DE4324239A1 - Kabelanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kabelanordnung zur entkoppel­ ten Führung zweier getrennter Stromkreise.

In elektronischen Systemen, insbesondere auch in Kraft­ fahrzeugen, werden häufig Kabelverbindungen benötigt, die für getrennte Stromkreise zwei Leiterpaare, beispielsweise zwei Signalleitungen und zwei Versorgungsleitungen mit z. T. unterschiedlichen Querschnitten aufweisen. Zur ent­ koppelten Führung zweier Stromkreise sind die sogenannten Sternviererkabel bekannt, die aber ungünstig bezüglich der Handhabung sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine derartige Kabelanordnung zur Führung zweier getrennter Stromkreise anzugeben, bei welcher sich die beiden Stromkreise mög­ lichst wenig gegenseitig beeinflussen, und die günstig handzuhaben ist.

Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 beschrieben. Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung.

Die Erfindung führt zu einer Anordnung, bei der die beiden Stromkreise sowohl induktiv als auch kapazitiv entkoppelt sind, wobei gegenüber einer herkömmlichen Anordnung das Flachbandkabel fünf Adern aufweist, die in bestimmter Weise für die beiden Stromkreise eingesetzt sind. Da die außen liegenden Teilleiter des aufgeteilten Leiters ge­ genüber dem zentralen Leiter nur den halben Leitungsquer­ schnitt aufzuweisen brauchen, kann eine durch die Leiter bewirkte Gewichtszunahme vermieden werden. Flachbandkabel weisen den praktischen Vorteil einfacher Handhabung auf. Sie können durch Schneidklemmverbindungen in einem Ar­ beitsgang abisoliert und mit Steckverbindern kontaktiert werden.

Flachbandkabel sind an sich in großer Zahl bekannt, z. B. aus DE-GM 19 86 570 oder US 3 621 118. Diese bekannten Flachbandkabel sind aber nicht zur entkoppelten Führung zweier getrennter Stromkreise vorgesehen. Ihre Verwendung im Sinne der vorliegenden Erfindung ist bislang nicht an­ geregt.

Die Erfindung verbindet einfache Handhabbarkeit mit hoher Entkopplung der Stromkreise. Sie ist nachfolgend anhand der Abbildungen noch eingehend veranschaulicht. Dabei zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Flachbandkabel für eine Anordnung nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Darstellung der kapazitiven Verhältnisse auf einer solchen Kabelanordnung,

Fig. 3 eine Darstellung der induktiven Koppelverhältnisse,

Fig. 4 ein Beispiel einer Anordnung mit zwei getrennten Stromkreisen.

Das in Fig. 1 im Querschnitt skizzierte Flachbandkabel weist fünf in einen Isolierkörper K eingebettete Leiter 1, 2, 2′, 3 und 4 auf , die auch jeweils aus einer Mehrzahl von Litzendrähten bestehen können und in gegenseitigen Ab­ ständen a_mn der Kabelebene angeordnet sind. Die Leiter bilden zwei Leiterpaare für zwei getrennte Stromkreise in der Weise, daß die Leiter 3 und 4 Hin-und Rückleiter eines ersten Leiterpaars bilden und das zweite Leiterpaar aus dem Leiter 1 und den Teilleitern 2 und 2′, die zusammen den zweiten Leiter dieses Leiterpaars bilden, besteht. Die Leiterquerschnitte können verschieden und dem Einsatzfall angepaßt sein. Beispielsweise kann das Leiterpaar 3 und 4 als Signalleitung und das Leiterpaar 1 und 2, 2′ als Stromversorgungsleitung vorgesehen sein. Die Teilleiter 2′, 2′′ sind zumindest an den Enden der Leiter, vorzugs­ weise in an den Kabel enden angebrachten Steckverbindern miteinander verbunden und in den Steckverbindern an einen gemeinsamen Kontakt angeschlossen. Der Isolierkörper K des Kabels ist vorteilhafterweise unsymmetrisch ausgeführt vorzugsweise an den Außenenden, um auf einfache Weise eine eindeutige Zuordnung der Signalleiter sicherzustellen und eine Polaritätsvertauschung zwischen den Leitern 3 und 4 zu vermeiden.

Die in Fig. 2 eingetragenen Kapazitäten zwischen benachbar­ ten Leitern bilden über die Verbindung der Teilleiter 2, 2′ eine kapazitive Brücke, deren Abgleichbedingung für ka­ pazitive Entkopplung

C₁₃ : C₂₃ = C₁₄ : C_{2′ 4}

wegen der Symmetrie der Anordnung mit C₁₃ = C₁₄ und C₂₃ = C_2′4 erfüllt ist. Die beiden Stromkreise sind somit kapa­ zitiv entkoppelt.

Zur Beurteilung der induktiven Verkopplungssituation wird die Anordnung als aus zwei Vierleiteranordnungen A und B wie in Fig. 3 skizziert zusammengesetzt betrachtet, wobei die Teilleiter 2, 2′ jeweils den gleichen Strom i2/2. Zu­ mindest für die bei der induktiven Verkopplung relevanten hochfrequenten Stromanteile kann diese Gleichaufteilung aufgrund des Skin-Effekts als ohne weitere Maßnahmen gege­ ben angesehen werden.

Die Gegeninduktivität MA der Vierleiteranordnung A mit den Stromschleifen I, 2 und 3, 4 ergibt sich zu

MA = 2L ln ((a₁₄ a₂₃) / (a₁₃ a₂₄)) nH/cm

und die Gegeninduktivität MB der Vierleiteranordnung B mit den Stromschleifen 1, 2′ und 3, 4 zu

MB = 2L ln ((a₁₄ a_{2′ 3}) / (a₁₃ a_2′4)) nH/cm

und die Gegeninduktivität M der Gesamtanordnung als Summe

M = MA + MB

wobei jeweils mit L die Kabellänge in cm bezeichnet ist. Während die Gegeninduktivitäten MA und MB für sich be­ trachtet nicht verschwinden, wird die Gegeninduktivität M der Gesamtanordnung wegen der Symmetrie der Anordnung mit a₁₃ = a₁₄, a₂₃ = a_{2′ 4} und a _2′3 = a₂₄ zu Null, so daß die beiden Stromkreise auch induktiv entkoppelt sind.

Für die erfindungsgemäße Flachbandkabelanordnung ergibt sich somit eine kapazitive und induktive Entkopplung, d. h. eine Neutralisierung der beiden Stromkreise wie sie von dem wesentlich umständlicher zu handhabenden Sternvierer­ kabel bekannt ist.

Die Entkopplung ist auch noch gegeben, wenn der zweite Stromkreis erdunsymmetrisch in der Weise ausgeführt ist, daß die Summe i2 der gleich großen Ströme i2/2 auf den Teilleitern 2, 2′ auf den Teilleitern 2, 2′ nicht entge­ gengesetzt gleich ist dem Strom auf dem zentralen Leiter 1, beispielsweise durch unsymmetrische kapazitive Verkopp­ lung mit dem Massepotential einer Fahrzeugkarosserie. Der erste Stromkreis mit Leitern 3, 4 ist aber erdsymmetrisch auch in den angeschlossenen Baugruppen.

Die Neutralitätsbedingungen gelten streng nur für eine Kabelverlegung in freier Luft. Benachbarte Leiter und Me­ tallflächen können u. U. wieder zu einer schwachen Verkopp­ lung führen, die aber im Regelfall ein zulässiges Ausmaß nicht überschreiten wird. Eine Verfälschung der Symmetrie durch externe Impedanzen in den angeschlossenen Baugruppen ist nicht berücksichtigt.

In Fig. 4 ist eine Anordnung mit einer Versorgungsspan­ nungsquelle VQ, einem Verbraucher V, einer Signalquelle SQ, einem Sensor S und einem Flachbandkabel F mit einem in Fig. 1 skizzierten Aufbau gezeigt. Verbraucher und Sensor können auch Bestandteile ein und desselben Gerätes oder Bauteils sein. Versorgungsspannungsquelle VQ und Verbrau­ cher V sind Stationen eines ersten geschlossenen Strom­ kreises, dessen Strom i1 über die Ader 1 als Hinleiter und in gleichmäßiger Aufteilung mit je i2/2 über die Adern 2, 2′ als Rückleiter dieses ersten Stromkreises geführt ist. Die gleichmäßige Stromverteilung auf die Adern 2, 2′ kann im Bedarfsfall durch zusätzliche, an sich bekannte Mittel wie Vorwiderstände, Drosseln etc. mit hoher Genauigkeit gewährleistet werden, die dann vorzugsweise in Steckverbindern integriert sind. Die Ströme i1 und i2 (=i2/2+i2/2) sind nicht notwendigerweise betragsgleich. Signalspannungsquelle SQ und Sensor S bilden mit den Adern 3 und 4 als Hin- und Rückleiter des Signalstroms is den zweiten, vom ersten Stromkreis getrennten Stromkreis. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Leiter der beiden Stromkreise sind diese auf der gesamten Länge des Flach­ bandkabels voneinander entkoppelt. Beide Stromkreise kön­ nen beliebige Gleich- und/oder Wechselstromanteile führen.

Claims (4)

1. Kabelanordnung zur entkoppelten Führung zweier ge­ trennter Stromkreise auf zwei Leiterpaaren, dadurch ge­ kennzeichnet, - daß ein fünfadriges Flachbandkabel vorgesehen ist, - daß die beiden Leiter (3, 4) des ersten Leiter­ paares symmetrisch um den ersten Leiter (1) des zweiten Leiterpaares als zentralem Leiter angeord­ net sind, - daß der zweite Leiter des zweiten Leiterpaares in zwei Teilleiter (2, 2′) aufgeteilt ist und - daß die beiden Teilleiter (2, 2′) symmetrisch zu dem zentralen Leiter um die Leiter (3, 4) des er­ sten Leitungspaares angeordnet sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitungsquerschnitt der beiden Teilleiter halb so groß ist wie der des zentralen Leiters.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Isolierkörper des Flachbandkabels unsym­ metrisch an den Außenenden ausgeführt ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teilleiter in Steckverbin­ dern an den Kabel enden galvanisch verbunden sind und einen gemeinsamen Steckkontakt besitzen.