CN1695279A - 柔性互连电缆的张力消除装置 - Google Patents

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Abstract

一种电缆组件，包括一根电缆(12)，其具有一个由包皮包围的芯体。一个锥形件(20)具有一个用于接收电缆芯体的内部孔腔，其具有锥形外表面。锥形件(20)的至少一部分容纳在电缆包皮内。杯形件(16)具有一个用于接收包皮和芯体的锥形孔腔(54)。在锥形件(20)的外部和杯形件孔腔的内部之间夹持一部分包皮。相对于杯形件(16)施加在电缆(12)上的张力在锥形件(20)和杯形件(16)之间产生包皮的压缩，因此，在不对芯体作用径向力的情况下，张力由包皮传递。包皮可包括一个加强件，如编织金属包封物(32)，以及一个弹性外套(34)，以便包封物承受张力，并且在解除张力时，外套能够使包皮返回至其正常长度。

Description

柔性互连电缆的张力消除装置
技术领域
本发明涉及电缆，特别涉及在电缆终端的张力消除连接件。
发明背景
柔性电缆用于提供了固定仪器和可移动的远程装置之间的连接。例如，超声波仪器具有一个连接在柔性电缆自由端的转换器。为了方便和容易使用，这类电缆需具有柔性，并且通常在电缆束中具有多个细小的导体。在其它的应用中，电缆在每一端均在连接端子壳体之间延伸。这些导体比较脆，并且易于损坏。即使很小的损坏也会导致导线的特性偏离所要求的范围。
在这些场合下，电缆必须能够承受错误使用中所预想到的差错或电缆上的意外张力。在未采取充分的张力消除措施来应对所述张力的情况下，电缆中的导线可以将张力传递至其与仪器或远程装置的电路相连的连接处，从而会使连接失败。为了避免这种情况，现存的张力消除机构夹持整个电缆，以便所有的导体和外套一起承受张力，并且张力易于产生于远离易损的连接处的电缆颈部。但是，其会导致压扁导线，从而造成损坏。即使没有损坏，压力也会减小导线之间的预期间距，从而因无意干扰特性而导致出现操作性能问题。
为了避免这一情况，一些现存的张力消除机构使用了锥形件以及杯形机构，所述机构会将电缆外套约束在锥形件的锥形外表面和杯形件的锥形内部孔腔表面之间。但是，这些系统具有两个缺点中的至少一个。第一个缺点是：这类系统通常具有劈开的锥形环，它们会产生电缆束的永久压缩，从而可能会影响操作特性，并且在导线固定在所述机构处时，还会降低电缆的柔性，并且不能彼此相对自由滑动。第二个缺点在于：所述锥形机构使用了螺纹夹持螺母，这些螺母被紧固以在锥形件和杯形件之间产生轴向力而夹紧电缆外套。这种方案会造成过度紧固或紧固不足。在紧固不足的情况下，当张力超过极限时，夹持可能会失败；而在过度紧固的情况下，可能会损坏所述机构或电缆器件。
发明内容
通过提供了一种包括一根具有由包皮包围的芯体的电缆的电缆组件，本发明克服了现有技术的局限性。其中，一个锥形件具有一个接收电缆芯体的内部孔腔，并且具有锥形外表面。至少锥形件的一部分容纳在电缆包皮内。杯形件具有一个用于接收包皮和芯体的锥形孔腔。在锥形件的外部和杯形件孔腔的内部之间夹持一部分包皮。相对于杯形件施加在电缆上的张力产生了在锥形件和杯形件之间的包皮的压缩，因此，张力由包皮传递。仅在张力作用于包皮上时，才将少量径向力的作用施加至芯体上。在这种条件下，包皮往往会延伸并且直径会减小，直至电缆的芯体限制直径的进一步减小。包皮可包括一加强件(如编织金属包封物)，以及一个弹性外套。当包封物承受张力时，其会延伸且直径减小，如上所述，直至电缆的芯体限制直径的进一步减小。当芯体限制直径的进一步减小时，编织金属包封物会防止进一步延伸并能承受载荷。当解除张力时，弹性外套会使加强件收缩至其原始长度，从而会使其恢复至其原始直径。随后，能够从芯体除去任何径向力。
附图的简要说明
图1为显示本发明最佳实施例的电缆终端组件的分解透视图。
图2为图1中组件的剖面侧视图。
图3为本发明可选实施例的选择部件的分解透视图。
图4为图3中实施例的剖面侧视图。
对最佳实施例的详细说明
图1以分解视图的形式显示了一种电缆终端组件10。所述组件包括一根电缆12，一个螺纹柔性安全件14，一个杯形件16，一个锥形件20，一块底板22，一个固定螺母24以及一个电路元件26。如在下面将论述的那样，电缆导线延伸通过所述锥形件，同时电缆外套夹持在锥形件和杯形件之间以承受由电缆拉伸产生的张力，以便导线无需承受张力。
电缆12包括由多根导线30构成的芯体，所述芯体由一编织金属线铠装层32包围，所述铠装层由PVC外套34包围，该外套具有一对相对的狭缝36，这对狭缝沿轴向延伸了外套的有限长度。在最佳实施例中，电缆包括144根导线(每一根导线均为铠装同轴导线)，且具有0.199”的芯体外径。外套具有0.030”的厚度，并且在轻度压缩的情况下，外套和铠装层一起具有0.035”的厚度。在可选择的实施例中，导线可以是非铠装且扭绞成对的，或者至少局部形成带状。铠装层和包皮的内部孔腔足够大，以允许宽松地容纳导线束，从而允许电缆易于以最小的刚性弯曲。
柔性安全件14包括一个刚性塑料插入件40，以及一个重叠模制在插入件上的整体弹性护套42。所述插入件为具有一个孔腔44的带有凸缘的圆柱体。插入件远离护套的第一端在外部形成用于接收螺母24的螺纹45，并且具有一个凸缘46，护套从该凸缘伸出。护套还具有一个与插入件的孔腔同轴的孔腔。插入件的孔腔在由螺纹部分限定的开孔处具有直圆柱部分50。在插入件中，以中等深度在孔腔中限定了一个环形槽52。如图2所示，所述槽的轮廓通常是圆形的，并且向孔腔的平直部分平顺变化。护套的孔腔的尺寸应能紧密地容纳电缆，并且在其从插入件伸出时呈锥形，从而确保减小在自由端弯曲的阻力，以避免在护套的自由端处的电缆上出现弯曲应力集中。
杯形件16为弹性热塑性圆柱体，其具有一个锥形或截头锥形孔腔54。杯形件具有一个远离张力消除件14的第一端缘56以及一个相对的第二端缘60。杯形件在第一端56处的第一部分62具有直圆柱形外部，并且沿周边是连续的。第一部分的内部具有一个锥形孔腔，并且在第一端缘56处较宽。杯形件的第二部分66朝张力消除件14延伸，并且通过轴向槽口70被分为4个部分。所述槽口从在第一部分后部的台肩72延伸至第二端缘60。因此，所述4个部分可以在其自由端处沿径向向内弯曲，这些部分的弯曲由所述槽口提供的间隙来调节。这些部分共同包括一个在自由端附近的圆周肋条74。该肋条具有容纳在插入件40的槽52中的尺寸，以便杯形件可以相对于插入件转动，但由于将肋条保持在槽中的部分的弹性作用能阻止抽出。所述部分具有足够的柔性，以有助于在组装期间穿过孔腔部分50。
锥形件20为弹性热塑性圆柱体，其具有一个渐缩截头锥形外表面76以及一个直圆柱形内部孔腔80。所述孔腔在其较大边缘设有倒角或倒圆84，以避免出现可能会损坏通过孔腔的导线的尖利的角。
底板22具有一个孔86，其尺寸应确保相对于插入件40的螺纹45的外径具有一定间隙。螺母24具有与插入件的螺纹相配合的内螺纹，并且在可选择的实施例中，其可以与所述板形成一体。在其它可选择的实施例中，所述板可以以蛤壳方式形成两个部分，并且具有一平分所述孔的分离线，从而允许电缆组件完全由在一个端部(在该处电路元件不能通过所述孔)处预先连接的大电路元件制造。电路26如图所示，为一块电路板，其具有多个用于通过导线连接的导电触点90，并且能够确保与相关仪器中的其它电路相连。
图2显示了组装时的电缆终端。将柔性安全件42的插入件40的螺纹部分45插入板22的孔86中，并且使台肩46抵靠在板上。将螺母24紧固在板的相对侧，从而保插入件不转动。插入杯形件16，并且使肋条74与插入件的槽52相配合。电缆的导线30延伸通过护套、插入件、锥形件以及杯形件的孔腔，并且与电路26相连。铠装层32和包皮或外套34位于并夹紧在锥形件和杯形件的锥面之间。
通过将杯形件安装在柔性保护插入件内，随后使电缆通过孔腔以暴露电缆的端部，由此形成所述组件。剥去电缆外套以暴露出足够长度的导线，并且撕开导线。随后将锥形件安装在导线上方，以及外套和铠装层的下方。随后，沿离开导线端部的方向牵引电缆以使外套覆盖的锥形件位于杯形件中，在这种条件下，可以将电缆组件运送至仪器的制造者以便安装在仪器中。
安装是通过将导线以及螺纹插入件部分穿过板的孔，以及使螺母通过导线并将其紧固在螺纹插入件上进行的。对于螺母与所述孔形成一体的安装来说，柔性安全件可相对于杯形件、锥形件以及夹紧的电缆自由转动，以便在将柔性安全件拧入应有的位置时，在不扭转电缆的情况下，可以使其转动多次。当电缆的相对端已连接至另一台仪器上时，这种扭转则是不利的。
安装继续进行导线与电路的相连。在其它的实施例中，可以预先将导线固定至连接端子上，这些连接端子非常细小，以便能够通过板上的孔。而在其它情况下，所述板可以是上面所述的对开蛤壳型，以便在运送和安装之前，电缆的制造者可预先安装较大的连接端子。
在最佳实施例中，锥形件和杯形件由聚醚砜塑料形成。锥形件具有0.453”的外径，以及0.350”的长度。锥形件的锥角与杯形件孔腔的锥角相匹配。在所述最佳实施例中，半角相对于轴线为7度，全角为14度。在可选择的实施例中，半角可以在3.5～10度之间的范围内变化。在下限值之下，锥形件可能要求过大的长度，以在其整个长度范围内均形成所需的直径差。这种差异必须能接受外套厚度的变化，并且避免完全牵引锥形件通过杯形件。在上限值以上，在外套上的张力不能充分紧固夹紧件，并且外套可能会由锥形件/杯形件的界面滑动，从而使组件的功能失效。锥形件沿电缆延伸的方向逐渐变窄，以便在暴露的电缆上的张力紧固夹紧件。所述夹紧件不取决于预定的张力，如可以由手动紧固夹具提供的预定张力。这样便能避免该夹具的过度紧固或紧固不足的缺点。在最佳实施例中，锥体的楔形轮廓会产生与施加的张力呈正比的压力，并且在其它时间仅产生有限的压力。另外，由于外套大致一直延伸通过锥形件，同时自身无需卷曲、折叠或重绕，因此，能够简化安装，并且会使连接端子的直径降至最小。
当安装的电缆受到张力作用时，在杯形件和锥形件之间压缩外套，同时内部导线由于它们松弛地安装在外套中的原因而松弛，并且在连接端会出现特别大的松弛。响应于张力，PVC外套以弹簧方式伸长，从而能够吸收一些张力并减弱短时间的冲击载荷。通过包括金属丝(这些金属丝沿双向绕导线螺旋卷绕)的编织铠装层控制较大的载荷。在使外套延伸时，螺旋编织物向下缩小，以在不损坏导线的情况下，绕导线产生压力。当解除张力时，外套的弹性特性使电缆恢复至其原始长度，从而使铠装编织物恢复至其原始直径，以此恢复外套中导线的松弛度，以使其具有柔性。
图3显示了杯形件116和锥形件120的可选择的实施例，其中，所述杯形件和锥形件与上面描述的最佳实施例大致相同，不同之处在于：锥形件的外表面，以及杯形件的内部表面。与所述最佳实施例中平顺的截头锥形表面相比，图3中可选择的方案在整个表面的长度范围内具有直径减小的台阶形或倒钩形表面。
锥形件的外部具有三个截头锥形部分122，124，126，每一个部分均具有19度的锥形半角。每一个部分均具有一个背离杯形件的较宽端部132，143，136。由于所述部分的半角超过了整个锥形轮廓140的半角，因此，所述部分122和124中较细小的端部相对于相邻部分的相应端部134，136呈台阶状。这些台阶采用切槽142，144的形式，其允许端部边缘响应于向内的径向力略微向内弯曲。平缓的锥形突出部分146具有等于整个半角140的7度锥形半角。
如图4所示，杯形件的孔腔包括一个第一圆柱形部分150，一个直径小于第一部分以在接合处提供台肩154的第二圆柱形部分152。虽然将孔腔部分描述为圆柱形，但是，这些孔腔部分具有最小的锥形，以提供有助于该塑料部分的注模成形的拔模角度。使第三部分156形成锥形以与7度半角相配合，从而与锥形突出部分146相匹配。
所述台阶提供了具有7度半角的整个轮廓160，该半角与锥形件的整个轮廓140的半角相匹配。第一孔腔部分150的直径以根据在其间被夹持的外套和铠装层的壁厚选择的量大于锥形边缘134的直径。这些部分之间的间距略小于外套和铠装的厚度，以便外套和铠装层的适度压缩将会产生阻止锥形件从杯形件抽出的摩擦，以避免夹紧件的无意松弛。倒钩边缘136和孔腔部分152具有彼此相似的尺寸。另外，略微柔软的倒钩边缘134和136弯曲，以便能够以压缩方式容纳外套厚度。另外，由于倒钩往往插入铠装材料内，因此，具有切槽的倒钩有助于防止锥形件从外套内抽出。
实际上，倒钩向外将外套压在近似圆柱形孔腔部分上，以便即使在施加由电缆产生的适度轴向力时，也不会产生松弛的趋势。在操作期间或在反向推进包皮时，一旦一个倒钩越过台肩，则因不存在增大的锥形而会消除锥形件与杯形件脱离的趋势。当张力在外套上进一步增大时，铠装编织线往往会朝下一个杯形件的台肩，将锥形件牵引至杯形件内。外部外套往往由杯形件的脊状隆起固定。由于外套为柔性件，因此，当其接近下一个脊状隆起时，其能够向编织线和锥形件提供略微的“斜面”以进行压缩。
虽然根据最佳实施例以及可选择的实施例进行了上述说明，但是，本发明不应局限于这些实施例中。
权利要求书
(按照条约第19条的修改)
1.一种电缆组件，其包括：
一根电缆，其包括一个由包皮包围的芯体；
一个具有接收所述芯体的锥形件孔腔的锥形件；
所述锥形件具有一个锥形外表面；
在所述包皮内接收锥形件的至少一部分；
一个杯形件，其具有一个用于接收包皮和芯体的锥形杯形件孔腔；
包皮的一部分夹持在锥形件的外部和杯形件孔腔之间。
2.根据权利要求1所述的组件，其中：所述锥形件具有一个较大端部和一个较小端部，所述较小端部向电缆的中部延伸并且远离与锥形件相邻的电缆的自由端。
3.根据权利要求2所述的组件，其中：杯形件孔腔具有离开自由端延伸的较小直径端。
4.根据权利要求1所述的组件，其中：杯形件与一壳体相连。
5.根据权利要求1所述的组件，其包括：一个连接件，其具有一个接收电缆并且可转动地与杯形件相连的孔腔，并且具有用于与壳体相连的螺纹部分，以便连接件的转动不会扭转与杯形件相连的电缆。
6.根据权利要求5所述的组件，其中：连接件包括一个弹性柔性保护套管，其具有一个接收电缆的孔腔。
7.根据权利要求1所述的组件，其中：锥形件的外部和杯形件的孔腔具有截头锥形表面。
8.根据权利要求7所述的组件，其中：所述截头锥形表面具有共同的锥角。
9.根据权利要求7所述的组件，其中：锥形件具有小于10度的锥形半角，以便相对于杯形件，作用于电缆上的张力产生锥形件和杯形件之间的包皮压缩。
10.根据权利要求1所述的组件，其中：电缆包皮包括一个外套以及一个内部铠装层，所述外套和铠装层一起夹持在锥形件和杯形件之间。
11.根据权利要求10所述的组件，其中：所述铠装层具有大于外套的拉伸阻力。
12.根据权利要求10所述的组件，其中：所述铠装层由编织金属线形成。
13.根据权利要求10所述的组件，其中：所述外套由弹性材料形成。
14.根据权利要求13所述的组件，其中：所述铠装层在适于拉紧外套的有限张力作用下能够限制电缆的延伸。
15.根据权利要求1所述的组件，其中：所述锥形件完全包围所述芯体，以便其劈开时也是连续的，并且能够阻止压缩至更小的直径。
16.根据权利要求1所述的组件，其中：所述杯形件完全包围所述芯体，以便其劈开时也是连续的，并且能够阻止扩大至更大的直径。
17.根据权利要求1所述的组件，其中：所述锥形件具有一根轴线并具有轴向长度，并且所述锥形件具有延伸了锥形件的整个轴向长度的截头锥形表面。
18.根据权利要求1所述的组件，其中：所述锥形件具有截头锥形表面，并且截头锥形表面中具有最大直径的部分包括锥形件的最大直径部分。
19.一种电缆组件，其包括：
一根电缆，其包括一个由包皮包围的芯体；
一个具有接收所述芯体的锥形件孔腔的锥形件；
所述锥形件具有外表面，其在一端的直径小于另一端的直径；
在所述包皮内接收锥形件的至少一部分；
一个杯形件，其具有一个用于接收包皮和芯体的杯形件孔腔，所述杯形件的孔腔在一端的直径小于另一端的直径；
包皮的一部分夹持在锥形件的外部和杯形件孔腔之间；
具有外表面的锥形件的一端具有较小的直径，杯形件中孔腔的较大端的一端具有较小直径，这两个端部沿相同方向延伸。
20.根据权利要求19所述的组件，其中：所述锥形件具有一个较大端部和一个较小端部，所述较小端部向电缆的中部延伸并且远离与锥形件相邻的电缆的自由端。
21.根据权利要求20所述的组件，其中：杯形件孔腔具有离开自由端延伸的较小直径端。
22.根据权利要求19所述的组件，其中：杯形件与一壳体相连。
23.根据权利要求19所述的组件，其包括：一个连接件，其具有一个接收电缆并且可转动地与杯形件相连的孔腔，并且具有用于与壳体相连的螺纹部分，以便连接件的转动不会扭转与杯形件相连的电缆。
24.根据权利要求19所述的组件，其中：所述锥形件的外表面和杯形件孔腔中的至少一个是台阶状的。
25.根据权利要求19所述的组件，其中：所述锥形件的外表面和杯形件孔腔中的至少一个包括多个锥形部分。
26.根据权利要求19所述的组件，其中：电缆包皮包括一个外套以及一个内部铠装层，所述外套和铠装层一起夹持在锥形件和杯形件之间。

Claims (26)

1.一种电缆组件，其包括：
一根电缆，其包括一个由包皮包围的芯体；
一个具有接收所述芯体的内部孔腔的锥形件；
所述锥形件具有一个锥形外表面；
在所述包皮内接收锥形件的至少一部分；
一个杯形件，其具有一个用于接收包皮和芯体的锥形孔腔；
包皮的一部分夹持在锥形件的外部和杯形件孔腔的内部之间。
2.根据权利要求1所述的组件，其中：所述锥形件具有一个较大端部和一个较小端部，所述较小端部向电缆的中部延伸并且远离与锥形件相邻的电缆的自由端。
3.根据权利要求2所述的组件，其中：杯形件孔腔具有离开自由端延伸的较小直径端。
4.根据权利要求1所述的组件，其中：杯形件与一壳体相连。
5.根据权利要求1所述的组件，其包括：一个连接件，其具有一个接收电缆并且可转动地与杯形件相连的孔腔，并且具有用于与壳体相连的螺纹部分，以便连接件的转动不会扭转与杯形件相连的电缆。
6.根据权利要求5所述的组件，其中：连接件包括一个弹性柔性保护套管，其具有一个接收电缆的孔腔。
7.根据权利要求1所述的组件，其中：锥形件的外部和杯形件的孔腔具有截头锥形表面。
8.根据权利要求7所述的组件，其中：所述截头锥形表面具有共同的锥角。
9.根据权利要求7所述的组件，其中：锥形件具有小于10度的锥形半角，以便相对于杯形件，作用于电缆上的张力产生锥形件和杯形件之间的包皮压缩。
10.根据权利要求1所述的组件，其中：电缆包皮包括一个外套以及一个内部铠装层，所述外套和铠装层一起夹持在锥形件和杯形件之间。
11.根据权利要求10所述的组件，其中：所述铠装层具有大于外套的拉伸阻力。
12.根据权利要求10所述的组件，其中：所述铠装层由编织金属线形成。
13.根据权利要求10所述的组件，其中：所述外套由弹性材料形成。
14.根据权利要求13所述的组件，其中：所述铠装层在适于拉紧外套的有限张力作用下能够限制电缆的延伸。
15.根据权利要求1所述的组件，其中：所述锥形件完全包围所述芯体，以便其劈开时也是连续的，并且能够阻止压缩至更小的直径。
16.根据权利要求1所述的组件，其中：所述杯形件完全包围所述芯体，以便其劈开时也是连续的，并且能够阻止扩大至更大的直径。
17.根据权利要求1所述的组件，其中：所述锥形件具有延伸了锥形件的整个轴向长度的截头锥形表面。
18.根据权利要求1所述的组件，其中：所述锥形件具有截头锥形表面，并且截头锥体的底部包括锥形件的最大直径部分。
19.一种电缆组件，其包括：
一根电缆，其包括一个由包皮包围的芯体；
一个具有接收所述芯体的内部孔腔的锥形件；
所述锥形件具有外表面，其在一端的直径小于另一端的直径；
在所述包皮内接收锥形件的至少一部分；
一个杯形件，其具有一个用于接收包皮和芯体的孔腔，所述杯形件的孔腔在一端的直径小于另一端的直径；
包皮的一部分夹持在锥形件的外部和杯形件孔腔的内部之间。
20.根据权利要求19所述的组件，其中：所述锥形件具有一个较大端部和一个较小端部，所述较小端部向电缆的中部延伸并且远离与锥形件相邻的电缆的自由端。
21.根据权利要求20所述的组件，其中：杯形件孔腔具有离开自由端延伸的较小直径端。
22.根据权利要求19所述的组件，其中：杯形件与一壳体相连。
23.根据权利要求19所述的组件，其包括：一个连接件，其具有一个接收电缆并且可转动地与杯形件相连的孔腔，并且具有用于与壳体相连的螺纹部分，以便连接件的转动不会扭转与杯形件相连的电缆。
24.根据权利要求19所述的组件，其中：所述锥形件的外表面和杯形件的孔腔中的至少一个是台阶状的。
25.根据权利要求19所述的组件，其中：所述锥形件的外表面和杯形件的孔腔中的至少一个包括多个锥形部分。
26.根据权利要求19所述的组件，其中：电缆包皮包括一个外套以及一个内部铠装层，所述外套和铠装层一起夹持在锥形件和杯形件之间。
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