EP3459088B1

EP3459088B1 - Kabel und verfahren zur herstellung eines solchen

Info

Publication number: EP3459088B1
Application number: EP16728631.9A
Authority: EP
Inventors: Arno FRAHMANN; Bernd Janssen; Hermann PLAGGENBORG
Original assignee: Bizlink Industry Germany GmbH
Current assignee: Bizlink Industry Germany GmbH
Priority date: 2016-05-20
Filing date: 2016-05-20
Publication date: 2022-08-10
Anticipated expiration: 2036-05-20
Also published as: WO2017198317A1; EP3459088A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Kabel, insbesondere ein Datenkabel, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen.
Zur Datenübertragung werden Kabel eingesetzt, welche als Datenkabel ausgebildet sind und welche typischerweise mehrere Datenleitungen aufweisen, die in einem gemeinsamen Kabelmantel zusammengefasst sind. Bei Hochgeschwindigkeits-Datenkabeln werden als Datenleitungen häufig jeweils geschirmte Aderpaare verwendet, bei welchen zwei Adern insbesondere parallel zueinander verlaufen oder alternativ miteinander verdrillt sind. Eine jeweilige Ader besteht aus dem eigentlichen Leiter, beispielsweise ein massiver Leiterdraht oder auch ein Litzenleiter, welcher jeweils von einer Isolierung umgeben ist. Das Aderpaar einer jeweiligen Datenleitung ist von einer (Paar-)Schirmung umgeben und ein Datenkabel weist typischerweise eine Vielzahl derartig geschirmter Aderpaare auf. Diese Aderpaare sind zusätzlich häufig von einem gemeinsamen Außenschirm sowie einem gemeinsamen Kabelmantel umgeben. Derartige Datenkabel werden zur Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung eingesetzt und sind für Datenraten von größer 5 GBit/s, insbesondere zur Verwendung bei Frequenzen ab 14 GHz ausgebildet. Der Außenschirm ist dabei vorrangig für die EMV sowie die EMI-Eigenschaften wichtig, er transportiert typischerweise keine Signale. Die jeweilige Schirmung einer einzelnen Datenleitung bestimmt demgegenüber die Symmetrie und die Übertragungseigenschaften des jeweiligen Aderpaares.
Die Schirmung einer jeweiligen Datenleitung ist beispielsweise als eine längs gefaltete Folienschirmung ausgebildet. Hierzu wird eine Schirmfolie verwendet, welche in einer Längsrichtung des Kabels verlaufend um das Aderpaar gefaltet ist, wobei die beiden Enden in einem Überlappbereich überlappen, welcher in Längsrichtung verläuft. Bei der für die Abschirmung verwendeten Schirmfolie handelt es sich typischerweise um eine mehrschichtige Folie aus zumindest einer leitfähigen Schicht, d.h. einer Leitschicht, und einer isolierenden Schicht, d.h. einer Isolierschicht. Als leitfähige Schicht wird üblicherweise eine Aluminiumschicht und als isolierende Schicht eine PET-Folie verwendet. Die PET-Folie ist dabei beispielsweise als ein Träger ausgebildet, auf welchem zur Ausbildung der leitfähigen Schicht eine metallische Beschichtung aufgebracht ist, sodass die Schirmfolie insgesamt eine sogenannte kaschierte Folie ist.
Als Alternative zu einer längsgefalteten Schirmung existiert grundsätzlich auch die Möglichkeit, eine Schirmfolie helixförmig um die Datenleitung zu wickeln. Allerdings ist bei höheren Signalfrequenzen ab etwa 14 GHz eine solche Umspinnung der Datenleitung mit einer Schirmfolie aufgrund von Resonanzeffekten bauartbedingt nicht ohne Weiteres zweckdienlich. Für solche hohen Frequenzen wird daher die Schirmfolie herkömmlicherweise als längsgefaltete Folie angebracht. Eine Längsfaltung ist bei der Herstellung eines Kabels jedoch deutlich aufwendiger und weniger flexibel einsetzbar als eine Umspinnung.
Bei Datenkabeln, insbesondere bei solchen zur Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung, wird generell eine Steigerung der Übertragungsleistung, d.h. der Menge an Informationen pro Zeit, angestrebt. Die geforderten Übertragungsraten und der Frequenzbereich, in welchem solche Datenkabel betrieben werden, steigen immer mehr an.
Aus der US 2008/0314636 A1 ist ein Koaxialkabel zu entnehmen, bei dem als Außenleiter zwei leitende Folien mit einer dazwischen angeordneten Isolierlage vorgesehen sind, wobei die beiden leitenden Folien elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Hierzu sind in die Isolierlage leitende Partikel eingebracht, alternativ sind in die Isolierlage Durchführungen eingearbeitet, in die leitende Elemente eingebracht sind. Gemäß einer weiteren Variante wird eine äußere Isolierlage mit Erhebungen ausgebildet, auf die die äußere leitende Folie aufgebracht ist. Auf eine innere Isolierlage ohne Erhebungen wird die innere leitende Folie aufgebracht. Beim Zusammenfügen stoßen die beiden leitenden Folien an den Erhebungen der äußeren Folie aneinander an, im übrigen Bereich ist eine Lücke zwischen den Folien ausgebildet.
Aus der WO 2015/075208 A1 ist eine Datenleitung mit einer mehrlagigen, längsgefalteten Schirmfolie zu entnehmen, welche eine mittlere Isolierlage aufweist, auf der beidseitig jeweils eine leitende Lage aufgebracht ist. In einem Überlappbereich der längsgefalteten Schirmfolie sind die beiden leitenden Lagen stirnseitig beispielsweise durch das Aufbringen eines leitfähigen Streifens leitend miteinander verbunden.
Auf dem Gebiet der Flachleiter ist in der GB 2 050 208 A zur Kontaktierung der Leiterbahnen zweier Flachleiter ein Verbinder beschrieben, welcher mehrere Piercing-Kontaktstifte aufweist, die durch die Flachleiter hindurchgedrückt werden.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes, geschirmtes Kabel anzugeben, welches sich insbesondere zur Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung eignet. Desweiteren soll ein Herstellungsverfahren für ein solches Kabel angegeben werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Kabel mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 7. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Varianten sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei gelten die Ausführungen im Zusammenhang mit dem Kabel sinngemäß auch für das Verfahren und umgekehrt.
Das Kabel ist insbesondere als Datenkabel ausgebildet, insbesondere zur Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung für Datenraten größer 5 GBit/s und/oder zur Verwendung bei Frequenzen ab 14 GHz. Das Kabel weist eine Kabelseele auf, welche von einer Schirmfolie umgeben ist, die eine Isolierschicht aufweist, auf welcher beidseitig, nämlich auf einer Oberseite und auf einer Unterseite, jeweils eine Leitschicht aufgebracht ist. Die beiden Leitschichten sind durch die Isolierschicht hindurch elektrisch leitend verbunden.
Ein Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, dass durch die Verbindung der beiden Leitschichten miteinander Resonanzeffekte wirksam vermieden werden. Insbesondere wird die Bildung einer Serienresonanz durch die Schirmfolie auf effektive Weise vermieden. Eine solche Serienresonanz entsteht bei herkömmlichen Schirmfolien dadurch, dass sich die beiden Leitschichten der Schirmfolie nicht berühren, d.h. nicht miteinander verbunden sind und also keine durchgängige Schirmung realisiert ist. Dies gilt auch im Falle einer Schirmfolie mit lediglich einer Leitschicht, welche dann beim Umgeben der Kabelseele nicht mit sich selbst kontaktiert ist. Aufgrund der unzureichenden Kontaktierung der Leitschichten miteinander oder einer einzelnen Leitschicht mit sich selbst kann sich ein in einer Leitschicht induzierter Strom nicht beliebig ausbreiten, sondern wird bei Ausbreitung in Richtung der Leitung an den unterbrochenen Stellen der Schirmung gezwungen, diese Stellen zu überspringen, wodurch die elektrischen Übertragungseigenschaften des Kabels nachteilig beeinflusst werden. Demgegenüber bildet vorliegend die spezielle Schirmfolie insgesamt eine geschlossene Schirmung, entlang welcher sich ein induzierter Strom im Wesentlichen beliebig und besonders günstig sowie insbesondere widerstandsfrei ausbreiten kann.
Grundsätzlich ist es auch möglich, eine reine Metallfolie als Schirmfolie zu verwenden, um eine geschlossene Schirmung zu realisieren. Die Schirmfolie weist dann lediglich eine Leitschicht auf und keine Isolierschicht. Dadurch ist die Leitschicht sowohl beim Umspinnen als auch beim Längsfalten optimal mit sich selbst kontaktiert und bildet eine geschlossene Schirmung. Allerdings ist eine solche reine Metallfolie mechanisch wenig robust und es besteht die Gefahr eines Einreißens und allgemein einer Beschädigung, besonders bereits bei der Herstellung des Kabels. Deutlich stabiler und auch einfacher herzustellen ist im Vergleich hierzu eine Schirmfolie mit einer Isolierschicht, welche der Schirmfolie dann insgesamt eine höhere mechanische Stabilität verleiht. Insofern besteht ein weiterer Vorteil der Erfindung insbesondere darin, dass diese die Vorteile einer reinen Metallfolie und einer Schirmfolie mit Isolierschicht vereint, da eine in mechanischer Hinsicht besonders stabile und vor Allem besonders reißfeste Schirmfolie verwendet wird, welche zugleich auch zu verbesserten elektrischen Eigenschaften, nämlich einer - wie oben beschrieben - verbesserten Schirmung führt.
Die Kabelseele weist zumindest eine Ader auf, üblicherweise jedoch mehrere Adern. Vorzugsweise ist die Kabelseele ein Aderpaar mit zwei Adern, welche mit der Schirmfolie zusammen eine geschirmte Leitung, insbesondere Datenleitung des Kabels bilden. Die Adern der Leitung sind entweder parallel zueinander geführt oder miteinander verdrillt. Das Kabel selbst weist in einer Ausgestaltung mehrere solcher separat geschirmter Leitungen auf. Vorzugsweise dient die Schirmfolie zur Ausbildung einer Schirmung einer Leitung, grundsätzlich ist das zugrunde liegende Konzept aber auch vorteilhaft auf eine Außenschirmung des gesamten Kabels anwendbar. In einer geeigneten Alternative ist daher die Schirmfolie um mehrere Leitungen des Kabels herum angeordnet und bildet eine Außenschirmung. Mit anderen Worten: die Schirmfolie ist alternativ eine Gesamtschirmung des Kabels und umgibt sämtliche Adern und/oder Leitungen des Kabels.
Die durch die Schirmfolie gebildete Schirmung besteht vorzugsweise lediglich aus der einen Schirmfolie und weist ansonsten keine weiteren Schirmfolien auf. Mit anderen Worten: unbeachtlich einer möglicherweise zusätzlichen Außenschirmung ist die Kabelseele, insbesondere Leitung, von lediglich einer Schirmfolie umgeben. Auf einen mehrschichtigen Aufbau mit mehreren Folien wird hierbei demnach verzichtet. Dadurch ist die Schirmung konstruktiv besonders einfach und platzsparend. Eine solche Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft bei der Abschirmung einzelner Adern oder Aderpaare zwecks Ausbildung von Leitungen. Optional ist in einer Variante zusätzlich zur Schirmfolie noch ein Geflechtschirm angeordnet.
Die Isolierschicht besteht allgemein aus einem isolierenden Werkstoff, z.B. einem Kunststoff, vorzugsweise PET. Die Leitschichten bestehen jeweils allgemein aus einem leitenden Werkstoff, z.B. einem Metall, vorzugsweise Aluminium. Die Leitschichten erstrecken sich flächig auf der Ober- und Unterseite der Isolierschicht, sodass im fertigen Kabel die eine Leitschicht, nämlich die auf der Unterseite, bezüglich der Isolierschicht innen liegt und die andere Leitschicht außen. Die Leitschichten sind auf die Isolierschicht beispielsweise aufgeklebt. Zudem sind die Leitschichten insbesondere im Wesentlichen durchgängig ausgebildet, d.h. überdecken die Isolierschicht im Wesentlichen vollständig. Dabei wird unter "im Wesentlichen vollständig" insbesondere verstanden, dass die Leitschicht zumindest 90%, vorzugsweise wenigstens 99% der Isolierschicht überdeckt, besonders bevorzugt die gesamte Isolierschicht.
Die beiden Leitschichten sind durch die Isolierschicht hindurch direkt miteinander kontaktiert. Diese Ausgestaltung ist besonders einfach, da auf zusätzliche Bauteile oder Strukturen zum Verbinden der beiden Leitschichten verzichtet wird. Vielmehr stehen die Leitschichten direkt, d.h. unmittelbar in Kontakt miteinander, berühren sich also gegenseitig. Hierzu ist die Isolierschicht in bestimmten Bereichen ausgelassen oder verdrängt, sodass die beiden Leitschichten durch die Isolierschicht hindurch verbunden sind. Auf diese Weise ist ein Direktkontakt der beiden Leitschichten ausgebildet. Das Verbinden der beiden Leitschichten bedarf insbesondere keines weiteren Materials.
Die beiden Leitschichten sind mittels einer Vielzahl an Kontaktstellen miteinander verbunden. Dadurch sind die Leitschichten weiterhin vorteilhaft im Wesentlichen flächig und insbesondere auch durchgängig, d.h. im Wesentlichen unterbrechungsfrei ausgebildet. An den Kontaktstellen ist die Isolierschicht durchbrochen oder unterbrochen. Durch eine jeweilige Kontaktstelle ist lokal eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Leitschichten realisiert. Um die Kontaktstelle herum sind die beiden Leitschichten jedoch weiterhin durch die Isolierschicht voneinander beabstandet und isoliert. Aufgrund der Vielzahl an Kontaktstellen, welche über die Schirmfolie verteilt angeordnet sind, ist dann eine gleichmäßige elektrische Verbindung realisiert, welche eine Vielzahl an Strompfaden entlang der Schirmung ermöglicht, wodurch Resonanzeffekte besonders effektiv vermieden werden. Insgesamt machen die Kontaktstellen vorzugsweise weniger als 1 bis 10% der Gesamtfläche der Schirmfolie aus, sodass die Schirmfolie trotz der Kontaktstellen weiterhin im Wesentlichen eine mehrschichtige Folie mit durch eine Isolierschicht voneinander beabstandeten Leitschichten ist.
Grundsätzlich sind auch Ausgestaltungen geeignet, bei denen die Kontaktstellen mehr als 10% der Gesamtfläche ausmachen. Vorteilhafterweise ist jedoch in jedem Fall im fertigen Kabel die Schirmfolie derart aufgebracht, dass die umhüllte Kabelseele optisch bedeckt ist. Darunter wird verstanden, dass die Folie in Überlappbereichen mit sich selbst überlappt, und zwar derart, möglichst wenige, vorzugsweise keine Kontaktstellen übereinanderliegen. Dadurch wird dann eine optisch dichte Schirmung gebildet, bei welcher die Kabelseele an jeder Stelle von zumindest einer Leitschicht verdeckt ist.
Eine einzelne Kontaktstelle weist vorzugsweise eine Abmessung im Bereich zwischen 0,05 und 0,5 mm auf, d.h. ist in etwa so breit und/oder lang, wie die Schirmfolie insgesamt dick ist. Andere Abmessungen sind jedoch grundsätzlich auch denkbar und geeignet. Bei den Kontaktstellen handelt es sich somit nicht um großflächige Strukturen, welche einen wesentlichen Flächenanteil der Schirmfolie einnähmen, sondern vielmehr um Strukturen mit besonders geringen Abmessungen, welche das äußere Erscheinungsbild der Schirmfolie als ebensolche mit im Wesentlichen durchgängigen Leitschichten nicht maßgeblich beeinträchtigen. Dennoch sind die Kontaktstellen üblicherweise mit dem bloßen Auge erkennbar.
Zweckmäßigerweise sind die Kontaktstellen in einem Muster und in regelmäßigen Abständen zueinander angeordnet. Dadurch wird eine besonders homogene und kontrollierte Kontaktierung erzielt, d.h. die elektrischen Eigenschaften der Schirmung sind entlang des Kabels besonders gleichmäßig. Zudem lassen sich über die genaue Ausgestaltung des Musters sowie durch die Abstände der Kontaktstellen zueinander die elektrischen Eigenschaften und insbesondere die Schirm- und Resonanzeigenschaften der Schirmung und somit des Kabels insgesamt einstellen. Daher wird das Muster geeigneterweise derart gewählt, dass die Übertragungseigenschaften des Kabels hinsichtlich der vorgesehenen Anwendung des Kabels optimiert sind. In einer geeigneten Ausgestaltung, bei welcher die Schirmfolie insbesondere ein Aderpaar umgibt, wird das Muster dann derart ausgelegt, dass sich eine möglichst große Gleichtaktunterdrückung ergibt. Der Abstand der Kontaktstellen zueinander wird zweckmäßigerweise in Abhängigkeit der beabsichtigten Übertragungsfrequenz eingestellt, bei welcher das Kabel betrieben werden soll.
Bei einem ersten geeigneten Muster sind die Kontaktstellen gitterartig in Reihen und Spalten angeordnet, wobei die Reihen zu den Spalten senkrecht verlaufen, wodurch sich der visuelle Eindruck ergibt, dass die Kontaktstellen auf Ecken von gedachten Quadraten angeordnet sind, also auf einem rechtwinkligen Gitter. Bei einem Muster ist jede zweite Reihe um den halben Abstand zwischen zwei benachbarten Kontaktstellen versetzt, wodurch sich der visuelle Eindruck ergibt, dass die Kontaktstellen auf Ecken von gedachten Rauten angeordnet sind, also in einem schiefwinkligen Gitter.
Der Abstand zweier Kontaktstellen zueinander, d.h. insbesondere der Abstand einer Kontaktstelle zu deren nächstem Nachbarn, beträgt vorzugsweise zwischen 0,1 bis 4 mm. Das resultierende Kabel ist dann besonders als Datenkabel geeignet sowie zur Datenübertragung bei Datenraten größer als 5 GBit/s oder bei Frequenzen oberhalb von 14 GHz.
Zum Verbinden der beiden Leitschichten sind verschiedene Lösungen geeignet. Allgemein sind die Leitschichten in einer insbesondere zur Direktkontaktierung besonders geeigneten Ausgestaltung an den Kontaktstellen gegeneinandergedrückt, d.h. insbesondere formschlüssig miteinander verbunden. Die Schirmfolie wird demnach derart präpariert, dass lokal, nämlich an den Kontaktstellen, die Isolierschicht unterbrochen, verdrängt oder zerstört wird und im Ergebnis durchbrochen wird, sodass die beiden Leitschichten miteinander verbunden werden. Dabei wird insbesondere ein Formschluss derart realisiert, dass zumindest eine der Leitschichten, vorzugsweise beide Leitschichten in die unterbrochene Isolierschicht eingreift bzw. eingreifen.
Die Schirmfolie ist zur Ausbildung der Kontaktstellen perforiert. Eine solche Perforation ist besonders einfach durchzuführen, sodass das Kabel besonders einfach herzustellen ist. Durch das Perforieren werden die beiden Leitschichten gegeneinandergedrückt und derart durchbrochen, dass eine Verbindung durch die Isolierschicht hindurch erfolgt. Mit anderen Worten: beim Perforieren wird die Schirmfolie und vor Allem die Isolierschicht lokal zerstört und das Material zumindest einer der Leitschichten wird in eine auf diese Weise gebildete Aussparung in der Isolierschicht eingebracht. Dabei werden die Leitschichten durch das gewissermaßen in die Isolierschicht hineingedrückte Material der zumindest einen Leitschicht miteinander verbunden. Die Schirmfolie weist somit eine Perforation auf, welche die Kontaktstellen ausbildet. Um die Schirmfolie zu perforieren wird diese zumindest lokal im Bereich der auszubildenden Kontaktstellen z.B. gestanzt oder gepresst. Zur Perforierung der Schirmfolie ist insbesondere eine an sich bekannte Perforiereinheit geeignet.
In einer Ausgestaltung unterscheidet sich die konkrete Form und Geometrie der Verbindung an verschiedenen Kontaktstellen im Detail, d.h. insbesondere auf mikroskopischem Maßstab, unter Umständen stark. Dies ist insbesondere auf den Herstellungsprozess für die Kontaktstellen zurückzuführen. So wird z.B. beim Perforieren die Schirmfolie lokal in nicht vollständig reproduzierbarer Weise zerstört. Die erzeugten Kontaktstellen weisen dann mitunter eine unterschiedliche Verbindungsqualität auf. Durch die Vielzahl an Kontaktstellen ist jedoch vorteilhaft gewährleistet, dass im statistischen Mittel eine ausreichende elektrische Kontaktierung der beiden Leischichten ausgebildet ist.
In einer geeigneten Ausgestaltung sind die Kontaktstellen punkt- oder schlitzförmig ausgebildet und sind dadurch besonders klein dimensioniert und entsprechend platzsparend ausgebildet. Die Schirmfolie wird also lediglich lokal begrenzt durch die Kontaktstellen modifiziert, während der überwiegende Teil der Schirmfolie, d.h. insbesondere wenigstens 90%, vorzugsweise wenigstens 99% der Gesamtfläche, unbeeinflusst bleiben und entsprechend unversehrt oder unbeschädigt sind, d.h. mit intakter Isolierschicht, welche die Leitschichten beabstandet und gegeneinander isoliert. Bei der Perforation werden punktförmige Kontaktstellen z.B. mittels einer Nadel hergestellt, schlitzförmige Kontaktstellen, z.B. mittels eines Messers.
Zum Verbinden der Leitschichten sowie zur Ausbildung der Kontaktstellen mittels der Perforation ist auch ein Laserverfahren geeignet.
Grundsätzlich ist es denkbar, dass die Schirmfolie über deren Gesamtfläche mit Kontaktstellen versehen ist. Allerdings bilden die Kontaktstellen je nach deren konkreter Ausgestaltung möglicherweise strukturelle Schwachstellen der Schirmfolie. Daher weist die Schirmfolie in einer vorteilhaften Variante einen Freibereich, insbesondere einen Seitenrand auf, in welchem die beiden Leitschichten insbesondere durchgängig durch die Isolierschicht elektrisch voneinander getrennt sind. In dem Freibereich ist die Schirmfolie frei von Kontaktstellen, d.h. die beiden Leitschichten sind im Freibereich nicht miteinander verbunden. Die Isolierschicht ist nicht durchbrochen. Hierdurch wird die Reißfestigkeit der Schirmfolie insgesamt verbessert. Zweckmäßigerweise erstreckt sich der Freibereich hierzu entlang der gesamten Schirmfolie. Der Freibereich weist insbesondere eine Abmessung auf, welche deutlich größer ist, als der Abstand zwischen den Kontaktstellen. In der Ausgestaltung als Seitenrand ist der Freibereich am Rand der Schirmfolie angeordnet. Alternativ ist der Freibereich nicht am Rand angeordnet, sondern verläuft z.B. mittig. In einer Variante weist die Schirmfolie mehrere Freibereiche auf.
Für das Umgeben der Kabelseele mit der Schirmfolie existieren im Wesentlichen zwei Möglichkeiten: zum Einen eine Längsfaltung, bei welcher die Schirmfolie um die Kabelseele derart herumgelegt ist, dass die seitlichen Ränder der Schirmfolie in Längsrichtung des Kabels verlaufen. Zum Anderen eine Umspinnung, auch als Bandierung bezeichnet, bei welcher die Schirmfolie helixartig um die Kabelseele herumgesponnen oder herumgewickelt wird. Beide Varianten sind grundsätzlich mit Überlapp oder auf Stoß ausführbar.
Bei der Längsfaltung, d.h. bei einer längsgefalteten Schirmfolie, ergibt sich besonders bei einer mehradrigen Kabelseele das Problem, dass der innenliegende Rand der Schirmfolie potentiell in einen Zwickel der Kabelseele hineinragt und dadurch die Schirmung insgesamt asymmetrisch ist. Um dies zu vermeiden ist es möglich, die Kabelseele vor dem Anbringen der Schirmfolie mit einer zusätzlichen Folie, z.B. aus Polyester zu umgeben, sodass eine definierte Außenkontur ausgebildet wird und die anschließend angeordnete Schirmfolie die Kabelseele im Wesentlichen symmetrisch umgibt. Durch die zusätzliche Folie ist das Kabel jedoch weniger flexibel, aufwendiger in der Herstellung und unter Umständen wirkt sich das Material der Folie ungünstig auf die elektrischen Eigenschaften des Kabels aus. Besonders das üblicherweise verwendete Polyester ist lediglich schlecht für Hochfrequenzanwendungen, d.h. insbesondere Datenübertragung, geeignet. Weiterhin ist bei unterschiedlichen Kabelaufbauten und -abmessungen eine jeweils eigene Formeinrichtung zum Auftragen der Schirmfolie notwendig, sodass sich auch hieraus ein hoher Herstellungsaufwand ergibt.
Um die genannten Nachteile einer Längsfaltung zu vermeiden ist die Schirmfolie bevorzugterweise um die Kabelseele herumgesponnen. Herkömmlicherweise ist eine solche Umspinnung für Kabel zur Datenübertragung aufgrund der durch die Umspinnung erzeugten Resonanzeffekte ab einer bestimmten Frequenz ungeeignet. Durch die miteinander verbundenen Leitschichten wird dieser Effekt jedoch derart stark verringert oder sogar gänzlich vermieden, dass eine Umspinnung für ein entsprechendes Kabel sinnvoll möglich ist, insbesondere für ein Kabel zur Datenübertragung mit mehr als 5 GBit/s oder bei Frequenzen größer als 14 GHz. In der Ausgestaltung mit ausgesponnener Schirmfolie baut diese auch unter Umständen insgesamt niedriger auf als bei einer Längsfaltung, die Schirmung ist somit insgesamt dünner. Selbst in Fällen, in welchen die Schirmfolie derart aufgesponnen ist, dass sich eine dickere Schirmung ergibt als bei einer Längsfaltung, so ist die aufgesponnene Schirmfolie dennoch flexibler. Die Asymmetrie aufgrund der Längskante bei der Längsfaltung wird prinzipbedingt vermieden, sodass insbesondere auch auf eine zusätzliche Folie als Unterbau verzichtet wird. Der Aufbau der Schirmung ist somit besonders einfach. Eine aufwendige und insbesondere kabelaufbauabhängige Formeinrichtung für die Folie ist vorteilhaft nicht notwendig, vielmehr lassen sich verschiedene Kabelaufbauten auf einfache Weise realisieren. Eine zum Umspinnen verwendete Spinneinheit ist besonders flexibel einsetzbar. In die Spinneinheit lässt sich zudem auch eine Perforiereinheit zum online-Verbinden der beiden Leitschichten besonders einfach integrieren.
Beim Umspinnen wird die Schirmfolie typischerweise in mehreren aufeinanderfolgenden Wicklungen um die Kabelseele herum angeordnet. Die Wicklungen sind dabei entweder auf Stoß ausgeführt oder überlappen in einem Überlappbereich.
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Kabelseele eine Anzahl von Adern, d.h. weist eine Anzahl von Adern auf, welche unmittelbar von der Schirmfolie umgeben sind. Ein solcher Aufbau ist besonders einfach in der Herstellung und zudem besonders platzsparend. Mit anderen Worten: die Schirmfolie liegt an den Adern an und die nach innen weisende Leitschicht berührt den Adermantel oder die Adermäntel. Auf eine zusätzliche Folie zwischen den Adern und der Schirmfolie wird demnach verzichtet.
Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei welcher die Kabelseele des Kabels ein Aderpaar ist, welches dann mittels der Schirmfolie als geschirmte Leitung und insbesondere als Datenleitung ausgebildet ist. Das Kabel umfasst dann eine oder mehrere solcher Leitungen.
In einer weiteren, ebenfalls besonders bevorzugten Ausgestaltung weist die Kabelseele einen Innenleiter für ein Koaxialkabel auf, wobei der Innenleiter von einem Dielektrikum umgeben ist, welches wiederum von der Schirmfolie umgeben ist. Die Kabelseele besteht somit aus dem Innenleiter und dem Dielektrikum. Die Schirmfolie bildet dann einen Außenleiter des Koaxialkabels.
Bei dem Verfahren zur Herstellung eines Kabels, insbesondere eines Kabels wie vorstehend beschrieben, wird eine Kabelseele mit einer Schirmfolie umgeben, auf welcher beidseitig, nämlich auf einer Oberseite und auf einer Unterseite, jeweils eine Leitschicht aufgebracht ist, wobei die beiden Leitschichten durch die Isolierschicht hindurch elektrisch leitend verbunden sind.
Die Leitschichten werden während der Herstellung des Kabels miteinander verbunden. Die beiden Leitschichten werden hierbei miteinander verbunden, indem die Schirmfolie perforiert wird. Eine entsprechende Perforierung wird mittels einer Perforiereinheit erzeugt, welcher die Schirmfolie zugeführt wird.
Eine Perforiereinheit ist besonders einfach in eine Spinneinheit zum Umspinnen oder Bandieren integrierbar. Daher wird in einer vorteilhaften Ausgestaltung die Schirmfolie perforiert und die Kabelseele wird mit der Schirmfolie umsponnen. Ein solches Verfahren ist besonders flexibel, vor Allem hinsichtlich unterschiedlicher Kabelaufbauten, -geometrien und -abmessungen.
Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei welcher die Leitschichten unmittelbar vor dem Umgeben der Kabelseele miteinander verbunden werden. Dem Verfahren wird somit zunächst als Halbzeug eine einfache Schirmfolie mit nichtverbundenen Leitschichten zugeführt, vorzugsweise eine herkömmliche doppeltkaschierte Folie. Diese wird dann im Folgenden präpariert, indem die Leitschichten zunächst miteinander verbunden werden. Direkt im Anschluss an das Verbinden der Leitschichten, z.B. mittels Perforation, wird die Schirmfolie dann auf die Kabelseele aufgesponnen. Mit anderen Worten: das Umgeben der Kabelseele erfolgt in einem gemeinsamen Verfahrensschritt mit dem Verbinden der Leitschichten. In einer vorteilhaften Variante wird die Schirmfolie nachträglich perforiert, d.h. nach dem umhüllen der Kabelseele.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen jeweils schematisch:

Fig. 1: ein Kabel in einer Querschnittansicht,
Fig. 2: das Kabel in einer anderen Querschnittansicht,
Fig. 3: ausschnittsweise eine Schirmfolie für das Kabel in einer perspektivischen Ansicht,
Fig. 4 und 5: jeweils ein Muster zur Anordnung von Kontaktstellen, und
Fig. 6: ein Herstellungsverfahren für das Kabel.

In Fig. 1 ist schematisch ein Kabel 2 im Querschnitt quer zu dessen Längsrichtung L dargestellt. Das Kabel 2 ist hier als Datenkabel ausgebildet und weist als eine Kabelseele 4 zwei Adern 6 auf, welche ein Aderpaar 8 bilden. Dieses ist von einer Schirmfolie 10 umgeben, sodass insgesamt durch das Aderpaar 8 und die Schirmfolie 10 eine geschirmte Leitung 12, hier Datenleitung, ausgebildet ist. In einer nicht gezeigten Variante weist das Kabel 2 mehrere solche Leitungen 12 auf. Weiter weist das Kabel 2 einen Außenmantel 14 auf, welcher die Adern 6 umgibt. In einer Variante ist alternativ oder zusätzlich zum Außenmantel 14 eine Klebefolie aufgesponnen. Die Darstellung in Fig. 1 ist lediglich schematisch und bildet die einzelnen Bestandteile des Kabels 2 nicht notwendigerweise im korrekten Größenverhältnis zueinander ab. Insbesondere weist die Schirmfolie 10 eine Dicke D im Bereich von etwa 0,1 bis 0,5 mm auf. Der Durchmesser einer einzelnen Ader 6 beträgt hingegen z.B. zwischen 0,5 und 3 mm.
In Fig. 2 ist das Kabel 2 in einer Querschnittansicht entlang der Längsrichtung L gezeigt. Deutlich erkennbar ist hier, dass die Schirmfolie 10 im gezeigten Ausführungsbeispiel aufgesponnen ist. Eine solche Umspinnung ist grundsätzlich bevorzugt, alternativ ist jedoch anstelle einer Umspinnung auch eine Längsfaltung der Schirmfolie 10 um die Adern 6 herum denkbar, mit einer dann in Längsrichtung L verlaufenden Faltkante. Die aufgesponnene Schirmfolie 10 ist helixartig um die Kabelseele 4 herumgeführt und in mehreren aufeinanderfolgenden Wicklungen angeordnet, welche in einem entsprechend helixförmigen Überlappbereich 16 überlappen. In einer nicht gezeigten Variante ist die Schirmfolie 10 dagegen auf Stoß gewickelt.
Die Schirmfolie 10 bildet für die Leitung 12 eine Schirmung und bestimmt somit maßgeblich die Übertragungseigenschaften der Leitung 12 und somit des Kabels 2 insgesamt. Um unerwünschte Resonanzeffekte und im Besonderen eine Serienresonanz zu vermeiden ist die Schirmfolie 10 speziell ausgebildet. Die spezielle Ausgestaltung ist besonders deutlich in Fig. 3 erkennbar, welche ausschnittsweise einen Teil der Schirmfolie 10 in einer perspektivischen Ansicht zeigt. Bei der Schirmfolie 10 handelt es sich um eine mehrschichtige Folie, mit einer Isolierschicht 18, auf welcher beidseitig, nämlich auf einer Oberseite O und auf einer Unterseite U, jeweils eine Leitschicht 20, 22 aufgebracht ist, nämlich eine obere Leitschicht 20, welche im fertigen Kabel 2 nach außen weist, und eine untere Leitschicht 22, welche im fertigen Kabel 2 nach innen weist. Die Isolierschicht 18 ist somit zwischen den beiden Leitschichten 20, 22 angeordnet. Die Leitschichten 20, 22 sind aus einem leitenden Werkstoff gefertigt, z.B. Aluminium, und die Isolierschicht 18 ist aus einem isolierenden Werkstoff gefertigt, z.B. PET. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Schirmfolie 10 eine doppelt kaschierte Folie, bei welcher die Leitschichten 20, 22 auf jeweils einer Seite der Isolierschicht 18 aufgeklebt sind.
Bei herkömmlichen Schirmfolien 10 sind die beiden Leitschichten 20, 22 nicht miteinander verbunden, d.h. auch nicht elektrisch leitend miteinander verbunden, wodurch sich beim fertigen Kabel 2 üblicherweise ungünstige Resonanzeffekte, besonders beim Betrieb bei hohen Frequenzen im Bereich oberhalb von 14 GHz ergeben. Dies wird bei der hier gezeigten Schirmfolie 10 dadurch verhindert, dass die beiden Leitschichten 20, 22 miteinander verbunden sind, und zwar durch die Isolierschicht 18 hindurch. Die Verbindung führt zu einer elektrischen Kontaktierung der Leitschichten 20, 22 miteinander, sodass beide auf dem gleichen elektrischen Potential liegen und sich ein Strom auf beiden Seiten der Schirmfolie 10 weitestgehend ungehindert ausbreiten kann, selbst in der aufgesponnenen Anordnung wie in Fig. 2 gezeigt.
Die Leitschichten 20, 22 sind durch eine Vielzahl von Kontaktstellen 24 miteinander verbunden. Die konkrete Ausgestaltung der Kontaktstellen 24 entspricht dabei nicht notwendigerweise der lediglich stark schematisierten Darstellung und Fig. 3, sondern weicht tatsächlich unter Umständen stark hiervon ab. Wesentlich ist dabei, dass an den Kontaktstellen 24 die Isolierschicht 18 durchbrochen, unterbrochen oder verdrängt ist und dadurch in dieser Ausnehmungen gebildet sind, in welche Material der Leitschichten 20, 22 eindringt und auf diese Weise die beiden Leitschichten 20, 22 miteinander verbindet.
Die Leitschichten 20, 22 werden dadurch verbunden, dass die Schirmfolie 10 perforiert wird. Die in Fig. 3 gezeigte Schirmfolie 10 ist perforiert, vorliegend punktförmig, sodass die Kontaktstellen 24 jeweils punktförmig sind. An einer jeweiligen Kontaktstelle 24 ist die Isolierschicht 18 durchbrochen und das Material der oberen Leitschicht 20 dringt durch die Isolierschicht 18 hindurch und berührt die untere Leitschicht 22. Insgesamt sind in Fig. 3 durch die Kontaktstellen 24 mehrere Löcher in der Schirmfolie 10 ausgebildet, alternativ sind auch andere Geometrien geeignet, beispielsweise Schlitze, d.h. schlitzförmige Kontaktstellen 24.
Insgesamt bilden die Kontaktstellen 24 in Fig. 3 ein Muster, bei welchem die Kontaktstellen 24 zueinander gleichmäßig in Abständen A1, A2 voneinander beabstandet sind. Grundsätzlich ist eine Vielzahl an Mustern denkbar. Zwei geeignete Muster sind in den Fig. 4 und 5 schematisch gezeigt. Bei dem ersten Muster der Fig. 4 sind die Kontaktstellen 24 gitterartig in Reihen und Spalten angeordnet, wobei die Reihen zu den Spalten senkrecht verlaufen. Dadurch ergibt sich der visuelle Eindruck, dass die Kontaktstellen 24 auf Ecken von gedachten Quadraten Q angeordnet sind, also auf einem rechtwinkligen Gitter. Bei dem zweiten Muster der Fig. 5 ist jede zweite Reihe um den halben Abstand A1 zwischen zwei benachbarten Kontaktstellen 24 versetzt. Dadurch ergibt sich der visuelle Eindruck, dass die Kontaktstellen 24 auf Ecken von gedachten Rauten R angeordnet sind, also in einem schiefwinkligen Gitter.
Durch die Kontaktstellen 24 sind die beiden Leitschichten 20, 22 zudem gleichmäßig über die Gesamtfläche der Schirmfolie 10 verteilt miteinander verbunden. Eine Ausnahme hiervon bildet ein Freibereich 26, welcher hier zugleich ein Seitenrand der Schirmfolie 10 ist. Auf diesem Freibereich 26 sind keine Kontaktstellen 24 angeordnet. Da diese unter Umständen Schwachstellen der Schirmfolie 10 bilden, ist durch den Freibereich 26 die Reißfestigkeit der Schirmfolie 10 verbessert.
Fig. 6 zeigt stark schematisiert ein Verfahren zur Herstellung des Kabels 2. Bei dem Verfahren werden die Kabelseele 4 und die Schirmfolie 10 einer Spinneinheit 28 zugeführt, mittels welcher die Kabelseele 4 mit der Schirmfolie 10 umsponnen oder umwickelt wird. Solch eine Spinneinheit 28 ist besonders flexibel hinsichtlich der konkreten Ausgestaltung, Dimensionierung und Geometrie der Kabelseele 4. In dem gezeigten Verfahren wird zudem die Schirmfolie 10 zunächst als Halbzeug zugeführt, d.h. ohne verbundene Leitschichten 20, 22. Diese werden erst in einer Perforiereinheit 30 miteinander verbunden. Dabei ist in Fig. 6 die Perforiereinheit 30 in die Spinneinheit 28 integriert, sodass die Perforierung und somit die Kontaktierung der Leitschichten 20, 22 miteinander erst unmittelbar vor dem Umspinnen der Kabelseele 4 erfolgt.

Claims

Kabel, insbesondere Datenkabel, mit einer Kabelseele (4), welche von einer Schirmfolie (10) umgeben ist, die eine Isolierschicht (18) aufweist, auf welcher beidseitig, nämlich auf einer Oberseite und auf einer Unterseite, jeweils eine Leitschicht (20, 22) aufgebracht ist, wobei die beiden Leitschichten (20, 22) durch die Isolierschicht hindurch mittels einer Vielzahl an Kontaktstellen (24) elektrisch leitend miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Schirmfolie (10) zur Ausbildung der Kontaktstellen (24) perforiert ist und dass durch das Perforieren die beiden Leitschichten (20, 22) an den Kontaktstellen (24) gegeneinander gedrückt sind, wobei durch das Perforieren die Isolierschicht lokal zerstört ist und Material zumindest einer der Leitschichten (20, 22) in eine auf diese Weise gebildeten Aussparung in der Isolierschicht (18) eingebracht ist, so dass die Leitschichten (20, 22) durch das in die Isolierschicht (18) hineingedrückte Material der zumindest einen Leitschicht (20, 22) miteinander verbunden sind.
Kabel nach dem Anspruch 1, wobei die Kontaktstellen in einem Muster und in regelmäßigen Abständen (A1 , A2) zueinander angeordnet sind.
Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die Kontaktstellen (24) punkt- oder schlitzförmig ausgebildet sind.
Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schirmfolie (10) einen Freibereich (26), insbesondere Seitenrand aufweist, in welchem die beiden Leitschichten durch die Isolierschicht elektrisch voneinander getrennt sind.
Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schirmfolie (10) um die Kabelseele (4) herumgesponnen ist.
Kabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kabelseele (4) eine Anzahl von Adern (6) umfasst, welche unmittelbar von der Schirmfolie (10) umgeben sind.
Verfahren zur Herstellung eines Kabels, insbesondere Datenkabels, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Kabelseele (4) mit einer Schirmfolie (10) umgeben wird, auf welcher beidseitig, nämlich auf einer Oberseite und auf einer Unterseite, jeweils eine Leitschicht (20, 22) aufgebracht ist, wobei die beiden Leitschichten (20, 22) durch die Isolierschicht hindurch elektrisch leitend verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Leitschichten (20, 22) miteinander verbunden werden, indem die Schirmfolie (10) perforiert wird, wobei die Leitschichten durch das Perforieren an den Kontaktstellen (24) gegeneinander gedrückt werden, wobei durch das Perforieren die Isolierschicht (18) lokal zerstört wird und Material zumindest einer der Leitschichten (20, 22) in eine auf diese Weise gebildeten Aussparung in der Isolierschicht (18) eingebracht wird, so dass die Leitschichten (20, 22) durch das in die Isolierschicht (18) hineingedrückte Material der zumindest einen Leitschicht (20, 22) miteinander verbunden werden.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Leitschichten (20, 22) unmittelbar vor dem Umgeben der Kabelseele (4) miteinander verbunden werden.