DE102005022190B3

DE102005022190B3 - Energie-Bus-Kabel

Info

Publication number: DE102005022190B3
Application number: DE200510022190
Authority: DE
Inventors: Bernd Stäblow
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-05-13
Filing date: 2005-05-13
Publication date: 2006-10-12
Anticipated expiration: 2025-05-14
Also published as: EP1742231A3; EP1742231A2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Energie-Bus-Kabel, das zwei Energieleiter (6) und zwei Signal- und Datenleiter (9) aufweist und das in der Lage ist, von außen einwirkende elektromagnetische Störungen und leitungsgebundene Störungen zu minimieren. Dies wird dadurch erreicht, dass der Einzeldrahtdurchmesser der feinstdrähtigen Kupferstränge der Energieleiter (6) das 0,5-fache des Einzeldrahtdurchmessers des Außenschirms (2) beträgt, der Abstand zwischen dem Innenradius des Außenschirms (2) und dem Außenradius des dem Außenschirm nächstliegenden Energieleiters (6) oder Signal- und Datenleiters (9) das 0,8-fache des Durchmessers des Energieleiters (6) und des Signal- und Datenleiters (9) beträgt und dass, im Querschnitt gesehen, die Mittelpunkte der Energieleiter und der Signal- und Datenleiter auf einer Geraden (A-A') angeordnet sind, die durch den Mittelpunkt des Energie-Bus-Kabels verläuft, wobei die Querschnitte der beiden Energieleiter auf der einen Seite des Mittelpunktes des Energie-Bus-Kabels und die Querschnitte der beiden Signal- und Datenleiter auf der anderen Seite dieses Mittelpunktes angeordnet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Energie-Bus-Kabel, das zwei Energie- und zwei Signal-, oder Datenleiter aufweist und das in der Lage ist, von außen einwirkende elektromagnetische Störungen und leitungsgebundene Störungen des übertragenen Nutzsignals zu minimieren.
Somit werden auch Betriebsausfälle durch Überspannungen praktisch ausgeschlossen. Dies wird erreicht durch eine besondere geometrische Kabelgestaltung und Leiter-Anordnung. Infolge der neuen Ausgestaltung des Energie-Bus-Kabels sind die sonst üblichen zusätzlichen elektrischen Leiter und Entstörvorrichtungen weitgehend über – flüssig.
Kabel dieser Art sind an sich bekannt.

In der DE 102 42 254 A1 wird ein elektrisches Kabel zum Anschluss von bewegbaren elektrischen Verbrauchern beschrieben, das zwei oder mehrere isolierte Leiter (2) aufweist, die aus jeweils miteinander verseilten Adern (1) bestehen. Die Adern sind innerhalb eines elektrischen Schirms (7) angeordnet und von einem, aus Isoliermaterial bestehenden Innenmantel (6) umgeben. Der Schirm ist mit einem Außenmantel (8) aus Isoliermaterial versehen. Die vorgenannt DE geht von der Aufgabe aus, das Kabel, insbesondere bezüglich seiner Dauerbiegefestigkeit und seiner Tordierbarkeit bei vereinfachter Konfektionierbarkeit, zu verbessern. Hierfür sind Trennschichten aus Kunststoff zwischen den Adern und dem Innenmantel vorgesehen, wobei verschiedene Schichten mit unterschiedlicher Weichheit vorgesehen sind, um die relative Bewegbarkeit der Adern sicher zu stellen. Die Adern können Energie und Signale übertragen. Außerdem ist eine besondere, sehr aufwendige Ausführung des Schirms (7), beschrieben um das Kabel elektrisch dicht zu machen. Hierzu wird ein Band (10) verwendet, dessen Kunststoffträger (11) auf beiden Seiten eine Metallschicht (12) trägt. Das Band wird vorzugsweise zwischen zwei Lagen von Drähten (13) angeordnet, die dementsprechend zwei Umseilungen bzw. Umflechtungen im Schirm bilden, der so eine erhöhte Querleitfähigkeit erhalten soll.

Dieses bekannte Kabel hat in Bezug zur vorliegenden Erfindung große Nachteile. Diese bestehen darin, dass zur Erreichung einer elektrischen Abdichtung nach außen die Ausgestaltung des Schirms (7) sehr aufwendig und teuer ist und dass an keiner Stelle der genannten DE ein Hinweis auf die geometrische Gestaltung des Kabelquerschnitts hinsichtlich der Minimierung elektromagnetischer Störungen von außen und der Leiter untereinander angegeben ist. Es wird lediglich erwähnt, dass die Adern (1) vorzugsweise aus Kupfer bestehen, unterschiedliche Durchmesser haben können und die Leiter (2) in diesem Sinne nur allgemein gültig dargestellt sind.

Die DE 66 05 367 U beschreibt ein, aus einer einzigen Drall-Länge bestehendes, symmetrisches Kabel, insbesondere flexibles Tägerfrequenzkabel, das durch ein, die Kabelseele umgebendes Geflecht abgeschirmt ist. Diese genannte DE geht von der Aufgabe aus, die Dämpfung der Übertragung, insbesondere bei TF-Betrieb zu vermindern. Dies wird erreicht durch eine mathematische Beziehung zwischen der Schlaglänge s des insbesondere als Sternvierer ausgebildeten zentralen Verseil-Elementes und der Steigung g der Drähte des die Kabelseele umschließenden Schirrmgeflechts.

In Bezug zur vorliegenden Erfindung hat dieses bekannte Kabel den Nachteil, dass der Schirm nicht zur Abhaltung äußerer elektromagnetischer Störungen konzipiert ist, sondern nur zur Verminderung der Übertragungsdämpfung. Somit ist auch kein Schutz gegen elektromagnetische Störungen von außen gewährleistet, denn das Vorhandensein eines geflochtenen Schirms allein reicht hierzu bekanntlich nicht aus. In der DE 18 87 354 U ist ein kombiniertes Fernsprech-, Rundfunk- und Fernmeldekabel gezeigt, das alle erforderlichen Leiter enthält, die gemäß den entsprechenden Vorschriften der Rundfunkanstalten und der FTZ- Vorschrift ausgebildet sind. Der Aufbau dieses bekannten Kabels und der einzelnen Leiter ist bezüglich des Materials und der Maße genau beschrieben. Ein Hinweis auf die Ausgestaltung des bekannten Kabels hinsichtlich der Verminderung elektromagnetischer Störungen von außen sind der genannten Schrift nicht zu entnehmen. Die DE 69 608 033 T2 beschreibt ein Flachkabel und eine Entmantelungszange und geht von der Aufgabe aus, ein Flachkabel zu schaffen, das ohne Gefahr einer Beschädigung der Leiter leicht und sehr genau abisoliert werden kann. Diese bekannte Kabel weist mehrere Einzeladern auf zur Übertragung elektrischer Energie und/oder von Daten in Form elektrischer oder optischer Signale. In Bezug zur vorliegenden Erfindung weist dieses bekannte Kabel bei Übertragung elektrischer Energie und elektrischer Signale keinerlei Schutz gegen leitungsgebundene und von außen wirkende elektromagnetische Störungen auf.

Ausgehend von diesem Stand der Technik macht es sich die vorliegende Erfindung zur Aufgabe, ein Energie-Bus-Kabel zu schaffen, das folgende Bedingungen erfüllen soll:

1. Es soll Störungen des übertragenen Nutzsignals infolge elektromagnetischer Störungen von außen- bis hin zu Blitzströmen- und leitungsgebundener Störungen minimieren,
2. es soll sehr flexibel und in möglichst kleinen Radien räumlich verlegbar sein,
3. es soll bei extremen Temperaturen im Plus- und Minusbereich einsetzbar sein,
4. es soll gegen UV- Strahlung unempfindlich sein und
5. es soll einfach und kostengünstig herstellbar sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Energie-Bus-Kabel gemäß der Beschreibung, den Zeichnungen und den Patentansprüchen.

Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:
Zeichnung 1 einen Kabelquerschnitt mit einem Energieleiter des Standes der Technik,.
Zeichnung 2 einen Kabelquerschnitt mit zwei Energieleitern des Standes der Technik und
Zeichnung 3 einen Querschnitt des erfindungsgemäßen Energie-Bus-Kabels mit zwei Energieleitern und zwei Signal- und Datenleitern.
In der Praxis ergibt sich das Problem, die Kabel so auszubilden, dass sie gegen äußere elektromagnetische Felder – bis hin zu Blitzströmen- geschützt sind und dass die Signal- und Datenleiter so gestaltet sind, dass die Störung der Signalübertragung durch äußere und solche, von den Energieleitern selbst bewirkte elektromagnetische Störungen bezüglich eines vorgegebenen Toleranzbereiches minimiert werden. Die bekannten Kabel, die mit Energieleitern und Signal- und Datenleitern versehen sind, erfüllen diese Bedingungen nicht.
Aus diesem Grund wurden durch umfangreiche Versuche die folgenden geometrischen Bedingungen für die Anordnung von zwei Energieleitern 6 und zwei Signal- und Datenleitern 9 gefunden, bei denen die die oben genannten Bedingungen erfüllt werden. Es hat sich erwiesen, dass die besten Ergebnisse erzielt werden, wenn gemäß Zeichnung 3 der Einzeldrahtdurchmesser der beiden Energieleiter 6 das 0,5 -fache des Einzeldrahtdurchmessers des Außenschirms 2 beträgt und der Abstand zwischen dem Innenradius des Außenschirms 2 und des dem Außenschirm 2 am nächsten liegenden Energieleiter 6, bzw. Signal- und Datenleiter 9 das 0,8-fache des Durchmessers des Energieleiters 6 beträgt. Außerdem hat sich aus den Versuchen ergeben, dass es zur Erfüllung der oben genannten Bedingungen notwenig ist, dass im Querschnitt gesehen, die Mittelpunkte der beiden Energieleiter 6 und die der Signal- und Datenleiter 9 auf einer Geraden A-A' angeordnet sind, die durch den Mittelpunkt des Energie-Bus-Kabels verläuft, wobei die Querschnitte der beiden Energieleiter auf der einen Seite des Mittelpunktes des Energie-Bus-Kabels und die Querschnitte der beiden Signal- und Datenleiter auf der anderen Seite dieses Mittelpunktes angeordnet sind.
Die Energieleiter 6 bestehen aus parallel geführten feinstdrähtigen Kupfer-Strängen. Der Außenschirm 2 besteht aus geflochtenen, verzinnten Kupferdrähten.
Die Signal- und Datenleiter ermöglichen auch Fernsprechbetrieb.
Ein Außenmantel 1 aus Isoliermaterial umschließt den Außenschirm 2, an dem innen ein erster Isoliermantel 3, ebenfalls aus einem Isoliermaterial, anliegt. Die Nichtleiter 7 bestehen aus Kunststoff und dienen zur Fixierung der Energieleiter 6 und der beiden Signal- und Datenleiter. Beide Energieleiter sind mit je einem ersten Ader- Isoliermantel 5 versehen, den ein zweiter Isoliermantel 8 umschließt. Beide Signal- und Datenleiter sind mit je einem dritten Ader- Isoliermantel 10 versehen, der von einem vierten Ader- Isoliermantel 11 umgeben ist. Auf diesen ist außen ein Leiterschirm 12 aus Aluminium aufgebracht, der außen von einem fünften Ader- Isoliermantel 13 umhüllt ist. Sämtliche Isoliermaterialien haben eine Dielektrizitätskonstante von 3,0 ≤ ξr ≤ 4,9. Der Außenschirm 2 muss einen Querschnitt von mindestens 16 mm² haben.
Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Energie-Bus-Kabels ist nunmehr ein einziges Kabel nötig, wo sonst für Energie und Signal- Leitung mindestens zwei Kabel erforderlich sind. Der Außenschirm 2 ist selbstverständlich zu erden.

Claims

Energie-Bus-Kabel, das – zwei Energieleiter (6), die aus parallel geführten, feinstdrähtigen Kupfer-Strängen bestehen, – zwei Signal- und Datenleiter (9), – einen Außenschirm (2) aus geflochtenen, verzinnten Kupferdrähten, dessen Querschnitt mindestens 16 mm2 beträgt, – einen Außenmantel (1) über dem Außenschirm (2), – einen ersten Isoliermantel (3), der innen am Außenschirm (2) anliegt, – zweite Isoliermäntel (5), die jeweils einen der beiden Energieleiter (6) umgeben, sowie – zwei Nichtleiter (7) als Füllkörper, aufweist, wobei der Außenmantel (1), die Isoliermäntel (3, 5) und die Nichtleiter (7) aus einem Isoliermaterial mit einer Dielektrizitätskonstanten von 3,0 ≤ ξr ≤ 4,9 bestehen, dadurch gekennzeichnet, dass – der Einzeldrahtdurchmesser der feinstdrähtigen Kupferstränge der Energieleiter (6) das 0,5-fache des Einzeldrahtdurchmessers des Außenschirms (2) beträgt, – der Abstand zwischen dem Innenradius des Außenschirms (2) und dem Außenradius des dem Außenschirm (2) nächstliegenden Energieleiter (6) oder Signal- und Datenleiter (9), das 0,8-fache des Durchmessers des Energieleiters (6) und des Signal- und Datenleiters (9) beträgt und – im Querschnitt gesehen, die Mittelpunkte der Energieleiter (6) und der Signal- und Datenleiter (9) auf einer Geraden (A-A') angeordnet sind, die durch den Mittelpunkt des Energie-Bus-Kabels verläuft, wobei die Querschnitte der beiden Energieleiter (6) auf der einen Seite des Mittelpunktes des Energie-Bus-Kabels und die Querschnitte der beiden Signal- und Datenleiter (9) auf der anderen Seite dieses Mittelpunktes angeordnet sind.