описана выше со ссылкой на фиг. 1-3.

Как показано на фиг. 5, экструдирование, предпочтительно, выполняют с использованием экструдера 50. Экструдер 50 включает в себя бункер 52, в который помещается полимерный материал в твердой форме в виде таблеток или гранул. Электропроводящий материал может быть предварительно смешан с полимерным материалом, добавляемым в бункер отдельно и введенным позже.

Бункер 52 направляет полимерный материал в экструдер 50. Подающий шнек 54 в экструдере транспортирует содержимое от бункера 52 в экструдер 50, который использует тепло и сжатие для пластификации полимерного материала в расплав. Подающий шнек 54 принудительно направляет расплав через экструзионную головку 56. Когда расплав принудительно направляется через экструзионную головку, провода 16 и 22 подаются через экструзионную головку для экструдирования наружной оболочки 12 вокруг проводов для образования кабеля 10, 30 или 32. Кабель 10, 30 или 32 охлаждается для затвердевания наружной оболочки 12 и наматывается на катушку или барабан 58 или, как вариант, сматывается в коробку для последующего использования.

Форму поперечного сечения кабеля 10, 30 или 32 контролируют на выходе из экструзионной головки 56. Если требуется форма поперечного сечения, соответствующая, по существу, окружности, используют экструзионную головку 56, имеющую круглое отверстие, через которое принудительно подают расплав вокруг проводов 16 и 22. Если требуется форма поперечного сечения, соответствующая, по существу, прямоугольнику, используют экструзионную головку 56, имеющую прямоугольное отверстие.

Способ также содержит совместное обматывание, по меньшей мере, нескольких изолированных проводов 16 перед экструдированием расплава через экструзионную головку 56. Обматывание схематично показано точкой 60, когда изолированные провода 16 входят в экструдер 50. Как описано выше со ссылкой на фиг. 1-3, кабель 10, 30 или 32 включает в себя разделительный слой 28, в качестве которого, предпочтительно, применяют ленту. Обматывание перед экструдированием, предпочтительно, содержит наматывание PFTE-ленты вокруг множества 14 электроизолированных проводов 20. Более предпочтительно, наматывание выполняют с перекрыванием, по меньшей мере, 25%.

Если требуется кабель 10, 30 или 32, имеющий, по существу, круглое поперечное сечение, наматывание выполняют таким образом, чтобы собрать вместе или расположить электрически изолированные провода 16 во множестве 14 проводов, по существу, с получением круглого поперечного сечения. Если требуется, по существу, прямоугольное поперечное сечение, наматывание выполняют таким образом, чтобы получить, по существу, прямоугольную форму или формы, как на фиг. 3. Как описано выше, провод 22 заземления оболочки не обматывается с целью его поддержания в прямом электрическом контакте с внутренней стороной наружной оболочки 12.

Способ также содержит наматывание или скручивание, по меньшей мере, двух из изолированных проводов 16 вокруг друг друга по их длине перед экструдированием. Наматывание или скручивание образует скрученную пару 26 электрически изолированных проводов 16, как описано выше со ссылкой на фиг. 1-3. Наматывание или скручивание может быть выполнено предварительно на катушке или барабане 48, как показано на фиг. 5. В способе согласно альтернативному варианту осуществления наматывание или скручивание может быть выполнено при перемещении проводов 16 в экструдер 50.

На фиг. 6 схематично показана часть механизма 62 втягивания кабеля согласно альтернативному варианту осуществления. Механизм 62 втягивания кабеля включает в себя раму или корпус 64, в котором проходит участок кабеля 10, 30 или 32. Внутри корпуса установлены два ряда 66 и 68 поворотных шкивов 70. Один из рядов, а именно, ряд 68 установлен внутри корпуса с возможностью перемещения к другому ряду 66 и от него. Кроме того, установленный с возможностью перемещения ряд 68 смещается пружинами 72 для перемещения от другого ряда 66.

Корпус 64 включает в себя первое и второе отверстия 74 для кабеля 10, 30 или 32. Один конец кабеля 10, 30 или 32 выходит из одного из отверстий 74 и соединяется с СЛБ 42, как описано выше (см. фиг. 4). Другой конец кабеля 10, 30 или 32 выходит из другого отверстия 74 корпуса 64 к электрическому порту или заканчивается в электрическом разъеме для соединения с электрическим портом. Когда вытягивается любой из концов кабеля 10, 30 или 32, пружины 72 растягиваются, обеспечивая выход большего участка кабеля из механизма 62 втягивания кабеля. При снятии усилия, вытягивающего кабель 10, 30 или 32, пружины сжимаются и убирают больший участок кабеля в механизм 64 втягивания кабеля.

Подвижный ряд 68 шкивов 70 прикреплен к подвижному элементу 76, так чтобы все установленные на нем шкивы 70 перемещались совместно. Подвижный элемент 76, предпочтительно, включает в себя противоположные концы, которые перемещаются по направляющим на внутренней стороне корпуса 64. Кроме того, концы подвижного элемента 76 и направляющие, предпочтительно, включают в себя взаимодействующие ребра и пазы, которые обеспечивают функцию храпового механизма для выборочной фиксации подвижного элемента 76 на месте. Механизм 64 втягивания кабеля на фиг. 6 может быть использован в кабельном узле 38 на фиг. 4 вместо ранее описанного механизма 40 втягивания кабеля.

На фиг. 7 схематично показана часть механизма 80 втягивания кабеля согласно другому альтернативному варианту осуществления, который может быть альтернативно использован в кабельном узле 38 на фиг. 4 вместо ранее описанных механизмов 40 и 64 втягивания кабеля.

В этом отношении на фиг. 7 схематично показан механизм 80 втягивания кабеля в разрезе. Механизм 80 втягивания кабеля включает в себя цилиндрическую раму или корпус 82, в котором проходит участок кабеля 10, 30 или 32. Внутри корпуса 82 концентрично установлена первая или наружная поворотная направляющая 84 (показана пунктиром для указания на возможность вращения). Кабель 10, 30 или 32 проходит через отверстие 85 в корпусе 82 и в направлении против часовой стрелки между наружной поворотной направляющей 84 и корпусом 82.

Как показано на фиг. 7, когда кабель 10, 30 или 32 образует, фактически, полную окружность 360 градусов вокруг поворотной направляющей 84, кабель 10, 30 или 32 проходит глубже во внутреннюю часть механизма через отверстие 88 в наружной поворотной направляющей 84, при этом кабель реверсирует направление для прохождения по часовой стрелке между наружной поворотной направляющей 84 и первой внутренней неподвижной направляющей 90.

После прохождения кабелем 10, 30 или 32, фактически, вокруг первой неподвижной внутренней направляющей 92 кабель проходит дальше в механизм 80 через отверстие 94 в первой неподвижной внутренней направляющей 92. После прохождения отверстия 94 в первой неподвижной внутренней направляющей 92 кабель 10, 30 или 32 снова реверсирует направление и проходит против часовой стрелки между первой неподвижной внутренней направляющей 92 и внутренней поворотной направляющей 96 (показана пунктиром).

После прохождения кабелем 10, 30 или 32, фактически, полностью вокруг внутренней поворотной направляющей 96 кабель проходит глубже в центр механизма 80 через отверстие 98 во внутренней поворотной направляющей 96. После этого кабель 10, 30 или 32 реверсирует направление и проходит по часовой стрелке между внутренней поворотной направляющей 96 и внутренней неподвижной направляющей 100. После, фактически, полного наматывания вокруг внутренней неподвижной направляющей 100 кабель 10, 30 или 32 проходит через отверстие 102 в неподвижной внутренней направляющей к отверстию 104 в оси механизма 80 и соединяется с портом или кабельным разъемом, таким как USB-разъем. Порт или кабельный разъем может быть расположен вместе с механизмом 80 или снаружи него.

На фиг. 8 схематично показан механизм 80 втягивания кабеля, при этом кабель 10, 30 или 32 более полно вытянут из механизма 80. Когда кабель 10, 30 или 32 более полно вытягивают из механизма 80, поворотные направляющие 84 и 96 вращаются. В частности, поворотные направляющие 84 и 96 вращаются по часовой стрелке. Это уменьшает расстояние по часовой стрелке между отверстием 88 наружной поворотной направляющей 84 и отверстием 94 наружной неподвижной направляющей 90. Это же справедливо для расстояния по часовой стрелке между отверстием 98 во внутренней поворотной направляющей 96 и отверстием 102 во внутренней неподвижной направляющей 100. И, наконец, также уменьшается расстояние по часовой стрелке между отверстием 88 в наружной подвижной направляющей 84 и отверстием 85 в корпусе 82. Благодаря уменьшенным расстояниям меньший участок кабеля 10, 30 или 32 находится внутри механизма 80, а больший участок кабеля вытягивается из механизма 80.

На фиг. 9 схематично показан механизм 80 втягивания кабеля по фиг. 7, при этом часть кабеля 10, 30 или 32, вытянутая из механизма 80, близка к максимальной величине. В этом состоянии отверстия 88 и 98 в поворотных направляющих 84 и 96, фактически, радиально выровнены с отверстиями 94 и 102 в неподвижных направляющих 90 и 100, а также с отверстием 85 в корпусе 82. Поскольку отверстия 85, 88, 94, 98 и 102, практически, радиально выровнены, расстояния между отверстиями значительно уменьшаются, и больший участок кабеля 10, 30 или 32 вытягивается из механизма 80, т.е. меньший участок длины кабеля находится внутри механизма. Кабель 10, 30 или 32 вытягивается на максимальное расстояние из механизма 80, когда все отверстия 85, 88, 94, 98 и 102 полностью радиально выровнены с одной стороны механизма 80, и внутри механизма находится меньший участок кабеля.

Предпочтительно, механизм 80, показанный на фиг. 7-9, смещается для удержания кабеля 10, 30 или 32 втянутого в него. Например, поворотные направляющие 84 и 96 могут быть смещены пружиной, способствующей их возврату против часовой стрелки в требуемое положение. Кроме того, механизм 80, предпочтительно, включает в себя храповик, так чтобы кабель 10, 30 или 32 мог избирательно вытягиваться и удерживаться в требуемом положении до тех пор, пока храповик не освободится, после чего кабель будет втягиваться.

Несмотря на то, что варианты осуществления могут быть показаны или описаны с определенными элементами, могут быть использованы или заменены дополнительные, некоторые или другие элементы. Например, в механизме 80 втягивания кабеля из фиг. 7-9 может быть использован подвижный фиксатор вместо храповика для избирательного удерживания кабеля 10, 30 или 32 в вытянутом положении, противодействуя смещающим пружинам, например, пружинам, работающим на кручение. Кроме того, могут быть обеспечены дополнительные поворотные направляющие и неподвижные направляющие для наматывания большей длины кабеля 10, 30 или 32 внутри механизма 80 втягивания кабеля.

В механизме 62 втягивания кабеля на фиг. 6 может быть использована одна расположенная по центру пружина 72 вместо двух пружин, расположенных на некотором расстоянии друг от друга. Вместо использования пружин 72 растяжения может быть использована пружина сжатия между двумя рядами 66 и 68 шкивов 70 для смещения рядов друг от друга. Кроме того, что касается описанных способов или процессов, различные этапы могут быть выполнены в другом порядке, и меньшее или большее количество этапов может быть выполнено посредством комбинирования или разделения этапов или исключения некоторых этапов. Например, на фиг. 5 электропроводящий материал может быть предварительно скомбинирован с полимерным материалом, помещенным в бункер 52, или электропроводящий материал может быть включен в состав отдельно или смешан с полимерным материалом после его превращения в расплав.

В скрученной паре 26 изолированных проводов 16 может быть выполнена намотка из наполнителя для заполнения зазоров в скрученной паре и поддержания проводов в скрученном состоянии вокруг друг друга. Предпочтительно, провода 16 скручены вокруг друг друга в диапазоне от двух до восьми скручиваний на дюйм и, более предпочтительно, примерно в количестве четырех скручиваний на дюйм. Для удерживания скрученной пары 26 и других проводов 16 и 22 и для заполнения зазоров на них также могут быть нанесены клеи или связующие вещества.

Поскольку могут быть выполнены описанные изменения, примеры и варианты осуществления должны рассматриваться как поясняющие, а не как ограничивающие, и изобретение не должно ограничиваться до раскрытых здесь характеристик и может быть модифицировано в объеме и эквивалентно формуле изобретения.

Кабель для передачи электрических сигналов включает в себя наружную оболочку, состоящую из полимерного материала, включающего в себя электропроводящее вещество, смешанное с полимерным материалом, и вызывающего наружную оболочку быть электрически полупроводящей. Наружная оболочка включает в себя множество изолированных проводов, проходящих через пространство внутри наружной оболочки по длине наружной оболочки. Каждый изолированный провод включает в себя электропроводящий сердечник, окруженный электроизолирующим материалом. Провод заземления оболочки, расположенный внутри наружной оболочки, проходит по длине наружной оболочки. Провод заземления оболочки включает в себя электропроводящий сердечник в прямом электрическом контакте с внутренней стороной наружной оболочки во множестве мест. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Кабель для передачи электрических сигналов, содержащий:

наружную оболочку, состоящую из полимерного материала, включающего в себя электропроводящее вещество, смешанное с полимерным материалом, и вызывающего наружную оболочку быть электрически полупроводящей, при этом наружная оболочка включает в себя длину и пространство внутри;

множество изолированных проводов, проходящих через пространство внутри наружной оболочки по ее длине, при этом каждый изолированный провод включает в себя электропроводящий сердечник, окруженный электроизолирующим материалом; и

провод заземления оболочки, расположенный внутри наружной оболочки и проходящий по ее длине, при этом провод заземления оболочки включает в себя электропроводящий сердечник, находящийся в прямом электрическом контакте с внутренней стороной наружной оболочки во множестве мест.

2. Кабель по п. 1, дополнительно содержащий множество электропроводящих жил, образующих, по меньшей мере, один из проводов.

3. Кабель по п. 1, в котором множество изолированных проводов включает в себя, по меньшей мере, пару проводов из множества проводов, скрученных вокруг друг друга по длине наружной оболочки.

4. Кабель по п. 1, в котором электропроводящее вещество содержит углерод.

5. Кабель по п. 1, в котором наружная оболочка имеет поперечное сечение, по существу, соответствующее прямоугольной форме или круглой форме.

6. Кабель по п. 1, в котором провод заземления оболочки является оголенным проводом без индивидуальной электрической изоляции.

7. Кабель по п. 1, дополнительно содержащий разделительный слой, окружающий множество изолированных проводов и отделяющий изолированные провода от контакта с проводом заземления оболочки внутри наружной оболочки.

8. Кабельный узел для передачи электрических сигналов, содержащий:

кабель, включающий в себя:

наружную оболочку, состоящую из полимерного материала, включающего в себя электропроводящее вещество, смешанное с полимерным материалом, и вызывающего наружную оболочку быть электрически полупроводящей, при этом наружная оболочка включает в себя длину и пространство внутри;

множество изолированных проводов, проходящих через пространство внутри наружной оболочки по ее длине, при этом каждый изолированный провод включает в себя электропроводящий сердечник, окруженный электроизолирующим материалом; и

провод заземления оболочки, расположенный внутри наружной оболочки и проходящий по ее длине, при этом провод заземления оболочки включает в себя электропроводящий сердечник, находящийся в прямом электрическом контакте с внутренней стороной наружной оболочки во множестве мест; и

механизм втягивания кабеля, на котором расположен, по меньшей мере, участок кабеля; причем механизм втягивания кабеля предназначен для втягивания большей части кабеля, а также для вытягивания большей части кабеля из него.

9. Кабельный узел по п. 8, в котором кабель предназначен для использования с системой развлечений в транспортном средстве, и кабель включает в себя дальний конец, проходящий от механизма втягивания кабеля, при этом кабельный узел также включает в себя сменный линейный блок, соединенный с дальним концом кабеля.

10. Кабельный узел по п. 9, в котором наружная оболочка имеет поперечное сечение, по существу, соответствующее прямоугольной форме или круглой форме.

11. Кабельный узел по п. 9, в котором сменный линейный блок включает в себя USB-порт, в котором, по меньшей мере, некоторые из проводов из множества изолированных проводов в кабеле электрически соединяются с USB-портом.

12. Кабельный узел по п. 8, в котором кабель включает в себя разделительный слой, окружающий множество изолированных проводов и отделяющий изолированные провода от контакта с внутренней стороной наружной оболочки.

13. Кабельный узел по п. 11, в котором разделительный слой отделяет изолированные провода от контакта с внутренней стороной наружной оболочки.

14. Кабельный узел по п. 13, в котором разделительный слой содержит политетрафторэтилен.

15. Кабельный узел по п. 8, в котором провод заземления оболочки является оголенным проводом без электрической изоляции внутри наружной оболочки.

16. Способ изготовления кабеля для передачи электрических сигналов, содержащий:

обеспечение множества электроизолированных проводов, при этом каждый провод включает в себя электропроводящий сердечник, окруженный, по существу, электроизолирующим материалом;

обеспечение провода заземления, который не имеет электрической изоляции и включает в себя оголенный электропроводящий сердечник;

экструдирование наружной оболочки вокруг электрически изолированных проводов и провода заземления, при этом наружная оболочка содержит полимерный материал, смешанный с электропроводящим материалом, что делает наружную оболочку полупроводящей.

17. Способ по п. 16, дополнительно содержащий совместное обматывание, по меньшей мере, нескольких из электрически изолированных проводов перед указанным экструдированием.

18. Способ по п. 17, в котором обмотка содержит политетрафторэтилен.

19. Способ по п. 16, дополнительно содержащий обматывание, по меньшей мере, двух из изолированных проводов вокруг друг друга по их длине перед указанным экструдированием.

20. Способ по п. 16, в котором указанным экструдированием производят наружную оболочку, имеющую, по существу, прямоугольное поперечное сечение.