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TECHNISCHES
GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein einzeln verdrilltes
elektrisches Kabelpaar nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, das
zur Übertragung
digitaler und analoger Daten- und Sprachinformationssignale verwendet
wird, und bezieht sich auf ein mehrfach gepaartes elektrisches Kabel. Die
dabei entstehenden Kabelpaare und das dabei entstehende elektrische
Kabel weisen verglichen mit herkömmlichen,
nicht vorverdrillten Kabelpaaren und daraus hergestellten elektrischen
Kabeln hervorragende Übertragungseigenschaften
auf, zu denen ein Minimum an struktureller Reflexionsdämpfung (SRL), Nahnebensprechen
und Einfügedämpfung gehören.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Mit
zunehmender Verwendung von Computer- und Telekommunikationsnetzwerken
und verwandten elektronischen Systemen zur Deckung des Bedarfs des
21sten Jahrhunderts ist es unbedingt erforderlich, daß bei der Übertragung
von Daten- und Sprachinformationssignalen über immer größere Entfernungen
die höchste
Qualität
erzielt wird. Zwei Merkmale von kritischer Bedeutung für jedes
Qualitäts-Übertragungssystem
für analoge
oder digitale Signale bestehen in der Fähigkeit, solche Informationen
mit der größtmöglichen
Geschwindigkeit und mit einer minimalen Anzahl an Fehlern zu übertragen.
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Ein
Verfahren, diese Signale zu übertragen, besteht
in der Verwendung eines einzeln verdrillten Paares elektrischer
Leiter, wie etwa isolierter Kupferdrähte. Diese Drähte sind üblicherweise
durch einen Extrusionsvorgang mit einem Isoliermaterial aus Kunststoff
umhüllt.
Diese Leiter werden zwar schon ziemlich lange verwendet, insbesondere
in der Telefonbranche, jedoch schränken Unvollkommenheiten in
der Symmetrie wie etwa eine ovale Form des umgebenden Isoliermaterials,
Unrundheit oder Exzentrizität
des Drahtquerschnitts sowie ein Mangel an perfekter Zentrierung
des Drahtes in der Isolierung oft die Fähigkeit der Leiter ein, Daten
ohne ein unerhebliches Maß an
Fehlern zu übertragen.
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Diese
Unvollkommenheiten sind während der
Fertigung der einzelnen isolierten Drähte aufgrund einer Reihe von
Faktoren, zu denen unter anderem das nötige Spiel in den Extrusionswerkzeugen,
Werkzeugverschleiß,
Schwerkräfte,
ungleichmäßiger Fluß der Isoliermasse
um den Draht während
der Extrusion sowie das Schleppen warmer Isolierungen gegen Wasserdämme und
Flächen
in der Isolierungsabschreckwanne gehören, im wesentlichen unvermeidlich.
Wenn sich die Isolierung um den leitfähigen Teil herum abgekühlt hat,
indem sie unmittelbar nach der Extrusion durch eine Abschreckwanne
läuft,
verläßt der neu
isolierte Draht dann die Wasserwanne, trocknet an der Luft und wird
auf Trommeln aufgewickelt. Dabei drehen sich die isolierten Drähte aufgrund
der Wirkung der Rollenführungen, Seilscheiben
und der Quermechanik zuerst in einer Richtung und dann in die andere.
Dadurch wird eine Verdrehung und Schwingung der oben beschriebenen
Unvollkommenheiten in ihrer Ausrichtung hervorgerufen, wenn der
Draht beim Fertigungsprozeß von
der Abwickel- auf die Aufwickeltrommel befördert wird, so daß die Unvollkommenheiten
nicht in einer festen Ebene verbleiben.
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Sind
die Drähte
einmal isoliert, so besteht ein herkömmliches Verfahren, zwei isolierte
Drähte
miteinander zu paaren, darin, sie mit einer Doppelschlagpaarverseilmaschine
zusammen zu verdrillen. Während
dieses Vorgangs erfahren die Drähte
zwei „Schlagdrehungen" bzw. zwei vollständige Drehungen
um eine gemeinsame Achse pro Umdrehung der Maschine. Darüber hinaus
wird jeder einzelne Draht pro Umdrehung der Maschine zwei Drehungen
um seine eigene Achse verdrillt, und zwar in der gleichen Richtung
wie die Schlagdrehungen des Paares, was üblicherweise als „Rückdrehung" bezeichnet wird. Somit
wird unter Verwendung herkömmlicher
Doppelschlagpaarverseilung jedem Draht mit einer Rate von einer
Drehung per Schlagdrehung eine Rückdrehung
verliehen. Nach der Paarverseilung entstehen durch diese Kombination
aus außermittigen
Leitern, Unrundheit der Isolierung etc. sowie Rückdrehung insgesamt periodische Änderungen
im Abstand zwischen den Leitern entlang der Länge des verdrillten Paares.
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Als
Folge der oben erwähnten
Unvollkommenheiten in der Symmetrie, der Drehungen und der Änderungen
im Abstand zwischen Leitern können eine
Reihe von Übertragungsproblemen
auftreten, zu denen Signalreflexion (d. h. strukturelle Reflexionsdämpfung),
Verzerrung und Leistungsverlust zählen. Durch die Änderungen
im Leiterabstand hervorgerufene Veränderungen der elektrischen
Impedanz der paarig verdrillten Drähte verursachen Signalreflexionen.
Da diese reflektierten Signale periodisch auftreten, kommen sie
bei einer bestimmten Frequenz in Phase hinzu und nicht zufällig, wodurch
sie bei dieser Frequenz einen übermäßigen Verlust
und eine Verzerrung des übertragenen
Signals hervorrufen. Dadurch wird üblicherweise eine erhöhte Verzerrung
in der Amplitude und Phase des übertragenen
Signals verursacht, was zu einer Verringerung des Rauschabstands
führt.
Durch diesen Qualitätsverlust
des Signals wird die Strecke verkürzt, über die ein Signal längs des
verdrillten Paares fehlerfrei übertragen werden
kann, und wird die Maximalfrequenz, die unterstützt werden kann, begrenzt.
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Wenn
die beiden isolierten Drähte
auf einer Paarverseilmaschine, die keine Rückdrehung verleiht, miteinander
paarverseilt werden, ändert
sich der periodische Abstand zwischen Leitern mit einer sehr schnellen
Rate von je einem Zyklus pro Drehung des Paares vom Minimum zum
Maximum. Diese kurze Strecke ist normalerweise nur ein kleiner Bruchteil der
Wellenlänge
der höchsten
auf den Drahtpaaren übertragenen
Frequenz, wodurch die Impedanzänderungen
im allgemeinen transparent werden. Infolgedessen sieht das fortschreitende
Signal, das längs des
Drahtpaares läuft,
nur die durchschnittliche Impedanz, die verglichen mit der relativ
hohen Veränderlichkeit
der Impedanz, die bei Kabelpaaren mit der normalerweise verliehenen
Rückdrehung
auftritt, eine minimale Veränderlichkeit
besitzt. Einfachschlagpaarverseilmaschinen, die keine Rückdrehung verleihen,
sind jedoch langsamer als herkömmliche Doppelschlagmaschinen.
Es ist zudem insgesamt schwieriger, bei Einfachschlagpaarverseilmaschinen die Drahtspannung
zu steuern. Durch diese Probleme können die Produktionskosten
auf ein unannehmbar hohes Niveau steigen.
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In
der US-A-4 182 105, die den nächstkommenden
Stand der Technik definiert, ist ein wirkungsvolles Verfahren und
eine wirkungsvolle Vorrichtung zur Bildung von Drahtpaaren beschrieben,
die aus einzelnen Drähten
mit unterschiedlichen Isolierungen oder anderen Drahteigenschaften
bestehen. Es geht daraus hervor, daß die Vorrichtung die einzelnen Drähte vorverdrillen
kann, bevor sie paarverseilt werden. Die gezeigte Vorrichtung verdrillt
beide Drähte
in dem Paar vor. Bezüglich
der relativen Verdrillängen oder
Frequenzen, die verwendet werden, ist nichts ausgesagt.
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In
der US-A-4 100 721 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verdrillung
von vier Drähten
zu einer Sternvierergestaltung beschrieben. Aus dieser Druckschrift
geht hervor, daß die
Verwendung vorverdrillter Drähte
in einer Sternvierergestaltung zum Ausgleichen von Exzentrizitäten in der
Isolierschicht das Nebensprechen verringert.
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Nachdem
diese Drähte
zusammen zu Kabelpaaren verdrillt worden sind, gibt es auf diesem
technischen Gebiet verschiedene Verfahren zur Anordnung und Ausbildung
von Kabelpaaren mit verdrillten Drähten zu einem Hochleistungs-Daten- bzw. Sprachübertragungskabel.
Derartige Kabel enthalten üblicherweise
mehrere Kabelpaare verdrillter Leiter, die von einer Kunststoffummantelung
umschlossen sind. Das gängigste
Verfahren besteht darin, mehrere Paare in einem Vorgang, der als
Verkabelung oder Verseilung bekannt ist, zusammen zu verdrehen. Nachdem
diese „Seele" gebildet wurde,
wird sie mit einer Kunststoffummantelung umspritzt.
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Ein
anderes wohlbekanntes Verfahren zur Herstellung eines solchen Kabels
wird mit Hilfe einer Methode ausgeführt, die „Volldruck"-Extrudieren („full pressure" extrusion) genannt
wird. Bei diesem Verfahren ist eine verjüngte Spitze so geformt, daß sie die
gekoppelten Kabelpaare in einem Ende aufnimmt. Während sich die Kabelpaare durch
diese Spitze bewegen, verengt sich die Spitze und zwingt die Kabelpaare
in einzelne Kanäle,
die am Ende der Spitze zusammen mit der Düse für die bestimmte Form ausgebildet
sind, die das fertige Kabel annimmt.
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Beispielsweise
bilden vier Kabelpaare, die durch eine ovale Spitze und eine zugehörige Düse nebeneinander
ausgerichtet sind, ein Flachkabel, während vier Kabelpaare, die
durch eine kreisförmige
Spitze und eine runde Düse
in einer kreisförmigen Konfiguration
angeordnet sind, ein Rundkabel bilden.
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Während des
Volldruck-Extrusionsvorgangs ist die Spitze teilweise in eine Düse eingesetzt,
so daß sich
zwischen der Außenfläche der
Spitze und der Innenfläche
der Düse
ein Spalt bildet. Mit zunehmender Verjüngung der Düse und der Spitze bis zur gewünschten
Kabelendgröße und -form
wird dieser Spalt schmaler. Während
die Kabelpaare durch den hinteren Teil der Spitze zugeführt werden,
wird durch Wärme
weichgemachte Kabelummantelungsmasse unter Druck in den Spalt zwischen
Spitze und Düse eingebracht,
wodurch das Material aus dem Ausgang am verjüngten Ende der Düse extrudiert
wird, das Düsenfläche genannt
wird. Beim Volldruck-Extrusionsvorgang erstreckt sich die Spitze
nur zum Teil in die Düse,
so daß die
durch Wärme
weichgemachte Ummantelungsmasse, wenn sie durch den Spalt extrudiert
und auf die Kabelpaare trifft, nicht nur die äußere Gestalt des Kabels ausbildet,
sondern auch jedes der Einzelpaare einschließen und isolieren kann.
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Ein
anderes wohlbekanntes Verfahren zur Ausbildung von Qualitätskabeln
erfolgt mittels „semi-tubed"-, „semi-sleeved"- oder „semi-pressure"-Extrusion. Der Unterschied
zwischen diesem Verfahren und dem Volldruck-Verfahren liegt darin,
daß sich
die Spitze bei der Halbdruckmethode (semi-pressure technique) in
die Düse
zum Düsenausgang
hin erstreckt. Dies bewirkt, daß der
größte Teil
der extrudierten Ummantelungsmasse gezwungen wird, sich lockerer
um die Kabelseele herum zu bilden, wodurch der Großteil der
Masse um den Umfang des Kabels, das die Masse ausbildet, herum verbleibt.
Je nachdem, wie die Spitze und die Düse eingestellt sind, beginnt
die Masse jedoch zuweilen, sich in die Zwischenräume der Kabelseele zu setzen,
was zu einem unerwünschten
Ausfüllen
mit Ummantelungsmasse führt.
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Bei
einem ummantelten Kabel gibt es einen kritischen Bereich um jedes
der einzelnen Kabelpaare, in dem idealerweise wohldefinierte Grenzen
zwischen Werkstoffen mit unterschiedlichen Dielektrizitätskonstanten
beibehalten werden. Da Luft der ideale dielektrische Werkstoff ist,
ist es sinnvoll, die Größe des Luftraums
um das Paar zu maximieren. Dies wird üblicherweise erreicht, indem
der Vorgang des Einfüllens
der Ummantelungsmasse so gesteuert wird, daß eine möglichst gleichförmige Innenfläche geschaffen
wird. Wenn dieser Vorgang nicht ausreichend präzise gesteuert wird, um wohldefinierte Grenzen
zwischen unterschiedlichen dielektrischen Werkstoffen herzustellen,
oder wenn zu hoher Druck um das Kabelpaar die geometrische Schlagauslegung
(d. h. Verdrillmuster) des Paares verzerrt, so kann dies zu erhöhten elektrischen
Veränderungen führen. Bei
den Voll- und Halbdruckextrusionstechniken gibt ein Übermaß an Ummantelungsmasse,
die sich um die einzelnen Kabelpaare herum bildet, dem Kabel eine
hohe Festigkeit im Querschnitt, trägt aber eher zur Verzerrung
der geometrischen Schlagauslegung der Paare und zur Veränderung
des Luftdielektrikums um sie herum bei, was inakzeptable elektrische
Veränderungen
zur Folge hat. Ein weiterer Nachteil einer übermäßigen Menge an eingefüllter Masse
liegt darin, daß es,
da um jedes der Kabelpaare eine äußere Ummantelung
gebildet wird, bei der Abisolierung des Kabels am Einsatzort erforderlich ist,
die Ummantelungsmasse von jedem Kabelpaar einzeln abzuziehen. Bei
heutigen Anwendungen, bei denen an Daten- und Sprachübertragungssysteme erhöhte Anforderungen
hinsichtlich der Lieferung elektrischer Signale mit der höchstmöglichen
Geschwindigkeit und mit einer minimalen Anzahl an Fehlern gestellt
werden, stellen derartige Einschränkungen ein erhebliches Hindernis
beim Erreichen dieser Ziele dar.
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In
den folgenden Entgegenhaltungen sind Verfahren zum Ummanteln von
Leiterpaaren zur Ausbildung elektrischer Kabel beschrieben:
GB-A-2
049 263 (äquivalent
zur DK-A-147 629)
EP-A-0 190 500
EP-A-0 171 127
WO-A-8
906 041
EP-A-0 088 264
DE-B-27 02 182
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KURZFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Dementsprechend
ist es eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, die Unzulänglichkeiten und
Einschränkungen
früherer
paarverseilter elektrischer Drähte
und Verseilungstechniken auszuräumen,
indem ein vorverdrilltes, isoliertes Kabelpaar mit verbesserten
Eigenschaften bezüglich
der strukturellen Reflexionsdämpfung
bei verschiedenen Frequenzen geschaffen wird.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt in der Schaffung
eines unterschiedlich vorverdrillten Kabelpaares mit einem verbesserten
Nebensprechverhalten bei verschiedenen Frequenzen.
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Eine
noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein
vorverdrilltes Kabelpaar mit verbesserten elektrischen Eigenschaften
zu schaffen, das in eine Vielzahl unterschiedlicher Arten und Konfigurationen
von Kabelpaaren eingebracht werden kann.
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Die
vorgenannten Aufgaben werden durch ein elektrisches Kabelpaar nach
Anspruch 1 gelöst, das
im Vergleich zu herkömmlich
paarverseilten Kabeln überragende
elektrische Eigenschaften aufweist; dazu zählen geringere strukturelle
Reflexionsdämpfung,
verbessertes Nahnebensprechverhalten sowie verringerte Einfügedämpfung.
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Die
Erfindung schafft ferner mehrfach gepaarte elektrische Kabel nach
den Ansprüchen
11 und 14, die mehrere erfindungsgemäße, mehrfach gepaarte Kabel
umfassen.
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Vor
der Paarverseilung wird einer der isolierten Drähte um seine eigene Längsachse
so vorverdrillt, daß der
relative Grad der Vorverdrillung in den beiden Drähten gleich
ist. Wenn die Drähte
mittels einer herkömmlichen
Doppelschlagpaarverseilmaschine miteinander gepaart werden, behalten
sie dieses Vorverdrillverhältnis
bei, während
sie gepaart und zusätzlich
um eine gemeinsame Achse verdrillt werden. Während sich die einzelnen Drähte bei
der Paarverseilung um ihre eigene Achse drehen und um eine gemeinsame
Achse rotieren, ändert
sich die Winkelposition (d. h. eine bestimmte Position bezüglich der Mitte
des Drahtes) eines beliebigen gegebenen Punktes auf der Oberfläche jedes
Drahtes, wobei sich der Begriff „Punkt" auf eine Querschnittsdarstellung einer
Berührungslinie
zwischen den Oberflächen
der beiden Drähte
entlang der Länge
des Drahtpaares bezieht.
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Zur
Erzielung der optimalen elektrischen Nutzleistung muß der Abstand
von Leiter zu Leiter über
die gesamte Länge
des Kabels konstant sein und sich nicht ändern. Dies könnte erreicht
werden, indem der Leiter in der ihn umgebenden Isolierung perfekt
zentriert wird, was wegen von Natur aus vorhandener Einschränkungen
bei der Anwendung herkömmlicher
Fertigungstechniken praktisch unmöglich ist. Die andere Lösung wäre, die
Leiter eines Paares unter gleichzeitiger Aneinanderfügung oder Verbindung
beider Drähte
des Paares zusammen am oder in der Nähe des Extrusionskopfes zu
isolieren. Da die Außermittigkeit
von Leitern weitgehend aufgrund der Spitzen- und Düsenpositionierung
auftritt, werden die isolierten Leiter bei diesem Vorgang zusammen
fixiert, bevor sich die außermittigen
isolierten Leiter drehen können,
und somit wird über
die gesamte Länge
des Kabels ein sehr gleichmäßiger Abstand
von Leiter zu Leiter hergestellt. Diese Lösung führt jedoch zu erhöhten Anschlußzeiten
am Einsatzort, da die miteinander verbundenen isolierten Leiter getrennt
werden müssen.
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Da
die meisten verdrillten Paarkabel hinsichtlich der maximalen Frequenz,
die sie unterstützen
können,
wegen der benötigten
Abstände
und dem damit verbundenen Signalverlust über diese Abstände begrenzt
sind, können
bis zur maximalen Frequenz, die unterstützt werden soll, optimale elektrische
Eigenschaften erzielt werden, indem man diese Frequenz herausfindet
und den Maximal-Minimal-Abstand
von Leiter zu Leiter innerhalb einer sehr kurzen Entfernung, z.
B. weniger als etwa ein Achtel der Wellenlänge des Signals der höchsten Frequenz, die
unterstützt
werden soll, zyklisch wiederholt.
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Bei
dem vorverdrillten Drahtpaar bleiben die relativen Winkelpositionen
jedes Drahtes nicht konstant, während
sie sich mit unterschiedlichen Raten um ihre eigene Achse drehen.
Somit ändert
die Berührungslinie
zwischen den Oberflächen jedes
Drahtes ständig
ihre Winkelposition, so daß kein
Punkt auf der Oberfläche
eines Drahtes über
eine beliebige gegebene Verdrillänge
mit irgendeinem anderen Punkt auf der Oberfläche des anderes Drahtes in
Berührung
bleibt. Diese Ausführungsart
hat die Wirkung, daß die
Veränderungen
im Abstand zwischen dem Zentrum der Leiter, die durch Ovalität des umgebenden
Isoliermaterials, durch Unrundheit oder Exzentrizität des Drahtquerschnitts
und fehlende perfekte Zentrierung des Drahtes in der Isolierung
hervorgerufen werden, mit einer sehr hohen Rate pro Längeneinheit
des vorverdrillten Kabelpaares zyklisch wiederholt werden. Das Ergebnis
ist ein Kabelpaar mit einer bedeutend verminderten Impedanzschwankung
und bedeutend verbesserten Übertragungseigenschaften
bis zu einer Signalfrequenz, bei der etwa ein Achtel der Wellenlänge größer oder
gleich der Entfernung ist, innerhalb der diese Veränderungen
wiederholt werden.
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Derartige
vorverdrillte Kabelpaare können dann
in beliebiger Anzahl mittels eines Schlauchummantelungsvorgangs
mit kontinuierlicher Extrusion unter Bildung eines Kabels aneinandergefügt werden.
Dabei wird eine sich verjüngende,
mit einem Gewinde versehene Spitze so eingeführt, daß sie entweder bündig oder
nahezu bündig
mit einer dazu passenden, konisch zulaufenden Düse mit größeren Innenabmessungen ist.
Der durch diese Durchmesserdifferenz entstandene Spalt stellt einen
Extrusionsweg bereit, durch den Ummantelungsmasse fließt. Eine
Reihe vorverdrillter Kabelpaare wird durch das Aufnahmeende der
Spitze zugeführt,
während
erwärmte
Ummantelungsmasse gleichzeitig und kontinuierlich durch den Extrusionsweg
zwischen den Außenflächen der
Spitze und der Düse
zugeführt
wird. Während
die vorverdrillten Kabelpaare zum sich verjüngenden Ende der Spitze bewegt
werden, werden sie zur abschließenden
Ausrichtung in einzelne Kanäle
hineingeführt.
Schließlich
trifft das erwärmte
Ummantelungsmasse-Extrudat jenseits des Düsenausgangs auf die vorverdrillten
Kabelpaare und umschließt
diese. Wenn die frisch ummantelten Kabelpaare aus der Düse austreten,
durchlaufen sie eine Abschreckwanne, in der die Ummantelungsmasse
unter Bildung eines Kabels erstarrt, dessen Querschnittsaufbau aus
inneren Rippen besteht, die sich nicht ganz über die Innenbreite der Kabelummantelung
erstrecken, doch einzelne Kanäle
für jedes
der vorverdrillten Kabelpaare bilden. Es werden überragende elektrische Eigenschaften
des dabei entstehenden Kabels erzielt, weil die einzigartige Spitzen/Düsen-Konfiguration
eine wohldefinierte Innenfläche
der Ummantelung ergibt und verhindert, daß die Rippen sich miteinander
verbinden, wodurch die Beibehaltung eines optimalen „Luftdielektrikums" um jedes Paar ermöglicht wird,
bei gleichmäßiger Trennung
der Paare untereinander in einer leicht zu entfernenden Ummantelung.
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Mit
der vorliegenden Erfindung können
die verschiedensten Vorverdrillungs-Kombinationen ausgeführt werden. Erfindungsgemäß kann nur
ein Draht gleichmäßig vorverdrillt
oder in zufälligem
Maß vorverdrillt
sein, während
der andere überhaupt
nicht vorverdrillt ist. Außerdem
kann das Kabelpaar von einer äußeren Ummantelung
aus elektrisch isolierendem Material oder von einer äußeren elektrostatischen
Abschirmung aus einem elektrisch leitenden Material umgeben sein.
Das Kabel kann aus minimal einem Kabelpaar bis hin zu einer großen Anzahl
von Kabelpaaren bestehen, die alle in einer insgesamt flachen oder
runden Kabelgestaltung ausgeführt
sein können.
Die Paare können
auch in unidirektionalen, oszillierenden oder schraubenförmigen Bahnen
zusammengefügt
sein, bei denen die Kabelpaare in einem gegebenen mechanischen Oszillationstakt längs der
Achse des Kabels zuerst im Uhrzeigersinn drehen und dann gegen den
Uhrzeigersinn drehen.
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Für den Fachmann
auf diesem Gebiet sind aus der folgenden Beschreibung und den folgenden Zeichnungen
noch weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung ersichtlich. Darin
ist eine bevorzugte Ausführungsform
dieser Erfindung in einer der besten Arten, die zur Durchführung der
Erfindung in Betracht gezogen werden, beschrieben und gezeigt. Demgemäß werden
die Zeichnungen und Erläuterungen
von ihrer Art her als veranschaulichend und nicht als einschränkend betrachtet.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
beigefügten
Zeichnungen, die in die Beschreibung aufgenommen sind und einen
Bestandteil dieser bilden, veranschaulichen mehrere Aspekte der
vorlie genden Erfindung, und sie dienen zusammen mit der Beschreibung
und den Ansprüchen
der Erläuterung
der Grundgedanken der Erfindung. In den Zeichnungen zeigen:
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1A und 1B perspektivische
Ansichten von zwei nicht vorverdrillten, isolierten Drähten aus
dem Stand der Technik vor und nach der Paarverseilung durch herkömmliche
Paarverseilmaschinen, die den Drähten
jeweils eine Rückdrehung
verleihen,
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1C Querschnittsansichten
eines einzeln verdrillten Kabelpaares in verschiedenen Abständen entlang
seiner Länge,
wobei das Kabelpaar von einer aus dem Stand der Technik bekannten,
herkömmlichen
Paarverseilmaschine, die eine Rückdrehung verleiht,
hergestellt ist, wobei die relative Ausrichtung jedes einzelnen
Drahtes und der Abstand zwischen den beiden Leitern während der
Abfolge der Schlagdrehungen und der auferlegten, damit einhergehenden
Rückdrehung
sowie die sich aus dem wechselnden Abstand von Leiter zu Leiter
ergebende elektrische Impedanz dargestellt ist,
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1D ein
Schaubild, in dem repräsentative Kurven
von Eingangsimpedanz und struktureller Reflexionsdämpfung für das in 1C gezeigte
Kabelpaar dargestellt sind,
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2A Querschnittsansichten
eines einzeln verdrillten Kabelpaares, welches nicht unter den Schutzumfang
von Anspruch 1 fällt,
in verschiedenen Abständen
entlang seiner Länge,
wobei das Kabelpaar von einer Paarverseilmaschine hergestellt ist, die
keine Rückdrehung
verleiht, wobei die relative Ausrichtung jedes einzelnen Drahtes
und der Abstand zwischen den beiden Leitern während der Abfolge der Schlagdrehungen
sowie die sich aus dem schneller wechselnden Abstand von Leiter
zu Leiter ergebende elektrische Impedanz dargestellt ist,
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2B ein
Schaubild, in dem eine repräsentative
Kurve der Eingangsimpedanz für
das in 2A gezeigte Kabelpaar dargestellt
ist,
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3A und 3B perspektivische
Ansichten eines vorverdrillten, isolierten Drahtes und eines nicht
vorverdrillten, isolierten Drahtes, die unter Bildung eines Kabelpaares
nach den Grundgedanken der vorliegenden Erfindung kombiniert werden,
vor und nach der Paarverseilung durch die übliche Doppelschlagtechnik,
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3C ein
Schaubild, in dem repräsentative Kurven
von Eingangsimpedanz und struktureller Reflexionsdämpfung für das in 3D gezeigte
Kabelpaar dargestellt sind,
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3D Querschnittsansichten
eines einzeln verdrillten Kabelpaares in verschiedenen Abständen entlang
seiner Länge,
wobei das Kabelpaar von einer eine Rückdrehung auferlegenden Paarverseilmaschine
hergestellt ist, wobei die relative Ausrichtung jedes einzelnen
Drahtes und der Abstand zwischen den beiden Leitern während der
Abfolge der Schlagdrehungen und der auferlegten, damit einhergehenden
Rückdrehung
dargestellt ist, wobei ein Draht vorverdrillt ist und der andere
nicht; ferner ist die sich aus diesem gesteuerten Abstand der Leiter
ergebende Impedanz gezeigt,
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4 eine
perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform von vier vorverdrillten Kabelpaaren,
wie sie in 3B zu sehen sind, die in ein
nach den Grundgedanken der vorliegenden Erfindung gefertigtes Flachkabel
eingebracht sind,
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5A eine
Querschnittsansicht einer im Fertigungsprozeß verwendeten Spitze zur Schaffung des
ovalen Flachkabels aus 4,
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5B eine
Querschnittsansicht der Spitze aus 5A entlang
der Linie 5B-5B,
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5C eine
Ansicht der Spitze aus 5A von vorne,
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6A eine
Querschnittsansicht der im Fertigungsprozeß verwendeten Düse zur Schaffung
des Flachkabels aus 4,
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6B eine
Querschnittsansicht der Düse aus 6A entlang
der Linie 6B-6B,
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6C eine
Ansicht der Düse
aus 6A von vorne,
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7 eine
Querschnittsansicht von Düse und
Spitze im zusammengefügten
Zustand, die bei dem Schlauchummantelungsvorgang mit kontinuierlicher
Extrusion verwendet werden.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Es
wird nun ausführlich
auf die vorliegende, bevorzugte Ausführungsform der Erfindung Bezug genommen,
von der ein Beispiel in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht
ist, wobei in sämtlichen Ansichten
gleiche Bezugszeichen die gleichen Elemente angeben.
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Im
folgenden werden die Begriffe „Verdrillänge" bzw. „Schlaglänge" im herkömmlichen
Sinne verwendet; sie beziehen sich auf die Strecke, über die jeder
der zwei gepaarten Drähte
eine vollständige Drehung
um 360 Grad um eine gemeinsame Achse ausführt. Ebenso wird der Begriff „Verdrillhäufigkeit" im folgenden zur
Angabe der Anzahl der Verdrillungen auf eine bestimmte Länge des
Drahtpaares verwendet. In diesem Sinn hat ein Satz paarig verdrillter Drähte mit
einer Verdrillänge
von 101,6 mm (vier Zoll) eine Verdrillhäufigkeit von drei Verdrillungen
pro 304,8 mm (pro Fuß).
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Unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen zeigen die 1A und 1B einen
herkömmlichen Satz
nicht vorverdrillter, isolierter Drähte vor und nach der Paarverseilung
mittels der herkömmlichen Methoden.
In 1A sind die Längsstreifen 10 und 20,
die auf der Oberfläche
der Isolierung, die jeden isolierten Leiter der Drähte 30 und 40 umgibt,
gezeigt sind, nur zum Zwecke der Veranschaulichung in den Figuren
angebracht, so daß die
einzelne Drehung eines Drahtes um seine Längsachse leichter abgebildet
werden kann. Da diese Drähte
nicht vorverdrillt sind, bleiben die Längsstreifen auf jedem Draht
in 1A über
eine beträchtliche
Strecke (größer als ein
Achtel der Wellenlänge
der höchsten
zu unterstützenden
Frequenz) in ungefähr
der gleichen Winkelausrichtung (d. h. in einer Geraden an einer
bestimmten Winkelposition bezüglich
der Mitte des Drahtes).
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Wie
in 1B gezeigt ist, werden die Drähte während der Paarverseilung mittels
herkömmlicher Paarverseilungsmaschinen,
die eine Rückdrehung verleihen, üblicherweise
durch eine Drehung um 360 Grad um eine gemeinsame Achse entlang
einer vorbestimmten Länge,
die als die Verdrillänge
oder Schlaglänge
bekannt ist (und durch das Maß „LL" dargestellt ist), „schlaggedreht", wobei ein „Kabelpaar" entsteht. So zeigt
das veranschaulichende Beispiel von 1B einen
Verdrillabschnitt mit Einfachschlag eines Kabelpaares, eine Verdrillänge von
19 mm (3/4 Zoll) und eine entsprechende Verdrillhäufigkeit
von 52,6 Verdrillungen pro Meter (16 Verdrillungen pro Fuß).
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Die
Krümmung
der Streifen 10 und 20 in 1B gibt
an, daß jeder
der Drähte 30 und 40 als Folge
des Doppelschlagpaarverseilungsprozesses über die Verdrillänge von
19 mm (3/4 Zoll) auch um 360 Grad um seine jeweils eigene Längsachse
so gedreht wurde, daß jedem
Draht pro Schlagdrehung des Kabelpaares eine „Rückdrehung" auferlegt wird. Diese Rückdrehung
hat eine zweifache praktische Auswirkung, die in 1C gezeigt
ist, in der Querschnittsansichten von zwei Drähten 30 und 40 in
Inkrementen von einem Viertel der Verdrillänge dargestellt sind, während sie
um eine gemeinsame Achse sowie um ihre eigene Achse drehen, wie
durch die Pfeile angegeben ist. Die erste Auswirkung des Phänomens der
Rückdrehung
besteht darin, daß die
relative Ausrichtung zwischen zwei beliebigen Punkten, wie etwa
die Linien 10 und 20 in 1B oder
die Punkte 12 und 22 in 1C, über die
gesamte Verdrillänge
hinweg insgesamt konstant bleibt.
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Das
zweite und wichtigere Ergebnis ist, daß die Strecke „S" zwischen den Zentren
der Leiter 60 und 70 der Drähte 30 bzw. 40 aus 1C bei
einem beliebigen gegebenen Querschnitt, im folgenden als „Abstand
von Leiter zu Leiter" bezeichnet, über eine gegebene
Verdrillänge
ebenfalls insgesamt konstant bleibt. Da die Eingangsimpedanz proportional
ist zum Abstand von Leiter zu Leiter, ergibt dieser relativ konstante
Abstand von Leiter zu Leiter eine sich relativ langsam ändernde
Impedanzprofilstrecke 73 über eine Verdrillperiode (d.
h. eine Verdrillänge
bzw. Schlaglänge,
wie durch das Maß LL
gezeigt), wie in 1C als Abschnitt des kontinuierlichen
Impedanzprofils des Kabels gezeigt ist, das durch die Indexzahl 72 bezeichnet
ist und entlang einer „Dreh"-Länge (d. h.
das Maß „RL") von 1C verläuft.
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Über längere Strecken
(üblicherweise
von 0,46 bis 9,15 Meter (von 1,5 bis 30 Fuß) für eine Drehlänge RL)
verändern
sich die Verdrillänge
und die Konsistenz der Drahtdrehung langsam, was bewirkt, daß ein beliebiger
gegebener Berührungspunkt und
der Abstand von Leiter zu Leiter zwischen den beiden Drähten sich
ebenfalls langsam ändern.
Somit kann die über
eine beliebige gegebene Verdrillänge
gemessene Impedanz höher
oder geringer sein als diejenige, die über eine Verdrillänge an einer
anderen Stelle gemessen wird. Dies geht aus dem Impedanzprofil 72 der 1C hervor,
in der das kontinuierliche Impedanzprofil Z0 (das
die Grundlage für die
Berechnung der mittleren Impedanz bzw. des Kennwiderstands ist)
die Kurve 72 ist, die in Abhängigkeit von der Paarkabellänge bei
einer Frequenz von 100 MHz abgebildet ist, bei der die viertel Wellenlänge etwa
0,46 m (18 Zoll) beträgt
(da die Fortpflanzungsgeschwindigkeit für diese verdrillten Paare ungefähr 60% beträgt).
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Bei
Kabelpaaren, die mittels der Doppelschlagtechnik hergestellt sind,
kann eine Soll-Eingangsimpedanz von 100 Ω typischerweise um ±30 Ω schwanken,
wie in 1D gezeigt, in der die gemessene
Eingangsimpedanz dieses Kabelpaares dargestellt ist, wenn man von
einer erheblichen Kabellänge von
100 m (328 Fuß)
ausgeht, bei der Mehrfachreflexionen auftreten und sich in der Phase
summieren, wie in 1D gezeigt ist. Diese Schwankung
in der Eingangsimpedanz erfolgt jedoch sehr allmählich, wenn sie über eine
beliebige gegebene Verdrillänge von
51 mm (zwei Zoll) auftritt, wie aus dem Kurvenabschnitt 73 hervorgeht.
Diese langsame Veränderung
vergrößert sich,
wenn einer der beiden Drähte schlecht
zentriert, oval oder unrund ist. Wenngleich also das Impedanzprofil 72, über eine
Verdrillänge gemessen,
vergleichsweise konstant ist, erhöht oder vermindert sich seine
durchschnittliche Größe oft über längere Strecken,
da sich die Auswirkungen der oben genannten Unvollkommenheiten und
Veränderungen
zeigen, wie durch unterschiedliche Kurvenabschnitte 72 und 73 angegeben
ist. Diese erhöhte Schwankung
in der Impedanz über
längere
Strecken führt
zu übermäßigen strukturellen
Reflexionsdämpfungen
(SRL) bei elektronischen Signalen mit Frequenzen im dargestellten
gesendeten Band von bis zu 100 MHz (siehe z. B. Kurve 79 in 1D).
Man beachte, daß die
Kurve 78a in 1D den Kennwiderstand dieses
Kabelpaares darstellt, wie er mit dem Industrienorm-Kurvenermittlungsverfahren
festgestellt wurde.
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Die
Linien 78b und 78c in 1D stellen
die Impedanzgrenzwerte für
ein Kabel der „Kategorie
5" dar, und wie
in 1D leicht zu erkennen ist, bleibt die Impedanz
(d. h. Kurve 78) des gemäß 1A, 1B und 1C ausgeführten Kabels
aus dem Stand der Technik bei Signalfrequenzen zwischen 50 MHz und
100 MHz nicht innerhalb des erwünschten Bereichs.
Die Kurve 79a in 1D stellt
den SRL-Grenzwert der „Kategorie
5" dar, der bei
Signalfrequenzen zwischen 50 MHz und 100 MHz von dem gemäß 1A, 1B und 1C ausgeführten Kabel
aus dem Stand der Technik stellenweise überschritten wird.
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Andererseits
bewegen sich bei Paarverseilmaschinen, die keine Rückdrehung
verleihen, wie durch die im Querschnitt abgebildete Paarverseilungsabfolge
von 2A dargestellt, die Drähte 30 und 40 ohne
Rückdrehung
so um die gemeinsame Mittelachse, daß ein beliebiger gegebener
Punkt auf der Oberfläche
der Isolierbeschichtung einer der beiden Drähte (wie etwa die Punkte 12 oder 22)
den ihm entsprechenden Punkt des gegenüberliegenden Drahtes nur einmal
innerhalb einer Verdrillänge
berührt
(die beispielsweise 19 mm (3/4 Zoll) betragen könnte, wie durch das Maß LL in 2A veranschaulicht
ist). Somit wiederholen sich Unvollkommenheiten in der Drahtzentrierung,
Ovalität
und Rundheit des Drahtes (die Schwankungen im Abstand von Leiter
zu Leiter hervorrufen) zyklisch vollständig innerhalb einer elektrisch
sehr kurzen Strecke von einer Verdrillänge LL, die beispielsweise
eine Länge
von nur 19 mm (3/4 Zoll) haben könnte.
Die damit einhergehenden Schwankungen in der Impedanz (die mit dem
Abstand von Leiter zu Leiter, Maß „S", in Beziehung steht) wiederholen sich
ebenfalls zyklisch vollständig
innerhalb einer Verdrillänge
LL, sind aber nur bei viel höheren
Frequenzen erkennbar, bei denen 19 mm (3/4 Zoll) größer als
1/8 Wellenlänge
wird und sich an 1/2 Wellenlänge
annähert. Daher
wird bei diesem Beispiel diese Impedanzschwankung von Signalfrequenzen
bis zu 100 MHz nicht „wahrgenommen". Diese Schwankungen
in der Impedanz sind zum Beispiel in dem Impedanzprofilabschnitt 77 von 2A des
kontinuierlichen Impedanzprofils Z0 des
Kabels, das entlang einer Drahtdrehlänge RL von typischerweise 0,46
bis 9,15 m (1,5 Fuß bis
30 Fuß)
mit der Indexzahl 76 bezeichnet ist, und der entsprechenden
aufgetragenen Kurve der Eingangsimpedanz als Funktion der Paarkabellänge in 2B über mehrere
Verdrillängen
gezeigt. In 2A erkennen Signalfrequenzen
bis zu etwa 100 bis 200 MHz die mittlere Eingangsimpedanz wie durch
die Kurve 76a dargestellt (und nicht die rasche periodische
Wiederholung der Kurve 76).
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Eine
derartige vergleichsweise rasche periodische Wiederholung der Impedanz
führt zu
einer verminderten Schwankung in der Eingangsimpedanz über die
Frequenzen, für
die solche Kabelpaare im allgemeinen bei üblicherweise installierten
langen Kabelverläufen
verwendet werden. In der 2B ist eine
Soll-Eingangsimpedanz von 100 Ω über einen 100
MHz-Bereich gezeigt, die bei Kabeln, die mittels Maschinen, die
keine Rückdrehung
verleihen, paarverseilt wurden, um weniger als ±12 Ω schwankt (siehe Kurve 75 in 2B).
Diese Schwankung liegt ohne weiteres innerhalb der Impedanzgrenzwerte der „Kategorie
5" und stellt eine
beachtliche Verbesserung gegenüber
der Spezifikation der „Kategorie
5" von ±15 Ω dar. Aufgrund
dieses verbesserten Impedanzverhaltens ist die strukturelle Reflexionsdämpfung unterhalb
von 100 MHz dementsprechend gering. Erst bei einer Signalfrequenz
von weit über
100 MHz wird bei diesem Beispiel eine Impedanzschwankung und eine
Verschlechterung der strukturellen Reflexionsdämpfung wahrnehmbar. Die Drehung
der Leitermitte, an verschiedenen Querschnitten über eine relativ große Länge (Maß RL) betrachtet,
rührt von
der Verdrillung her, die während
des Isolierungsvorgangs und der darauf folgenden Handhabung in den
Draht eingebracht wird. Da diese Verdrillung über lange Strecken hinweg stattfindet,
ist sie bei der Untersuchung einer relativ kurzen Schlaglänge LL von
19 mm (3/4 Zoll) nicht zu merken.
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Durch
die der Einfachschlagpaarverseilung ohne Rückdrehung innewohnenden technischen
Vorteile wird sie zu einer sehr reizvollen Technik; die oben erwähnten konstruktiven
Schwierigkeiten sowie die mit der Durchführung des Einfachschlagverfahrens
verbundenen hohen Kosten waren jedoch beim Einsatz in großem Umfang
in der serienmäßigen Fertigung
hinderlich. Zur Überwindung
dieses Problems strebt eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung nach einigen der vorteilhaften Merkmale,
die von der keine Rückdrehung
bewirkenden Einfachschlagmethode herrühren, unter gleichzeitiger
Verwendung herkömmlicher
Doppelschlagmaschinen zur Schaffung der Paare durch Vorverdrillen
der einzelnen Drähte
vor der Paarverseilung, wodurch der Nutzen einer verbesserten Übertragung
bei minimalen Kosten erzielt wird.
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Bei
einer in den 3A und 3B dargestellten
bevorzugten Ausführungsform
wird ein erster Draht 80 vorverdrillt, bevor er in einer
herkömmlichen Doppelschlagmaschine
mit einem weiteren Draht 90 gepaart wird. Bei dem Beispiel
von 3A zeigt ein „wendelförmiger" Streifen 100 auf der isolierten Oberfläche des
Drahtes 80 eine Vorverdrillung mit einer vollständigen Drehung
von 360 Grad um seine Längsachse
an. Es sei angemerkt, daß der
zweite isolierte Draht 90 keiner Vorverdrillung vor der
Paarverseilung unterzogen wird, wie durch seinen geraden „Längsstreifen" 110 angedeutet.
Es versteht sich, daß sowohl
die Isolierbeschichtung als auch der leitfähige Mittelabschnitt 82 zur
Bereitstellung des Drahtes 80 verdrillt werden.
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Eine
Paarverseilung mittels des herkömmlichen
Doppelschlagverfahrens führt
zu dem Ergebnis, das in 3B gezeigt
ist, bei dem ein einzeln verdrilltes, mit der Indexzahl 120 bezeichnetes
Paar aus den Drähten 80 und 90 erzeugt
wird, die über
beispielsweise eine Verdrillänge
(d. h. das Maß LL)
von 19 mm (3/4 Zoll) um eine vollständige Drehung um 360 Grad um
eine gemeinsame Achse schlaggedreht werden. Wie die Streifen 100 und 110 zeigen,
werden die isolierten Drähte 80 und 90 über die
Verdrillänge von
19 mm (3/4 Zoll) durch die Doppel schlagpaarverseilungsmethode jeweils
einer Rückdrehung
unterzogen, so daß der
isolierte Draht 90 eine Rückdrehung aufweist, während der
isolierte Draht 80, der bereits eine Vorverdrillung enthält, bei
diesem Beispiel insgesamt zwei Verdrillungen aufweist.
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Diese
einmalige Vorverdrillungsmethode kann bei einer Konfiguration eine
unterschiedliche Verdrillung mit einem von 1 : 1 verschiedenen Verhältnis zwischen
den Verdrillungen der Drähte 80 und 90 ergeben.
Diese unterschiedliche Verdrillung bewirkt, daß sichergestellt ist, daß sich der
Abstand von Leiter zu Leiter der Drähte 80 und 90 über eine
kurze Strecke von weniger als 1/8 Wellenlänge der höchsten zu übertragenden Signalfrequenz
um einen Takt ändert,
was die nachteiligen Auswirkungen von Außermittigkeit und Ovalität der Isolierung
minimiert; dadurch ergibt sich ein Minimum an Reflexionen und Verlusten
des gesendeten Signals. Ferner wurde gezeigt, daß die geringe Impedanzschwankung
von weniger als ±15 Ω, wie in 2B dargestellt,
bei dem erfindungsgemäßen vorverdrillten
Kabel selbst dann erzielbar ist, wenn es auf einer Doppelschlagmaschine
zusammengefügt
wird, wobei sich eine Impedanzkurve 88 und eine SRL-Kurve 89,
die in 3C dargestellt sind, ergeben,
wenn die gleichen exzentrischen isolierten Leiter verwendet werden,
bei denen die SRL-Grenzwerte überschritten
wurden, wenn sie ohne Vorverdrillung paarverseilt wurden.
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Die
Linien 88b und 88c in 3C stellen
die Impedanzgrenzwerte für
ein Kabel der „Kategorie
5" dar, und die
Impedanz (d. h. Kurve 88) des gemäß 3A und 3B ausgeführten Kabels
bleibt bei Signalfrequenzen bis zu 100 MHz innerhalb des erwünschten
Bereichs. Die Kurve 89a in 3C stellt den
SRL-Grenzwert der „Kategorie
5" dar, und diese Kabelausführung bietet
bei Signalfrequenzen bis zu 100 MHz einen annehmbaren SRL-Parameter.
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Es
sollte klar sein, daß der
Gedanke, einen Draht einer Vorverdrillung zu unterziehen, ein Hauptaspekt
dieser Ausführungsart
der vorliegenden Erfindung ist. Es wurde eine wirtschaftliche Paarverseilungskombination
aufgezeigt, bei der nur ein Draht 80 einem gewissen Grad
von Vorverdrillung unterzogen wird, wohingegen der andere Draht 90 keiner
Vorverdrillung unterzogen wird, wobei es sich um eine Version unterschiedlicher
Vorverdrillung handelt.
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Einige
der Variationen an der vorverdrillten Kabelpaarstruktur weisen eine
Ausführung
auf, bei der der Betrag der Vorverdrillung in einem Draht über seine
gesamte Länge
konstant oder zufällig
sein kann. Beide Drähte
können
so paarverseilt sein, daß die
kombinierte Verdrillänge
in jedem Draht gleichmäßig oder
zufällig
ist. Es ist ersichtlich, daß,
sofern ein Draht vorverdrillt ist, das leitfähige Zentrum dieses Drahtes
zusammen mit seinen isolierenden Beschichtungen verdrillt ist.
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Zwar
besteht die wirtschaftliche Lösung
unter Umständen
darin, nur einen Leiter vorzuverdrillen, es können jedoch zusätzliche
elektrotechnische Vorteile erzielt werden, indem beide isolierte
Leiter in der gleichen Richtung und um den gleichen Betrag vorverdrillt
werden, oder mit der gleichen Schlaglänge.
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Wenn
die Vorverdrillung in der gleichen Richtung wie der Paarverseilungsdrall
in beide isolierte Leiter eingebracht wird, so könnte der Abstand „S" von Leiter zu Leiter
(wie in 3D genauer gezeigt) innerhalb
jeder Vorverdrillänge
LL in größerem Ausmaß verändert oder
häufiger
zyklisch wiederholt werden. Diese erhöhte Taktrate über eine
solch kurze Strecke kann sich bei der weiteren Aufhebung von Signalreflexionen
dadurch als nützlich
erweisen, daß darauf
ein breiterer Bereich der Impedanzschwankung innerhalb einer kurzen
Strecke zurückzuführen ist,
damit die geringen Steigerungen bei S abgedeckt werden, die aufgrund
der Verdrillung auftreten, die während
des Isolierungsvorgangs in den isolierten Leitern erzeugt wurde.
Es ist ersichtlich, daß eine Vorverdrillung
bei sehr kurzen Verdrillängen
in der gleichen Richtung wie die Paarverseilung dazu führen kann,
daß die
zu verleihende Verdrillung insgesamt zu groß ist und somit zu mechanischen
Ausfällen
führt (dies
sollte vermieden werden). Wie in 3D zu
sehen ist, ist die Drehlänge
(Maß RL)
verglichen mit der Drehlänge
anderer beispielhafter, im vorstehenden beschriebener Kabelgestaltungen recht
kurz (nur ein paar Schlaglängen
LL).
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Wenn
der Draht 80, um ein Beispiel zu geben, bei einer gleichmäßigen Länge von
102 mm (4 Zoll) vorverdrillt wird, so verändert sich der Abstand „S" von Leiter zu Leiter
in einer relativ kurzen Entfernung (z. B. 76 mm, d. h. 3 Zoll),
wenn man annimmt, daß die
relative Position seines Leiters 82 in einem Drahtabschnitt
von 76,2 mm (drei Zoll) konstant bleibt, und in Anbetracht der „langsamen" Drehgeschwindigkeit,
die während
des Isolierungsvorgangs eingebracht wird.
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Es
versteht sich, daß die
Vorverdrillänge
des Drahtes, obwohl sie derzeit nicht als bevorzugtes Durchführungsverfahren
betrachtet wird, gleichmäßig, aber
auch zufällig
sein kann. Wenn bei einem paarig verseilten Kabel eine zufällige Vorverdrillung angewendet
werden soll, dann sollte die Taktrate des Abstands von Leiter zu
Leiter vorzugsweise dahingehend gesteuert werden, daß die Strecke, über die
er verläuft,
etwa 1/8 Wellenlänge
der maximalen Signalfrequenz nicht überschreitet.
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Die
Kabelpaare können
allein oder in Kombination mit anderen Kabelpaaren verwendet werden, die
in der gleichen Weise paarverseilt wurden oder auch nicht. Die Kabelpaare
können
auch in ganz verschiedenen Ausgestaltungen verwendet werden, dazu
gehören
unter anderem ummantelte und nicht ummantelte, geschirmte und nicht
geschirmte. Darüber
hinaus können
Kabelpaare, in paralleler oder in einer kreisförmigen Anordnung ausgeführt, einschließlich in
oszillierter sowie in einseitig gerichteter Betriebsweise, je nach
ihrem Anwendungszweck eingesetzt werden. Oszillierte Ausführungen
bestehen aus Kabelpaaren, die über
eine Oszillationsperiode nacheinander in eine Richtung drehen und
dann in die andere Richtung drehen. Einseitig gerichtete und oszillierte
Ausführungsarten
werden für
Rundkabel bevorzugt, wohingegen parallel angeordnete Paare für Flachkabel
erwünscht
sind. Bei allen Mehrfachpaarkabeln oder sofern einzelne Paare nebeneinander
gelegt werden, ist es wünschenswert,
zur Minimierung von Nebensprechkopplungen die Schlaglängen der
Paare gestaffelt anzuordnen. Die endgültige Verdrillänge für die Paare
im Kabel und auch der Betrag der Vorverdrillung jedes Leiters müssen sorgfältig gewählt und
gesteuert werden.
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Bei
Versuchen, die unter Verwendung vorverdrillter Kabel mit sowohl
in gleicher Weise als auch unterschiedlich vorverdrillten Leitern
durchgeführt
wurden, wurde eine erhebliche Verminderung der Impedanzschwankung
erzielt. Bei Verwendung herkömmlicher
Paarverseilungstechniken kann bei einem Kabelpaar ohne Vorverdrillung
ein Soll-Eingangskennwiderstand von 100 Ω typischerweise um ±30 Ω schwanken.
Bei mit Kabelpaaren mit Vorverdrillung durchgeführten Versuchen wich der Soll-Eingangskennwiderstand
um nur ±12 Ω ab, wie
von der Kurve in 2B gezeigt, was reichlich innerhalb
der Toleranz der vorgeschlagenen europäischen Spezifikation ISO/IEC
DIS 11801 von ±15 Ω liegt.
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Ferner
wurde während
der Versuche mit den vorverdrillten Kabelpaaren auch eine unerwartete Verbesserung
bei der Nahnebensprechleistung erreicht. Das Nebensprechverhalten
wurde auf einem vorverdrillten Kabelpaar um einen Meßwert von
46 dB bei 100 MHz unterdrückt,
was 14 dB besser als die Industrienorm von 32 dB ist. Darüber hinaus
haben Versuche, die unter Verwendung von sowohl Flach- als auch
Rundkabeln durchgeführt
wurden, die aus vorverdrillten Kabelpaaren hergestellt waren, gegenüber den
auf herkömmliche
Weise paarverseilten, isolierten Drähten eine Verringerung der
Einfügedämpfung von
5% bis 10% bei Frequenzen bis zu und oberhalb von 100 MHz ergeben.
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Die
Aufmerksamkeit wird nun auf ein bevorzugtes Verfahren zum Aneinanderfügen/Ummanteln eines
Qualitäts-Elektrokabels
gelenkt, bei dem vorverdrillte Kabelpaare in einem Extrusionsvorgang verwendet
werden. 4 ist eine perspektivische Querschnittsansicht
eines Flachkabels 210, das vier vorverdrillte Kabelpaare 120 enthält, die
nach den Grundgedanken der vorliegenden Erfindung ausgeführt sind
und zur Übertragung
elektrischer Signale verwendet werden. Um die von diesen Kabelpaaren 120 herrührenden
Vorteile hinsichtlich der elektrischen Leistungsfähigkeit
aufrechtzuerhalten, ist es wichtig, eine gewisse Trennung bzw. einen
kritischen Bereich um jedes der Kabelpaare 120 beizubehalten, die
bzw. der ein „Luftdielektrikum" bildet. Die äußere Ummantelung 220 ist
so ausgebildet, daß sie
an ihrem Innendurchmesser Rippen 230 erzeugt. Diese Rippen 230 bilden
einzelne Kanäle 240 für jedes
der Kabelpaare 120. Da die Rippen 230 von der
Ober- und der Unterseite der äußeren Ummantelung 220 tatsächlich nicht
aneinander angrenzen, wird das Luftdielektrikum ganz ohne weiteres
aufrechterhalten, was eine verbesserte elektrische Leistungsfähigkeit
zur Folge hat.
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Damit
die Ummantelungsmasse nicht in die kritischen Bereiche um die Kabelpaare 120 eindringt, ist
das Flachkabel 210 unter Verwendung eines Schlauchummantelungsvorgangs
mit kontinuierlicher Extrusion ausgeführt. In den Figuren 5A–5C und 6A–6C sind
verschiedene Ansichten einer Spitze 300 und einer Düse 400 gezeigt,
die bei dem Schlauchummantelungsvorgang verwendet werden. 7 ist
eine Querschnittsansicht des Schlauchummantelungsvorgangs mit kontinuierlicher
Extrusion für
ein bevorzugtes Flachkabel mit vier Kabelpaaren. Bei diesem Vorgang
erstreckt sich das verjüngte
Ende 310 der Spitze 300 ganz durch die Düse 400 und
bildet eine Stirnfläche 430, derart,
daß die
Ummantelungsmasse sich um die Spitze 300 und nicht unmittelbar
um die Kabelpaare 120 herum bildet. Die Außenummantelungsmasse „wird fest" bzw. erstarrt, bevor
die Rippen 230 eine Möglichkeit
haben, von entgegengesetzten Seiten der äußeren Ummantelung 220 her
miteinander in Kontakt zu gelangen.
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Bei
einem bevorzugten Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen ovalen
Flachkabels 210, das in 7 dargestellt
ist, ist die Spitze 300 mit einem Gewinde versehen und
durch Gewindegänge 330 mittels
eines (aus Gründen
der Übersichtlichkeit
nicht gezeigten) Gewinderohres festgehalten, wobei die Gewindegänge am Innendurchmesser
der Spitze 300 und am Außendurchmesser des Gewinderohres
angeordnet sind. Die Positionierung der Spitze ist bei normalen
Rundspitzen im allgemeinen kein kritisches Problem; daher wird die Spitze 300 lediglich
so eingeschraubt, daß sie
eng an der Schulter des Gewinderohres anliegt. Wenn jedoch eine
ovale Spitze verwendet wird, wie etwa die Spitze 300, dann
ist die Ausrichtung zwischen der Spitze 300 und der Düse 400 wichtiger,
so daß in
geeigneter Weise ausgewählte
(nicht gezeigte) Scheiben oder Abstandshalter vorzugsweise zwischen
die Schulter des Gewinderohres und die Spitze 300 gelegt
werden. Es können
Keile oder Stifte verwendet werden, um die Spitze 300 und
die Düse 400 in
jeder gewünschten
Ausrichtung zu halten. Bei vielen Ummantelungswerkstoffen wird es
bevorzugt, daß die Spitze 300 und
die Düse 400 an
der Stirnfläche 430 miteinander
bündig
ausgerichtet sind, wie in 7 zu sehen
ist. Bei anderen Werkstoffen kann es wünschenswert sein, daß die Spitze 300 an
der Stirnfläche 430 fast
bündig
mit der Öffnung
in der Düse 400 positioniert
ist.
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Die
Spitze 300 wird am Spitzen-Aufnahmeende 410 der
Düse 400 in
diese eingeführt.
Wenn die Spitze positioniert ist, verbleibt zwischen der Außenfläche 360 der
Spitze 300 und der Innenfläche 420 der Düse 400 ausreichend
Zwischenraum zur Bereitstellung eines Extrusionsweges 440,
durch den die Ummantelungsmasse 432 fließen kann.
Die Kerben 312, die in 5A in
der Nähe
des verjüngten Endes 310 der
Spitze 300 abgebildet sind, lassen die Ummantelungsmasse
so fließen,
daß die
Rippen 230 (wie in 4 zu sehen)
entstehen.
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Der
Schlauchummantelungsvorgang mit kontinuierlicher Extrusion beginnt,
wenn eine Anzahl vorverdrillter Kabelpaare 120 durch das
die Kabelpaare aufnehmende Ende 362 der Spitze 300 zugeführt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform
wird für
jeden Draht der Kabelpaare AWG-Draht (Amerikanische Drahtdicke)
Nr. 24 verwendet; je nach dem erwünschten Endprodukt können jedoch die
unterschiedlichsten Drahtstärken
verwendet werden. Gleichzeitig wird die durch Wärme weichgemachte Kabelummantelungsmasse 432 durch
den Extrusionsweg 440 eingebracht. Wenn die Kabelpaare 120 durch
das Innere der Spitze 300 laufen und sich dem verjüngten Ende 310 nähern, werden
sie zur endgültigen
Ausrichtung in einzelne Kanäle 370 geleitet,
bevor sie unter Bildung des Flachkabels 210 auf die Kabelummantelungsmasse,
die extrudiert wird, treffen. Die Kanäle 370 sind durch
Schranken 380 gebildet, die im verjüngten Ende 310 der
Spitze 300 vorgesehen sind. Sobald das neu ummantelte Kabel
aus der Stirnfläche 430 extrudiert
ist, wird es zum Abschrecken in eine (nicht gezeigte) Abschreckwanne
geleitet, wodurch die Ummantelungsmasse „fest wird" bzw. erstarrt.
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Die
veranschaulichte Ausführungsform
dieses Vorgangs dient zur Bildung eines im wesentlichen ovalförmigen Flachkabels,
wie durch die Form und Gestal tung der Düsenspitze 300 und
der Düse 400 festgelegt.
Die Kabelummantelungsmasse kann jedes Material sein, das zur Ausbildung
von Kabelummantelungen geeignet ist, wie etwa Polyethylen oder Polyvinylchlorid.
Da der bevorzugte Vorgang auf kontinuierlicher Extrusion beruht,
ist der übliche Kopfdruck
in der Regel nicht höher
als 13,79 MPa (2.000 psi). Die bevorzugte Temperatur der Ummantelungsmasse
an der Stirnfläche 430 beträgt 177°C (350°F), und je
nach der verwendeten Ummantelungsmasse kann die optimale Temperatur
für das Abschreckwasser
Raumtemperatur, temperiert (70°F bis
80°F = 21°C bis 27°C) oder auch
warm (120°F
bis 130°F
= 49°C bis
54°C) sein.
Die bevorzugte Kabelvorschubgeschwindigkeit liegt bei 152,4 m (500
Fuß) pro
Minute. Der Abstand zwischen der Stirnfläche 430 und der Abschreckwanne
sollte ausreichen, um die Form des Kabelmantels zu erhalten, wobei
bei einem Abstand von 76 mm (3 Zoll) gute Ergebnisse erzielt worden
sind. Es versteht sich, daß die
bevorzugten Werte für
die oben erwähnten
Parameter voneinander abhängig
sind und sich bei unterschiedlichen Ummantelungsmassen, Werkzeugmaterialien
und -abmessungen, Drahtdurchmessern, Vorschubgeschwindigkeiten sowie
je nach endgültiger
Kabelgestalt und Ausrichtung der Kabelpaare ändern.
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Beim
obigen Vorgang entsteht ein paarverseiltes Kabel, das gegenüber herkömmlichen
paarverseilten Kabeln wesentlich verbessert ist. Der einzigartige
Querschnittsaufbau des Kabels schafft verbesserte elektrische Eigenschaften
und verleiht dem Kabel eine entsprechende Festigkeit im Querschnitt, wodurch
die Gefahr des Knickens minimiert wird, das während der Installation eine
Verzerrung von Paar zu Paar hervorrufen kann. Außerdem geht, da die Kabelummantelung
nicht jedes einzelne Kabelpaar einkapselt, die Abisolierung zur
Freilegung der Kabelpaare in einem Schritt vonstatten, was für eine bequeme
Installation und Wartung sowohl zeit- als auch energiesparend ist.
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Durch
den obigen Vorgang wird ferner die Handhabung der einzelnen Kabelpaare
so minimiert, daß sie
bis zur Durchführung
der Ummantelung, bei der sie dann unmittelbar in ihre einzelnen
Kanäle
eingebracht werden, nicht physisch zusammengebracht werden. Dieses
Merkmal ermöglicht
es, daß die
Kabelpaare praktisch die gleiche elektrische Leistungsfähigkeit
und die gleichen physikalischen Kenndaten beibehalten, die sie nach
der Paarverseilung aufwiesen.
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Dieser
kontinuierliche Ummantelungsprozeß wird vorzugsweise bei nicht
ummantelten Drahtpaaren angewendet; die vorliegende Erfindung ist
aber nicht nur auf diese Art von Kabel beschränkt. Einzeln ummantelte oder
einzeln geschirmte Drahtpaare können
ebenfalls unter Verwendung dieser Technik zusammengefügt werden;
ebenso ist dies bei geschirmten oder nicht geschirmten Flachkabelummantelungen
möglich.
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Die
vorstehende Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wurde
zum Zwecke der Veranschaulichung und Erläuterung vorgelegt. Sie soll
nicht erschöpfend
sein bzw. die Erfindung nicht auf die genaue Form, die offenbart
wurde, einschränken.
Die Ausführungsform
wurde ausgewählt
und beschrieben, um die Grundgedanken der Erfindung sowie ihre praktische
Anwendung am besten zu veranschaulichen, damit der Fachmann dadurch
in die Lage versetzt wird, die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen
und mit verschiedenen Abänderungen
am besten zu nutzen, wie sie sich für die entsprechende in Betracht
gezogene Verwendung eignen. Der Umfang der Erfindung soll durch die
hier beigefügten
Patentansprüche
bestimmt sein.