Datenübertragungskabel

Abstract

 Datenübertragungskabel einer Standardimpedanz von 150Ω, mit

• wenigstens einem verdrillten Aderpaar, wobei die einzelnen Adern jeweils einen Leiter sowie eine den jeweiligen Leiter in Längsrichtung umschließende Isolierhülle aufweisen,
• wenigstens einer die Adern gemeinsam umgebenden Abschirmung,
• einem die Abschirmung außen allumschließenden Außenmantel, wobei
• der Durchmesser der einzelnen Adern (2A, 2B, 3A, 3B) ca. 1mm oder weniger beträgt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Datenübertragungskabel nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

[0002] Derartige Datenübertragungskabel werden beispielsweise in der "IBM-PC-Welt" zur Datenübertragung zwischen zwei Geräten verwendet. Der Begriff des "150 Ω Impedanzstandards" steht in der IBM-Welt stellvertretend für die spezifisch vorgegebenen - genau vom Kabel einzuhaltenen - Kennwerte, also beispielsweise die Impedanz bzw. den Wellenwiderstand, die Dämpfung, die Nahnebensprechdämpfung etc. Der Begriff "150Ω" ist dabei nicht exakt auf den Zahlenwert an sich beschränkt, sondern er bezeichnet den zentralen Wert eines Toleranzbandes in der "IBM-Welt" geeigneter Kabelimpedanzen, beispielsweise zwischen 135Ω und 165Ω.

[0003] In der 150 Ω IBM-Welt gibt es speziell das sogenannte "Typ-6 Kabel" zum Anschluß an den "IBM-Typ-1 Stecker". Dieses Datenübertragungskabel gewährleistet den 150 Ω Impedanzstandard der IBM-Welt und eignet sich beispielsweise für die Verbindung bzw. die Datenübertragung zwischen einem Patchpanelgerät und einem Computer. Durch eine Verdrillung der Adern sind die elektrischen Eigenschaften der einzelnen Adern eines Aderpaares gegen Erde gleich. Damit ergibt sich z.B. ein Aderpaar mit einem definierten Kapazitäts- und Induktivitätsbelag, bzw. mit einer definierten Impedanz (Wellenwiderstand).

[0004] Obwohl die elektrischen Eigenschaften des bekannten Datenübertragungskabels zufriedenstellend sind, wird es aufgrund der fortschreitenden elektronischen Integrationsdichte den Anforderungen der Elektronik- und Computerindustrie nur teilweise gerecht. So besitzen die TYP-1 Stecker ein Außenmaß in der Größenordnung mehrerer Zentimeter (z.B. 1cm * 4cm), was für viele Anwendungen zu groß ist.

[0005] Es ist daher Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Datenübertragungskabel zu schaffen, welches der zunehmenden Integrationsdichte der Mikroelektronik zumindest weitgehend gerecht wird.

[0006] Dieses Ziel wird bei einem gattungsgemäßen Datenübertragungskabel dadurch erreicht, daß der Durchmesser der einzelnen Adern ca. 1 mm oder weniger beträgt (Anspruch 1). Kabel mit derart dünnen Adern sind zwar prinzipiell bekannt. Nicht bekannt ist dagegen ein Kabel mit derart dünnen Adern, das an die 150Ω Impedanzwelt angepasst ist. Die Erfindung beruht somit auf der Erkenntnis, daß es entgegen einem bisherigen Vorurteil der Fachwelt bei sorgfältiger Auslegung des Kabels sehr wohl mit vertretbarem Aufwand möglich ist, ein Datenübertragungskabel der 150 Ω Impedanzwelt mit sehr dünnen Adern zu realisieren. In der Fachwelt wurde bisher das eingangs beschriebene Typ-6 Kabel verwendet, wobei seine elektrischen Eigenschaften ja auch keinen Anlaß zur Kritik lieferten. Darüberhinaus wurde die Weiterentwicklung derartiger Datenübertragungkabel außer Acht gelassen.

[0007] Im Grunde wurden die Möglichkeiten eines Datenübertragungskabel deutlich kleineren Durchmessers in diesem Bereich der Technik durch die Erfindung erstmals klar erkannt. Das erfindungsgemäße Datenübertragungskabel ermöglicht die Verwendung ca. zweimal bis viermal kleinerer Stecker. Die Verwendung kleinerer Stecker öffnet wiederum den Raum für eine höhere Integrationsdichte der Geräte, z.B. im Patchpanelbereich.

[0008] Zusammenfassend betrachtet wird ein Kabel geschaffen, daß beispielsweise für einen Anschluß an AMP-Stecker oder RJ-45-Stecker geeignet ist, so daß diese Stecker erstmalig zur Realisierung einer hohen Integrationsdichte in der 150 Ω - Welt eingesetzt werden können.

[0009] Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Datenübertragungskabel einen die Aderpaare gemeinsam umgebenden Zwischenmantel und/oder eine Bandierung auf (Anspruch 2). Der Zwischenmantel gewährleistet eine klar definierte Führung der inneren Aderpaare und trägt somit wesentlich zur Verwirklichung des erfindungsgemäßen Datenübertragungskabels bei.

[0010] Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung besteht der Zwischenmantel aus einem Kunststoffschaum, insbesondere einem brechbaren Kunststoffschaum, oder einem soliden Material (Anspruch 3). Damit wird ein Zwischenmantel realisiert, der zum Einen die klar definierte Führung gemäß Anspruch 2 ermöglicht. Darüberhinaus ist das derart ausgestaltete Kabel jedoch auch besonders leicht montierbar. Nach einer leichten Montierbarkeit bzw. Verarbeitbarkeit besteht insbesondere bei extrem dünnen Kabeln ein großes Bedürfnis, denn der Techniker muß sehr genau arbeiten und beispielsweise besondere Sorgfalt auf Abisoliervorgänge verwenden. Dieser Tatsache wird die vorliegende Variante der Erfindung gerecht. Der Zwischenmantel muß nicht mehr langwierig auf- und abgeschnitten werden, sondern kann bei der Installation vor Ort einfach - soweit erforderlich - "aufgebrochen" bzw. "abgebrochen" werden. Damit ergibt sich eine spürbare Vereinfachung und Verkürzung des zur Installation erforderlichen Arbeitsaufwandes. Besonders in Anbetracht der häufig sehr großen Anzahl herzustellender Geräteverbindungen ist die Ersparnis dieses hohe Aufmerksamkeit erfordernden Arbeitsganges nicht zu unterschätzen.

[0011] Die Flexibilität des gesamten Kabels wird durch die Isolierhüllen der einzelnen Adern sowie durch den Außenmantel gut gewährleistet. Der Gedanke des hier beschriebenen Zwischenmantels macht sich diese Tatsache insofern zunutze, als entgegen dem üblichen Weg - alle Kabelmäntel und Isolierhüllen des Datenübertragungskabels flexibel zu gestalten - der Zwischenmantel, für den eine geringfügig niedrigere Flexibilität genügt, aus einem brechbaren Kunststoffschaum gefertigt ist.

[0012] Nach einer vorteilhaften Variante der Erfindung weist das Datenübertragungskabel eine an der Innenwand des Zwischenmantels angeordnete Kunststoffolie auf (Anspruch 4). Die an der Innenseite des Zwischenmantels liegende Kunststoffolie wird bei der Kabelherstellung vor dem Aufbringen des Zwischenmantels um die Adern gelegt. Sie erleichtert das Aufbringen des Zwischenmantels bei der Fertigung und dient dazu, daß der Zwischenmantel mit den Adern verklebt.

[0013] Bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bestehen die einzelnen Leiter aus flexibler siebenfacher oder mehrfacher Litze, insbesondere aus blanker, verzinnter oder verzinkter Cu-Litze (Anspruch 5). Die Verwendung einzelner Litzen trägt wesentlich zum Erreichen der Flexibilität bei.

[0014] Nach einer besonders vorteilhaften Variante der Erfindung ist die Abschirmung zweilagig aus einer Abschirmungsfolie und einem Abschirmungsgeflecht aufgebaut (Anspruch 6). Damit ergibt sich eine sehr gute Abschirmung sowohl hoher als auch niedriger Frequenzen.

[0015] Nach einer weiteren besonders vorteilhaften Variante der Erfindung sind zwei Aderpaare nach Art eines Sternvierers miteinander verseilt (Anspruch 7). Der Sternvierer gewährleistet einen völlig symmetrischen Aufbau des Kabels, so daß die elektrischen Eigenschaften aller einzelnen Adern gegen Erde gleich sind. Zusätzlich ergibt sich eine im wesentlichen kreisförmige Außenform des Kabels, die eine leichte Verarbeitbarkeit gewährleistet: das Kabel ist nach allen Seiten hin besonders flexibel. Außerdem ist gewährleistet, daß die vier Adern innerhalb des Datenübertragungskabels unter optimaler Ausnutzung des ihnen zur Verfügung stehenden Raumes angeordnet sind. Durch die Verseilung nach Art eines Sternvierers liegen die Oberflächen der einzelnen Isolationen der vier Adern eng aneinander. Sie bilden so die räumlich geringstaufwendige Lösung einer Anordnung vierer Adern und Erreichen im wesentlichen die elektrische Spezifikationen und Werte wie bei einem herkömmlichen "großen" Datenübertragungskabel des 150 Ohm Impedanzstandards.

[0016] Ebenfalls liefert diese Anordnung der vier Adern die gegenüber äußerer Druckbeaufschlagung resistenteste und stabilste Form einer Aderanordnung. Da die vier Adern im wesentlichen bei jeweils gleichem Eigenquerschnitt symmetrisch um die Längsachse des Kabels herum verlaufen, weist das Datenübertragungskabel im Querschnitt die bereits angesprochene Kreisform auf. Neben dem Vorteil einer besonderen inneren Stabilität gegenüber äußerer Druckbeaufschlagung - und damit einhergehender Sicherstellung der elektrischen Eckwerte - hat dieser Aufbau für ein Datenübertragungskabel des 150 Ω Impedanzstandards den Vorteil, daß beim Einziehen des Kabels keine Spiralen entstehen und der Montageprozeß nicht gehemmt wird. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Variante der Erfindung sind den Unteransprüchen 8 bis 10 zu entnehmen.

[0017] Entgegen bisherigen Einschätzungen können mit einem derartigen Datenübertragungskabel kleinen Durchmessers auch bei Verwendung der Sternvierergeometrie gute Werte für die Near- und Cross- talk Dämpfung realisiert werden. Die Imviererkopplungen und die Nebensprecheffekte zwischen den verschieden Adern sind überraschend gut beherrschbar.

[0018] Nach einer anderen vorteilhaften Variante der Erfindung sind zwei Aderpaare miteinander paarverseilt (Anspruch 11). Die Paarverseilung gewährleistet die Symmetrie des einzelnen Aderpaares gegen Erde bei einer höheren Betriebskapazität.

[0019] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

[0020] Es zeigen:

Fig. 1

einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Datenübertragungskabel;

Fig. 2

einen Querschnitt durch einen Zwischenmantel des Datenübertragungskabels aus Fig. 1; und

Fig. 3

eine Längsansicht untereinander nach Art eines Sternvierers verseilter Adern.

[0021] Es folgt die Erläuterung der Erfindung und deren weiterer Vorteile anhand der Zeichnungen nach Aufbau und gegebenenfalls auch nach Wirkungsweise der dargestellten Erfindung.

[0022] Nach Fig. 1 besteht ein erfindungsgemäßes Datenübertragungskabel 1 aus vier Adern 2A, 2B, 3A, 3B, wobei jeweils die diagonal gegenüberliegenden Adern 2A und 2B sowie 3A und 3B ein zusammengehöriges Aderpaar 2, 3 zur Fortleitung elektromagnetischer Wellen bilden. Die einzelnen Adern 2A, 2B, 3A, 3B weisen einen Durchmesser von ca. 1mm auf. Bevorzugt ist ihr jeweiliger Durchmesser kleiner als 0,99 mm.

[0023] Damit ist das Datenübertragungskabel 1 in besonders vorteilhafter Weise für kleine Stecker - beispielsweise "RJ45"- bzw. AMP-Stecker - geeignet. Derartige Stecker für Durchdringtechnik - für Schnüre mit Lahn- oder Mischlitze - sind verwendbar für runde oder flach-ovale Schnüre bzw. Kabel. Ein einteiliges Gehäuse mit vorbestückten Kontakten ist nach FCC-Richtlinien und Telefon-Industrie standardisiert. Die Stecker sind mit verschiedener Polzahl und in verschiedenen Ausführungen erhältlich. Außerdem ist eine halb- oder vollautomatische Verarbeitung möglich (UL-gelistet unter E-81956 Spezifikation; Technische Daten: Produkt-Spezifikation: 108-1163 bzw. 1173; Verarbeitungs-Spezifikation 114-6016). Die Stecker besitzen typischerweise Außenmaße von ca. 10 mm * 5 mm, wobei der Abstand der einzelnen Steckkontakte bei ca. 1 mm liegt. Diesem Abstand sind die einzelnen Adern angepaßt. Der Durchmesser der Kabelseele liegt damit in der Größenordnung einiger mm. Das erfindungsgemäße Datenübertragungskabel ist den Geometrien dieser Stecker leicht anpaßbar.

[0024] Jede Ader 2A, 2B, 3A, 3B besteht bekanntermaßen aus einem metallischen Leiter 4, welcher der Weiterleitung elektrischer Ladungsträger dient, wobei die einzelnen Leiter 4 einen weitaus geringeren Durchmesser als 1mm aufweisen. Nicht dargestellt ist der Aufbau der einzelnen Leiter aus miteinander verflochtener Litze, insbesondere aus siebenfacher Cu-Litze (Skineffekt). Des weiteren weisen bekanntermaßen die einzelnen Adern 2A, 2B, 3A, 3B jeweils eine den Leiter 4 umgebende Isolierhülle 5 auf. Die Adern 2A, 2B, 3A, 3B sind von einer zentralen Längsachse C des Datenübertragungskabels 1 gleich weit entfernt. Dabei liegen die Adern 2A, 2B, 3A, 3B mit Oberflächenabschnitten ihrer jeweiligen Isolierhüllen 5 im Querschnitt der Fig. 1 strichartig aneinander an.

[0025] Die Leiter 4 der Adern 2A, 2B, 3A, 3B bilden die Eckpunkte eines Quadrates. Sie sind dabei nach Art eines Sternvierers miteinander verdrillt. Dies ist in Fig. 3 ergänzend dargestellt.

[0026] Die Geometrie des Sternvierers wird durch einen um den Sternvierer geformten Zwischenmantel 7 fixiert, der einen zusätzlichen mechanischen Schutz der dünnen Adern 2A, 2B, 3A, 3B gewährleistet. Der Zwischenmantel 7 wird vorteilhaft aus einem geschäumten Kunststoff gefertigt. Der geschäumte Kunststoff legt sich bei der Herstellung des Kabels dicht um die Kabelseele. Die daraus resultierenden Vorteile bei der Installation des Kabels wurden bereits vorstehend ausführlich erläutert. An der Inenseite des Zwischenmantels 7 kann zusätzlich eine dünne Kunststoffolie 6 liegen, die das Abisolieren des Zwischenmantels 7 erleichtert. Der Zwischenmantel 7 ist der Übersichtlichkeit halber in Fig. 2 auch separat abgebildet.

[0027] Eine Schirmfolie 8 ist außen um die vier Adern gewickelt. Sie dient der Abschirmung hoher Frequenzen. Diese Schirmfolie 8 ist des weiteren vollumfänglich von einem Gesamtschirm 9, insbesondere aus Kupfergeflecht umgeben bzw. umwickelt. Dieser Gesamtschirm 9 dient der Abschirmung des Niederfrequenzbereiches. Der Gesamtschirm 9 ist schließlich noch vollumfänglich von einem vorzugsweise flexiblen Außenmantel 10 umschlossen. Der Durchmesser des gesamten Kabels liegt damit typischerweise bei 5 bis 6 mm.

[0028] Mit diesem Aufbau ist es möglich, bei einem Aderdurchmesser kleiner 1 mm ein Datenübertragungskabel mit folgenden spezifischen Eigenschaften zu realisieren: einer Impedanz zwischen 135 Ω und 165 Ω im Frequenzbereich zwischen 3 Mhz und 20 Mhz, einer Impedanz zwischen 200 Ω und 270 Ω im Frequenzbereich um 38,4 kHz, einem Isolationswiderstand (insulation resistance) größer 16000 MΩ*km bei einer Gleichspannung von 500V und einer Erdunsymmetrie (capacitive unbalance) kleiner 1500 pF/km bei einer Frequenz von 1kHz.

[0029] Das in Fig. 1 im Querschnitt schematisch dargestellte Datenübertragungskabel weist ferner folgende Nahnebensprechungscharakteristik (near and cross talk) auf: bei einer Frequenz von 9,5 kHz: > 80dB, bei einer Frequenz von 38,4 kHz: > 75dB, bei einer Frequenz von 3 bis 5 MHz: > 58dB, und bei einer Frequenz von 12 bis 20 MHz: > 40dB. Ferner ist folgende Dämpfungscharakteristik realisierbar: bei einer Frequenz von 9,6 kHz: < 10 dB/km, bei einer Frequenz von 38,4 kHz: < 15 dB/km, bei einer Frequenz von 4 MHz: < 76 dB/km, bei einer Frequenz von 16 MHz: < 150 dB/km.

[0030] Typisch sind dabei jedoch folgende Dämpfungswerte: bei einer Frequenz von 9,6 kHz: ungefähr 5,6 dB/km, bei einer Frequenz von 38,4 kHz: ungefähr 8 dB/km, bei einer Frequenz von 4 MHz: ungefähr 38 dB/km, bei einer Frequenz von 16 MHz: < ungefähr 75 dB/km. Bei einer Prüfspannung von 900V /50Hz tritt bei 1 min kein Durchschlag auf.

[0031] Trotz des geringen Kabeldurchmessers gewährleistet das erfindungsgemäße Datenübertragungskabel damit eine hervorragende elektrische Charakteristik.

Ansprüche

1. Datenübertragungskabel einer Standardimpedanz von 150Ω, mit

a) wenigstens einem verdrillten Aderpaar, wobei die einzelnen Adern jeweils einen Leiter sowie eine den jeweiligen Leiter in Längsrichtung umschließende Isolierhülle aufweisen,

b) wenigstens einer die Adern gemeinsam umgebenden Abschirmung,

c) einem die Abschirmung außen allumschließenden Außenmantel,

dadurch gekennzeichnet, daß

d) der Durchmesser der einzelnen Adern (2A, 2B, 3A, 3B) ca. 1mm oder weniger beträgt.

2. Datenübertragungskabel nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
einen die Aderpaare (2, 3) gemeinsam umgebenden Zwischenmantel (7) und/oder eine Bandierung.

3. Datenübertragungskabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
der Zwischenmantel (7) aus einem Kunststoffschaum, insbesondere einem brechbaren Kunststoffschaum, oder einem soliden Material besteht.

4. Datenübertragungskabel nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch
eine an der Innenwand des Zwischenmantels (7) angeordnete Kunststoffolie (6).

5. Datenübertragungskabel nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die einzelnen Leiter (4) aus flexibler siebenfacher oder mehrfacher Litze, insbesondere aus blanker, verzinnter oder verzinkter Cu-Litze, bestehen.

6. Datenübertragungskabel nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Abschirmung zweilagig aus einer Abschirmungsfolie (8) und einem Abschirmungsgeflecht (9) aufgebaut ist.

7. Datenübertragungskabel nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
zwei Aderpaare (2, 3) nach Art eines Sternvierers miteinander verseilt sind.

8. Datenübertragungskabel nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch folgende elektrische Eigenschaften:

- eine Impedanz zwischen 135 Ω und 165 Ω im Frequenzbereich zwischen 3 Mhz und 20 Mhz,

- eine Impedanz zwischen 200 Ω und 270 Ω im Frequenzbereich um 38,4 kHz,

- einen Isolationswiderstand > 16*10⁹ Ωkm bei einer Gleichspannung von 500 V,

- eine Erdunsymmetrie < 1500 pF/km bei einer Frequenz von 1kHz.

9. Datenübertragungskabel nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch folgende Nahnebensprechcharakteristik:

- bei einer Frequenz von 9,5 kHz: > 80dB,

- bei einer Frequenz von 38,4 kHz: > 75dB,

- bei einer Frequenz von 3 bis 5 MHz: > 58dB,

- bei einer Frequenz von 12 bis 20 MHz: > 40dB.

10. Datenübertragungskabel nach einem Ansprüche 7 bis 9, gekennzeichnet durch folgende Dämpfungscharakteristik:

- bei einer Frequenz von 9,6 kHz: < 10 dB/km, insbesondere ungefähr 5,6 dB/km,

- bei einer Frequenz von 38,4 kHz: < 15 dB/km, insbesondere ungefähr 8 dB/km,

- bei einer Frequenz von 4 MHz: < 76 dB/km, insbesondere ungefähr 38 dB/km,

- bei einer Frequenz von 16 MHz: < 150 dB/km, insbesondere ungefähr 75 dB/km,

11. Datenübertragungskabel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß
zwei Aderpaare (2, 3) miteinander paarverseilt sind.

Zeichnung