CH701871A1 - Elektrooptisches Kabel. - Google Patents

Abstract

Ein elektrooptisches Kabel (1) zur Datenübertragung und/oder zur Energieübertragung, umfassend eine zentrale Bündelader (10), wobei in der zentralen Bündelader wenigstens ein Lichtwellenleiter (12a, 12b, 12c, 12d) angeordnet ist und wobei die zentrale Bündelader (10) von wenigstens einem ersten rohrförmigen und elektrisch leitenden Geflecht (20) in koaxialer Anordnung umgeben ist, zeichnet sich dadurch aus, dass der wenigstens eine Lichtwellenleiter (12a, 12b, 12c, 12d) lose in der zentralen Bündelader (10) vorliegt, wobei die zentrale Bündelader (10) einen Aussendurchmesser von höchstens 4 mm aufweist.

Description

Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung betrifft ein elektrooptisches Kabel zur Datenübertragung und/oder zur Energieübertragung, umfassend eine zentrale Bündelader, wobei in der zentralen Bündelader wenigstens ein Lichtwellenleiter angeordnet ist und wobei die zentrale Bündelader von wenigstens einem ersten rohrförmigen und elektrisch leitenden Geflecht in koaxialer Anordnung umgeben ist. Weiter bezieht sich die Erfindung auf eine Verwendung eines elektrooptischen Kabels.

Stand der Technik

[0002] Elektrooptische Kabel umfassen neben wenigstens einem Lichtwellenleiter einen oder mehrere elektrische Leiter. Über den wenigstens einen Lichtwellenleiter lassen sich z. B. in leitungsgebundenen Kommunikations- und Steuerungssystemen Daten und/oder Steuersignale optisch übertragen. Gleichzeitig kann über die elektrischen Leiter eine Energieversorgung erfolgen oder elektrische Signale werden unabhängig von den optischen Signalen übertragen. Da in einem einzelnen Kabel unterschiedliche Übertragungsmedien zu vereinen sind, werden elektrooptische Kommunikations- und Energiekabel auch als Hybridkabel bezeichnet.

[0003] Die WO 2007/006 167 A1 (Brugg Kabel AG) offenbart beispielsweise ein elektrooptisches Kommunikations- und Energiekabel, welches in einer zentralen Bündelader aus einem glatten, flexiblen Metallrohr, wenigstens einen Lichtwellenleiter mit einer primären Ummantelung, zwei koaxial zur Bündelader verlaufenden Schichten aus verseilten Metalldrähten, welche auch als Zug- und Querkraftentlastung dienen, und einen Aussenmantel umfasst. Im Metallrohr kann zudem eine die lose angeordneten Lichtwellenleiter umgebende Adernfüllmasse, z. B. ein Gel, vorliegen. Besteht das Metallrohr aus einem gut leitenden Material, können die Metalldrähte der Innenschicht allenfalls auch weggelassen werden.

[0004] Aus der US 5 557 698 (Beiden Wire & Cable Company) ist ein Kabel mit einem faseroptischen Kern, welcher von zwei koaxialen elektrischen Leitern umgeben ist, bekannt. Das Kabel ist insbesondere geeignet als Anschlusskabel für Videokameras oder für faserbasierte Computernetzwerke. Aufgrund der Kombination von Energie- und Datenübertragung in einem Kabel, kann das Gewicht und der Platzbedarf minimiert werden, was insbesondere in den Bereichen Flugzeugbau, Militär und Raumfahrt von Vorteil ist. Der faseroptische Kern besteht z. B. aus mehreren optischen Fasern, welche in einer gemeinsamen dielektrischen Ummantelung, z. B. einem polymeren Werkstoff vorliegen. Zudem liegt in der Ummantelung ein Zugentlastungselement, z. B. in Form von Aramidgarn mit Glasfaser-Epoxy-Stäbchen, als Schutz für die optischen Fasern vor. Der optische Kern ist von einem inneren und einem äusseren geflochtenen elektrischem Leiter umgeben. Die geflochtenen Leiter bestehen z. B. aus einem Kupfergeflecht und werden durch ein Dielektrikum, z. B. aus einem polymeren Material wie beispielsweise PE, PP, PTFE, auf Abstand gehalten. Der äussere elektrische Leiter ist zudem von einem Zugentlastungselement und einem Aussenmantel umgeben. Vorzugsweise enthalten der Aussenmantel und die Ummantelung des faseroptischen Kerns zudem eine Zugleine.

[0005] Die heute bekannten elektrooptischen Kabel vermögen in der Praxis, insbesondere unter harschen Bedingungen im militärischen Umfeld oder bei der Erdölförderung, nicht vollständig zu befriedigen. Oftmals sind die bekannten Kabel anfällig auf mechanische Einwirkungen, bzw. nicht ausreichend robust, die Biegbarkeit der Kabel ist stark eingeschränkt oder aber die Kabel weisen einen sehr voluminösen Aufbau auf.

[0006] Es besteht daher nach wie vor Bedarf nach einem elektrooptischen Kabel, welches die vorstehend genannten Nachteile nicht aufweist.

Darstellung der Erfindung

[0007] Aufgabe der Erfindung ist es, ein dem eingangs genannten technischen Gebiet zugehörendes elektrooptisches Kabel zur Datenübertragung und/oder zur Energieübertragung zu schaffen, welches gegenüber bekannten Kabeln kompakter, robuster und/oder flexibler ist und insbesondere einen optimierten minimalen Biegeradius aufweist.

[0008] Die Lösung der Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 definiert. Gemäss der Erfindung liegt der wenigstens eine Lichtwellenleiter lose in der zentralen Bündelader vor, wobei die zentrale Bündelader einen Aussendurchmesser von höchstens 4 mm aufweist.

[0009] Unter einem Geflecht wird im vorliegenden Zusammenhang insbesondere eine Anordnung aus mehreren regelmässig ineinander geschlungenen Strängen oder Bündeln aus einem biegsamen und elektrisch leitenden Material verstanden. Die einzelnen Stränge sind dabei insbesondere schiefwinklig, d. h. in einem Winkel grösser als 0° und kleiner als 90°, zueinander angeordnet und können beispielsweise aus einem oder mehreren Einzelelementen, wie z.B. Metalldrähten, bestehen.

[0010] Das Geflecht ist dabei insbesondere rohrförmig ausgebildet, wobei eine Längsmittelachse des Geflechts koaxial zu einer Längsmittelachse der zentralen Bündelader oder dem rohrförmigen Geflecht verläuft. Damit wird die zentrale Bündelader gleichmässig vom Geflecht umgeben. Mit Vorteil liegt das erste Geflecht direkt auf dem Kunststoffrohr der zentralen Bündelader auf.

[0011] Der wenigstens eine Lichtwellenleiter kann z.B. in Form einer Glasfaser aus einem Mineralglas oder aus einem Licht leitenden Kunststoff vorliegen. Bevorzugt werden dabei biegeoptimierte Glasfasern verwendet, wobei die Glasfasern zudem mit Vorteil über eine primäre Ummantelung aus Kunststoff verfügen. Ein Aussendurchmesser der Glasfaser mit der primären Ummantelung misst beispielsweise 125 µm bis 250 µm. Es sind aber prinzipiell auch andere Licht leitenden Elemente als Lichtwellenleiter einsetzbar. Je nach Verwendung werden Lichtwellenleiter mit Singlemodefasern oder Multimodefasern eingesetzt. Es sind aber auch andere Glasfasern einsetzbar, welche z.B. nicht speziell biegeoptimiert sind.

[0012] Wie sich gezeigt hat, ermöglicht die Kombination aus einer zentralen Bündelader mit einem lose angeordneten Lichtwellenleiter und einem Aussendurchmesser von höchstens 4 mm sowie einem koaxial darum herum angeordneten elektrisch leitenden Geflecht eine besonders kompakte und robuste Bauweise. Besonders bevorzugt weist die zentrale Bündelader dabei einen Durchmesser von höchstens 2.5 mm und noch weiter bevorzugt von höchstens 2.0 mm auf. Aufgrund der losen Anordnung des wenigstens einen Lichtwellenleiters, ist dieser zumindest in radialer Richtung frei beweglich in der zentralen Bündelader gelagert. Dadurch kann sich der wenigstens eine Lichtwellenleiter bei einer durch eine einwirkende Kraft hervorgerufene Deformation der zentralen Bündelader relativ zu dieser bewegen bzw. eine neue Relativposition zur zentralen Bündelader einnehmen. Die während der Deformation auf die zentrale Bündelader einwirkende Kraft wird damit nicht notwendigerweise auf den wenigstens einen Lichtwellenleiter übertragen. Dies ist bei einer fixen Anordnung der Lichtwellenleiter in der zentralen Bündelader nicht der Fall. Die zentrale Bündelader enthält daher vorzugsweise keine zusätzlichen Elemente, wie z.B. zugfeste Elemente. Mit anderen Worten enthält die zentrale Bündelader mit Vorteil ausschliesslich einen oder mehrere Lichtwellenleiter. Dadurch kann eine ausreichende Relativbewegung des wenigstens einen Lichtwellenleiters sichergestellt werden.

[0013] Die erfindungsgemässen Kabel verfügen auch bei geringem Kabeldurchmesser über unerwartet hohe Zug-, Querdruck- und Schlagbeständigkeiten. Aufgrund des rohrförmigen Geflechts ist die empfindliche zentrale Bündelader zudem auch vor punktuellen Einwirkungen, wie z.B. Nagetierbissen oder scharfkantigen Auflagebereichen, gut geschützt. Gleichzeitig weisen die erfindungsgemässen Kabel eine hohe Biegeflexibilität sowie einen äusserst geringen minimalen Biegeradius auf. Die erfindungsgemässen Kabel haben sich zudem für wiederholtes Auf- und Abwickeln als geeignet herausgestellt und sind somit gut trommelbar, was speziell für den mobilen Einsatz von Vorteil ist.

[0014] Der erfindungsgemässe Aufbau gewährleistet auch eine gute Konfektionierbarkeit der Kabel, da sowohl die Lichtwellenleiter als auch das elektrisch leitenden Geflecht gut zugänglich und an Steckverbinder anschliessbar sind.

[0015] Aufgrund der hohen mechanischen Festigkeit kann das erfindungsgemässe Kabel auch problemlos mit Spannkeilen abgespannt werden, ohne dass dabei die Gefahr einer Beschädigung besteht.

[0016] Bevorzugt ist der wenigstens eine Lichtwellenleiter in der zentralen Bündelader in einer fluiden Adernfüllmasse eingebettet. Bevorzugt liegt der wenigstens eine Lichtwellenleiter somit lose in der mit einer fluiden Adernfüllmasse gefüllten zentralen Bündelader vor. Damit ist der wenigstens eine Lichtwellenleiter in der fluiden Adernfüllmasse zumindest in radialer Richtung frei beweglich in der zentralen Bündelader gelagert. Die fluide Adernfüllmasse ist bevorzugt eine gelartige Masse oder ein feindisperses System aus mindestens einer festen und einer flüssigen Phase.

[0017] Die fluide Adernfüllmasse dämpft in Kombination mit der zentralen Bündelader im Besonderen kurzzeitige schlagartige Einwirkungen auf das erfindungsgemässe Kabel wirkungsvoll ab, was den wenigstens einen und empfindlichen Lichtwellenleiter bestmöglich schützt.

[0018] Mit Vorteil ist die zentrale Bündelader vollständig mit fluider Adernfüllmasse ausgefüllt. In der zentralen Bündelader liegen somit abgesehen von dem wenigstens einen Lichtwellenleiter und der fluiden Adernfüllmasse mit Vorteil keine weiteren Elemente vor. Mit anderen Worten enthält die zentrale Bündelader somit vorzugsweise ausschliesslich wenigstens einen Lichtwellenleiter und die fluiden Adernfüllmasse. Je nach Anwendung und Anforderungen an das erfindungsgemässe Kabel, kann grundsätzlich aber auch auf eine fluide Adernfüllmasse verzichtet werden.

[0019] Die zentrale Bündelader ist bevorzugt aus einem Kunststoffrohr gefertigt. Speziell in Kombination mit einer fluiden Adernfüllmasse können dadurch kurzzeitige, schlagartige Einwirkungen auf das erfindungsgemässe Kabel noch wirkungsvoller abgedämpft werden und gleichzeitig wird eine hohe Flexibilität des Kabels erreicht. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die zentrale Bündelader aus einem Kunststoffrohr gefertigt und enthält vorzugsweise ausschliesslich den wenigstens einen Lichtwellenleiter und die fluide Adernfüllmasse. Dadurch kann das Kabel im Hinblick auf die Flexibilität und Robustheit weiter optimiert werden.

[0020] Für spezielle Anwendungen kann es aber auch vorteilhaft sein, eine Bündelader aus einem Metallrohr, z. B. einem Stahlrohr, vorzusehen und/oder die zentrale Bündelader aus anderen Materialien als Kunststoff oder Metall zu fertigen.

[0021] Wie sich gezeigt hat, liegt ein Verhältnis zwischen einem Aussendurchmesser des ersten Geflechts und einem Aussendurchmesser des Kunststoffrohrs vorteilhafterweise im Bereich von 1.2-1.6, bevorzugt 1.35 -1.45. Damit kann die Biegeelastizität und mechanische Festigkeit des erfindungsgemässen Kabels bei kompakter Bauweise weiter optimiert werden.

[0022] Grundsätzlich sind aber auch andere Verhältnisse zwischen den Aussendurchmessern des Kunststoffrohrs und des ersten Geflechts möglich, sofern dies z. B. für bestimmte Anwendungen wünschenswert ist.

[0023] Ein Verhältnis eines Aussendurchmessers der zentralen Bündelader zu einem Innendurchmesser der zentralen Bündelader liegt mit Vorteil bei ca. 1.3 - 2.2, besonders bevorzugt bei ca. 1.6-1.7. Weiter bevorzugt weist die zentrale Bündelader einen Aussendurchmesser von 1.3-1.7 mm und/oder einem Innendurchmesser von 0.8-1.0 mm auf, wobei die zentrale Bündelader bevorzugt über eine Wandstärke von 0.2-0.4 mm verfügt. Bevorzugt besteht die zentrale Bündelader dabei aus einem Kunststoffrohr, insbesondere aus Polyamid, Polypropylen, Polybutylenterephthalat und/oder Polyethylen. Derartig ausgebildete zentrale Bündeladern sind gegenüber bekannten Bündeladern unüblich klein. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass derartig dimensionierte zentrale Bündeladern in Kombination mit dem ersten Metallgeflecht besonders vorteilhaft sind, da sowohl eine verbesserte Biegeelastizität als auch eine verbesserte Schutzwirkung für den wenigstens eine Lichtwellenleiter der zentralen Bündelader erreicht wird, ohne dass hierfür zusätzliche Verstärkungselemente in der zentralen Bündelader vorgesehen werden müssten. Dies trifft im besonderen Masse bei zentralen Bündeladern aus einem Kunststoffrohr und/oder bei zentralen Bündeladern mit einer fluiden Adernfüllmasse zu.

[0024] Grundsätzlich können aber auch anders dimensionierte zentrale Bündeladern eingesetzt werden, welche z. B. einen kleineren Aussendurchmesser als 1.3 mm oder einen grösseren Aussendurchmesser als 1.7 mm aufweisen. Auch ist es nicht zwingend, die vorstehend genannten Verhältnisse zwischen Aussen- und Innendurchmessern einzuhalten.

[0025] In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung sind in der zentralen Bündelader insgesamt vier Lichtwellenleiter angeordnet, welche mit Vorteil einen Aussendurchmesser von ca. 250 µm aufweisen. Insbesondere in Kombination mit einer zentralen Bündelader aus einem Kunststoffrohr und einem Aussendurchmesser von 1.3- 1.7 mm und/oder einem Innendurchmesser von 0.8-1.0 mm oder einem Kunststoffrohr mit einer Wandstärke von 0.2 - 0.4 mm wird bei vier Lichtwellenleitern der in der zentralen Bündelader zur Verfügung stehende Platz besonders effektiv ausgenutzt, während die Lichtwellenleiter dennoch optimal gegen mechanische Einwirkungen geschützt sind. Aufgrund der individuell einsetzbaren Lichtwellenleiter bietet das erfindungsgemässe Kabel in dieser Ausführung zudem eine hohe Flexibilität in Bezug auf die Einsatzmöglichkeiten.

[0026] Es ist aber prinzipiell möglich, mehr als vier und insbesondere bis zu acht Lichtwellenleiter in der zentralen Bündelader vorzusehen.

[0027] Es hat sich zudem als vorteilhaft erwiesen, wenn der wenigstens eine Lichtwellenleiter gegenüber der zentralen Bündelader eine Überlänge aufweist. Bevorzugt liegt die Überlänge dabei im Bereich von 0.05-0.2%. Die Überlänge bezieht sich dabei insbesondere auf eine Länge der zentralen Bündelader bei Raumtemperatur, d.h. ca. 20°C. Derartige Überlängen haben sich insbesondere in Kombination mit zentralen Bündeladern aus Kunststoffrohren mit einem Aussendurchmesser von 1.3 - 1.7 mm und/oder einem Innendurchmesser von 0.8 - 1.0 mm oder einer Wandstärke von 0.2 - 0.4 mm als geeignet erwiesen. Die Überlänge des wenigstens einen Lichtwellenleiters ermöglicht es, dass die unterschiedlichen Temperaturausdehnungskoeffizienten der wenigsten einen Glasfaser und der zentralen Bündelader, insbesondere bei zentralen Bündeladern aus Kunststoff, kompensiert werden können. Das erfindungsgemässe Kabel bleibt somit auch bei hohen Temperaturschwankungen voll funktionsfähig und nimmt keinen Schaden. Die erfindungsgemässen Kabel können bei Temperaturen von -55°C bis zu +85°C eingesetzt werden. Eine Lagerung der erfindungsgemässen Kabel ist gar in einem Temperaturbereich von -70°C bis zu +85°C möglich.

[0028] Grundsätzlich kann auch eine geringere oder eine grössere Überlänge der Lichtwellenleiter vorgesehen werden. Bei zu geringen Überlängen wird jedoch unter Umständen der Einsatzbereich der erfindungsgemässen Kabel verringert. Bei zu grossen Überlängen können auch bei geradlinig verlaufendem Kabel starke Biegungen des wenigstens einen Lichtwellenleiter resultieren, so dass die Lichtwellenleiter von Innen an die zentrale Bündelader gedrückt werden. Dies kann wiederum hohe Dämpfungen bei der Lichtübertragung hervorrufen, was natürlich unerwünscht ist.

[0029] Das erste elektrisch leitende Geflecht besteht vorzugsweise aus Metalldrähten, insbesondere aus Kupferdrähten, welche besonders bevorzugt über einen Durchmesser von 0.05 - 0.2 mm verfügen. Mit anderen Worten liegt das erste Metallgeflecht mit Vorteil als Drahtgeflecht oder Kupfergeflecht vor. In einer weiter bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei den Kupferdrähten um verzinnte Kupferdrähte. Geflechte aus Metalldrähten, und insbesondere Kupferdrähten, haben sich als besonders zweckmässig erweisen, da diese sowohl eine gute elektrische Leitfähigkeit aufweisen, als auch im Hinblick auf die mechanische Festigkeit und Flexibilität besonders vorteilhafte Eigenschaften aufweisen. Dies trifft im Besonderen auf Metalldrähte mit einem Durchmesser von 0.05-0.2 mm zu, wobei sich im vorliegenden Zusammenhang Metalldrähte mit einem Durchmesser von 0.13 - 0.17 mm als optimal erwiesen haben.

[0030] Grundsätzlich kann das erste Geflecht aber auch aus einem anderen leitfähigen Material bestehen. So ist es grundsätzlich denkbar, ein Geflecht aus leitfähigen Fasern, z.B. Kohlefasern, vorzusehen. Kohlefasern zeichnen sich insbesondere durch eine hohe mechanische Stabilität als auch eine gute elektrische Leitfähigkeit aus.

[0031] Es ist dabei auch denkbar, das erste Geflecht aus unterschiedlichen Materialien zu fertigen, wobei auch elektrisch leitende Materialien mit elektrisch nicht leitenden Materialien kombiniert werden können. Beispielsweise ist es denkbar, das erste Geflecht aus Metalldrähten, insbesondere Kupferdrähten, und hochfesten synthetischen Fasern, z. B. Aramidfasern, zu fertigen. Ebenso ist es möglich, von den angegebenen Drahtdurchmessern abzuweichen, was allerdings zu Lasten der Leitfähigkeit, der Flexibilität und/oder der mechanische Festigkeit gehen kann.

[0032] Besonders bevorzugt besteht das erste elektrisch leitende Geflecht aus 8-36 geflochtenen Bündeln von je 1-12 Metalldrähten. Als besonders geeignet haben sich Geflechte aus 15-17 Bündeln mit je 2-4 Drähten erwiesen. Ein Aussendurchmesser des ersten Geflechts misst dabei bevorzugt ca. 2.0 - 2.2 mm. Eine derartige Struktur des Geflechts ermöglicht im Zusammenspiel mit der erfindungsgemässen zentralen Bündelader eine besonders kompakte Bauweise und bringt insbesondere im Hinblick auf die Biegeflexibilität und mechanische Festigkeit des erfindungsgemässen Kabels Vorteile mit sich. Vorzugsweise beträgt der elektrische Widerstand des ersten Geflechts 15-40 Ω/km, besonders bevorzugt 20 - 28 Ω/km. Damit wird eine gute elektrische Leitfähigkeit in Kombination mit einer ausreichenden mechanischen Festigkeit des ersten Geflechts gewährleistet.

[0033] Es ist grundsätzlich aber auch möglich, ein anders ausgebildetes Geflecht vorzusehen, welches beispielsweise aus weniger als 8 Bündeln oder mehr als 36 Bündeln besteht. Auch die Anzahl an Metalldrähten pro Bündel kann prinzipiell grösser sein als 12 und der elektrische Widerstand kann kleiner als 15 Ω/km oder grösser als 40 Ω/km sein. Damit entfallen jedoch unter Umständen die vorstehen genannten Vorteile.

[0034] Mit Vorteil weist das erste elektrisch leitende Geflecht bezüglich einer Längsmittelachse des Geflechts oder der zentralen Bündelader einen Geflechtwinkel von 45 - 80°, bevorzugt 60-75°, auf. Der Geflechtwinkel bezeichnet mit anderen Worten die Abweichung des Drahtverlaufs im rohrförmigen Geflecht von der Längsmittelachse des Geflechts oder der Längsmittelachse der zentralen Bündelader. Wie sich gezeigt hat, spielt der Geflechtwinkel im angegeben Bereich eine entscheidende Rolle bezüglich einer optimalen Biegeflexibilität und mechanischen Festigkeit des erfindungsgemässen Kabels.

[0035] Prinzipiell können aber auch grössere oder kleinere Geflechtwinkel vorgesehen werden. Allerdings entfallen die vorstehend genannten Vorteile bei einer derartigen Wahl des Geflechtwinkels unter Umständen.

[0036] Mit Vorteil weist das erste elektrisch leitende Geflecht eine Flächenbedeckung von 80-99 %, bevorzugt 85 - 95 %, auf. Die Flächenbedeckung ist dabei insbesondere definiert als der Flächenanteil, welcher bei einer Projektion des rohrförmigen Geflechts auf die umhüllende Mantelfläche des rohrförmigen Geflechts abgedeckt wird. Da die Flächenbedeckung mit Vorteil höchstens 99 % beträgt, verfügt das Geflecht über Zwischenräume. Diese Zwischenräume erhöhen insbesondere bei einer Biegung des erfindungsgemässen Kabels die Biegeflexibilität, da insbesondere in gestauchten Bereichen zusätzlicher Freiraum vorliegt. Als besonders zweckmässig hat sich dabei eine Flächenbedeckung von 85-95 % erwiesen. Bei derartigen Flächenbedeckungen wird einerseits eine hohe Biegeflexibilität erzielt, andererseits ergibt sich eine hohe mechanische Festigkeit gegenüber Zug-, Querdruck- und Schlagbelastungen. Dies im Besonderen im Zusammenspiel mit einer zentralen Bündelader, insbesondere aus einem Kunststoffrohr, mit einem Aussendurchmesser von 1.3-1.7 mm und/oder einem Innendurchmesser von 0.8 - 1.0 mm oder einer Wandstärke von 0.2 - 0.4 mm.

[0037] Je nach Verwendungszweck des erfindungsgemässen Kabels kann es gegebenenfalls aber auch vorteilhaft sein, geringere Flächenbedeckungen als 80 % oder grössere Flächenbedeckungen als 99 % vorzusehen. Die Einsatzmöglichkeiten des erfindungsgemässen Kabels werden dadurch im Allgemeinen jedoch eingeschränkt.

[0038] In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist das erste elektrisch leitende Geflecht von einem koaxial angeordneten zweiten rohrförmigen und elektrisch leitenden Geflecht umgeben. Das erste elektrisch leitende Geflecht ist dabei insbesondere vom zweiten elektrisch leitenden Geflecht elektrisch isoliert. Durch ein zweites elektrisch leitendes Geflecht können die Einsatzmöglichkeiten des erfindungsgemässen Kabels weiter erhöht werden, da zwei unabhängige elektrische Leiter zur Verfügung stehen. Eine elektrische Isolierung des ersten und des zweiten elektrisch leitenden Geflechts kann, wie weiter unten im Detail ausgeführt, z. B. über eine Isolationsschicht erfolgen, welche zwischen den beiden Geflechten angeordnet ist.

[0039] Das erste elektrische Geflecht kann z.B. als Phasenleiter vorgesehen werden, während das zweite elektrisch leitende Geflecht als Neutralleiter oder Massenleiter fungiert. Dies hat den Vorteil, dass bei einer Beschädigung der äusseren Bereiche des Kabels auch bei hohen Spannungen oder Strömen keine unmittelbare Gefahr für Personen besteht, welche mit den beschädigten Bereichen in Kontakt kommen. Konfektionierte Kabel verfügen daher bevorzugt über verpolungssichere Steckverbinder an den Kabelenden. Besonders bevorzugt werden die Kabelenden mit hermaphroditischen Steckverbindern ausgestattet. Damit wird sichergestellt, dass das Kabel nicht versehentlich falsch angeschlossen wird.

[0040] Es versteht sich, dass zusätzlich zu den zwei elektrisch leitenden Geflechten weitere elektrische Leiter, insbesondere weitere Geflechte und/oder elektrische leitende Drähte, vorgesehen werden können. Prinzipiell ist es aber auch denkbar, auf das zweite elektrisch leitende Geflecht zu verzichten und stattdessen eine Lage aus verseilten elektrisch leitenden Drähten vorzusehen. Es kann aber auch vollständig auf das zweite Geflecht verzichtet werden.

[0041] Auch das zweite elektrisch leitende Geflecht besteht mit Vorteil aus Metalldrähten, insbesondere aus Kupferdrähten, welche besonders bevorzugt über einen Durchmesser von 0.05-0.2 mm verfügen. Besonders bevorzugt bestehen das erste elektrisch leitende Geflecht und das zweite elektrisch leitende Geflecht aus im Wesentlichen baugleichen Metalldrähten. Mit anderen Worten bestehen das erste elektrisch leitende Geflecht und das zweite elektrisch leitende Geflecht mit Vorteil aus Metalldrähten, welche aus demselben Material, insbesondere Kupfer, bestehen und dieselben Querschnittsflächen sowie dieselben Durchmesser aufweisen. Eine derartige Ausgestaltung des zweiten Geflechts ermöglicht sowohl eine besonders kompakte Bauweise als auch eine hohe Biegeflexibilität sowie mechanische Festigkeit des erfindungsgemässen Kabels.

[0042] Prinzipiell kann das zweite Geflecht jedoch auch anders ausgebildet sein, wobei denkbare Ausführungsformen bereits vorstehend im Zusammenhang mit dem ersten Geflecht erwähnt wurden. Die dort beschrieben Varianten sind entsprechend auch beim zweiten Geflecht denkbar. Dabei ist es auch möglich, das erste Geflecht und das zweite Geflecht unterschiedlich auszubilden.

[0043] Wie das erste elektrisch leitende Geflecht, besteht das zweite elektrisch leitende Geflecht insbesondere aus 8-36 geflochtenen Bündeln von je 1-12 Metalldrähten. Als besonders geeignet haben sich auch hier Geflechte aus 15-17 Bündeln mit je 2 - 4 Drähten erwiesen. Besonders geeignet sind eine Anzahl der geflochtenen Bündel des ersten elektrisch leitenden Geflechts und eine Anzahl der geflochtenen Bündel des zweiten elektrisch leitenden Geflechts gleich. Weiter bevorzugt ist zudem eine Anzahl der Metalldrähte der geflochtenen Bündel des ersten elektrisch leitenden Metallgeflechts gleich einer Anzahl der Metalldrähte der geflochtenen Bündel des zweiten elektrisch leitenden Metallgeflechts. Ein Aussendurchmesser des zweiten Geflechts misst bevorzugt zwischen 3.2 - 3.4 mm. Durch eine derartige Ausgestaltung des zweiten Geflechts kann eine noch kompaktere Bauweise realisiert werden und die Biegeflexibilität sowie die mechanische Festigkeit lassen sich weiter steigern.

[0044] Es ist jedoch möglich, das erste Geflecht und das zweite Geflecht unterschiedlich auszubilden sowie beim zweiten Geflecht weniger als 8 oder mehr als 36 Bündel vorzusehen. Auch die Anzahl an Metalldrähten pro Bündel kann grundsätzlich grösser als 12 sein, sofern dies zweckdienlich ist. Unter Umständen entfallen jedoch die vorstehend genannten Vorteile.

[0045] Mit Vorteil verfügt auch das zweite elektrisch leitende Geflecht bezüglich einer Längsmittelachse des Geflechts oder der zentralen Bündelader über einen Geflechtwinkel von 45-80°, bevorzugt 60-75°. Besonders vorteilhaft weisen das erste elektrisch leitende Geflecht und das zweite elektrisch leitende Geflecht im Wesentlichen einen identischen Geflechtwinkel auf. Im Zusammenspiel mit der Struktur des ersten Geflechts und der erfindungsgemässen zentralen Bündelader lassen sich dadurch insbesondere die Biegeflexibilität und mechanische Festigkeit der erfindungsgemässen Kabel weiter verbessern.

[0046] Grundsätzlich kann der Geflechtwinkel des zweiten Geflechts auch kleiner sein als 45° oder grösser als 80°. Auch möglich ist es, beim zweiten Geflecht einen zum ersten Geflecht unterschiedlichen Geflechtwinkel vorzusehen, sofern beispielsweise dies für spezielle Verwendungszwecke geeignet ist.

[0047] Eine Flächenbedeckung des zweiten elektrisch leitenden Geflechts ist mit Vorteil geringer als die Flächenbedeckung des ersten elektrisch leitenden Geflechts. Besonders bevorzugt ist die Flächenbedeckung des ersten elektrisch leitenden Geflechts um einen Faktor 1.3-1.5 grösser als die Flächenbedeckung des zweiten elektrisch leitenden Geflechts. Wie sich gezeigt hat, kann dadurch die Biegeflexibilität und die mechanische Festigkeit des erfindungsgemässen Kabels bei möglichst geringem Kabelgewicht insgesamt verbessert werden.

[0048] Prinzipiell können die Flächenbedeckungen des ersten elektrisch leitenden Geflechts und des zweiten elektrisch leitenden Geflechts jedoch auch gleich sein. Auch möglich ist es grundsätzlich, die Flächenbedeckungen des zweiten elektrisch leitenden Geflechts grösser zu wählen als die Flächenbedeckung des ersten elektrisch leitenden Geflechts. Dies hat sich jedoch als weniger zweckmässig erwiesen.

[0049] Konkret beträgt die Flächenbedeckung des zweiten elektrisch leitenden Geflechts mit Vorteil 50-90%, bevorzugt 60-70%.

[0050] Es sind aber grundsätzlich beim zweiten Geflecht auch geringere Flächenbedeckungen als 50% oder grössere Flächenbedeckungen als 90% möglich. Dies kann im Einzelfall sogar zweckdienlich sein.

[0051] Vorzugsweise beträgt der elektrische Widerstand des zweiten Geflechts 15-40 Ω/km, besonders bevorzugt 20-28 Ω/km. Mit Vorteil ist ein erster elektrischer Widerstand des ersten elektrisch leitenden Geflechts im Wesentlichen gleich wie ein zweiter elektrischer Widerstand des zweiten elektrisch leitenden Geflechts. Dies lässt sich z. B. durch eine geringere Flächenbedeckung des zweiten Geflechts gegenüber dem ersten Geflecht realisieren. Insgesamt wird dadurch die Stromleitung vereinfacht, da unabhängig vom elektrisch leitenden Geflecht jeweils gleiche Bedingungen vorliegen.

[0052] Es ist aber auch möglich, das zweite Geflecht mit einem vom ersten Geflecht verschiedenen elektrischen Widerstand auszubilden. Ebenso ist es möglich, ein zweites Geflecht mit einem elektrischen Widerstand von weniger als 15 Ω/km oder mehr als 40 Ω/km vorzusehen.

[0053] Ein Verhältnis eines Aussendurchmessers des zweiten Geflechts zu einem Aussendurchmesser des ersten Geflechts liegt mit Vorteil im Bereich von 1.3-1.8, insbesondere im Bereich von 1.5-1.65. Dadurch kann die Biegeflexibilität und die mechanische Festigkeit des erfindungsgemässen Kabels weiter optimiert werden.

[0054] Es ist aber auch möglich, vom angegebenen Verhältnis der Aussendurchmesser der beiden Geflechte abzuweichen. Dies kann z. B. für spezielle Anwendungen notwendig sein.

[0055] Weiter bevorzugt ist zwischen dem ersten elektrisch leitenden Geflecht und dem zweiten elektrisch leitenden Geflecht eine Isolationsschicht zur elektrischen Isolierung angeordnet. Sind zusätzliche elektrisch leitende Geflechte angeordnet, liegen mit Vorteil zwischen sämtlichen Geflechten Isolationsschichten vor. Unter einer Isolationsschicht ist im vorliegenden Zusammenhang insbesondere eine Schicht aus einem Material mit einem spezifischen elektrischen Widerstand von mehr als 10×10 Ωm zu verstehen. Durch die Isolationsschicht kann auf einfache Art und Weise eine effektive elektrische Isolierung zwischen den beiden elektrisch leitenden Geflechten erreicht werden. Aufgrund des Zusammenwirkens der Isolationsschicht und der beiden Geflechte ist es möglich, das erfindungsgemässe Kabel für Ströme von bis zu 15 A bei Wechselspannungen von bis zu 1000 V oder Gleichspannung Von bis zu 1500 V einzusetzen.

[0056] Es ist aber auch denkbar, die elektrisch leitenden Elemente, z.B. Metalldrähte, wenigstens eines Geflechts anstelle oder zusätzlich zur Isolationsschicht mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung zu versehen. Dadurch kann ebenfalls eine elektrische Isolation erreicht werden.

[0057] Bevorzugt besteht die Isolationsschicht aus einem Kunststoff, vorzugsweise aus thermoplastischen Kunststoffen, Polyamid, Ethylen-Propylen-Kautschuk (EPR), Polyethylen, und/oder Polyurethan. Insbesondere kann es auch vorteilhaft sein, einen flammhemmenden und nichtkorrosiven Kunststoff (»Flame Retardant Non-Corrosive»; FRNC) als Isolationsschicht vorzusehen. Die Isolationsschicht weist des Weiteren in einer radialen Richtung bevorzugt eine Dicke von 0.25 - 0.50 mm auf. Es hat sich herausgestellt, dass derartige Isolationsschichten besonders vorteilhaft sind. Nebst einer effektiven elektrischen Isolation verbessern diese Isolationsschichten im Zusammenspiel mit den beiden elektrisch leitenden Geflechten zudem die mechanische Festigkeit des erfindungsgemässen Kabels, ohne dass dadurch die Biegeflexibilität beeinträchtigt würde.

[0058] Besonders bevorzugt ist die Isolationsschicht auf das erste Geflecht aufextrudiert. Damit wird insbesondere ein mechanisch relativ stabiler Verbund zwischen dem ersten Geflecht und der Isolationsschicht geschaffen. Dies trifft im Besonderen im Falle einer Isolationsschicht aus Polyamid, Ethylen-Propylen-Kautschuk (EPR), Polyethylen, und/oder Polyurethan zu.

[0059] Das zweite Geflecht liegt vorzugsweise direkt auf der Isolationsschicht auf. Dies hat sich im Hinblick auf eine kompakte Bauweise als besonders vorteilhaft erwiesen.

[0060] Prinzipiell kann die Isolationsschicht aber auch aus anderen Materialien vorliegen. In Frage kommen z. B. nicht leitende Fasermaterialien. Ebenso kann von den angegebenen Dicken abgewichen werden, wobei bei geringeren Dicken jedoch sicherzustellen ist, dass eine ausreichende elektrische Isolation vorliegt. Grössere Dicken sind insbesondere in Bezug auf die Biegeflexibilität und eine kompakte Bauweise nachteilig.

[0061] In einer weiteren vorteilhaften Variante liegt im erfindungsgemässen Kabel zudem eine Zugentlastungslage vor. Die Zugentlastungslage besteht dabei insbesondere aus Kunstfasern, wobei es sich besonders bevorzugt um Aramidfasern handelt.

[0062] Mit Vorteil sind dabei das erste und/oder das zweite und/oder ein äusserstes elektrisch leitendes Geflecht von der Zugentlastungslage umgeben. Somit liegt die Zugentlastungslage bevorzugt ausserhalb der zentralen Bündelader und weiter bevorzugt auch ausserhalb des ersten elektrisch leitenden Geflechts und allfällig vorhandener weiterer elektrisch leitender Geflechte vor.

[0063] Sofern das erfindungsgemässe Kabel über genau zwei elektrisch leitende Geflechte verfügt, ist mit Vorteil das zweite elektrische leitende Geflecht von der Zugentlastungslage umgeben, wobei die Zugentlastungslage vorteilhaft direkt auf dem zweiten elektrisch leitenden Geflecht aufliegt.

[0064] Eine derartige Ausgestaltung und Anordnung der Zugentlastungslage hat sich als besonders geeignet erwiesen. Einerseits bleibt dadurch eine hohe Biegeflexibilität des erfindungsgemässen Kabels erhalten, andererseits kann die mechanische Festigkeit signifikant bei dennoch äusserst kompakter Bauweise verbessert werden.

[0065] Grundsätzlich kann aber auch auf eine Zugentlastungslage verzichtet werden oder es kann eine anders ausgebildete Zugentlastung vorgesehen werden, was die Verwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemässen Kabels einschränkt. Anstelle von Kunstfasern können die Zugentlastungselemente z.B. auch in Form von massiven Drähten aus hochfestem Metall oder Kunststoff vorliegen. Des Weiteren ist es auch denkbar, Zugentlastungslagen aus Kunstfasern mit weiteren Zugentlastungselementen, z.B. aus Metall, zu verstärken. Allenfalls wird dadurch jedoch die Biegeflexibilität reduziert.

[0066] Weiter verfügt das erfindungsgemässe Kabel bevorzugt über einen Aussenmantel, wobei der Aussenmantel je nach Anwendung insbesondere aus einem Polyamid, Ethylen-Propylen-Kautschuk (EPR), Polyethylen, Polyurethan und/oder thermoplastischen Elastomeren besteht. Der Aussenmantel schützt dabei die weiter innen liegenden Bereiche des Kabels vor mechanischen Einwirkungen und dem Einringen von Feuchtigkeit oder Nässe. Polyamid hat sich dabei als besonders zweckmässig erweisen, da dieses eine hohe Abriebfestigkeit und gleichzeitig eine hohe Flexibilität aufweist. Dadurch ist das erfindungsgemässe Kabel optimal geeignet für den mobilen Einsatz, wobei das Kabel häufig ab- und aufgetrommelt wird. Mit Vorteil ist der Aussenmantel zudem UV-beständig ausgeführt. Hierzu ist es z.B. auch möglich, Russpartikel in den Aussenmantel zu integrieren.

[0067] Für spezielle Anwendungen kann aber auch auf einen Aussenmantel verzichtet werden oder der Aussenmantel kann aus einem anderen Material als Polyamid gefertigt sein.

[0068] Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Kabels verfügt zusätzlich zur erfindungsgemässen zentralen Bündelader über ein darauf aufliegendes erstes metallisch leitendes Geflecht, eine auf das erste metallische Geflecht aufextrudierte Isolationsschicht, ein auf die Isolationsschicht aufgebrachtes zweites metallisch leitendes Geflecht, eine auf das zweite metallische Geflecht aufliegende Zugentlastungslage sowie einen auf die Zugentlastungslage aufgebrachten Aussenmantel.

[0069] Derartige erfindungsgemässe Kabel sind besonders kompakt, robust, gut biegbar und gleichzeitig flexibel einsetzbar. Weiter zeichnen sich diese Kabel auch durch ein geringes Gewicht von lediglich 20-40 g/m aus und können bei entsprechender Materialwahl vollständig halogenfrei ausgebildet sein.

[0070] Das erfindungsgemässe Kabel kann für verschiedenste Anwendungen eingesetzt werden. Beispielsweise als Übertragungsleitungen unter Wasser, insbesondere in offenen Gewässern und in Abwasserkanälen von Siedlungen, Gewerbe- und Industrie, sowie im Erdreich, insbesondere entlang von Strassen oder Schienen, in Rohranlagen und Kabelkanälen oder Gebäuden. Ebenso ist das erfindungsgemässe Kabel als Freileitung verlegbar. Im Speziellen ist das erfindungsgemässe Kabel unter harschen Bedingungen im militärischen Umfeld oder bei der Erdölförderung einsetzbar.

[0071] Aufgrund der grossen Robustheit in Kombination mit der hohen Flexibilität und einem geringen minimalen Biegeradius sind die erfindungsgemässen Kabel speziell für den mobilen Einsatz geeignet.

[0072] Das erfindungsgemässe Kabel ist z. B. zur Fernspeisung eines mobilen elektrischen Geräts und/oder eines mobilen elektrischen Stromversorgungsnetzes geeignet. Hierfür kann das Kabel beispielsweise als Verbindungsleitung in einer Anordnung mit zwei Spannungswandlern verwendet werden, wobei es sich insbesondere um einen fest verkabelten und einen regelbaren Spannungswandler handelt.

[0073] Die Anordnung umfasst beispielsweise einen ersten Spannungswandler, z.B. einen Transformator, und einen zweiten Spannungswandler, beispielsweise ebenfalls ein Transformator, wobei die beiden Spannungswandler über ein erfindungsgemässes Kabel elektrisch leitend verbunden sind. Mit dem ersten Spannungswandler wird beispielsweise die über das erfindungsgemässe Kabel zu übertragende elektrische Energie derart transformiert, dass eine möglichst hohe Spannung und geringe Stromstärke resultiert, was eine verlustminimierte Übertragung der elektrischen Energie ermöglicht. Mit dem zweiten Spannungswandler kann eine entsprechende Rücktransformation zu geringeren Spannungen und grösseren Stromstärken erfolgen, wie sie z.B. zum Betrieb eines Verbrauchers und/oder eines mobilen elektrischen Stromversorgungsnetzes geeignet sind.

[0074] Aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche ergeben sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen der Erfindung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0075] Die zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels verwendeten Zeichnungen zeigen: <tb>Fig. 1<sep>Eine Seitenansicht eines erfindungsgemässen elektrooptischen Kabels umfassend eine zentrale Bündelader mit vier Lichtwellenleitern, zwei durch eine Isolationsschicht beabstandeten elektrisch leitenden Geflechten sowie einer darum herum angeordneten Zugentlastungslage und einem Aussenmantel, wobei die einzelnen Kabelelemente schichtweise freigelegt sind; <tb>Fig. 2<sep>Einen Querschnitt durch das Kabel aus Fig. 1entlang der Linie A-A; <tb>Fig. 3<sep>Eine Anordnung mit zwei über ein Kabel aus den Fig. 1 und 2verbundenen Transformatoren zur Fernversorgung eines mobilen elektrischen Netzes.

[0076] Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Wege zur Ausführung der Erfindung

[0077] In Fig. 1 ist ein erfindungsgemässes elektrooptisches Kabel 1 in einer schematischen Seitenansicht entlang seiner Längsmittelachse 14 im Bereich des Kabelendes abgebildet. Die einzelnen Kabelelemente sind dabei in longitudinaler Richtung schichtweise freigelegt, um den Kabelaufbau zu verdeutlichen. Fig. 2zeigt entsprechend einen schematischen Querschnitt durch das im Querschnitt kreisrunde elektrooptische Kabel 1 entlang der Linie A-A in Fig. 1.

[0078] Das elektrooptische Kabel 1 verfügt über eine zentrale Bündelader 10 aus einem Kunststoff roh r 11 mit beispielsweise vier darin angeordneten Lichtwellenleitern 12a, 12b, 12c, 12d. Sämtliche vier Lichtwellenleiter 12a, 12b, 12c, 12d bestehen beispielsweise aus biegeoptimierten Glasfasern und sind jeweils von einer primären Ummantelung 13a, 13b, 13c, 13d umgeben. Je nach Verwendung werden Lichtwellenleiter mit Singlemodefasern oder Multimodefasern eingesetzt. Ein Aussendurchmesser jedes der vier Lichtwellenleiter 12a, 12b, 12c, 12d inklusive der primären Ummantelung 13a, 13b, 13c, 13d beträgt z. B. 250 µm. Die vier Lichtwellenleiter 12a, 12b, 12c, 12d mit ihren primären Ummantelungen 13a, 13b, 13c, 13d weisen in einer Längsrichtung des elektrooptischen Kabels 1 oder in einer Richtung parallel zur Längsmittelachse 14 des elektrooptischen Kabels 1 bei einer Temperatur von etwa 20°C eine Überlänge gegenüber dem Kunststoffrohr 11 von beispielsweise ca. 0.1 % auf.

[0079] Das Kunststoffrohr 11 der zentralen Bündelader 10 besteht z.B. aus Polyamid, Polypropylen, Polybutylenterephthalat und/oder Polyethylen und weist einen Innendurchmesser 11.1 von z. B. 0.8 - 1.0 mm sowie einen Aussendurchmesser 11.2 von beispielsweise 1.3-1.7 mm auf. Eine Wandstärke 11.3 des Kunststoffrohrs 11 misst entsprechend ca. 0.2 - 0.4 mm. Das Kunststoffrohr 11 ist vollständig mit einer fluiden Adernfüllmasse 15 in Form eines Gels gefüllt. Die vier Lichtwellenleiter 12a, 12b, 12c, 12d mit ihren primären Ummantelungen 13a, 13b, 13c, 13d sind in radialer Richtung sowie in begrenztem Masse auch in Längsrichtung beweglich in der fluiden Adernfüllmasse 15 eingebettet.

[0080] Die zentrale Bündelader 10 bzw. das Kunststoffrohr 11 ist von einem ersten elektrisch leitenden Geflecht 20 umgeben. Das erste Geflecht 20 ist rohrförmig ausgebildet und liegt direkt auf der Mantelfläche des Kunststoffrohrs 11 auf. Eine Längsmittelachse des ersten Geflechts 20 ist dabei koaxial zur Längsmittelachse 14 des elektrooptischen Kabels ausgerichtet. Das erste Geflecht 20 besteht beispielsweise aus sechzehn miteinander verflochtenen Bündeln und weist einen Aussendurchmesser 20.1 von ungefähr 2.0-2.2 mm auf. Ein Bündel 21 besteht z. B. aus drei Metalldrähten 22a, 22b, 22c, wobei es sich insbesondere um verzinnte Kupferdrähte mit einem Durchmesser von 0.13-0.17 mm handelt. Sämtliche sechzehn Bündel des ersten Geflechts 20 sind im Wesentlichen baugleich. Ein Geflechtwinkel 23.1, welcher als Winkel zwischen der Längsmittelachse 14 des elektrooptischen Kabels 1 und einer tangentialen Richtung 23 des Drahtverlaufs der Metalldrähte 22a, 22b, 22c gemessen wird, beträgt z. B. ungefähr 60 - 75°. Die Flächenbedeckung des ersten Geflechts liegt bei ca. 90 %. Der elektrische Widerstand des ersten Geflechts 20 beträgt z. B. ca. 22 Ω pro 1 km Kabellänge.

[0081] Das erste Geflecht 20 ist direkt von einer aufextrudierten Isolationsschicht 30 aus Polyamid umgeben, wobei eine Dicke 30.1 der Isolationsschicht 30, gemessen in radialer Richtung des elektrooptischen Kabels 1, beispielsweise ca. 0.25 - 0.50 mm beträgt.

[0082] Die Isolationsschicht 30 ist von einem zweiten elektrisch leitenden Geflecht 40 umgeben. Das zweite Geflecht 30 ist wie das erste Geflecht 20 rohrförmig ausgebildet und liegt direkt auf der Mantelfläche der Isolationsschicht 30 auf. Eine Längsmittelachse des zweiten Geflechts 30 ist ebenso koaxial zur Längsmittelachse 14 des elektrooptischen Kabels ausgerichtet. Das zweite Geflecht 30 besteht wie das erste Geflecht beispielsweise aus sechzehn miteinander verflochtenen Bündeln. Ein Aussendurchmesser 40.1 des zweiten Geflechts 40 misst ca. 3.2 - 3.4 mm. Ein Bündel 41 des zweiten Geflechts ist im Wesentlichen baugleich mit dem Bündel 21 des ersten Geflechts und verfügt entsprechend über drei Metalldrähte 42a, 42b, 42c, welche in Form von verzinnten Kupferdrähten mit einem Durchmesser von 0.13-0.17 mm vorliegen. Die Metalldrähte des ersten Geflechts 20 und des zweiten Geflechts 40 sind dabei im Wesentlichen identisch. Sämtliche sechzehn Bündel des zweiten Geflechts 40 sind im Wesentlichen baugleich. Ein Geflechtwinkel 43.1, welcher als Winkel zwischen der Längsmittelachse 14 des elektrooptischen Kabels 1 und einer tangentialen Richtung 43 des Drahtverlaufs der Metalldrähte 42a, 42b, 42c gemessen wird, beträgt z. B. ungefähr 60 - 75° und ist in etwa gleich gross wie der Geflechtswinkel 23.1 des ersten Geflechts 20. Hingegen ist die Flächenbedeckung des zweiten Geflechts 40 mit ca. 66 % jedoch geringer als die Flächenbedeckung des ersten Geflechts 20. Der elektrische Widerstand des zweiten Geflechts 40 beträgt wie beim ersten Geflecht 20 ca. 22 Ω pro 1 km Kabellänge.

[0083] Um das zweite Geflecht 40 herum ist eine Zugentlastungslage 50 angeordnet. Diese besteht bevorzugt aus einem Garn aus Aramidfasern, insbesondere mit einer Garnstärke von 800 - 4000 dtex. Die Zugentlastungslage 50 beinhaltet dabei Längsfäden, welche parallel zur Längsmittelachse 14 des elektrooptischen Kabels 1 verlaufen, als auch verseilte Fäden, welche die Längsmittelachse 14 schraubenlinienförmig umlaufen.

[0084] Um die Zugentlastungslage 50 herum ist ein Aussenmantel 60 aufgebracht. Der Aussenmantel 60 besteht je nach Anwendungszweck z. B. aus Polyamid, Ethylen-Propylen-Kautschuk (EPR), Polyethylen, Polyurethan und/oder thermoplastischen Elastomeren, wobei zur Verbesserung der UV-Beständigkeit optional Russpartikel beigemischt sein können. Der Aussendurchmesser des Aussenmantels 60 bzw. des elektrooptischen Kabels 1 beträgt, ca. 4-6 mm. Bevorzugt ist das für den Aussenmantel 60 verwendete Kunststoff weicher als das für die Isolationsschicht 30 und/oder das Kunststoffrohr 11 verwendete Kunststoff.

[0085] Fig. 3 zeigt schematisch eine Anordnung 100 zur Fernspeisung eines mobilen elektrischen Stromversorgungsnetzes. Die Anordnung 100 umfasst dabei einen ersten Spannungswandler in Form eines ersten Transformators 110 und einem zweiten Spannungswandler in Form eines zweiten Transformators 120, welche über das elektrooptische Kabel 1 aus den Fig. 1und 2 elektrisch miteinander verbunden sind. Das elektrooptische Kabel 1 verfügt dabei eine seinem ersten Ende über einen hermaphroditischen Steckverbinder 90a, welcher mit einer komplementären Steckerbuchse 111 des ersten Transformators 110 elektrisch leitend verbunden ist.

[0086] Ebenso ist das zweite Ende des elektrooptischen Kabels 1 mit einem zweiten hermaphroditischen Steckverbinder 90b ausgestattet, welcher entsprechend mit einer komplementären Steckerbuchse 121 des zweiten Transformators 120 elektrisch leitend verbunden ist.

[0087] Über einen ersten Netzanschluss 115 ist der erste Transformator 110 z.B. mit einem Stromversorgungsnetz (in Fig. 3 nicht dargestellt), welches z. B. bei einer Spannung von 110 V oder 230 V betrieben wird, angeschlossen. Über den ersten Transformator 110 wird die eingespeiste Spannung auf eine Übertragungsspannung von bis zu 1000 V Wechselspannung oder 1500 V Gleichspannung transformiert. Dadurch kann über das elektrooptische Kabel 1 elektrische Energie mit minimalem Leitungsverlust übertragen werden. Über den zweiten Transformator 120, welcher z. B. als regelbarer Transformator ausgebildet ist, kann die Übertragungsspannung auf die im mobilen elektrischen Stromversorgungsnetz benötigten Betriebsspannungen, z.B. 110 V oder 230 V, transformiert und über einen zweiten Netzanschluss 125 in das mobile elektrische Stromversorgungsnetz (in Fig. 3 nicht dargestellt) eingespiesen werden.

[0088] In der Anordnung 100 fungiert das erste Geflecht 20 des elektrooptischen Kabels 1 als Phasenleiter, während das zweite Geflecht 40 als Neutralleiter eingesetzt wird. Damit wird das Gefahrenrisiko für Personen bei einer Beschädigung der äusseren Kabelbereiche minimiert. Die hermaphroditischen Steckverbinder 90a, 90b verhindern dabei wirkungsvoll eine versehentliche Verpolung der beiden Geflechte 20, 40.

[0089] Parallel zur elektrischen Energie können über die in der zentralen Bündelader 10 angeordneten Lichtwellenleiter 12a, 12b, 12c, 12d beispielsweise Daten übertragen werden.

[0090] Die Anordnung 100 ist z. B. für den militärisch taktischen Einsatz äusserst vorteilhaft, da das elektrooptische Kabel aufgrund seiner Biegeflexibilität, der mechanischen Festigkeit sowie der Robustheit auch direkt auf der Erdoberfläche oder als Freileitung verlegt werden kann.

[0091] Testversuche mit dem erfindungsgemässen Kabel 1 haben gezeigt, dass dieses einen äusserst geringen minimalen Biegeradius von 30 mm aufweist und bei einem Radius von 50 mm bis zu 4000 Wechselbiegungen unbeschadet standhält. Die Querdruckbeständigkeit beträgt dabei bis zu 400 N/cm, während eine Zugfestigkeit von bis zu 1500 N erreicht wird.

[0092] Die vorstehenden Ausführungsformen sind lediglich als illustrative Beispiele zu verstehen, welche im Rahmen der Erfindung beliebig abgewandelt werden können.

[0093] So ist z.B. möglich, in der zentralen Bündelader 10 weniger oder mehr als vier Lichtwellenleiter 12a, 12b, 12c, 12d unterzubringen. Ebenso ist es denkbar die vier Lichtwellenleiter 12a, 12b, 12c, 12d unterschiedlich auszubilden. Sofern dies zweckmässig ist, können die Lichtwellenleiter z. B. unterschiedliche Dicken aufweisen. Ebenso können anstelle oder zusätzlich zu den primären Ummantelungen 13a, 13b, 13c, 13d zusätzliche Ummantelungen vorliegen.

[0094] Anstelle eines Kunststoffrohrs 11 kann auch ein Metallrohr, z. B. aus rostfreiem Stahl, für die zentrale Bündelader 10 eingesetzt werden. Auch möglich ist es, auf die fluide Adernfüllmasse 15 zu verzichten.

[0095] Prinzipiell ist es auch denkbar, zwischen dem Kunststoffrohr 11 und dem ersten Geflecht 20 eine Zwischenlage anzubringen, falls dies als zweckdienlich erachtet wird. Falls erforderlich, z.B. um die Reibung zwischen dem Kunststoffrohr 11 und dem ersten Geflecht 20 zu erhöhen, kann das Kunststoffrohr 11 z.B: im Bereich seines Aussenmantels strukturiert werden.

[0096] Das erste Geflecht 20 kann beispielsweise auch mit zusätzlich eingeflochtenen hochfesten Fasern, welche nicht notwendigerweise elektrisch leitend sein müssen und z.B. aus Aramid oder Kohlefasern bestehen, mechanisch verstärkt werden. Dies gilt entsprechend auch für das zweite Geflecht 40.

[0097] Zusätzlich zur Isolationsschicht 30 können zwischen dem ersten Geflecht 20 und der Isolationsschicht und/oder zwischen dem zweiten Geflecht 40 und der Isolationsschicht 30 weitere Beschichtungen und/oder Zwischenschichten angeordnet werden. Dadurch kann gegebenenfalls die Isolationswirkung zwischen den beiden Geflechten 20, 40 verbessert werden. Ebenfalls denkbar ist es, im Bereich der Isolationsschicht 30 zwischen den beiden Geflechten 20, 40 eine zusätzliche Zugentlastungslage anzubringen. Zudem kann die Isolationsschicht 30 auch mit eingemischten zugfesten Fasern und/oder integrierten Verstärkungselementen versehen werden, sofern dies notwendig erscheint.

[0098] Ebenfalls denkbar ist es, die Zugentlastungslage 50 wegzulassen und stattdessen beispielsweise Verstärkungselemente und/oder zugfeste Fasern in den Aussenmantel zu integrieren.

[0099] Des Weiteren ist es beispielsweise möglich, zusätzliche Lagen aus verseilten Drähten an geeigneter Stelle im elektrooptischen Kabel 1 vorzusehen. Die zusätzlichen Lagen können je nach Material als elektrische Leiter und/oder zugfeste Elemente dienen.

[0100] Prinzipiell ist es auch denkbar, von einem kreisrunden Querschnitt abzuweichen und z.B. eine ovale Querschnittsform vorzusehen.

[0101] Möglich ist es auch, zusätzliche Metallfolien und/oder Quellbänder als Abschirmung und/oder Feuchtigkeitsschutz im Kabel zu integrieren.

[0102] Zusätzlich zu den zwei Geflechten 20, 40 können auch weitere Geflechte und/oder andere elektrische Leiter angeordnet werden. Auch denkbar ist es grundsätzlich, das zweite Geflecht 40 durch eine Lage aus verseilten Drähten zu ersetzen, sofern dies als vorteilhaft erscheint.

[0103] Im Besonderen sind die angegeben Dimensionen und spezielle die Ausgestaltungen der Geflechte 20, 40 rein illustrativ zu verstehen und können entsprechend den Anforderungen beispielsweise wie im allgemeinen Beschreibungsteil erwähnt modifiziert werden.

[0104] Es versteht sich zudem, dass das elektrooptische Kabel 1 auch für andere Anwendungen als die in Fig. 3dargestellte Fernspeisung eines mobilen Stromnetzes verwendet werden kann.

[0105] Zusammenfassend ist festzustellen, dass ein neuartiges elektrooptische Kabel geschaffen wurde, welches sich im Speziellen durch eine verbesserte Biegeflexibilität sowie eine verbesserte mechanische Festigkeit und Robustheit auszeichnet. Dadurch ist das erfindungsgemässe Kabel flexibler einsetzbar und ermöglicht auch unter harschen Bedingungen eine sichere und effiziente Energie- und/oder Datenübertragung.

Claims (22)

1. Elektrooptisches Kabel (1) zur Datenübertragung und/oder zur Energieübertragung, umfassend eine zentrale Bündelader (10), wobei in der zentralen Bündelader wenigstens ein Lichtwellenleiter (12a, 12b, 12c, 12d) angeordnet ist und wobei die zentrale Bündelader (10) von wenigstens einem ersten rohrförmigen und elektrisch leitenden Geflecht (20) in koaxialer Anordnung umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Lichtwellenleiter (12a, 12b, 12c, 12d) lose in der zentralen Bündelader (10) vorliegt, wobei die zentrale Bündelader (10) einen Aussendurchmesser von höchstens 4 mm aufweist.

2. Elektrooptisches Kabel (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Bündelader (10) aus einem Kunststoffrohr (11) besteht, wobei das Kunststoffrohr insbesondere aus Polyamid, Polypropylen, Polybutylenterephthalat und/oder Polyethylen besteht.

3. Elektrooptisches Kabel (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Lichtwellenleiter (12a, 12b, 12c, 12d) lose in der mit einer fluiden Adernfüllmasse (15) gefüllten zentralen Bündelader (10) vorliegt.

4. Elektrooptisches Kabel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis eines Aussendurchmessers (20.1) des ersten Geflechts (20) zu einem Aussendurchmesser (11.2) der zentralen Bündelader (10) einen Wert von 1.2-1.6, bevorzugt 1.35-1.45, aufweist.

5. Elektrooptisches Kabel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Lichtwellenleiter (12a, 12b, 12c, 12d) gegenüber der zentralen Bündelader (10) eine Überlänge aufweist, bevorzugt im Bereich von 0.05 -0.2%.

6. Elektrooptisches Kabel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste elektrisch leitende Geflecht (20) aus Metalldrähten (21a, 21b, 21c) besteht, insbesondere aus Kupferdrähten, welche besonders bevorzugt über einen Durchmesser von 0.05-0.2 mm verfügen.

7. Elektrooptisches Kabel (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste elektrisch leitende Geflecht (20) aus 8-36 geflochtenen Bündeln (21) von je 1-12 Metalldrähten (21a, 21b, 21c) bestehen.

8. Elektrooptisches Kabel (1) nach einem der Ansprüche 1 -7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste elektrisch leitende Geflecht (20) bezüglich einer Längsmittelachse (14) des elektrooptischen Kabels (1) einen Geflechtwinkel (23.1) von 45-80°, bevorzugt 60-75°, aufweist.

9. Elektrooptisches Kabel (1) nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste elektrisch leitende Geflecht (20) eine Flächenbedeckung von 80 - 99 %, bevorzugt 85 - 95 %, aufweist.

10. Elektrooptisches Kabel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste elektrisch leitende Geflecht (20) von einem koaxial angeordneten zweiten rohrförmigen und elektrisch leitenden Geflecht (40) umgeben ist, wobei insbesondere das erste elektrisch leitende Geflecht (20) vom zweiten elektrisch leitenden Geflecht (40) elektrisch isoliert ist.

11. Elektrooptisches Kabel (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite elektrisch leitende Geflecht (40) aus Metalldrähten (42a, 42b, 42c) besteht, insbesondere aus Kupferdrähten, welche besonders bevorzugt über einen Durchmesser von 0.05 - 0.2 mm verfügen, wobei weiter bevorzugt das erste elektrisch leitende Geflecht (20) und das zweite elektrisch leitende Geflecht (40) aus im Wesentlichen baugleichen Metalldrähten (22a, 42a) bestehen.

12. Elektrooptisches Kabel (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite elektrisch leitende Geflecht (40) aus 8-36 geflochtenen Bündeln (41) von je 1-12 Metalldrähten (42a, 42b, 42c) bestehen, wobei insbesondere eine Anzahl der geflochtenen Bündel des ersten elektrisch leitende Geflechts (20) und eine Anzahl der geflochtenen Bündel des zweiten elektrisch leitenden Geflechts (40) gleich sind, und wobei weiter bevorzugt eine Anzahl der Metalldrähte (22a, 22b, 22c) der geflochtenen Bündel (21) des ersten elektrisch leitenden Metallgeflechts (20) gleich einer Anzahl der Metalldrähte (42a, 42b, 42c) der geflochtenen Bündel (41) des zweiten elektrisch leitenden Metallgeflechts (40) ist.

13. Elektrooptisches Kabel (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite elektrisch leitende Geflecht (40) bezüglich der Längsmittelachse (14) des elektrooptischen Kabels (1) einen Geflechtwinkel (43.1) von 45-80°, bevorzugt 60-75°, aufweist, und dass insbesondere das erste elektrisch leitende Geflecht (20) und das zweite elektrisch leitende Geflecht (40) im Wesentlichen einen identischen Geflechtwinkel (23.1, 43.1) aufweisen.

14. Elektrooptisches Kabel (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Flächenbedeckung des zweiten elektrisch leitenden Geflechts (40) geringer ist als die Flächenbedeckung des ersten elektrisch leitenden Geflechts (20), wobei bevorzugt die Flächenbedeckung des ersten elektrisch leitenden Geflechts (20) um einen Faktor 1.3- 1.5 grösser ist als die Flächenbedeckung des zweiten elektrisch leitenden Geflechts (40).

15. Elektrooptisches Kabel (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenbedeckung des zweiten elektrisch leitenden Geflechts (40) 50 - 90 %, bevorzugt 60 - 70 %, beträgt.

16. Elektrooptisches Kabel (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster elektrischer Widerstand des ersten elektrisch leitenden Geflechts (20) im Wesentlichen gleich ist wie ein zweiter elektrischer Widerstand des zweiten elektrischen Geflechts (40).

17. Elektrooptisches Kabel (1) nach einem der Ansprüche 10-16, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten elektrisch leitenden Geflecht (20) und dem zweiten elektrisch leitenden Geflecht (40) eine Isolationsschicht (30) zur elektrischen Isolierung angeordnet ist.

18. Elektrooptisches Kabel (1) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsschicht (30) aus einem Kunststoff besteht, vorzugsweise aus Polyamid, und/oder dass die Isolationsschicht (30) in einer radialen Richtung des elektrooptischen Kabels (1) eine Dicke von 0.25 - 0.50 mm aufweist.

19. Elektrooptisches Kabel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein äusserstes elektrisch leitendes Geflecht (40) von einer Zugentlastungslage (50) umgeben ist, wobei insbesondere die Zugentlastungslage (50) aus Kunstfasern besteht, wobei es sich besonders bevorzugt um Aramidfasern handelt.

20. Elektrooptisches Kabel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aussenmantel (60) vorliegt, wobei der Aussenmantel (60) insbesondere aus einem Polyamid, Ethylen-Propylen-Kautschuk (EPR), Polyethylen, und/oder Polyurethan besteht.

21. Anordnung (100) umfassend einen ersten Transformator (110) und einen zweiten Transformator (120), wobei die beiden Transformatoren (110, 120) über ein elektrooptisches Kabel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 18 elektrisch leitend verbunden sind.

22. Verwendung eines elektrooptischen Kabels (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 20 als elektrische Verbindungsleitung zwischen zwei Spannungswandlern (110, 120), insbesondere zwischen einem fest verkabelten und einem regelbaren Transformator.