CN113795895A - 用于电能和数据传输的组合缆线 - Google Patents

Abstract

一种用于电能和数据传输的组合缆线，具有一条或多条高电流线和第一数据线对，该第一数据线对具有由至少部分导电的护套至少部分地包围的两条相互缠绕的数据线。组合缆线还具有第二数据线对，该第二数据线对具有彼此间隔开的两条数据线。第二数据线对中的彼此间隔开的数据线均布置在第一数据线对的至少部分导电的护套的外表面上。

Description

用于电能和数据传输的组合缆线

本文描述了用于电能和数据传输的组合缆线。

用于能量和数据传输的组合缆线一方面被用于传输电能，且另一方面用于使得能够进行经由为此提供的单独数据线的数据传输。

这种组合缆线被用于例如汽车制造、航空航天技术、机电一体化和工业机器人技术的技术领域中。例如，当要为技术操作单元提供足够的操作能量并且同时要向操作单元传输电子控制信号时，组合缆线的使用是有利的。

已知具有高电流线对和两个数据线对的组合线。

这些已知的组合线的缺点是，由于各个线路之间，特别是高电流线与数据线对之间以及数据线对本身之间的电感和电容性耦合效应，数据传输的质量与使用单独的数据线相比受到负面影响。

该缺点通常通过绞合单条线，高电流线和数据线两者，以及通过使用电磁屏蔽，特别是通过使用用于单条线的箔屏蔽体或编织屏蔽体来抵消。尽管以此方式可减少对数据传输质量的损害，但是这两种措施对于缆线的组装都有缺点。因此，例如当将单条线布置在连接点处的各准备好的接触定位器(Kontaktaufnahmen)中时，多条单线的绞合使得简单的组装变得困难。此外，为了将组合缆线的线电连接到连接点，各个屏蔽必须大部分被剥去并单独接地，这是费力的，且因此增加了所需的组装时间。

尽管现有的组合缆线具有高电流线和多个数据线对，因此需要进一步改进以避免上述缺点。

特别是，提供一种用于电能和数据传输的组合缆线，其在结构上抵消了由于各个线路的电容性和电感性相互作用而导致的对数据传输质量的损害，并且与已知的组合缆线相比尤其提高了可组装性。

该目的通过根据技术方案1的装置实现。具体配置由从属权利要求限定。

用于电能和数据传输的组合缆线具有一条或多条高电流线。特别是，组合缆线可以有两条高电流线，但也可以明确地使用具有三、四或更多条高电流线的缆线阵列。

在本公开的意义上，高电流线是电导体、导体束、导体编织物或导线，其适合于向用电设备提供电能并且被提供用来传输电能或电力并将该电能提供给导体末端的用电设备。此处定义的高电流线可根据规格来使用，不仅可用于高压范围中，还可用于中压范围和低压范围中。例如，这可适于支持电压为230伏、频率为50赫兹和最高电流强度为20安培的交流电。然而，任何其他配置或规格也是明确可能的，其中借助于高电流线最大可传输的能量总是超过借助于数据线可传输的能量。高电流线既可适用于交流电的传输，也可适用于直流电的传输。

组合缆线还具有第一数据线对，其具有彼此绞合的两条数据线，所述数据线至少部分地被至少部分导电和/或导磁的护套包围。特别地，护套可完全包围第一数据线对直到组合缆线的连接点处的数据线的接触点，并且因此也与组合缆线的其他元件产生间距。在这种情况下，至少部分导电的护套可明确地也具有不导电的装置元件或成分和材料，例如介电绝缘层，其形成至少部分导电的护套的外包套表面。这里的外包套表面描述了特别是在径向(缆线)方向上背离第一数据线对的护套表面。

此外，组合缆线具有第二数据线对，其具有以一定距离彼此间隔的两条数据线。第二数据线对的以一定距离彼此间隔的数据线各自被布置在第一数据线对的至少部分导电的护套的外包套表面上。在这种情况下，在本公开的意义上，当另一材料层，特别是(剥离的)绝缘层或绝缘漆层位于第二数据线对的实际数据线与护套的外包套表面之间时，第二数据线对的数据线然后被特别地视为也被布置在第一数据线对的至少部分导电的护套的外包套表面上。换言之，可描述为，包括包围数据线的绝缘层的数据线可被布置在第一数据线对的护套的外包套表面上。

第二数据线对的以某一距离彼此间隔开的数据线可以以例如以护套的(包套)周长的1％至31％，特别是10％至25％的距离彼此间隔开。在一种变型中，数据线可以以这样的方式布置在护套的外包套表面上，使得它们彼此以护套的横截面直径的75％至100％，特别是80％的距离间隔开。

组合缆线的一个优点是可至少部分地消除导体彼此绞合以及用于导体的电磁屏蔽体的使用。第一数据线对的至少部分导电的护套可吸收由导体借助于电磁波发射的能量的至少一部分并且将其至少部分地转换成热量。由此可减少特别是由高电流线因电容和/或电感性效应导致的电磁场对数据传输质量的损害。第一数据线对的至少部分导电的护套对电磁场的衰减

作用至少也部分地覆盖被布置在护套上的第二数据线对，而且由此可完全消除绞合。此外，护套还导致第一数据线对与第二数据线对的两条数据线之间的间距以及第二数据线对的各个数据线之间的间距，从而也抵消了这些线之间的电感或电容性耦合。

可选地，一条或多条高电流线可例如使用绝缘漆或电介质至少部分地包围一条或多条高电流线来电绝缘。此外，至少一条或多条高电流线可至少部分地被电磁屏蔽体包围，特别是被箔屏蔽体或编织屏蔽体包围。

第一和/或第二数据线对的数据线当然也可被提供有绝缘，特别是被提供有包围数据线的绝缘漆或电介质。然而，这在所有实施例中都不是必须的。例如，铜导体可与镀锡导体一起使用/连同镀锡导体使用，以产生相应的数据线对。如此产生的数据线对可在缆芯形成过程中在安装空间中分开地延伸，而无需对单独的铜导体和镀锡导体的绝缘。

数据线的绝缘可特别地与第一数据线对的至少部分导电的护套分开和/或对第一数据线对的部分导电的护套进行附加或补充而形成。

在一个变型例中，第一数据线对可适于以比第二数据线对更高的频率传输数据信号和/或第二数据线对可适于以比第一数据线对更低的频率传输数据信号。

由于相对较高频率的数据信号对电磁干扰因素的反应更敏感，并且比相对较低频率的数据信号更容易受到这样的干扰因素的影响，因此为了确保各个数据线对的仍然可容忍的电磁损害以下是足够的：将第二数据线对布置在第一数据线对的护套的外包套表面上，而第一数据线对被至少部分导电的护套包围。

在一个实施例中，第一数据线对可适于以超过一千赫兹的频率传输数据信号。第二数据线对可适于低于一千赫兹的频率传输数据信号。

在一个变型例中，第一数据线对可适于以超过一兆赫兹的频率传输数据信号。第二数据线对可适于以低于一兆赫兹的频率传输数据信号。例如，第一数据线对可适于以约5兆赫兹到约100兆赫兹，特别是以约50兆赫兹的频率传输数据信号，而第二数据线对可适于传输频率在千赫范围的数据信号。

至少部分地包围第一数据线对的至少部分地导电的护套可具有椭圆形，特别是圆形的横截面几何形状。特别地，与组合缆线的长度延伸正交的横截面可具有椭圆形或圆形的护套横截面。此外，至少部分导电的护套可在椭圆形或圆形横截面几何形状的径向方向上完全包围第一数据线对。然而，这在组合缆线的所有实施例中都不是必须的。

可选地，包围第一数据线对的至少部分导电的护套可具有形成护套的外包套表面或圆周表面的电介质涂层或漆。换言之，可描述的是，特别是至少部分导电的护套的外表面由具有介电特性的材料或材料层形成，使得被布置在该表面上的电导体不产生到至少部分导电的护套的任何导电连接。

在一个实施例中，为至少部分地包围第一数据线对的至少部分导电的护套提出了一种材料，其具有小于1x10¹⁰ohm*m的比体积电阻，例如热塑性弹性体(TPE)，诸如也称为热塑性聚氨酯(TPE-U/TPU)的聚氨酯基热塑性弹性体。与通常使用的(护套)材料诸如聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、热塑性苯乙烯嵌段共聚物(TPE-S/TPS)(具有根据DINEN ISO62631-3-1的>1x10¹⁴ohm*m的相应体积电阻)相比，电阻降低了10,000倍，会导致不需要的电磁辐射转换为热能。然而，根据标准，由于高电压可能导致较高的泄漏电流，以及由于不期望的电化学过程，因此在缆线制造中应避免使用TPE-U作为护套材料。因此，使用TPE-U作为用于至少部分导电的护套的制造材料与用于电能和数据传输的缆线的常规专家实施变型例相矛盾，其中所述的特殊技术优势可以通过使用这种制造材料来实现。

可选地，至少部分地包围第一数据线对的护套可另外被烟灰颗粒(Ruβpartikeln)作用以支持护套的屏蔽效果。这些能贡献所制造的护套的总体积的最大0.3％和3.0％之间。烟灰颗粒可具有约为30nm至1μm，例如50nm、250nm或500nm的直径。

通过第一数据线对的适当绞合，例如通过第一数据线对的角度取向的连续变化来进行绞合，由于第一数据线对的电磁辐射而产生的对第二数据线对的传输质量负面影响可通过由至少部分导电的护套导致的电磁辐射的衰减进一步降低。

在进一步的改进例中，被绞入第一数据线对的两条数据线可围绕数据线对的芯轴连续缠绕，沿芯轴的绞合被布置成与两条高电流线的绞合错开一半绞线长度或成180°，该两条高电流线以对应于第一对数据线对的绞合长度被绞合。由于由两条高电流线在第一数据线对中感应的电流至少基本上相互补偿，因此实现了由于绞合的高电流线的电磁辐射引起的传输干扰的有利降低。

可选地，至少部分导电的护套可具有可变的材料厚度或材料强度。

在一个变型例中，组合缆线可以具有至少两个高电流线，其共同限定被布置在两个高电流线之间的高电流线中间空间。在这种情况下，位于高电流线之间的中间空间可至少部分地或也可完全地采用材料填充，例如采用可选地包围高电流线的介电绝缘材料的一部分填充。

第一数据线对和第二数据线对的数据线各自均可以至少以预定距离与高电流线中间空间间隔开。

可选地，第一数据线对和第二数据线对的数据线可分别在远离高电流线的方向上被与两条高电流线相切的直线间隔开。

由高电流线导致的电磁场在与两条高电流线相切的直线之间，特别是在有边界的中间空间的区域中，具有相对最高的电磁场强度。因此将数据线对的数据线定位在这些区域之外是有利的，但这并不是在所有实施例中绝对必要的。

如果组合缆线具有至少两条高电流线，则这些线可特别地被布置成不绞合地彼此相邻。至少两条高电流线可类似地或彼此不同地配置。在一个示例中，至少两条高电流线具有至少基本相同的横截面直径。

第一数据线对的数据线和/或第二数据线对的数据线可各自相似或彼此不同地配置。此外，组合缆线的所有数据线都可彼此相似或不同地配置。在一个示例中，组合缆线的所有数据线具有至少基本相同的横截面直径。

如果X是第一直线距第二直线的最短可能距离，其中第一直线与第二数据线对的两条数据线相切，第二直线平行于第一直线延伸穿过横截面中心点或穿过第一数据线对的绞合轴，且如果Y是第一数据线对的数据线的直径，特别是包括该数据线的绝缘体的第一数据线对的数据线的直径，则X可对应于Y值的至少0.9倍。在组合缆线的其他变型例中，X可对应于Y值的至少1.0倍或至少1.1倍。

由此可以保证，第一数据线对的绞合在一起的线与第二数据线对的彼此间隔开的线之间产生最小距离，使得第一数据线对的线不位于或仅略微位于第二数据线对的相互间隔开的各线之间包围的数据线中间空间中。由于第二数据线对的线所导致的电磁场在它们所界定的数据线中间空间内具有最高电磁场强度，因此有利地将第一线对的彼此绞合的线至少基本上布置在这个数据线中间空间之外。

对专家来说显而易见的是，前面描述的方面和特征可以以任何方式组合。

其中参考附图的其他特征、特性、优点和可能的修改基于以下描述对于专家来说将是清楚的。在此，附图示意性地并且以示例的方式显示了用于电能和数据传输的相应组合缆线。图中所示部件的尺寸和比例并非按比例绘制。

图1示意性地显示了用于电能和数据传输的已知组合缆线的一个示例。

图2示意性地显示了用于电能和数据传输的已知组合缆线的另一个示例。

图3-5分别示意性地并且示例性地显示了用于电能和数据传输的组合缆线，其具有包围数据线对的部分导电的护套。

图1以截面图示意性地显示了用于电能和数据传输的已知组合缆线100的一个示例。组合缆线100具有圆形横截面几何形状，并具有第一高电流线布置A和第二高电流线布置B。第一高电流线布置A具有第一高电流线A30、第一高电流线绝缘体A20和第一高电流线路屏蔽A10。第二高电流线路布置B具有第二高电流线B30、第二高电流线绝缘体B20和第二高电流线屏蔽B10。

此外，图1中所示的组合缆线100的示例具有第一数据线布置C和第二数据线布置D。第一数据线布置C在此具有第一数据线屏蔽体C10、第一填充材料C15和第一数据线对，第一数据线对具有两条彼此绞合的数据线C32、C34，每条数据线分别被数据线绝缘体C22、C24包围。第二数据线布置D在此具有第二数据线屏蔽体D10、第二填充材料D15和第二数据线对，第二数据线对具有彼此绞合的两条数据线D32、D34，每条数据线分别被数据线绝缘体D22、D24包围。

此外，图1中所示的线布置A、B、C和D彼此绞合以抵消线布置之间的电容性和电感性耦合的影响。

图1中所示的装置的缺点在于，由于线布置和屏蔽体A10、B10、C10和D10的绞合，使得组合缆线100的组装变得困难且特别耗时。

图2以截面图示意性地显示了用于电能和数据传输的已知组合缆线200的另一个示例。此处所示的高电流线布置A和B对应于图1中所示和上文所述的高电流线布置。然而，与图1所示的示例不同的是，组合缆线200具有带有星形绞合或四绞数据线E32、E34、E36和E38的数据线布置E。在这种情况下，数据线布置E具有：数据线屏蔽体E10；填充材料E15；四条星形绞合数据线E32、E34、E36和E38，每条数据线都被绝缘体E22、E24、E26、E28包围；以及中心元件E40，其周围布置有星形绞合或四绞数据线E32、E34、E36和E38。

图2中所示的线布置A、B和E进一步彼此绞合以抵消线布置之间的电容性和电感性耦合的影响。

图2中所示的组合缆线还具有以下缺点：由于需要屏蔽体A10、B10和E10以及由于线布置A、B和E的绞合，组合缆线100的组装变得困难并且特别耗时。

图3显示了组合线缆300的截面图，与图1和图2中的那些相比，并且与上述组合线缆相比，组合线缆300更易于组装。

组合线缆300具有第一高电流线布置F和第二高电流线布置G。第一高电流线布置F具有被第一高电流线绝缘体F20包围的第一高电流线F30。第二高电流线布置G具有被第二高电流线绝缘体G20包围的第二高电流线G30。

组合线缆300还具有第一数据线布置J。第一数据线布置J在此具有第一对数据线J32、J34，它们各自由绝缘体J22、J24包围。数据线J32和J34彼此绞合。第一数据线装置J还具有至少部分导电的护套J50，其径向地包围彼此绞合的绝缘数据线J32和J34。

护套J50适于吸收由线布置发射的电磁波的至少一部分并且将它们至少部分地转换成热量。由此可减少由于特别是由高电流线F30、G30因电容性和/或电感性效应引起的电磁场导致的对数据传输质量的损害。

图3中作为示例示出的具有护套J50的数据线布置J具有与护套J50一起形成的介电护套表面J60。换言之，可描述介电护套表面J60形成至少部分导电的护套J50的外包套表面或圆周表面。

图3还显示了组合缆线300具有第二数据线布置H1、H2，第二数据线布置H1、H2具有以一定距离彼此间隔开的一对数据线H32和H34。在所示的示例中，以一定距离彼此相隔开的数据线H32和H34均被绝缘体H22、H24包围，但这并非在所有实施例中都是必需的。

第二数据线布置H1、H2的彼此间隔开的绝缘数据线H32和H34各自布置在第一数据布置J的至少部分导电的护套J50的外包套表面J60上。

在所示示例中，第一数据线布置J的数据线J32、J34适于以比第二数据线布置H1、H2的数据线H32、H34更高的频率传输数据信号。例如，数据线J32、J34可适用于传输频率为一兆赫或更高的数据信号，而数据线H32、H34适于传输频率小于一兆赫的数据信号。.

由于具有相对较高频率的数据信号对电磁干扰因素的反应更敏感，或者比具有相对较低频率的数据信号更容易受到这种干扰因素的损害，为了确保各个数据线对的电磁损害仍然可容忍，以下是足够的：第二数据线布置H1、H2的数据线H32、H34布置在第一数据线布置J的护套的外包套表面J60上，而第一数据线布置J的数据线J32、J34由至少部分导电的护套J50包围。

图4和5用于进一步阐明图3中所示的组合线缆300的有利方面。为清楚起见，图4和图5中所示的组合缆线300的结构组成部分没有提供附图标记，其中图4和图5中所示的组合缆线300的缆线的组成部分在每种情况下都与前面描述且显示于图3的组合缆线300相同。

图4示出了组合线300的所有数据线H32、H34、J32、J34与高电流线F30、G30之一至少间隔距离Z2。此外，组合线300的所有数据线H32、H34、J32、J34也与以高电流线F30、G30为边界的中间空间和/或与彼此平行的两条直线之间的区域间隔开，这两条直线分别与两条高电流线F30、G30相切。换句话说，可描述为，数据线H32、H34、J32、J34在组合线300的截面图中，分别被布置在与高电流线F30、G30不同的垂直平面/截面中。

这里的一个优点是，在分别与高电流线F30、G30相切的两条彼此平行的直线之间的区域中，由高电流线F30、G30产生的电磁场具有最大的电磁场强度，使得将数据线与该区域间隔一定距离可抵消对数据传输质量的损害。

图5示出彼此绞合的数据线J32、J34也以一定距离与布置在至少部分导电护套J50的外表面J60上的数据线H32、H34间隔开，使得在组合线300的截面图中，数据线布置H和J的数据线对分别布置在不同的垂直平面/截面中。换言之，可描述为，绞合的数据线J32、J34不位于或至少几乎不位于以布置在护套J50的外表面J60上的数据线H32、H34为界的中间空间中。

这在所示的示例中确保了，如果X是第一直线距第二直线的最短可能距离，其中第一直线与第二数据线布置H1、H2的数据线H32、H34相切，第二直线平行于第一直线延伸穿过横截面中心点或穿过具有绞合数据线J32、J34的第一数据线布置J的绞合轴线，并且如果Y是包括其绝缘体J22、J24的绞合数据线J32、J34之一的直径，则X为Y值的0.9倍。

这里的优点是，由第二数据线布置H1、H2的数据线H32、H34产生的电磁场主要出现在被界定在数据线H32和H34之间的数据线中间空间中，仅以减少的程度损害经由第一线布置J的数据线J32、J34的数据传输。

应当理解，上面解释的示例性实施例不是结论性的并且不限制本文公开的主题。特别地，对于本领域熟练的技术人员来说显而易见的是，他可在不偏离本文公开的主题的情况下以任何方式将所描述的特征彼此组合和/或可省略各种特征。

Claims (7)

1.一种用于电能和数据传输的组合缆线，具有

一条或多条高电流线；

第一数据线对，其具有彼此绞合的两条数据线，所述数据线至少部分地被至少部分导电的护套包围；

第二数据线对，其具有彼此间隔开的两条数据线，其中，

所述第二数据线对的彼此间隔开的数据线各自都被布置在所述第一数据线对的所述至少部分导电的护套的外包套表面上。

2.根据权利要求1的组合缆线，其中，

所述一条或多条高电流线是电绝缘的；和/或

所述一个或多个高电流线至少部分地被电磁屏蔽体包围，特别是被箔屏蔽体和/或编织屏蔽体包围；和/或

所述第一数据线对具有用于每一所述绞合数据线的电绝缘，和/或

所述第二数据线对具有用于彼此间隔开的每条所述数据线的电绝缘。

3.根据前述权利要求之一的组合缆线，其中，

所述第一数据线对适于传输频率超过一千赫兹的数据信号；和/或

所述第二数据线对适于传输频率低于一千赫兹的数据信号。

4.根据前述权利要求中任一项所述的组合缆线，其中，

所述至少部分导电的护套具有椭圆形、特别是圆形的横截面几何形状；和/或

所述至少部分导电的护套在径向方向上完全包围第一数据线对；和/或

包围所述第一数据线对的所述至少部分导电的护套具有形成所述护套的所述外圆周表面的介电涂层或漆。

5.根据前述权利要求中任一项所述的组合缆线，具有

至少两条高电流线，其中，

所述至少两条高电流线一起界定高电流线中间空间，且其中

所述第一数据线对和所述第二数据线对的数据线各自与所述高电流线中间空间至少以预定距离间隔开，和/或

所述第一数据线对和所述第二数据线对的数据线分别和与所述两条高电流线相切的直线在远离所述高电流线的方向间隔开。

6.根据权利要求5的组合缆线，其中，

所述至少两条高电流线彼此相邻地非绞合地布置。

7.根据前述权利要求中任一项所述的组合缆线，其中，

如果X是第一直线距第二直线的最短可能距离，其中，所述第一直线与所述第二条数据线对的两条数据线相切，所述第二条直线平行于所述第一条直线延伸穿过所述第一数据线对的横截面中心点，且

如果Y是第一数据线对的数据线的直径，特别是包括该数据线的绝缘体的所述第一数据线对的数据线的直径，

那么X是Y值的至少0.9倍。

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