DE69111750T2

DE69111750T2 - Elektrisches Kabel mit hoher Übertragungsgeschwindigkeit.

Info

Publication number: DE69111750T2
Application number: DE69111750T
Authority: DE
Inventors: Silva Victor Da; Pierre Frieden; Daniel Prudhon
Original assignee: Filotex SA
Current assignee: Filotex SA
Priority date: 1990-11-14
Filing date: 1991-11-11
Publication date: 1996-01-04
Anticipated expiration: 2011-11-12
Also published as: US5286923A; EP0485920A1; FR2669143A1; FR2669143B1; DE69111750D1; EP0485920B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Kabel für hohe Übertragungsgeschwindigkeit, insbesondere ein Kabel, das zur Übertragung von Daten von einem Informatikgerät zum nächsten verwendet wird. Um ein Kabel für hohe Übertragungsgeschwindigkeit herzustellen, ist es bekannt, die zwischen zwei Leitern dieses Kabels vorhandene lineare Kapazität zu verringern, indem der Abstand zwischen diesen Leitern und der Abstand zwischen diesen Leitern und der Abschirmung vergrößert wird und indem der Mittelwert der Dielektrizitätskonstanten der zwischen diesen beiden Leitern befindlichen Dielektrika entlang des ganzen Kabels verringert wird.
Es ist bekannt, den Mittelwert der Dielektrizitätskonstanten des zwei Leiter eines Kabels trennenden Dielektrikums zu verringern, indem ein expandiertes Kunststoffmaterial verwendet wird. Zum Beispiel hat Polyäthylen eine Dielektrizitätskonstante von 2,28, wenn es massiv ist, und eine auf 1,6 oder 1,5 verringerte Dielektrizitätskonstante, wenn es expandiert ist. Die expandierten dielektrischen Materialien haben jedoch den Nachteil eines geringen mechanischen Widerstands, der eine relative Verschiebung der Leiter bewirkt, wenn das Kabel einer Biegung oder einer Verdrehung unterworfen wird. Diese Verschiebung bewirkt lokal eine Veränderung der elektrischen Eigenschaften des Kabels.
Zum Beispiel beschreibt die europäische Patentanmeldung EP-A-0 296 692 ein Kabel zur Übertragung von Daten, das aufweist:
- eine isolierende Seele zylindrischer Form, die vier gleichmäßig verteilte spiralförmige Längsrillen aufweist,
- vier in diesen Rillen angeordnete blanke Leiter,
- eine erste isolierende Schicht, die die Leiter und die Seele insgesamt umgibt,
- eine metallische Abschirmung, die die isolierende Schicht umgibt,
- und eine zweite, periphere isolierende Schicht, die die Gesamtheit des Kabels mechanisch schützt.
Dieses Kabel ist platzraubend, da die isolierende Seele einen Durchmesser aufweist, der sehr viel größer als der Durchmesser jedes der vier Leiter ist. Sie hält einen vorbestimmten Abstand zwischen den Leitern bei, um die lineare Kapazität zwischen den Leitern zu verringern. Die Seele und die erste isolierende Schicht können aus expandiertem Polytetrafluoräthylen sein.
Das US-Patent Nº 2 348 752 beschreibt ein Kabel für hohe Übertragungsgeschwindigkeit, das zwei Leiter enthält, die durch Mittel auf einem vorbestimmten Abstand gehalten werden, die für jeden Leiter aufweisen:
- einen spiralförmigen Isolierkörper, dessen Windungen sich nicht berühren und dessen Längsachse mit der des Leiters zusammenfällt, wobei jede Windung den Leiter umschließt und die Windungen von zwei Isolierkörpern entgegengesetzte Richtungen haben,
- ein isolierendes Rohr, das den Leiter und den Isolierkörper enthält und an der Spirale entlang ihrer ganzen Länge anliegt, wobei die Längsachse dieses Rohrs mit der des Leiters zusammenfällt.
Die Gesamtheit der Leiter ist in eine gemeinsame rohrförmige Hülle eingeschlossen. Das isolierende Rohr verhindert, daß die Windungen der Isolierkörper der beiden Leiter sich verschachteln und den Trennabstand verringern können. Die Herstellung dieses Rohrs für jeden Leiter erhöht jedoch die Herstellungskosten eines Kabels.
Die Druckschrift DE-A-599 312 beschreibt ein Kabel für hohe Übertragungsgeschwindigkeit mit zwei Leitern, die durch Mittel auf einem vorbestimmten Abstand gehalten werden, die für jeden Leiter einen spiralförmigen Isolierkörper enthalten, dessen Windungen sich nicht berühren und dessen Längsachse mit der des Leiters zusammenfällt, wobei jede Windung den Leiter umschließt. Ein Profilteil mit Rechteckquerschnitt aus isolierendem Material ist zwischen die beiden Isolierkörper eingefügt, deren Windungen in gleicher richtung verlaufen, um eine Verschachtelung der Windungen zu vermeiden, die den Abstand zwischen den beiden Leitern verändern würde. Ein isolierendes Band umgibt die Gesamtheit des Kabels und hält so das Profilteil an Ort und Stelle zwischen den beiden Isolierkörpern. Die Herstellung und die Einfügung des Profilteils erhöhen die Kosten dieses Kabels.
Ziel der Erfindung ist es, ein Kabel vorzuschlagen, das sich für hohe Übertragungsgeschwindigkeit eignet, ohne die Nachteile der bekannten Kabel zu besitzen.
Gegenstand der Erfindung ist ein elektrisches Kabel für hohe Übertragungsgeschwindigkeit, das eine Vielzahl von Leitern und Mittel zur Aufrechterhaltung eines vorbestimmten Abstands zwischen diesen Leitern aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zwei zwei benachbarte Leiter umschließende Isolierkörper unterschiedliche Steigungen aufweisen, die kein Vielfaches voneinander sind, so daß sie sich nie verschachteln.
Nachfolgend wird die Erfindung mit weiteren Einzelheiten anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert.
Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kabels.
Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch dieses Kabel.
Figur 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kabels.
Figur 4 zeigt dieses zweite Ausführungsbeispiel im Schnitt.
Das in Figur 1 gezeigte Kabel gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel enthält:
- zwei parallele blanke Leiter 2" und 3" aus Kupfer oder leitender Legierung zylindrischer Form und gleichen Durchmessers;
- zwei Isolierkörper 1" und 4" aus extrudiertem Polyäthylen, die je eine Spiralform mit sich nicht berührenden Windungen aufweisen, in entgegengesetzter Richtung drehen und unterschiedliche Steigungen haben;
- eine Isolier- und Schutzhülle 5" aus extrudiertem Polyäthylen, die die Gesamtheit des Kabels umgibt und eine konstante Dicke aufweist.
Die Windungen des Isolierkörpers 1" und des Isolierkörpers 4" umgeben je einen Leiter 2" bzw. 3". Jeder der Isolierkörper 1" und 4" wird ausgehend von einem geraden zylindrischen Stab mit kreisförmigem Querschnitt hergestellt, der um einen der Leiter 2" bzw. 3" gewickelt wird. Jeder Isolierkörper 1" und 4" umschließt also mit seinen Windungen einen der Leiter. Die beiden Isolierkörper 1" und 4" sind mit zwei verschiedenen konstanten Steigungen gewikkelt, die sehr viel größer sind als der Durchmesser des Querschnitts jedes Stabs, so daß das freie Volumen zwischen den Windungen sehr viel größer als das von den Windungen besetzte Volumen ist.
Die Steigungen sind unterschiedlich und kein Vielfaches voneinander, so daß die beiden Isolierkörper sich nicht verschachteln können. Im in Figur 1 gezeigten Beispiel stehen eine Windung des Isolierkörpers 1" und eine Windung des Isolierkörpers 4" in einem Punkt 6 in Kontakt, während die benachbarten Windungen aufgrund der unterschiedlichen Steigung nicht in Kontakt stehen. Die in Kontakt stehenden Windungen sind zahlreich genug, um die beiden Isolierkörper und somit die beiden Leiter voneinander auf Abstand zu halten.
Der Durchmesser der Stäbe kann so gewählt werden, daß die Leiter voneinander entfernt gehalten werden, um die lineare Kapazität zu verringern. Diese Art Kabel ermöglicht es aber insbesondere, die Kapazität zu verringern, indem die mittlere Dielektrizitätskonstante verringert wird. Die Windungen der Isolierkörper 1" und 4" füllen nur einen geringen Teil des Volumens zwischen den beiden Leitern 2" und 3", wobei der Rest mit Luft gefüllt ist, denn das die Hülle 5" bildende isolierende Material dringt nicht in den Raum zwischen den Windungen ein. Daher ist die mittlere dielektrizitätskonstante dieses Volumens geringer als die des Polyäthylens, aus dem die beiden Isolierkörper bestehen.
In einem Beispiel, bei dem der Durchmesser der Leiter 0,65 mm beträgt, der Durchmesser der Stäbe 0,9 mm und die Steigung 13,2 mm sowie eine periphere Schicht 5" einer nominalen Dicke von 3 mm gewählt sind, beträgt die erhaltene mittlere Dielektrizitätskonstante 1,2, während die des massiven Polyäthylens 2,28 beträgt. Die charakteristische Impedanz beträgt 150 Ohm für Frequenzen oberhalb 1 MHz. Umgekehrt kann das erfindungsgemäße Kabel einen geringeren Raumbedarf als ein bekanntes Kabel bei gleicher Übertragungsgeschwindigkeit, gleicher Dämpfung und gleicher Impedanz aufweisen.
In diesem Ausführungsbeispiel kann das Kabel mit einer üblichen elektrischen Abschirmung verkleidet sein, und es kann wie ein klassisches Leiterpaar verdrillt sein.
Ausführungsvarianten können darin bestehen, die Hülle 5 aus extrudiertem Polyäthylen durch ein spiralförmig aufgewickeltes isolierendes Band zu ersetzen. Es ist möglich, die Wirkung der in den Hohlräumen zwischen den Windungen der Isolierkörper 1" und 4" enthaltenen Luftfeuchtigkeit zu vermeiden, indem in diese Hohlräume eine geringe Menge eines Pulvers eingebracht wird, das unter Absorbierung der Feuchtigkeit aufquillt und das üblicherweise verwendet wird, das Innere von Koaxialkabeln vor Feuchtigkeit zu schützen, die ein festes spiralförmiges Dielektrikum enthalten.
Gemäß einer Ausführungsvariante wird jeder Leiter 2" und 3" individuell durch eine zylindrische isolierende Hülle geschützt, deren Dreh-Symmetrieachse mit der Längsachse dieses Leiters zusammenfällt, wobei diese Hülle den Leiter umgibt und selbst von den Windungen eines Isolierkörpers umgeben ist.
Figur 2 zeigt das erste Ausführungsbeispiel im Schnitt entlang der Ebene II-II. Da die Stäbe 1" und 4" je einen kreisförmigen Querschnitt haben, ist die Breite des die Leiter 2" und 3" trennenden Raums im wesentlichen gleich zweimal dem Durchmesser dieses Querschnitts.
Figur 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kabels, das aufweist:
- eine Vielzahl von Leitern 21, die einzeln isoliert und verdrillt sind;
- einen spiralförmigen Isolierkörper 22 mit kreisförmigem Querschnitt;
- eine elektrische Abschirmung 23, die zum Beispiel aus einem spiralförmig aufgewickelten Metallband besteht;
- und eine isolierende Hülle 24, die die Gesamtheit des Kabels bedeckt und schützt.
Der Körper 22 ist in Gegenrichtung zur Verdrillung der Leiter 21 gewickelt. Es soll die Leiter 21 von der Abschirmung 23 trennen, ohne daß die Dielektrizitätskonstante des Raums zwischen den Leitern 21 und der Abschirmung 23 sich nennenswert von der der Luft unterscheidet, im Gegensatz zu den klassischen Lösungen, die darin bestehen, isolierende massive oder expandierte Bänder aus Polyester, Polyäthylen oder Polypropylen zu verwenden.
Jeder Leiter 21 kann einzeln durch eine durchgehende Hülle z.B. aus Polyäthylen isoliert werden, aber er kann auch durch einen spiralförmiges Isolierkörper ähnlich dem vorher in Bezug auf Figur 1 und Figur 2 beschriebenen isoliert werden. Zahlreiche Varianten sind dem Fachmann zugänglich, wie zum Beispiel die Verwendung einer in Längsrichtung angeordneten Abschirmung anstelle einer spiralförmigen Abschirmung.
Figur 4 zeigt das zweite Ausführungsbeispiel im Schnitt entlang der Ebene IV-IV. Sie zeigt, daß der Isolierkörper 22 die Gesamtheit der Leiter 21 von der Abschirmung 23 durch einen Raum trennt, dessen Breite im wesentlichen dem Durchmesser des den Körper 22 bildenden Stabs gleicht. Wie diese Figuren zeigen, ist der Anteil an isolierendem Material zwischen den Leitern 21 und der Abschirmung 23 gering; folglich bleibt die mittlere Dielektrizitätskonstante dieses Raums nahe der von Luft.
Indem man die Eigenschaften des oder der Isolierkörper entsprechend wählt, ist es möglich, dem Kabel eine mittlere relative Dichte unterhalb des Werts 1 zu geben, damit das Kabel schwimmfähig wird.

Claims

1. Elektrisches Kabel für hohe Übertragungsgeschwindigkeit, das eine Vielzahl von Leitern und Mittel zur Aufrechterhaltung eines vorbestimmten Abstands zwischen diesen Leitern aufweist, wobei die Mittel um mindestens einen Leiter (2", 3") einen spiralförmigen Isolierkörper (1", 4") mit sich nicht berührenden Windungen enthalten, dessen Längsachse mit der des Leiters zusammenfällt, wobei jede Windung den Leiter umschließt und zwei Isolierkörper (1", 4") je einen von zwei benachbarten Leitern (2", 3") umschließen, je eine konstante und in Gegenrichtung verlaufende Steigung haben, dadurch gekennzeichnet, daß zwei zwei benachbarte Leiter (2", 3") umschließende isolierende Stäbe (1", 4") unterschiedliche Steigungen aufweisen, die kein Vielfaches voneinander sind und sich nie verschachteln.

2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Leiter, der von einem spiralförmigen Isolierkörper umgeben wird, mit einer zylindrischen isolierenden Hülle versehen ist, deren Drehsymmetrieachse mit der Längsachse des Leiters zusammenfällt, wobei die Hülle den Leiter umgibt und selbst von den Windungen des Isolierkörpers umgeben ist.

3. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es außerdem eine isolierende Hülle (5") aufweist, die die Gesamtheit der Isolierkörper (1", 4") umgibt und eine konstante Dicke hat.

4. Kabel nach Anspruch 1, das eine elektrische Abschirmung (23) aufweist, die eine Vielzahl von Leitern (21) umgibt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Isolierkörper (22) die Gesamtheit der Leiter (21) umgibt und sie von der elektrischen Abschirmung (13) trennt.

5. Kabel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter (20) einzeln mittels eines spiralförmigen Isolierkörpers isoliert sind.