[0001] Die Erfindung betrifft eine Leitung, insbesondere eine Signalleitung, sowie ein Verfahren
zur Herstellung einer solchen Leitung.
[0002] Eine Leitung weist wenigstens einen Leiter auf, welcher von einer Isolierung aus
einem isolationsmaterial umgeben ist. Der Leiter und die Isolierung bilden insbesondere
eine Ader. Bei vielen Leitungstypen ist um diese Anordnung herum ein zusätzlicher
Leiter als Außenleiter angeordnet, beispielsweise bei geschirmten Adern oder bei Koaxialleitungen.
Solche Leitungen werden regelmäßig als Signalleitungen eingesetzt, beispielsweise
im Bereich der Sensorik, und dienen dann der Übertragung von Signalen.
[0003] Eine bedeutende Kenngröße für Leitungen ist die sogenannte Mikrofoniearmheit, d.h.
die Anfälligkeit für den Effekt der Mikrofonie, welcher insbesondere im Zusammenhang
mit der Übertragung von Audiosignalen bekannt ist. Bei diesem Effekt werden mechanische
Belastungen der Leitung in elektrische Signale umgesetzt. Dem liegt insbesondere eine
Ladungserzeugung aufgrund des Leiters an sich zugrunde. Der Leiter besteht aus einem
leitenden Material, üblicherweise aus Kupfer, und weist fertigungsbedingt teilkristalline
Bereiche auf, welche beim Belasten oder Quetschen elektrische Ladungen erzeugen. Zusätzlich
zu dieser Mikrofonie entstehen aber auch beim aneinander Reiben des Leiters und des
Isolationsmaterials, z.B. infolge einer Bewegung oder Belastung des Kabels, elektrische
Ladungen. Allgemein führen diese beiden Mechanismen zur Erzeugung von Ladungen, eigentlich
einer Ladungstrennung, welche wiederum Störungen erzeugen, genauer gesagt elektrische
Störungen. Diese wirken sich nachteilig auf die Übertragungseigenschaften der Leitung
aus. Besonders kritisch ist dies bei Signalleitungen, beispielsweise im automotiven
Bereich oder in der Medizintechnik, wo üblicherweise für mechanisch regelmäßig belastete
Leitungen eine hohe Übertragungsqualität gefordert wird.
[0004] Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Leitung anzugeben,
bei welcher elektrische Störungen aufgrund von mechanischer Belastung möglichst stark
reduziert sind. Weiterhin soll ein Herstellungsverfahren für eine solche Leitung angegeben
werden.
[0005] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Leitung mit den Merkmalen gemäß
Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 14. Vorteilhafte
Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Varianten sind Gegenstand der Unteransprüche.
Dabei gelten die Ausführungen im Zusammenhang mit der Leitung sinngemäß auch für das
Verfahren und umgekehrt.
[0006] Die Leitung ist insbesondere eine Signalleitung, d.h. wird zur Übertragung von Signalen
verwendet. Die Leitung erstreckt sich in einer Längsrichtung und weist einen Innenleiter
sowie einen Außenleiter auf. Diese bestehen jeweils insbesondere aus einem leitenden
Material, z.B. Kupfer. Zwischen dem Innenleiter und dem Außenleiter ist ein Isolationsmaterial
angeordnet. Dieses ist aus einem isolierenden und damit elektrisch nicht-leitenden
Material hergestellt, insbesondere einem Kunststoff. Vorzugsweise ist das Isolationsmaterial
als Isolierung auf den Innenleiter aufextrudiert. Das Isolationsmaterial umgibt den
Innenleiter zweckmäßigerweise vollumfänglich, d.h. als Vollmantel. Allgemein bildet
das Isolationsmaterial einen Mantel um den Innenleiter. Das Isolationsmaterial auf
dem Innenleiter weist eine Oberfläche auf. Diese ist zumindest teilweise karbonisiert,
d.h. das Isolationsmaterial wurde durch eine Karbonisierung zumindest teilweise karbonisiert
und dadurch umgewandelt.
[0007] Ein Kerngedanke der Erfindung besteht insbesondere darin, das eigentlich nichtleitende
Isolationsmaterial in gewissem Grade leitfähig zu machen, um elektrische Störungen
abzuleiten oder zu neutralisieren. Grundsätzlich ist es möglich, von vornherein ein
leitendes, halbleitendes oder schwach leitendes Isolationsmaterial zu verwenden, z.B.
einen leitfähigen Kunststoff. Ein solcher ist jedoch üblicherweise teuer und/oder
erfordert einen zusätzlichen Extrusionsschritt und ist damit zur Massenfertigung,
insbesondere im automotiven Bereich ungeeignet. Alternativ ist es denkbar, dem Isolationsmaterial
leitfähige Partikel, z.B. Ruß, beizumischen oder solche aufzutragen. Dies erfordert
jedoch einen entsprechenden zusätzlichen Prozessschritt sowie eine unter Umständen
aufwändige Handhabung der Partikel.
[0008] Demgegenüber wird vorliegend eine Leitfähigkeit des Isolationsmaterials auf besonders
einfache Weise durch eine Karbonisierung des ohnehin vorhandenen Isolationsmaterials
erzielt, d.h. insbesondere durch einen Verbrennungsprozess, bei welchem die Oberfläche
insbesondere durch Zufuhr von thermischer Energie verbrannt wird, also karbonisiert
wird. Insbesondere wird auch auf ein separates Auftragen eines karbonisierten Materials
nach dem Auftragen des Isolationsmaterials verzichtet. Mit anderen Worten: es wird
gerade nicht zuerst das Isolationsmaterial aufgetragen und dann zusätzlich auf dieses
ein karbonisiertes Material, sondern das karbonisierte Material wird aus dem Isolationsmaterial
selbst gebildet. Dabei wird gezielt ein Teil des Isolationsmaterials karbonisiert
und dabei insbesondere zerstört, wobei leitfähige Kohlenstoffpartikel erzeugt werden.
Es wird also kein zusätzliches Material hinzugefügt, sondern das ursprünglich isolierende
Isolationsmaterial wird umgewandelt, um leitfähiges Material zu erhalten. Mit anderen
Worten: auf eine Beimischung zusätzlicher, karbonisierter Partikel zum Isolationsmaterial
wird vorzugsweise verzichtet, ebenso wird auf ein separates Auftragen zusätzlicher,
karbonisierter Partikel zum Isolationsmaterial vorzugsweise verzichtet. Im Gegensatz
hierzu wird vielmehr das Isolationsmaterial selbst karbonisiert, und zwar nachträglich.
Bei der Herstellung der Leitung wird dann zuerst das Isolationsmaterial aufgetragen
und erst danach karbonisiert.
[0009] Die Karbonisierung erfolgt an der Oberfläche des Isolationsmaterials, d.h. auf einer
bezüglich des Innenleiters nach außen weisenden Oberfläche. Die Karbonisierung erfolgt
dabei vorzugsweise lediglich bis zu einer bestimmten Eindringtiefe, welche insbesondere
lediglich wenige Mikrometer beträgt, insbesondere weniger als 100µm. Es erfolgt also
eine lediglich oberflächliche Karbonisierung, d.h. insbesondere bis zu einer Tiefe
von 100µm in das Isolationsmaterial hinein. Die Karbonisierung ist somit eine Oberflächenbehandlung.
Tiefer liegende Bereiche des Isolationsmaterials, welche auch als ein Inneres des
Isolationsmantels bezeichnet werden, bleiben verschont, d.h. werden nicht karbonisiert.
Somit ist das Isolationsmaterial abgesehen von der Oberfläche insbesondere frei von
einer Karbonisierung oder von karbonisierten Partikeln. Dies wird insbesondere dadurch
erzielt, dass die Oberfläche nachträglich karbonisiert wird, sodass bei der fertigen
Leitung dann lediglich die Oberfläche karbonisiert ist und im Inneren des Isolationsmaterials
keine karbonisierten Partikel vorhanden sind.
[0010] Durch die karbonisierte Oberfläche, d.h. das teilweise karbonisierte Isolationsmaterial,
und die damit erzielte Leitfähigkeit, werden elektrische Störungen aufgrund von Ladungstrennung
bei mechanischer Belastung besonders effektiv reduziert. Zugleich ist die Leitung
besonders einfach und kostengünstig herstellbar. Die Herstellung einer gewissen Leitfähigkeit
der Oberfläche erfolgt vorteilhaft ohne Zufuhr von zusätzlichem Material und in einem
einfachen Prozessschritt. Eine Beimengung von leitendem Material ist nicht erforderlich,
ein solches wird vorteilhaft vielmehr direkt erzeugt. Vorzugsweise wird auf eine Beimischung
von leitfähigem oder karbonisiertem Material zu dem Isolationsmaterial verzichtet.
Vorzugsweise wird die Leitfähigkeit der Oberfläche lediglich durch eine nachträgliche
Karbonisierung erzielt.
[0011] Entsprechend wird bei einem Verfahren zur Herstellung der Leitung ein Innenleiter
mit einem Isolationsmaterial umgeben, eine Oberfläche des Isolationsmaterials zumindest
teilweise karbonisiert und das Isolationsmaterial mit einem Außenleiter umgeben. Die
Herstellung erfolgt vorzugsweise in der genannten Reihenfolge. Das Isolationsmaterial
wird dann zunächst auf den Innenleiter aufgebracht, bevorzugterweise aufextrudiert
und anschließend wird die Oberfläche karbonisiert. Beim Karbonisieren ist das Isolationsmaterial
zweckmäßigerweise bereits abgekühlt oder zumindest derart verfestigt, dass eine Durchmischung
des Isolationsmaterials beim Karbonisieren verhindert ist. Danach wird der Außenleiter
um das Isolationsmaterial und den Innenleiter herum angeordnet.
[0012] Vorzugsweise ist das Isolationsmaterial durch eine thermische Behandlung karbonisiert,
d.h. durch Zufuhr von thermischer Energie, auch als Verbrennung bezeichnet. Besonders
geeignet ist hierzu Laserstrahlung, sodass bevorzugterweise das Isolationsmaterial
mittels Laserstrahlung, insbesondere Infrarotlaserstrahlung, karbonisiert ist. Mit
anderen Worten: die Oberfläche wird mittels eines Lasers, insbesondere eines Infrarotlasers,
karbonisiert. Ein Laser eignet sich besonders zur Karbonisierung, da mit diesem gezielt
die Oberfläche des Isolationsmaterials bearbeitet werden kann. Durch Verwendung von
Laserstrahlung ist also auf einfache Weise eine Oberflächenbehandlung realisiert.
Laserstrahlung lässt sich zudem besonders einfach auf die Oberfläche applizieren,
da ein Laserstrahl einfach zu steuern und umzulenken ist. Insbesondere ist mit einem
Laser auch eine Behandlung, lediglich der Oberfläche möglich, d.h. eine Beschädigung
weiter innen liegender Teile wird vorteilhaft verhindert. Das Innere des Isolationsmaterials
bleibt unbeeinflusst und ist daher nicht karbonisiert.
[0013] Eine einfache Beimischung von karbonisiertem Material, d.h. von karbonisierten Partikeln
führt typischerweise zu einer homogenen Verteilung dieser Partikel im Isolationsmaterial,
sodass die einzelnen Partikel voneinander isoliert sind. Demgegenüber werden vorliegend
durch die nachträgliche Karbonisierung die karbonisierten Partikel insbesondere zusammenhängend
ausgebildet und bilden dann insgesamt karbonisierte Abschnitte mit einer im Vergleich
zu nicht-karbonisierten Abschnitten hohen Konzentration von karbonisierten Partikeln.
Dadurch, dass die karbonisierten Partikel gerade nicht beigemischt und mit dem übrigen
Isolationsmaterial vermischt und darin verteilt werden, ergibt sich für die karbonisierten
Abschnitte auch vorteilhafterweise eine besonders hohe Leitfähigkeit.
[0014] Ganz besonders geeignet ist ein Infrarotlaser, d.h. ein Laser, welcher Laserstrahlung
im Infrarotbereich emittiert, d.h. insbesondere mit einer Wellenlänge von wenigstens
750µm, bis z.B. 10,6µm. Insofern ist insbesondere ein Beschriftungslaser geeignet.
Geeignet ist beispielsweise ein CO2-Laser. Infrarote Laserstrahlung führt vorteilhaft
zur beabsichtigten Karbonisierung, während beispielsweise ultraviolette Laserstrahlung
hierzu ungeeignet ist. Auch weist infrarote Laserstrahlung eine geringere Eindringtiefe
in das Isolationsmaterial auf als z.B. ultraviolette Laserstrahlung, wodurch eine
mögliche Beschädigung des Innenleiters vermieden wird.
[0015] Die Karbonisierung erfolgt zweckmäßigerweise in einer Schutzatmosphäre. Dadurch wird
vorteilhaft sichergestellt, dass beim Verbrennen des Isolationsmaterials der entstehende
Kohlenstoff nicht mit Luftsauerstoff zu Kohlendioxid- und/oder - monoxid reagiert
und sich verflüchtigt, sondern vielmehr als Feststoff erhalten bleibt. Bei der Herstellung
der Leitung wird der ummantelte Innenleiter beispielsweise durch ein Rohr geführt,
welches mit einem Schutzgas, z.B. Stickstoff oder Argon, geflutet ist.
[0016] Grundsätzlich sind auch andere Strahlungsquellen zur Karbonisierung geeignet. Denkbar
wäre beispielsweise anstelle eines Lasers eine LED-Anordnung mit entsprechender Leistungsdichte,
um das Isolationsmaterial zu karbonisieren. Auch Mikrowellenstrahlung ist grundsätzlich
geeignet, weist jedoch üblicherweise eine größere Eindringtiefe auf.
[0017] Als Isolationsmaterialien insbesondere im Zusammenhang mit einer Karbonisierung mittels
Laserstrahlung sind grundsätzlich alle Materialien, welche herkömmlicherweise als
Isolierung oder Mantel für einen Leiter verwendet werden geeignet. Besonders bevorzugt
sind jedoch PP oder PE, da diese besonders kostengünstig sowie leicht zu verarbeiten
sind. Demgegenüber weniger bevorzugt, jedoch grundsätzlich auch geeignet sind fluorhaltige
Kunststoffe, welche beim Karbonisieren möglicherweise Fluor freisetzen und daher bei
der Herstellung der Leitung besondere Sicherheitsmaßnahmen erfordern.
[0018] In einer geeigneten Ausgestaltung ist die Oberfläche zumindest abschnittsweise, d.h.
lediglich auf einem Längsabschnitt der Leitung, vollständig karbonisiert. Dadurch
wird der Effekt der Mikrofonie besonders stark reduziert, d.h. die Leitung ist besonders
mikrofoniearm. Eine solche Leitung eignet sich besonders als Signalleitung für niederfrequente
Signale, d.h. insbesondere für Frequenzen bis zu 100kHz. Die Oberfläche ist hierzu
entlang eines Längsabschnitts der Leitung durchgängig karbonisiert, sodass die Oberfläche
also als eine vollumfängliche, durchgängige, leitfähige Schicht ausgebildet ist. Jegliche
Ladungen, welche durch mechanische Belastung der Leitung erzeugt werden, werden effizient
abgeleitet.
[0019] Um die Oberfläche vollständig zu karbonisieren wird bei der Herstellung vorzugsweise
ein Laser in rotierender Anordnung, d.h. ein Rotationslaser, verwendet. Dadurch wird
das Isolationsmaterial in radialer Richtung von allen Seiten mit Laserstrahlung beaufschlagt,
ohne die Leitung an sich rotieren zu müssen.
[0020] Ein besonderer Vorteil der direkten Erzeugung des leitenden Materials ist, dass dieses
zugleich auch ortsselektiv erzeugt werden kann und dadurch entsprechend auch eine
Struktur aus leitendem Material erzeugbar ist. Im Gegensatz zu der oben erwähnten
vollständigen Karbonisierung ist daher in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung
die Oberfläche zumindest abschnittsweise lediglich teilweise karbonisiert und auf
der Oberfläche ist eine insbesondere leitfähige Struktur ausgebildet. Mit anderen
Worten: die Oberfläche ist auf einem Längsabschnitt der Leitung lediglich teilweise
karbonisiert und dadurch ist auf diesem Längsabschnitt eine Struktur ausgebildet.
Durch entsprechende Auslegung dieser Struktur lassen sich die elektrischen Eigenschaften
der Leitung gezielt einstellen und auch Störeffekte gezielt minimieren. Die Oberfläche
wird dann lediglich ortsselektiv karbonisiert und auf diese Weise eine Struktur ausgebildet.
Besonders vorteilhaft ist hier die Verwendung eines Laser, da mit diesem auch mikroskopische
Strukturen, d.h. Mikrostrukturen oder auch Strukturen mit Abmessungen im Mikrometerbereich,
hergestellt werden können, wodurch sich eine Vielzahl an Designmöglichkeiten ergibt.
Die durch mechanische Belastung der Leitung erzeugten Ladungen werden dann durch eine
geeignet ausgelegte Struktur, d.h. Leitungsstruktur, abgeleitet oder neutralisiert.
Eine solche Struktur, insbesondere Mikrostruktur, ist besonders vorteilhaft für eine
als Koaxialleitung ausgebildete Leitung, welche zur Übertragung von Signalen im hochfrequenten
Bereich verwendet wird, d.h. bei Frequenzen oberhalb von 100kHz, speziell oberhalb
von 1GHz.
[0021] In einer grundsätzlich geeigneten Ausgestaltung ist die Oberfläche vollständig karbonisiert
und weist dann keine nicht-karbonisierten Abschnitte auf. In einer ebenfalls geeigneten
Variante ist die Oberfläche lediglich teilweise karbonisiert und weist dann Abschnitte
auf, welche nicht karbonisiert sind und welche somit frei von karbonisierten Partikeln
sind.
[0022] Geeigneterweise ist die Oberfläche entlang der gesamten Leitung entweder vollständig
karbonisiert oder zur Ausbildung einer Struktur lediglich teilweise karbonisiert.
Dadurch werden die jeweiligen vorteilhaften Wirkungen entlang der gesamten Leitung
erzielt. In einer vorteilhaften Variante ist jedoch eine vollständige Karbonisierung
mit einer lediglich teilweisen Karbonisierung der Oberfläche kombiniert, sodass die
Leitung einen ersten Längsabschnitt aufweist, entlang welchem die Oberfläche des Isolationsmaterials
vollständig karbonisiert ist, und einen zweiten Längsabschnitt, entlang welchem die
Oberfläche der Isolationsstruktur lediglich teilweise karbonisiert und mit einer Struktur
ausgebildet ist. Der erste Längsabschnitt ist also vollständig karbonisiert und der
zweite Längsabschnitt lediglich teilweise. Eine solche Leitung ist insbesondere ein
Sensor für mechanische Belastung, z.B. Biegung. Dem liegt die Überlegung zugrunde,
dass sich eine mechanische Belastung auf die beiden Längsabschnitte unterschiedlich
auswirkt. So wird auf dem vollständig karbonisierten Längsabschnitt der Effekt der
Mikrofonie besonders effektiv reduziert, jedenfalls besser als auf dem lediglich teilweise
karbonisierten Längsabschnitt. Andersherum wird durch die Struktur auf dem lediglich
teilweise karbonisierten Längsabschnitt die Übertragung von Hochfrequenzsignalen deutlich
verbessert. Durch geeignete Messung ist es dann vorteilhaft möglich eine entsprechende
mechanische Einwirkung zu lokalisieren, da die Leitung lokal unterschiedlich auch
eine solche Einwirkung reagiert.
[0023] Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei welcher die Struktur als eine Filterstruktur
ausgebildet ist, insbesondere zur frequenzselektiven Unterdrückung von Störsignalen.
Die Struktur bildet hierbei einen Filter für elektrische Signale, welcher zweckmäßigerweise
derart ausgelegt ist, dass ungewollte Störsignale unterdrückt, insbesondere vernichtet
werden. Nutzsignale, welche durch die Leitung übertragen werden sollen, werden jedoch
möglichst wenig beeinflusst. Ladungen, welche durch Reibung der verschiedenen Materialien
der Leitung aneinander erzeugt werden, führen zu Störsignalen zwischen dem Innen-
und dem Außenleiter, welche wiederum auf effiziente Weise durch die dazwischenliegende
karbonisierte Oberfläche vernichtet werden. Die Struktur ist hierzu insbesondere als
Dämpfungsfilter für die Störsignale ausgebildet.
[0024] Um eine besonders optimale und gleichmäßige Wirkung insbesondere entlang der gesamten
Leitung zu erzielen ist die Struktur zweckmäßigerweise in Längsrichtung periodisch
ausgebildet. Die Struktur bildet demnach eine Anordnung aus mehreren gleichartigen
Abschnitten, welche in Längsrichtung hintereinander angeordnet sind. Insbesondere
in der Ausgestaltung als Filterstruktur ist hierdurch eine besonders effektive Filterwirkung
und somit eine besonders starke Dämpfung von Störsignalen gewährleistet.
[0025] In einer geeigneten Ausgestaltung weist die Struktur mehrere Querbahnen auf, welche
quer zur Längsrichtung verlaufen. Unter "quer" wird insbesondere senkrecht verstanden.
Die Querbahnen sind in einer Ausgestaltung jeweils als Ring ausgebildet, welcher das
Isolationsmaterial insbesondere vollumfänglich umläuft. Alternativ oder zusätzlich
ist die Struktur spiralartig oder helixförmig und verläuft dann um das Isolationsmaterial
herumgewunden. Die Querbahnen bilden paarweise insbesondere Kondensatoren, mittels
welcher eine vorteilhafte Filterwirkung erzielt wird. In der helixförmigen, d.h. helixartigen
Ausgestaltung ist zudem insbesondere auch eine Induktivität realisiert, sodass die
Struktur insgesamt wie ein Schwingkreis wirkt. Durch geeignete Dimensionierung der
Querbahnen und Auslegung von deren Verlauf lassen sich dann die elektrischen Eigenschaften
der Leitung gezielt manipulieren und Störsignale effektiv unterdrücken.
[0026] Vorteilhafterweise verläuft die Struktur in Längsrichtung mäanderförmig. Darunter
wird insbesondere verstanden, dass die Struktur mehrere Querbahnen aufweist, welche
gerade nicht vollumfänglich ausgebildet sind, sondern jeweils zwei Enden aufweisen,
über welche eine jeweilige Querbahn mit den beiden benachbarten Querbahnen verbunden
ist, wobei das eine Ende mit der vorhergehenden Querbahn verbunden ist und das andere
Ende mit der nachfolgenden Querbahn. Die Querbahnen sind somit zu einer gemeinsamen
Hauptbahn verbunden. Dadurch ergibt sich beispielsweise ein Verlauf nach Art eines
Rechtecksignals. Geeignet ist auch ein mäanderförmiger Verlauf nach Art eines Dreick-
oder Sinussignals.
[0027] In einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Struktur zumindest eine Hauptbahn
auf, von welcher ausgehend sich quer zur Längsrichtung eine Vielzahl an Querrippen
erstreckt. Die Hauptbahn ist entweder gerade oder mäanderförmig wie oben beschrieben.
Die Querrippen sind jeweils mit der Hauptbahn verbunden, vorzugsweise jedoch nicht
untereinander verbunden. Auf diese Weise bilden die Querrippen eine Verästelung ausgehend
von der Hauptbahn. Durch die Kombination einer Hauptbahn mit zusätzlichen Querrippen
ergeben sich weitere Designmöglichkeiten für die elektrischen Eigenschaften der Struktur
und somit der Leitung. So dient beispielsweise die Hauptbahn zur Filterung, d.h. insbesondere
Dämpfung, einer bestimmten Hauptfrequenz und die Querrippen bilden Filtersubstrukturen,
mittels welcher weitere Frequenzen, insbesondere Nebenfrequenzen oder Subbänder gefiltert,
d.h. insbesondere gedämpft werden.
[0028] In einer besonders geeigneten Weiterbildung sind zwei Hauptbahnen ausgebildet, mit
jeweils einer Vielzahl von Querrippen, welche in Längsrichtung abwechselnd angeordnet
sind und ineinandergreifen. Dadurch wird eine besonders umfangreiche Filterwirkung
erzielt und eine Vielzahl an unterschiedlichen Störsignalen unterdrückt oder neutralisiert.
Die beiden Hauptbahnen sind mit ihren jeweiligen Querrippen elektrisch verbunden.
Allerdings sind die Hauptbahnen miteinander gerade nicht elektrisch verbunden und
auch nicht die Querrippen der unterschiedlichen Hauptbahnen. Auf diese Weise sind
also zwei Teilstrukturen ausgebildet, welche elektrisch nicht miteinander verbunden
sind, d.h. die beiden Teilstrukturen sind durch nicht-karbonisierte Bereiche der Oberfläche
voneinander getrennt und beabstandet. Durch die ineinandergreifenden Querrippen ist
dann eine Vielzahl an Kondensatoren ausgebildet, welche über die Hauptbahnen miteinander
verschaltet sind.
[0029] In einer geeigneten Ausgestaltung ist die eine Hauptbahn mäanderförmig ausgebildet,
insbesondere nach Art eines Rechtecksignals, und die andere Hauptbahn ist gerade entlang
der Längsrichtung ausgebildet.
[0030] Maßgeblich für die Wirkung, insbesondere Filterwirkung, der Struktur sind deren Abmessungen,
d.h. die Breite der Hauptbahnen, Querbahnen und Querrippen sowie deren Abstände, insbesondere
Längsabstände, zueinander. Die Abmessungen sind zweckmäßigerweise abgestimmt auf die
konkret zu filternden Störsignale. Bei Leitungen zur Signalübertragung im Hochfrequenzbereich,
insbesondere ab 1GHz, sind die Abmessungen regelmäßig im Mikrometer- bis Zentimeterbereich
gewählt. Der Längsabstand zweier benachbarter Querrippen beträgt vorzugsweise zwischen
1µm und 50cm. Die Breite einer Hauptbahn, Querbahn oder Querrippe ist zweckmäßigerweise
deutlich geringer als der Längsabstand und beträgt beispielsweise zwischen 1 und 100µm.
Dabei sind die Querrippen insbesondere schmaler als die Hauptbahnen und Querbahnen,
beispielsweise um einen Faktor 10, um eine möglichst hohe Dichte zu erzielen. Solche
mikroskopisch dimensionierten Strukturen lassen sich besonders vorteilhaft mit einem
Laser herstellen.
[0031] In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist auf das Isolationsmaterial ein weiteres
Isolationsmaterial aufgebracht, wodurch eine Isolierung ausgebildet ist, in welche
die karbonisierte Oberfläche eingebettet ist. Nach dem Aufbringen des weiteren Isoliermaterials
ist die Oberfläche dann strenggenommen keine Oberfläche mehr. Vielmehr ist eine Leitschicht
oder Strukturschicht ausgebildet, welche in die Isolierung eingebettet ist, d.h. zwischen
zwei Schichten aus Isolationsmaterial eingebettet ist. Dadurch sind die leitfähigen
Partikel und die daraus gegebenenfalls erzeugte Struktur besonders gut geschützt und
insbesondere nicht in Kontakt mit dem Außenleiter, sodass ein möglicher Abrieb der
karbonisierten Oberfläche oder eine Beschädigung der Struktur verhindert wird. Als
weiteres Isolationsmaterial wird vorzugsweise das gleiche Material wie schon zuvor
als Isolationsmaterial verwendet, sodass die Isolierung insgesamt lediglich aus diesem
Material besteht sowie den daraus durch Karbonisierung gewonnenen Karbonisierungsprodukten.
Die beiden Schichten der Isolierung sind zweckmäßigerweise stoffschlüssig miteinander
verbunden.
[0032] In einer ersten bevorzugten Ausgestaltung ist die Leitung als Koaxialleitung, insbesondere
zur Signalübertragung, ausgebildet, wobei das Isolationsmaterial als Dielektrikum
dient. Der Innenleiter ist dann Innenleiter der Koaxialleitung der Außenleiter entsprechend
Außenleiter. Der Innenleiter ist beispielsweise massiv oder als Litzenleiter ausgebildet.
Um die gesamte Anordnung herum ist zweckmäßigerweise ein Außenmantel angeordnet.
[0033] In einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung ist die Leitung als geschirmte Ader ausgebildet,
insbesondere zur Signalübertragung, wobei das Isolationsmaterial ein Adermantel ist
und wobei der Außenleiter eine Schirmung ist. Der Innenleiter ist beispielsweise massiv
oder als Litzenleiter ausgebildet. Der Außenleiter ist beispielsweise als Folien-
oder Geflechtschirm ausgebildet. Um die Anordnung herum ist zweckmäßigerweise ein
Außenmantel angeordnet.
[0034] Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher
erläutert. Darin zeigen jeweils schematisch:
- Fig. 1
- eine Leitung in einer Querschnittansicht,
- Fig. 2
- ein Herstellungsverfahren für die Leitung,
- Fig. 3
- eine Filterstruktur für die Leitung, und
- Fig. 4
- eine Variante der Leitung.
[0035] Fig. 1 zeigt eine Leitung 2 im Querschnitt zu deren Längsrichtung R. Die Leitung
2 weist einen Innenleiter 4 auf, welcher beispielsweise massiv oder als Litzenleiter
ausgebildet ist Der Innenleiter 4 ist von einem Isolationsmaterial 6 umgeben. Dieses
bildet einen Mantel oder Vollmantel für den Innenleiter 4. Das Isolationsmaterial
6 weist eine Oberfläche 8 auf, welche bezüglich des Innenleiters 4 nach außen weist.
Um den Innenleiter 4 und das Isolationsmaterial 6 herum ist weiterhin ein Außenleiter
10 angeordnet. In einer Variante ist die Leitung 2 eine geschirmte Ader. Der Außenleiter
10 ist dann als Schirmung ausgebildet. In einer anderen Variante ist die Leitung 2
eine Koaxialleitung. Der Außenleiter 10 ist dann z.B. als Folienleiter ausgebildet,
das Isolationsmaterial 6 dient als Dielektrikum. Um die vorgenannten Komponenten herum
ist zudem hier ein Außenmantel 12 angeordnet. In nicht gezeigten Varianten sind noch
weitere Mäntel, Leiter, Schichten oder Ähnliches angeordnet. In einer bevorzugten,
jedoch nicht dargestellten Variante ist zwischen dem Außenleiter 10 und dem Isolationsmaterial
6 zusätzliches Isolationsmaterial 6 angeordnet, sodass die Oberfläche 8 nicht am Außenleiter
10 anliegt, sondern in eine Isolierung 14 des Innenleiters 4 eingebettet. Auch in
der in Fig. 1 gezeigten Variante bildet das Isolationsmaterial 6 eine Isolierung 14
des Innenleiters 4.
[0036] Zur Verbesserung der elektrischen Eigenschaften, insbesondere zur Verringerung von
elektrischen Störeffekten, ist die Oberfläche 8 zumindest teilweise karbonisiert.
Die erfolgt beispielsweise wie in Fig. 2 dargestellt. Dort ist ein Verfahren zur Herstellung
der Leitung 2 gezeigt. Dabei wird der Innenleiter 4 einer Extrusionsanlage 16 zugeführt,
mittels welcher das Isolationsmaterial 6 auf den Innenleiter 4 aufextrudiert wird,
d.h. dieser wird mit Isolationsmaterial 6 ummantelt, d.h. umgeben. Nachfolgend wird
der ummantelte Innenleiter 4 mit einem Laser 18 nachbehandelt. Dabei wird Laserstrahlung
L auf die Oberfläche 8 appliziert und diese dadurch karbonisiert. Das Isolationsmaterial
6 verbrennt, wobei leitfähige Partikel aus Kohlenstoff hergestellt werden. Um eine
Verflüchtigung des Kohlenstoffs durch Reaktion mit Luftsauerstoff zu unterbinden,
erfolgt die Karbonisierung in einer Schutzatmosphäre S innerhalb eines Rohres 20,
durch welches der ummantelte Innenleiter 4 hindurchgeführt wird. Der Laser 18 ist
hier ein Infrarotlaser, welcher sich besonders zur Karbonisierung des Isolationsmaterials
6 eignet.
[0037] In Fig. 2 wird die Oberfläche 8 vollständig karbonisiert. Die resultierende Leitung
2 ist dann besonders mikrofoniearm. Allerdings lässt sich insbesondere bei Verwendung
eines Lasers 18 zur Karbonisierung auch eine Struktur 22 ausbilden, d.h. die Oberfläche
8 wird lediglich teilweise karbonisiert. Dadurch lassen sich die elektrischen Eigenschaften
der Leitung 2 optimieren. Besonders vorteilhaft ist dies bei einer Koaxialleitung,
welche zur Übertragung von Signalen bei hohen Frequenzen, d.h. oberhalb von 100kHZ,
speziell oberhalb von 1GHz verwendet wird. Die Struktur 22 lässt sich dann als Filterstruktur
ausbilden und filtert bestimmte Störsignale heraus, d.h. dämpft diese, sodass die
Übertragungseigenschaften der Leitung 2 deutlich verbessert sind.
[0038] Eine lediglich beispielhafte Struktur 22 ist in Fig. 3 dargestellt. Die Darstellung
ist dabei derart, dass die Oberfläche 8 in Längsrichtung R aufgeschnitten und abgerollt
ist, um eine vollständige Darstellung in der Ebene zu ermöglichen. Die gezeigte Struktur
22 verläuft dann derart um das Isolationsmaterial herum, dass Ober- und Unterkante
der Struktur 22 aneinander angrenzen.
[0039] Die in Fig. 3 gezeigte Struktur 22 weist mehrere, hier drei Hauptbahnen 24 auf, von
denen eine mäanderförmig verläuft, hier nach Art eines Rechtecksignals. Die mäanderförmige
Hauptbahn 24 weist dabei Querbahnen 26 auf, welche senkrecht zur Längsrichtung R verlaufen
und untereinander zur Rechteckform verbunden sind. Die Querbahnen 26 sind in variierenden
Abständen A zueinander angeordnet. In einer Variante ist die Struktur 22 derart ausgebildet,
dass die beiden gerade verlaufenden Hauptbahnen 24 an der Ober- und Unterkante der
Struktur 22 direkt aneinander anliegen und gemeinsame eine Hauptbahn 24 bilden.
[0040] Ausgehend von den Hauptbahnen 24 sind jeweils eine Vielzahl von Querrippen 28 ausgebildet,
welche wie die Querbahnen 26 senkrecht zur Längsrichtung R verlaufen und dabei eine
Verästelung der Hauptbahnen 24 bilden. Die Querrippen 28 der verschiedenen Hauptbahnen
24 greifen ineinander, sodass eine Kammstruktur ausgebildet ist. Die Querrippen 28
sind zueinander hier jeweils gleich beabstandet, dies ist jedoch nicht zwingend.
[0041] Die gesamte Struktur 22 ist vorliegend auch periodisch und besteht aus gleichartigen
Abschnitten mit einer Periode P, welche in Längsrichtung R hintereinander gereiht
sind.
[0042] In Fig. 4 ist eine Variante der Leitung 2 gezeigt, welche einen ersten Längsabschnitt
30 aufweist, entlang welchem die Oberfläche 8 des Isolationsmaterials 6 vollständig
karbonisiert ist, und einen zweiten Längsabschnitt 32, entlang welchem die Oberfläche
8 der Isolationsstruktur 6 lediglich teilweise karbonisiert und mit einer Struktur
22 ausgebildet ist. Die Längsabschnitte 30, 32 sind in Längsrichtung R hintereinander
ausgebildet. Diese Leitung 2 eignet sich besonders als Sensor, da die unterschiedlichen
Leitungsabschnitt 30, 32 unterschiedlich auf Störungen reagieren, wodurch solche Störungen
lokalisiert werden können.
1. Leitung, insbesondere Signalleitung, welche sich in einer Längsrichtung erstreckt
und welche einen Innenleiter aufweist sowie einen Außenleiter, wobei zwischen dem
Innenleiter und dem Außenleiter ein Isolationsmaterial angeordnet ist, welches den
Innenleiter umgibt und welches eine Oberfläche aufweist, welche zumindest teilweise
karbonisiert ist.
2. Leitung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Isolationsmaterial mittels Laserstrahlung,
insbesondere Infrarotlaserstrahlung, karbonisiert ist.
3. Leitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Oberfläche zumindest abschnittsweise
vollständig karbonisiert ist.
4. Leitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Oberfläche zumindest abschnittsweise
lediglich teilweise karbonisiert ist und wobei auf der Oberfläche eine insbesondere
leitfähige Struktur ausgebildet ist.
5. Leitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei diese einen ersten Längsabschnitt
aufweist, entlang welchem die Oberfläche des Isolationsmaterials vollständig karbonisiert
ist, und einen zweiten Längsabschnitt, entlang welchem die Oberfläche der Isolationsstruktur
lediglich teilweise karbonisiert und mit einer Struktur ausgebildet ist.
6. Leitung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei die Struktur als eine Filterstruktur
ausgebildet ist.
7. Leitung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Struktur in Längsrichtung periodisch
ausgebildet ist.
8. Leitung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei die Struktur mehrere Querbahnen aufweist,
welche quer zur Längsrichtung verlaufen.
9. Leitung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei die Struktur in Längsrichtung mäanderförmig
verläuft.
10. Leitung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, wobei die Struktur eine Hauptbahn aufweist,
von welcher ausgehend sich quer zur Längsrichtung eine Vielzahl an Querrippen erstreckt,
wobei vorzugsweise zumindest zwei Hauptbahnen ausgebildet sind, mit jeweils einer
Vielzahl von Querrippen, welche in Längsrichtung abwechselnd angeordnet sind und ineinandergreifen.
11. Leitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf das Isolationsmaterial
ein weiteres Isolationsmaterial aufgebracht ist, wodurch eine Isolierung ausgebildet
ist, in welche die karbonisierte Oberfläche eingebettet ist.
12. Leitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei diese als Koaxialleitung ausgebildet
ist, wobei das Isolationsmaterial als Dielektrikum dient.
13. Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei diese als geschirmte Ader ausgebildet
ist, wobei das Isolationsmaterial ein Adermantel ist und wobei der Außenleiter eine
Schirmung ist.
14. Verfahren zur Herstellung einer Leitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- ein Innenleiter mit einem Isolationsmaterial umgeben wird,
- eine Oberfläche des Isolationsmaterials zumindest teilweise karbonisiert wird, und
- das Isolationsmaterial mit einem Außenleiter umgeben wird.
15. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Oberfläche mittels eines Lasers,
insbesondere eines Infrarotlasers, karbonisiert wird.