EP1163684A1 - Kabelschirm aus faserverbundwerkstoffen - Google Patents

Kabelschirm aus faserverbundwerkstoffen

Info

Publication number
EP1163684A1
EP1163684A1 EP00914037A EP00914037A EP1163684A1 EP 1163684 A1 EP1163684 A1 EP 1163684A1 EP 00914037 A EP00914037 A EP 00914037A EP 00914037 A EP00914037 A EP 00914037A EP 1163684 A1 EP1163684 A1 EP 1163684A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
shields
materials
cable
electrically conductive
electromagnetic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP00914037A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Kreitmar-Steck
Wolfgang Tauber
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Airbus Helicopters Deutschland GmbH
Original Assignee
Eurocopter Deutschland GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Eurocopter Deutschland GmbH filed Critical Eurocopter Deutschland GmbH
Publication of EP1163684A1 publication Critical patent/EP1163684A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B11/00—Communication cables or conductors
    • H01B11/02—Cables with twisted pairs or quads
    • H01B11/06—Cables with twisted pairs or quads with means for reducing effects of electromagnetic or electrostatic disturbances, e.g. screens
    • H01B11/10—Screens specially adapted for reducing interference from external sources
    • H01B11/1033—Screens specially adapted for reducing interference from external sources composed of a wire-braided conductor

Definitions

  • Cable shield made of fiber composite materials
  • Cable shields are often used to shield electromagnetic fields and to prevent electromagnetic coupling within systems / platforms due to their great protective effect.
  • the shields currently used for this are based on highly conductive metallic materials. Except when using special shielding materials (e.g. mu-metal), the damping behavior of these shields only begins in the upper kHz range and strives towards a finite damping value with increasing frequency.
  • the umbrellas used are generally very heavy and therefore rather unsuitable especially for flying platforms.
  • the invention relates to a device according to the preamble of claim 1.
  • the electromagnetic shielding of system cabling proposed in this publication has the task
  • the basic principle of the invention is that fiber composite materials with a high proportion of electrically conductive fibers (e.g. carbon fiber or metallized carbon fibers) are used as the shielding material.
  • the so-called transfer impedance which allows the comparison of electrical properties of cable shields, is generally used as a measure of the shielding effect of a cable shield.
  • the transfer impedance can be calculated from the following measured variables in a test setup in accordance with VG 95373 Part 15 (measurement method for coupling and shielding, KS01):
  • This equation can be used when the wavelength is much larger than the cable shield length.
  • a device according to claim 1 can be used to switch to cable shields made of fiber composite materials with a high proportion of electrically conductive fibers. In addition to the clear advantage of an almost negligible additional weight compared to the unshielded cable, this also gives the advantage of corrosion resistance.
  • the screen made of fiber composite materials can be combined either with a metallic screen or with a screen with high relative permeability.
  • the synthetic fibers could also be vapor-coated with appropriate ferromagnetic materials.
  • This invention assumes that a semiconducting screen is applied directly to electrical conductors (especially to power cables), which is then surrounded by an insulation layer and an outer screen.
  • the special chemical composition of the semiconducting screen offers the advantages of lower shrinkage behavior, lower water permeability, better processability compared to other semiconducting screens, and more favorable electrical properties.
  • the semiconducting cable shield is applied directly to the conductor. The task of electromagnetic shielding cannot be achieved with this.
  • the object of the invention in US Pat. No. 5,554,678 is to define composite materials which ensure electromagnetic shielding of housings for electronic devices.
  • the goal here is to achieve good shielding effectiveness in low and high frequency ranges.
  • This task is solved by a composite material, which consists of defined proportions of thermoplastics, conductive metal fibers and carbon fibers.
  • basic physical properties of the carbon fibers or the carbon fiber-containing fiber composite materials are used, which are also important for the cable shields - the subject of the present invention.
  • the object of this invention is the coating of metal surfaces for the absorption of electromagnetic waves (eg for radar camouflage) over a large frequency range. This is achieved on the basis of the invention by mixing a molecular, synthetic synthetic resin with highly conductive metal fibers and a ferromagnetic material. In contrast to the present invention, this is a highly rigid coating of surfaces for the absorption of electromagnetic waves, which cannot be used for a cable shield with the desired properties.
  • Patent DE 195 45 559 AI
  • the object of this invention is the interference suppression of electrical assemblies or circuits by sheathing with embedded absorber material made of ferrites or dielectrics with polarized particles.
  • the present invention requires electrical conductivity of a non-metallic material and differs in that no absorber material in the form of a dielectric or in the form of ferrites is used.
  • Patent DE / EP 0528 611 AI
  • the object of this invention is the production of a conductor and cable article which offer protection against conducted signals on the line and emitted EMI (electromagnetic interference). This is achieved by using only a single layer of material consisting of spherical ferrite particles or shaped ferrite particles which are distributed within a polymeric binder / polymeric matrix (e.g. fluorocarbon, polymer).
  • EMI electromagnetic interference
  • This invention differs from the present invention in that neither spherical ferrite particles, shaped ferrite particles nor a polymeric matrix such as "fluorocarbon” or “acrylates” is used, but rather an electrically conductive non-magnetic material.
  • the frequency range affected in the present invention differs significantly from that specified in invention DE / EP 0528 611 AI.
  • the object of this invention is the elimination of cable vibrations / vibrations caused by periodic vibrations of the wires by their wire spacing and the associated inductive and capacitive undesirable changes in the line characteristic. This is achieved by introducing additional single lines made of non-metallic fiber (including carbon fiber) as a further strand element.
  • This invention differs from the present invention in that the task of the non-metallic fibers is not electromagnetic damping, but rather they are used only as non-inductive spacers.
  • the present invention there is an all-round sheathing of electrical lines Prerequisite for achieving electromagnetic damping.
  • the metallic strands are followed by an insulation layer, over which the cable shield is finally applied.
  • Patent DE 39 40 293
  • the object of this invention is to create a ribbon cable, the outer conductive layer of which, compared to the prior art, has improved flexibility and conductivity. This is achieved by surrounding the ribbon cable made of several signal conductors with a screen made of non-conductive material, in which carbon fibers obtained from high-melting particles are distributed and coated with a metallic coating.
  • This invention differs fundamentally from the present one in that no high-melting particles and no metallization are used in the present invention.
  • the present invention is not limited to a strip conductor, but is applicable to any type of electrical conductor.
  • Patent DE 38 780 22
  • the object of this invention is the assembly of a cable shield jacket for protection against electromagnetic radiation from power cables in the low-frequency range ( ⁇ 100 kHz). This is achieved through the use of conventional metallic screens and assembly using a special screw connection and the use of multi-layer insulation.
  • the present invention differs in that conductive, non-metallic materials are used as electromagnetic screens which can only be used for the high frequency range (> 1 MHz), both for power supplies and for any signal line or multiple line.
  • Patent DE 34 38660
  • the object of this invention is to improve a cable so that it can be manufactured and handled more easily. This will be achieved by one or more leads, each surrounded by an insulating material, from one common shielding layer is encased, which consists of a mixture of plastic with electrically conductive particles, preferably aluminum scales.
  • This invention differs from the present invention in that instead of plastic with electrically conductive particles, only plastics without the addition of conductive particles (e.g. carbon fiber or non-metallic substances comparable in terms of conductivity) are used.
  • plastics without the addition of conductive particles (e.g. carbon fiber or non-metallic substances comparable in terms of conductivity) are used.
  • Metallic materials also serve as the basis for the cable shielding in the further claims 2 to 5, while the present invention relates only to non-metallic, electrically conductive substances.
  • the object of the invention is to introduce the wiring with a everywhere cable shield in large and small systems with little additional weight to avoid electromagnetic coupling (within the system and from external fields) or to significantly improve the shielding behavior of metallic shields in the higher frequency range. This also ensures that no other weighty EMC protective measures with regard to radiated electromagnetic fields (be it radiation or radiation) are necessary.
  • the weight reduction can either contribute to energy savings, to longer flight times (for flying platforms) or longer distances (for landing and water vehicles) or to higher speeds (for land vehicles and flying platforms). A deterioration in the system behavior with regard to the electromagnetic behavior due to aging or corrosion can be practically excluded by the invention.
  • this object is achieved by a device having the features of claim 1, the ends of which are connected all around to the connector housings.
  • this screen is covered in an exemplary form with an electrically insulating material (e.g. silicone).
  • the area of use as an electromagnetic shield can be varied in a certain frequency range with regard to the lower limit frequency and the damping behavior, depending on the material required. In general, the damping behavior, as long as it is not combined with metallic shields, starts at a few MHz and then has a better behavior than metallic cable shields for higher frequencies.
  • a cable shield according to claim 1 is sufficient; 2. If the entire frequency range is to be attenuated by the cable shield insert:
  • a cable shield according to claim 2 can be used.
  • Central advantages of the invention are a significantly higher shielding effect compared to conventional metallic shields in the higher frequency range and the weight reduction in systems without restriction / change in their electromagnetic behavior.
  • the contact between the cable shield and the connector remains unchanged and cannot be negatively influenced by the formation of corrosion between the cable shield and the plug over the course of the years of use.
  • Another advantage of the invention when using appropriate fiber materials is a high mechanical robustness (e.g. higher tensile strength) of the cable.
  • the production of cables shielded with fiber composite materials requires less energy than metal shielded cables.
  • Two-wire lines and coax cables can advantageously be designed so that, depending on the signal bandwidth to be transmitted, the lines can be designed so that the transmission loss is frequency-independent.
  • FIG. 1 shows a twisted double conductor in which each of the two conductor fibers is surrounded by an electrical insulating layer and which is electromagnetically shielded by a carbon fiber braid impregnated with a rubber solution according to an exemplary embodiment for claim 3.
  • FIG. 2 shows a line bundle which is electromagnetically shielded with a possibly metallized carbon fiber braid. An electrically insulating jacket is also drawn over this braid.
  • FIG. 4 shows an example of a coaxial cable which consists of an inner conductor made of highly conductive metal and an outer conductor made of a carbon fiber braid.
  • Figure 5 shows the cross section of a shielded single conductor according to claim 4.
  • two electrically conductive sheaths (depending on the application, for example, a carbon fiber layer and a layer of ferromagnetic material) are applied in contact with each other. This double layer is separated from the metallic conductor in the center by an electrical insulator.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Insulated Conductors (AREA)
  • Communication Cables (AREA)

Abstract

Bei der Erfindung handelt es sich um eine Vorrichtung zur elektromagnetischen Abschirmung von beliebigen elektrischen Leitern (z.B. Einzelleiter, Leiterbündel und Koaxialkabel). Hauptvorteil gegenüber den bis jetzt eingesetzten Schirmen ist eine wesentliche Gewichtsreduzierung und eine verbesserte Dämpfung im hohen MHz-Bereich. Dies wird dadurch erreicht, daß Materialien (z.B. Kohlefasern) als Schirm verwendet werden, die wesentlich geringere Leitfähigkeit aufweisen als metallische Schirme. Hierbei wird der Effekt ausgenutzt, daß im niederen Frequenzbereich auch Metallschirme keine Dämpfung aufweisen, im höheren Frequenzbereich (> 1 MHz) jedoch die vorhandene Leitfähigkeit genügend hoch ist, um die Transfer-Impedanzwerte der metallischen Schirme zu erreichen. Dies ist deshalb der Fall, weil hier induktive und kapazitive Verluste eine geringere Rolle spielen. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, daß der Schirm nicht von Korrosion betroffen ist und gegenüber metallischen Leitungsschirmen wesentlich einfacher herzustellen sind. Beispielhafte Anwendungen sind insbesondere Verkabelungen bei Fluggeräten und Kraftfahrzeugen, bei denen gewichtsreduzierte Lösungen gefordert sind.

Description

Bezeichnung der Erfindung:
Kabelschirm aus Faserverbundwerkstoffen
Kurzbeschreibung und Gebiet, auf das sich die Erfindung bezieht:
Zur Abschirmung elektromagnetischer Felder und zur Verhinderung von elektromagnetischen Nerkopplungen innerhalb von Systemen/Plattformen werden wegen ihrer großen Schutzwirkung oft Kabelschirme eingesetzt. Die gegenwärtig dafür eingesetzten Schirme basieren auf elektrisch gut leitenden metallischen Materialien. Außer bei Benutzung spezieller Abschirmmaterialien (z.B. Mu-Metall) beginnt das Dämpfungsverhalten dieser Schirme erst im oberen kHz-Bereich und strebt mit zunehmender Frequenz einem endlichen Dämpfungswert zu. Außerdem sind die eingesetzten Schirme i.a. sehr schwer und damit insbesondere für fliegende Plattformen eher ungeeignet.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die in dieser Druckschrift vorgeschlagene elektromagnetische Abschirmung von Systemverkabelungen hat zur Aufgabe,
■ unter Vornahme einer Gewichtsoptimierung (bis zu 70% geringer als bei normalen metallischen Kabelschirmen) im Frequenzbereich beginnend von einigen MHz bis in den GHz-Bereich eine ähnliche oder bessere Abschirmwirkung zu erzielen, wie metallische Abschirmungen und dabei einfacher zu fertigen zu sein;
■ im HF/VHF/UHF Frequenzbereich das Schirmverhalten von metallischen Schirmen wesentlich zu verbessern, wobei auch hier eine Gewichtsreduzierung möglich ist.
Grundprinzip, auf dem die Idee aufbaut:
Das Grundprinzip der Erfindung besteht darin, daß als Abschirmmaterial Faserverbundwerkstoffe mit hohem Anteil an elektrisch leitfähigen Fasern (z.B. Kohlefaser oder metallisierte Kohlefasern) verwendet werden. Als Maß für die Schirmwirkung eines Kabelschirms dient im allgemeinen die sog.Transferimpedanz, die den Vergleich elektrischer Eigenschaften von Kabelschirmen erlaubt. Die Transferimpedanz ist aus folgenden Meßgrößen bei einem Testaufbau gemäß VG 95373 Teil 15 (Meßverfahren für Kopplung und Schirmung, KS01) berechenbar:
U OL
'Störung
U0L = Leerlaufspannung unter dem Schirm Istörung = eingespeister Störstrom auf dem Schirm Bei metallischen Kabelschirmen ist bekannt, daß, außer bei einigen Spezialkabeln mit Mu- Metall, das dämpfende Verhalten erst im oberen kHz-Bereich oder bei noch höheren Frequenzen einsetzt (siehe Bild 9 und 10 aus Veröffentlichung l\l), wobei vorausgesetzt ist, daß der Kabelschirm an beiden Enden rundum mit dem Steckergehäuse verbunden ist. Dieses Ergebnis wird durch folgende Dämpfungsgleichung für Kabelschirme in Veröffentlichung 121 bestätigt:
20 log [μ0 f / (2 Zτ) ] / dB
μ0 = Permeabilitätskonstante ( = 4π l07 As/V/m ) f = Frequenz as = Dämpfungswert
Zτ = Transferimpedanz
Diese Gleichung kann verwendet werden, wenn die Wellenlänge sehr viel größer ist, als die Kabelschirmlänge.
Der Beginn der Dämpfung im höheren kHz-Bereich ist im allgemeinen ausreichend, da bis zu diesen Frequenzen die Feldeinkopplung relativ gering ist bzw. das Übersprechen von Nachbarleitungen selbst bei eng benachbarter Leitungsführung mit 80 dB und mehr gedämpft erfolgt. Erst wenn Leitungslängen in einem System in den Bereich von 1/10 der Wellenlängen und größer kommen, ist der Einsatz von Kabelschirmen von größtem Interesse. So kann es ohne weiteres sein, daß z.B. bei System verkabelungslängen von maximal 3m ein Kabelschirm erst bei 10 MHz seine optimale Schirmwirkung besitzen muß. Außerdem sind auch noch andere Faktoren bzgl. dieser anzusetzenden Grenzfrequenz ausschlaggebend, wie z.B. die Signalcharakteristik von Nachbarleitungen oder die Frequenz des einfallenden elektromagnetischen Feldes.
Ergibt also die Analyse eines Systems und seiner Verkabelung, daß eine Abschirmdämpfung erst im MHz-Bereich notwendig ist, so kann mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1 auf Kabelschirme aus Faserverbundwerkstoffen mit einem hohem Anteil an elektrisch leitfähigen Fasern ausgewichen werden. Neben dem eindeutigen Vorteil eines fast vernachlässigbaren Zusatzgewichts gegenüber dem nicht geschirmten Kabel erhält man hierdurch gleichzeitig den Vorteil der Korrosionsbeständigkeit.
Ergibt die Systemanalyse, daß auch für untere Frequenzen eine elektromagnetische Dämpfung notwendig ist, kann der Schirm aus Faserverbundwerkstoffen entweder mit einem metallischen Schirm oder mit einem Schirm mit hoher relativer Permeabilität kombiniert werden. Alternativ dazu könnten auch die Kunstfasern mit entsprechenden ferromagnetischen Materialien bedampft werden. Stand der Technik, von dem die Erfindung ausgeht:
Es ist bekannt, daß Kabelschirme aus elektrisch gut leitenden Materialien elektromagnetische Felder ab einer unteren Grenzfrequenz dann gut dämpfen, wenn sie an ihren Enden rundum mit Gerätegehäuse bzw. den Steckergehäusen verbunden werden. Werden nur unzureichende Steckerverbindungen verwendet oder Schirme überhaupt nicht mit dem Steckergehäuse verbunden, so schwindet die Dämpfung. Faserverbundwerkstoffe werden dabei nur als mechanischer Schutz erwähnt, wie einige der folgenden Patente zeigen.
US-Patent 5556697: Semiconductive power cable shield
Diese Erfindung geht davon aus, daß ein halbleitender Schirm direkt auf elektrische Leiter (speziell auf Stromkabel) aufgebracht wird, der dann von einer Isolationsschicht und einem äußeren Schirm umgeben ist. Die spezielle chemische Zusammensetzung des halbleitenden Schirms bietet die Vorteile eines geringeren Schrumpfverhaltens, einer geringeren Wasserdurchlässigkeit, einer besseren Verarbeitbarkeit im Vergleich zu anderen halbleitenden Schirmen sowie günstigere elektrische Eigenschaften. Im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung, in der zwischen elektrischem Leiter und dem Kabelschirm aus Faserverbundwerkstoff eine elektrische Isolationsschicht vorgesehen ist, wird bei US-Patent 5556697 der halbleitende Kabelschirm direkt auf den Leiter aufgebracht. Die Aufgabe der elektromagnetischen Abschirmung kann damit nicht erfüllt werden.
US-Patent 5554678: Electromagnetic shielding composite
Aufgabe der Erfindung in US-Patent 5554678 ist die Festlegung von Verbundwerkstoffen, die eine elektromagnetische Abschirmung von Gehäusen für elektronische Geräte gewährleisten. Ziel ist hierbei, gute Abschirmwirkung in niedrigen und in hohen Frequenzbereichen zu erreichen. Diese Aufgabe wird durch einen Verbundwerkstoff gelöst, der aus definierten Anteilen von Thermoplasten, leitenden Metallfasern und Kohlefasern besteht. Hierbei werden grundlegende physikalische Eigenschaften der Kohlefasern, bzw. der Kohlefaser-enthaltenden Faserverbundwerkstoffe genutzt, die auch für die Kabelschirme - dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung - von Bedeutung sind. Weder die Aufgaben noch die Umsetzung gemäß US-Patent 5554678 in Form von Platten oder anders geformten Gehäusen überschneiden sich mit der vorliegenden Erfindung.
US-Patent 4538151: Electro-magnetic wave absorbing material
Aufgabe dieser Erfindung ist die Beschichtung von Metallflächen zur Absorption von elektromagnetischen Wellen (z.B. zur Radartarnung) über einen großen Frequenzbereich. Erreicht wird dies aufgrund der Erfindung durch Mischung eines molekularen, synthetischen Kunstharzes mit hochleitfähigen Metallfasern und einem ferromagnetischem Material. Im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung handelt es sich hierbei um eine hochsteife Beschichtung von Flächen zur Absorbtion von elektromagnetischen Wellen, die für einen Kabelschirm mit den gewünschten Eigenschaften nicht nutzbar ist.
Patent DE 195 45 559 AI:
Aufgabe dieser Erfindung ist die Entstörung elektrischer Baugruppen oder Schaltungen durch Ummantelung mit eingelagerten Absorbermaterial aus Ferriten oder Dielektrika mit polarisierten Partikeln.
Im Gegensatz hierzu setzt vorliegende Erfindung elektrische Leitfähigkeit eines nicht metallischen Materials voraus und unterscheidet sich dadurch, daß kein Absorbermaterial in Form eines Dielektrikum oder in Form von Ferriten benutzt wird.
Patent DE/EP 0528 611 AI:
Aufgabe dieser Erfindung ist die Herstellung eines Leiters und Kabelartikels, welche Schutz bieten gegen geleitete Signale auf der Leitung und gestrahlter EMI (Elektro- Magnetischer Interference). Dies wird erreicht durch Verwendung von nur einer einzigen Lage von Material bestehend aus sphärischen Ferritpartikeln bzw. geformten Ferritpartikeln, die innerhalb eines polymeren Binders/polymerer Matrix (z.B. Fluorocarbon, Polymer) verteilt sind.
Diese Erfindung unterscheidet sich dadurch von der vorliegenden Erfindung, daß weder sphärische Ferritpartikel, geformte Ferritpartikel noch eine polymere Matrix wie ,Fluor- carbon" oder „Acrylate" benutzt wird, sondern ein elektrisch leitfähiges nicht-magnetisches Material. Außerdem unterscheidet sich der, bei der vorliegenden Erfindung betroffene Frequenzbereich von dem in Erfindung DE/EP 0528 611 AI angegebenen wesentlich.
Alle weiteren Patentansprüche von DE/EP 0528 611 AI berühren die elektromagnetische Abschirmung und die Unteransprüche nicht und sind somit bezüglich der vorliegenden Erfindung bedeutungslos.
Patent DE 298 02 010:
Aufgabe dieser Erfindung ist die Beseitigung von Kabelschwingungen/Nibrationen hervorgerufen durch periodische Schwingungen der Adern durch deren Aderabstände und der damit verbundenen induktiven und kapazitiven unerwünschten Änderungen der Leitungscharakteristik. Dies wird durch Einbringen von zusätzlichen Einfachleitungen aus nichtmetallischer Faser (u.a. auch Kohlenstofffaser) als weiteres Litzelement erreicht.
Diese Erfindung unterscheidet sich dadurch von der vorliegenden Erfindung, daß die Aufgabe der nichtmetallischen Fasern nicht in einer elektromagnetischen Dämpfung besteht, sondern diese nur als nichtinduktive Abstandshalter eingesetzt werden. Bei der vorliegenden Erfindung ist eine rundum Ummantelung elektrischer Leitungen Voraussetzung, um eine elektromagnetische Dämpfung zu erreichen. Außerdem folgt in DE 298 02 010 den metallischen Litzen eine Isolationsschicht, über der schließlich erst der Kabelschirm aufgebracht ist.
Alle Patentansprüche berühren nicht die elektromagnetische Abschirmung und die Unteransprüche und sind somit bezüglich der vorliegenden Erfindung nicht relevant.
Patent DE 39 40 293:
Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein Bandkabel zu schaffen, dessen äußere leitfähige Schicht eine, gegenüber dem Stand der Technik, verbesserte Flexibilität und Leitfähigkeit besitzt. Dies wird erreicht, indem das Bandkabel aus mehreren Signalleitern mit einem Schirm aus nicht leitfähigem Material umgeben wird, in dem aus hochschmelzenden Partikeln gewonnene Kohlefasern verteilt angeordnet sind und metallisch beschichtet werden.
Diese Erfindung unterscheidet sich von der vorliegenden grundsätzlich dadurch, daß in der vorliegenden Erfindung keine hochschmelzenden Partikel und keine Metallisierung verwendet werden. Außerdem beschränkt sich vorliegende Erfindung nicht auf einen Bandleiter, sondern ist auf jede Art von elektrischen Leiter anwendbar.
Alle weiteren Patentansprüche von DE 39 40 293 berühren nicht die elektromagnetische Abschirmung und die Unteransprüche und sind somit bezüglich der vorliegenden Erfindung bedeutungslos.
Patent DE 38 780 22:
Aufgabe dieser Erfindung ist die Montage eines Kabelschirmmantels zum Schutz gegen elektromagnetische Strahlen von Stromkabeln im niederfrequenten Bereich (< 100 kHz). Dies wird erreicht durch Verwendung herkömmlicher metallischer Schirme und Montage mittels spezieller Schraubverbindung sowie der Benutzung von Multischichtisolation.
Vorliegende Erfindung unterscheidet sich dadurch, daß leitende, nicht metallische Materialien als elektromagnetische Schirme verwendet werden, die ausschließlich für den hohen Frequenzbereich (> 1 MHz) einsetzbar sind und zwar sowohl bei Stromversorgungen als auch bei jeder beliebigen Signalleitung oder Mehrfachleitung.
Patent DE 34 38660:
Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein Kabel dahingehend zu verbessern, daß es einfacher hergestellt und gehandhabt werden kann. Dies wird erreicht werden, indem eine oder mehrere Leitungen, die jeweils von einem isolierenden Material umgeben sind, von einer gemeinsamen abschirmenden Schicht umhüllt ist, die aus einer Mischung aus Kunststoff mit elektrisch leitenden Partrikeln, bevorzugt Aluminium- Schuppen, besteht.
Diese Erfindung unterscheidet sich von vorliegender Erfindung dadurch, daß an Stelle von Kunststoff mit elektrisch leitenden Partikeln nur Kunststoffe ohne Zugabe von leitfähigen Partikeln (z.B. Kohlefaserstoff oder bezüglich der Leitfähigkeit vergleichbare nicht metallische Stoffe) verwendet werden..
Auch bei den weiteren Ansprüchen 2 bis 5 dienen metallische Materialien als Basis für die Leitungsabschirmung, während sich die vorliegende Erfindung nur auf nicht-metallische, elektrisch leitfähige Stoffe bezieht.
Alle weiteren Ansprüche basieren auf den Ansprüchen 1 bis 5 oder behandeln nicht die in der Erfindung angegebenen Ansprüche.
• Vorveröffentlichungen auf dem technischen Gebiet der Erfindung:
Das Verhalten elektromagnetischer Felder im Zusammenhang mit beliebigen Materialien bezüglich ihres Abschirmverhaltens ist zwar bekannt, bis heute liegen jedoch keine Kenntnisse bzw. Veröffentlichungen hinsichtlich des Einsatzes nichtmetallischer Materialien zur Kabelschirmung gegenüber elektromagnetischen Feldern vor.
IM W.Tauber, H.Oswald. Wirksamkeit von Signalschirmen. Mikrowellen Magazin,
Vol. 14, No. 2, 1988. 121 D. Stoll. EMC - Elektromagnetische Verträglichkeit. Störbeeinflussung und
Gegenmaßnahmen. Berlin: Elitera- Verlag 1976. /3/ A. Schwab. Elekromagnetische Verträglichkeit / EMV '98. 6. Internationale
Fachmesse und Kongreß für Elektromagnetische Verträglichkeit, 10.-12. Februar
1998. Berlin: VDE- Verlag 1998. I I Elektromagnetische Verträglichkeit 2. DIN Taschenbuch DKE Auswahlreihe.
Berlin, Köln: Beuth Verlag 1989.
Bezüglich der elektromagnetischen Schirmdämpfung von Materialien verschiedener elektrischer Leitfähigkeiten existieren mehrere Veröffentlichungen. Als Materialien mit niedrigen elektrischen Leitfähigkeiten werden vor allem mit metallischen Partikeln bedampfte Kunststoffe behandelt. Der Einsatz reiner Faserstoffe mit Fasern geringer elektrischer Leitfähigkeit wird für Zwecke der elektromagnetischen Abschirmung generell nicht betrachtet. Nachteile des Stands der Technik:
Nachteile der gegenwärtig verwendeten metallischen Kabelschirme sind insbesondere
■ die mit zunehmender Frequenz zunehmende Transferimpedanz durch den induktiven und kapazitiven Durchgriff des externen Kabelschirmstromes auf die inneren Leitern;
■ das hohe Gewicht;
■ die Gefahr der Korrosion und
■ die teuren Fertigungsverfahren.
Aufgabe der Erfindung :
Aufgabe der Erfindung ist es, in großen und kleinen Systemen mit geringem zusätzlichen Gewicht die Verkabelung mit einem Überalles-Kabelschirm zur Vermeidung elektromagnetischer Verkopplungen (innerhalb des Systems sowie von externen Feldern) einzuführen oder aber das Schirmverhalten metallischer Schirme im höheren Frequenzbereich wesentlich zu verbessern. Damit kann auch sichergestellt werden, daß keine anderen gewichtsträchtigen EMV-Schutzmaßnahmen in Hinblick auf gestrahlte elektromagnetische Felder (sei es Abstrahlung oder Einstrahlung) notwendig werden. Die Gewichtserleichterung kann entweder zur Energiereinsparung beitragen, zu längeren Flugzeiten (bei fliegenden Plattformen) bzw. weiteren Entfernungen (bei Lande- und Wasserfahrzeugen) oder zu höheren Geschwindigkeiten (bei Landfahrzeugen sowie bei fliegenden Plattformen). Ein Verschlechtern des Systemverhaltens bezüglich des elektromagnetischen Verhaltens durch Alterung oder Korrosion kann durch die Erfindung praktisch ausgeschlossen werden.
Lösung der Aufgabe:
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst, deren Enden rundum mit den Steckergehäusen verbunden werden. Als mechanischer Schutz wird dieser Schirm in einer beispielhaften Ausprägung wie üblich mit einem elektrisch isolierenden Material (z.B. Silikon) überzogen. Der Einsatzbereich als elektromagnetischer Schirm kann je nach Materialaufwand in einem bestimmten Frequenzbereich hinsichtlich der unteren Grenzfrequenz und dem Dämpfungsverhalten variiert werden. Im allgemeinen beginnt das Dämpfungsverhalten, solange nicht mit metallischen Schirmen kombiniert, ab einigen MHz und hat dann für höhere Frequenzen ein besseres Verhalten als metallische Kabelschirme. Folgende Alternativen bieten sich als Lösungen der Aufgaben der Erfindung an:
1. Falls ein Abschirmverhalten des Kabelschirms erst ab einigen MHz angestrebt wird:
In diesem Fall genügt ein Kabelschirm gemäß Anspruch 1 ; 2. Falls der gesamte Frequenzbereich durch den Kabelschirmeinsatz gedämpft werden soll:
In diesem Fall kann ein Kabelschirm gemäß Anspruch 2 verwendet werden.
Vorteile der Erfindung :
Zentrale Vorteile der Erfindung sind eine deutlich höhere Abschirmwirkung gegenüber üblichen metallischen Schirmen im höheren Frequenzbereich sowie die Gewichtsreduzierung bei Systemen ohne Einschränkung/Veränderung ihres elektromagnetischen Verhaltens. Bei Verwendung von Faserverbundwerkstoffen bleibt der Kontakt zwischen Kabelschirm und Stecker unverändert und kann auch nicht durch Korrosionsbildung zwischen Kabelschirm und Stecker im Laufe der Einsatzjahre negativ beeinflußt werden. Weiterer Vorteil der Erfindung ist bei Verwenden entsprechender Fasermaterialien eine hohe mechanische Robustheit (z.B. höhere Zugfestigkeit) des Kabels. Zudem benötigt die Herstellung von mit Faserverbundwerkstoffen geschirmten Kabeln weniger Energie gegenüber metallisch geschirmten Kabeln.
Zweidrahtleitungen und Koax-Kabel (gemäß Anspruch 5) können vorteilhaft so ausgelegt werden, daß abhängig von der zu übertragenden Signalbandbreite die Leitungen so gestaltet werden können, daß die Übertragungsdämpfung frequenzunabhängig ist.
Ausführungsbeispiele : .
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
Figur 1 zeigt einen verdrillten Doppelleiter, bei dem jede der beiden Leiterfasern mit einer elektrischen Isolierschicht umgeben ist und der durch ein - gemäß einem Ausführungsbeispiel für Anspruch 3 - mit Gummilösung getränktes Kohlefasergeflecht elektromagnetisch geschirmt ist.
Figur 2 zeigt ein Leitungsbündel, das mit einem evtl. metallisch bedampftem Kohlefasergeflecht elektromagnetisch geschirmt ist. Über diesem Geflecht ist außerdem ein elektrisch isolierender Mantel aufgezogen.
In Figur 3 werden entsprechend Anspruch 4 zwei unterschiedliche leitende Gewebeschichten um das Leitungsbündel angeordnet. Auch hier wird das resultierende Kabel zum Schutz mit einem elektrisch isolierenden Mantel umgeben.
Figur 4 stellt beispielhaft ein Koaxialkabel dar, das aus einem Innenleiter aus hochleit- fähigem Metall und einem Außenleiter aus einem Kohlefasergeflecht besteht. Figur 5 zeigt den Querschnitt eines geschirmten Einzelleiters gemäß Anspruch 4. In diesem Ausführungsbeispiel werden zwei elektrisch leitende Mäntel (je nach Einsatzbereich z.B. eine Kohlefaserschicht und eine Schicht aus ferromagnetischem Material) miteinander kontaktierend aufgebracht. Diese Doppelschicht wird durch einen elektrischen Isolator vom metallischen Leiter im Zentrum getrennt.

Claims

Ansprüche:
1. Vorrichtung bestehend aus einer oder mehreren elektrisch isolierten Leitungen dadurch gekennzeichnet, daß
jeweils eine einzelne Leitung oder das gesamte Leitungsbündel von einem Mantel aus Faserverbundwerkstoffen mit einem hohen Anteil an elektrisch leitfähigen Fasern (z.B. Kohlefasern) oder einem anderen nicht metallischen Material mit mindestens einer mit Kohlefaserstoffen vergleichbaren elektrischen Leitfähigkeit von ca. 104 S/m umgeben ist, der eine elektromagnetische Abschirmung bewirkt .
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß
zusätzlich ein ferromagnetisches oder metallisches Material aufgebracht wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
zur elektrischen Gesamtisolation und mechanischen Festigkeit das Faserbündel mit Gummilösung (z.B. Silikon, Polyurethan) getränkt und ausgehärtet oder mit einem elektrisch isolierenden Schlauch (z.B. einem Schrumpfschlauch) oder einem elektrisch nicht leitenden Flechtmaterial überzogen werden kann.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
elektrisch leitfähiges Flechtmaterial gleichzeitig in zwei übereinander liegenden Schichten benutzt wird, um höhere elektromagnetische Abschirmung zu erreichen bzw. einen höheren Frequenzbereich abzudecken.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Einzelleiter mit dem Mantel aus Faserverbundwerkstoff mit hohen Anteil an elektrisch leitfähigen Fasern direkt als Koaxialkabel ausgelegt werden kann.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Leiter einer Zweidrahtleitung selbst aus Faserverbundwerkstoff mit hohen Anteil an elektrisch leitfähigen Fasern ausgelegt sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Fertigungstechnik durch eine spezielle Klemmtechnik erfolgt, die eine rundum Kontaktierung des CFC Kabelschirms mit dem Steckergehäuse erlaubt.
EP00914037A 1999-02-23 2000-02-23 Kabelschirm aus faserverbundwerkstoffen Withdrawn EP1163684A1 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE1999107675 DE19907675A1 (de) 1999-02-23 1999-02-23 Kabelschirm aus Faserverbundwerkstoffen mit hohem Anteil an elektrisch leitfähigen Fasern zur elektromagnetischen Abschirmung
DE19907675 1999-02-23
PCT/DE2000/000502 WO2000051143A1 (de) 1999-02-23 2000-02-23 Kabelschirm aus faserverbundwerkstoffen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1163684A1 true EP1163684A1 (de) 2001-12-19

Family

ID=7898504

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP00914037A Withdrawn EP1163684A1 (de) 1999-02-23 2000-02-23 Kabelschirm aus faserverbundwerkstoffen

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP1163684A1 (de)
JP (1) JP2002538581A (de)
BR (1) BR0008412A (de)
DE (1) DE19907675A1 (de)
WO (1) WO2000051143A1 (de)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007027155A1 (de) 2007-04-03 2008-10-23 Rohde & Schwarz Gmbh & Co. Kg Wellenleiter-System mit differenziellem Wellenleiter
KR101288565B1 (ko) 2009-12-23 2013-07-22 제일모직주식회사 다기능성 수지 복합재 및 이를 이용한 성형품
JP2012216526A (ja) * 2011-03-30 2012-11-08 Furukawa Electric Co Ltd:The 金属被覆炭素繊維電線
JP5895318B2 (ja) * 2011-09-27 2016-03-30 矢崎総業株式会社 ワイヤハーネス
EP2793239B1 (de) * 2013-04-18 2018-03-21 Nexans Anordung mit mindestens einer elektrischen Leitung
DE102014104091A1 (de) * 2014-03-25 2015-10-01 Fujitsu Technology Solutions Intellectual Property Gmbh Kabelummantelung für ein Datenkabel eines Computersystems
EP2961017A1 (de) 2014-06-24 2015-12-30 Nexans Verfahren und Anordnung zum Aufbau eines supraleitfähigen Kabelsystems
EP2960990B1 (de) 2014-06-26 2018-08-08 Nexans Anordnung zur elektromagnetischen Abschirmung
JP6338967B2 (ja) * 2014-08-12 2018-06-06 タツタ電線株式会社 シールド電線
WO2017052018A1 (ko) 2015-09-25 2017-03-30 주식회사 유라 자동차용 전자파 차폐 케이블
KR102363059B1 (ko) * 2016-12-12 2022-02-15 엘에스전선 주식회사 탄소섬유를 이용한 차폐 케이블
KR102021511B1 (ko) 2017-06-20 2019-09-16 주식회사 유라 자동차용 전자파 차폐 케이블 및 이의 제조방법
CN108134169A (zh) * 2017-12-06 2018-06-08 中天科技装备电缆有限公司 一种金属碳纤维射频同轴电缆
EP4092836A1 (de) 2021-05-21 2022-11-23 Rosenberger Hochfrequenztechnik GmbH & Co. KG Vorkonfektioniertes kabel, kabelsteckverbinderanordnung und elektrische steckverbindung

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2046500A (en) * 1979-04-05 1980-11-12 Rolls Royce Electrical cables
US4538151A (en) * 1982-03-31 1985-08-27 Nippon Electric Co., Ltd. Electro-magnetic wave absorbing material
DE3438660C2 (de) * 1984-10-22 1986-09-18 Almik Handelsgesellschaft für Industrieprodukte mbH, 8000 München Abgeschirmtes, elektrisches Kabel
FR2615030B1 (fr) * 1987-05-07 1990-08-24 Lesage Christian Gaine souple multicouches concentriques de blindage pour cable electrique
JPH07118225B2 (ja) * 1988-12-16 1995-12-18 北川工業株式会社 フラットケーブル
US5171938A (en) * 1990-04-20 1992-12-15 Yazaki Corporation Electromagnetic wave fault prevention cable
US5206459A (en) * 1991-08-21 1993-04-27 Champlain Cable Corporation Conductive polymeric shielding materials and articles fabricated therefrom
US5556697A (en) * 1994-03-24 1996-09-17 Bicc Cables Corporation Semiconductive power cable shield
JP2956875B2 (ja) * 1994-05-19 1999-10-04 矢崎総業株式会社 電磁遮蔽用成形材料
DE19545559A1 (de) * 1995-01-12 1996-07-18 Vdo Schindling Elektromagnetisch entstörtes Kabel
JPH10340642A (ja) * 1997-06-05 1998-12-22 Netsuken:Kk アナログおよびデジタル信号伝送用線材
DE29802010U1 (de) * 1998-02-06 1999-04-01 AUDIOPLAN Kühn & Kühn, 76316 Malsch Kabel für Audiozwecke

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO0051143A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
DE19907675A1 (de) 2000-09-14
WO2000051143A1 (de) 2000-08-31
BR0008412A (pt) 2002-01-29
JP2002538581A (ja) 2002-11-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69122985T2 (de) Elektromagnetisch abgeschirmter Draht oder abgeschirmtes Kabel
DE102014214726B3 (de) Datenkabel für High-Speed Datenübertragungen
DE3341468C2 (de)
DE69200082T2 (de) Abgeschirmter Draht oder abgeschirmtes Kabel.
DE3625631C2 (de)
DE3025504A1 (de) Kabel mit grosser immunitaet gegen elektro-magnetische impulse (emp)
EP1163684A1 (de) Kabelschirm aus faserverbundwerkstoffen
DE2048401A1 (de) Flachband-Koaxialkabel
DE60226060T2 (de) Elektrisches kabel mit einer organisierten signalanordnung und seine herstellung
DE10315609B4 (de) Datenübertragungskabel
EP0915486B1 (de) Datenübertragungskabel
WO2007045345A1 (de) Dreileiterkabel
DE3008953A1 (de) Geschuetztes mehradriges kabel
DE102014223119B4 (de) Datenkabel sowie Verfahren zur Herstellung eines Datenkabels
EP0828259A2 (de) Datenkabel und Verfahren zum Herstellen von Datenkabeln
DE69400777T2 (de) Kabel verwendbar auf dem Gebiet der Nachrichten
DE3438660A1 (de) Abgeschirmtes, elektrisches kabel
EP3369099B1 (de) Elektrische leitung
DE19728940A1 (de) Kabel mit leitfähiger Schicht
DE112020006323T5 (de) Kommunikationskabel
EP0568048B1 (de) Datenübertragungskabel
DE3783765T2 (de) Tiefpass-propagationsstruktur.
DE4240209C2 (de) Datenübertragungskabel
DE29819410U1 (de) Datenübertragungskabel
WO2024170025A1 (de) Datenübertragungskabel und verfahren zum herstellen eines abgeschirmten datenübertragungskabels

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20010829

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE

AX Request for extension of the european patent

Free format text: AL;LT;LV;MK;RO;SI

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20030902