EP2697803A1 - Sternvierer-kabel mit schirm - Google Patents

Sternvierer-kabel mit schirm

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EP2697803A1
EP2697803A1 EP12703976.6A EP12703976A EP2697803A1 EP 2697803 A1 EP2697803 A1 EP 2697803A1 EP 12703976 A EP12703976 A EP 12703976A EP 2697803 A1 EP2697803 A1 EP 2697803A1
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EP
European Patent Office
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shield
conductors
screen
core
wires
Prior art date
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EP12703976.6A
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English (en)
French (fr)
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EP2697803B1 (de
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Gunnar Armbrecht
Helmut Reiter
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Rosenberger Hochfrequenztechnik GmbH and Co KG
Original Assignee
Rosenberger Hochfrequenztechnik GmbH and Co KG
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Publication date
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    • H01B11/06—Cables with twisted pairs or quads with means for reducing effects of electromagnetic or electrostatic disturbances, e.g. screens
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    • H01B11/1033—Screens specially adapted for reducing interference from external sources composed of a wire-braided conductor

Definitions

  • the present invention relates to a star quad cable for transmitting electrical signals with at least two pairs of electrical conductors, wherein each conductor comprises a core of an electrically conductive material and a conductor surrounding the wire conductor shell of an electrically insulating material, wherein the conductors in a Cross section of the star quad cable are arranged at the corners of a square, wherein the conductors of a pair are arranged at diagonally opposite corners of the square, wherein four conductors are twisted together according to a star quad array with a predetermined stranding factor, wherein one of the two pairs of Conductors radially outwardly surrounding screen is disposed of an electrically conductive material, wherein the screen is constructed of a mesh of individual shield wires, according to the preamble of claim 1.
  • a so-called "star quad” is a stranding element for conductors with, for example, copper wires.
  • Four conductors of pairs of conductors are twisted together to form two cross-shaped stranded double conductors. Two opposing conductors form a pair, each transmitting an electrical signal on a pair.
  • the four conductors in the cross section of the star quad are arranged at the corners of a square, wherein the conductors of a pair are arranged at diagonally opposite corners.
  • the quad-core cable is one of the balanced cables.
  • this cable four conductors are stranded with each other in a cross shape. This means that the opposite conductors each form a conductor pair. Due to the mutually perpendicular conductor pairs only very low crosstalk occurs.
  • Another advantage of the star quad stranding is, in addition to the mechanical stabilization of the arrangement of the conductors relative to one another, the higher packing density than in a pair stranding. The stranding makes the conductors or individual wires longer than the cable itself.
  • Stranding factor specifies the ratio of single-conductor length to cable length.
  • the stranding factor for telecommunications cables for example, about 1, 02 bis
  • the stranding factor correlates with a pitch
  • the pitch or slope or pitch indicates a thread at an axial distance of two thread notches.
  • the invention is based on the object, a star quad cable og. To improve the type of electrical properties for the transmission of electrical signals.
  • At least one shield core or at least one shield core bundle is so radial the conductor is stranded surrounding that at least one of the stranded shield wires or one of the shield wire bundles in the axial direction in each case runs parallel to a wire (18) of a conductor.
  • a further improvement of the electrical properties or the transmission characteristic of the four-wire cable is achieved by stranding at least four shield wires or at least four shielding wires radially surrounding the conductors such that at least one of the stranded shielding wires or one of the shielding wire bundles is in each case in the axial direction runs parallel to a wire of a conductor.
  • a particularly secure guidance of the shield wires or shielding wire bundles in parallel along a respective wire of a conductor even at bending and torsional loads of the four-wire cable is achieved in that the screen core or shield wires or the / the shield core bundles is / are stranded with a stranding factor, which corresponds to a stranding factor of the ladder.
  • a particularly good conduction of shield currents assigned to one core each is achieved in that a respective shield core or a shield core on the one hand and a core on the other hand extend parallel to one another in the axial direction such that the shield core or the shield core bundle and the core are cross-sectioned at each point of the cable lie on the same diagonal of the square and the screen core or the shield wire bundle is arranged on a side facing away from the square side of the wire.
  • Good electrical conductivity coupled with low manufacturing costs is achieved by making the wires from copper.
  • a reduction of shielding currents with corresponding improvement of the transmission characteristics of the star quad cable and maintaining the transmission characteristics of the star quad cable even with bending and torsional loads that affect the screen mechanically obtained by the fact that between the conductors and the screen an additional insulator jacket is arranged from an electrically insulating material. Settling phenomena in the quad-core cable are avoided and stripping of the quad-core cable is simplified since there is a reduced risk of damaging the wires when cutting an outer insulation jacket.
  • the additional insulator jacket generates a radial bias on the conductor sheaths of the cores, whereby a mechanical stability of the star quad assembly is increased in bending and torsional loads.
  • a further improvement of the transmission characteristic of the star quad cable by enabling additional electrical compensation currents on the screen is achieved by the fact that radially outward on the screen, a second screen is arranged, which is electrically conductively connected to the screen.
  • a particularly large-scale conduction of equalizing currents across the second screen is achieved in that the second screen is formed as a sheath or foil of an electrically conductive material.
  • a particularly good preservation of the flexibility of the star quad cable despite the second screen is achieved in that the second screen is constructed from a network of individual second shield wires.
  • a high number of electrical contact points between the second screen cores of the second screen and the screen cores of the radially inner screen are achieved by the fact that the second shield cores in opposite directions to the Shielding cores of the screen, in particular with a stranding factor, which corresponds to the stranding factor of the shield wires of the screen are stranded.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a star quad cable according to the invention in perspective view
  • FIG. 2 shows the star quad cable according to FIG. 1 in a schematic sectional view
  • Fig. 3 is a schematic sectional view of a conventional star quad cable with a graphical representation of the distribution of an electric field
  • a schematic sectional view of a star quad cable according to the invention with a graphical representation of the distribution of an electric field
  • a graph of transmission of an electrical signal in dependence a frequency for the conventional star quad cable according to FIG. 3 a graphic representation of a transmission of an electrical signal as a function of a frequency for the star quad cable according to the invention according to FIG. 4 and FIG
  • Fig. 7 is a simplified schematic representation of stranded together
  • a star quad cable according to the invention comprises four conductors 10, 12, 14, 16, each a core 18 made of an electrically conductive material and a conductor shell 20 made of an electrically insulating material.
  • the conductors 10, 12, 14, 16 are twisted together to form a star quad array, ie at each point in the cross section of the four-wire cable are the conductors 10, 12, 14, 16 at a corner of a square 17.
  • FIG. 2 shows a coordinate system with an x-axis 40 and a y-axis 42.
  • the coordinate system 40, 42 is arranged such that the origin 44 of the coordinate system 40, 42 lies exactly on the longitudinal axis of the star quad cable, so that this longitudinal axis forms a z-direction in space for the coordinate system 40, 42.
  • a first signal is transmitted to the first pair of conductors 10, 12, and a second signal is transmitted to the second pair of conductors 14, 16.
  • a corresponding phase shift between the first and second signal and the previously described spatial arrangement of the conductors 10, 12, 14, 16 relative to each other in a star quad array is in a known manner, a high crosstalk attenuation between the two conductor pairs 10, 12 and 14, 16 achieved.
  • the signals on the conductor pairs 10, 12 and 14, 16 have a phase shift of 180 °.
  • the stranded conductors 10, 12, 14, 16 surrounding radially outside a screen 22 is arranged, which is composed of discrete or individual shield wires 23.
  • a jacket 25 made of an electrically insulating material surrounds radially outside the entire structure of conductors 10, 12, 14, 16 and screen 22.
  • a additional insulating jacket 24 disposed of an electrically insulating material. This creates an additional spatial distance in the radial direction between the wires 18 of the conductors 10, 12, 14, 16 on the one hand and the screen 22 on the other. The resulting effect will be explained below with reference to FIGS. 3 and 4.
  • Fig. 3 is a schematic sectional view of a conventional star quad cable with conductors 10, 12, 14, 16 with respective wires 18 and conductor shrouds 20 and a screen 22 is shown.
  • the screen 22 is radially outward directly on the conductor shrouds 20 of the conductors 10, 12, 14, 16, so that there is a minimum radial distance between the wires 18 and the screen 22.
  • Arrows show the distribution of an electric field when transmitting corresponding electrical signals via the conductors 10, 12, 14, 16, the greater the electric field, the larger the respective arrow is shown. It can be seen from Fig. 3 that forms a strong electric field between the wires 18 of the second pair of conductors 14, 16 and the screen 22.
  • Screen currents This indicates correspondingly high electrical currents along the screen 22, which are referred to below as "screen currents".
  • High shield currents lead to all the effects that affect the screen 22, a high degree of influence on the electrical characteristics or the transmission characteristics of the four-star cable result.
  • bending and torsional stresses of the star quad cable which result in mechanical deformation or even damage to the screen 22, lead to a severe deterioration of the electrical characteristics of the four-wire cable, although the cores of the star quad Cable may not be affected by mechanical changes or damage.
  • the screen 22 is usually formed as a mesh of individual shield wires 23 and shield currents must, for example, to follow a wire 18 at contact points of shield wires 23 from a shield wire 23 to another switch.
  • FIG. 4 shows, in an analogous view as in FIG. 3, the distribution of the electric field for a star quad cable designed according to the invention with the additional insulator jacket 24.
  • the screen 22 has a greater radial distance from the cores 18 than the conventional embodiment of a star quad cable according to FIG. 3 through the additional insulating jacket 24 arranged between the conductors 10, 12, 14, 16 on the one hand and the screen 22 on the other hand.
  • the electric field is now concentrated between the conductors 10, 12, 14, 16.
  • FIGS. 5 and 6 a frequency in [GHz] is plotted on a horizontal axis 26, and a transmission in [dB] on a vertical axis 28 for electrical signals.
  • a first graph 30 in FIG. 5 illustrates the transmission 28 as a function of the frequency 26 in a common mode signal transmission (without phase shift between the signals on the conductor pairs 10, 12 and 14, 16) and a second graph 32 5 illustrates the transmission 28 as a function of the frequency 26 in a differential mode signal (with phase shift between signals on the conductor pairs 10, 12 and 14, 16) each for a
  • FIG. 6 illustrates the transmission 28 as a function of the frequency 26 in a common mode signal transmission - without phase shift between the signals on the conductor pairs 10, 12 and 14, 16) and a fourth graph 36 in FIG. 6 illustrates the transmission 28 as a function of the frequency 26 in a differential mode signal transmission (with phase shift between the signals on the conductor pairs 10, 12 and 14, 16).
  • the graphs 30, 32, 34 and 36 are each obtained from simulations for the arrangement according to FIGS. 3 and 4.
  • second graph 32 in the case of a conventional star quad cable, a transmission breakdown occurs in a push-pull at approximately 2.9 GHz. This burglary is no longer present in a star quad cable according to the invention, as shown in Fig. 6, fourth graph 26 can be seen.
  • This simulation result impressively shows the resounding and unexpected improvement in the electrical properties of the star quad cable according to the invention in the transmission of electrical signals. This improvement is already given here before damage or aging of the screen.
  • a significant improvement in the electrical properties or the transmission properties of the quad-core cable for electrical signals is achieved in that, according to the invention, at least individual shield wires 23 each follow one of the conductors 10, 12, 14, 16 in parallel.
  • at least individual shield conductors 23 are stranded with the same lay length s or the same stranding factor as the conductors 10, 12, 14, 16. This is illustrated by way of example for a shield core 23a in FIG. In Fig. 7, the lay length s 46 is illustrated.
  • the shield core 23a helically winds around the conductors 10, 12, 14, 16 through the stranding such that the shield core 23a extends parallel to the conductor 14.
  • the exact relative arrangement between the shield wire 23a and the conductor 14 can be seen in FIG.
  • the shield core 23a winds around the conductors 10, 12, 14, 16 at any point in the cross-section of the quad-core cable the conductor 14 and the shield wire 23a are on a common diagonal 19 and the shield wire 23a is disposed on a side of the conductor 14 facing away from the square 17.
  • a shield current assigned to the conductor 14 can follow the conductor 14 without transition to another shield core 23.
  • the electrical conduction of the shielding current across the shield 22 improves and overall the electrical properties and / or the transfer characteristic of the four-core cable for the transmission of electrical signals is improved. In particular, for example, results in a low attenuation for the electrical useful signal transmitted by the star quad cable according to the invention.
  • the square 17 has, for example, a side length a 48 of 0.83 mm. These side length a corresponding to the distance of the center points of two adjacent conductors 10, 12, 14, 16.
  • the shield core 23a is preferred for guiding the shield current associated with the conductor 14, this shield current of the conductor 14 may also be guided by one of the two shield conductors 23 adjacent to the shield core 23a. Thus, should the shield core 23a be damaged due to bending or torsional loading, the shield current may still flow substantially parallel to the conductor 14 across the shield 22 along the shield conductors 23a without having to make a change to another shield core 23.
  • a lay length s 46 is for example 40 mm.
  • a second screen (not shown) made of an electrically conductive material is additionally arranged radially on the outside of the screen 22.
  • This second screen is thereby electrically conductively connected to the screen 22 on its radially inner side, so that electrical compensation currents can flow over the second screen.
  • manufacturing tolerances are compensated, which, for example, result in that the shield core 23a does not run exactly parallel to the associated conductor 14 (FIG. 2).
  • the equalizing currents over the second screen By means of the equalizing currents over the second screen, aging phenomena or damage to the screen 22 can be compensated accordingly.

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Abstract

Sternvierer-Kabel zum Übertragen von elektrischen Signalen mit mindestens zwei Paaren von elektrischen Leitern (10, 12, 14, 16), wobei jeder Leiter (10, 12, 14, 16) eine Ader (18) aus einem elektrisch leitenden Werkstoff und einen die Ader (18) radial umgebenden Leitermantel (20) aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff aufweist, wobei die Leiter (10, 12, 14, 16) in einem Querschnitt des Sternvierer-Kabels an den Ecken eines Quadrates angeordnet sind, wobei die Leiter (10, 12, 14, 16) eines Paares an diagonal gegenüberliegenden Ecken des Quadrats angeordnet sind, wobei jeweils vier Leiter (10, 12, 14, 16) gemäß einer Sternvierer-Anordnung mit einem vorbestimmten Verseilungsfaktor miteinander verdrillt sind, wobei ein die zwei Paare von Leitern (10, 12, 14, 16) radial außen umgebender Schirm (22) aus einem elektrisch leitenden Werkstoff angeordnet ist, wobei der Schirm (22) aus einem Geflecht einzelner Schirmadern (23) aufgebaut ist. Hierbei ist mindestens eine Schirmader (23) oder mindestens ein Schirmaderbündel derart radial die Leiter (10, 12, 14, 16) umgebend verseilt, dass mindestens eine der verseilten Schirmadern (23) bzw. eines der Schirmaderbündel in axialer Richtung jeweils im Wesentlichen parallel zu einer Ader (18) eines Leiters (10, 12, 14, 16) verläuft.

Description

Sternvierer-Kabel mit Schirm
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sternvierer-Kabel zum Übertragen von elektrischen Signalen mit mindestens zwei Paaren von elektrischen Leitern, wobei jeder Leiter eine Ader aus einem elektrisch leitenden Werkstoff und einen die Ader radial umgebenden Leitermantel aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff aufweist, wobei die Leiter in einem Querschnitt des Sternvierer-Kabels an den Ecken eines Quadrates angeordnet sind, wobei die Leiter eines Paares an diagonal gegenüberliegenden Ecken des Quadrats angeordnet sind, wobei jeweils vier Leiter gemäß einer Sternvierer-Anordnung mit einem vorbestimmten Verseilungsfaktor miteinander verdrillt sind, wobei ein die zwei Paare von Leitern radial außen umgebender Schirm aus einem elektrisch leitenden Werkstoff angeordnet ist, wobei der Schirm aus einem Geflecht einzelner Schirmadern aufgebaut ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein sogenannter "Sternvierer" ist ein Verseilelement für Leiter mit beispielsweise Kupferadern. Vier Leiter von Paaren von Leitern werden miteinander verdrillt und bilden dann zwei kreuzförmig verseilte Doppelleiter. Zwei gegenüberliegende Leiter bilden ein Paar, wobei auf einem Paar jeweils ein elektrisches Signal übertragen wird. Mit anderen Worten sind die vier Leiter im Querschnitt des Sternvierers an den Ecken eines Quadrates angeordnet, wobei die Leiter eines Paares an diagonal gegenüberliegenden Ecken angeordnet sind. Durch die hierdurch senkrecht zueinander stehenden Leiterpaare ergibt sich eine gewünschte hohe Übersprechdämpfung von einem Paar zu dem anderen Paar.
Das Sternvierer-Kabel gehört zu den symmetrischen Kabeln. Bei diesem Kabel sind vier Leiter miteinander kreuzförmig verseilt. Das bedeutet, dass die gegenüberliegenden Leiter jeweils ein Leiterpaar bilden. Durch die senkrecht zueinander stehenden Leiterpaare findet nur sehr geringes Übersprechen statt. Ein weiterer Vorteil der Sternviererverseilung ist neben der mechanischen Stabilisierung der Anordnung der Leiter relativ zueinander die höhere Packdichte als bei einer Paarverseilung. Durch die Verseilung werden die Leiter bzw. Einzeladern länger als das Kabel selbst.
Der sogen. Verseilungsfaktor gibt das Verhältnis Einzelleiterlänge zu Kabellänge an.
Der Verseilungsfaktor beträgt bei Fernmeldekabeln beispielsweise etwa 1 ,02 bis
1 ,04. Der Verseilungsfaktor korreliert mit einer Teilung bzw. Steigung bzw.
Ganghöhe, die sich aus der schraubenartigen Anordnung der miteinander verseilten Leiter ergibt. Die Teilung bzw. Steigung bzw. Ganghöhe gibt bei einem Gewinde einen axialen Abstand von zwei Gewindekerben an.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Sternvierer-Kabel der o.g. Art hinsichtlich der elektrischen Eigenschaften für die Übertragung von elektrischen Signalen zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Sternvierer-Kabel der o.g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Bei einem Sternvierer-Kabel der o.g. Art ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass mindestens eine Schirmadern oder mindestens ein Schirmaderbündel derart radial die Leiter umgebend verseilt ist, dass mindestens eine der verseilten Schirmadern bzw. eines der Schirmaderbündel in axialer Richtung jeweils parallel zu einer Ader (18) eines Leiters verläuft. Dies hat den Vorteil, dass eine Verbesserung der Leitung von elektrischen Schirmströmen mit dementsprechender Verbesserung der elektrischen Eigenschaften des Sternvierer-Kabels erzielt wird.
Eine weitere Verbesserung der elektrischen Eigenschaften bzw. der Übertragungscharakteristik des Sternvierer-Kabels erzielt man dadurch, dass mindestens vier Schirmadern oder mindestens vier Schirmaderbündel derart radial die Leiter umgebend verseilt sind, dass jeweils mindestens eine der verseilten Schirmadern bzw. eines der Schirmaderbündel in axialer Richtung jeweils parallel zu einer Ader eines Leiters verläuft.
Eine besonders sichere Führung der Schirmadern bzw. Schirmaderbündel parallel entlang einer jeweiligen Ader eines Leiters auch bei Biege- und Torsionsbelastungen des Sternvierer-Kabels erzielt man dadurch, dass die Schirmader bzw. Schirmadern bzw. das/die Schirmaderbündel mit einem Verseilungsfaktor verseilt ist/sind, welcher einem Verseilungsfaktor der Leiter entspricht.
Eine besonders gute Leitung von jeweils einer Ader zugeordneten Schirmströmen erzielt man dadurch, dass jeweils eine Schirmader bzw. ein Schirmaderbündel einerseits und eine Ader andererseits in axialer Richtung derart parallel zueinander verlaufen, dass die Schirmader bzw. das Schirmaderbündel und die Ader an jeder Stelle im Querschnitt des Kabels auf derselben Diagonale des Quadrats liegen und die Schirmader bzw. das Schirmaderbündel auf einer von dem Quadrat abgewandten Seite der Ader angeordnet ist. Eine gute elektrische Leitfähigkeit bei gleichzeitig niedrigen Herstellungskosten erzielt man dadurch, dass die Adern aus Kupfer hergestellt sind. Eine Reduktion von Schirmströmen mit dementsprechender Verbesserung der übertragungstechnischen Eigenschaften des Sternvierer-Kabels und Erhalt der übertragungstechnischen Eigenschaften des Sternvierer-Kabels auch bei Biege- und Torsionsbelastungen, die den Schirm mechanisch beeinflussen, erzielt man dadurch, dass zwischen den Leitern und dem Schirm ein zusätzlicher Isolatormantel aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff angeordnet ist. Setzungserscheinungen im Sternvierer-Kabel sind vermieden und ein Abisolieren des Sternvierer-Kabels ist vereinfacht, da eine Gefahr der Beschädigung der Adern beim Aufschneiden eines äußeren Isolationsmantels reduziert ist. Zusätzlich erzeugt der zusätzliche Isolatormantel eine radial Vorspannung auf die Leitermäntel der Adern, wodurch eine mechanische Stabilität der Sternviereranordnung bei Biege- und Torsionsbelastungen erhöht ist.
Eine weitere Verbesserung der Übertragungscharakteristik des Sternvierer-Kabels durch die Ermöglichung von zusätzlichen elektrischen Ausgleichsströmen am Schirm erzielt man dadurch, dass radial außen auf dem Schirm ein zweiter Schirm angeordnet ist, welcher elektrisch leitend mit dem Schirm verbunden ist. Diese Ausgleichsströme ermöglichen einen Ausgleich von Fertigungstoleranzen, die ggf. dazu führen, dass Schirmadern und zugeordnete Leitung nicht exakt parallel zueinander verlaufen.
Eine besonders großflächige Leitung von Ausgleichsströmen über den zweiten Schirm wird dadurch erzielt, dass der zweite Schirm als Mantel oder Folie aus einem elektrisch leitenden Werkstoff ausgebildet ist.
Eine besonders gut Erhaltung der Flexibilität des Sternvierer-Kabels trotz des zweiten Schirmes erzielt man dadurch, dass der zweite Schirm aus einem Geflecht einzelner zweiter Schirmadern aufgebaut ist. Eine hohe Anzahl von elektrischen Kontaktpunkten zwischen den zweiten Schirmadern des zweiten Schirmes und den Schirmadern des radial innen liegenden Schirmes erzielt man dadurch, dass die zweiten Schirmadern gegenläufig zu den Schirmadern des Schirms, insbesondere mit einem Verseilungsfaktor, welcher dem Verseilungsfaktor der Schirmadern des Schirmes entspricht, verseilt sind.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in:
Fig. 1 eine bespielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sternvierer- Kabels perspektivischer Ansicht, Fig. 2 das Sternvierer-Kabel gemäß Fig. 1 in schematischer Schnittansicht,
Fig. 3 eine schematische Schnittansicht eines herkömmlichen Sternvierer-Kabels mit einer graphischen Darstellung der Verteilung eines elektrischen Feldes, eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Sternvierer- Kabels mit einer graphischen Darstellung der Verteilung eines elektrischen Feldes, eine graphische Darstellung einer Transmission eines elektrischen Signals in Abhängigkeit von einer Frequenz für das herkömmliche Sternvierer- Kabel gemäß Fig. 3, eine graphische Darstellung einer Transmission eines elektrischen Signals in Abhängigkeit von einer Frequenz für das erfindungsgemäße Sternvierer- Kabel gemäß Fig. 4 und
Fig. 7 eine vereinfachte schematische Darstellung von miteinander verseilten
Leitern und einer Schirmader der beispielhaften Ausführungsform des Sternvierer-Kabels gemäß Fig. 1 und 2.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte, bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sternvierer-Kabels umfasst vier Leiter 10, 12, 14, 16, die jeweils eine Ader 18 aus einem elektrisch leitenden Werkstoff und einen Leitermantel 20 aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff aufweisen. Die Leiter 10, 12, 14, 16 sind miteinander zu einer Sternvierer-Anordnung verdrillt, d.h. an jeder Stelle im Querschnitt des Sternvierer-Kabels befinden sich die Leiter 10, 12, 14, 16 an einem Eck eines Quadrates 17. Jeweils auf einer Diagonale 19 des Quadrates 17 gegenüberliegende Leiter 10, 12 und 14, 16 bilden ein Paar aus, d.h. die Leiter 10, 12 bilden eine erstes Paar Leiter bzw. ein erstes Leiterpaar 12, 14 und die Leiter 14, 16 bilden ein zweites Paar Leiter bzw. ein zweites Leiterpaar 14, 16 aus. Die Verdrillung der Leiter 10, 12, 14, 16 ist mit einem vorbestimmten Verseilungsfaktor ausgeführt, was eine entsprechen Teilung bzw. Steigung bzw. Ganghöhe bzw. Schlaglänge s bedingt. Die Schlaglänge s ist hierbei derjenige axiale Abstand, auf dem sich ein Leiter 10, 12, 14, 16 einmal schraubenförmig vollständig um eine Längsachse des Sternvierer-Kabels windet. In Fig. 2 ist ein Koordinatensystem mit einer x-Achse 40 und einer y-Achse 42 dargestellt. Das Koordinatensystem 40, 42 ist derart angeordnet, dass der Ursprung 44 des Koordinatensystems 40, 42 genau auf der Längsachse des Sternvierer-Kabels liegt, so dass diese Längsachse eine z-Richtung im Raum für das Koordinatensystem 40, 42 bildet.
Bei der Signalübertragung wird mit dem ersten Leiterpaar 10, 12 ein erstes Signal und mit dem zweiten Leiterpaar 14, 16 ein zweites Signal übertragen. Durch eine entsprechende Phasenverschiebung zwischen dem ersten und zweiten Signal und die zuvor beschriebene räumliche Anordnung der Leiter 10, 12, 14, 16 relativ zueinander in einer Sternvierer-Anordnung wird in bekannter Weise eine hohe Übersprechdämpfung zwischen den beiden Leiterpaaren 10, 12 und 14, 16 erzielt. Bei einem sogenannten Differentiellen Mode haben die Signale auf den Leiterpaaren 10, 12 und 14, 16 eine Phasenverschiebung von 180°.
Die verseilten Leiter 10, 12, 14, 16 radial außen umgebend ist ein Schirm 22 angeordnet, welcher aus diskreten bzw. einzelnen Schirmadern 23 aufgebaut ist. Ein Mantel 25 aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff umgibt radial außen den gesamten Aufbau aus Leitern 10, 12, 14, 16 und Schirm 22. Zwischen den verseilten Leiterpaaren 10, 12 und 14, 16 einerseits und dem Schirm 22 andererseits ist ein zusätzlicher Isoliermantel 24 aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff angeordnet. Dieser schafft einen zusätzlichen räumlichen Abstand in radialer Richtung zwischen den Adern 18 der Leiter 10, 12, 14, 16 einerseits und dem Schirm 22 andererseits. Der sich hierdurch ergebende Effekt wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4 erläutert.
In Fig. 3 ist eine schematische Schnittansicht eines herkömmlichen Sternvierer- Kabels mit Leitern 10, 12, 14, 16 mit jeweiligen Adern 18 und Leitermänteln 20 sowie einem Schirm 22 dargestellt. Der Schirm 22 liegt dabei radial außen direkt auf den Leitermänteln 20 der Leiter 10, 12, 14, 16 auf, so dass sich ein minimaler radialer Abstand zwischen den Adern 18 und dem Schirm 22 ergibt. Mit Pfeilen ist die Verteilung eines elektrischen Feldes bei Übertragung entsprechender elektrischer Signale über die Leiter 10, 12, 14, 16 dargestellt, wobei das elektrische Feld um so stärker ist, je größer der jeweilige Pfeil dargestellt ist. Es ist aus Fig. 3 zu erkennen, dass sich ein starkes elektrisches Feld zwischen den Adern 18 des zweiten Leiterpaares 14, 16 und dem Schirm 22 ausbildet. Dies zeigt entsprechend hohe elektrische Ströme entlang des Schirmes 22 an, die nachfolgend kurz als "Schirmströme" bezeichnet werden. Hohe Schirmströme führen dazu, dass alle Einflüsse, die sich auf den Schirm 22 auswirken, eine hohe Beeinflussung der elektrischen Eigenschaften bzw. der Ü bertrag ungscharakteristik des Sternvierer- Kabels zur Folge haben. So führen beispielsweise Biege- und Torsionsbelastungen des Sternvierer-Kabels, die eine mechanische Verformung oder ggf. sogar Beschädigung des Schirms 22 zur Folge haben, zu einer starken Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften bzw. der Übertragungscharakteristik des Sternvierer- Kabels, obwohl die Adern 18 des Sternvierer-Kabels von mechanischen Veränderungen bzw. Beschädigungen ggf. nicht betroffen sind. Weiterhin wird der Schirm 22 üblicherweise als Geflecht aus einzelnen Schirmadern 23 ausgebildet und Schirmströme müssen, um beispielsweise einer Ader 18 zu folgen, an Kontaktstellen von Schirmadern 23 von einer Schirmader 23 zu einer anderen Wechseln. Falls im Laufe der Zeit diese Kontaktstellen altern, kommt es zu einer sprechenden Behinderung des Stromflusses der Schirmströme und dadurch zu einer entsprechenden Verschlechterung der Übertragung von elektrischen Signalen durch das gesamte Sternvierer-Kabel, obwohl sich bei den Adern 18 selbst keine altersbedingte mechanische Verschlechterung eingestellt hat.
Fig. 4 zeigt in einer analogen Ansicht wie Fig. 3 die Verteilung des elektrischen Feldes für ein erfindungsgemäß mit dem zusätzlichen Isolatormantel 24 ausgebildetes Sternvierer-Kabel. Hierbei hat der Schirm 22 durch den zwischen den Leitern 10, 12, 14, 16 einerseits und dem Schirm 22 andererseits angeordneten zusätzlichen Isoliermantel 24 einen größeren radialen Abstand von den Adern 18, als bei der herkömmlichen Ausführungsform eines Sternvierer-Kabels gemäß Fig. 3. Es zeigt sich aus Fig. 4, dass das elektrische Feld nunmehr zwischen den Leitern 10, 12, 14, 16 konzentriert ist. Dies bedeutet, dass sich bei einem erfindungsgemäßen Sternvierer-Kabel bei der Signalübertragung deutlich weniger Schirmströme ergeben. Dies hat zur Folge, dass die zuvor in Bezug auf Fig. 3 beschriebenen Effekte durch eine Verschlechterung des Schirms 22 bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Sternvierer-Kabel dementsprechend einen geringeren Einfluss auf die elektrischen Eigenschaften des Sternvierer-Kabels hinsichtlich der Signalübertragung haben. Eine Verschlechterung ist beispielsweise eine Erhöhung einer Dämpfung für ein Nutzsignal im Sternvierer-Kabel. Auch bei beschädigtem oder gealtertem Schirm 22 werden die Übertragungseigenschaften des Sternvierer-Kabels deutlich schwächer negativ beeinflusst. Mit anderen Worten ist das erfindungsgemäß ausgebildete Sternvierer- Kabel hinsichtlich der Übertragungseigenschaften für elektrische Signale erheblich resistenter gegen Beschädigung oder Alterung des Schirms 22.
In Fig. 5 und 6 ist jeweils auf einer horizontalen Achse 26 eine Frequenz in [GHz] und auf einer vertikalen Achse 28 eine Transmission in [dB] für elektrische Signale aufgetragen. Ein erster Graph 30 in Fig. 5 veranschaulicht die Transmission 28 in Abhängigkeit von der Frequenz 26 bei einer Signalübertragung im Gleichtakt ("common mode" - ohne Phasenverschiebung zwischen den Signalen auf den Leiterpaaren 10, 12 und 14, 16) und ein zweiter Graph 32 in Fig. 5 veranschaulicht die Transmission 28 in Abhängigkeit von der Frequenz 26 bei einer Signalübertragung im Gegentakt ("differential mode" - mit Phasenverschiebung zwischen Signalen auf den Leiterpaaren 10, 12 und 14, 16) jeweils für ein herkömmliches Sternvierer-Kabel gemäß Fig. 3. Ein dritter Graph 34 in Fig. 6 veranschaulicht die Transmission 28 in Abhängigkeit von der Frequenz 26 bei einer Signalübertragung im Gleichtakt ("common mode" - ohne Phasenverschiebung zwischen den Signalen auf den Leiterpaaren 10, 12 und 14, 16) und ein vierter Graph 36 in Fig. 6 veranschaulicht die Transmission 28 in Abhängigkeit von der Frequenz 26 bei einer Signalübertragung im Gegentakt ("differential mode" - mit Phasenverschiebung zwischen den Signalen auf den Leiterpaaren 10, 12 und 14, 16) jeweils für ein erfindungsgemäßes Sternvierer-Kabel gemäß Fig. 4. Die Graphen 30, 32, 34 und 36 sind jeweils aus Simulationen für die Anordnung gemäß der Fig. 3 und 4 gewonnen.
Wie aus Fig. 5, zweiter Graph 32 ersichtlich ist, tritt bei einem herkömmlichen Sternvierer-Kabel ein Einbruch der Transmission im Gegentakt bei ca. 2,9 GHz auf. Dieser Einbruch ist bei einem erfindungsgemäßen Sternvierer-Kabel nicht mehr vorhanden, wie aus Fig. 6, vierter Graph 26 ersichtlich ist. Dieses Simulationsergebnis zeigt eindrucksvoll die durchschlagende und unerwartete Verbesserung der elektrischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Sternvierer- Kabels bei der Übertragung elektrischer Signale. Diese Verbesserung ist hier bereits vor eine Beschädigung oder Alterung des Schirmes gegeben.
Eine wesentliche Verbesserung der elektrischen Eigenschaften bzw. der Übertragungseigenschaften des Sternvierer-Kabels für elektrische Signale wird dadurch erzielt, dass erfindungsgemäß mindestens einzelne Schirmadern 23 jeweils einem der Leiter 10, 12, 14, 16 parallel folgen. Mit anderen Worten sind mindestens einzelne Schirmadern 23 mit derselben Schlaglänge s bzw. demselben Verseilungsfaktor verseilt, wie die Leiter 10, 12, 14, 16. Dies ist beispielhaft für eine Schirmader 23a in Fig. 7 dargestellt. In Fig. 7 ist auch die Schlaglänge s 46 veranschaulicht. Die Schirmader 23a windet sich durch die Verseilung schraubenartig derart radial um die Leiter 10, 12, 14, 16, dass die Schirmader 23a parallel zu dem Leiter 14 verläuft. Die genaue relative Anordnung zwischen der Schirmader 23a und dem Leiter 14 ist aus Fig. 2 ersichtlich. Die Schirmader 23a windet sich derart um die Leiter 10, 12, 14, 16, dass sich an jeder Stelle im Querschnitt des Sternvierer-Kabels der Leiter 14 und die Schirmader 23a auf einer gemeinsamen Diagonalen 19 befinden und die Schirmader 23a an einer Seite des Leiters 14 angeordnet ist, die von dem Quadrat 17 abgewandt ist. Durch diese Anordnung der Schirmader 23a kann ein dem Leiter 14 zugeordneter Schirmstrom ohne Übergang auf eine andere Schirmader 23 dem Leiter 14 folgen. Durch die Vermeidung von Übergangen des Schirmstromes von einer Schirmader 23 auf eine andere verbessert sich die elektrische Leitung des Schirmstromes über den Schirm 22 und damit verbessern sich insgesamt die elektrischen Eigenschaften bzw. die Übertragungscharakteristik des Sternvierer-Kabels für die Übertragung von elektrischen Signalen. Insbesondere ergibt sich beispielsweise eine geringe Dämpfung für das von dem erfindungsgemäßen Sternvierer-Kabel übertragenen elektrischen Nutzsignals.
Das Quadrat 17 hat beispielsweise eine Seitenlänge a 48 von 0,83 mm. Diese Seitenlänge a entspricht dem Abstand der Mittelpunkte von zwei benachbarten Leitern 10, 12, 14, 16. Ein Ortsvektor rAder l in dem Koordinatensystem 40, 42 mit der Längsachse des Sternvierer-Kabels als z-Richtung für die n-te Ader mit n = [1...4] lautet dann mit einem freien Parameter t = [0...1] für die z-Richtung und über eine Schlaglänge s
Ein entsprechender Ortsvektor fnschirm in dem Koordinatensystem 40, 42 mit der Längsachse des Sternvierer-Kabels als z-Richtung für eine nsc irm-te Schirmader 23 bzw. 23a lautet dann mit einem freien Parameter t = [0...1] für die z-Richtung und über eine Schlaglänge s
• COS[(2TT · t) + (nSchirm - 1) · Αφ]
• sin[(27r · t) + {nSchirm - 1) · Αφ]
s · t wobei dschirm ein Durchmesser 50 einer Schirmader 23, 23a, nSc irm = [1.. - NSChirm], wobei Nschnm eine Gesamtzahl der Schirmadern ist, und Δφ = ττ-^— ein Winkel 52
"Schirm
zwischen der Diagonalen 19 des zugeordneten Leiters, in dem dargestellten Beispiel des Leiters 14, und einer Geraden 60 durch den Ursprung 44 ist, auf der die jeweilige Schirmader 23 liegt. Für die Schirmader 23a ist beispielsweise Δφ = 0°. Mit Δφ = „ 2π eingesetzt ergibt sich
NSchirm a a
nSchirm Obwohl die Schirmader 23a bevorzugt für die Führung des dem Leiter 14 zugeordneten Schirmstromes ist, kann dieser Schirmstrom des Leiters 14 auch ggf. von einem der beiden zur Schirmader 23a benachbarten Schirmadern 23 geführt werden. Sollte also aufgrund einer Biege- oder Torsionsbelastung die Schirmader 23a beschädigt sein, kann der Schirmstrom trotzdem immer noch im wesentlichen parallel zum Leiter 14 über den Schirm 22 entlang der Schirmadern 23a fließen, ohne dabei einen Wechsel auf eine anderen Schirmader 23 durchführen zu müssen.
Eine Schlaglänge s 46 beträgt beispielsweise 40 mm. Ein Radius 54 des Schirmes 22 beträgt beispielsweise rschirm = 1 ,5 mm. Ein Durchmesser 56 einer Ader 18 beträgt beispielsweise dAder = 0,48 mm. Ein Durchmesser 58 eines Leitermantels 20 beträgt beispielsweise dAderiso = a = 0,83 mm. Der Durchmesser 50 einer Schirmader 23, 23a beträgt beispielsweise dSChirm = 0,1 mm.
Optional ist zusätzlich radial außen auf dem Schirm 22 ein zweiter Schirm (nicht dargestellt) aus einem elektrisch leitenden Werkstoff angeordnet. Dieser zweite Schirm ist dadurch an seiner radial innen liegenden Seite elektrisch leitend mit dem Schirm 22 verbunden, so dass über den zweiten Schirm elektrische Ausgleichsströme fließen können. Hierdurch können mittels der Ausgleichsströme ggf. Fertigungstoleranzen ausgeglichen werden, die beispielsweise dazu führen, dass die Schirmader 23a nicht exakt parallel zu dem zugeordneten Leiter 14 (Fig. 2) verläuft. Es können mittels der Ausgleichsströme über den zweiten Schirm auch Alterungserscheinungen oder Beschädigungen des Schirms 22 entsprechend ausgeglichen werden.

Claims

Patentansprüche:
1. Sternvierer-Kabel zum Übertragen von elektrischen Signalen mit mindestens zwei Paaren von elektrischen Leitern (10, 12, 14, 16), wobei jeder Leiter (10, 12, 14, 16) eine Ader (18) aus einem elektrisch leitenden Werkstoff und einen die Ader (18) radial umgebenden Leitermantel (20) aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff aufweist, wobei die Leiter (10, 12, 14, 16) in einem Querschnitt des Sternvierer-Kabels an den Ecken eines Quadrates angeordnet sind, wobei die Leiter (10, 12, 14, 16) eines Paares an diagonal gegenüberliegenden Ecken des Quadrats angeordnet sind, wobei jeweils vier Leiter (10, 12, 14, 16) gemäß einer Sternvierer-Anordnung mit einem vorbestimmten Verseilungsfaktor miteinander verdrillt sind, wobei ein die zwei Paare von Leitern (10, 12, 14, 16) radial außen umgebender Schirm (22) aus einem elektrisch leitenden Werkstoff angeordnet ist, wobei der Schirm (22) aus einem Geflecht einzelner Schirmadern aufgebaut ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass mindestens eine Schirmader oder mindestens ein Schirmaderbündel derart radial die Leiter (10, 12, 14, 16) umgebend verseilt ist, dass mindestens eine der verseilten Schirmadern bzw. eines der Schirmaderbündel in axialer Richtung jeweils im Wesentlichen parallel zu einer Ader (18) eines Leiters (10, 12, 14, 16) verläuft.
2. Sternvierer-Kabel nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens vier Schirmadern oder mindestens vier Schirmaderbündel derart radial die Leiter (10, 12, 14, 16) umgebend verseilt sind, dass jeweils mindestens eine der verseilten Schirmadern bzw. eines der Schirmaderbündel in axialer Richtung jeweils parallel zu einer Ader (18) eines Leiters (10, 12, 14, 16) verläuft.
3. Sternvierer-Kabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schirmader/Schirmadern bzw. das/die Schirmaderbündel mit einem Verseilungsfaktor verseilt ist/sind, welcher einem Verseilungsfaktor der Leiter (10, 12, 14, 16) entspricht.
4. Sternvierer-Kabel nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine Schirmader bzw. ein Schirmaderbündel einerseits und eine Ader (18) andererseits in axialer Richtung derart parallel zueinander verlaufen, dass die Schirmader bzw. das Schirm- aderbündel und die Ader (18) an jeder Stelle im Querschnitt des Sternvierer-Kabels auf derselben Diagonale des Quadrats liegen und die Schirmader bzw. das Schirmaderbündel auf einer von dem Quadrat abgewandten Seite der Ader (18) angeordnet ist.
5. Sternvierer-Kabel nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Adern (18) aus Kupfer hergestellt sind.
6. Sternvierer-Kabel nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Leitern (10, 12, 14, 16) und dem Schirm (22) ein zusätzlicher Isolatormantel (24) aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff angeordnet ist.
7. Sternvierer-Kabel nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass radial außen auf dem Schirm (22) ein zweiter Schirm angeordnet ist, welcher elektrisch leitend mit dem Schirm
(22) verbunden ist.
8. Sternvierer-Kabel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schirm als Mantel oder Folie aus einem elektrisch leitenden Werkstoff ausgebildet ist.
9. Sternvierer-Kabel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schirm aus einem Geflecht einzelner zweiter Schirmadern aufgebaut ist.
10. Sternvierer-Kabel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Schirmadern gegenläufig zu den Schirmadern des Schirms (22) verseilt sind.
11. Sternvierer-Kabel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Schirmadern mit einem Verseilungsfaktor verseilt sind, welcher dem Verseilungsfaktor der Schirmadern des Schirmes entspricht.
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