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Die Erfindung bezieht sich auf ein einadriges Leistungskabel gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein derartiges gattungsgemäßes einadriges Leistungskabel ist im Handel erhältlich, beispielsweise von der Fa. Huber + Suher das Leistungskabel RADOX 9 GKW-AX. Ein derartiges Leistungskabel wird für geschützte feste Verlegung innerhalb und außerhalb von Schienenfahrzeugen zum Anschluss fester und bewegter Teile in Gleich- und Wechselspannungstechnologie, insbesondere Umrichtertechnologie, verwendet.
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Ein Querschnitt durch ein derartiges gattungsgemäßes Leistungskabel ist in 1 schematisch dargestellt. Gemäß dieser Darstellung sind mit 2 ein Kern, mit 4 eine Leiterschicht und mit 6 eine Isolierschicht bezeichnet. Die Leiterschicht 4 ist ringförmig um den Kern 2 angeordnet. Die Isolierschicht 6 umschließt diese Leiterschicht 4. Diese Isolierschicht bildet einen Mantel des einadrigen Leistungskabels.
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Soll ein hoher Strom über dieses einadrige Leistungskabel geführt werden, so wird eine höhere Querschnittsfläche der Leiterschicht 4 benötigt, die somit den Durchmesser des Kabels erhöht. Wird andererseits eine Taktfrequenz einer Umrichtertechnologie erhöht, so wird von der Leiterschicht 4 nur ein äußerer Teil für eine Stromführung verwendet.
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Diese Stromverdrängung in einem Randbereich eines Leiters wird auch als Skin-Effekt bezeichnet. Dieser Skin-Effekt ist ein Effekt in von hochfrequenten Wechselstrom durchflossenen Leitern, durch den die Stromdichte im Inneren eines Leiters niedriger ist als an der Oberfläche. Dieser Effekt tritt in relativ zur Skin-Tiefe dicken Leitern und auch bei elektrisch leitfähigen Abschirmungen und Leitungsschirmen auf. Der Skin-Effekt begünstigt mit zunehmender Frequenz die Transferimpedanz geschirmter Leitungen und die Schirmdämpfung leitfähiger Abschirmungen, erhöht aber den Widerstandsbelag einer elektrischen Leitung.
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Um die Auswirkungen des Skin-Effekts so klein wie möglich zu halten, werden in der Hochfrequenztechnik Leitungen mit möglichst großer Oberfläche umgesetzt, beispielsweise in Form dünnnwandiger Schlauchrohre, Litzen oder Bändern. Eine weitere Maßnahme besteht darin, eine Leiterschicht aus verseilten oder verflochtenen, von einander isolierten Einzeldrähten herzustellen. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung einer solchen Hochfrequenzlitze besteht darin, dass die von einander isolierten Einzeldrähte abwechselnd innen und außen im Gesamtquerschnitt liegen. Dadurch fließt in jedem Einzeldraht der gleiche Strom und zwischen ihnen induzierte Spannungen heben sich auf.
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Zum Führen eines großen Stroms benötigt ein einadriges Leistungskabel mehr leitfähiges Material. Dadurch steigt der Außendurchmesser des Leistungskabels. Mit steigendem Außendurchmesser steigt ebenfalls der Biegeradius des Leistungskabels. Dadurch benötigt man für die Verlegung eines solchen Leistungskabels wesentlich mehr Platz. Auch der Aufwand für die Anschlüsse eines solchen Leistungskabels steigt mit dem Anstieg seines Außendurchmessers.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, das bekannte einadrige Leistungskabel derart weiterzubilden, dass dieses einen höheren Strom führen kann, ohne dass dabei der Außendurchmesser wesentlich vergrößert wird.
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Diese Aufgabe wird mit dem kennzeichnenden Merkmal in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 erfindungsgemäß gelöst.
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Dadurch, dass die Leiterschicht erfindungsgemäß aus mehreren gegeneinander isolierten Verseillagen besteht, wird der Skin-Effekt verhindert. Dadurch kann um einen querschnittsmäßig deutlich kleineren Kern mehrlagig die Kupferumseilung erfolgen, so dass trotz Verhinderung des Skin-Effekts mehr Leitkupfer bei annähernd gleichem Außendurchmesser des Leistungskabels untergebracht werden kann. Dadurch verändert sich der Biegeradius des erfindungsgemäßen einadrigen Leistungskabels nur unwesentlich. Dadurch eignet sich dieses erfindungsgemäße einadrige Leistungskabel besonders bei Anwendung der Stromrichtertopologie mit höheren Taktfrequenzen.
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der das erfindungsgemäße einadrige Leistungskabel schematisch veranschaulicht ist.
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1 zeigt einen Querschnitt durch ein gattungsgemäßes einadriges Leistungskabel, wobei in
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2 der Querschnitt eines erfindungsgemäßen Leistungskabels dargestellt ist.
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Gemäß der Ausführungsform des Leistungskabels nach der Erfindung weist die Leiterschicht 4 gemäß 2 drei Verseillagen 8 auf, die konzentrisch um den Kern 2 angeordnet sind. Jede Verseillage 8 weist eine Vielzahl von blanken Kupferdrähten 10 auf, die miteinander verseilt sind und mittels eines Kunststoffbands 12 räumlich um den Kern 2 fixiert sind. In der Ausführungsform gemäß 2 weist das einadrige Leistungskabel drei Verseillagen 8 auf. Elektrisch sind die blanken Kupferdrähte 10 dieser drei Verseillagen 8 parallel geschaltet. Wie beim gattungsgemäßen einadrigen Leistungskabel ist die aus drei Verseillagen 8 aufgebaute Leiterschicht 4 mit einer Isolierschicht 6 umgeben. Bei der vorteilhaften Ausführungsform des einadrigen Leistungskabels ist diese Isolierschicht 6 in zwei Teil-Schichten 14 und 16 unterteilt. Die Teil-Schicht 14 der Isolierschicht 6, der direkt die dritte Verseillage 8 umschließt, wird als Isolator bezeichnet, wogegen die Teil-Schicht 16 der Isolierschicht 6, der eine äußere Umhüllung bildet, als Mantel des Leistungskabels bezeichnet wird. Für die Teil-Schichten 14 und 16 können unterschiedliche Isolierstoffe verwendet werden, die in Abhängigkeit der Funktionen dieser Teil-Schichten 14 und 16 ausgewählt werden können. Das heißt, die innere Teil-Schicht 14 der Isolierschicht 6 soll eine sichere Isolierung der Leiterschicht 4 gegenüber der Umgebung bilden. Dagegen wird für die äußere Teil-Schicht 16 der Isolierschicht 6 ein Isoliermaterial ausgesucht, das beispielsweise gut bedruckt werden kann.
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Durch die Aufteilung der Leiterschicht 4 in mehrere elektrisch parallel geschaltete Verseillagen 8 wird der vom einadrigen Leistungskabel zu führende Strom amplitudenmäßig in gleiche Teilströme unterteilt. Dadurch hat sich das einadrige Leistungskabel hinsichtlich des Skin-Effekts wesentlich verbessert. Soll die Stromtragfähigkeit des einadrigen Leistungskabels wesentlich erhöht werden, ohne dass ein Skin-Effekt auftritt, sind die einzelnen elektrisch parallel geschalteten Teilleiterschichten der Leiterschicht 4 als Verseillagen 8 mit einer Vielzahl von blanken Kupferdrähten 10 ausgebildet. Dadurch wird der Skin-Effekt selbst bei hochfrequentem Wechselstrom, der im einadrigen Leistungskabel fließt, verhindert.
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Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Leiterschicht 4 eines einadrigen Leistungskabels kann der Kern 2 dieses Leistungskabels querschnittsmäßig deutlich kleiner ausfallen. Dadurch bleibt der Außendurchmesser annähernd unverändert, obwohl mehr Leitkupfer im Leistungskabel untergebracht ist.
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Beispielsweise beträgt der Durchmesser eines einadrigen Leistungskabels nach der Erfindung mit einer Querschnittsfläche von 25 mm2 nur 12,2 mm. Der Durchmesser eines handelsüblichen einadrigen Leistungskabels mit einer Querschnittsfläche von 16 mm2 beträgt 11,6 mm. Das heißt, das erfindungsgemäße Leistungskabel kann wie ein bisheriges Leistungskabel, aber mit einer wesentlich geringeren Querschnittsfläche verlegt werden, da die Biegeradien eines 25 mm2-Leistungskabels gemäß der Erfindung den Biegeradius eines 16 mm2-Leistungskabels herkömmlicher Bauart entspricht.
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Ein weiterer Vorteil dieses erfindungsgemäßen Leistungskabels besteht darin, dass wegen des mehrschichtigen Aufbaus der Leiterschicht 4, insbesondere der Verwendung von mehreren konzentrisch angeordneten Verseillagen 8, dieses einadrige Leistungskabel bei Stromrichtergeräten mit hoher Pulsfrequenz zum Verkabeln von Teilen des Stromrichtergeräts verwendet werden, ohne dass der Skin-Effekt auftritt.
