DE19926304A1 - Elektrisches Kabel oder elektrische Leitung mit einem den aus Adern bestehenden Kabelkern umgebenden elektrisch leitenden Schirm - Google Patents

Abstract

Bei der Erfindung handelt es sich um ein elektrisches Kabel oder eine elektrische Leitung mit einem den Kabelkern umgebenden elektrisch leitenden Schirm aus einer Schirmfolie (SF, SFR, SFL, SF1 bis SF4). Diese Schirmfolie (SF, SFR, SFL, SF1 bis SF4) ist bandförmig ausgebildet und wendelförmig auf den Kabelkern aufgebracht, wobei die Schirmfolie (Sf, SFR, SFL, SF1 bis SF4) in Längsrichtung mehrere parallel verlaufende Einschnitte (E, E1 bis E4) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Kabel oder eine elek­ trische Leitung mit einem den aus Adern bestehenden Kabelkern umgebenden elektrisch leitenden Schirm aus einer aufgebrach­ ten Schirmfolie.

Derartige abgeschirmte elektrische Kabel oder Leitungen sind in großer Vielzahl bekannt, wobei der umgebende Schirm die Aufgabe hat, Störeinflüsse bei der Nachrichtenübertragung zu verhindern.

So ist beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift 24 43 973 ein elektrisches Kabel oder eine elektrische Lei­ tung bekannt, bei dem über einem aus einer oder mehreren Ka­ beladern bestehenden Kern eine elektrisch schwach leitende Schicht aus einem plastomeren oder elastomeren Kunststoff an­ geordnet ist und bei dem auf diese Leitschicht ein aus Me­ talldrähten oder Metallbändern aufgebauter Schirm und ein äu­ ßerer Kunststoffmantel aufgebracht sind.

Aus der deutschen Auslegeschrift 16 40 958 ist eine hochfle­ xible, isolierte, abgeschirmte elektrische Leitung bekannt, bei der die metallische Abschirmung aus einem zwischen Iso­ lierung und Mantel des Kabels angeordneten, Lücken bildenden Geflecht von Drähten besteht.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 25 25 044 ist ein elek­ trisches Kabel mit einem Schichtenmantel bekannt, der aus ei­ nem längs einlaufenden, wenigstens auf einer Außenseite mit einem Kunststoff beschichteten, mit überlappenden Bandkanten zum Rohr geformten Metallband und einem mit diesem Rohr ver­ klebten oder verschweißten Kunststoffmantel besteht.

Bei der Herstellung eines Geflechtschirmes der bisher verwen­ deten Art werden blanke oder verzinnte Kupferdrähte mit einem Durchmesser von vorzugsweise 0,1 mm bis etwa 0,2 mm mit spe­ ziellen Flechtmaschinen verarbeitet und zum Beispiel in zwei­ lagiger, gegenläufiger Verflechtung auf das zu schirmende Verseilgut aufgebracht. Die Kupferdrähte werden als Ein­ zeldrähte gezogen und angefacht oder als Strähnen direkt auf die Flechtspulen gewickelt. Die Flechter drehen die sogenann­ ten Flechtkränze mit maximal 150 Umdrehungen pro Minute. Je nach Flechtgutdurchmesser liegen die Flechtsteigungen zum Beispiel bei 30 bis 60 mm und dies bedeutet, daß nur eine Stundenleistung von 270 m bzw. 540 m zustandekommt. Der Flechtarbeitsgang, einschließlich der Vorarbeiten wie Draht­ ziehen, Anfachen und Anspulen ist sehr zeitaufwendig und des­ halb auch kostenintensiv. Außerdem ist nachteilig, daß beim Flechten die Flechtdrähte nur einen Teil der Oberfläche des Flechtgutes abdecken. Eine Bedeckung von 100% ist praktisch nicht möglich.

Folienschirme der bisherigen Art aus Metallfolien oder me­ tallkaschierten Kunststoffolien wie sie häufig für Schirme von Bündeln in Metall-Folie (BiMF), Vierer in Metall-Folie (ViMF) oder Paare in Metall-Folie (PiMF) verwendet werden, sind relativ unflexibel und bei dicken Schirmfolien sogar äu­ ßerst biegesteif. Allerdings ist diese Schirmtechnik einfa­ cher und kostengünstiger herzustellen. Die Folienschirme wer­ den entweder aufgesponnen oder im Schräg- oder Längseinlauf bei anderen Arbeitsgängen wie Verseilung oder Beflechtung mit aufgebracht.

Für vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, elektri­ sche Kabel oder elektrische Leitungen mit einem den aus Adern bestehenden Kabelkern umgebenden elektrisch leitenden Schirm aus einer aufgebrachten Schirmfolie so zu modifizieren, daß sie für die Datenübertragung mit hohen Übertragungsfrequenzen bis zu 1 GHz und großen Bitraten sicher und fehlerfrei geeig­ net sind, wobei große mechanische Flexibilität bzw. Beweg­ lichkeit gegeben sein muß. Die gestellte Aufgabe wird nun mit einem elektrischen Kabel oder einer elektrischen Leitung der eingangs erläuterten Art dadurch gelöst, daß die Schirmfolie bandförmig ausgebildet, wendelförmig oder longitudinal in Längsrichtung auf den Kabelkern aufgebracht ist und daß die Schirmfolie durch mehrere parallel verlaufende Einschnitte lamelliert ist.

Besondere Vorteile gegenüber dem Stand der Technik ergeben sich mit elektrischen Kabeln oder Leitungen gemäß der Erfin­ dung insbesondere dadurch, daß die zu bedeckende Schirmungs­ fläche optimal dicht ist und daß dabei trotzdem eine sehr gute Flexibilität erreicht wird. Bei der Ausführung der Schirmung wird zumindest eine bandförmige Schirmfolie verwen­ det, die wendelförmig und seitlich sich überlappend auf den Kabel- bzw. Leitungskern aufgebracht wird, wodurch sich eine hundertprozentige Überdeckung erreichen läßt. Außerdem ist jede bandförmige Schirmfolie in Längsrichtung mit mehreren parallel verlaufenden Einschnitten versehen, so daß durch diese "Lamellierung" die Flexibilität oder Beweglichkeit der aufgebrachten Schirmfolie und damit auch des gesamten Kabel- oder Leitungsaufbaues erhöhen läßt. Diese Lamellierung er­ folgt nicht durchgehend über die gesamte Länge der bandförmi­ gen Schirmfolien sondern nur abschnittsweise. Durch entspre­ chende Einteilung und Anordnung dieser Einschnitte in Ab­ schnittsblöcken mit oder ohne gegenseitiger Versetzung lassen sich für den jeweiligen Fall die günstigsten Verhältnisse er­ reichen. Es kann jeweils auch die Breite der verwendeten bandförmigen Schirmfolien entsprechend gewählt werden, um eine noch bessere Anpassung an das zu schirmende Element wie Kabelseele, Kabelbündel, "Vierer" oder "Paar" zu erreichen. Vorzugsweise werden als Schirmfolien gemäß der Erfindung alu­ miniumkaschierte bzw. beschichtete Kunststoffolien verwendet, auf die eine Metallschicht oder Metallfolie von 0,25 bis 0,15 mm Dicke aufgebracht wird. Es können auch Verbundfolien ver­ wendet werden, die beidseitig mit einer Metallschicht, zum Beispiel aus Aluminium, versehen sind. Für Zwei-Schicht-Ver­ bund-Folien eignen sich als Trägerfolien für die Metallbe­ schichtung besonders Kunststoffolien aus Pet Polyester (Po­ lyethylenterephthalat), Polyethylen (PE), Polyvinylchlorid (PVC) oder EAA (Polyethylen-Co-äthylacrylat) oder PP (Poly­ propylen) mit einer Stärke von 20 bis 50 µm, wobei Aluminium­ schichten von 25 bis 150 µm aufgebracht werden.

Bei Drei-Schicht-Folien besteht beispielsweise die mittlere Kunststoffschicht aus Pet (Polyethylenterephthalat) oder OPP (biaxialgerecktes Polypropylen) oder PP (Polypropylen) mit einer Stärke von 10 bis 30 µm. Die beidseitigen Metallschich­ ten aus Aluminium haben eine Stärke jeweils von 9 µm bis 50 µm. Bei der Verwendung von Kupfer wird vorzugs­ weise eine Kunststoffolie aus Pet (Polyethylenterephthalat) oder EAA (Polyethylen-Co-äthylacrylat) verwendet, wobei die Kupferschicht eine Stärke von 20 bis 50 µm beträgt.

Selbstverständlich sind auch andere Trägerfolien oder Vliese z. B. aus Pet (sogenannte non woven tape) mit anderen Stärken und anderen Metallfolien oder Metallbeschichtungen möglich, wobei die Auswahl je nach Verwendungszweck getroffen wird. Gemäß der Erfindung können auch mehrere bandförmige, mit Ein­ schnitten versehene Schirmfolien wendelförmig, vorzugsweise gegenläufig auf den Kabel- oder Leitungskern aufgebracht wer­ den. Auf diese Weise kreuzen sich die lamellenförmigen Ein­ schnitte der einzelnen Schirmfolien unter einem Spinnwinkel von vorzugsweise 20 bis 40°. Dadurch entsteht eine Art Nach­ bildung eines Geflechtes, wobei jedoch das Ineinanderweben fehlt. Beispielsweise werden hierdurch zwei aluminiumka­ schierte Kunststoffolien der oben erläuterten Art im Gegen­ schlag, das heißt links- und rechtsgängig auf den Kabel- bzw. Leitungskern aufgesponnen. Die Metallseiten sind dabei einan­ der zugewendet, so daß gegenseitige Berührung und Kontaktie­ rung gewährleistet ist. Im übrigen überlappen sich die Schirmfolienränder jeweils mit mindestens 5% ihrer Breite.

Bei einem Ausführungsbeispiel nach der Erfindung überlappen sich beispielsweise die einzelnen Verbundfolien um 2 mm. Au­ ßerdem kann längseinlaufend zum Beispiel für Erdungszwecke auch ein Beidraht oder eine Erdungslitze zwischen den Folien­ einlagen eingelegt werden.

Insgesamt bilden diese lamellierten Schirmfolien in optischer und mechanischer Weise den Geflechtsaufbau nach wie bereits oben erwähnt wurde. Dabei verbessert die abschnittsweise Auf­ trennung der Schirmfolien durch die längs verlaufenden Ein­ schnitte die Biegbarkeit, so daß das übliche Einknicken wie es sich bei bisher verwendeten massiven Folien ausbildete, unterbleibt. Eine Verschlechterung der Schirmeigenschaften, das heißt des Kopplungswiderstandes erfolgt durch die Lamel­ lierung der Schirmfolien nicht und die Abdeckung der zu be­ deckenden Fläche ist trotzdem optimal und wesentlich besser als bei den üblichen Drahtgeflechtsschirmen.

Die Eigenschaften und die Kosten können bei einem "Ersatzge­ flecht" mit lamellierten Schirmfolien gemäß der Erfindung durch die Wahl der Folienbreiten und Foliendicken weiter op­ timiert werden. So ist auch zum Beispiel die Verwendung un­ terschiedlicher Foliendicken für bestimmte Anwendungsfälle möglich. Bei hochpaarigen PiMF-Kabeln (einzelgeschirmte Paare in Metall-Folie) ist die Beweglichkeit besonders gra­ vierend, da dort über jedes Adernpaar eine separate Schirmfo­ lie aufgebracht werden muß. Die Lamellierung ist bei schmalen Schirmfolien entsprechend kürzer zu führen, um ein Aufklappen bzw. Abreißen einzelner Streifen zu verhindern.

Die Erfindung wird nun anhand von sieben Figuren näher erläu­ tert.

Fig. 1 zeigt ein Kabel mit einem Schirmgeflecht nach dem Stand der Technik.

Fig. 2 zeigt ein Kabel mit Schirmfolien gemäß der Erfin­ dung.

Fig. 3 zeigt eine bandförmige Schirmfolie mit in Ab­ schnittsblöcken eingeteilten Einschnitten, die schräg gegeneinander in Längsrichtung versetzt sind.

Fig. 4 zeigt blockweise angeordnete Einschnitte in der Schirmfolie.

Fig. 5 zeigt versetzte Einschnitte, die zusätzlich block­ weise schräg verlaufend versetzt sind.

Fig. 6 zeigt Einschnitte, die blockweise gegeneinander ver­ setzt sind.

Fig. 7 zeigt eine Stirnansicht einer Schirmfolie.

In Fig. 1 wird ein geschirmtes Kabel K dargestellt, das dem derzeitigen Stand der Technik entspricht und als Schirmung ein Geflecht G aus Einzeldrähten aufweist. Die einzelnen Lei­ ter L sind als Adern A einzeln isoliert und werden von einer Kunststoffolie KF wendelförmig umwickelt. Darüber liegt das Geflecht G, das in üblicher Weise mit einem Kunststoffmantel M umgeben wird. Ein derartiges Kabel K ist jedoch für die Da­ tenübertragung mit hohen Bitraten und hohen Übertragungsfre­ quenzen nicht geeignet, da durch das Schirmgeflecht G nicht der hierfür erforderliche Kopplungswiderstand erreicht werden kann.

Fig. 2 zeigt den Aufbau eines elektrischen Kabels KSF nach der Erfindung, durch dessen erfindungsgemäßen Aufbau, insbe­ sondere des Schirmungsaufbaus die gestellte Aufgabe gelöst wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel eines Kabels KSF werden die mit Isolierung versehenen Leiter L als Adern A von zwei übereinander liegenden Schirmfolien SFR und SFL umgeben. Diese Schirmfolien SFR und SFL sind bandförmig und längsver­ laufend in Wendelform aufgebracht. In diese bandförmigen Schirmfolien SFR und SFL sind die längsverlaufenden Ein­ schnitte E parallel verlaufend eingebracht, wodurch die Fle­ xibilität dieser Schirmfolien verbessert wird. Außerdem sind diese beiden Schirmfolien SFL und SFR gegenläufig, das heißt rechts- und linksgängig übereinander aufgewendelt. Die Auf­ wicklung erfolgt unter einem Spinnwinkel SPW, der je nach Ka­ beltyp vorzugsweise zwischen 20 und 40° gewählt wird. Über diesen aufgewendelten Schirmfolien SFR und SFL wird bei­ spielsweise eine Kunststoffolie KF als Schutz aufgebracht. Darüber befindet sich der Kunststoffmantel M. Mit einem der­ artigen Aufbau können die anstehenden Probleme bezüglich der Schirmung eines Datenkabels mit hohen Übertragungsraten und hohen Frequenzen gelöst werden.

Die Fig. 3 zeigt eine Schirmfolie SF1 gemäß der Erfindung, bei der die parallel und längs verlaufenden Einschnitte E1 in einzelnen Blöcken BS aufgeteilt sind, wobei die einzelnen Blöcke BS und damit auch die Einschnitte E1 selbst in Längs­ richtung versetzt sind.

Die Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Schirmfolie SF2 gemäß der Erfindung, bei der die Einschnitte E2 in recht­ eckförmigen Blöcken B hintereinander liegend angeordnet sind.

Fig. 5 zeigt eine weitere Variante für die Einbringung der Einschnitte E3 in einer Schirmfolie SF3, bei der sowohl die einzelnen Einschnitte E3 wie auch die einzelnen Blöcke BVI gegeneinander versetzt sind.

In Fig. 6 wird eine Schirmfolie SF4 dargestellt, bei der die einzelnen Einschnitte E4 in schmale Blöcke BAI und BII einge­ teilt sind, wobei z. B. die äußeren Blöcke BAI versetzt sind gegen innen verlaufende Blöcke BII.

Fig. 7 vermittelt den schichtweisen Aufbau der beschriebenen Schirmfolien SF, wobei hier ein dreischichtiger Aufbau mit einer mittleren Trägerschicht SFK aus einem Kunststoff und zwei aufgebrachten Metallschichten bzw. Metallfolien M1 und M2 dargestellt ist. Bei zweischichtigen Schirmfolien entfällt eine der Metallschichten.

Die verschiedenen Ausführungen von Anordnungen der Ein­ schnitte in den Schirmfolien zeigen, daß sich die Einschnitte beinahe in beliebiger Form positionieren lassen, wobei sich dadurch die erforderliche Flexibilität des Schirmaufbaues va­ riieren läßt. Hinzu kommen noch die bereits oben beschriebe­ nen Variationsmöglichkeiten bezüglich des Folienaufbaus, der Folienbreiten und der Folienmaterialien.

Zum Schutz der Metallfolien oder Metallbeschichtungen kann zusätzlich eine Schutzschicht oder eine Kunststoffolie aufge­ bracht werden.

Weiterhin ist die Folienschirmung mit einem Spargeflecht (Ge­ flechtsaufbau mit niedriger Bedeckung von 30-50%) kombi­ nierbar, wobei die lamellierte Folie längs unter dem Geflecht einläuft. Die Metallseite der Folie zeigt zum Geflecht hin und kontaktiert diese auf der gesamten Länge. Diese Kombina­ tion verbessert besonders bei hohen Betriebsfrequenzen die Schirmungseigenschaften, wenn der Skineffekt in der Folie wirksam ist.

Bei zweischichtigen Schirmfolien werden vorzugsweise nachfol­ gende Materialvarianten verwendet: Al-Pet, Al-PP bzw. Al-OPP, Al-PE, Al-EAA, Al-PVC, Cu-Pet oder Cu-EAA.

Bei dreischichtigen Schirmfolien werden vorzugsweise nachfol­ gende Materialvarianten verwendet: Al-Pet-Al, Al-OPP-Al oder Cu-Pet-Cu.

Claims (17)

1. Elektrisches Kabel oder elektrische Leitung mit einem den aus Adern bestehenden Kabelkern umgebenden elektrisch leiten­ den Schirm aus einer aufgebrachten Schirmfolie, dadurch gekennzeichnet, daß die Schirmfolie bandförmig ausgebildet, wendelförmig oder longitudinal auf den Kabelkern aufgebracht ist und daß die Schirmfolie (SF, SFR, SFL, SF1 bis SF4) in Längsrichtung durch mehrere parallel verlaufende Einschnitte (E, E1 bis E4) lamelliert ist.

2. Elektrisches Kabel oder elektrische Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schirmfolie (SF, SFR, SFL, SF1 bis SF4) aus minde­ stens einer Kunststoffolie (SFK) und mindestens einer aufge­ brachten Metallbeschichtung oder Metallfolie (M1, M2) be­ steht.

3. Elektrisches Kabel oder elektrische Leitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolie (M1, M2) aus Aluminium oder Kupfer be­ steht.

4. Elektrisches Kabel oder elektrische Leitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolie (M1, M2) eine Dicke von 0,025 bis 0,15 mm aufweist.

5. Elektrisches Kabel oder elektrische Leitung, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schirmfolie (SFR, SFL, SF1 bis SF4) zweischichtig aufgebaut ist, vorzugsweise in den Materialvarianten Al-Pet, Al-PP bzw. Al-OPP, Al-PE, Al-EAA, Al-PVC, Cu-Pet oder Cu-EAA.

6. Elektrisches Kabel oder elektrische Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schirmfolie (SF) dreischichtig aufgebaut ist, vor­ zugsweise aus den Materialvarianten Al-Pet-Al, Al-OPP-Al oder Cu-Pet-Cu.

7. Elektrisches Kabel oder elektrische Leitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schutzschicht auf die Metallfolie (M1, M2) aufge­ bracht ist.

8. Elektrisches Kabel oder elektrische Leitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Schirmfolien (SFR, SFL) gegenläufig und wendelförmig auf den Kabelkern aufgebracht sind.

9. Elektrisches Kabel oder elektrische Leitung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallfolien (M1, M2) sich gegenüber liegen und sich kontaktieren.

10. Elektrisches Kabel oder elektrische Leitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlappung der einzelnen Schirmfolien (SF, SFR, SFL, SF1 bis SF4) ca. 5% der Breite, mindestens 2 mm beträgt.

11. Elektrisches Kabel oder elektrische Leitung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Spinnwinkel (SPW) zwischen gegenläufig aufgebrachten Schirmfolien (SFR, SFL) zwischen 20 und 40° beträgt.

12. Elektrisches Kabel oder elektrische Leitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Beidraht längs verlaufend eingelegt ist.

13. Elektrisches Kabel oder elektrische Leitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschnitte (E1 bis E4) 15 mm bis 60 mm lang sind.

14. Elektrisches Kabel oder elektrische Leitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschnitte (E2) abschnittsweise in Blöcken (B) hin­ tereinander liegend eingebracht sind.

15. Elektrisches Kabel oder elektrische Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschnitte (E1, E3, E4) in Längsrichtung gegeneinan­ der versetzt sind.

16. Elektrisches Kabel oder elektrische Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschnitte (E4) gruppenweise in Blöcken (BS, BVI, BAI, BII) gegeneinander versetzt sind.

17. Elektrisches Kabel oder elektrische Leitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffolie (SFK) aus Polyethylenterephthalat (Pet), Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylen-Co-äthylacrylat (EAA), Low Density Polyethylen (LDPE) oder Polypropylen (PP), Polyimid, foamed OP (geschäumtes PP) besteht.