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Die Erfindung betrifft ein Multifunktionskabel, welches insbesondere für den Kraftfahrzeugbereich ausgebildet ist.
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Kabel werden für die unterschiedlichsten Anwendungszwecke gefertigt und weisen einen anwendungsspezifischen Aufbau auf. Beispiele hierfür sind unter anderem aus der
US 2014/0 014 395 A1 , der
DE 10 2013 005 901 A1 , der
WO 99/48 111 A1 , der
DE 101 93 456 T5 sowie der
US 2016/0 200 269 A1 zu entnehmen.
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Im Kraftfahrzeugbereich werden typischerweise sogenannte Kabelbäume vorgefertigt und nachfolgend im Rahmen einer Endmontage zur Ausbildung von Kraftfahrzeug-Bordnetzen in Rohkarossen eingebaut. Hierbei werden die Kabelbäume in der Regel an einer speziellen Werkbank, einem sogenannten Kabelbrett, hergestellt, wobei die meisten Arbeitsschritte manuell ausgeführt werden. In Folge dessen ist die Herstellung von Kabelbäumen relativ aufwendig.
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Darüber hinaus hat die Anzahl der in einem Kraftfahrzeug verbauten elektrischen Verbraucher, Sensoren, Steuereinheiten und so weiter zuletzt stetig zugenommen, wodurch auch die Anzahl der benötigen elektrischen Versorgungsleitungen und die Anzahl der benötigen Signalleitungen gestiegen ist. Infolgedessen ist die Komplexität eines Kabelbaumes von Kraftfahrzeuggeneration zu Kraftfahrzeuggeneration gestiegen, was einerseits die Fertigung von Kabelbäumen immer aufwendiger gestaltet und andererseits den Einbau eines Kabelbaums in ein Kraftfahrzeug zunehmend erschwert.
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Außerdem werden bei vielen Kabeln die einzelnen Leitungselemente des Kabels miteinander verseilt. Durch das Verseilten erhalten die einzelnen Leitungselemente teilweise eine dauerhafte gewellte Form, was prinzipiell zu Problemen führen kann. So wird hierdurch zum Beispiel das Konfektionieren erschwert, also beispielsweise das Abisolieren und das nachfolgende Anschlagen der einzelnen Leitungselemente an Steckern. Dies gilt insbesondere für eine automatisierte Leitungskonfektionierung.
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Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Ausbildung eines Bordnetzes insbesondere für ein Kraftfahrzeug zu erleichtern.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Multifunktionskabel mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den rückbezogenen Ansprüchen enthalten.
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Ein entsprechendes Multifunktionskabel weist dabei mehrere Funktionselemente auf und ist insbesondere für ein Bordnetz eines Kraftfahrzeuges ausgebildet. Das Multifunktionskabel weist hierbei einen Kern auf, welcher zumindest ein inneres Funktionselement aufweist. Um den Kern ist zumindest ein äußeres Funktionselement gewickelt oder gesponnen, wobei das zumindest eine äußere Funktionselement als elektrische Leitung ausgebildet ist und wobei das zumindest eine äu-ßere Funktionselement spiralförmig um den Kern gewickelt ist, so dass zwischen aufeinanderfolgenden Wicklungen in Längsrichtung Funktionselement-Lücken bestehen. Die Funktionselemente lassen sich daher aufgrund des Aufbaus des Multifunktionskabels in innere Funktionselemente einerseits und äußere Funktionselemente andererseits unterteilen. Jener Kern ist dabei als Mantelleitung ausgebildet, im einfachsten Fall als Kabel mit einem Kabelmantel und einer Kabelseele, beispielsweise ein einzelnes Leitungselement. Typischerweise weist der als Mantelleitung ausgebildete Kern mehrere Leitungselemente auf, die mit einem zusätzlichen Kabel- oder Isoliermantel umhüllt sind.
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Ein besonderer Vorteil dieser Ausgestaltung ist darin zu sehen, dass lediglich die äußeren Funktionselemente um den Kern herum gewickelt sind. Der Kern selbst und/oder die inneren Funktionselemente verlaufen jedoch vorzugsweise geradlinig, so dass sie keine Wellenform zeigen und sich dadurch einfach konfektionieren lassen.
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Ein derart ausgestaltetes Multifunktionskabel bildet dann beispielsweise eine vorgefertigte Baueinheit oder ein vorgefertigtes Modul aus, welches in der Regel mit weiteren typischerweise verschiedenartigen Multifunktionskabeln und/oder anderen Modulen zu einem Kabelbaum zusammengesetzt wird. Dabei bildet ein entsprechendes Multifunktionskabel-Modul im verbauten Zustand im Kraftfahrzeug einen Arm oder einen Zweig im Bordnetz des entsprechenden Kraftfahrzeuges aus, der sich beispielsweise von einer zentralen Steuereinheit oder einer elektrischen Energiequelle bis hin zu einem Knotenpunkt erstreckt, an den mehrere elektrische Einheiten positioniert sind.
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Das heißt, dass sich ein entsprechendes Multifunktionskabel beispielsweise von einer zentralen Steuer- und Verteilereinheit im Kraftfahrzeug bis hin zu einem der Radhäuser des Kraftfahrzeuges erstreckt, wo zum Beispiel ein ABS-Sensor sowie ein elektrohydraulischer Dämpfer verbaut sind. In diesem Fall weist das an diesen Anwendungszweck angepasste Multifunktionskabel dann sowohl die Versorgungsleitung für den elektrohydraulischen Dämpfer als auch die Signalleitung für den ABS-Sensor auf und damit zwei verschiedene Funktionselemente, die durch zwei Kabel mit unterschiedlichen Eigenschaften ausgebildet sind.
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In bevorzugter Ausgestaltung sind daher die Funktionselemente als Signalleitungen und als elektrische Versorgungsleitungen ausgebildet. Die Signal- oder Datenleitungen sind dabei beispielsweise als geschirmte Datenleitungen ausgebildet.
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Ein entsprechendes Multifunktionskabel ist also typischerweise an einen sehr spezielle Anwendungszweck angepasst, in dem das Multifunktionskabel an bestimmte Funktionen angepasste Funktionselemente aufweist, wobei ein Funktionselement beispielsweise durch ein Leitungselement oder Kabel mit einer bestimmten Nennstromstärke ausgebildet ist.
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Bevorzugt ist dabei eine Ausgestaltung des Multifunktionskabels, bei der der Kern unverdrillt ist, also keinerlei Wendelung aufweist. Der Kern ist somit bevorzugt auch nicht mit weiteren Kabeln oder Funktionselementen, insbesondere den äußeren Funktionselementen, verseilt. Stattdessen zeigt der Kern durch seine Ausgestaltung als Mantelleitung in einem gestreckten Multifunktionskabel einen geraden Verlauf, sodass die Länge des Kerns, der Länge des Multifunktionskabels entspricht. Um diesen quasi geraden Kern ist dann das zumindest eine äußere Funktionselement gewickelt, wobei typischerweise zumindest zwei äußere Funktionselement spiralförmig um den Kern gewickelt sind.
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Vorzugsweise sind weiterhin die inneren Funktionselemente miteinander nicht verseilt, verlaufen daher geradlinig und bilden lediglich ein Bündel aus, ohne miteinander verseilt oder verdrillt zu sein.
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Hierbei ist es weiter von Vorteil, wenn zwischen dem Kern und dem zumindest einen äußeren Funktionselement ein Haftsitz mit konstruktiv vorgegebener Haftstärke ausgebildet ist, sodass das zumindest eine äußere Funktionselement quasi am Kern fixiert ist. Die Haftstärke wird hierbei unter anderem durch eine geeignete Wahl der Steighöhe der Wendelung des zumindest einen äußeren Funktionselements vorgegeben, wobei die Haftstärke mit zunehmender Steighöhe abnimmt. Die Haftstärke wird dabei zum Beispiel derart gewählt, dass der mit dem zumindest einen äußeren Funktionselement umwickelte Kern einem Extrusionsprozess zugeführt werden kann, bei dem ohne ein Verrutschen oder Verschieben des zumindest einen äußeren Funktionselements ein äußerer Isoliermantel oder Außenmantel auf den umwickelten Kern aufgetragen werden kann.
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Wie bereits zuvor erwähnt, ist ein hier vorgestelltes Multifunktionskabel typischerweise an einen relativ speziellen Anwendungszweck angepasst und dementsprechend sind für verschiedene Anwendungszwecke unterschiedlich ausgebildete Multifunktionskabel oder Multifunktionskabelvarianten vorgesehen. Hierbei variiert zum Beispiel die Anzahl der inneren Funktionselemente und/oder der äußeren Funktionselemente im Multifunktionskabel von Anwendungszweck zu Anwendungszweck. In den meisten Fällen sind dabei 1 bis 7 innere Funktionselemente sowie 1 bis 12 äußere Funktionselemente im entsprechenden Multifunktionskabel realisiert. Alternativ oder ergänzend hierzu weist ein entsprechendes Multifunktionskabel typischerweise unterschiedlich ausgebildete Funktionselemente auf, wobei sich insbesondere die inneren Funktionselemente von den äußeren Funktionselementen unterscheiden.
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Unabhängig davon ist in der Regel jedes innere und/oder jedes äußere Funktionselement als Leitungselement oder Kabel ausgebildet, also als elektrischer Leiter mit einer Isolierung. Das heißt also, dass die unterschiedlichen Funktionselemente typischerweise durch unterschiedlich ausgestaltete Leitungselemente oder unterschiedliche Kabel ausgebildet sind, die sich beispielsweise hinsichtlich des Leiterquerschnittes unterscheiden. Alternativ oder ergänzend hierzu sind zur Ausbildung unterschiedlicher Funktionselemente unterschiedlich stark isolierte Leitungselemente vorgesehen und/oder Leitungselemente mit unterschiedlichen Leitermaterialien.
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Dabei weisen die einzelnen Leitungselemente zweckdienlicherweise meist runde Leiterquerschnitte mit einem Leiterdurchmesser im Bereich 0,4 mm bis 2,5 mm auf. Die Isolierung der entsprechenden Leiter ist hierbei vorzugsweise aus einem thermoplastischen oder vernetzten Kunststoff/Material ausgebildet und insbesondere aus PVC, PVC-X, PE, PE-X, einem TPE Typ, XLPE, einem Fluorpolymer, EVA oder PVDF.
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Bevorzugt ist weiter eine Ausgestaltung, bei der die unterschiedlichen Funktionseinheiten für unterschiedliche Nennströme, also für unterschiedliche Strombelastungen, ausgebildet sind. Alternativ oder ergänzend hierzu ist zumindest ein Funktionselement durch ein Kabel mit einem Litzenleiter ausgebildet und zumindest ein Funktionselement durch ein Kabel mit einem Massivleiter. Im Falle eines Leitungselements mit einem Massivleiter ist dieses bevorzugt als inneres Funktionselement ausgebildet und somit Teil des Kerns.
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Als Funktionselemente, insbesondere äußere Funktionselemente werden dabei insbesondere Adern verwendet, also ein von einer Aderisolierung umgebener elektrischer Leiter, der beispielsweise als Litzenleiter oder als massiver Leiterdraht ausgebildet ist.
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Von Vorteil ist dabei insbesondere eine Ausgestaltung des Multifunktionskabels, bei der die inneren Funktionselemente durch Leitungselemente für eine Stromversorgung ausgebildet sind und bei der die äußeren Funktionselemente durch Leitungselemente für eine Signalleitung ausgebildet sind.
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Gemäß einer alternativen Variante bildet der Kern ein Signalkabel aus, welches mehrere Signalleitungen und vorzugsweise ausschließlich Signalleitungen aufweist. Die um den Kern gewickelten Funktionselemente sind dann vorzugsweise als elektrische Versorgungsleitungen, insbesondere Adern ausgebildet.
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Grundsätzlich besteht auch die Möglichkeit, sowohl Versorgungsleitungen als auch Signalleitungen als innere Funktionselemente vorzusehen und/oder als äußere Funktionselemente vorzusehen.
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Typisch ist weiterhin ein Aufbau des Multifunktionskabels, bei dem der Kern einen Kerndurchmesser aufweist, welcher größer ist, als der Durchmesser des zumindest einen äußeren Funktionselements. Hierbei ist der Kerndurchmesser in der Regel zumindest um den Faktor 1,5 größer als der Durchmesser des zumindest einen Funktionselements und vorzugsweise zumindest um den Faktor 2.
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Des Weiteren ist das zumindest eine äußere Funktionselement derart um den Kern gewickelt, dass zwischen aufeinander folgenden Wicklungen in Längsrichtung gesehen Funktionselement-Lücken bestehen. Entsprechende Funktionselement-Lücken bestehen dabei typischerweise auch, wenn mehrere äußere Funktionselemente um den Kern gewickelt sind. Jene Funktionselement-Lücken sind dann üblicherweise frei von weiteren Verseilelementen, insbesondere aber frei von Funktionselementen. Hierbei weisen die Funktionselement-Lücken typischerweise eine Ausdehnung in Längsrichtung des Multifunktionskabels auf, die je nach Ausführung etwa dem 5-fachen bis etwa dem 100-fachen des Durchmessers des zumindest einen äußeren Funktionselements entspricht. Dementsprechend liegt die Ausdehnung in Längsrichtung bei einem Durchmessers des zumindest einen äußeren Funktionselements vom 1,65 mm im Bereich von 8,25 mm bis 165 mm.
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Sind mehrere äußere Funktionselemente vorgesehen, so sind diese bevorzugt aneinander anliegend um den Kern gewickelt. Hierbei liegen die äußeren Funktionselemente nebeneinander auf dem Kernmantel auf und sind quasi als Band um den Kern gewickelt, wobei zwischen den aufeinander folgenden Wicklungen dieses Bandes typischerweise wiederum Funktionselement-Lücken ausgebildet sind.
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Einer bevorzugten Ausgestaltung des Multifunktionskabels entsprechend weist dieses, wie bereits zuvor angedeutet, eine äußere Isolierummantelung oder einen Außenmantel auf, der den Kern mitsamt den darum gewickelten äußeren Funktionselementen umhüllt.
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Zweckdienlicherweise dringt dabei das Isoliermaterial des Außenmantels in die Funktionselement-Lücken ein und füllt diese aus. Die äußeren Funktionselemente sind daher insoweit durch den Außenmantel quasi fixiert und in diesem eingebettet. Der Außenmantel weist daher an seiner Innenmantelseite spiralförmige Nuten auf, in denen die äußeren Funktionselemente aufgenommen sind.
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Dieser Außenmantel ist dabei bevorzugt durch zumindest zwei nacheinander ausgeführte Extrusionsprozesse ausgebildet, wobei hierfür beispielsweise ein sogenannter Tandem-Extruder verwendet wird. Hierbei dient der erste Extrusionsprozess typischerweise dazu, die Funktionselement-Lücken mit Material aufzufüllen. Diesem Extrusionsprozess folgen gegebenenfalls weitere Extrusionsprozesse zum Auffüllen der Funktionselement-Lücken. Mit einem abschließenden Extrusionsprozess, typischerweise bereits dem zweiten Extrusionsprozess, wird dann eine abschließende oder finale Isoliermaterialschicht aufgetragen, die insbesondere dazu dient, einen möglichst runden Querschnitt für das Multifunktionskabel zu realisieren.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:
- 1 in einer Querschnittsdarstellung ein Multifunktionskabel mit einem Außenmantel sowie
- 2 in einer Seitenansicht das Multifunktionskabel ohne den Außenmantel.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ein nachfolgend exemplarisch beschriebenes und in 1 dargestelltes Multifunktionskabel 2 ist für die Verwendung in einem nicht näher dargestellten Bordnetz eines Kraftfahrzeuges vorgesehen und hierfür angepasst ausgebildet. Jenes Multifunktionskabel 2 weist dabei mehrere Funktionselemente auf, von denen im Ausführungsbeispiel drei aufgrund des Aufbaus des Multifunktionskabels 2 als innere Funktionselemente 4 und zwei als äußere Funktionselemente 6 ausgebildet sind.
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Jedes der drei inneren Funktionselemente 4 ist im Ausführungsbeispiel durch eine Ader ausgebildet, welche durch einen Massivleiter 8 sowie eine den Massivleiter 8 umhüllende Leiterisolierung 10 ausgebildet ist. Die drei inneren Funktionselemente 4 sind weiter von einem Isoliermantel 12 umhüllt, sodass die drei inneren Funktionselement 4 zusammen mit dem Isoliermantel 12 eine Mantelleitung ausbilden. Alternativ können die inneren Funktionselemente 4 auch als andere Leitungselemente, insbesondere als Daten- oder Signalleiter ausgebildet sein. Die inneren Funktionselemente 4 sind dabei vorzugsweise unverdrillt und nicht miteinander verseilt.
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Jene Mantelleitung bildet hierbei den Kern 14 des Multifunktionskabels 2 aus, um welchen die zwei äußeren Funktionselement 6 gewickelt sind. Auch die äußeren Funktionselemente 6 sind im Ausführungsbeispiel durch Adern ausgebildet. Diese weisen jedoch vorzugsweise einen Litzenleiter 16 auf, der von einer Litzenisolierung 18 umhüllt ist. Auch für die äußeren Funktionselement 6 können andere Ausgestaltungen vorgesehen sein.
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Darüber hinaus weisen die inneren Funktionselemente 4 einen größeren Leiterdurchmesser auf, als die äußeren Funktionselemente 6 und dementsprechend sind diese für unterschiedliche Strombelastungen ausgelegt. Die Auslegung der Leitungselemente ist dabei an die vorgesehene Funktion eines jeden Funktionselements angepasst, wobei im Ausführungsbeispiel alle inneren Funktionselemente 4 für eine Leistungsübertragung zur Versorgung elektrischer Verbraucher ausgelegt sind, wohingegen alle äußeren Funktionselement 6 als Signalleitungen vorgesehen und ausgelegt sind.
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Die inneren und/oder die äußeren Funktionselemente 4,6 sind dabei vorzugsweise jeweils als einadrige Leitungselemente ausgebildet.
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Das Multifunktionskabel 2 ist vorzugsweise an einem speziellen Anwendungszweck angepasst und dementsprechend werden für unterschiedliche Anwendungszwecke unterschiedlich aufgebaute Multifunktionskabel 2 hergestellt. Je nach Ausgestaltung unterscheiden sind dann die inneren Funktionselemente 4 von den äußeren Funktionselementen 6, hinsichtlich des Leitermaterials, des Materials der Isolierung, des Leiterdurchmessers, und/oder hinsichtlich anderer Eigenschaften.
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Zudem variiert von Multifunktionskabel 2 zu Multifunktionskabel 2 die Anzahl der inneren Funktionselemente 4 einerseits und die Anzahl der äußeren Funktionselemente 6 andererseits.
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Während sich die inneren Funktionselemente 4 eines Multifunktionskabels 2 üblicherweise von den äußeren Funktionselementen 6 unterscheiden, sind die inneren Funktionselemente 4 typischerweise identisch aufgebaut. Gleiches gilt in der Regel für die äußeren Funktionselemente 6, die bevorzugt ebenfalls durch im Wesentlichen identische Leitungselemente, insbesondere einadrige Leitungselemente ausgebildet sind.
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Wie bereits zuvor erwähnt sind die äußeren Funktionselement 6 bevorzugt um den Kern 14 gewickelt, sodass diese im Multifunktionskabel 2, zumindest sofern dieses in gestreckter Form vorliegt, spiralförmig um den Kern 14 verlaufen.
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Des Weiteren sind die äußeren Funktionselemente 6 bevorzugt nach Art eines Bandes aus äußeren Funktionselementen 6 um den Kern 14 gewickelt, sodass diese aneinander anliegend den Kern 14 umspinnen. Dabei verbleibt typischerweise zwischen zwei aufeinander folgenden Wicklungen in Längsrichtung 20 des Multifunktionskabels 2 eine ausgedehnte Funktionselement-Lücke 22. Die entsprechenden Funktionselement-Lücken 22 werden weiter bevorzugt durch Isoliermaterial aufgefüllt und zwar insbesondere im Rahmen der Herstellung eines Außenmantels 24, also einer äußeren Isolierung des Multifunktionskabels 2, die den Kern 14 mitsamt den äußeren Funktionselementen 6 umhüllt.
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Ein entsprechender Außenmantel 24 wird hierbei gemäß einer Ausführungsvariante durch zumindest zwei nacheinander ausgeführte Extrusionsprozesse hergestellt, wobei hierfür beispielsweise ein sogenannter Tandem-Extruder genutzt wird. In jedem der beiden Extrusionsprozesse wird dabei Isoliermaterial aufgetragen, sodass sich eine Art Außenmantelschicht ausbildet. Hierbei füllt die erste Außenmantelschicht 26 typischerweise im Wesentlichen die Funktionselement-Lücken 22 auf, wohingegen die zweite Außenmantelschicht 28 in der Regel dazu dient, einen möglichst runden Querschnitt für das Multifunktionskabel 2 zu realisieren. Alternativ hierzu erfolgt die Auffüllung der Funktionselement-Lücken 22 in mehreren Extrusionsprozessen und/oder es wird zur Auffüllung der Funktionselement-Lücken 22 ein Füllmaterial beispielsweise als Band um den Kern 14 gewickelt.
