Choisissez les meilleures pièces pour votre faisceau de câbles

Les conducteurs toronnés (à droite) sont plus flexibles que les conducteurs massifs (à gauche). Les deux sont en cuivre nu et non plaqué. Photo publiée avec l'aimable autorisation d'Epec Engineered Technologies

Ce câble est constitué de conducteurs isolés individuels enveloppés d'un blindage en feuille et entourés d'une gaine en polymère. Photo publiée avec l'aimable autorisation d'Epec Engineered Technologies

Ce câble possède à la fois des blindages en feuille et tressés pour contrôler les interférences électromagnétiques et radiofréquences. Photo publiée avec l'aimable autorisation d'Epec Engineered Technologies

Un composant clé de tout système électronique ou électrique est l'assemblage de câbles ou le faisceau de câbles, et pourtant c'est généralement l'un des derniers composants à traiter.

Lors de la conception d'un système, le câblage doit être abordé le plus tôt possible dans la phase de conception. Un faisceau de câbles comporte de nombreux composants, notamment des connecteurs, des enveloppes, des clips, des joints et, bien sûr, les fils eux-mêmes, et chacun peut affecter les performances du produit fini. Un faisceau de câbles surdimensionné ou sous-conçu pourrait finalement avoir un impact négatif sur les performances du produit fini.

Lors de la conception d'un faisceau de câbles, les ingénieurs ont de nombreuses questions auxquelles répondre dès le départ. Certains des plus importants concernent l'environnement dans lequel le harnais sera utilisé. Sera-t-il exposé à la flexion ? Sera-ce dans une salle blanche ? Sera exposé au soleil ou à l'humidité ? Sera-t-il exposé à des produits chimiques ou à des températures extrêmes ?

Le nombre et le type de circuits ou de conducteurs inclus dans un assemblage seront déterminés par l'application. De nombreuses options sont disponibles pour le type de matériau conducteur, le toronnage des conducteurs et le placage appliqué aux matériaux.

Le matériau conducteur le plus polyvalent et le plus largement utilisé est le cuivre. Le cuivre est compatible avec de nombreux revêtements pour retarder la corrosion et faciliter le processus de terminaison. Si une plus grande résistance à la rupture des conducteurs est nécessaire, des options telles que l'acier cuivré et les alliages de cuivre sont disponibles. Ces matériaux utilisent toujours du cuivre, mais ajoutent de l'acier ou des alliages, tels que le cadmium, le chrome et le zirconium, pour augmenter à la fois la durée de vie en flexion et la résistance à la rupture. Dans certaines applications limitées, l'acier inoxydable peut être utilisé comme conducteur, bien que l'acier inoxydable en lui-même soit un matériau conducteur médiocre par rapport au cuivre et qu'il doive être plaqué pour améliorer sa conductivité.

Le cuivre nu est sujet à la corrosion lorsqu'il est exposé à l'atmosphère, de sorte que la plupart des conducteurs sont plaqués avec divers revêtements pour à la fois retarder la corrosion et permettre au cuivre d'être utilisé dans des installations plus rigoureuses. L'étain est l'un des revêtements les plus populaires et les moins chers. Il retarde la corrosion et facilite le processus de terminaison. Si le câble est exposé à des températures plus élevées, des revêtements tels que l'argent ou le nickel peuvent être appliqués. Ces revêtements permettent une utilisation fiable des conducteurs à des températures respectives de 200 C et 260 C.

Les conducteurs peuvent être constitués d'un seul toron solide de matériau conducteur, ou ils peuvent être constitués de plusieurs torons minces. Les conducteurs toronnés ont été développés comme un moyen de surmonter la rigidité des fils solides et se déclinent en de nombreuses variantes. Pour une taille de conducteur donnée, plus le nombre est élevé et plus le diamètre des brins est petit, plus le conducteur est souple.

Chaque conducteur du câble doit être conçu pour son utilisation spécifique. Par exemple, si un conducteur fournira de l'énergie, la quantité de courant qu'il transportera doit être prise en compte avant de déterminer la taille du conducteur à utiliser. Si un conducteur transmet un signal, la vitesse du signal et la longueur de l'assemblage doivent être prises en compte pour déterminer la construction optimale du conducteur.

Les isolateurs sont disponibles en compositions thermodurcissables ou thermoplastiques, et comme pour la construction des conducteurs, le matériau, l'épaisseur et le type d'isolation des conducteurs primaires seront déterminés par l'application. Les matériaux sont disponibles pour répondre à un large éventail d'applications et d'environnements. Certains des domaines critiques à traiter sont la température de fonctionnement ; le type et le niveau de tension que l'ensemble portera ; la dureté de l'environnement d'exploitation et les types de produits chimiques et de fluides auxquels l'assemblage sera exposé.

Des matériaux sont disponibles pour supporter des températures de -65 C à 200 C ou plus. Un facteur qui doit être pris en compte lorsque l'on pense aux températures est de savoir si l'assemblage sera dans un état dynamique ou statique. En d'autres termes, l'assemblée sera-t-elle soumise au mouvement ? Et si oui, à quelle température ? Un assemblage qui sera dans un état dynamique à des températures extrêmes aura besoin d'une isolation plus robuste pour lui permettre de fonctionner correctement.

La quantité de courant ou de tension transportée par l'ensemble de câbles déterminera également le type d'isolation à utiliser. Certains matériaux d'isolation ne sont pas capables de supporter des courants élevés pendant de longues périodes.

Si des signaux à vitesse plus élevée sont transmis, certains matériaux d'isolation seront "moussés" en utilisant soit un processus chimique, soit un processus d'injection de gaz. Ce processus crée des bulles d'air dans l'isolant, permettant le passage du signal à grande vitesse sans être gêné.

L'isolation primaire peut être colorée et marquée à des fins d'identification. La coloration est complétée par l'utilisation d'un colorant qui est mélangé au composé lors de l'étape d'extrusion primaire. Une autre méthode d'identification consiste à imprimer un numéro sur l'isolant ou à appliquer une bande, qui peut être longitudinale, en spirale ou en bandes.

Inventé par Alexander Graham Bell en 1881, la torsion des fils est faite pour annuler les interférences électromagnétiques provenant de sources externes. Le problème de bruit le plus courant concerne les câbles utilisés pour les applications de télécommunications, où les paires d'un même câble sont côte à côte sur de longues distances. En raison de la proximité, une paire peut induire une diaphonie sur une paire adjacente et ce bruit s'additionne sur la longueur du câble. La torsion des paires d'un câble contrecarre cet effet, car les paires ne sont proches l'une de l'autre qu'à la demi-torsion. Si un ensemble est utilisé pour des communications ou une transmission de signal de données, des paires torsadées doivent être envisagées pour éliminer tout risque de bruit ou d'EMI.

Les conducteurs ou paires torsadées peuvent également être câblés ensemble. Le câblage est une opération de fabrication où les conducteurs ou les paires sont enroulés en hélice, ou « câblés », ensemble. Le câblage sert à plusieurs fins. Il permet un assemblage plus flexible, et il produit une configuration ronde qui permettra un assemblage esthétiquement agréable.

Pour contrôler davantage les interférences électromagnétiques et radiofréquences, des blindages peuvent être appliqués une fois que les conducteurs sont câblés ensemble. Il existe plusieurs options pour les boucliers. Chacun a ses avantages et désavantages. L'un des boucliers les plus populaires est une feuille métallisée collée à un support en polyester, connue sous le nom de feuille de blindage. Le bouclier en aluminium est le moins cher. Il a une assez bonne flexibilité, mais pas une bonne durée de vie. Il est bon dans les hautes fréquences, mais moins efficace dans les basses fréquences.

Une autre option pour un bouclier serait un bouclier tressé. Ce type de blindage est composé de nombreux fils de petit diamètre qui sont tressés sur l'âme du câble à l'aide d'équipements spécialisés appelés tresseurs. Ce type de blindage est plus cher qu'un blindage en aluminium, mais il est plus difficile à terminer. Il offre un meilleur blindage à basses fréquences et offre une meilleure durée de vie en flexion.

Un autre type de blindage est un blindage en spirale, dans lequel des fils de petit diamètre sont enroulés autour de l'âme du câble. Ce type de blindage offre une excellente flexibilité avec une longue durée de vie en flexion, mais ne protège pas bien aux hautes fréquences et est difficile à terminer.

La meilleure protection contre les interférences provient d'une combinaison de blindages en feuille et en tresse. Cette combinaison offre une excellente protection à toutes les fréquences et est facile à terminer. Cependant, c'est généralement l'option la plus chère.

Lorsque l'âme du câble est terminée, une gaine ou gaine extérieure est appliquée. Cette veste est un revêtement de protection et est appelée à être ignifuge pour répondre aux exigences UL et CSA. La gaine extérieure doit également être physiquement résistante pour protéger le câble des environnements difficiles, flexible pour permettre le mouvement de l'ensemble pendant l'installation et le fonctionnement, résistante aux produits chimiques et semi-conductrice dans certaines applications.

La gaine peut être fabriquée à partir de nombreux matériaux, en fonction de l'environnement d'utilisation finale. Le PVC est le composé le plus utilisé et le plus rentable. D'autres matériaux comprennent des produits à base d'uréthane pour des applications à service sévère ; produits à base d'élastomère; les fluorocarbures pour la résistance au feu et la ténacité physique ; matériaux à base d'alliage; et des matériaux non halogènes, qui produisent peu de fumée, peu de toxicité et peu d'acide lorsqu'ils sont exposés au feu.

De nombreuses options sont disponibles pour les connecteurs. Le type et la vitesse du signal transmis détermineront le choix du connecteur. Par exemple, si l'alimentation doit être envoyée à travers l'ensemble, un connecteur de type à sertir peut être choisi. Si un signal à grande vitesse doit être transmis, une connexion brasée ou soudée sera utilisée. Les options d'un connecteur peuvent être limitées en fonction de l'assemblage dans lequel le faisceau sera installé. Si l'assemblage final est déjà équipé d'un certain type de connecteur, les choix de bornes seront limités.

La décharge de traction doit également être abordée. Le serre-câble fournit un point de transition entre le câble et la zone de terminaison et empêche qu'une charge appliquée au câble soit transférée aux terminaisons, provoquant une défaillance de la terminaison. Les options de décharge de traction incluent une conception solide ou segmentée. La conception segmentée offre le plus grand soulagement de courbure, mais est plus difficile à garder propre si elle est utilisée dans des environnements stériles.

L'une des principales préoccupations lors de la conception d'un assemblage de câbles ou d'un faisceau de câbles est l'emplacement, c'est-à-dire la région du monde où l'assemblage sera finalement utilisé, les certifications de sécurité de cette région et les normes environnementales à respecter.

De nombreux pays ont leurs propres organismes de réglementation et de normes de sécurité qui imposent l'examen et les tests des appareils électriques. Par exemple, en Amérique du Nord, UL et CSA sont les organismes de réglementation et de normes de sécurité qui établissent les lignes directrices pour les appareils électriques.

Au-delà de l'Amérique du Nord, la plupart des pays auront leurs propres agences de sécurité. La plupart des pays utilisent la CEI (Commission électrotechnique internationale), la CEE (Commission internationale des règles d'approbation des équipements électriques) ou le CENELEC (Comité européen de normalisation électrique) comme base de leurs directives.

Il existe également des normes environnementales qui limitent ou restreignent l'utilisation de substances dangereuses dans les produits. Les directives WEE, REACH et RoHS sont trois de ces normes qui limitent l'utilisation de substances dangereuses. La directive DEEE régit l'élimination et le recyclage des produits électroniques et électriques lorsque les produits arrivent en fin de vie.

En plus des normes de sécurité et environnementales, les assemblages peuvent également devoir répondre aux normes de l'industrie en fonction de critères de performance spécifiques. Selon l'application, l'assemblage de câbles peut devoir répondre à des critères tels que HDMI, SFP+, QSFP, TIA/EIA 568-C.2, ou l'assemblage peut devoir être vérifié par un service de test indépendant tel qu'ETL.

En fin de compte, chaque spécification de la conception doit être traitée dès le départ avant que la fabrication puisse commencer. Ne pas tenir compte de ces facteurs importants pourrait nuire aux performances du produit final et pourrait également affecter le prix du produit. Si vous concevez un produit qui nécessite un assemblage de câbles, il est toujours recommandé d'aborder tous les détails de l'application avec votre fabricant de harnais pour vous aider à déterminer le meilleur assemblage de câbles pour répondre à vos besoins.

Brian Morissette, chef de produit d'assemblage de câbles, Epec Engineered Technologies, New Bedford, MA