[0001] Die Erfindung betrifft eine elektrische Leitung, insbesondere Datenleitung mit einem
von einer Schirmung umgebenen Übertragungskern, wobei der Übertragungskern konzentrisch
von einem Leitungsmantel umgeben ist.
[0002] Elektrische Leitungen weisen häufig eine Schirmung auf. Speziell bei Datenleitungen
dient diese Schirmung zur Abschirmung gegen äußere Störeinflüsse auf die Signalübertragung
innerhalb des Übertragungskerns. Ein Datenübertragungskabel mit einer Schirmung ist
aus der Druckschrift
WO 2013/159824 A1 bekannt. Gleichzeitig dient eine derartige Schirmung auch zur Abschirmung nach außen,
sodass also von dem Übertragungskern keine Störfelder in die Umwelt austreten. Derartige
Schirmungen sind speziell auch bei Leitungen zur Leistungsübertragung, speziell beispielsweise
bei Hochvolt - Leitungen erforderlich.
[0003] Die Schirmung ist regelmäßig als ein elektrisch leitfähiges Element ausgebildet,
welches den Leitungskern umgibt. Dabei stehen vielfältige Schirmvarianten zur Verfügung,
wie beispielsweise Folienschirme, Geflechtschirme (C-Schirme) oder Wendelschirme (D-Schirme)
oder Kombinationen hiervon. Für die Wirksamkeit der Schirmung ist es dabei erforderlich,
dass die Schirmung eine hohe Leitfähigkeit aufweist und in einem Anschlussbereich,
wo also die elektrische Leitung mit einer elektrischen Komponente wie beispielsweise
einen Stecker oder auch einem elektrischen Gerät, verbunden ist, mit einem Bezugspotential,
beispielweise Massepotential elektrisch kontaktiert ist. Dies ist bei der Konfektionierung
mit einem erhöhten Aufwand verbunden. Ein nicht oder nicht optimal mit dem Bezugspotential
kontaktierter Schirm zeigt nur eine schlechte Schirmwirkung oder führt sogar zu zusätzlichen
Störeinflüssen im Vergleich zu einer ungeschirmten Leitung.
[0004] Bei Leitungen, die häufigen Biegewechselbeanspruchungen ausgesetzt sind ist weiterhin
ein Kompromiss zwischen guter Schirmwirkung und geringer Steifigkeit zu wählen.
[0005] Bei Datenleitungen sind neben geschirmten Leitungen auch sogenannte ungeschirmte
Datenleitungen bekannt. Häufig sind hierzu verdrillte Aderpaare ohne Schirmung vorgesehen,
die für eine symmetrische Datenübertragung herangezogen werden (sogenannte unshielded
twisted pair, UTP). Derartige ungeschirmte Datenleitungen werden speziell bei low-cost
Anwendungen beispielsweise auch im Kraftfahrzeugbereich eingesetzt und bei solchen
Anwendungen, bei der keine übermäßig hohen Anforderungen an die Datenübertragungsqualität
und insbesondere Geschwindigkeit (Frequenz der übertragenen Datensignale) gestellt
werden.
[0006] Häufig werden symmetrische Datenleitungen für eine symmetrische Datenübertragung
eingesetzt. Bei dieser wird über eine erste Ader ein Signal und über eine zweite Ader
das invertierte Signal übermittelt und beide Signale gemeinsam ausgewertet. Zwei Adern
bilden dabei ein jeweiliges Aderpaar für eine symmetrische Datenübertragung.
[0007] Es werden zukünftig vermehrt Datenübertragungssysteme speziell für einpaarige Datenleitungen
ohne Schirmlage verlangt. Durch die Beschränkung z.B. auf ein Paar und den Entfall
der Schirmung werden sowohl Bauraum als auch Gewicht und Leitungskosten reduziert.
Dasselbe gilt in ähnlicher Weise auch für den Stecker und den Konfektionsprozess.
Besonders im Automobilbereich werden solche Übertragungssysteme gewünscht, da hier
der Bauraum begrenzt ist und durch Gewichtseinsparung sowohl das Fahrverhalten verbessert
als auch der Kraftstoff- bzw. Energiebedarf im Fahrbetrieb reduziert werden kann.
[0008] Allerdings liegen in einem Kabelkanal oder in einem Bordnetz eine Vielzahl von Leitungen
dicht gepackt direkt aneinander. Durch die geringen Abstände wird ein Störsignal von
der einen Leitung (Aggressor/Sender) auf die andere Leitung (OpferEmpfänger) überkoppeln
(sogenanntes Fremdnebensprechen).
[0009] Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine elektrische Leitung
mit einer Schirmung anzugeben, die kostengünstig herzustellen ist und gleichzeitig
eine im Vergleich zu den herkömmlichen Leitungen verbesserte Schirmwirkung erzielt.
[0010] Die Aufgabe wird gemäß Erfindung gelöst durch eine elektrische Leitung mit dem Merkmal
des Anspruchs 1. Die elektrische Leitung weist dabei einen Übertragungskern auf, welcher
von einer Schirmung umgeben ist. Der Übertragungskern insgesamt ist von einem Leitungsmantel
konzentrisch umgeben. Der Leitungsmantel selbst ist nunmehr zweilagig ausgebildet
und weist eine äußere Lage aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff, sowie eine
darunter angeordnete zweite Lage aus einem halbleitfähigen Material auf.
[0011] Diese Ausgestaltung geht grundsätzlich von der Überlegung aus, dass durch äußere
Störfelder hervorgerufene Störströme über die Schirmung in Längsrichtung der Leitung
abgeleitet werden. Für eine effektive Schirmwirkung ist dabei herkömmlich ein zuverlässiger
Abfluss der Störströme und insbesondere eine gute Kontaktierung des Schirmes mit Bezugspotential,
beispielsweise mit Massepotential im Bereich eines Anschlusses (Stecker oder Gerät)
erforderlich.
[0012] Der besondere Vorteil der hier vorgestellten Maßnahme mit der zweiten Lage aus einem
halbleitfähigen Material besteht nunmehr darin, dass anstelle eines derartigen Ableitens
der Störströme diese zumindest teilweise bereits innerhalb der zweiten Lage aufgrund
deren geringen Leitfähigkeit gedämpft werden. Die Energie der Störströme wird daher
zumindest teilweise und vorzugsweise vollständig in der zweiten Lage verbraucht. Diese
bildet daher insofern einen "Sumpf" für Störfelder, insbesondere äußere HF-Störfelder.
[0013] Ergänzend dient die äußere, herkömmliche Isolierlage zur Isolierung gegenüber der
Umgebung.
[0014] Durch die zweite halbleitende Lage ist daher insgesamt die Schirmeffektivität gegenüber
herkömmlichen ungeschirmten Leitungen verbessert. Gleichzeitig ist eine derartige
zweite Lage aus halbleitfähigem Material kostengünstig und in einfacher Weise aufzubringen.
[0015] Speziell wird die zweite Lage durch Extrusion, insbesondere durch Schlauchextrusion
auf den Übertragungskern oder auch auf eine den Kern umgebende Schirmlage aufgebracht.
[0016] Weiterhin weist der halbleitfähige Mantel eine Wanddicke auf, die um den Umfang des
Übertragungskerns insbesondere konstant ist. Die Wanddicke liegt zweckdienlicherweise
im Bereich zwischen 0,05 mm bis 1,2 mm und insbesondere im Bereich von 0,1 mm bis
0,3 mm. Speziell wird eine Wanddicke von 0,2 mm im Falle eines beispielsweise extrudierten
halbleitfähigen Mantels gewählt.
[0017] Der halbleitfähige Mantel weist alternativ oder ergänzend zum extrudierten Mantel
eine insbesondere aufbandierte Folie und/oder ein Vlies und/oder einzelne, insbesondere
nach Art einer Wicklung aufgebrachte Drähte mit entsprechend geringer Leitfähigkeit
auf. Bei Verwendung einer Folie oder auch eines Vlieses liegt die Wandstärke typischerweise
etwas unter den zuvor angegebenen 0,2 mm. Im Falle einer Folie wird beispielsweise
eine geeignet geschlitzte Folie, insbesondere metallkaschierte Kunststofffolie verwendet.
Durch die Schlitze wird die geringe Leitfähigkeit eingestellt.
[0018] Bevorzugt ist weiterhin auch die äußere Lage aus dem isolierenden Kunststoff durch
Extrusion aufgebracht. Die beiden Lagen werden dabei insbesondere durch Koextrusion
aufgebracht.
[0019] Alternativ zu der Extrusion der zweiten Lage wird diese beispielsweise durch eine
Bandierung aufgebracht. In jedem Fall erstrecken sich der Leitungsmantel sowie die
zweite Lage kontinuierlich über die gesamte Länge der Leitung.
[0020] Bei der äußeren Lage handelt es sich insbesondere um einen Außenmantel der elektrischen
Leitung, die von keinem weiteren Mantel konzentrisch umgeben ist.
[0021] Mehrere derartige elektrische Leitungen können zu einen Kabel oder Leitungsbündel
zusammengefasst sein.
[0022] Bei dem Übertragungskern handelt es sich allgemein um einen elektrischen Übertragungskern,
welcher vorzugsweise zur Datenübertragung oder alternativ zur Übertragung von elektrischer
Leistung ausgebildet ist.
[0023] Unter halbleitfähiges Material wird vorliegend allgemein ein Material verstanden,
dessen Leitfähigkeit deutlich geringer als die von Metallen ist, wie dies bei herkömmlichen
Schirmlagen der Fall ist. Speziell ist die Leitfähigkeit um zumindest den Faktor 10,
vorzugsweise um zumindest den Faktor 100 oder auch 1000 bis hin zum Faktor 10
6 geringer als die Leitfähigkeit von reinem Kupfer (jeweils bei 20°C).
[0024] Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist der Leitungsmantel unterhalb der zweiten
Lage, also in Richtung zum Übertragungskern hin, eine leitfähige Lage auf, welche
an der zweiten Lage elektrisch kontaktierend anliegt.
[0025] Diese Ausgestaltung beruht auf der Überlegung, dass speziell bei höherfrequenten
Störfeldern diese den Leitungsmantel und auch die zweite Lage durchdringen können,
dass diese also in der zweiten Lage nur teilweise gedämpft werden. Diese Anteile der
Störfelder treffen dann auf die leitfähige Lage auf und erzeugen in dieser Störströme.
Aufgrund des Skin-Effektes verlaufen diese an der Außenseite der leitfähigen Lage
und dringen daher wieder in die zweite Lage ein und werden dort weiter gedämpft. Insgesamt
wird dadurch die über die Störfelder eingebrachte Energie möglichst vollständig in
der zweiten Lage aufgebraucht.
[0026] Diese leitfähige Lage ist dabei in zweckdienlicher Weise als eine kostengünstig herzustellende
und aufzubringende Folie ausgebildet. Sofern hier von leitfähiger Lage gesprochen
wird, so wird hierunter allgemein eine Leitfähigkeit im Bereich von Metallen verstanden.
Bei der leitfähigen Folie handelt es sich dabei typischer Weise um eine übliche Schirmfolie,
die häufig als eine metallkaschierte KunststoffFolie, speziell eine Alu kaschierte
Kunststofffolie oder auch als Kupferfolie ausgebildet ist. Die Alu-Schicht kann dabei
ein oder auch beidseitig auf der Trägerfolie aufbracht sein. Die Gesamtdicke einer
derartigen Folie liegt typischerweise im Bereich zwischen 20 bis 100 µm, wobei die
Dicke der zumindest einen Metallschicht zumindest etwa 7m oder zumindest 10 µm und
beispielsweise bis hin zu 30 oder auch bis hin zu 50 µm beträgt. Derartige vergleichsweise
dünne Metallschichten im Bereich von 7 bis 20 µm sind für den hier angestrebten Anwendungsfall
ausreichend.
[0027] Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist zusätzlich zum Leitungsmantel, d.h. insbesondere
zusätzlich zu der zweiten Lage und der leitfähigen Lage, keine weitere Schirmlage
vorgesehen. Eine derartige elektrische Leitung besteht daher aus dem Übertragungskern,
einer diesen gegebenenfalls umgebende Folie als leitfähige Lage, der zweiten Lage
aus halbleitfähigen Material sowie der äußere Isolierlage.
[0028] Eine derartige Leitung ist insbesondere als Ersatz von bisher ungeschirmten Datenleitungen,
beispielsweise ungeschirmte verdrillte Datenleitungen (UTP-Leitungen) verwendet. Durch
die Schirmwirkung der aufextrudierten zweiten Lage aus halbleitfähigen Material und
der damit einhergehenden Dämpfung von unerwünschten Störströmen wird eine erhebliche
Verbesserung bei der Datenübertragung erzielt.
[0029] Durch die Dämpfung der Störströme in der zweiten Lage wird dabei die eingetragen
Störenergie vorzugsweise vorständig innerhalb der zweiten Lage verbraucht. Allgemein
wird ergänzend der besondere Vorteil erzielt, dass für die angestrebte Schirmwirkung
- anders als bei herkömmlichen Schirmen - keine Kontaktierung der Schirmung im Anschlussbereich
erforderlich ist.
[0030] In zweckdienlicher Ausgestaltung ist daher auch im konfektionierten Zustand, wenn
also endseitig an einem Ende der elektrischen Leitung eine elektrische Komponente
angeschlossen ist, die Schirmung gerade nicht elektrisch kontaktiert, also beispielsweise
nicht mit einem Massepotential verbunden. Die Schirmung ist in diesem Fall durch die
zweite Lage ggf. in Kombination mit der darunter liegenden leitfähigen Lage gebildet.
Dies hat den entscheidenden Vorteil dass der Konfektionierungsaufwand gering gehalten
ist und dass insbesondere auf herkömmliche (Anschluss-) Komponenten zurückgegriffen
wird, die auch für herkömmliche, ungeschirmte Leitungen herangezogen werden. Sämtliche
Prozessschritte, Komponenten, wie Stecker etc. können unverändert (im Vergleich zu
bisherigen ungeschirmten Leitungen) beibehalten bleiben bei gleichzeitig deutlich
verbesserter Schirmwirkung.
[0031] Bei den Komponenten handelt es sich dabei insbesondere um Kontaktstecker oder aber
auch direkt um Verbraucher, die unmittelbar an der Leitung fest angeschlossen sind.
Allgemein ist daher bei dieser speziellen Ausführungsvariante auf eine Schirmkontaktierung
im Bereich der Komponenten und damit auf ein dezidiertes Anschlusskonzept für die
Schirmung verzichtet.
[0032] Bei diesen Datenleitungen handelt es sich dabei insbesondere um symmetrische Datenleitungen
mit zumindest einen Aderpaar, über das im Betrieb ein symmetrisches Signal übertragen
wird. Hierbei handelt es sich insbesondere um ein verdrilltes Aderpaar. Daneben werden
alternativ Viererverseilungen, wie beispielsweise der sogenannte der Sternvierer-Verseilverbund
als Übertragungskern eingesetzt.
[0033] Alternativ zu dieser low-cost Anwendung ohne Schirmkontaktierung wird der Leitungsmantel
mit der halbleitfähigen zweiten Lage bei herkömmlichen, geschirmten Leitungen, insbesondere
bei Koax-Leitung eingesetzt. Speziell in diesem Fall ist der Übertragungskern zumindest
von einer Schirmlage umgeben, um die dann wiederrum der Leitungsmantel aufgebracht,
insbesondere auf extrudiert ist. Diese Schirmlage ist im konfektionierten Zustand
insbesondere über eine Schirmkontaktierung im Bereich der Komponente angeschlossen
und mit Bezugspotential verbunden. Eine Derartige Schirmlage bildet dabei insbesondere
einen Außenleiter einer Koax-Leitung.
[0034] Bei der Schirmlage handelt es sich um eine herkömmliche, auch mehrschichtige Schirmlage,
die beispielsweise als Schirmgeflecht (C-Schirm) als ein durch Drahtumwicklungen gebildeter
Schirm (D-Schirm oder Wendelschirm) ausgebildet ist. Daneben werden auch Folienschirmungen
oder eine Kombination dieser Schirmtypen für einen mehrschichtigen Aufbau eingesetzt.
[0035] Auch bei einer derartigen herkömmlichen geschirmten Leitung wird mit dem speziellen
Leitungsmantel-Aufbau mit der halbleitfähigen zweiten Lage eine verbesserte Schirmwirkung
erzielt aufgrund der Dämpfung der Störströme in der zweiten Lage. Auch hier wird der
zuvor beschriebene Effekt ausgenutzt, dass Störströme aufgrund der höherfrequenten
Felder und durch den Skineffekt sich an der Außenseite der Schirmlage ausbreiten und
dadurch von der zweiten Lage gedämpft werden.
[0036] Bei der ersten Variante mit dem Übertagungskern aus ein oder mehreren Aderpaaren
ohne dezidierte (im konfektionierten Zustand mit Bezugspotential verbundener) Schirmlage
wird die Schirmung der Leitung ausschließlich durch den Leitungsmantel, nämlich ausschließlich
der zweiten halbleitfähigen Lage oder ggf. auch im Zusammenspiel mit der leitfähigen
Lage gebildet. Bei der zweiten Variante mit der zusätzlichen Schirmlage wird die (Gesamt-)Schirmung
durch die zweite Lage des Leitungsmantels (ggf. mit der zusätzlichen leitfähigen Lage)
in Kombination mit der Schirmlage gebildet.
[0037] Der spezifische Wiederstand des halbleitfähigen Materials ist allgemein vorzugsweise
größer 1 Ohm*mm
2/m und vorzugsweise größer 10 Ohm*mm
2/m. Der spezifische Wiederstand ist dabei typischerweise um zumindest zwei Zehnerpotenzen
höher beispielsweise im Vergleich zum spezifischen Wiederstand von Kupfer (bezogen
auf eine Umgebungstemperatur von 20°C). Weiterhin ist der spezifische Wiederstand
vorzugsweise kleiner als 1000 Ohm*mm
2/m und insbesondere kleiner als 100 Ohm*mm
2/m. Damit liegt der spezifische Wiederstand deutlich unterhalb der Wiederstände von
typischen Isoliermaterialien. Speziell liegt daher der spezifische Wiederstand im
Bereich zwischen 10 bis 100 Ohm*mm
2/m. Hierdurch ist eine gute Dämpfung gewährleistet.
[0038] Bei dem halbleitfähigen Material handelt es sich beispielsweise um einen leitfähigen
Kunststoff, also ein Kunststoff mit intrinsischer Leitfähigkeit.
[0039] Alternativ hierzu wird die geringe Leitfähigkeit durch einen isolierenden Kunststoff
mit darin eingebetteten leitfähigen Partikeln gebildet. Bei den Partikeln handelt
es sich dabei insbesondere um Kohlenstoff- oder Rußpartikel, oder auch um Kohlenstoff-Nanopartikeln.
Hierunter werden sogenannte Nanoflocken als auch Nanotubes etc. verstanden. Durch
die Kohlenstoffpartikel wird die gewünschte Leitfähigkeit erreicht. Der Anteil der
Partikel wird dabei derart gewählt, dass die obige gewünschte Leitfähigkeit beziehungsweise
der gewünschte spezifische Wiederstand eingestellt ist. Je nach Partikel und nach
gewünschtem spezifischen Wiederstand liegt der Füllgrad der Partikel beispielsweise
im Bereich zwischen 8 und 55 Vol% und insbesondere im Bereich zwischen 10 und 40 Vol%
bezogen auf das Gesamtvolumen der zweiten halbleitfähigen Lage.
[0040] Vorzugsweise werden für das halbleitfähige Material keine Metallteilchen und/oder
keine magnetischen, insbesondere keine ferromagnetischen oder magnetisierbaren Teilchen
verwendet. Derartige vergleichsweise harte Metallteilchen würden zu einem Werkzeugverschleiß
bei der Extrusion führen. Von daher wird auf diese Teilchen verzichtet.
[0041] Die halbleitfähige zweite Lage ist bei einer ersten Variante unmittelbar um den durch
die Adern gebildeten Übertragungskern angeordnet. Sie ist dabei insbesondere nach
Art eines (aufextrudierten) Schlauches ausgebildet.
[0042] Erfindungsgemäß ist zwischen dem Ubertragungskern, der genau ein Aderpaar oder auch
mehrere Aderpaare aufweist, und dem halbleitfähigen Mantel ein Zwischenmantel angeordnet,
sodass der halbleitfähige Mantel zum Aderpaar einen (Mindest-)Abstand aufweist. Dieser
liegt bei zumindest etwa 0,5 mm und beträgt insbesondere maximal 1,5 mm. Unter Abstand
wird hierbei der geringste Abstand zu einer jeweiligen Ader verstanden.
[0043] Der Zwischenmantel selbst besteht zweckdienlicherweise aus einem insbesondere massiven
Isolierwerkstoff, wie beispielsweise Polypropylen. Der Zwischenmantel bildet daher
ein geeignetes Dielektrikum aus, was sich positiv auf die Übertragung des insbesondere
symmetrischen Signals auswirkt.
[0044] Außenseitig ist die Datenleitung von einem weiteren äußeren Mantel aus einem Isolierwerkstoff
umgeben. Dies kann ein massiver Mantel oder auch ein geschäumter Mantel sein. Es können
auch Abstandselemente vorgesehen sein, sodass einander benachbarte Datenleitungen
auf definiertem Abstand zueinander gehalten sind.
[0045] Eine derartige Datenleitung weist daher insgesamt vorzugsweise ein (einziges) Aderpaar
auf, wobei das Aderpaar durch zwei Adern gebildet ist, bestehend aus einem Leiter,
insbesondere einem Litzenleiter aus miteinander verseilten Einzellitzen aus einem
leitfähigen Material, insbesondere Kupfer, einer Kupferlegierung oder auch Aluminium,
einer Aluminiumlegierung etc. Der Leiter ist von einer Aderisolierung umgeben. Der
Leiter weist typischerweise einen Durchmesser im Bereich von 0,3 mm bis maximal 1,2
mm, bevorzugt in einem Bereich von 0,3 mm bis 0,9mm auf. Der Durchmesser der Ader
liegt typischerweise im Bereich zwischen 0,7 mm bis 2,5 mm. Die beiden Adern sind
miteinander verseilt und von dem Zwischenmantel umgeben. Dieser weist typischerweise
einen Durchmesser auf, der dem 2-Fachen des Aderdurchmessers plus zuzüglich der Mindestwandstärke
des Zwischenmantels von vorzugsweise 0,5 mm entspricht.
[0046] Bei kleinen Leiterdurchmessern (0,3 mm) und entsprechend kleinem Aderdurchmesser
(0,7 mm) liegt daher der Durchmesser des Zwischenmantels bei etwa 2,4 mm. Dieser ist
anschließend von dem halbleitfähigen Mantel umgeben, der eine Wandstärke von etwa
0,2 mm aufweist, sodass sich ein Außendurchmesser dieses halbleitfähigen Mantels vorzugsweise
von etwa 3 mm ergibt. Schließlich ist dieser noch von einem Außenmantel umgeben, welcher
wiederum eine Wandstärke von beispielsweise 0,5 mm bis 1,5 mm aufweist.
[0047] Wie bereits ausgeführt, handelt es sich bei der Leitung gemäß einer ersten Ausführungsvariante
um eine symmetrische Datenleitung, bei der der Übertragungskern durch zumindest ein
Aderpaar für die Übertragung eines symmetrischen Datensignals gebildet ist. Hierbei
ist der Übertragungskern vorzugsweise durch zumindest ein verseiltes Paar oder auch
durch mehrere verseilte Paare oder auch eine Viererverseilung etc. gebildet. Gemäß
einer ersten Ausführungsvariante keine Paarschirmung vorgesehen. Vorzugsweise wird
bei dieser symmetrischen Datenleitung keine Schirmkontaktierung im Anschlussbereich
zu einer Komponente vorgenommen.
[0048] Schließlich kann die elektrische Leitung gemäß einer weiteren Ausführungsvariante
als Versorgungsleitung zur Versorgung eines Verbrauchers mit elektrischer Leistung
im Bereich von beispielsweise zumindest mehreren 10 W oder 100W oder auch im KW -Bereich
ausgebildet sein. Der Übertragungskern kann hierbei mehrere Leistungsadern mit einem
isolierten Leiter mit ausreichend großem Leiterquerschnitt aufweisen. Der Leiterquerschnitt
ist beispielsweise zur Übertragung von Strömen im Amper-Bereich ausgelegt.
[0049] Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert.
Diese zeigen jeweils in schematischen Darstellungen:
FIG 1 eine Querschnittdarstellung einer ersten beispielhaften Variante einer elektrischen
Leitung nicht gemäß der Erfindung,
FIG 2 eine Querschnittdarstellung einer zweiten beispielhaften Variante einer elektrischen
Leitung nicht gemäß der Erfindung,
FIG 3 eine Querschnittsdarstellung der elektrischen Leitung gemäß einer Ausführungsvariante
mit einem Zwischenmantel sowie
FIG 4 die elektrische Leitung der ersten beispielhaften Variante nach Fig. 1 in teilweise
geschnittener Ansicht und angeschlossen an einer Komponente.
[0050] In den Figuren sind gleichwirkende Teile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
[0051] Die in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Leitungen 2 sind im Beispiel jeweils als
Datenleitungen ausgebildet und weisen einen zentralen Übertragungskern 4 auf, welcher
von einen Leitungsmantel 6 umgeben ist. In allen Varianten weist der Leitungsmantel
6 eine äußere erste Lage 8 aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff sowie eine
unmittelbar darunter angeordnete zweite Lage 10 aus einem halbleitfähigen Material
auf. Der Leitungsmantel 6 liegt in den Beispielen der Figuren 1 und 2 unmittelbar
am Übertragungskern 4 an. Speziell handelt es sich bei dem Leitungsmantel 6 um einen
durch Extrusion ausgebildeten Leitungsmantel 6. Die beiden Lagen 8, 10 sind dabei
speziell durch Koextrusion ausgebildet. Der Leitungsmantel 6 ist nach Art einer Schlauchextrusion
auf den Übertragungskern 4 aufgebracht.
[0052] Die Leitung 2 gemäß der beispielhaften Variante der FIG 1 ist als eine symmetrische
Datenleitung mit im Beispiel vorzugsweise 2 Aderpaaren ausgebildet. Ein jeweiliges
Aderpaar 12 dient bei der Datenübertragung eines symmetrischen Datensignals zum Übertragen
einerseits des Signals und andererseits des invertierten Signals. Speziell handelt
es sich beim jeweiligen Aderpaar 12 um ein verdrilltes Aderpaar. Eine jeweilige Ader
14 ist gebildet durch einen zentralen Leiter 16, welcher von einem Isoliermantel 18
als Adermantel umgeben ist.
[0053] Bei der beispielhaften Variante gemäß der FIG 1 weist der Leitungsmantel 6 zusätzlich
noch eine leitfähige Lage 20 auf, welche insbesondere durch eine Folie, speziell eine
herkömmliche Schirmfolie gebildet ist. Es handelt sich speziell um eine Alu-kaschierte
Kunststofffolie. Die Metallseite ist dabei in Richtung zu der zweiten Lage 10 orientiert
und kontaktiert diese elektrisch leitend. Bei einer alternativen Variante ist auf
diese leitfähige Lage 20 verzichtet.
[0054] Im Unterschied hierzu handelt es sich bei der beispielhaften Variante gemäß der FIG
2 um eine Koax-Leitung, bei der der Übertragungskern 4 durch einen Innenleiter 22,
ein diesen unmittelbar umgebendes Dielektrikum 24 aus isolierendem Kunststoffmaterial
sowie durch einen am Dielektrikum 24 unmittelbar anliegenden Außenleiter 26 gebildet
ist. Der Außenleiter 26 definiert dabei zugleich eine Schirmlage 28. Diese Schirmlage
28 weist im Beispiel einen mehrschichtigen Aufbau mit einem Geflecht 30 und einer
Schirmfolie 32 auf. Die Schirmfolie 32 ist vorzugsweise außenseitig angeordnet, kann
alternativ jedoch auch innenseitig zum Geflecht 30 angeordnet sein. Auch hier ist
wiederum von Bedeutung, dass die Schirmlage 28 mit der zweiten halbleitfähigen Lage
10 in elektrischen Kontakt steht. Die zweite halbleitfähige Lage 10 umgibt die Schirmlage
28 unmittelbar und ist insbesondere als aufextrudierter Mantel ausgebildet.
[0055] Bei Auftreten von äußeren Störfeldern im Hochfrequenzbereich, speziell im Bereich
von 1 bis 5000 MHz dringen diese Hochfrequenten Störfelder in den Leitungsmantel 6
ein und durchdringen diesen. Aufgrund der Leitfähigkeit der zweiten Lage 10 werden
die hochfrequenten Störfelder in dieser zweiten Lage 10 stark gedämpft, d. h. ihre
Energie wird zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig in der zweiten Lage 10
in Wärme umgesetzt.
[0056] Anteile des äußeren Störfeldes, die durch die zweite Lage 10 hindurch dringen, treffen
dann im Falle der beispielhaften Variante gemäß der FIG 1 auf die leitfähige Lage
20 beziehungsweise auf die Schirmlage 28 bei der, beispielhaften Variante der FIG
2 auf. In dieser werden dann Störströme erzeugt, die in Längsrichtung der Leitung
2 propagieren. Aufgrund des Skineffekts breiten diese sich an der äußeren Seite der
leitfähigen Lage 20 beziehungsweise der Schirmlage 28 aus und gelangen aufgrund der
unmittelbaren Nachbarschaft in die zweite Lage 10 und werden dort weiter gedämpft.
[0057] Durch den speziellen Aufbau des Leitungsmantels 6 ist daher allgemein eine verbesserte
Schirmwirkung durch eine Schirmdämpfung erzielt. Eingebrachte Störenergie wird in
der zweiten Lage 10 in Wärme umgewandelt.
[0058] Auch wird dadurch ein Fremdnebensprechen vermieden. Die in der leitfähigen Schicht
durch elektromagnetische Kopplung eingeprägten Ströme führen zu einer Abschwächung
des elektromagnetischen Feldes nach außen und dadurch zu einer geringeren Überkopplung
in benachbarte Leitungen (Fremdnebensprechen). Dies gilt speziell auch für die Ausführungsvariante
der Figur 3. Die Leitung 2 weist als Übertragungskern lediglich ein insbesondere verdrilltes
Aderpaar 12 auf, welches unmittelbar von einem Zwischenmantel 40 umgeben ist. Bei
diesem handelt es sich um einen insbesondere aufextrudierten Kunststoffmantel, der
ein Dielektrikum 24 bildet.
[0059] Der Zwischenmantel 40 ist wiederum von der zweiten halbleitfähigen Lage 10 unmittelbar
umgeben, die schließlich noch vom Außenmantel 8 umgeben ist. Letzterer dient der elektrischen
Isolation, dem Schutz vor Umwelteinflüssen oder auch als Abstandshalter. In einer
alternativen Variante kann noch eine leitfähige Lage 20 ausgebildet sein.
[0060] Speziell bei low-cost Anwendungen, vorzugsweise im Kraftfahrzeugbereich, wird der
hier beschriebene Aufbau mit dem Zwischenmantel 40 dazu ausgenutzt, um herkömmliche
ungeschirmte Leitungen, speziell Datenleitungen, insbesondere ungeschirmte symmetrische
Datenleitungen durch eine mit einem derartigen Leitungsmantel 6 versehene Leitung
2 (symmetrische Datenleitung) zu ersetzen. Gleichzeitig werden hierbei aber die herkömmlichen
Komponenten für die ungeschirmte Datenleitung sowie die herkömmlichen Prozessschritte
beibehalten. Insbesondere erfolgt in einem Anschlussbereich zu einer Komponente 34
keine Schirmkontaktierung. Der jeweilige Schirm der Leitung 2 wird daher an der Komponente
34 gerade nicht - wie sonst üblich - mit einem Bezugspotenzial, insbesondere Massepotential
elektrisch verbunden.
[0061] Dieses Konzept illustriert die FIG 4. Aus dieser ist zu entnehmen, dass die Leitung
2 beispielsweise gemäß der FIG 1 oder der FIG 3 in die lediglich stark vereinfachte
dargestellte Komponente 34 durch eine Eintrittsöffnung eingeführt wird. Dabei wird
der Leitungsmantel 6 beispielsweise mit durch die Öffnung hindurch geführt. Die Öffnung
ist üblicherweise abgedichtet, beispielsweise durch einen Dichtring, eine Tülle oder
durch umlaufende Stege, die in den Leitungsmantel 6 eingepresst sind. Bei der Komponente
34 handelt es sich beispielsweise um einen Stecker, welcher zum Anschluss an einen
Verbraucher dient. Alternativ handelt es sich bei der Komponente 34 direkt um einen
Verbraucher. In beiden Fällen wird die Leitung 2 durch die Öffnung eines Gehäuses
hindurch geführt.
[0062] Die einzelnen Adern 14 sind innerhalb der Komponente 34 vom Leitungsmantel 6 befreit
und auch der jeweilige Leiter 16 der jeweiligen Ader 14 ist abisoliert und endseitig
an einem Kontaktelement 36 angeschlossen. Hierbei handelt es sich beispielsweise um
Kontaktbuchen oder Kontaktstifte, die beispielsweise als Crimpkontakte ausgebildet
sind. Alternativ kann auch eine Schraubkontaktierung erfolgen.
1. Elektrische Leitung (2), insbesondere Datenleitung, mit einem von einer Schirmung
umgebenen Übertragungskern (4), der konzentrisch von einem Leitungsmantel (6) umgeben
ist, der eine äußere Lage (8) aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff sowie eine
darunter angeordnete zweite Lage (10) aus einem halbleitfähigen Material aufweist,
wobei der Übertragungskern (4) durch zumindest ein Aderpaar (12) gebildet ist und
das zumindest eine Aderpaar keine Paarschirmung aufweist, wobei zwischen dem Übertragungskern
(4) und der zweiten Lage (10) ein Zwischenmantel (40) angeordnet ist, so dass die
zweite Lage (10) zum Übertragungskern (4) einen Mindestabstand aufweist, der zumindest
etwa 0,5mm beträgt.
2. Elektrische Leitung nach dem vorhergehenden Anspruch, bei der die zweite Lage (10)
durch Extrusion, insbesondere zusammen mit der äußeren Lage (8) durch Koextrusion
ausgebildet ist.
3. Elektrische Leitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite halbleitfähige
Lage (10) eine Wanddicke im Bereich von 0,05 bis 1,2mm, insbesondere im Bereich von
0,1mm bis 0,3 mm aufweist.
4. Elektrische Leitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Leitungsmantel
(6) unterhalb der zweiten Lage (10) eine leitfähige Lage (20) aufweist, welche an
der zweiten Lage (10) elektrisch kontaktierend anliegt.
5. Elektrische Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Schirmung ausschließlich
durch die zweite Lage (10) gebildet ist.
6. Elektrische Leitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die an zumindest einem
Ende an einer elektrischen Komponente (34) angeschlossen ist, wobei die Schirmung
an der Komponente (34) nicht elektrisch kontaktiert ist.
7. Elektrische Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der zusätzlich zum Leitungsmantel
(6) zumindest eine Schirmlage um den Übertragungskern (4) angeordnet ist.
8. Elektrische Leitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der spezifische
Widerstand des halbleitfähigen Materials größer ist als 1 Ohm*mm2/m und vorzugsweise größer als 10 Ohm*mm2/m ist.
9. Elektrische Leitung nach dem vorhergehenden Anspruch, bei der der spezifische Widerstand
kleiner ist als 1000 Ohm*mm2/m und insbesondere kleiner als 100 Ohm*mm2/m.
10. Elektrische Leitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der es sich bei dem
halbleitfähigen Material um einen leitfähigen Kunststoff handelt
11. Elektrische Leitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das halbleitfähige
Material durch einen isolierenden Kunststoff mit darin eingebetteten leitfähigen Partikeln
gebildet ist, insbesondere Kohlenstoff-Partikel, wie Rußpartikel oder Kohlenstoff-Nanopartikel.
12. Elektrische Leitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das halbleitfähige
Material keine Metallteilchen und / oder keine magnetische, insbesondere keine ferromagnetischen
oder magnetisierbare Teilchen aufweist.
13. Elektrische Leitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Übertragungskern
(4) durch genau ein Aderpaar (12) gebildet ist, welches unmittelbar von dem Zwischenmantel
(40) umgeben ist, welcher als ein aufextrudierter Kunststoffmantel ausgebildet ist.
14. Elektrische Leitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Abstand zum
Ubertragungskern (4) maximal 1,5mm beträgt.
15. Elektrische Leitung nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei der Zwischenmantel
(40) aus einem vorzugsweise massiven Isolierwerkstoff, wie beispielsweise Polypropylen
besteht.
1. Electrical line (2), in particular data line, having a transmission core (4) surrounded
by a shielding, said transmission core (4) being concentrically surrounded by a line
sheath (6), which has an outer layer (8) made of an electrically insulating plastic
and a second layer (10) made of a semiconductive material arranged below said outer
layer (8), wherein the transmission core (4) is formed by at least one core pair and
the at least one core pair does not comprise any pair shielding, wherein an intermediate
sheath (40) is arranged between the transmission core (4) and the second layer (10),
so that the second layer (10) has a minimum distance from the transmission core (4),
which is at least about 0.5 mm.
2. Electrical line according to the preceding claim, in which the second layer (10) is
formed by means of extrusion, in particular together with the outer layer (8) by means
of co-extrusion.
3. Electrical line according to one of the preceding claims, wherein the second semiconductive
layer (10) has a wall thickness in the range from 0.05 to 1.2 mm, in particular in
the range from 0.1 mm to 0.3 mm.
4. Electrical line according to one of the preceding claims, in which the line sheath
(6) below the second layer (10) comprises a conductive layer (20), which lies against
the second layer (10) in an electrically contacting manner.
5. Electrical line according to one of the claims 1 to 3, in which the shielding is formed
exclusively by the second layer (10).
6. Electrical line according to one of the preceding claims, which is connected at at
least one end to an electrical component (34), wherein the shielding is not electrically
contacted at the component (34).
7. Electrical line according to one of claims 1 to 4, in which at least one shielding
layer is arranged around the transmission core (4) in addition to the line sheath
(6).
8. Electrical line according to one of the preceding claims, in which the specific resistance
of the semiconductive material is greater than 1 Ohm*mm2/m and preferably greater than 10 Ohm*mm2/m.
9. Electrical line according to the preceding claim, in which the specific resistance
is less than 1000 Ohm*mm2/m and in particular less than 100 Ohm*mm2/m.
10. Electrical line according to any of the preceding claims, in which the semiconductive
material is a conductive plastic
11. Electrical line according to one of the preceding claims, in which the semiconductive
material is formed by an insulating plastic with conductive particles embedded therein,
in particular carbon particles, such as soot particles or carbon nanoparticles.
12. Electrical line according to one of the preceding claims, in which the semiconductive
material does not contain any metal particles and/or no magnetic, in particular no
ferromagnetic or magnetizable particles.
13. Electrical line according to one of the preceding claims, wherein the transmission
core (4) is formed by exactly one core pair (12), which is directly surrounded by
the intermediate sheath (40), said intermediate sheath (40) being designed as an extruded-on
plastic sheath.
14. Electrical line according to one of the preceding claims, wherein the distance to
the transmission core (4) is a maximum of 1.5 mm.
15. Electrical line according to one of the two preceding claims, wherein the intermediate
sheath (40) consists of a preferably solid insulating material, such as polypropylene.
1. Ligne électrique (2), en particulier ligne de données, avec un noyau de transmission
(4) entouré d'un blindage, noyau de transmission (4) étant entouré concentriquement
par une gaine de ligne (6), qui comprend une couche extérieure (8) en matière plastique
électriquement isolante et une deuxième couche (10) en matériau semi-conducteur disposée
en dessous, dans laquelle le noyau de transmission (4) est formé par au moins une
paire de noyaux et la au moins une paire de noyaux ne comprend pas de blindage de
paire, dans laquelle une gaine intermédiaire (40) est disposée entre le noyau de transmission
(4) et la deuxième couche (10), de sorte que la deuxième couche (10) a une distance
minimale d'au moins environ 0,5 mm par rapport au noyau de transmission (4).
2. Ligne électrique selon la revendication précédente, dans laquelle la deuxième couche
(10) est formée par extrusion, en particulier avec la couche extérieure (8) par coextrusion.
3. Ligne électrique selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la deuxième
couche semi-conductrice (10) a une épaisseur de paroi comprise entre 0,05 et 1,2 mm,
en particulier entre 0,1 et 0,3 mm.
4. Ligne électrique selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la gaine
de ligne (6) sous la deuxième couche (10) comprend une couche conductrice (20), qui
s'appuie contre la deuxième couche (10) de manière à établir un contact électrique.
5. Ligne électrique selon l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle le blindage est
formé exclusivement par la deuxième couche (10).
6. Ligne électrique selon l'une des revendications précédentes, qui est reliée à au moins
une extrémité à un composant électrique (34), dans laquelle le blindage n'est pas
en contact électrique avec le composant (34).
7. Ligne électrique selon l'une des revendications 1 à 4, dans laquelle au moins une
couche de blindage est disposée autour du noyau de transmission (4) en plus de la
gaine du ligne (6).
8. Ligne électrique selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la résistance
spécifique du matériau semi-conducteur est supérieure à 1 Ohm*mm2/m et de préférence supérieure à 10 Ohm*mm2/m.
9. Ligne électrique selon la revendication précédente, dans laquelle la résistance respective
est inférieure à 1000 Ohm*mm2/m et en particulier inférieure à 100 Ohm*mm2/m.
10. Ligne électrique selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle le matériau
semi-conducteur est un plastique conducteur.
11. Ligne électrique selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle le matériau
semi-conducteur est formé par un plastique isolant, dans lequel sont noyées des particules
conductrices, en particulier des particules de carbone, telles que des particules
de suie ou des nanoparticules de carbone.
12. Ligne électrique selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle le matériau
semi-conducteur ne comporte pas de particules métalliques et/ou de particules magnétiques,
en particulier ferromagnétiques ou magnétisables.
13. Ligne électrique selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle le noyau
de transmission (4) est formé par exactement une paire de noyaux (12), qui est directement
entourée par la gaine intermédiaire (40), ladite gaine intermédiaire (40) étant conçue
comme une gaine en plastique appliqué par extrusion.
14. Ligne électrique selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la distance
au noyau de transmission (4) est au maximum de 1,5 mm.
15. Ligne électrique selon l'une des deux revendications précédentes, dans laquelle la
gaine intermédiaire (40) est constituée d'un matériau isolant de préférence solide,
comme par exemple du polypropylène.