HU225073B1 - High speed data cable having individually shielded twisted pairs - Google Patents

Description

A leírás terjedelme 10 oldal (ezen belül 4 lap ábra)

HU 225 073 Β1

Műszaki terület

A találmány tárgya nagy sebességű adatkábel külön árnyékolt csavart érpárokkal.

Technika állása

Manapság a digitális információ túlnyomó részét elektronikus kábeleken továbbítják, amelyek elektronikus sztrádát képeznek. A digitális információt továbbító kábelek jelentős részében több csavart érpár van. A nagy sebességű digitális adattovábbítás követelményeinek kielégítéséhez ezen csavart érpáros kábeleknek az információt nagy frekvencián kell továbbítaniuk. Az általában igen kis feszültségen és nagy frekvencián való adatátvitel sajnos érzékeny az elektronikus zavarokkal szemben. így például az ugyanazon kábel csavart érpárjai közötti közelvégi áthallás zavarhatja a nagyfrekvenciás jelátvitelt.

A közelvégi áthallás csökkentéséhez az iparban olyan adatkábeleket alkalmaznak, amelyek csavart érpárjai külön-külön vannak árnyékolva. Minden egyes külön árnyékolt csavart érpár egyetlen csavart érpárt tartalmaz, amely fóliából készített árnyékolással van körülborítva. Az ámyékolófóliát gyakran oldalirányban hajtják „cigarettapapír” típusú hajtással. Az oldalirányú hajtás és a cigarettapapír-hajtás megjelöléseket egymással helyettesíthető értelemben alkalmazzuk. Az oldalirányú hajtás hosszirányban halad végig a csavart érpár hossza mentén. Habár a külön árnyékolt csavart érpárok közelvégi áthallása jobb és más elektronikus zavarokkal szemben is érzéketlenebbek, azonban kialakításuk a kábel más elektronikus tulajdonságait hátrányosan befolyásolhatja. Nevezetesen a kábel impedanciája és reflexiós csillapítása gyakran leromlik azáltal, hogy a csavart érpár köré külön árnyékolást helyeznek el.

Az árnyékolás nélküli csavart érpár impedanciáját a fémből készített vezetők mérete, a szigetelőanyag dielektromos állandója és a két vezető középvonalai közötti távköz határozza meg. A külön szigetelt csavart érpár impedanciáját is befolyásolják ugyanezen tényezők, de ezenfelül befolyást gyakorol az impedanciára a köré csavart árnyékolás jelenléte is.

A jelenleg alkalmazott árnyékolások hiányossága, hogy geometriailag nem állandók. A geometria igen kis változása, továbbá a teljes árnyékolás távköze jelentősen befolyásolhatja a kábel impedanciáját. Az árnyékolást szokásosan vékony fémfóliából készítik, amely összegyűrődhet, elcsúszhat és akár ki is nyílhat. A nemkívánatos gyűrődés, elcsúszás és kinyílás felléphet mind a kábel gyártásakor, szerelésekor és alkalmazása során. A gyűrődés, elcsúszás és felnyílás eredményeként károsan megnövekedhet az impedancia változékonysága. A változás növekedése befolyást gyakorolhat a kábel más paramétereire, például reflexiós csillapítására. A hagyományos külön árnyékolt csavart érpáros kábelek által okozott impedanciaváltozások és a kábel minőségének ezzel kapcsolatos romlása nyilvánvalóan nemkívánatos.

A találmány feltárása

A találmánnyal célunk olyan kábel kialakítása, amelyben több külön árnyékolt csavart érpár van, és amelynek nagyobb a deformációval szembeni ellenálló képessége, továbbá a hagyományosan kialakított kábelekhez képest stabilabb az impedanciájuk. A deformációval szemben ellenállóbb külön árnyékolt csavart érpár létrehozásához a találmány értelmében olyan kábelt dolgoztunk ki, amelyben több külön-külön árnyékolt csavart érpár van. Minden egyes külön árnyékolt csavart érpár olyan árnyékolással van ellátva, amely több réteget tartalmaz, továbbá első felülete és az első felülettel átellenes második felülete van. Az árnyékolásnak hosszirányban véve első hosszirányú oldala és második hosszirányú oldala van. Az árnyékolás a csavart érpár köré oldalirányú hajtással vagy „cigarettahajtással” van felhelyezve. Az oldalirányban körülcsavart árnyékolás önmagával össze van erősítve. Az árnyékolás egy részének önmagához való kötése következtében az árnyékolás a csavart érpárt körülölelő félig merev csövet alkot. Azáltal, hogy az árnyékolás merevebbé válik és biztonságosan körül van csavarva, ezáltal megtartja alakját és megakadályozza azt, hogy az árnyékolás akár a kábel gyártása, akár használata során elcsússzon vagy felnyíljon. Az árnyékolás önmagához kötött kialakítása egyúttal az árnyékolást ellenállóbbá teszi mind gyűrődéssel, mind deformációval szemben. Az árnyékolás jobb stabilitásának eredményeként a kábel impedanciájának ingadozása egészében véve csökken.

A fenti céllal összhangban a nagy sebességű adatátviteli kábelben több külön csavart érpár van. Minden egyes csavart érpárnak első szigetelt vezetője van, amely második szigetelt vezető köré van csavarva. A kábel továbbá több árnyékolást tartalmaz. Ezek közül minden egyes árnyékolás az egyik csavart érpár közül az egyik megfelelő érpár köré van csavarva. Minden egyes csavart érpár a köré tekert árnyékoláshoz képest sugárirányban belül helyezkedik el, és a csavart érpár az árnyékoláson kívül helyezkedik el a többi csavart érpár. A kábel egy közös együttes árnyékolást is tartalmazhat, amely gyakran fonott szerkezetű és körülöleli a több külön szigetelt csavart érpárt. A kábelnak a közös árnyékolást körülfogó burkolata van, amely egyúttal körülfogja az egyes csavart érpárok körül elhelyezkedő árnyékolásokat is.

Az árnyékolások közül mindegyik oldalirányú hajítással van elhelyezve. Minden egyes árnyékolásnak első hosszirányú oldala és második hosszirányú oldala van. Az első és második hosszirányú oldalnak közös első felülete van. Az első és második hosszirányú oldalaknak továbbá közös második felülete van. Az első felület átellenes a második felülettel. Az első hosszirányú oldal egy része hozzá van kötve a második hosszirányú oldal egy részéhez.

Az egyik kiviteli alak esetében a kötött rész magában foglalja az első hosszirányú oldal felületét képező első felület egy részét és a második hosszirányú oldal felületének egy részét képező második felület egy részét.

Egy további kiviteli alak esetében a kötött rész az első hosszirányú oldal felületét képező első felület egy részét és a második hosszirányú oldal egy részét képező első felület egy részét foglalja magában.

HU 225 073 Β1

A rajzok rövid leírása

A találmányt, annak fenti és további jellemzőit a továbbiakban a mellékelt rajzon bemutatott példaként! kiviteli alak kapcsán ismertetjük részletesebben. A rajzon: az 1. ábra a találmány szerinti kábel négy, külön árnyékolással ellátott csavart érpárt tartalmazó változatának metszeti képe, a 2a-2e. ábrák külön árnyékolással ellátott csavart érpárokat tartalmazó találmány szerinti kábel különböző változatainak metszeti képei, a 3a. ábra kábel egy szakaszában levő érpár körüli, részben eltávolított árnyékolás nézeti képe, a 3b. ábra a 2d. ábrán mutatott külön árnyékolt csavart érpár egy másik változatának metszeti részlete, a 3c. ábra külön árnyékolt csavart érpár egy további kiviteli alakjának metszeti részlete, a 4a-4d. ábrák a találmány szerinti, külön árnyékolt csavart érpárokat tartalmazó kábel különböző készítési módjainak tömbvázlata.

A találmány legjobb megvalósítási módja

Az 1. ábra adatkábel keresztmetszetét mutatja, amely kábelnek több, külön szigetelt 15a, 15b, 15c, 15d csavart érpárja van a találmány szerint kialakítva. A kábelnek 17 köpenye van. A köpeny kialakítható PVCanyagból, fluorozott polimer műanyagból és egyéb, megfelelő anyagból. A bemutatott szerkezet esetében a köpeny nagyjából 0,5 mm vastag. Sugárirányban a köpenyen belül fonott közös és fémből készített 19 árnyékolás van. A fonott 19 árnyékolás 40-65% fedettséget valósít meg. A fonott 19 árnyékoláson belül helyezkedik el a találmány szerint kialakított négy külön árnyékolt 15a, 15b, 15c, 15d csavart érpár.

A bemutatott kiviteli alak esetében mind a négy külön árnyékolt 15a, 15b, 15c, 15d csavart érpár ugyanolyan. A 2a. ábra az egyik ilyen külön árnyékolt és az

1. ábrán mutatott 15a csavart érpárt mutatja kinagyítva. A külön árnyékolt 15a csavart érpár egyetlen 20 csavart érpárt és egyetlen oldalirányban összehajtott 22 árnyékolást tartalmaz. A15a csavart érpárban első 23 vezető van, amelyet első 23a szigetelés fog körül. A 15a csavart érpár második 24 vezetőt tartalmaz, amelyet második 24a szigetelés vesz körül. Az első és a második 23a és 24a szigeteléssel körülvett első és második 23 és 24 vezető hossza mentén egymás köré van csavarva. Az első és második 23a és 24a szigetelés egymáshoz köthető azon a helyen, ahol az első és második 23a és 24a szigetelések egymással érintkeznek. A kötés megvalósítható ragasztó segítségével. A kötést képezheti egy közös, varrat nélküli áthidalás (nincs ábrázolva) is. Általában véve az első és második, 23a és 24a szigetelés egyforma lehet. Anyaguk lehet fluorozott polimer vagy poliolefin, például fluorozott etilén, propilén, polietilén vagy polipropilén. A 15a csavart érpár első és második 23, 24 vezetői ugyancsak egyformák. A bemutatott 23, 24 vezetők 28-22 AWG között vannak. A vezetők lehetnek sodrottak vagy tömörek.

Az egyetlen 22 árnyékolás körülfogja az egyetlen 20 csavart érpárt. A 2a. ábra szerint a 22 árnyékolásnak legalább három különálló rétege van. Ezek közül az első 27 réteg alumíniumból van és első felületet képez. A 27 réteg vastagsága lényegében 0,0075 és 0,075 mm között van. A második 29 réteg etilén-akrilsav kopolimer (a továbbiakban EAA=ethylene acrylic acid) és ez második felületet képez. Az EAA- 29 réteg vastagsága 0,0075 és 0,025 mm vastag. Az EAA egyúttal ragasztóréteget is képez. Az első és második 27 és 29 réteg között egy harmadik 31 réteg van, amelynek anyaga poliészter. A harmadik 31 réteg vastagsága 0,0075 és 0,025 mm között van. A harmadik 31 réteg képezi a 22 árnyékolás vagy az azt képező szalag teherhordó rétegét. Habár egy meghatározott kialakítású árnyékolószalagot ismertettünk, amelynek meghatározott ragasztórétege van, azonban másféle szalagok másféle ragasztókkal is alkalmazhatók. így például az első 27 réteg anyaga lehet vörösréz, ezüst vagy más vezetőképes fém, a második, vagyis ragasztó- 29 réteg többféle kopolimer vagy poliolefin, például EBA, ÉVA, EVS, EVSBA vagy akár LDPE közül bármelyik lehet. A harmadik 31 réteg lehet fluorozott polimer vagy poliolefin, például poliészter, polipropilén vagy polietilén.

Amint a 3a. ábra mutatja, a 22 árnyékolásnak első hosszirányban vett 33 oldala és második hosszirányú 35 oldala van. Az első és második 33 és 35 oldalak teljes hosszában végigmennek a 22 árnyékolás hosszirányú 41 középvonala mentén. Az első és második hosszirányú 33 és 35 oldal egymás mellett helyezkedik el, és azokat a 22 árnyékolás hosszirányú 41 középvonala választja el egymástól. A második 29 réteg mind az első, mind a második 33 és 35 oldal felületét képezi. Az első 27 réteg is mind az első, mind a második hosszirányú 33, 35 oldalak felületét képezi. Visszatérve a 2a. ábrára, a 22 árnyékolás a 20 csavart érpár köré oldalirányú vagy „cigarettapapír’-hajtással van felhelyezve. Az „oldalirányú hajtás” és „cigarettapapír-hajtás” egymással felcserélhető értelemben használatos. Ezen kifejezések korlátozás nélkül azt jelentik, hogy az árnyékolás elsősorban úgy van kiképezve, hogy az anyagát széltében hajtjuk össze ahelyett, hogy hosszirányú 41 középvonalát hajtanánk össze. A keresztirányban, széltében a csavart érpár körül összehajtott szalag alakját tekintve egy átlapoló- 43 részt tartalmaz, amely hosszirányban végighalad a 20 csavart érpár teljes hossza mentén. Ez az átlapoló- 43 rész párhuzamosan halad a 20 csavart érpár hosszirányú középvonalával, és nem csavarodik a kábel 20 csavart érpárjának hosszirányú középvonala mentén, amely kábel több, egymással (viszonylagos bolygómozgás segítségével) összesodort, külön árnyékolt csavart érpárt tartalmaz. A bolygómozgás vagy bolygóhatás azt jelenti, hogy összecsavarás közben a külön árnyékolt csavart érpárokra nem hat csavaróerő. Az átlapoló- 43 rész párhuzamosan halad a 20 csavart érpár hosszirányú középvonalával, de egyúttal csavarvonal alakban helyezkedik el a 20 csavart érpár hosszirányú középvonala körül, ha a több külön árnyékolt csavart érpárt tar3

HU 225 073 Β1 talmazó kábel sodrásakor hagyományos egyszeres vagy kétszeres csavaróhatást fejtünk ki. Az egyszeres vagy kétszeres csavarású kábelsodrás azt jelenti, hogy az egyes külön árnyékolt csavart érpárokra a kábel kötegelése során a több külön árnyékolt csavart érpár összesodrásakor csavaróhatás lép fel. Mindkét eljárást elterjedten alkalmazzák a kábeliparban, és mindkettő felhasználható a találmány szerinti gyártási eljárás során.

A 22 árnyékolás átlapoló- 43 részének tartományában a második 29 réteg szemben áll az első 27 réteggel. Egy első hosszirányú 44 él az óramutató járásának irányába néz, egy második hosszirányú 44a él az óramutató járásával ellentétes irányba néz. Az átlapoló43 rész tartományában a második 29 réteg a második hosszirányú oldal felületét képezi és az első 27 réteg egy részéhez van kötve, amely az első hosszirányú oldal felületét képezi. Az átlapoló- 43 rész ívhossza változhat. A 2b. ábra olyan átlapoló- 43’ részt mutat, amelynek ívhossza nagyobb, mint a 2a. ábrán szemléltetett 43 részé.

Meg kívánjuk jegyezni, hogy a 2a. ábra ugyan olyan 22 árnyékolást mutat, amelynek sugárirányban legkívül levő 29 rétege alumíniumból van, azonban a 22 árnyékolás másféle szerkezettel is kialakítható. így például az alumíniumréteg az EAA- és a poliészterréteg között is elhelyezkedhet. Ebben az esetben sugárirányban legkívül az EAA-réteg helyezkedne el. Egy másik lehetőség szerint sugárirányban kívül elhelyezkedhet a poliészterréteg is. Sugárirányban belül helyezkedhet az EAA-réteg és középen helyezkedik el az alumíniumréteg. Az átlapoló- 43 rész a 2. ábrának megfelelően az első oldalhoz képest sugárirányban kívül levő második oldal lehet, de a második oldal sugárirányban az első oldalhoz képest belül is elhelyezkedhet. Alkalmazhatók még más irányok és elrendezések is, amelyek közül néhányat a továbbiakban ismertetünk.

A 2c. ábra külön árnyékolt 20 csavart érpár egy másik változatát mutatja. A külön árnyékolt 20 csavart érpár 20 csavart érpárja megegyezik a 2a. ábra csavart érpárjával, és ugyanez vonatkozik a 22 árnyékolásra is. Ebben az esetben azonban az oldalirányban hajtott 22 árnyékolás iránya a 2c. ábra szerint eltér a 2a. ábrának megfelelően oldalirányban hajtott 22 árnyékolás irányától. A 2c. ábra esetében az első oldalirányú 44 él nem fedi át a második hosszirányú 44a élt. Ehelyett a 22 árnyékolás úgy van összehajtva hosszirányára keresztben, hogy az első hosszirányú 44 él oldalirányban a második hosszirányú 44a él mellett helyezkedjen el. A 22 árnyékolás oldalirányban el van hajtva úgy, hogy az első hosszirányú 33 oldal második 29 rétegének felülete érintkezzen a második hosszirányú 35 oldal második 29 rétegének felületével. Az egymással érintkező 29 rétegek egymással össze vannak kötve. Az így kialakuló kötött 43a rész azután oldalirányban rá van hajtva a 22 árnyékolás szomszédos 45 részére.

A 2d. ábra a külön árnyékolt csavart érpár további kiviteli alakját mutatja. A 2d. ábra szerinti kivitel azzal a kivétellel egyezik meg a 2a. ábra szerinti kivitellel, hogy más a 22 árnyékolás szerkezete és az összehajtott árnyékolás iránya. A 3b. ábra esetében a 22a árnyékolásnak első 47a rétege EAA-anyagból, második 47b rétege alumíniumból és harmadik 47c rétege poliészterből van kialakítva. Visszatérve a 2d. ábrára, ezen kiviteli alak esetében a hosszirányú 44, 44a élek nem fedik át egymást. A 22a árnyékolás oldalirányban vissza van hajtva, annak érdekében, hogy érintkezzen az első hosszirányú 33 oldal első 47a rétege, a második hosszirányú 35 oldal első 47a rétegével. Az egymással érintkezésbe hozott 47a rétegek egymással össze vannak kötve. Az ezáltal kialakított kötött 43b rész sugárirányban befelé van hajtva a 22a árnyékolás szomszédos része alá.

A 3c. ábra a 3a. és 3b. kiviteli alakokhoz képesti további változatot mutat. Ebben az esetben a 22 árnyékolásnak alumíniumból készített első 49a rétege, poliészterből készített 49b rétege, alumíniumból készített 49c rétege és EAA-anyagból készített negyedik 49d rétege van.

A 2e. ábra az árnyékolás további szerkezeti kialakítását mutatja. Az EAA-anyagú 29a réteg nem alkot olyan felületet, amely lefedi az első és második hosszirányú 33 és 35 oldalakat. Ehelyett csupán a második hosszirányú 35 oldal egy 43e részét fedi le. A második 35 oldal ezen lefedett 43e része hozzá van kötve az első 33 oldalhoz. A 43e részen a 27a réteg alumíniumból van és a 43e részen az EAA-anyagú 29a réteg és a poliészter- 31a réteg között helyezkedik el. Az első és második hosszirányú 33 és 35 oldalak tartalmaznak mind alumíniumból készített 27a réteget, mind poliészterből készített 31a réteget.

A 4a. ábra a találmány szerinti külön árnyékolt csavart érpár készítésére alkalmas berendezés tömbvázlatát mutatja. A gyártás során az egyetlen 20 csavart érpárt és a 22 árnyékolást egyszerre bocsátjuk át egy fémből készített alakító/fűtő 51 tömbön. A fémből készített 51 tömb a 22 árnyékolást oldalirányban összehajtva ráborítja a 20 csavart érpárra és a 22 árnyékolás kötésével kialakítja a külön árnyékolt 15a csavart érpárt. A fémből készített alakító/fűtő 51 tömb 104-205 °C hőmérsékletre van felmelegítve a kötés megvalósításához. Az 51 tömbhöz 53 hőmérséklet-érzékelő és 55 fűtőelem van társítva. Az 55 fűtőelemhez és az 53 hőmérséklet-érzékelőhöz 57 szabályozóegység csatlakozik. A 20 csavart érpár és a 22 árnyékolás áthalad a fűtött 51 tömbön, és az ehhez szükséges húzóerőt a kábelkészítő berendezés további járulékos része, például egy extrudálóberendezés vagy kábelkészítő gép hajtótengelye állítja elő.

Egy további változatot mutat az eljárásra a 4b. ábra, amely több fémből készített alakító/fűtő 51 tömb alkalmazásával egyidejűleg készít és csavar egymás köré egy komplett kábel létrehozásához több külön árnyékolt 15a, 15b, 15c, 15d csavart érpárt.

A 4c. ábra külön szigetelt 15a csavart érpár készítésére szolgáló eljárási változatot szemléltet. Ezen eljárási változat esetében fűtött 63 pellettartót használunk a 22 árnyékolás önmagához történő kötéséhez. A berendezés ezen változatának első 63a szakasza

HU 225 073 Β1 van, amely a 22 árnyékolást a 20 csavart érpár köré hajtja. A berendezés második 63b szakaszában a 22 árnyékolást a forró pelletek segítségével önmagához köti. A pelleteket forró levegővel működő 63c fűtőkészülék melegíti.

A forró levegő vagy elektromos fűtőelem helyett az ismertetett berendezések infravörös 65 fűtőkészüléket is tartalmazhatnak (lásd 4d. ábra).

A fentiekben és a mellékelt rajzon a találmány szerinti megoldás legelőnyösebbnek tekintett kiviteli alakját ismertettük és szemléltettük, azonban ezen kitanítás és ismeretanyag alapján a szakember a találmány körén belül számos módosítást és változtatást képes kidolgozni.

Claims (8)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Nagy sebességű adatkábel, amely több külön csavart érpárt tartalmaz, ahol mindegyik külön csavart érpár első szigetelt vezetőt tartalmaz második szigetelt vezető köré tekerve, a külön csavart érpárokat köpeny veszi körül, a külön csavart érpárok közül legalább kettő fém kompozit árnyékolással van oldalirányban körbetekerve, és a fém kompozit árnyékolás polimer anyagból készített réteget és fémből készített réteget tartalmaz, továbbá minden egyes árnyékolásnak belső felülete és a belső felülettel átellenes külső felülete van, amely külső felület a köpeny felé néz, azzal jellemezve, hogy minden árnyékolásnak (22) első átlapoló hosszirányú oldala (33) és második átlapolóoldala (35) van, és a fémből készített réteg (27) vastagsága 0,0075 és

   0,025 mm között van, továbbá az első és második átlapolóoldal (33, 35) kötőanyaggal egymáshoz van kötve.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti nagy sebességű adatkábel, azzal jellemezve, hogy a második hosszirányú oldal (35) vissza van hajtva és a külső felület önmagával érintkezve második hosszirányú oldalsó visszahajtást képez, és az első hosszirányú oldal (33) belső felülete a második hosszirányú oldalsó visszahajtáshoz van kötve.
3. 3. Az 1. igénypont szerinti nagy sebességű adatkábel, azzal jellemezve, hogy az első hosszirányú oldal (33) vissza van hajtva és a külső felület önmagával érintkezve első hosszirányú oldalsó visszahajtást képez, és a második hosszirányú oldal (35) belső felülete az első hosszirányú oldalsó visszahajtáshoz van kötve.
4. 4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti nagy sebességű adatkábel, azzal jellemezve, hogy minden egyes fémárnyékolás 0,0075 és 0,025 mm közötti vastagságú alumíniumból készített első réteget, (49a) 0,0075 és 0,025 mm közötti vastagságú alumíniumból készített második réteget (49c), valamint az alumíniumból készített első és második réteg (49a, 49c) között elhelyezkedő polimer réteget (49b) tartalmaz.
5. 5. Az 1. vagy 4. igénypont szerinti nagy sebességű adatkábel, azzal jellemezve, hogy csak az egyik átlapoló hosszirányú oldalon van kötőanyag.
6. 6. A 4. igénypont szerinti nagy sebességű adatkábel, azzal jellemezve, hogy csak az egyik átlapoló hosszirányú oldalon van kötőanyag.
7. 7. Az 5. igénypont szerinti nagy sebességű adatkábel, azzal jellemezve, hogy csak az egyik átlapoló hosszirányú oldalon van kötőanyag.
8. 8. A 6. igénypont szerinti nagy sebességű adatkábel, azzal jellemezve, hogy csak az egyik átlapoló hosszirányú oldalon (33, 35) van kötőanyag.