DE19948678A1 - Datenübertragungskabel und Herstellungsverfahren - Google Patents

Abstract

Bei einem Datenübertragungskabel mit wenigstens einem Aderpaar (1) aus zwei parallel nebeneinanderliegenden Adern mit einem elektrischen Leiter (2) und einer Umhüllung (3) aus Isoliermaterial sind die Umhüllungen einstückig miteinander verbunden und durch eine gemeinsame Extrusion auf ein Leiterpaar aufgebracht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Datenübertragungskabel mit wenigstens einem Leiter­ paar und ein Verfahren zu seiner Herstellung. Ein solches Datenübertra­ gungskabel ist beispielsweise in US 4,873,393 beschrieben. Innerhalb eines Ka­ belaußenmantels sind mehrere Aderpaare angeordnet. Die Aderpaare sind aus zwei miteinander verseilten Einzeladern gebildet. Problematisch bei Datenüber­ tragungskabeln sind über die Kabellänge verteilte Kapazitätsunsymmetrien der Aderpaare, die Impedanzschwankungen, Signalenergieverluste und Nebenspre­ cheffekte verursachen, die also die Übertragungseigeneschaften eines Datenüber­ tragungskabels insbesondere in den von der einschlägigen Norm EN 50173 ge­ forderten hohen Frequenzen von bis zu 600 MHz verschlechtern.

Die Ursache der Kapazitätsunsymmetrien sind schwankende Abstände zwischen den Leitern eines Aderpaares und insbesondere sich verändernde Durchmesser der Aderumhüllungen. Bei der Herstellung von Datenübertragungskabeln ist daher eine aufwendige Fertigungsüberwachung und Qualitätskontrolle erforderlich. Bei herkömmlichen Datenübertragungskabeln werden zunächst Einzeladern durch Extrusion hergestellt. Dabei wird ein elektrischer Leiter durch eine kreisrunde Ex­ trusionsdüse eines Extruders hindurchgeführt und dabei mit einem Isolationsma­ terial aus einem thermoplastischen Kunststoff ummantelt. Trotz Überwachung der Extrusionsparameter wie Temperatur, Extrusionsdruck, Extrusionsgeschwindig­ keit, etc., lassen sich Schwankungen des Aderdurchmessers und der Material­ konsistenz des Umhüllungsmaterials nicht ganz vermeiden. So bewirken bei­ spielsweise Druckänderungen bei der Extrusion unterschiedliche Extrusionsmen­ gen und damit unterschiedlich Aderdurchmesser. Es ist daher noch eine aufwen­ dige Qualitätskontrolle erforderlich, um nicht tolerierbare Adern auszusortieren. Die geeigneten Adern werden dann zu Aderpaaren verseilt. Dabei werden auf Durchmesser oder Materialschwankungen zurückzuführende Störstellen der Ein­ zeladern zufallsmäßig nebeneinander angeordnet, was die Kapazitätsunsymme­ trie eines Aderpaares noch fördert. Bisherige Datenübertragungskabel der in Re­ de stehenden Art sind daher für Frequenzen nur bis etwa 600 MHz geeignet.

Aufgabe der Erfindung ist, ein Datenübertragungskabel vorzuschlagen, das, ohne die in der Norm EP 50731 genannten Toleranzbereiche zu verlassen, Übertra­ gungsfrequenzen von mehr als 600 MHz zuläßt und das auf vereinfachte Weise herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird für ein Datenkabel durch die Merkmale des Anspruches 1 und hinsichtlich seiner Herstellung durch die Verfahrensmerkmale des Anspruches 7 gelöst.

Ein erfindungsgemäßes Datenübertragungskabel enthält wenigstens ein Ader­ paar, das einstückig miteinander verbundene, durch eine gemeinsame Extrusion auf ein Leiterpaar aufgebrachte Umhüllungen aufweist. Diese Vorgehensweise hat zunächst den Vorteil, daß der Abstand zwischen den Leitern eines Paares exakt eingehalten werden kann. Vorteilhaft ist weiterhin, daß sich Schwankungen der Extrusionsparameter stets gleichzeitig auf beide Adern eines Aderpaares auswir­ ken. Inhomogenitäten in der Materialkonsistenz sowie Duchmesserschwankungen liegen sich also symmetrisch gegenüber. Die Folge ist, dass extrusionsbedingte Kapazitätsschwankungen über die Länge des Leitungspaares gesehen, quasi synchron verlaufen. Sich gegenüberliegende Bereiche der Einzeladern weisen al­ so stets vergleichbare Kapazitäten auf. Unsymmetrien wie herkömmlichen Da­ tenübertragungskabeln sind dadurch vermieden. Dementsprechend weisen die vorgeschlagenen Datenübertragungskabel geringere Impedanzschwankungen und geringere Nebensprecheffekte auf wie herkömmliche Kabel und sind für Übertragungsfrequenzen bis mindestens 2000 MHz geeignet. Darüber hinaus sind sie einfacher, nämlich mit geringerem Aufwand für die Qualitätsüberwachung herstellbar.

Die Form der Extrusionsdüse ist so gewählt, dass die zylindrischen Umhüllungen sich linienförmig berühren. Die beiden Umhüllungen sind somit einstückig mitein­ ander verbunden und der gegenseitige Abstand der elektrischen Leiter exakt fest­ gelegt und praktisch unveränderbar.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die Umhüllungen eines Aderpaares über einen Steg miteinander verbunden. Ein solches Aderpaar läßt sich auf einfa­ che Weise auftrennen, um etwa die Einzeladern an Steckverbindern zu fixieren. Als besonders vorteilhaft für das Isoliermaterial der Umhüllungen haben sich die Kunststoffe Polypropylen, Polyethylen und Copolymere aus Hexafluorpropylen und Tetrafluorethylen bewiesen. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist an einem Kabelende ein Steckverbinder mit Kontaktelementen zur Fixierung der elektrischen Leiter eines Aderpaares angeordnet, wobei das Rastermaß der Kon­ taktelemente dem Abstand der elektrischen Leiter im Aderpaar entspricht. Ein Auftrennen der Aderpaare kann dadurch entfallen. Somit bleibt die Geometrie des Aderpaares bis an die Übergabepunkte erhalten. Übertragungsverluste durch Re­ flexion werden dadurch minimiert.

Die Erfindung wird nun anhand von in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 bis 7 verschiedene Bauarten eines erfindungsgemäßen Datenübertra­ gungskabels,

Fig. 8 ein Diagramm, das die Impedanz eines erfindungsgemäßen Daten­ übertragungskabels in Abhängigkeit von der Signalfrequenz wieder­ gibt, und

Fig. 9 ein Diagramm, das das Dämpfungs- und Nebensprechverhalten in Abhängigkeit von der Signalfrequenz zeigt.

Die Fig. 1 bis 7 zeigen Datenübertragungskabel in Querschnittdarstellung. Alle Datenübertragungskabel enthalten wenigstens ein aus zwei Adern bestehendes Aderpaar 1. Eine Ader umfaßt einen elektrischen Leiter 2 vorzugsweise aus Kup­ fer, gegebenenfalls mit Zinn oder Silber beschichtet, und eine Umhüllung 3 aus einem Isolationsmaterial, etwa aus Polyethylen. Die Umhüllung kann auch mehr­ schichtig aufgebaut sein (z. B. skin-foam-skin). Bei dem Leiter kann es sich um einen Draht oder um eine Litze handeln. Die beiden Umhüllungen 3 sind durch ei­ nen gemeinsamen Extrusionsvorgang einstückig ausgebildet und sind über einen Steg 4 miteinander verbunden. Der Steg 4 erstreckt sich über die gesamte Länge der Adern und verläuft in Querrichtung des Aderpaares gesehen auf der gedach­ ten Verbindungslinie zwischen den Mittelpunkten der Leiter 2. Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen sind die Einzeladern miteinander verseilt, weisen also ei­ nen Drall auf. Bei den Datenübertragungskabeln gemäß Fig. 1, 2,3 und Fig. 6 sind die Aderpaare von einer Abschirmung 5, etwa einer Aluminium-kaschierten Folie umfaßt. Das Datenübertragungskabel nach Fig. 1 enthält zwei Aderpaare, die üb­ rigen Datenübertragungskabel enthalten jeweils vier Aderpaare. Bei den Ausfüh­ rungsbeispielen gemäß Fig. 4, 5 und Fig. 7 sind die Aderpaare nicht abgeschirmt. Sowohl im Falle von abgeschirmten als auch nicht abgeschirmten Aderpaaren kann eine Gesamtabschirmung 6 vorhanden sein. Diese kann beispielsweise aus einer Metallfolie 6a gebildet sein. Es kann aber auch ein Schirmgeflecht 6b ver­ wendet werden. Ein solches Schirmgeflecht verbessert zum einen den mechani­ schen Zusammenhalt der von ihm umfaßten Aderpaare und verbessert außerdem die EMV der Abschirmung. Denkbar ist auch, dass die Abschirmung von einer Metallfolie 6a und von einem Schirmgeflecht 6b gebildet wird (Fig. 4). Das abge­ schirmte oder nicht abgeschirmte Paket aus mehreren Aderpaaren ist schließlich von einem Kabelmantel 7 beispielsweise aus PVC umfaßt. Falls erforderlich, kann für den Außenmantel auch ein FRNC-Material (Flame-Retardent, Non-Corrosive) oder LSZH-Material (Low Smoke, Zero Halogen) verwendet werden. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 sind zwei Kabel über einen deren Kabelman­ tel 7a miteinander verbindenden Steg 8 zusammengehalten. Innerhalb der Ge­ samtabschirmung 6 ist ein Beilaufdraht 9 angeordnet.

Bei einer weiteren, nicht dargestellten Bauart sind die Aderpaare ohne Drall aus­ gebildet, wobei jeweils zwei Aderpaare parallel aneinander liegen.

Die in Fig. 8 und 9 graphisch dargestellten Meßwerte wurden an Aderpaaren mit einer Breite von 4,2 mm, einer Höhe von 2,0 mm und einer Steg-Breite von 0,2 mm erhalten. Der Durchmesser der Leiter betrug 0,64 mm. Als Material für die Umhüllungen 3 wurde massives PE verwendet. Als Abschirmung für die Aderpaa­ re wurde ein mit Aluminium kaschierter Folienstreifen von 20 × 0,065 mm einge­ setzt.

Das Diagramm gemäß Fig. 8 gibt das Impedanzverhalten in Abhängigkeit von der Signalfrequenz wieder. Die Linien A begrenzen den von der Norm EN 50731 fest­ gelegten Toleranzbereich für die Impedanz. Die zwischen den Linien A eingetra­ gene Messkurve B gibt die gemessenen Werte wieder. Erkennbar ist, dass in ei­ nem Bereich von 1 bis 300 MHz der normgerechte Toleranzbereich weit unter­ schritten wird. Die Impedanzschwankungen liegen hier bei Werten unterhalb ±2 Ω. Im Frequenzbereich von 300 bis 600 MHz sind die Impedanzschwankun­ gen kleiner ±6 Ω. Der normgemäße Toleranzbereich sieht dagegen eine Schwan­ kungsbreite von ±2 Ω vor. Dem Diagramm ist weiterhin zu entnehmen, dass bei einem erfindungsgemäßen Datenübertragungskabel noch bis zu einem Fre­ quenzwert von 2000 MHz eine zulässige Impedanzschwankungsbreite vorhanden ist.

In dem Diagramm nach Fig. 9 ist das Nebensprechverhalten und die Dämpfung des oben angegebenen Kabels in Abhängigkeit von der Frequenz dargestellt. Die für das Nebensprechverhalten ermittelten Werte zeigt die Meßkurve C. Sämtliche Werte liegen oberhalb der von der Norm prEN 50288-4-1, Kategorie 7 festgeleg­ ten Grenzwerte (Referenzkurve D). Im unteren Teil des Diagramms sind die von der genannten Norm vorgeschriebenen Grenzwerte für die Dämpfung durch die Referenzkurve E wiedergegeben. Die Werte für die an dem oben beschriebenen Kabel gemessene Dämpfung sind durch die Meßkurve F repräsentiert. Diese Werte liegen jedenfalls bis zu der von der Norm vorgeschriebenen Maximalfre­ quenz von 600 MHz im zulässigen Bereich. Dem Diagramm ist weiterhin der Störabstand, also die Differenz zwischen dem dB-Wert des Nutzsignales (Kurve E bzw. F) und dem dB-Wert des Störsignals (Kurve D bzw. C) zu entnehmen. Bei dem in der Norm festgelegten Maximalwert von 600 MHz ist ein Störabstand von 10 dB zulässig, während bei dem untersuchten Datenübertragungskabel ein Störabstand von etwa 50 dB vorhanden ist. Bei einer Frequenz von 1600 MHz (gestrichelte vertikale Linie in Fig. 9) ist noch ein Störabstand von etwa 20 dB vor­ handen.

Bezugszeichenliste

1

Aderpaar

2

Leiter

3

Umhüllung

4

Steg

5

Abschirmung

6

Gesamtabschirmung

6

a Teilfolie

6

b Schirmgeflecht

7

Kabelmantel

8

Steg

9

Beilaufdraht
A Linie
B Meßkurve
C Meßkurve
D Referenzkurve
E Referenzkurve
F Meßkurve

Claims (7)

1. Datenübertragungskabel mit wenigstens einem Aderpaar (1) aus zwei parallel nebeneinanderliegenden Adern mit einem elektrischen Leiter (2) und einer Umhüllung (3) aus Isoliermaterial, gekennzeichnet durch einstückig miteinander verbundene, durch eine gemeinsame Extrusion auf ein Leiterpaar aufgebrachte Umhüllungen (3).

2. Datenübertragungskabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umhüllungen (3) über einen Steg (4) miteinander verbunden sind.

3. Datenübertragungskabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Isoliermaterial Polypropylen, Polyethylen oder ein Copolymer aus Hexafluorpropylen und Tetrafluorethylen ist.

4. Datenübertragungskabel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen an einem Kabelende angeordneten Steckverbinder mit Kontaktelementen zur Fixierung der elektrischen Leiter (2) eines Aderpaares (1), wobei das Ra­ stermaß der Kontaktelemente dem Abstand der Leiter (2) im Aderpaar (1) ent­ spricht.

5. Datenübertragungskabel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierelemente Schneid-Klemm-Kontakte sind.

6. Datenübertragungskabel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es für ein Impedanzbereich von 80 bis 150 Ω ausgelegt ist.

7. Verfahren zur Herstellung eines Datenübertragungskabels mit wenigstens ei­ nem Aderpaar (1) aus zwei parallel zueinanderliegenden Adern mit einem elektrischen Leiter (2) und einer kreiszylinderförmigen Umhüllung, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Umhüllungen (3) durch eine gemeinsame Extrusion derart auf die Leiter (2) aufgebracht werden, das sie einstückig miteinander verbunden sind.