DE9320614U1

DE9320614U1 - Datenübertragungskabel

Info

Publication number: DE9320614U1
Application number: DE9320614U
Authority: DE
Original assignee: Daetwyler System und Netzwerk GmbH
Current assignee: Daetwyler IT Infra GmbH
Priority date: 1993-11-29
Filing date: 1993-11-29
Publication date: 1994-11-10
Anticipated expiration: 2003-11-30

Description

SAMSON &"PÄR-THER"::

PATENTANWÄLTE · EURaPE'ANT*ATEWT ATTORtNEVS

UNSSR ZHCHgN/OUFt R6r OATUM/DATE

D768-13-T 93 ,F^few. 29, November 1993

Dätwyler

System- und Netzwerk GmbH

Gottfried von Cramm Straße 1

D-85357 Neufahrn

Datenübertragungskabel

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Datenübertragungskabel .

Datenübertragungskabel sind z.B. aus der Nachrichten-, der Video- und der Computertechnik in den vielfältigsten Ausführungsformen bekannt. Eine besondere technologische Herausforderung bei der Weiterentwicklung von Datenverarbeitungskabeln stellen die ständig steigenden Datenübertragungsraten dar. Während noch vor wenigen Jahren Übertragungsraten im Bereich um 1 MHz das Ende der technologischen Möglichkeiten der Datenübertragung per Kupferkabel· anzuzeigen schienen, werden inzwischen bereits Datenübertragungskabel zur übertragung von Frequenzen von bis zu 3 00 MHz gefordert.

0 Zum Erreichen derart hoher Übertragungsraten ist es notwendig, die elektrischen Kennwerte - beispielsweise Wellenwiderstand, Dämpfung, induktiver und kapazitiver Belag, Nebensprechen usw. - zu optimieren. Eine gute Übertragungsqualität wird erreicht, wenn die vorstehend genannten 5 elektrischen Kennwerte an allen Stellen des Kabels einen definierten Wert besitzen, der auch bei einem Verbiegen bzw. Verdrehen des Kabels, z. B. bei der Kabelherstellung

selbst oder beim späteren Verlegen, konstant bleibt. Dies läßt sich insbesondere durch einen symmetrischen Kabelaufbau erreichen.

Aus dem Stand der Technik — siehe z.B. das Fachbuch "Nachrichtenkabel und Übertragungssysteme¹¹ von Werner Schubert, 3. Auflage, Siemens Aktiengesellschaft (1986) - sind als symmetrische Kabelaufbauten i.w. das aus zwei Einzeladern bestehende Paar, der Sternvierer sowie der Dieselhorst-Martin-Vierer bekannt. Beim Sternvierer werden vier Adern zwei Aderpaare - gleichzeitig mit einem Drall verseilt. Beim Dieselhorst-Martin-Vierer werden dagegen zwei Adern zum Paar und und dann wieder zwei Paare miteinander verseilt. Die Einzelpaare haben unterschiedliche Dralle, so daß die Stellung der beiden Paare zueinander ständig wechselt. Dies bedingt einen größeren Querschnitt des Dieselhorst-Martin-Vierers im Vergleich zum Sternvierer. In der modernen Datenübertragungstechnik wird daher der Sternvierer als Grundelement zum Aufbau mehradriger Kabel bevorzugt.

Datenübertragungskabel mit mehr als zwei Aderpaaren werden entweder nach Art einer Lagen- oder einer Bündelverseilung (bei der z.B. mehrere Sternvierer wiederum miteinander verseilt werden) ausgeführt. Ein zumindest weitgehend symmetrischer Aufbau läßt sich dabei nur durch die Bündelverseilung erzielen. Die Bündelverseilung führt allerdings z.B. bei der sehr oft geforderten Übertragung mit vier Aderpaaren zu einer unbefriedigenden abgeflacht ovalen 0 Kabelgeometie, die sich auch nachteilig auf die elektrischen Kennwerte des Kabels und damit auf die Hoch- und Höchstfrequenz-Datenübertragung auswirkt.

Die Erfindung zielt darauf ab, diesem Problem abzuhelfen.
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Die Erfindung erreicht dieses Ziel durch ein Datenübertragungskabel· mit den Merkmalen des Anspruches 1. ■

- er·- S D ' ·-—

Nach Anspruch 1 weist ein erfindungsgemäßes Datenübertragungskabel vier aus je zwei Einzeladern bestehende Aderpaare auf, wobei die vier Aderpaare direkt miteinander verseilt sind. Eine Grundidee der Erfindung besteht demnach darin, anstelle einer Bündel- oder Lagenverseilung eine direkte (symmetrische) Verseilung der vier Aderpaare miteinander zu schaffen. Eine derartige Verseilung ermöglicht die Realisierung eines vierpaarigen runden Datenübertragungskabels, welches auch den Anforderungen der Hochfrequenztechnik gewachsen ist.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Datenübertragungskabels bilden vier der Adern nach Art eines Sternvierers eine innere Kabellage und die vier weiteren Adern sind jeweils wenigstens teilweise in Freiräumen zwischen zwei aneinander angrenzenden Adern der Sternviereranordnung angeordnet (Anspruch 2) . Mit dieser vorteilhaften Variante der Erfindung werden die geometrischen Vorteile der Sternviererverseilung genutzt und durch eine weitere, die freien Räume optimal nutzende, Kabellage zu einer Geometrie ergänzt, welche sich durch den Begriff "Sternachter'¹ kennzeichnen läßt. Ebenso wie der Sternvierer hat der Sternachter eine Geometrie, welche die Realsierung eines runden Kabels zuläßt. Das erfindungsgemäße Datenübertragungskabel besitzt sehr gute elektrische Eigenschaften, wobei insbesondere eine schmale, homogene Impedanzvertei-0 lung und sehr hohe Nebensprechwerte hervorzuheben sind.

Bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegen die zwei zusammengehörigen Adern eines Aderpaares jeweils nebeneinander, wobei die durch die Mit— 5 telpunkte der beiden Adern eines Aderpaares gezogene Verbindungslinie senkrecht auf der Verbindungslinie zwischen den Mittelpunkten der jeweils benachbarten Aderpaare liegt

(Anspruch 3). Im Gegensatz zum Sternvierer nach dem Stand der Technik liegen die Aderpaare einander nicht mehr diagonal gegenüber, sondern in vorteilhafter Weise nebeneinander. Diese geometrische Anordnung minimiert die gegenseitige negative Beeinflußung der. Aderpaare durch Unsymmetrie— kopplungen (insbesondere magnetischer Art). Es wird ein Datenübertragungskabel geschaffen, das eine betriebssichere und unverfälschte Datenübertragung von Vierbitsignalen über große Entfernungen auch im Hoch- und Höchstfrequenzbereich gewährleistet.

Bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die vier Aderpaare durch wenigstens ein Stabilisierungselement in ihrer Lage fixiert (Anspruch 4).

Auf diese Weise wird die vorteilhafte Geometrie der Stern— achterverseilung über die ganze Kabellänge stabilisiert. Dabei ist. jede Form des Stabilisierungselementes denkbar, welche zu einer guten Fixierung der Sternachterverseilung führt. Die Lagestabilisierung führt zu besonders gleichmäßigen elektrischen Kennwerten über die gesamte Länge des Kabels. Auf diese Weise wird der Datentransport mit Mehrpaarleitungen auch in Frequenzbereichen möglich,, welche bisher dem Koaxialkabel vorbehalten waren.

Eine besonders vorteilhafte Weiterentwicklung der Erfindung ergibt sich durch eine Ausbildung des Stabilisie— rungselementes als ein die Aderpaare gemeinsam umgebender Zwischenmantel, der eine relative Bewegung der Einzeladern, insbesondere quer zur Längsachse des Kabels, verhindert (Anspruch 5). Die Stabilisierung von Datenübertragungskabeln mit Hilfe eines Zwischenmantels ist z.B. aus der EP 0 567 757 A2 bekannt. Die Einzeladern des Sternachters besitzen mit dem stabilisierenden Zwischenmantel· über- die gesamte Länge des Kabels eine definierte Lage zueinander", was:

5 die Datenübertragung insbesondere über große Entfernungen wesentlich verbessert. So ist beispielsweise die Betriebskapazität eines eine elektromagnetische Welle fort—

leitenden Leiterpaares u.a. durch die geometrische Anordnung der Einzelleiter in der Kabelseele bestimmt. Genauso ist die Induktivität der Leitung abhängig vom Magnetfeld außerhalb der Einzelleiter und wird deshalb vor allem bestimmt vom Abstand der Einzelleiter. Beide Größen - Kapazität und Induktivität - beeinflussen maßgeblich das Widerstands-, Nebensprechen- und Dämpfungsverhalten eines Kabels. Erfindungsgemäß besitzen diese über die gesamte Länge des vierpaarigen Kabels einen definierten Wert.

Bei einer weiteren vorteilhaften Variante der Erfindung ist das Stabilisierungselement als Füllelement ausgebildet, welches die Aderzwischenräume ausfüllt (Anspruch 6) . Auch diese Alternative der Erfindung führt zu einer genau fixierten Lage der Aderpaare und zu guten elektrischen Eigenschaften.

Der in Anspruch 5 angegebene Zwischenmantel ermöglicht allerdings die Realisierung einer noch optimaleren Daten— übertragung, denn der Zwischenmantel wirkt sich - wie in der EP 0 567 757 A2 beschrieben - besonders günstig aus auf das sog. Nebensprechverhalten, d.h. den ungewollten Übertritt elektromagnetischer Energie von einer Leitung bzw. einem Leiterpaar in die/das andere aus. Durch die Fixierung der Aderlage wird das Nebensprechverhalten über die gesamte Kabellänge auch bei äußerer mechanischer Einwirkung auf einem weitgehend konstanten Wert gehalten. Die Fixierung der Aderlage kann nochmals dadurch optimiert werden, daß der Zwischenmantel Hohlräume, d.h. Einkerbungen zwischen 0 Oberflächen aneinandergrenzender Einzeladern, wenigstens teilweise ausfüllt (Anspruch 7) und daß der Zwischenmantel in direktem Kontakt mit einer Aderisolierung - hohlraumfrei zwischen Zwischenmantel· und Aderisolierung derart angeordnet ist, daß er eine Zwischenmanteleinbettung der- Einzel·- 5 ädern in Längsrichtung ausbiidet (Anspruch 8).

Bei einer weiteren vorteilhaften Variante der Erfindung besteht das Stabilisierungselement aus einem soliden Vollkunststoff (Anspruch 9). Der solide Vollkunsstoff (blasenfrei) optimiert die elektrischen Eigenschaften des Sternachters weiter, da die Dielektrizitätskonstante nicht durch Luftblasen herabgesetzt wird. Ein solider Vollkunststoff ermöglicht ferner ein besonders gutes Füllen der Aderzwischenräume.

Eine·, weitere bevorzugte Variante des erfindungsgemäßen Datenübertragungskabels weist schließlich noch eine den Zwischenmantel umgebende Abschirmung auf, die wiederum eine Aluminiumfolie, ein Drahtgeflecht und optional einen zwischen der Aluminiumfolie und dem Drahtgeflecht in Längsrichtung des Kabels verlaufenden Beidraht aufweist, sowie einen die Abschirmung allumschließenden Außenmantel (Anspruch 10). Das"derart vervollständigte Datenübertragungskabel ist durch die optimierte Kabelgeometrie des Sternachtes im Gegensatz zu herkömmlichen bündelverseilten Daten-0 Übertragungskabeln nicht oval, sondern kreisrund. Der Durchmesser des Kabels kann damit von bisher 8-9 mm auf ca. 6 mm verringert werden. Vorteilhaft wird dabei für- die einzelnen Adern ein Leiter aus flexibler sieben- oder mehrfacher Litze, insbesondere aus blanker, verzinnter, versilberter oder verzinkter Cu-Litze, verwendet (Anspruch 11). Selbstverständlich kann aber auch Soliddraht hierfür verwendet werden anstelle der Litze.

Bei—4ea—--gge ■ --—sa— 0 ■ erfindungsgemäßen Datenübertragungskabels werden gje-itfiizei tig acht Einzeladern zweilagig nach Art einejj'-gymmetrischen Sternachter-Verseilung miteinanderve^rdxillt (Anspruch 12) . Die Herstellung wird damit ae^sfmber der Herstellung eines Sternvierers praktisch^-rricht erschwert. Besonders bevorzugt 5 erfolgt das Verieilen des Sternachters mit Hilfe einer ScheibejitoTende, welche auf. einem inneren Kreisumfang vier --

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or--- ta-te--uf.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Datenübertragungskabel;

Fig. 2 einen Querschnitt, welcher die geometrische Anordnung der vier Aderpaare des Kabels aus Fig. L veranschaulicht.
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Es folgt die Erläuterung der Erfindung und deren weiterer Vorteile anhand der Zeichnung nach Aufbau und gegebenenfalls auch nach Wirkungsweise der dargestellten Erfindung.

Nach Fig. 1 besteht ein erfindungsgemäßes Datenübertragungskabel 10 aus vier Aderpaaren 1, 2, 3, 4, welche jeweils Einzeladern IA, IB, 2A, 2B, 3A, 3B und 4A, 4B aufweisen. Die zusammengehörenden Adern eines Aderpaares sind jeweils in gleicher Weise schraffiert. Jede Ader IA - 4B besteht bekanntermaßen aus einem metallischen Leiter, welcher der Weiterleitung elektrischer Ladungsträger dient und einer- die einzelnen Einzeladern jeweils umgebenden Isolierung (nicht dargestellt).

· Die Einzeladern IA, 2A, 3A, 4A sind"bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel von einer zentrale Längsachse C des Datenübertragungskabels 10 gleich weit entfernt (Sternvie— rergeometrie, d.h. die Leiter der Einzeladern IA, 2A, 3A und 4A bilden die Eckpunkte eines Quadrates). Markant ist 5 dabei, daß die einander diagonal gegenüberliegenden Adern der Sternviereranordnung nicht etwa zusammengehörige Aderpaare zur Fortleitung elektromagnetischer Wellen bilden.

Die vier Leiter der Sternviereranordnung IA, 2A, 3A, 4A werden vielmehr durch eine zusätzliche Aderlage der Adern IB, 2B, 3B, 4B zu einem "Sternachter" ergänzt.

Die vier äußeren Adern IB, 2B₇ 3B, 4B sind jeweils wenigstens teilweise in Freiräumen zwischen zwei aneinander angrenzenden Adern IA, 2A bzw. 2A, 3A usw. der Sternviereranordnung plaziert. Zusammengehörige Adern IA, IB usw. liegen dabei jeweils nebeneinander, so daß elektrische Störeinflüsse der Aderpaare 1, 2, 3, 4 aufeinander minimiert werden. Die vier Aderpaare IA, IB usw. des Datenübertragungskabels 10 sind direkt zweilagig miteinander verseilt.

Die Geometrie des Sternachters wird durch einen um den Sternachter gelegten Zwischenmantel· 5 fixiert, der u.a. auch eine zusätzliche elektrische Isolation der dünnen Einzeladern 2A, 2B, 3A, 3B gewährleistet. Der Zwischenmantel wird bevorzugt aus solidem, die Dielektrizitätskonstante nicht herabsetzenden, Vollkunststoff gefertigt, der sich bei der Herstellung des Kabels dicht um die Kabelseele legt. Eine Schirmfolie 6 ist außen um den Zwischenmantel 5 gewickelt. Sie dient in bekannter Weise der Abschirmung gegen hohe Frequenzen. Die Schirmfolie 6 ist wiederum- vollumfänglich von einem Gesamtschirm 7, insbesondere aus Kup— fergeflecht umgeben bzw. umwickelt. Der Schirm 7 dient der Abschirmung niedriger Frequenzen. Optional ist zwischen der Schirmfolie 6 und dem Schirm 7 in Längsrichtung des Kabels ein gut leitender Beidraht eingefügt, der die Längsleitfä— 0 higkeit der Schirmung erhöht. Deir Gesamtschirm 7 ist schließlich noch vollumfanglich von einem flexiblen Außen— mantel 8 umschlossen. Der Durchmesser des gesamten Kabels liegt damit typischerweiss bei ca. 6 mm.

5 Wie in Fig. 2 zu erkennen, liegen die zwei zusammengehörigen Adern IA, IB usw. eines Aderpaares jeweils nebeneinander. Die durch die Mittelpunkte der beiden Adern IA, IB

usw. eines Aderpaares gezogene Verbindungslinie IM, 2M, 3M₇ 4M liegt jeweils senkrecht auf der Verbindungslinie zwischen den Mittelpunkten der jeweils benachbarten Aderpaare (z.B. steht IM senkrecht auf 2M und 4M). Die paarweisen Adern sind damit im rechten Winkel zueinander angeordnet. Fig. 2 veranschaulicht ferner, daß die Mittelpunkte der Adern IA - 4A der inneren Ader lage auf den Achsen X, Y eines rechtwinkligen Koordinatenkreuzes liegt. Die Mittelpunkte der äußeren Adern IB - 4B liegen dagegen auf den Winkelhalbierenden (X^x , &Ugr;^&lgr;) des Koordinatenkreuzes.

Die Einzeladern können einen so geringen Durchmesser aufweisen - z.B. 1 mm — so daß das Datenübertragungskabel· 1 in besonders vorteilhafter Weise für Steckkontakte der modernen Nachrichtentechnik geeignet ist. Bei derartigen Steckern betragen die Außenmaße typischerweise ca. einige mm, wobei· der Abstand der einzelnen Steckkontakte bei ca. 1 mm liegt. Diesem Abstand sind die einzelnen Einzeladern angepaßt. Der Durchmesser der Kabelseele liegt in der

Größenordnung von ca. 3 - 4 mm.

Claims

SAMSON & PART¹NjEiBK . OL

PATENTANWÄLTE ■ EUROPEANVaTENTATTORNEYS **

UNSER ZHCHEN/OUR REF DATUM/DATE

D768-13-T 93 P ' 29. November 1993

Dätwyler

System- und Netzwerk GmbH

Gottfried von Cramm Straße 1

D-85357 Neufahrn

DatenübertragungskabeL und Verfahren

zu dessen Herstellung

&Iacgr;. Datenübertragungskabel (10), das vier aus je zwei Einzeladern (IA, IB; 2A, 2B; 3A, 3B; 4A, 4B) bestehende Aderpaare (1, 2, 3, 4) aufweist, wobei die vier Aderpaare direkt miteinander verseilt sind.
2. Datenübertragungskabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vier der Adern (IA, 2A, 3A, 4A) nach Art eines Sternvierers eine innere Kabellage bilden und die vier weiteren Adern (IB, 2B, 3B, 4B) jeweils wenigstens teilweise in die Freiräume zwischen zwei aneinander angrenzenden Adern (IA, 2A usw.) der Sternviereranordnung angeordnet sind.
3. Datenübertragungskabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,, daß die zwei zusammengehörigen Adern (IA, IB; 2A, 2B; 3A, 3B; 4A, 4B) eines Aderpaares jeweils nebeneinander liegen, wobei die durch die Mittelpunkte der beiden Adern (IA, IB; 2A, 2B; 3A, 3B; 4A, 4B) eines Aderpaares gezogene Verbindungslinie senkrecht auf der Verbindungslinie zwischen den Mit—

5 telpunkten der jeweils benachbarten Aderpaare liegt.
4. Datenübertragungskabel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vier Aderpaare durch wenigstens ein Stabilisierungseleiaent (S) in ihrer Lage fixiert sind.
5. Datenübertragungkabel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Stabilisierungselement als ein die Aderpaare gemeinsam umgebender Zwischenmantel (5) ausgebildet ist, der eine relative Bewegung der Einzeladern (IA, IB; 2A, 2B; 3A, 3B; 4A, 4B) , insbesondere quer zur Längsachse des Kabels (10), verhindert.
6. Datenübertragungskabel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Stabilisierungselement als Füllelement ausgebildet ist, welches die Aderzwischenräume ausfüllt.
7. Datenübertragungskabel· nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenmantel (5) Hohlräume, d.h. Einkerbungen zwischen Oberflächen aneinandergrenzender Einzeladern, wenigstens teilweise ausfüllt.
8. Datenübertragungskabel nach Anspruch 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenmantel (5) in direktem Kontakt mit Aderisolierungen hohlraumfrei derart angeordnet ist, daß er eine Zwischenmanteleinbettung der Einzeladern in Längsrichtung ausbildet.
9. Datenübertragungskabel nach einem der Ansprüche 5 bis 0 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Stabilisierungs-

element (5) aus einem soliden Vo^kunststoff besteht.
10. Datenübertragungskabel nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine den Zwi—

5 schenmantel (5) umgebende Abschirmung, die eine Aluminiumfolie (6), ein Drahtgeflecht (7) und optionaleinen zwischen der Aluminiumfolie und dem Drahtge—

flecht in Längsrichtung des Kabels verlaufenden Beidraht aufweist, sowie einen die Abschirmung allumschließenden Außenmantel (8).
11. Datenübertragungskabel nach einem der Ansprüche 11-13, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Leiter aus flexibler sieben- oder mehrfacher Litze, insbesondere aus blanker, verzinnter, versilberter oder verzinkter Cu-Litze, oder aus Soliddraht bestehen.
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Übertragungskabels, wobei gleichzeitig acht Ei-rrzeladern (IA, IB; 2A, 2B; 3A, 3B; 4A, 4B) nach^Art einer symmetrischen Sternachter-Verseilung zjjterilagig miteinander verdrillt werden.
12. Verfahren nach Anspruch/"!^, dadurch gekennzeichnet, daß das Verseilen^trit Hilfe einer Scheibe erfolgt, welche auf eipsm inneren Kreis vier erste Öffnungen zum Versej-ien einer Sternvieranordnung und auf einem äußerten Kreis vier weitere Öffnungen zur Vervollstän ■ .