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Die Erfindung betrifft ein Datenkabel mit einer Kabelseele, die eine Anzahl von Aderpaaren umfasst, wobei jedes Adernpaar zwei Adern, vorzugsweise parallel aufweist, welche von einer Paarschirmung umgeben sind. Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung eines derartigen Datenkabels in einem Verkehrsmittel zu Land, Wasser, Raum und/oder Luft, wie z.B. Kraftfahrzeug, Flugzeug, Schiffen, Booten, oder Luftkissenbooten etc. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, wird im nachfolgenden zum Kraftfahrzeug referriert, wobei hierdurch keine Einschränkung im Hinblick auf die Verwendung in einem Verkehrsmittel stattfinden soll.
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Derartige Datenkabel werden insbesondere für High-Speed-Datenübertragungen, speziell für symmetrische Datenübertragungen verwendet. Bei derartigen symmetrischen Datenübertragungen werden in die eine Ader des Adernpaars ein Signal und in die andere Ader ein hierzu invertiertes Signal eingespeist. Empfängerseitig werden die beiden Signale miteinander summiert, sodass sich äußere Störeinflüsse aufheben. Von der Anmelderin werden unter dem Markennamen ParalLink derartige Datenkabel für Computernetzwerke angeboten.
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Aufgrund der zunehmenden Kommunikationstechnologie auch innerhalb von Kraftfahrzeugen wächst der Bedarf für derartige High-Speed-Datenleitungen auch im automotiven Bereich. Generell besteht hier neben einem hohen Kostendruck auch das Bestreben, Bauraum und Gewicht möglichst gering zu halten.
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Häufig werden für die Datenübertragung zwei Adernpaare in einem gemeinsamen Datenkabel zusammengefasst. Um eine zuverlässige und störungsfreie Datenübertragung zu gewährleisten, sind hierbei für High-Speed-Datenübertragungen mit Datenübertragungsraten im Gb-Bereich Schirmungen erforderlich. Die Schirmungen müssen dabei am Kabelende an der Verbindungsstelle zu Komponenten, beispielsweise in einem Steckerbereich, elektrisch kontaktiert werden. Dies ist insbesondere bei häufig für derartige Datenleitungen verwendeten Folienschirmen schwierig.
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Aus der
EP 2 112 669 A2 ist ein Datenkabel mit einem geschirmten Adernpaar zu entnehmen, bei dem die Paarschirmung durch eine metallkaschierte Trägerfolie gebildet ist. Die Trägerfolie ist dabei nicht gewickelt sondern längs gefaltet ausgebildet, wobei im Überlappbereich der Längskanten der Folie diese umgeschlagen ist, sodass eine nach innen zu dem Adernpaar gerichtete leitfähige Metallseite nach außen orientiert ist. In diesem Bereich ist ein Beidraht angeordnet, welcher die dort nach außen orientierte Metallseite elektrisch kontaktiert. Über diesen Beidraht kann dann endseitig die Schirmung in einfacher Weise, beispielsweise mit herkömmlicher Crimptechnologie, im Stecker kontaktiert werden.
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Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Datenkabel insbesondere für eine symmetrische High-Speed-Datenübertragung mit Datenübertragungsraten im Gb-Bereich anzugeben, bei dem eine zuverlässige Datenübertragung bei gleichzeitig geringer Bauraumbeanspruchung und geringem Gewicht erreicht ist, und das sich zudem auch in einfacher Weise konfektionieren lässt.
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Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein Datenkabel mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Dieses umfasst eine Kabelseele, die eine Anzahl von Adernpaaren umfasst, wobei jedes Adernpaar zwei Adern aufweist, die vorzugsweise parallel zueinander angeordnet und von einer Paarschirmung umgeben sind. Unter Anzahl von Adernpaaren wird vorliegend zumindest ein, vorzugsweise jedoch mehrere und insbesondere zwei Adernpaare verstanden. Die jeweilige Paarschirmung weist dabei eine das Adernpaar umgebende leitfähige Außenseite auf, welche also nach außen orientiert ist. Diese Außenseite umgibt daher das Adernpaar vollständig und ist über den gesamten Umfang nach außen orientiert. Zusätzlich ist die Kabelseele insgesamt von einem Gesamtschirm umgeben, welcher an dieser nach außen orientierten leitfähigen Außenseite des Paarschirms anliegt und dadurch mit diesem elektrisch verbunden ist.
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Durch diese Ausgestaltung wird der besondere Vorteil erreicht, dass durch die unmittelbare elektrische Verbindung zwischen der leitfähigen Außenseite der jeweiligen Paarschirmung und dem Gesamtschirm auf zusätzliche Elemente, insbesondere auf einen zusätzlichen Beidraht, verzichtet werden kann und zweckdienlicherweise auch verzichtet wird. Gleichzeitig ist durch den Gesamtschirm eine einfache Konfektionierung und Kontaktierung des Gesamtschirms am Ende des Kabels ermöglicht, beispielsweise bei der Verbindung zu einer Komponente oder auch in einem Stecker. Durch den Verzicht auf einen Beidraht wird zudem Material eingespart, welches neben einer Verringerung des erforderlichen Bauraums auch zu Gewichts- und Kosteneinsparungen führt.
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Die Adern eines jeweiligen Adernpaares verlaufen dabei vorzugsweise parallel, also unverdrillt zueinander. Hierdurch sind Störeffekte infolge der Verdrillung vermieden.
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In zweckdienlicher Ausgestaltung liegen dabei bei Verwendung von mehreren Adernpaaren die jeweiligen Paarschirme elektrisch leitend aneinander an. Im Unterschied zu herkömmlichen Datenkabeln ist daher auf eine galvanische Trennung zwischen den einzelnen Aderpaaren verzichtet. Dadurch, dass die Paarschirme gleichzeitig mit dem Gesamtschirm leitend verbunden sind, ist ein möglichst großflächiger leitender Kontakt zwischen den einzelnen Schirmelementen sichergestellt, sodass insgesamt eine zuverlässige Schirmung erreicht wird. Sämtliche Schirmelemente liegen daher auf einem gleichen Potenzial.
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In zweckdienlicher Weiterbildung sind die jeweils mit einer Paarschirmung versehenen Adernpaare, insbesondere zwei Adernpaare, miteinander zu einem Verseilverbund verseilt. Dieser Verseilverbund bildet dabei vorzugsweise die Kabelseele. Alternativ können auch noch weitere Elemente zusammen mit den geschirmten Adernpaaren vorzugsweise als gemeinsamer Verseilverbund die Kabelseele bilden. Die weiteren Elemente können also gemeinsam mit den Adernpaaren verseilt sein. Durch die Verseilung wird zunächst insgesamt eine hohe (Biege-)Flexibilität für das Datenkabel erreicht, welches insbesondere bei Anwendungen in Verkehrsmittel von Vorteil ist.
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In zweckdienlicher Ausgestaltung ist eine jeweilige Paarschirmung um das jeweilige Adernpaar gewickelt. Die Paarschirmung weist daher ein gewendelt um das jeweilige Adernpaar geführtes Schirmelement auf. Hierdurch ist eine zuverlässige Abschirmung insgesamt auch bei einer Biegebeanspruchung gewährleistet.
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Zweckdienlicherweise sind die Paarschirmungen mehrerer und vorzugsweise aller Adernpaare der Kabelseele in gleicher Richtung gewickelt. Durch diese Maßnahme wird der besondere Vorteil erzielt, dass insbesondere in Kombination mit den zu einem Verseilbund verseilten Adernpaaren bei geeigneter Verseilrichtung quasi eine Komprimierung der einzelnen Paarschirmungen erreicht wird. Diese werden daher durch die bei der Verseilung aufgebrachten Kräfte am jeweiligen Adernpaar zuverlässig fixiert.
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Infolge dieser durch den Verseilprozess erreichten Fixierung der Paarschirmung kann weiterhin zum Zwecke der Einsparung von Bauraum und Kosten auf eine ansonsten erforderliche Bandierungsfolie verzichtet werden. Entsprechend ist daher in bevorzugter Ausgestaltung auch auf eine solche zusätzliche isolierende und stabilisierende Bandierungsfolie um eine jeweilige Paarschirmung oder auch um den gesamten Verseilverbund verzichtet.
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Ein weiterer besonderer Vorteil der Gesamtverseilung ist darin zu sehen, dass hierdurch auch eine enge und besonders dichte Umwicklung eines jeweiligen Adernpaars mit der Schirmfolie gewährleistet ist, sodass insgesamt eine zuverlässige Schirmung ausgebildet und damit die Übertragungseigenschaften der beiden Adernpaare verbessert ist.
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Um dies zu erreichen, ist dabei eine jeweilige Paarschirmung insbesondere gleichlaufend zu einer Verseilrichtung des Verseilverbundes gewickelt. Die Paarschirmung und die Gesamtverseilung sind daher in gleicher Weise mit gleicher Schlagrichtung ausgebildet. Vorzugsweise ist weiterhin eine Schlaglänge der Paarschirmung kleiner als eine Gesamtschlaglänge des Verseilverbundes.
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Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, für die jeweilige Paarschirmung beliebige Schirmelemente heranzuziehen, beispielsweise einen Wendelschirm aus Einzeldrähten, die wendelförmig um das Paar herum verlaufen, einen Geflechtschirm, einen Folienschirm oder auch Kombinationen hiervon. Zweckdienlicherweise ist jedoch als Paarschirmung lediglich eine Schirmfolie vorgesehen, d.h. die Paarschirmung ist durch die Schirmfolie selbst gebildet. Diese ist insbesondere nach Art einer Bandierung um das Adernpaar gewickelt. Dabei Überlappen benachbarte Folienabschnitte vorzugsweise einander. Bei dieser Schirmfolie handelt es sich insbesondere um eine ein- oder beidseitig metallkaschierte Kunststofffolie, insbesondere eine aluminiumkaschierte Kunststofffolie. Alternativ wird eine Metallfolie verwendet. Insbesondere in Kombination mit den verseilten Adernpaaren wird die Verwendung einer einfachen Schirmfolie ermöglicht, da in diesem Fall die Schirmfolie wie zuvor beschrieben durch die Verseilung quasi auf dem Adernpaar fixiert wird. Eine weitere Fixierung der bandierten Schirmfolie ist daher nicht erforderlich und vorzugsweise auch nicht vorgesehen. Die Dicke der Schirmfolie liegt dabei üblicherweise im Bereich von einigen 1/100 mm bis typischerweise maximal 1/10mm, z.B. 1/20mm.
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Alternativ oder auch ergänzend zu der Schirmfolie ist zur Ausbildung der Paarschirmung eine leitfähige Mantelschicht ausgebildet. Diese ist vorzugsweise als ein aufextrudierter Mantel ausgebildet und lässt sich damit kostengünstig fertigen. Der Mantel besteht in diesem Fall insbesondere aus einem leitfähigen Kunststoff. Ein solcher wird beispielsweise durch die Zugabe und Einbettung von leitfähigen Partikeln in eine Kunststoff-Matrix erreicht.
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Der leitfähige Mantel umgibt dabei das jeweilige Adernpaar. Alternativ hierzu umgibt der leitfähige Mantel eine jeweilige Aderisolierung, bildet daher einen äußeren konzentrischen Adermantel einer jeweiligen Ader. Die leitfähigen Mantelschichten der beiden Adern des Adernpaares berühren sich und bilden dadurch die Paarschirmung aus. Bei der Ausführung mit der leitfähigen Mantelschicht wird auf ein zusätzliches Schirmelement, wie z.B. eine zusätzliche Schirmfolie etc. vorzugsweise verzichtet.
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Der die Kabelseele umgebende Gesamtschirm ist vorzugsweise als Geflechtschirm, Wendelschirm oder auch als Folienschirm oder aus Kombinationen hiervon ausgebildet. Insbesondere umfasst er jedoch zumindest ein Geflecht bzw. ein Wendelschirmelement, die jeweils aus einer Vielzahl von miteinander verflochtenen bzw. gewendelten Einzeldrähten bestehen. Diese können mit einer weiteren Schirmfolie kombiniert sein. Ein derartiger Geflechtschirm oder auch Wendelschirm lässt sich aufgrund seiner im Vergleich zu einer Schirmfolie großen Stabilität einfach konfektionieren.
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Die Kabelseele ist nicht zwingend beschränkt auf die Verwendung von Adernpaaren für eine Datenübertragung. In zweckdienlicher Ausgestaltung weist die Kabelseele neben den Adernpaaren noch weitere Elemente, wie beispielsweise Füllstränge auf, um eine gewünschte Geometrie oder insbesondere Rundheit einzustellen. Ergänzend oder alternativ sind neben den Adernpaaren elektrische Versorgungsleitungen integriert, welche also zur Stromversorgung von Komponenten dienen und die üblicherweise einen deutlich größeren Leitungsquerschnitt als die Adern für die Datenübertragung aufweisen. Diese Versorgungsleitungen sind dabei selbst geschirmt oder auch ungeschirmt. Neben den Adernpaaren sind beispielsweise auch weitere elektrische oder optische Datenübertragungselemente integriert. Insgesamt handelt es sich bei dem Datenkabel bei derartigen Ausführungsvarianten um ein Hybridkabel mit unterschiedlichen Funktionen.
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Zweckdienlicherweise handelt es sich bei dem Datenkabel um ein vorkonfektioniertes Datenkabel, bei dem endseitig ein Anschlusselement, insbesondere ein Stecker, kontaktiert ist. Das Anschlusselement weist dabei einen Masseanschluss auf, der vorzugsweise ausschließlich mit dem Gesamtschirm verbunden ist. Über den Masseanschluss erfolgt daher die Schirmanbindung der einzelnen Paarschirme. Eine individuelle unmittelbare Kontaktierung der einzelnen Paarschirme, also deren elektrisch-mechanische Verbindung mit dem Anschlusselement erfolgt vor- zugsweise nicht. Die Kontaktierung erfolgt ausschließlich mittelbar über den Gesamtschirm.
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Ein derartiges Datenkabel ist insbesondere in einem Kraftfahrzeug eingesetzt, ist jedoch nicht auf die Anwendungen im automotiven Bereich beschränkt.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figur näher erläutert. Diese zeigen
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1 einen Querschnitt durch ein Datenkabel sowie
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2 eine perspektivische Darstellung des Datenkabels gemäß 1 mit freigelegten einzelnen Schichten des Kabels.
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In den Figuren sind gleich wirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Das in den Figuren dargestellte Datenkabel 2 dient allgemein zur Übertragung von symmetrischen Datensignalen und ist geeignet für eine zuverlässige Datenübertragung mit Datenraten vorzugsweise von größer 100 Mb pro Sekunde und vorzugsweise von größer 1 Gb pro Sekunde. Das Datenkabel 2 weist vorzugsweise zumindest zwei Adernpaare 4 auf, welche jeweils gebildet sind durch zwei Adern 6, die von einer Paarschirmung 8 umgeben sind. Zweckdienlicherweise weist das Datenkabel 2 genau zwei Adernpaare 4 auf, wie dies in den Figuren dargestellt ist. Die einzelnen Adern 6 sind dabei parallel zueinander geführt, d.h. die Adern 6 eines Adernpaares 4 sind nicht miteinander verseilt. Eine jeweilige Ader 6 weist auf und besteht vorzugsweise jeweils aus einem elektrischen Leiter 10 und einer Aderisolierung 12. Bei dem Leiter 10 handelt es sich insbesondere um einen Litzenleiter mit verseilten Einzellitzen vorzugsweise aus Kupfer. Andere Materialien, insbesondere Kupferlegierungen, Aluminium, Aluminiumlegierungen etc. können auch verwendet werden. Die Einzellitzen können auch beschichtet sein. Bei dem Leiter 10 kann es sich auch um einen massiven Leiter handeln. Die Aderisolierung 12 bildet ein Dielektrikum. Die Aderisolierung 12 besteht vorzugsweise aus einem massiven Kunststoffmantel, welcher aufextrudiert ist. Zweckdienlicherweise wird hierbei Polypropylen verwendet. Andere geeignete Materialien können grundsätzlich jedoch auch verwendet werden. Alternativ zu einer massiven Ausgestaltung ist die Aderisolierung 12 als ein geschäumter Mantel ausgebildet.
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Bei dem dargestellten Ausführungsspiel sind die Adernpaare 4 aus zwei einzelnen, miteinander unverbundenen Adern 6 gebildet. Alternativ hierzu ist ein jeweiliges Adernpaar 4 als ein insbesondere extrudierter Zwilling ausgebildet, d.h. die beiden Adern 6 sind quasi Teil einer zweiadrigen Bandleitung. Bei dieser sind die beiden Leiter 10 in einem gemeinsamen Isolationsmantel eingebracht. Hierzu wird vorzugsweise in einem Arbeitsgang auf die parallel nebeneinander geführten Leiter 10 ein gemeinsamer Isolationsmantel aufgebracht, insbesondere mittels Extrusion, sodass die Zwillingsleitung entsteht.
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Bei der Paarschirmung
8 handelt es sich insbesondere um eine Schirmfolie
14, die bevorzugt als eine einseitig metallkaschierte Kunststofffolie ausgebildet ist. Diese weist dabei eine metallische, leitfähige Seite auf, die nach außen orientiert ist. Alternativ zu einer einseitig kaschierten Trägerfolie kann auch eine beidseitig kaschierte Folie oder eine Metallfolie verwendet werden. Die Schirmfolie
14 ist zweckdienlicherweise nach Art einer Bandierung um das Adernpaar
4 gewickelt. Alternativ hierzu wird eine längs gefaltete Schirmfolie verwendet, wie sie beispielsweise aus der eingangs zitierten
EP 2 112 669 A2 zu entnehmen ist.
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Alternativ zu der Schirmfolie 14 wird eine hier nicht näher dargestellte leitfähige Mantelschicht aufgebracht, insbesondere aufextrudiert. Diese umgibt vorzugsweise die beiden Adern 6 des Adernpaars 4 gemeinsam. Alternativ ist jede Ader 6 mit einer derartigen leitfähigen extrudierten Mantelschicht versehen.
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Die mit der Paarschirmung 8 versehenen Adernpaare 4 sind zu einem Verseilverbund 16 miteinander verseilt. Im Ausführungsbeispiel bildet dieser Verseilverbund 16 zugleich eine Kabelseele 18. Im Ausführungsbeispiel sind keine weiteren Elemente mehr vorgesehen. Alternativ können auch weitere Element integriert sein. Die sind beispielsweise elektrisch/optisch funktionslose Füllstränge und / oder die Kabelseele 18 ist als eine hybride Kabelseele 18 ausgebildet, bei der neben den Adernpaaren noch weitere elektrische und/oder optische Übertragungselemente integriert sind. Im Falle eines Hybridaufbaus sind die weiteren Elemente vorzugsweise ebenfalls Teil des Verseilverbunds 16.
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Durch die Verseilung der Adernpaare 4 wird insgesamt eine gute Flexibilität des gesamten Datenkabels 2 erreicht. Weiterhin werden durch die Verseilung die Übertragungseigenschaften für die Datenübertragung insbesondere bei (Biege-)Bewegungen des Datenkabels 2 positiv beeinflusst.
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Die aufbandierte Schirmfolie 14 ist dabei zweckdienlicherweise in gleicher Richtung aufbandiert wie die Adernpaare 4 miteinander verseilt sind. Eine Schlagrichtung der Schirmfolie 14 entspricht daher einer Schlagrichtung des Verseilverbunds 16. Durch diese Maßnahme werden die aufbandierten Schirmfolien 14 daher in bevorzugter Ausgestaltung an den Adernpaaren 4 fixiert, sodass auf separate Fixiermittel, insbesondere isolierende Zwischenfolien, verzichtet werden kann und auch verzichtet wird.
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Die Schirmfolie 14 wird dabei wahlweise zunächst in einem separaten Schritt um ein jeweiliges Adernpaar 4 bandiert. Alternativ wird die Schirmfolie 14 bei der Gesamtverseilung zum Verseilverbund 16 aufgebracht, indem sie um jeweils zwei parallele Adern mitlaufend eingeführt wird. Im letztgenannten Fall entfällt ein separater Bandierprozess. Für die Bandierung der Schirmfolie 14 wird also der Verseilprozess der Adernpaare 4 zum Verseilverbund 16 ausgenutzt.
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Ein weiterer besonderer Vorteil ist darin zu sehen, dass durch die Gesamtverseilung zum Verseilverbund 18 auch eine enge und besonders dichte Umwicklung eines jeweiligen Adernpaars 4 mit der Schirmfolie 14 gewährleistet ist, sodass insgesamt eine zuverlässige Schirmung gewährleistet ist.
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Ergänzend ist um die Kabelseele 18 bzw. dem Verseilverbund noch ein Gesamtschirm 20 angebracht, welcher die Kabelseele 18 insgesamt umgibt. Bei diesem Gesamtschirm 20 handelt es sich vorzugsweise um einen Geflechtschirm. Der Gesamtschirm 20 liegt dabei unmittelbar an den jeweiligen Paarschirmen 8 an und kontaktiert diese elektrisch. Ein Anschluss der Paarschirme 8 an einen (Masse-)Kontakt erfolgt in hier nicht näher dargestellter Weise über diesen Gesamtschirm 20. Hierbei kann auf herkömmliche einfache zu konfektionierende Schirmkontaktierungsmethoden, z.B. Crimpen zurückgegriffen werden. Zudem dient der Gesamtschirm 20 auch zur weitergehenden Verbesserung der Schirmung, insbesondere zur Verbesserung der EMV-Eigenschaft.
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Schließlich ist zum Schutz vor äußeren Einflüssen noch ein äußerer Kabelmantel 22 ausgebildet. Dieser bildet einen äußeren isolierenden Mantel und besteht insbesondere aus PVC oder aus einem anderen geeigneten Isolationsmaterial.
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Das hier beschriebene Datenkabel 2 zeichnet sich zum Einen durch die elektrische Kontaktierung zwischen den Paarschirmen 8 und dem Gesamtschirm 20 aus, wodurch eine vereinfachte Kontaktierung der Schirmung über den Gesamtschirm 20 ermöglicht ist. Zum Anderen zeichnet sich das Datenkabel 2 dadurch aus, dass die Schirmfolie 14 für das jeweilige Adernpaar 4 in der gleichen Weise aufgebracht ist wie die Gesamtverseilung der Kabelseele 18, d.h. die Schirmfolien 14 und der Verseilverbund weisen insbesondere die gleiche Schlagrichtung auf. Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass eine einfache Schirmfolie, insbesondere eine aluminiumkaschierte Schirmfolie eingesetzt werden kann, ohne dass zusätzliche Fixiermittel erforderlich sind. Durch die Gesamtverseilung wird die bandierte Schirmfolie fest auf den Adernpaaren 4 fixiert. Zudem führt dies insgesamt auch zu einer besseren und zuverlässigen Schirmung insbesondere auch bei Bewegungen des Datenkabels 2.
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Durch den hier beschriebenen Aufbau wird insgesamt ein Datenkabel 2 mit guten Übertragungseigenschaften für hochfrequente, insbesondere symmetrische Datenübertragungen erreicht. Dabei wird auf verschiedene Elemente, wie sie im Stand der Technik üblich sind, verzichtet. Dies betrifft insbesondere einen separaten Beilaufdraht und auch eine zusätzlich stabilisierende Folie für die Schirmfolie 14. Hierdurch kann das Datenkabel insgesamt kompakt ausgebildet werden, sodass es wenig Bauraum beansprucht. Gleichzeitig wird hierdurch das Gewicht reduziert.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Datenkabel
- 4
- Adernpaar
- 6
- Ader
- 8
- Paarschirmung
- 10
- Leiter
- 12
- Aderisolierung
- 14
- Schirmfolie
- 16
- Verseilverbund
- 18
- Kabelseele
- 20
- Gesamtschirm
- 22
- Kabelmantel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2112669 A2 [0005, 0030]
