DE19948678A1

DE19948678A1 - Data transmission cable and manufacturing process

Info

Publication number: DE19948678A1
Application number: DE1999148678
Authority: DE
Inventors: Hans-Georg Huck; Erwin Koeppendoerfer; Andreas Wilhelm
Original assignee: Leoni Kabel GmbH
Current assignee: Leoni Kabel GmbH
Priority date: 1999-10-04
Filing date: 1999-10-04
Publication date: 2001-05-03
Also published as: EP1091362A2; EP1091362A3

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.In the case of a data transmission cable with at least one pair of wires (1) consisting of two parallel adjacent wires with an electrical conductor (2) and a sheath (3) made of insulating material, the sheaths are integrally connected to one another and applied to a pair of conductors by a common extrusion.

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.The invention relates to a data transmission cable with at least one conductor couple and a process for its manufacture. Such a data transfer supply cable is described for example in US 4,873,393. Within a Ka several pairs of wires are arranged in the outer sheath. The wire pairs are out two single wires stranded together. Problematic with data transfer Transmission cables are capacity asymmetries distributed over the cable length Wire pairs, the impedance fluctuations, signal energy losses and secondary crosstalk cause effects, i.e. the transmission properties of a data transmission cable in particular in the ge of the relevant standard EN 50173 demanding high frequencies of up to 600 MHz deteriorate.

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.The cause of the capacity asymmetries are fluctuating distances between the conductors of a pair of wires and in particular changing diameters of the wire sheaths. Therefore, in the manufacture of data transmission cables elaborate production monitoring and quality control required. At Conventional data transmission cables are first made through single wires Extrusion manufactured. An electrical conductor is replaced by a circular Ex passed through the extrusion nozzle while doing so with an insulation measure material encased in a thermoplastic. Despite monitoring the Extrusion parameters such as temperature, extrusion pressure, extrusion speed speed, etc., fluctuations in the wire diameter and the material do not completely avoid the consistency of the wrapping material. How to effect at for example pressure changes during extrusion different extrusion levels and thus different wire diameters. It is therefore still an expense Quality control required to sort out intolerable wires. The suitable wires are then stranded into pairs. Doing so Diameters or material fluctuations due to impurities of the one zeladern randomly arranged side by side, which the capacity asymmetry trie of a pair of wires still promotes. Previous data transmission cables of the in Re de standing type are therefore only suitable for frequencies up to about 600 MHz.

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.The object of the invention is to propose a data transmission cable that without to leave the tolerance ranges specified in standard EP 50731, transfer allowable frequencies of more than 600 MHz and that in a simplified manner can be produced.

Diese Aufgabe wird für ein Datenkabel durch die Merkmale des Anspruches 1 und hinsichtlich seiner Herstellung durch die Verfahrensmerkmale des Anspruches 7 gelöst.This task is for a data cable by the features of claim 1 and with regard to its manufacture by the process features of claim 7 solved.

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.A data transmission cable according to the invention contains at least one wire couple, integrally connected by a common extrusion has claddings applied to a pair of conductors. This approach has first the advantage that the distance between the conductors of a pair is exact can be met. It is also advantageous that fluctuations in the Always apply extrusion parameters simultaneously to both wires of a wire pair ken. Inhomogeneities in material consistency as well as diameter fluctuations are therefore symmetrical. The consequence is that extrusion-related Capacity fluctuations seen over the length of the line pair, quasi run synchronously. Opposing areas of the single wires have al so always comparable capacities. Asymmetries like conventional Da This avoids transmission cables. Accordingly, the proposed data transmission cable less impedance fluctuations and lower crosstalk effects like conventional cables and are for Suitable for transmission frequencies up to at least 2000 MHz. Beyond that it simpler, namely with less effort for quality monitoring producible.

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.The shape of the extrusion die is chosen so that the cylindrical envelopes touch in a line. The two wrappings are thus in one piece connected and the mutual distance between the electrical conductors exactly fixed laid and practically unchangeable.

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.In a preferred embodiment, the sheaths are a pair of wires connected to each other via a bridge. Such a pair of wires can be simple cut open way to fix the individual wires to connectors. The have proven to be particularly advantageous for the insulating material of the envelopes Polypropylene, polyethylene and hexafluoropropylene copolymers and proven tetrafluoroethylene. In a further advantageous embodiment at one end of the cable a connector with contact elements for fixing the electrical conductor of a pair of wires arranged, the pitch of the con clock elements corresponds to the distance between the electrical conductors in the wire pair. On This eliminates the need to separate the wire pairs. So the geometry of the Get the wire pair up to the transfer points. Transmission losses through Re this minimizes flexion.

Die Erfindung wird nun anhand von in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The invention will now be illustrated with reference to the accompanying drawings Exemplary embodiments explained in more detail. Show it:

Fig. 1 bis 7 verschiedene Bauarten eines erfindungsgemäßen Datenübertra gungskabels, Fig. 1 to 7 according to the invention various types of Datenübertra supply cable,

Fig. 8 ein Diagramm, das die Impedanz eines erfindungsgemäßen Daten übertragungskabels in Abhängigkeit von der Signalfrequenz wieder gibt, und Fig. 8 is a diagram showing the impedance of a data transmission cable according to the invention as a function of the signal frequency, and

Fig. 9 ein Diagramm, das das Dämpfungs- und Nebensprechverhalten in Abhängigkeit von der Signalfrequenz zeigt. Fig. 9 is a diagram showing the attenuation and crosstalk behavior as a function of the signal frequency.

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. Figs. 1 to 7 show data transmission cable in cross-section. All data transmission cables contain at least one pair of wires 1 consisting of two wires. A wire comprises an electrical conductor 2 preferably made of copper, optionally coated with tin or silver, and a sheath 3 made of an insulating material, such as polyethylene. The covering can also have a multi-layer structure (e.g. skin-foam-skin). The conductor can be a wire or a stranded wire. The two envelopes 3 are integrally formed by egg nen common extrusion process and are connected to each other via a web 4 . The web 4 extends over the entire length of the wires and runs in the transverse direction of the pair of wires seen on the roofed connecting line between the centers of the conductors 2 . In the exemplary embodiments shown, the individual cores are stranded together, that is to say they have a swirl. The data transmission cable according to Fig. 1, 2.3, and Fig. 6 are the wire pairs from a shield 5, such as an aluminum-laminated film comprises. The data transmission cable according to Fig. 1 comprises two pairs of wires, the üb ring data transmission cable included four pairs of wires. In the exporting of FIG. 4, 5 and FIG approximately examples. 7, the conductor pairs may not be shielded. An overall shield 6 can be present both in the case of shielded and unshielded wire pairs. This can be formed, for example, from a metal foil 6 a. But it can also be used a screen braid 6 b ver. Such a screen braid improves the mechanical cohesion of the wire pairs it comprises and also improves the EMC of the shield. It is also conceivable that the shield is formed by a metal foil 6 a and by a braided shield 6 b ( FIG. 4). The shielded or unshielded package of several pairs of wires is finally covered by a cable sheath 7, for example made of PVC. If necessary, an FRNC material (flame retardant, non-corrosive) or LSZH material (low smoke, zero halogen) can be used for the outer jacket. In the embodiment of FIG. 3, two cables are held together by a web 8 connecting their Kabelman tel 7 a. Within the Ge overall shield 6 a drain wire 9 is arranged.

Bei einer weiteren, nicht dargestellten Bauart sind die Aderpaare ohne Drall aus gebildet, wobei jeweils zwei Aderpaare parallel aneinander liegen.In a further design, not shown, the wire pairs are without swirl formed, with two pairs of wires lying parallel to each other.

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.The measured values shown graphically in FIGS. 8 and 9 were obtained on wire pairs with a width of 4.2 mm, a height of 2.0 mm and a web width of 0.2 mm. The diameter of the conductors was 0.64 mm. Solid PE was used as the material for the coverings 3 . A 20 × 0.065 mm aluminum foil foil strip was used to shield the wire pairs.

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.The diagram of Fig. 8 indicates the impedance behavior as a function of the signal frequency again. Lines A limit the tolerance range for the impedance defined by the standard EN 50731. The measurement curve B entered between the lines A represents the measured values. It can be seen that in a range from 1 to 300 MHz the tolerance range in accordance with standards is far below. The impedance fluctuations are below ± 2 Ω. In the frequency range from 300 to 600 MHz, the impedance fluctuations are less than ± 6 Ω. The standard tolerance range, on the other hand, provides for a fluctuation range of ± 2 Ω. The diagram also shows that with a data transmission cable according to the invention there is still a permissible impedance fluctuation range up to a frequency value of 2000 MHz.

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. The diagram according to FIG. 9 shows the crosstalk behavior and the attenuation of the cable specified above as a function of the frequency. The values determined for the crosstalk behavior are shown in the measurement curve C. All values are above the limit values specified by the prEN 50288-4-1, Category 7 standard (reference curve D). In the lower part of the diagram, the limit values for the damping by the reference curve E prescribed by the aforementioned standard are shown. The values for the attenuation measured on the cable described above are represented by the measurement curve F. In any case, these values are within the permissible range up to the maximum frequency of 600 MHz prescribed by the standard. The diagram also shows the signal-to-noise ratio, i.e. the difference between the dB value of the useful signal (curve E or F) and the dB value of the interference signal (curve D or C). At the maximum value of 600 MHz specified in the standard, a signal-to-noise ratio of 10 dB is permissible, while the data transmission cable under investigation has a signal-to-noise ratio of approximately 50 dB. At a frequency of 1600 MHz (dashed vertical line in Fig. 9) there is still a signal-to-noise ratio of about 20 dB.

Reference list

11

Aderpaar
Wire pair

22nd

Leiter
ladder

33rd

Umhüllung
Wrapping

44th

Steg
web

55

Abschirmung
shielding

66

Gesamtabschirmung
Overall shielding

66

a Teilfolie
a partial film

66

b Schirmgeflecht
b Braided screen

77

Kabelmantel
Cable sheath

88th

Steg
web

99

Beilaufdraht
A Linie
B Meßkurve
C Meßkurve
D Referenzkurve
E Referenzkurve
F Meßkurve
Drain wire
A line
B measurement curve
C measurement curve
D reference curve
E reference curve
F trace

Claims

1. Data transmission cable with at least one pair of wires (1) consists of two parallel adjacent wires with an electrical conductor (2) and a sheath (3) of insulating material, characterized by integrally connected to each other, applied through a common extrusion onto a conductor pair wrappings (3).

2. Data transmission cable according to claim 1, characterized in that the sheaths ( 3 ) are connected to one another via a web ( 4 ).

3. Data transmission cable according to claim 1 or 2, characterized, that the insulating material is made of polypropylene, polyethylene or a copolymer Is hexafluoropropylene and tetrafluoroethylene.

4. Data transmission cable according to one of claims 1 to 3, characterized by a connector arranged at one end of the cable with contact elements for fixing the electrical conductors ( 2 ) of a pair of wires ( 1 ), the Ra dimension of the contact elements the distance of the conductors ( 2 ) in the pair of wires ( 1 ) speaks accordingly.

5. Data transmission cable according to claim 4, characterized, that the fixing elements are insulation displacement contacts.

6. Data transmission cable according to one of claims 1 to 5, characterized, that it is designed for an impedance range of 80 to 150 Ω.

7. A method for producing a data transmission cable with at least one pair of wires ( 1 ) from two wires lying parallel to one another with an electrical conductor ( 2 ) and a circular-cylindrical sheath, characterized in that the two sheaths ( 3 ) are extruded onto the conductors in such a way ( 2 ) are applied that they are integrally connected to each other.