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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kabel, aufweisend wenigstens eine Leitung und eine Kontakteinrichtung, wobei die Kontakteinrichtung ein mit der Leitung verbundenes Kontaktelement aufweist. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen eines Kabels mit einer Kontakteinrichtung.
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Kabel werden dazu eingesetzt, um Energie für eine Strom- bzw. Spannungsversorgung und/oder um Informationen zu übertragen. Übliche Kabel weisen eine oder mehrere Leitungen auf, welche von einem Isolator, dem sogenannten Mantel, beispielsweise kreisförmig umhüllt sind. Die Leitungen werden auch als Adern bezeichnet. Bei einem mehradrigen Kabel sind die einzelnen Leitungen ferner von einem eigenen Isolator, der Aderisolierung, umgeben, während der Kabelmantel sämtliche Leitungen umhüllt. Dabei kann zwischen dem Kabelmantel und den Leitungen zusätzlich eine Abschirmung vorgesehen sein, welche üblicherweise in Form eines Drahtgeflechts ausgebildet ist.
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Bekannte Kabel weisen an den Kabelenden ferner Kontakteinrichtungen auf, durch welche die Kabel an andere Vorrichtungen (oder auch Kabel) angeschlossen werden können. Die Kontakteinrichtungen umfassen Kontaktelemente, welche mit den Leitungen der betreffenden Kabel verbunden sind. Eine Kontakteinrichtung ist üblicherweise in Form eines sogenannten Steckverbinders ausgebildet, welcher mit einem komplementären Steckverbinder-Gegenstück zusammen gesteckt werden kann. Mögliche Ausgestaltungen von Steckverbindern sind Stecker und Buchsen bzw. Kupplungen.
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Um ein (mehradriges) Kabel mit einer Kontakteinrichtung zu versehen, wird zunächst ein Teil des Kabelmantels und der Abschirmung im Bereich eines Kabelendes entfernt, nachfolgend die Kontakteinrichtung bzw. deren Kontaktelemente mit den Leitungen des Kabels verbunden, sowie das Kabelende mit einem entsprechenden Gehäuse versehen. In einer bekannten Ausgestaltung ist des Weiteren vorgesehen, vor dem Anbringen des Gehäuses zusätzlich eine metallische Hülse im Bereich des Kabelabschnitts, in welchem die Abschirmung entfernt ist, anzuordnen, welche die Leitungen des Kabels umschließt. Durch die Hülse, welche auch als „Impedanzhülse” (impedance crimp) bezeichnet wird, soll das Fehlen der Abschirmung kompensiert werden, so dass das Kabel auch in diesem Bereich einen auf die Ausdehnung des Kabels bezogenen möglichst homogenen Impedanzverlauf aufweist.
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Trotz dieser Lösung kann das Problem bestehen, dass sich das Impedanzverhalten eines Kabels nur ungenügend homogenisieren lässt. Die Abschirmung umhüllt die Leitungen des Kabels relativ nah und in einem einheitlichen Abstand, wohingegen sich eine Impedanzhülse nicht oder nur sehr schwer mit solchen Eigenschaften in Bezug auf die Leitungen ausbilden lässt. Infolgedessen kann im Bereich der Impedanzhülse eine relativ große Impedanzänderung vorliegen. Dieser Nachteil tritt insbesondere dann auf, wenn die Leitungen in dem abgeschirmten Kabelabschnitt relativ nah, und im Bereich der Kontaktelemente in einem größeren Abstand zueinander angeordnet sind, so dass sich der Abstand der Leitungen zueinander in dem dazwischen liegenden Bereich, in welchem auch die Impedanzhülse angeordnet wird, ändert.
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Darüber hinaus sind Ausführungsformen von Kabeln bekannt, bei denen das Kabel vor der betreffenden Kontakteinrichtung eine Biegung von zum Beispiel 90° aufweist. In einem solchen Fall kann eine Impedanzhülse die Leitungen nur zu einem Teil umschließen, wohingegen die Leitungen in einem an die Kontakteinrichtung angrenzenden Kabelabschnitt nicht von der Impedanzhülse umgeben sind. Auch dies hat eine relativ große Impedanzänderung zur Folge.
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Ein inhomogener Impedanzverlauf entlang des elektrischen Pfads bzw. Signalpfads kann zu störenden Reflexionen im Betrieb des betreffenden Kabels führen. Dies stellt insbesondere ein Problem für Hochgeschwindigkeitsanwendungen wie zum Beispiel HSD (high speed data) dar, bei welchen die Kabel zur Übermittlung von Signalen mit relativ hohen Frequenzen eingesetzt werden.
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Von Nachteil ist ferner, dass unterschiedliche Kabel bzw. unterschiedliche Biegungen von Kabeln den Einsatz von jeweils eigenen Impedanzhülsen erfordert, was mit einem relativ großen Aufwand verbunden ist. Die Verwendung von starren Impedanzhülsen kann darüber hinaus dazu führen, dass Isolierungen der Leitungen bei der Montage gequetscht und gegebenenfalls beschädigt werden. Derartige Folgen können auch nachträglich während der Betriebszeit der Kabels auftreten, beispielsweise aufgrund von mechanischen Beanspruchungen bzw. Vibrationen und temperaturbedingten Ausdehnungen.
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Die
US 2007/0140643 A1 beschreibt ein Kabel, welches zur Verbindung eines Festplattenlaufwerks mit einer Steuereinrichtung eines RAID-Systems (Redundant Array of Independent Disks) eingesetzt wird. Das Kabel umfasst zwei zweiadrige Einzelkabel, welche von einem gemeinsamen Mantel und einer gemeinsamen Abschirmung umgeben sind. Jedes Einzelkabel umfasst zwei jeweils von einer Aderisolierung umgebene Signalleitungen und eine als „drain wire” bezeichnete Erdungsleitung. Die Leitungen sind miteinander verdrillt und von einem metallischen Band spiralförmig umgeben, welches die Abschirmung des Kabels kontaktiert. An den Kabelenden ist jeweils eine Kontakteinrichtung angebracht, welche eine in ein Gehäuse einsetzbare Leiterplatte mit Randkontakten und Lötflächen zum Anschließen der Leitungen aufweist. Für das Anschließen werden an dem betreffenden Kabelende sowohl ein Teil des Kabelmantels und der Abschirmung entfernt, um die Leitungen zu vereinzeln, als auch ein Teil des metallischen Bands und der Aderisolierungen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Kabel bereitzustellen, welches sich insbesondere durch ein homogeneres Impedanzverhalten auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird durch ein Kabel gemäß Anspruch 1 und durch ein Verfahren gemäß Anspruch 9 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß wird ein Kabel vorgeschlagen, welches wenigstens eine Leitung und eine Kontakteinrichtung aufweist. Die Kontakteinrichtung weist ein mit der Leitung verbundenes Kontaktelement auf. Darüber hinaus weist das Kabel einen elektrischen Leiter auf, welcher im Bereich eines an die Kontakteinrichtung angrenzenden Kabelabschnitts spiralförmig um die wenigstens eine Leitung gewickelt ist.
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Ein gewickelter elektrischer Leiter kann im Unterschied zu einer starren Impedanzhülse mit einer flexiblen Form bereitgestellt werden, welche an die jeweiligen räumlichen Gegebenheiten anpassbar ist. Insbesondere kann der elektrische Leiter derart gewickelt sein, dass der elektrische Leiter die (wenigstens eine) Leitung in einem einheitlichen Abstand umhüllt bzw. möglichst nah und unmittelbar umschließt. Dadurch kann das Impedanzverhalten des Kabels eine relativ hohe Homogenität bzw. Linearität aufweisen, woraus ein verbessertes Reflexions- und damit Signalübertragungsverhalten folgt. Durch die flexible Form kann der elektrische Leiter ferner für eine Vielzahl an unterschiedlichen Kabeln zum Einsatz kommen. Auch kann eine Beschädigung der (wenigstens einen) Leitung bei der Montage vermieden werden. Da sich die bei der Montage festgelegte Form des elektrischen Leiters selbst nachträglich noch ändern kann, können auch Beeinträchtigungen im Betrieb des Kabels aufgrund von beispielsweise mechanischen Beanspruchungen und temperaturbedingten Ausdehnungen verhindert werden.
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Erfindungsgemäß weist das Kabel einen Abschirmungsabschnitt auf, in welchem die wenigstens eine Leitung von einer Abschirmung umgeben ist. Der Abschirmungsabschnitt grenzt an den Kabelabschnitt mit dem elektrischen Leiter an. Der elektrische Leiter kann hierbei die (wenigstens eine) Leitung wie die Abschirmung möglichst homogen und nah umgeben, so dass die Impedanz des Kabels im Bereich des elektrischen Leiters an die im Bereich des Abschirmungsabschnitts vorliegende Impedanz angepasst ist. Auf diese Weise wird ein homogener Impedanzverlauf am Übergangsbereich zwischen dem Abschirmungsabschnitt und der Kontakteinrichtung ermöglicht.
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Im Hinblick auf den elektrischen Leiter kommen unterschiedliche bevorzugte Ausführungsformen in Betracht. Beispielsweise kann der elektrische Leiter ein Einzeldraht sein. Der Einzeldraht kann hierbei ein unisolierter Draht sein, wodurch eine elektrische Verbindung zwischen den Windungen des gewickelten elektrischen Leiters ermöglicht wird.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der elektrische Leiter ein Flachdraht. Dadurch besteht die Möglichkeit, den Leiter derart zu wickeln, dass sich benachbarte Windungen vollständig an den Seiten überlappen. Hierdurch kann die (wenigstens eine) Leitung des Kabels im Bereich des an die Kontakteinrichtung angrenzenden Kabelabschnitts umfassend von dem elektrischen Leiter umgeben sein.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der elektrische Leiter eine Litze, welche mehrere Einzeldrähte umfasst. Auch hierdurch kann eine möglichst vollständige Ummantelung der (wenigstens einen) Leitung erzielt werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Kabel im Bereich des Kabelabschnitts mit dem elektrischen Leiter eine Biegung auf. Durch die Biegung, welche zum Beispiel einen Winkel von im Wesentlichen 90° einschließen kann, kann ein einfacheres Anschließen des Kabels mit der Kontakteinrichtung an eine komplementäre Kontakteinrichtung ermöglicht werden. Insbesondere in einer gebogenen Ausgestaltung des Kabels erweist sich die flexible Form des gewickelten elektrische Leiters von Vorteil. Der elektrische Leiter kann im Bereich der Biegung vollständig und direkt um die (wenigstens eine) Leitung angeordnet sein, wodurch das Kabel eine über die Kabellänge möglichst einheitliche Impedanz aufweist. Des Weiteren ist ein gewickelter elektrischer Leiter im Gegensatz zu einer starren Impedanzhülse für eine Vielzahl unterschiedlicher Biegungen bzw. Biegungswinkel einsetzbar.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Kabel mehrere Leitungen auf. Die Kontakteinrichtung weist mehrere Kontaktelemente auf, welche jeweils mit einer Leitung verbunden sind. Hierbei ist der elektrische Leiter im Bereich des an die Kontakteinrichtung angrenzenden Kabelabschnitts spiralförmig um die mehreren Leitungen gewickelt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die Leitungen im Bereich der Kontakteinrichtung einen größeren Abstand zueinander auf als in einem von der Kontakteinrichtung beabstandeten Kabelabschnitt. Die flexible Form des gewickelten elektrischen Leiters bietet auch bei einer solchen Abstandsänderung der Leitungen die Möglichkeit, die Leitungen in einem einheitlichen Abstand bzw. möglichst unmittelbar zu umschließen, wodurch ein homogenes Impedanzverhalten des Kabels begünstigt wird.
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Erfindungsgemäß wird ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Kabels mit einer Kontakteinrichtung vorgeschlagen, wobei das Kabel wenigstens eine Leitung, und die Kontakteinrichtung ein Kontaktelement aufweist. Bei dem Verfahren wird das Kontaktelement mit der Leitung verbunden. Des Weiteren ist vorgesehen, dass ein elektrischer Leiter im Bereich eines an die Kontakteinrichtung angrenzenden Kabelabschnitts spiralförmig um die wenigstens eine Leitung gewickelt wird. Das auf diese Weise hergestellte Kabel weist ein homogeneres Impedanzverhalten auf. Auch kann das Verfahren für eine Vielzahl unterschiedlicher Kabel angewendet werden. Darüber hinaus lassen sich Probleme wie zum Beispiel eine Beschädigung der (wenigstens einen) Leitung vermeiden.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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Die 1 bis 6 die Herstellung eines Kabels mit einer Kontakteinrichtung in unterschiedlichen schematischen Ansichten, wobei ein elektrischer Leiter zur Homogenisierung der Impedanz verwendet wird;
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7 und 8 Impedanzverläufe, welche an einem herkömmlichen Kabel und an einem Kabel mit einem elektrischen Leiter zur Impedanzhomogenisierung gemessen wurden;
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9 und 10 Reflexionsverläufe, welche an einem herkömmlichen Kabel und an einem Kabel mit einem elektrischen Leiter zur Impedanzhomogenisierung gemessen wurden; und
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11 und 12 weitere Kabel, jeweils in einer schematischen Ansicht.
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Die folgenden Figuren zeigen Ausführungsformen von Kabeln, bei denen im Bereich eines an eine Kontakteinrichtung angrenzenden Kabelabschnitts ein elektrischer Leiter spiralförmig um Leitungen des Kabels gewickelt ist, um ein homogenes Impedanzverhalten des jeweiligen Kabels zu erzielen. Auf diese Weise sind die Kabel insbesondere für Hochgeschwindigkeitsanwendungen wie zum Beispiel HSD (high speed data) geeignet, da die Signalübertragung beeinträchtigende Reflexionen verhindert bzw. weitgehend unterdrückt werden können. Eine derartige Anordnung kann an beiden Kabelenden eines Kabels, welche gegebenenfalls komplementäre Kontakteinrichtungen bzw. Steckverbinder aufweisen, vorgesehen werden.
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Die 1 bis 6 zeigen die Herstellung eines Kabels 100 mit einer Kontakteinrichtung 120 in Form eines Buchsen-Steckverbinders, wobei zusätzlich ein elektrischer Leiter 150 zur Impedanzhomogenisierung verwendet wird. Anhand des Verfahrens wird der genaue Aufbau des Kabels 100 ersichtlich. Das Kabel 100 ist zum Beispiel ein vieradriges HSD-Kabel, bei dem an dem in den Figuren dargestellten Kabelende eine Kontakteinrichtung 120 in Form eines Buchsensockels angebracht wird.
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1 zeigt eine schematische Ansicht des Kabels 100, an welchem bereits erste Verfahrensschritte durchgeführt wurden. Die 2 und 3 zeigen des Weiteren schematische Schnittansichten, welche sich auf die in 1 eingezeichneten Schnittlinien A-A und B-B beziehen. Das Kabel 100 weist vier Leitungen 110 auf. Jede der Leitungen 110 umfasst eine (elektrisch leitfähige) Ader 111, welche von einer Aderisolierung 112 umhüllt ist (vgl. 2 und 3). Im Betrieb des Kabels 100 können beispielsweise jeweils zwei diagonal zueinander angeordnete Leitungen 110 als Signalleitungspaar eingesetzt werden.
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Bei dem Verfahren wird zunächst das Kabel 100 bereitgestellt, welches über die gesamte Kabellänge einen Aufbau entsprechend 2 aufweist. Hierbei sind die Leitungen 110 in einem engen Abstandraster zueinander angeordnet, in welchem die Leitungen 110 unmittelbar aneinander angrenzen. Die Leitungen 110 sind ferner von einer Abschirmung 131, und die Abschirmung 131 ist von einem isolierenden Kabelmantel 132 umgeben. Die Abschirmung 131 ist zum Beispiel in Form eines Drahtgeflechts bzw. -netzes ausgebildet und dient dazu, die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) des Kabels 100 zu gewährleisten. Dabei soll die Abschirmung 131 dafür sorgen, dass einerseits auf das Kabel 100 von außen einwirkende elektromagnetische Felder und andererseits von dem Kabel 100 ausgehende elektromagnetische Felder abgeschirmt werden, um hiermit verbundene Störungen zu vermeiden.
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Von dem bereitgestellten Kabel 100 wird zunächst wie in 1 dargestellt an dem betreffenden Kabelende ein Teil des Kabelmantels 132 und ein Teil der Abschirmung 131 entfernt, wodurch die Leitungen 110 freigelegt und vereinzelt werden. Hierbei wird der Kabelmantel 132 weiter entfernt als die Abschirmung 131. Die Abschirmung 131 weist daher einen freistehenden Abschnitt auf, welcher wie in 1 angedeutet von den Leitungen 110 absteht bzw. weg gebogen werden kann.
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Nach dem Freilegen der Leitungen 110 werden die einzelnen Leitungen 110 bzw. deren Adern 111 jeweils mit einem Kontaktelement in Form einer Kontaktbuchse 125 verbunden. Zu diesem Zweck kann beispielsweise ein Klemmverfahren (Crimpen) durchgeführt werden, wobei zuvor ein Teil der die Adern 111 umgebenden Aderisolierung 112 entfernt werden kann. Möglich ist auch das Durchführen eines Lötverfahrens.
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Die mit den Leitungen 110 verbundenen Kontaktbuchsen 125 werden ferner wie in 1 dargestellt in zugehörigen Aussparungen eines isolierenden Halteelements 121 angeordnet bzw. befestigt, wodurch die Kontakteinrichtung 120 im Wesentlichen fertig gestellt ist. In dem Halteelement 121, welches vorliegend auch als „Buchsenkörper” bezeichnet wird, sind die Kontaktbuchsen 125 in einem vorgegebenen Abstandsraster zueinander angeordnet. Dies trifft auch auf die Leitungen 110 in einem Bereich vor der Kontakteinrichtung 120 zu, wie anhand von 3 ersichtlich wird. An dieser Stelle weisen die Leitungen 110 gegenüber dem in 2 dargestellten Abschirmungsabschnitt, in welchem die Leitungen 110 aneinander angrenzend angeordnet und direkt von der Abschirmung 131 umgeben sind, einen größeren Abstand zueinander auf. In dem „abschirmungsfreien” Bereich zwischen dem Abschirmungsabschnitt und der Kontakteinrichtung 120 ändert sich daher wie in 1 dargestellt der Abstand zwischen den Leitungen 110.
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Nachfolgend wird wie in 4 dargestellt ein elektrischer Leiter 150 in einem Abschnitt des Kabels 100 zwischen dem Abschirmungsabschnitt und der Kontakteinrichtung 120 bzw. ab der Stelle der Vereinzelung der Leitungen 110 bis zur Kontakteinrichtung 120 spiralförmig um die Leitungen 110 gewickelt. Ein derartiger Wicklungsschritt kann auf einfache und schnelle Weise durchgeführt werden. Bei dem elektrischen Leiter 150 kann es sich beispielsweise um einen unisolierten Einzeldraht 150 handeln, welcher aus einem elektrisch leitfähigen bzw. metallischen Material gebildet ist (beispielsweise Kupfer) und zum Beispiel einen runden bzw. kreisförmigen Querschnitt aufweist. Entgegen der Darstellung in 4 (und auch der 5 und 6) können die Windungen des Drahts 150 relativ nah zueinander gewickelt werden, um zu erreichen, dass sich benachbarte Windungen wenigstens zu einem Teil berühren oder sogar überlappen, und die Leitungen 110 daher im Wesentlichen vollständig von dem Draht 150 umgeben sind. Des Weiteren kann der Draht 150 wie in den 4 bis 6 angedeutet entweder einlagig, oder alternativ auch in mehreren Lagen um die Leitungen 110 herum gewickelt werden (nicht dargestellt).
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Durch das Wickeln kann der Einzeldraht 150 einheitlich bzw. möglichst nah und direkt um die Leitungen 110 herum angeordnet werden. Dies ist im Gegensatz zu einer herkömmlichen Impedanzhülse selbst dann möglich, wenn sich wie vorliegend im Bereich des abschirmungsfreien Kabelabschnitts die Abstände der Leitungen 110 zueinander verändern. Aufgrund dieser Eigenschaft ist der Einzeldraht 150 gegenüber einer Impedanzhülse besser dazu geeignet, dem Kabel 100 ein auf die Kabellänge bezogenes möglichst homogenes bzw. lineares Impedanzverhalten zu verleihen. Hierauf wird weiter unten noch näher eingegangen.
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Nach dem Anbringen des Einzeldrahts 150 wird das Kabel 100 wie in 5 dargestellt gebogen, so dass im Bereich des Einzeldrahts 150 eine Biegung 105 vorliegt. Die Biegung 105, durch welche beispielsweise ein einfacheres Anschließen des hergestellten Kabels 100 mit der Kontakteinrichtung 120 an eine komplementäre Kontakteinrichtung ermöglicht wird, kann zum Beispiel einen Winkel von im Wesentlichen 90° einschließen. Auch hierbei erweist sich der gewickelte Einzeldraht 150 als vorteilhaft, da sich der Einzeldraht 150 mit seiner flexiblen Form an die Biegung 105 des Kabels 100 anpassen kann, wodurch die Leitungen 110 auch nach dem Biegen im Wesentlichen vollständig und direkt von dem Draht 150 umhüllt sein können.
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Anstelle den Einzeldraht 150 vor Erzeugen der Biegung 105 um die Leitungen 110 des Kabels 100 zu wickeln, kann ein derartiger Schritt alternativ auch erst nach dem Herstellen der Biegung 105 durchgeführt werden. Auch bei einer solchen Vorgehensweise kann der Einzeldraht 150 aufgrund des Wickelns möglichst direkt und vollständig um die Leitungen 110 herum angeordnet werden.
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Nachfolgend werden weitere Verfahrensschritte durchgeführt, um das Kabel mit dem in 6 dargestellten Aufbau zu vervollständigen. Hierbei wird an dem Kabelende ein Gehäuse 141 angeordnet, welches die Kontakteinrichtung 120 einfasst und eine an die Biegung 105 angepasste gebogene Form aufweist. Zum Anbringen des Gehäuses 141 können beispielsweise zwei Gehäusehälften aneinandergefügt werden. Das Gehäuse 141, welches ein elektrisch leitfähiges bzw. metallisches Material aufweist, reicht hierbei im Wesentlichen bis an den Abschirmungsabschnitt des Kabels 100 (in welchem die Leitungen 110 unmittelbar von der Abschirmung 131 umhüllt sind) heran.
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Das Gehäuse 141 dient dazu, ein Abschirmen des Kabels 100 im Bereich des Kabelendes bzw. der Kontakteinrichtung 120 zu ermöglichen. Hierfür wird der zuvor abstehende Abschnitt der Abschirmung 131 wie in 6 dargestellt an dem Gehäuse 141 angeordnet. Auch wird in diesem Bereich eine Klemmhülse 142 angebracht, welche die Abschirmung 131 an das Gehäuse 141 andrückt, so dass das Gehäuse 141 elektrisch an die Abschirmung 131 angebunden ist. Die Klemmhülse 142 kann ein elektrisch leitfähiges bzw. metallisches Material aufweisen.
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Im Unterschied zu einer starren Impedanzhülse kann die Form des Drahts 150 durch das Wickeln flexibel festgelegt werden. Der Draht 150 kann daher mit einem möglichst einheitlichen bzw. nahen Abstand in Bezug auf die Leitungen 110 um die Leitungen 110 herum ausgebildet werden, wodurch das Kabel 100 bezogen auf dessen Längsausdehnung ein relativ homogenes Impedanzverhalten bzw. einen relativ homogenen Impedanzverlauf aufweist. Hiermit verbunden ist ein verbessertes Reflexions- und damit Signalübertragungsverhalten. Der Vorteil der flexiblen Form tritt gegenüber einer Impedanzhülse insbesondere dann auf, wenn sich wie vorliegend der Abstand der Leitungen 110 zueinander ändert (Übergang von einem engen zu einem aufgeweiteten Abstandsraster) und das Kabel 100 eine Biegung 105 aufweist. Selbst bei Vorliegen der Biegung 105 kann der Draht 150 die Leitungen 110 vergleichbar mit der Abschirmung 131 möglichst nah und symmetrisch umgeben, was insbesondere in einem Bereich direkt bis zu der Kontakteinrichtung 120 möglich ist. Die Impedanz des Kabels 100 in dem abschirmungsfreien Kabelabschnitt, in welchem die Abschirmung 131 entfernt ist, ist daher durch Einsatz des Leiters 150 an die im Bereich des Abschirmungsabschnitts vorliegende Impedanz angepasst.
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Ein weiterer Vorteil der flexiblen Form des gewickelten Drahts 150 ist, dass eine Beschädigung der Leitungen 110 bzw. deren Isolierungen 112 bei der Montage vermieden werden kann. Auch kann sich Form des Drahtwickels nach der Herstellung noch ändern, so dass Beeinträchtigungen im Betrieb des Kabels 100 aufgrund von beispielsweise mechanischen Beanspruchungen und temperaturbedingten Ausdehnungen verhindert werden können. Darüber hinaus kann ein solcher Leiter bzw. Draht 150 bei einer Vielzahl an unterschiedlichen Kabeln zur Impedanzhomogenisierung angebracht werden, welche sich beispielsweise durch unterschiedliche Biegungen, Anzahlen von Leitungen, Durchmessern usw. unterscheiden können.
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Neben der Impedanzhomogenisierung kann der gewickelte Draht 150 gegebenenfalls auch eine Abschirmung der Leitungen 110 ermöglichen. Eine Abschirmung der Leitungen 110 in diesem Bereich wird jedoch bereits von dem Gehäuse 141 bewirkt, und ist daher für den Drahtwickel von untergeordneter Bedeutung.
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Anhand der folgenden 7 bis 10 wird die vorteilhafte Verwendung eines spiralförmig um Leitungen eines Kabels gewickelten elektrischen Leiters verdeutlicht, durch welche eine verbesserte Signalübertragung ermöglicht wird. Die 7 und 8 zeigen Verläufe 160, 161 der Impedanz Z in Abhängigkeit der Zeit t, welche an einem herkömmlichen Kabel (Impedanzverlauf 160 von 7) und an einem Kabel mit einem elektrischen Leiter bzw. Drahtwickel (Impedanzverlauf 161 von 8) gemessen wurden. Bei der Messung wurde ein Zeitbereichs-Reflexionsmessgerät eingesetzt, welches den auf die Kabellänge bezogenen Impedanzverlauf zeitaufgelöst wiedergibt. Die gemessenen Kabel wiesen einen Aufbau vergleichbar mit dem Kabel 100 von 6 auf, wobei das herkömmliche Kabel im Bereich des abschirmungsfreien Kabelabschnitts statt eines elektrischen Leiters eine Impedanzhülse besaß, welche aufgrund einer Kabelbiegung von 90° nicht direkt an die betreffende Kontakteinrichtung heranreichte.
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Bei beiden 7, 8 ist der Beginn der jeweiligen Kabel durch eine gestrichelte Linie 163 gekennzeichnet. Die Abschnitte der Impedanzverläufe 160, 161 vor bzw. links von dieser Linie 163 geben Charakteristiken des eingesetzten Messaufbaus bzw. -geräts wieder. Weiter dargestellt sind ein unterer Grenzwert 165 und ein oberer Grenzwert 166 für die Impedanz Z.
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Bei dem Impedanzverlauf 160 des herkömmlichen Kabels von 7 liegt im Bereich eines durch eine weitere gestrichelte Linie 164 gekennzeichneten Zeitpunkts eine Überhöhung vor, welche von einem Übergang zwischen Kontaktelementen bzw. Kontaktbuchsen und den Leitungen des Kabels herrührt. Dargestellt sind des Weiteren Bereiche 167, 168. Hierbei bezieht sich der Bereich 167 auf einen Kabelabschnitt, in welchem die Leitungen (aufgrund der Kabelbiegung) nicht von der Impedanzhülse umgeben sind. Der Bereich 168 bezieht sich auf einen Kabelabschnitt, in welchem die Leitungen hingegen von der Impedanzhülse umgeben sind. Aufgrund des Kabelabschnitts ohne Impedanzhülse (Bereich 167) wird der obere Grenzwert 166 bei dem Impedanzverlauf 160 über einen relativ großen Zeitabschnitt deutlich überschritten.
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Bei dem in 8 dargestellten Impedanzverlauf 161 ist ein Bereich 169 veranschaulicht, in welchem ein elektrischer Leiter in Form eines Einzeldrahts um die Leitungen des Kabels gewickelt ist. Im Unterschied zu dem Impedanzverlauf 160 von 7 ist der Impedanzverlauf 161 gleichmäßiger und weist eine höhere Homogenität bzw. Linearität auf. Zwar liegt auch bei dem Impedanzverlauf 161 im Bereich des Zeitpunkts 164 ein (im Gegensatz zu dem Impedanzverlauf 160 geringfügigeres, d. h. mit einer kleineren Höhe und Breite auftretendes) Überschreiten des oberen Grenzwerts 166 vor. Dies ist jedoch darauf zurückzuführen, dass die Messung mit einer relativ hohen Messauflösung durchgeführt wurde.
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Der vorteilhafte Einsatz des elektrischen Leiters wird auch anhand der in den 9 und 10 dargestellten und mit einem weiteren Messgerät aufgenommenen Reflexionsverläufe 170, 171 deutlich, welche einen Reflexionskoeffizienten Ar in Abhängigkeit der Frequenz f veranschaulichen, und sich erneut auf das herkömmliche Kabel (Verlauf 170 von 9) und auf das Kabel mit dem gewickelten elektrischen Leiter (Impedanzverlauf 171 von 10) beziehen. Bei beiden 9, 10 ist ferner der Verlauf eines oberen Grenzwerts 175 dargestellt. Der an dem herkömmlichen Kabel gewonnene Reflexionsverlauf 170 überschreitet hierbei bei höheren Frequenzen den Grenzwert 175. Im Unterschied hierzu wird bei dem Reflexionsverlauf 171 der Grenzwert 175 aufgrund des Einsatzes des Drahtwickels nicht überschritten.
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Anstelle als elektrischen Leiter einen Einzeldraht 150 mit einem runden bzw. kreisförmigen Querschnitt einzusetzen, sind alternative Ausführungsformen vorstellbar. Zur beispielhaften Veranschaulichung zeigen die folgenden 11 und 12 weitere Kabel 101, 102 mit einem elektrischen Leiter 151, 152, welche abgesehen von den Leitern 151, 152 einen vergleichbaren Aufbau mit entsprechenden bzw. ähnlichen Komponenten aufweisen können wie das anhand der 1 bis 6 erläuterte Kabel 100. Hierbei wurde jedoch auf die Darstellung einer auch bei diesen Kabeln 101, 102 vorsehbaren Abschirmung, eines Kabelmantels, einer Klemmhülse und eines Gehäuses verzichtet. Auch wurde die Darstellung einer (optionalen) Kabelbiegung weggelassen. Im Hinblick auf Details, welche sich auf gleichartige oder übereinstimmende Komponenten, einsetzbare Verfahrensschritte zur Herstellung sowie bereits beschriebene Vorteile beziehen, wird auf die vorstehenden Ausführungen Bezug genommen.
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11 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines Kabels 101. Im Unterschied zu dem Kabel 100 von 6 ist eine Kontakteinrichtung 120 vorgesehen, welche anstelle von Kontaktbuchsen 125 Kontaktstifte 126 aufweist. Diese sind innerhalb eines isolierenden Halteelementes 122 angeordnet und an Leitungen 110 des Kabels 101 angeschlossen.
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Bei dem Kabel 101 wird im Bereich eines an die Kontakteinrichtung 120 angrenzenden Kabelabschnitts (sowie angrenzend an einen nicht dargestellten Abschirmungsabschnitt) ein Flachdraht 151 zur Impedanzhomogenisierung eingesetzt, welcher spiralförmig um die Leitungen 110 gewickelt ist. Auch der Flachdraht 151 kann mit einer an die jeweiligen räumlichen Gegebenheiten flexibel angepassten Form direkt um die Leitungen 110 gewickelt werden. Des Weiteren kann der Flachdraht 151 (in einer Lage) derart gewickelt werden, dass sich sämtliche benachbarte Windungen an den Seiten überlappen, wodurch die Leitungen 110 in dem abschirmungsfreien Kabelabschnitt vollständig von dem Flachdraht 151 umhüllt sind. Möglich ist auch eine mehrlagige Anordnung.
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Anstelle der Kontakteinrichtung 120 mit den Kontaktstiften 126 kann auch bei dem Kabel 101 von 11 eine Kontakteinrichtung 120 mit Kontaktbuchsen 125 vorgesehen werden. Gleichermaßen kann bei dem Kabel 100 der 1 bis 6 anstelle der Kontakteinrichtung 120 mit den Kontaktbuchsen 125 eine Kontakteinrichtung 120 mit Kontaktstiften 126 vorgesehen werden. Dies trifft auch auf das im Folgenden beschriebene Kabel 102 zu.
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12 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines Kabels 102. Das Kabel 102 weist entsprechend dem Kabel 100 eine Kontakteinrichtung 120 mit Kontaktbuchsen 125 auf, welche in einem isolierenden Halteelement 121 angeordnet und an Leitungen 110 angeschlossen sind.
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Im Bereich eines an die Kontakteinrichtung 120 angrenzenden Kabelabschnitts (sowie angrenzend an einen nicht dargestellten Abschirmungsabschnitt) ist eine spiralförmig um die Leitungen 110 gewickelte Litze 152 vorgesehen, welche wie in 12 angedeutet mehrere Einzeldrähte umfasst. Die Litze 152 kann hierbei ebenfalls derart (ein- oder mehrlagig) gewickelt werden, dass eine möglichst vollständige Ummantelung der Leitungen 110 erzielt wird.
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Die anhand der Figuren erläuterten Ausführungsformen von Kabeln sowie Verfahren zu deren Herstellung stellen bevorzugte bzw. beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung dar. Neben den beschriebenen und abgebildeten Ausführungsformen sind weitere Ausführungsformen vorstellbar, welche weitere Abwandlungen bzw. Kombinationen von Merkmalen umfassen können. Beispielsweise können gewickelte Drähte eingesetzt werden, welche ein anderes Profil bzw. einen anderen Querschnitt aufweisen als einen runden Querschnitt oder ein flaches Profil. Auch können gegebenenfalls Drähte eingesetzt werden, welche über eine eigene Außenisolierung, beispielsweise in Form eines Lackes, verfügen. Abgesehen von der beschriebenen 90°-Biegung können Kabel auch andere Biegungen aufweisen, welche einen Winkel in einem Bereich zwischen 0° und 360° abdecken können. Des Weiteren sind die beschriebenen Ansätze zur Impedanzhomogenisierung nicht auf mehradrige Kabel beschränkt sondern können auch bei Kabeln angewendet werden, welche über lediglich eine Leitung bzw. einen Innenleiter verfügen.
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Des Weiteren können elektrische Leiter bzw. Drahtwickel nicht nur angrenzend an eine Kontakteinrichtung um Leitungen eines Kabels herum ausgebildet werden. Die Leiter können auch derart gewickelt werden, dass zusätzlich (wenigstens) ein Teil einer Kontakteinrichtung bzw. eines isolierenden Halteelements mit umwickelt wird, beispielsweise um eine bessere Fixierung des elektrischen Leiters zu erzielen. Dies trifft in gleicher Weise auch auf einen Abschnitt eines Kabels zu, in welchem eine Abschirmung vorliegt. Auch hier können die Abschirmung und ein um Leitungen herum angeordneter elektrischer Leiter aneinandergrenzen und sich zu einem Teil überlappen.
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Im Hinblick auf das anhand der 1 bis 6 beschriebene Verfahren wird ferner darauf hingewiesen, dass dieses Verfahren nur ein mögliches Verfahren zur Herstellung eines Kabels mit einer Kontakteinrichtung und einem Leiter zur Impedanzlinearisierung darstellt, und infolgedessen lediglich als Beispiel anzusehen ist. Darüber hinaus sind weitere Ausführungsformen von Verfahren vorstellbar, bei denen gegebenenfalls andere oder weitere Verfahrensschritte durchgeführt werden sowie gegebenenfalls andere oder zusätzliche Komponenten eingesetzt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 100, 101, 102
- Kabel
- 105
- Biegung
- 110
- Leitung
- 111
- Ader
- 112
- Aderisolierung
- 120
- Kontakteinrichtung
- 121, 122
- Halteelement
- 125
- Kontaktbuchse
- 126
- Kontaktstift
- 131
- Abschirmung
- 132
- Kabelmantel
- 141
- Gehäuse
- 142
- Klemmhülse
- 150
- Einzeldraht
- 151
- Flachdraht
- 152
- Litze
- 160, 161
- Impedanzverlauf
- 163
- Kabelbeginn
- 164
- Zeitpunkt
- 165, 166
- Grenzwert
- 167, 168, 169
- Bereich
- 170, 171
- Reflexionsverlauf
- 175
- Grenzwert
- A-A, B-B
- Schnittlinie
