Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Die in dieser Druckschrift vorgeschlagene elektromagnetische Abschirmung von Systemverkabelungen hat zur Aufgabe, * unter Vornahme einer Gewichtsoptimierung (bis zu 70% geringer als bei normalen metallischen Kabelschirmen) im Frequenzbereich beginnend von einigen MHz bis in den GHz-Bereich eine ähnliche oder bessere Abschirmwirkung zu erzielen, wie metallische Abschirmungen und dabei einfacher zu fertigen zu sein ; im HF/VHF/UHF Frequenzbereich das Schirmverhalten von metallischen Schirmen wesentlich zu verbessern, wobei auch hier eine Gewichtsreduzierung möglich ist.

Grundprinzip, auf dem die Idee aufbaut : Das Grundprinzip der Erfindung besteht darin, daß als Abschirmmaterial Faserverbund- werkstoffe mit hohem Anteil an elektrisch leitfähigen Fasern (z. B. Kohlefaser oder metallisierte Kohlefasern) verwendet werden. Als Maß für die Schirmwirkung eines Kabel- schirms dient im allgemeinen die sog. Transferimpedanz, die den Vergleich elektrischer Eigenschaften von Kabelschirmen erlaubt. Die Transferimpedanz ist aus folgenden Meß- größen bei einem Testaufbau gemäß VG 95373 Teil 15 (Meßverfahren für Kopplung und Schirmung, KS01) berechenbar : UOL <BR> <BR> Zut-<BR> <BR> <BR> <BR> IStörung UoL = Leerlaufspannung unter dem Schirm Istiirung= eingespeister Störstrom auf dem Schirm Bei metallischen Kabelschirmen ist bekannt, daß, außer bei einigen Spezialkabeln mit Mu- Metall, das dampfende Verhalten erst im oberen kHz-Bereich oder bei noch höheren Frequenzen einsetzt (siehe Bild 9 und 10 aus Veröffentlichung/1/), wobei vorausgesetzt ist, daß der Kabelschirm an beiden Enden rundum mit dem Steckergehäuse verbunden ist.

Dieses Ergebnis wird durch folgende Dämpfungsgleichung für Kabelschirme in Veröffent- lichung/2/bestätigt : <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> as = 20 log [ZO f/ (2 ZT)]/dB<BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> <BR> , uO = Permeabilitätskonstante (= 47c 107 AslVlm)<BR> <BR> <BR> <BR> f = Frequenz<BR> <BR> <BR> <BR> as Dämpfungswert ZT Transferimpedanz Diese Gleichung kann verwendet werden, wenn die Wellenlänge sehr viel größer ist, als die Kabelschirmlänge.

Der Beginn der Dämpfung im höheren kHz-Bereich ist im allgemeinen ausreichend, da bis zu diesen Frequenzen die Feldeinkopplung relativ gering ist bzw. das Übersprechen von Nachbarleitungen selbst bei eng benachbarter Leitungsführung mit 80 dB und mehr gedämpft erfolgt. Erst wenn Leitungslängen in einem System in den Bereich von 1/10 der Wellenlängen und größer kommen, ist der Einsatz von Kabelschirmen von größtem Interesse. So kann es ohne weiteres sein, daß z. B. bei Systemverkabelungslängen von maximal 3m ein Kabelschirm erst bei 10 MHz seine optimale Schirmwirkung besitzen muß. Außerdem sind auch noch andere Faktoren bzgl. dieser anzusetzenden Grenzfrequenz ausschlaggebend, wie z. B. die Signalcharakteristik von Nachbarleitungen oder die Frequenz des einfallenden elektromagnetischen Feldes.

Ergibt also die Analyse eines Systems und seiner Verkabelung, daß eine Abschirm- dämpfung erst im MHz-Bereich notwendig ist, so kann mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1 auf Kabelschirme aus Faserverbundwerkstoffen mit einem hohem Anteil an elektrisch leitfähigen Fasern ausgewichen werden. Neben dem eindeutigen Vorteil eines fast vernachlässigbaren Zusatzgewichts gegenüber dem nicht geschirmten Kabel erhält man hierdurch gleichzeitig den Vorteil der Korrosionsbeständigkeit.

Ergibt die Systemanalyse, daß auch für untere Frequenzen eine elektromagnetische Dämpfung notwendig ist, kann der Schirm aus Faserverbundwerkstoffen entweder mit einem metallischen Schirm oder mit einem Schirm mit hoher relativer Permeabilität kombiniert werden. Alternativ dazu könnten auch die Kunstfasern mit entsprechenden ferromagnetischen Materialien bedampft werden.

Stand der Technik, von dem die Erfindung ausgeht : Es ist bekannt, daß Kabelschirme aus elektrisch gut leitenden Materialien elektromagneti- sche Felder ab einer unteren Grenzfrequenz dann gut dämpfen, wenn sie an ihren Enden rundum mit Gerätegehäuse bzw. den Steckergehäusen verbunden werden. Werden nur unzureichende Steckerverbindungen verwendet oder Schirme überhaupt nicht mit dem Steckergehäuse verbunden, so schwindet die Dämpfung. Faserverbundwerkstoffe werden dabei nur als mechanischer Schutz erwähnt, wie einige der folgenden Patente zeigen.

US-Patent 5556697 : Semiconductive power cable shield Diese Erfindung geht davon aus, daß ein halbleitender Schirm direkt auf elektrische Leiter (speziell auf Stromkabel) aufgebracht wird, der dann von einer Isolationsschicht und einem äußeren Schirm umgeben ist. Die spezielle chemische Zusammensetzung des halbleitenden Schirms bietet die Vorteile eines geringeren Schrumpfverhaltens, einer geringeren Wasser- durchlässigkeit, einer besseren Verarbeitbarkeit im Vergleich zu anderen halbleitenden Schirmen sowie günstigere elektrische Eigenschaften. Im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung, in der zwischen elektrischem Leiter und dem Kabelschirm aus Faserverbund- werkstoff eine elektrische Isolationsschicht vorgesehen ist, wird bei US-Patent 5556697 der halbleitende Kabelschirm direkt auf den Leiter aufgebracht. Die Aufgabe der elektro- magnetischen Abschirmung kann damit nicht erfüllt werden.

US-Patent 5554678 : Electromagnetic shielding composite Aufgabe der Erfindung in US-Patent 5554678 ist die Festlegung von Verbundwerkstoffen, die eine elektromagnetische Abschirmung von Gehäusen für elektronische Geräte gewähr- leisten. Ziel ist hierbei, gute Abschirmwirkung in niedrigen und in hohen Frequenzberei- chen zu erreichen. Diese Aufgabe wird durch einen Verbundwerkstoff gelöst, der aus definierten Anteilen von Thermoplasten, leitenden Metallfasern und Kohlefasern besteht.

Hierbei werden grundlegende physikalische Eigenschaften der Kohlefasern, bzw. der Kohlefaser-enthaltenden Faserverbundwerkstoffe genutzt, die auch für die Kabelschirme- dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung-von Bedeutung sind. Weder die Aufgaben noch die Umsetzung gemäß US-Patent 5554678 in Form von Platten oder anders geform- ten Gehäusen überschneiden sich mit der vorliegenden Erfindung.

US-Patent 4538151 : Electro-magnetic wave absorbing material Aufgabe dieser Erfindung ist die Beschichtung von Metallflächen zur Absorption von elektromagnetischen Wellen (z. B. zur Radartarnung) über einen großen Frequenzbereich.

Erreicht wird dies aufgrund der Erfindung durch Mischung eines molekularen, syntheti- schen Kunstharzes mit hochleitfähigen Metallfasern und einem ferromagnetischem Material. Im Gegensatz zur vorliegenden Erfindung handelt es sich hierbei um eine hochsteife Beschichtung von Flächen zur Absorbtion von elektromagnetischen Wellen, die für einen Kabelschirm mit den gewünschten Eigenschaften nicht nutzbar ist.

Patent DE 195 45 559 A1 : Aufgabe dieser Erfindung ist die Entstörung elektrischer Baugruppen oder Schaltungen durch Ummantelung mit eingelagerten Absorbermaterial aus Ferriten oder Dielektrika mit polarisierten Partikeln.

Im Gegensatz hierzu setzt vorliegende Erfindung elektrische Leitfähigkeit eines nicht metallischen Materials voraus und unterscheidet sich dadurch, daß kein Absorbermaterial in Form eines Dielektrikum oder in Form von Ferriten benutzt wird.

Patent DE/EP 0528 611 Al : Aufgabe dieser Erfindung ist die Herstellung eines Leiters und Kabelartikels, welche Schutz bieten gegen geleitete Signale auf der Leitung und gestrahlter EMI (Elektro- Magnetischer Interference). Dies wird erreicht durch Verwendung von nur einer einzigen Lage von Material bestehend aus sphärischen Ferritpartikeln bzw. geformten Ferrit- partikeln, die innerhalb eines polymeren Binders/polymerer Matrix (z. B. Fluorocarbon, Polymer) verteilt sind.

Diese Erfindung unterscheidet sich dadurch von der vorliegenden Erfindung, daß weder sphärische Ferritpartikel, geformte Ferritpartikel noch eine polymere Matrix wie. Fluor- carbon"oder"Acrylate"benutzt wird, sondern ein elektrisch leitfähiges nicht-magneti- sches Material. Außerdem unterscheidet sich der, bei der vorliegenden Erfindung betroffe- ne Frequenzbereich von dem in Erfindung DE/EP 0528 611 A1 angegebenen wesentlich.

Alle weiteren Patentansprüche von DE/EP 0528 611 A1 berühren die elektromagnetische Abschirmung und die Unteransprüche nicht und sind somit bezüglich der vorliegenden Erfindung bedeutungslos.

Patent DE 298 02 010 : Aufgabe dieser Erfindung ist die Beseitigung von Kabelschwingungen/Vibrationen hervor- gerufen durch periodische Schwingungen der Adern durch deren Aderabstände und der damit verbundenen induktiven und kapazitiven unerwünschten Änderungen der Leitungs- charakteristik. Dies wird durch Einbringen von zusätzlichen Einfachleitungen aus nicht- metallischer Faser (u. a. auch Kohlenstofffaser) als weiteres Litzelement erreicht.

Diese Erfindung unterscheidet sich dadurch von der vorliegenden Erfindung, daß die Aufgabe der nichtmetallischen Fasern nicht in einer elektromagnetischen Dämpfung besteht, sondern diese nur als nichtinduktive Abstandshalter eingesetzt werden. Bei der vorliegenden Erfindung ist eine rundum Ummantelung elektrischer Leitungen Voraussetzung, um eine elektromagnetische Dämpfung zu erreichen. Außerdem folgt in DE 298 02 010 den metallischen Litzen eine Isolationsschicht, über der schließlich erst der Kabelschirm aufgebracht ist.

Alle Patentansprüche berühren nicht die elektromagnetische Abschirmung und die Unter- ansprüche und sind somit bezüglich der vorliegenden Erfindung nicht relevant.

Patent DE 39 40 293 : Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein Bandkabel zu schaffen, dessen äußere leitfähige Schicht eine, gegenüber dem Stand der Technik, verbesserte Flexibilität und Leitfähigkeit besitzt. Dies wird erreicht, indem das Bandkabel aus mehreren Signalleitern mit einem Schirm aus nicht leitfähigem Material umgeben wird, in dem aus hochschmelzenden Partikeln gewonnene Kohlefasern verteilt angeordnet sind und metallisch beschichtet werden.

Diese Erfindung unterscheidet sich von der vorliegenden grundsätzlich dadurch, daß in der vorliegenden Erfindung keine hochschmelzenden Partikel und keine Metallisierung ver- wendet werden. Außerdem beschränkt sich vorliegende Erfindung nicht auf einen Band- leiter, sondern ist auf jede Art von elektrischen Leiter anwendbar.

Alle weiteren Patentansprüche von DE 39 40 293 berühren nicht die elektromagnetische Abschirmung und die Unteransprüche und sind somit bezüglich der vorliegenden Erfin- dung bedeutungslos.

Patent DE 38 780 22 : Aufgabe dieser Erfindung ist die Montage eines Kabelschirmmantels zum Schutz gegen elektromagnetische Strahlen von Stromkabeln im niederfrequenten Bereich (< 100 kHz).

Dies wird erreicht durch Verwendung herkömmlicher metallischer Schirme und Montage mittels spezieller Schraubverbindung sowie der Benutzung von Multischichtisolation.

Vorliegende Erfindung unterscheidet sich dadurch, daß leitende, nicht metallische Mate- rialien als elektromagnetische Schirme verwendet werden, die ausschließlich für den hohen Frequenzbereich (> 1 MHz) einsetzbar sind und zwar sowohl bei Stromversorgungen als auch bei jeder beliebigen Signalleitung oder Mehrfachleitung.

Patent DE 34 38660 : Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein Kabel dahingehend zu verbessern, daß es einfacher hergestellt und gehandhabt werden kann. Dies wird erreicht werden, indem eine oder mehrere Leitungen, die jeweils von einem isolierenden Material umgeben sind, von einer gemeinsamen abschirmenden Schicht umhüllt ist, die aus einer Mischung aus Kunststoff mit elektrisch leitenden Partrikeln, bevorzugt Aluminium-Schuppen, besteht.

Diese Erfindung unterscheidet sich von vorliegender Erfindung dadurch, daß an Stelle von Kunststoff mit elektrisch leitenden Partikeln nur Kunststoffe ohne Zugabe von leitfähigen Partikeln (z. B. Kohlefaserstoff oder bezüglich der Leitfähigkeit vergleichbare nicht metalli- sche Stoffe) verwendet werden..

Auch bei den weiteren Ansprüchen 2 bis 5 dienen metallische Materialien als Basis für die Leitungsabschirmung, während sich die vorliegende Erfindung nur auf nicht-metallische, elektrisch leitfähige Stoffe bezieht.

Alle weiteren Ansprüche basieren auf den Ansprüchen 1 bis 5 oder behandeln nicht die in der Erfindung angegebenen Ansprüche.

Vorveröffentlchungen auf dem technischen Gebiet der Erf ndung : Das Verhalten elektromagnetischer Felder im Zusammenhang mit beliebigen Materialien bezüglich ihres Abschirmverhaltens ist zwar bekannt, bis heute liegen jedoch keine Kennt- nisse bzw. Veröffentlichungen hinsichtlich des Einsatzes nichtmetallischer Materialien zur Kabelschirmung gegenüber elektromagnetischen Feldern vor.

/1/W. Tauber, H. Oswald. Wirksamkeit von Signalschirmen. Mikrowellen Magazin, Vol. 14, No. 2,1988.

/2/D. Stoll. EMC-Elektromagnetische Verträglichkeit. Störbeeinglussung und Gegenmaßnahmen. Berlin : Elitera-Verlag 1976.

/3/A. Schwab. Elekromagnetische Vertrdglichkeit/EMV'98.6. Internationale Fachmesse und Kongreß für Elektromagnetische Verträglichkeit, 10.-12. Februar 1998. Berlin : VDE-Verlag 1998.

/4/Elektromagnetische Verträglichkeit 2. DIN Taschenbuch DKE Auswahlreihe.

Berlin, Köln : Beuth Verlag 1989.

Bezüglich der elektromagnetischen Schirmdämpfung von Materialien verschiedener elektrischer Leitfähigkeiten existieren mehrere Veröffentlichungen. Als Materialien mit niedrigen elektrischen Leitfähigkeiten werden vor allem mit metallischen Partikeln be- dampfte Kunststoffe behandelt. Der Einsatz reiner Faserstoffe mit Fasern geringer elektri- scher Leitfähigkeit wird für Zwecke der elektromagnetischen Abschirmung generell nicht betrachtet.

Nachteile des Stands der Technik : Nachteile der gegenwärtig verwendeten metallischen Kabelschirme sind insbesondere * die mit zunehmender Frequenz zunehmende Transferimpedanz durch den induktiven und kapazitiven Durchgriff des externen Kabelschirmstromes auf die inneren Leitern ; * das hohe Gewicht ; * die Gefahr der Korrosion und * die teuren Fertigungsverfahren.

Aufgabe der Erfindung : Aufgabe der Erfindung ist es, in großen und kleinen Systemen mit geringem zusätzlichen Gewicht die Verkabelung mit einem Überalles-Kabelschirm zur Vermeidung elektroma- gnetischer Verkopplungen (innerhalb des Systems sowie von externen Feldern) einzufuh- ren oder aber das Schirmverhalten metallischer Schirme im höheren Frequenzbereich we- sentlich zu verbessern. Damit kann auch sichergestellt werden, daß keine anderen ge- wichtsträchtigen EMV-Schutzmaßnahmen in Hinblick auf gestrahlte elektromagnetische Felder (sei es Abstrahlung oder Einstrahlung) notwendig werden. Die Gewichtserleich- terung kann entweder zur Energiereinsparung beitragen, zu längeren Flugzeiten (bei flie- genden Plattformen) bzw. weiteren Entfernungen (bei Lande-und Wasserfahrzeugen) oder zu höheren Geschwindigkeiten (bei Landfahrzeugen sowie bei fliegenden Plattformen).

Ein Verschlechtern des Systemverhaltens bezüglich des elektromagnetischen Verhaltens durch Alterung oder Korrosion kann durch die Erfindung praktisch ausgeschlossen werden.

Lösung der Aufgabe : Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruch l gelöst, deren Enden rundum mit den Steckergehäusen verbunden werden. Als mechanischer Schutz wird dieser Schirm in einer beispielhaften Ausprägung wie üblich mit einem elek- trisch isolierenden Material (z. B. Silikon) überzogen. Der Einsatzbereich als elektromagne- tischer Schirm kann je nach Materialaufwand in einem bestimmten Frequenzbereich hin- sichtlich der unteren Grenzfrequenz und dem Dämpfungsverhalten variiert werden. Im allgemeinen beginnt das Dämpfungsverhalten, solange nicht mit metallischen Schirmen kombiniert, ab einigen MHz und hat dann für höhere Frequenzen ein besseres Verhalten als metallische Kabelschirme. Folgende Alternativen bieten sich als Lösungen der Aufgaben der Erfindung an : l. Falls ein Abschirmverhalten des Kabelschirms erst ab einigen MHz angestrebt wird : In diesem Fall genügt ein Kabelschirm gemäß Anspruch 1 ; 2. Falls der gesamte Frequenzbereich durch den Kabelschirmeinsatz gedämpft werden soll : In diesem Fall kann ein Kabelschirm gemäß Anspruch 2 verwendet werden.

Vorteile der Erfindung : Zentrale Vorteile der Erfindung sind eine deutlich höhere Abschirmwirkung gegenüber üblichen metallischen Schirmen im höheren Frequenzbereich sowie die Gewichtsredu- zierung bei Systemen ohne Einschränkung/Veränderung ihres elektromagnetischen Ver- haltens. Bei Verwendung von Faserverbundwerkstoffen bleibt der Kontakt zwischen Kabelschirm und Stecker unverändert und kann auch nicht durch Korrosionsbildung zwischen Kabelschirm und Stecker im Laufe der Einsatzjahre negativ beeinflußt werden.

Weiterer Vorteil der Erfindung ist bei Verwenden entsprechender Fasermaterialien eine hohe mechanische Robustheit (z. B. höhere Zugfestigkeit) des Kabels. Zudem benötigt die Herstellung von mit Faserverbundwerkstoffen geschirmten Kabeln weniger Energie gegenüber metallisch geschirmten Kabeln.

Zweidrahtleitungen und Koax-Kabel (gemäß Anspruch 5) können vorteilhaft so ausgelegt werden, daß abhängig von der zu übertragenden Signalbandbreite die Leitungen so gestal- tet werden können, daß die Übertragungsdämpfung frequenzunabhängig ist.

A usfiih rungsbeispiele :.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.

Figur 1 zeigt einen verdrillten Doppelleiter, bei dem jede der beiden Leiterfasern mit einer elektrischen Isolierschicht umgeben ist und der durch ein-gemäß einem Ausführungsbei- spiel für Anspruch 3-mit Gummilösung getränktes Kohlefasergeflecht elektromagnetisch geschirmt ist.

Figur 2 zeigt ein Leitungsbündel, das mit einem evtl. metallisch bedampftem Kohlefaser- geflecht elektromagnetisch geschirmt ist. Über diesem Geflecht ist außerdem ein elektrisch isolierender Mantel aufgezogen.

In Figur 3 werden entsprechend Anspruch 4 zwei unterschiedliche leitende Gewebe- schichten um das Leitungsbündel angeordnet. Auch hier wird das resultierende Kabel zum Schutz mit einem elektrisch isolierenden Mantel umgeben.

Figur 4 stellt beispielhaft ein Koaxialkabel dar, das aus einem Innenleiter aus hochleit- fähigem Metall und einem Außenleiter aus einem Kohlefasergeflecht besteht.

Figur 5 zeigt den Querschnitt eines geschirmten Einzelleiters gemäß Anspruch 4. In diesem Ausführungsbeispiel werden zwei elektrisch leitende Mäntel (je nach Einsatz- bereich z. B. eine Kohlefaserschicht und eine Schicht aus ferromagnetischem Material) miteinander kontaktierend aufgebracht. Diese Doppelschicht wird durch einen elektrischen Isolator vom metallischen Leiter im Zentrum getrennt.