DE3911172A1 - Elektrisches leiterkabel zur uebertragung von tonfrequenzsignalen im audiobereich - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Leiterkabel zur Übertragung von Tonfrequenzsignalen im Audiobereich, be­ stehend aus einem elektrisch leitenden Material und ei­ nem dieses umgebenden elektrischen Isolator.

Herkömmliche Kabel für Audio-Anwendungen bestehen der besseren Handhabbarkeit wegen in vielen Fällen aus soge­ nannten Litzenleitern, welche aus zahlreichen Einzel­ drähten zusammengesetzt sind, um dadurch die Flexibili­ tät eines solchen Kabels gegenüber einem Volldrahtleiter bei in etwa vergleichbarem Leiterquerschnitt zu verbes­ sern. Letzteres ist insbesondere dann erforderlich, wenn solche Leiterkabel zur Signalübertragung im Audiobereich, also beispielsweise zwischen Lautsprechern und Platten­ spielern, Magnetbandgeräten, u. dgl. verwendet werden sollen. In hochwertigen Ausführungen sind die Litzendräh­ te solcher Leiterkabel voneinander isoliert, um die Lei­ teroberfläche zu vergrößern. Wird ein derartiger loser Leiterverbund in mechanische Schwingungen versetzt, beispielsweise durch Schalleinwirkung, so können Stör­ spannungen auftreten, die das übertragene Audiosignal in seiner Qualität mindern. Derartige Störspannungen werden durch piezo- und/oder tribuelektrische Effekte im Isoliermaterial verursacht.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, das elektrische Leiterkabel der genannten Art so auszubil­ den, daß qualitätsmindernde Störspannungen bei der Übertragung von Audiosignalen weitgehend vermieden wer­ den.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Leiterkabel ein flacher Volldrahtleiter ist, der einen rechteckigen Querschnitt mit einer Höhe h und einer Breite b aufweist, wobei das Verhältnis von b/h größer als 10 ist. Dabei haben sich b/h-Verhältnisse zwischen 25 und 500 besonders bewährt, wobei eine be­ sonders praxisnahe Ausführungsform ein b/h-Verhältnis von etwa 250 aufweist.

Bekanntlich bewirken in einem von Wechselstrom durch­ flossenen elektrischen Leiter Magnefelder im Leiter­ inneren eine Abdrängung der Elektronen an die Leiter­ oberfläche. Diese Erscheinung ist als Skin- oder Haut­ effekt bekannt. Sie bewirkt eine Verminderung des ef­ fektiven, zum Energietransport zur Verfügung stehenden Leiterquerschnitts und läßt sich darauf zurückführen, daß sich jeder Leiter als Bündel unendlich dünner Fäden mit Ohm'schen Widerstand und mit Selbstinduktion auffas­ sen läßt. Fließt durch den Leiter ein Wechselstrom, so besteht eine bestimmte gegenseitige Induktion zwischen den einzelnen Leiterfäden. Die Summe der Selbstinduk­ tionen und gegenseitigen Induktion aller Leiter- bzw. Stromfäden ergibt die gesamte Selbstinduktion des gan­ zen Leiters. Nun ist aber die gegenseitige Induktion aller Stromfäden auf einen Stromfaden in der Mitte des Leiters größer als auf einen Stromfaden an der Leiter­ oberfläche, da im anderen Falle der Faden in der Mitte ringsum von induzierenden Stromfäden umgeben ist, wäh­ rend der Stromfaden an der Leiteroberfläche nur auf einer Seite solche Stromfäden aufweist. Infolgedessen sind die wirksamen Selbstinduktionen und damit auch die Scheinwiderstände der Stromfäden auf der Leiter­ oberfläche kleiner als in der Leitermitte. Ein den Leiter durchfließender Wechselstrom wird daher nach der Oberfläche, als dem Bereich kleinerer Widerstände verdrängt, so daß die Stromdichte im Leiterquerschnitt nicht mehr gleichförmig ist. Dies hat zur Folge, daß der Widerstand des Leiters vergrößert wird, da dem Wechselstrom nicht mehr der gesamte Leiterquerschnitt, sondern nur ein relativ kleiner Querschnitt in unmit­ telbarer Oberflächennähe zur Verfügung steht. Quanti­ tativ hängt die Stromverdrängung von der Frequenz des Wechselstroms ab sowie vom verwendeten Leitermaterial.

Der Erfindung liegt der Einfall zugrunde, die nachtei­ lige Wirkung dieses Hauteffektes dadurch zu vermindern, daß bei gegebenen Leiterquerschnitt die Oberfläche ma­ ximiert wird. Ein unendlich breiter, unendlich dünner Leiter würde diese Bedingung auf ideale Weise erfüllen, ist jedoch selbstverständlich nicht praktikabel. Prak­ tikabel hingegen sind flache, aus massivem leitenden Material, beispielsweise Kupfer, bestehende Leiterkabel, bei denen das Verhältnis von Höhe h bzw. Dicke und Brei­ te b beispielsweise 250 beträgt.

Ein solcher extrem flacher, massiver Leiter für Wechsel­ strom ist in der Zeichnung beispielshalber dargestellt. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Teils eines in einer Ebene verlaufenden flachen Leiters für Wechelstrom,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung eines Teils eines spiralförmig gewickelten Flachleiters für Wechsel­ strom, wobei die beiden Volldrahtleiterstränge des Leiterkabels gleichsinnig gewickelt sind,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung eines Teils eines spiralförmig gewickelten Flachleiters für Wechsel­ strom, wobei die beiden Volldrahtleiterstränge des Leiterkabels gegensinnig, einander kreuzend ge­ wickelt sind und

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines Teils eines in einer Ebene verlaufenden Flachleiters für Wechsel­ strom, bestehend aus mehreren übereinander ange­ ordnete, elektrisch voneinander isolierten Voll­ drahtleitern unterschiedlichen Querschnitts.

Das in Fig. 1 dargestellte Leiterkabel ist ein flacher Volldrahtleiter mit zwei parallelen Kupferbändern 2, 3 deren Breite etwa 50 mm und deren Höhe etwa 0,2 mm be­ trägt. Diese Kupferbänder, die zur Übertragung von Ton­ frequenzsignalen im Audiobereich dienen, sind von einer aus PVC oder Teflon oder aus einem anderen geeigneten Ma­ terial bestehenden Isolierung 1 umgeben und auf diese Weise auch voneinander isoliert. Dieses Leiterkabel ist aufgrund der geringen Dicke der Kupferbänder 2, 3 aus­ reichend flexibel und deshalb auch einfach handhabbar. Die Wirkung des Hauteffektes ist bei dieser Konstruktion weitgehend unterdrückt, jedenfalls in einem weitaus stär­ keren Maße und mit wesentlich einfacheren Mitteln, als dies bei einem Bündel feiner, beispielsweise durch Email­ lack gegeneinander isolierter Drähte der Fall ist, die miteinander zu einer Litze verdrillt oder verflochten sind, um zu erreichen, daß jeder Draht streckenweise ebensooft in der Achse wie in der Oberfläche des Bündels verläuft.

Bei der Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Leiter­ kabels nach Fig. 2, das ebenfalls zur Übertragung von Tonfrequenzsignalen im Audiobereich dient, sind zwei flache Volldrahtleiter 4, 5 auf je einen zweier koaxia­ ler Isolatoren 6, 7 aufgewickelt und auf diese Weise elektrisch voneinander isoliert. Die äußere Isolation wird durch einen Isoliermantel 8 hergestellt. Auch in diesem Fall entspricht das Verhältnis von Breite zur Höhe des rechteckigen Leiterquerschnitts einem Wert von circa 250, auch wenn dies aus Maßstabsgründen aus der zeichnerischen Darstellung nicht erkennbar ist. Aufgrund der gewickelten Ausführungsform ist der Volldrahtleiter von Fig. 2 im Gegensatz zu demjenigen von Fig. 1 jedoch nicht als flach zu bezeichnen, sondern als gekrümmt. Als Leitermaterial bietet sich auch hier Kupfer an.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform des Leiterkabels sind die beiden Volldrahtleiter 4, 5 gleichsinnig gewickelt, haben also dieselbe Drall­ richtung. Dies bedeutet, daß sich die Induktivitäten der beiden Leiter vollständig oder nahezu vollständig aufheben, da sie entgegengesetzt gerichtet sind.

Gemäß der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform sind die beiden Volldrahtleiterstränge 9, 10 gegen­ sinnig und einander kreuzend gewickelt, weshalb sich die Induktivitäten addieren.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform ist das erfindungsgemäß elektrische Leiterkabel wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 nicht als Rund­ leiter oder Rundkabel gemäß den Fig. 2 und 3 ausgebildet, sondern als Flachleiter, bestehend aus einem unteren Volldrahtleiter 12 größeren Quer­ schnitts und zwei parallelen, sich in Längsrichtung des Flachleiters erstreckenden Volldrahtleitern 13 und 14 kleineren Querschnitts. Zwischen den erst­ genannten Volldrahtleitern und den beiden letztge­ nannten ist eine Isolierung 15 vorgesehen, die auch die Oberseite der beiden Volldrahtleiter 13, 14 ab­ deckt. Über der Isolierung 15 und oberhalb der beiden Volldrahtleiter 13, 14 befindet sich ein weiterer Flachleiter 16, der seinerseits von einem Isoliermantel 17 abgedeckt wird, der sich auch unter den erstgenannten unteren Volldrahtleiter 12 größeren Querschnitts erstreckt, so daß das Ganze als Sand­ wichpackung betrachtet werden kann, bestehend aus übereinander angeordneten Volldrahtflachleitern und dazwischenbefindlichen Isolierungen. Jeweils zwei dieser Volldrahtleiter, im vorliegenden Fall die Volldrahtleiter 13 und 14, sind signalführende Leiter, während die beiden über diesen angeordneten Volldraht­ leiter 12 und 16 zur Abschirmung dienen.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform sind also die beiden parallelen Volldrahtleiter 13 und 14 beidseitig durch die Volldrahtleiter 12 und 16 abge­ schirmt.

Statt einer beidseitigen Abschirmung kann aber auch nur eine einseitige Abschirmung Verwendung finden, die zeichnerisch nicht dargestellt ist.

Darüber hinaus ist die Möglichkeit gegeben, daß an­ stelle der parallel nebeneinander liegenden signal­ führenden Volldrahtleiter 13 und 14 mit beidseitiger Abschirmung zwei übereinander liegende und voneinander isolierte signalführende Leiter größeren Querschnits Verwendung finden, wodurch dann die Sandwichpackung aus vier Metallschichten und drei dazwischen angeord­ neten Isolierschichten sowie einem äußeren Isolier­ mantel bestehen würde. Die in den obigen Beispielen erläuterte Anordnung der signalführenden Leiter führt zu einer besonders niedrigen Induktivität.

Claims (10)

1. Elektrisches Leiterkabel zur Übertragung von Ton­ frequenzsignalen im Audiobereich, bestehend aus einem elektrisch leitenden Material und einem dieses umgeben­ den elektrischen Isolator, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Leiterkabel ein Volldraht­ leiter ist, der einen rechteckigen Querschnitt mit einer Höhe h und einer Breite b aufweist, wobei das Verhältnis von b/h größer als 10 ist.

2. Elektrisches Leiterkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis b/h 25 bis 2500 beträgt.

3. Elektrisches Leiterkabel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis b/h etwa 250 beträgt.

4. Elektrisches Leiterkabel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch leitende Material Kupfer ist und das Isoliermaterial aus Teflon oder PVC besteht.

5. Elektrisches Leiterkabel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Leiterkabel ein flacher Volldrahtleiter ist, beste­ hend aus zwei parallelen Leitersträngen (2, 3), die durch einen flachen Isoliermantel (1) abgedeckt und von­ einander isoliert sind.

6. Elektrisches Leiterkabel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Leiterkabel aus zwei um eine gemeinsame Achse spi­ ralförmig gewickelten, durch ein Isoliermaterial (6) voneinander elektrisch isolierten, gekrümmten Volldraht­ leitersträngen (4,5) besteht, die von einem äußeren Isoliermantel (8) umgeben sind.

7. Elektrisches Leiterkabel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Volldrahtleiterstränge (4, 5) gleichsinnig gewickelt sind.

8. Elektrisches Leiterkabel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Volldrahtleiterstränge (9, 10) gegensinnig, einander kreuzend gewickelt sind.

9. Elektrisches Leiterkabel nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß über dem Isoliermantel des als Flachleiter ausge­ bildeten Volldrahtleiters (12) zwei parallele, sich in Längsrichtung des Flachleiters erstreckende Volldrahtleiter (13, 14) kleineren Querschnitts ange­ ordnet sind, die von einer Isolierung (15) abgedeckt sind.

10. Elektrisches Leiterkabel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß über der Isolierung (15) ein weiterer als Flachleiter ausgebildeter Volldrahtleiter (16) zur Bildung eines sandwichpackungsartigen Leiterkabels angeordnet ist und daß die Sandwichpackung von einem Isoliermantel (17) umgeben ist.