DE102016223990B4 - Nicht-elektrischer Versorgungsstrang sowie Verfahren zur Detektion eines Verlegungsweges eines solchen Versorgungsstranges - Google Patents

Abstract

Nicht-elektrischer Versorgungsstrang, nämlich ein Lichtleiterkabel mit mehreren als Lichtwellenleiter ausgebildeten Versorgungselementen, wobei zusätzlich ein passives Sendelement in den Versorgungsstrang integriert ist, welches bei einem äußeren elektrischen und/oder magnetischen Feld ein Antwortsignal abgibt, welches die Lokalisierung des Versorgungsstrangs ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, dass das Sendelement gemeinsam mit den Lichtwellenleitern einen Verseilverbund bildet und hierzu das Sendeelement ein nicht isolierter Massivdraht oder eine nicht isolierte Litze ist, wobei das Material des Leiters Kupfer oder verzinntes Kupfer ist.

Description

• Die Erfindung betrifft einen nicht-elektrischen Versorgungsstrang, insbesondere ein Lichtleiterkabel mit zumindest einem Versorgungselement, insbesondere Lichtwellenleiter. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Detektion eines Verlegeweges eines solchen Versorgungsstranges.
• Unter einem nicht-elektrischem Versorgungsstrang wird hierbei ein Versorgungsstrang, insbesondere Lichtleiterkabel verstanden, welches keine elektrischen Leiter zur Daten- oder Leistungsübertragung aufweist.
• Beispielsweise in der Schiffsinstallation werden immer mehr Lichtwellenleiterkabel installiert. Die Verlegung erfolgt auf unterschiedlichsten Kabelwegen und Kabelbahnen. Vor allem bei sicherheitsrelevanten Installationen oder redundanten Verlegungen kommt dabei der Einhaltung des vorherbestimmten Verlegeweges des Kabels eine entscheidende Bedeutung zu. Deshalb ist es zunehmend wichtig, nach der Installation, zum Beispiel durch Mitarbeiter der internen Qualitätssicherung, aber im Schiffbau auch durch Mitarbeiter der Klassifikationsgesellschaften, den real installierten Verlegeweg zu dokumentieren. Dies ist bei nicht-elektrischen Versorgungssträngen problematisch, da die Detektion üblicherweise nicht durch eine Inaugenscheinnahme erfolgt sondern aufgrund der Verlegeart auf Kabelbahnen aus der Ferne heraus unter Zuhilfenahme von technischen Geräten erfolgen muss.
• Gemäß der DE 295 13 014 U1 ist ein optisches Kabel mit einem von einer Folie umgebenen Kern vorgesehen, wobei auf der Folie in Längsrichtung zueinander beabstandet elektrische Schwingkreise angebracht sind. Diese dienen dazu, dass das Kabel mittels eines Metallsuchgerätes detektierbar ist.
• Bei der EP 0 159 307 B1 ist zur Ermöglichung der Detektion eines Lichtwellenleiterkabels eine Integration eines Drahtes in den Mantel eines Schutzrohres vorgesehen, in das das Lichtwellenleiterkabel eingesetzt ist. Der Draht läuft dabei bei der Extrusion des Schutzrohres in den Mantel mit ein.
• Aus der US 2004 / 0184747 A1 ist eine Integration von RFID-Elementen in ein optisches Datenkabel zu entnehmen. Die einzelnen RFIDs sind auf einem Träger angeordnet und bilden eine Kette, die beispielsweise helixförmig um den Kabelkern gewickelt ist. Auf den RFIDs können Informationen zur Identifizierung des Kabels abgespeichert sein.
• Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine zuverlässige Detektion des Verlegeweges eines derartigen nicht-elektrischen Versorgungsstranges anzugeben.
• Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch einen Versorgungsstrang mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zur Detektion des Verlegeweges eines solchen Versorgungsstranges mit den Merkmalen des Anspruchs 5. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten. Die im Hinblick auf den Versorgungsstrang angeführten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen sind sinngemäß auf das Verfahren zu übertragen.
• Bei dem nicht-elektrischen Versorgungsstrang handelt es sich insbesondere um ein Lichtleiterkabel. Der Versorgungsstrang weist allgemein eine Anzahl an Versorgungselementen, also zumindest ein Versorgungselement vorzugsweise jedoch mehrere Versorgungselemente auf. Bei dem zumindest einen Versorgungselement handelt es sich insbesondere um einen Lichtwellenleiter. Zweckdienlicherweise sind sämtliche Übertragungselemente des Versorgungsstranges als Lichtwellenleiter ausgebildet.
• Bei den Versorgungselementen handelt es sich allgemein ausschließlich um nicht elektrische Versorgungselemente. Unter Versorgungselemente werden allgemein derartige Elemente verstanden, die mit ihren Enden an zwei Gerätekomponenten angeschlossen werden können und im montierten Zustand auch angeschlossen sind. Die Gerätekomponenten sind über den Versorgungsstrang miteinander verbunden, wobei über ein jeweiliges Versorgungselement im Betrieb Signale, Leistung (Energie) oder auch Medien (Gase, Flüssigkeiten...) übertragen werden. Unter nicht-elektrische Versorgungselemente werden allgemein derartige Versorgungselemente verstanden, welche nicht zur Übertragung von elektrischen Signalen oder von elektrischer Leistung ausgebildet und vorgesehen sind und die insbesondere keinen elektrischen Leiter aufweisen.
• Bei dem Versorgungsstrang handelt es sich vorzugsweise um ein (optisches) Datenkabel und/oder um ein (optisches) Energieversorgungskabel. Alternativ oder ergänzend handelt es sich um eine Medienführung mit ein oder mehreren Medienschläuchen zur Führung von Medien. Auch ist die Ausgestaltung als Hybridkabel mit optischen Übertragungselementen und Medienschläuchen möglich.
• Ergänzend zu den einzelnen Versorgungselementen ist zusätzlich in den Versorgungsstrang noch ein passives Sendeelement integriert, welches derart ausgebildet ist, dass es bei einem äußeren elektrischen und/oder magnetischen Feld ein Antwortsignal abgibt, welches die Lokalisierung des Versorgungsstrangs ermöglicht. Zweckdienlicherweise handelt es sich hierbei um eine elektrische Sendeantenne. Unter passives Sendeelement wird verstanden, dass es keine eigene Energieversorgung aufweist, sondern evtl. erforderliche Energie aus dem äußeren elektrischen und/oder magnetischen Feld entnimmt.
• Diese Ausgestaltung mit der Integration des passiven Sendeelements beruht dabei auf der Überlegung, dass zur Detektion des Verlegeweges des nicht elektrischen Versorgungsstranges dieser elektrisch/magnetisch/elektromagnetisch detektierbar wird, indem in den Versorgungsstrang zusätzlich ein passives Sendeelement integriert wird bzw. ist, welches bei Anlegen eines äußeren elektrischen/magnetischen/elektromagnetischen Feldes angeregt wird und ein entsprechendes Antwortsignal abgibt. Es wird hierbei also der zunächst nicht-elektrische Versorgungsstrang dahingehend ertüchtigt, dass er - wie bei herkömmlichen elektrischen Kabeln bereits möglich - über elektromagnetische Detektionsverfahren detektierbar wird.
• Allgemein wird hierzu mithilfe eines vorzugsweise tragbaren Detektors ein elektrisches/magnetisches/elektromagnetisches Feld erzeugt, insbesondere ein hochfrequentes Wechselfeld. Hierdurch wird das passive Sendeelement zunächst nach Art einer Antenne angeregt und wirkt zugleich wiederum als Sendeantenne. Das abgestrahlte Sendesignal des passiven Sendeelements wird dann wiederum vom tragbaren Detektor (Empfänger) erfasst und ausgewertet im Hinblick auf die Position des Versorgungsstrangs.
• Der dabei ermittelte Verlegeweg des Versorgungsstrangs wird dann vorzugsweise dokumentiert. Dies erfolgt beispielsweise automatisch mit Hilfe beispielsweise des Detektors selbst, welcher hierzu beispielsweise ein Positionsmodul beispielsweise zur Bestimmung der eigenen Position sowie zur Bestimmung der Position des Versorgungstranges, beispielsweise dessen Relativposition zum Detektor aufweist. Die Positionsdaten des Versorgungsstranges werden automatisch abgespeichert. Alternativ ist auch eine manuelle Dokumentation des Verlegeweges möglich.
• Das Sendeelement ist dabei ein Leiter, nämlich ein Massivdraht oder auch eine Litze. Das Material dieses Leiters ist Kupfer oder verzinntes Kupfer. Bei diesem drahtförmigen Sendeelement handelt es sich um einen blanken Leiter, also um einen nicht mit einer Isolierung versehenen Leiter.
• Bei dem Sendeelement handelt es sich insbesondere um ein endseitig an den Kabelenden nicht kontaktiertes Element, das heißt das passive Sendeelement ist nicht an einem Anschluss- oder Kontaktelement angeschlossen, wie dies beispielsweise bei herkömmlichen elektrischen Leitern oder auch bei Schirmelementen der Fall ist. Umgekehrt sind die Übertragungselemente an den Kabelenden an entsprechende Komponenten angeschlossen, nämlich eine Einspeisekomponente sowie an eine zu versorgenden Komponente angeschlossen. Bei diesen handelt es sich beispielsweise um einen Empfänger und / oder Sender zum Einspeisen und / oder Empfangen von optischen Signalen.
• Für eine zuverlässige Detektion des Verlegungsweges ist es hierbei von besonderem Vorteil, dass in bevorzugter Ausgestaltung das Sendeelement sich über die gesamte Länge des Versorgungsstranges erstreckt und als ein elektrisch leitfähiges Element ausgebildet ist. Dabei handelt es sich um einen metallischen Draht, wahlweise um einen Massivdraht oder um einen Litzendraht. Dieser ist unisoliert, liegt also als blanker Draht im Versorgungsstrang ein.
• Der Versorgungsstrang insgesamt ist nach Art eines Kabels ausgebildet und umfasst mehrere Versorgungselemente, die vorzugsweise jeweils als Lichtwellenleiter ausgebildet sind. Weiterhin ist das Sendeelement mit den Lichtwellenleitern zusammen verseilt, bildet also mit diesen einen eine Kabelseele definierenden Verseilverbund.
• Allgemein ist die Kabelseele, also der Verbund aus Versorgungselementen und Sendeelement, zweckdienlicherweise weiterhin noch von einem Kabelmantel aus einem isolierenden Material umgeben. Ergänzend kann noch ein Zwischenmantel beispielsweise zu Versteifungszwecken oder zu Zwecken der Zugentlastung angeordnet sein, der insbesondere nach Art eines nichtleitenden Geflechts z.B. aus Aramidfäden aufgebaut ist.
• Ausführungsbeispiele werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen jeweils in vereinfachten Darstellungen:
• 1 eine Querschnittsdarstellung eines erfindungsgemäßen nicht-elektrischen Versorgungsstranges mit einem als Draht ausgebildeten Sendeelement,
• 2 eine schematisierte Darstellung eines nicht-elektrischen Versorgungsstranges mit in einem Kabelmantel eingebetteten diskreten Sendeelementen (nicht vom Schutzumfang umfasst).
• 3 eine vereinfachte Darstellung zur Erläuterung des Verfahrens zur Detektion eines Verlegeweges des Versorgungsstranges.
• In den Figuren sind gleichwirkende Teile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
• Die 1 zeigt einen beispielhaften Aufbau eines nicht- elektrischen Versorgungsstranges 2. Der Versorgungsstrang 2 ist als ein Lichtleiterkabel ausgebildet mit insgesamt vier Lichtwellenleitern 4. Ein jeweiliger Lichtwellenleiter 4 weist eine optische Faser 4A sowie ein diese umgebenden Schutzmantel 4B auf. Ein jeweiliger Lichtwellenleiter 4 bildet jeweils ein Versorgungselement. Im Ausführungsbeispiel ist ein jeder Lichtwellenleiter 4 von einer Kunststofffolie 6 umgeben. Der Durchmesser eines jeweiligen Lichtwellenleiters 4 liegt beispielsweise im Bereich zwischen 2 bis 3,5 mm. In der Mitte der Lichtwellenleiter 4 ist als zentrales Element ein bevorzugt als Litzendraht ausgebildeter Leiter 8 aus insbesondere verzinnten Kupfereinzeldrähten angeordnet. Die vier Lichtwellenleiter 4 bilden mit dem zentralen Leiter 8 einen Verseilverbund. Der zentrale Leiter 8 bildet das zuvor beschriebene passive Sendeelement. Neben der beschriebenen Funktion als Identifizierungshilfsmittel zur Detektion der Position des Lichtleiterkabels weist der Leiter 8 keine weiteren Funktionen auf und ist insbesondere endseitig auch in keinster Weise elektrisch kontaktiert.
• Der Verseilverbund, nachfolgend auch als Kabelseele bezeichnet, ist insgesamt noch von einem Mantelaufbau umgeben. Neben einem äußeren Kabelmantel 10 aus einem üblicherweise thermoplastischen Polymer ist zusätzlich noch ein Geflecht 12 als Zwischenmantel angeordnet, welches vorzugsweise aus nichtmetallischen Einzelfäden, speziell Aramid-Fäden gebildet ist. Im Ausführungsbeispiel ist weiterhin die Kabelseele zunächst von einer weiteren Kunststofffolie 6 umgeben. Der Gesamtdurchmesser des Kabels, also der Außendurchmesser des äußeren Kabelmantels10, liegt typischerweise im Bereich zwischen 10 bis 15 mm.
• Der Versorgungsstrang 2 ist endseitig an seinen gegenüberliegenden Enden im montierten Zustand jeweils an einer Einspeisekomponente 14 sowie an einer zu versorgenden Komponente 16 angeschlossen, wie dies in 2 dargestellt ist. Hierbei handelt es sich beispielsweise um einen Sender und einen Empfänger zur Einspeisung und zum Empfang von Datensignalen. In diesem Fall ist der Versorgungsstrang 2 als Datenkabel ausgebildet. Die einzelnen Versorgungselemente 4 sind dabei individuell angeschlossen. Der Anschluss des Versorgungsstranges 2 erfolgt beispielsweise über eine Steckverbindung 18. Umgekehrt ist der Leiter 8 als passives Sendeelement an den Strangenden nicht angeschlossen.
• Anstelle des Leiters 8 sind bei der nicht unter den Schutzbereich fallenden Ausführungsvariante gemäß der 2 mehrere diskrete Sendeelemente angeordnet, die insbesondere als RFID-Elemente 20 ausgebildet sind. Diese sind über die Länge des Versorgungsstranges 2 insbesondere äquidistant verteilt angeordnet.
• Der Versorgungsstrang 2 ist im eingebauten Zustand innerhalb einer Anlage 22 verlegt, wie dies stark schematisiert in 3 dargestellt ist. Bei dieser Anlage 22 handelt es sich bevorzugt um ein Schiff, ein Unterseeboot oder ein sonstiges Fahrzeug zu Lande zu Wasser oder in der Luft. Alternativ kann es sich auch um ein Gebäude oder eine sonstige Anlage 22 handeln.
• Innerhalb der Anlage 22 ist der Versorgungsstrang 2 üblicherweise nicht oder nicht ohne weiteres einsehbar verlegt, beispielsweise hinter Wänden 24, beispielsweise Abdeckungen.
• Häufig ist es erforderlich, den exakten Verlegeweg des Versorgungsstranges 2 zu kennen und zu dokumentieren.
• Zur Detektion des Verlegeweges wird insbesondere ein elektromagnetisches Verfahren verwendet. Dabei wird der Versorgungsstrang 2 mit einem hochfrequenten Signal S (unmoduliert oder moduliert) beaufschlagt. Hierzu ist ein Detektor 26 vorgesehen, welcher insbesondere als tragbares Handgerät ausgebildet ist. Der Detektor 26 ist dabei zur Abgabe eines entsprechenden elektromagnetischen Feldes F1 ausgebildet, mittels dessen das Signal S übermittelt wird.
• Das elektromagnetische Feld F1 wirkt auf das passive Sendeelement 8, 20 ein und regt dieses an. Das Sendeelement 8, 20 wirkt dann als Sendeantenne und erzeugt ein Antwortsignal A durch Abgabe eines spezifischen weiteren elektromagnetischen Feldes F2.
• Der Detektor 26 ist weiterhin zum Empfang dieses weiteren elektromagnetischen Feldes F2 und damit zum Empfang des Antwortsignals A ausgebildet. Er weist hierzu insbesondere eine entsprechende Empfangsantenne auf. Mittels des Detektors 26 wird dann der Verlegeweg des Versorgungsstrangs 2 verfolgt.
• Der erfasste Verlegeweg wird dabei entweder manuell oder automatisch durch den Detektor 26 dokumentiert bzw. abgespeichert. Der Verlegeweg kann auch noch mehrere Jahre nach der Installation des Versorgungsstrangs 2 ermittelt werden.
• Das integrierte zusätzliche Sendeelement 8,20 hat während des Normalbetriebs des Kabels keinerlei Strom- oder Spannungsbeaufschlagung. Es dient ausschließlich als Identifizierungselement während der Verfolgung des verlegten Kabelwegs.
• Als Sendelement wird - wie in 1 dargestellt - ein metallischer, unisolierter Leiter 8 mit einem elektrischen Querschnitt zwischen 0,14 mm² und 1,5 mm² eingesetzt, der die beschriebene Funktion der Sendeantenne übernimmt. Als Leitermaterial wird Kupfer blank oder verzinnt eingesetzt. Als Leiter kann sowohl ein Massivleiter als auch ein Litzenaufbau verwendet werden.
• Der Leiter 8 ist in den Verseilverbund der Lichtwellenleiterelemente integriert. Im Ausführungsbeispiel ist der Leiter 8 im Kern des Verseilverbundes geführt Bei der Auswahl des metallischen Leiters 8 ist zu berücksichtigen, dass dieser metallische Leiter 8 vorzugsweise über die gesamte Verlegelänge als Antenne dient und das abgestrahlte Signal für den tragbaren Detektor 26 verarbeitbar sein muss. Das bedeutet z.B. bei einer Anwendung auf Schiffen, dass der Abstand einer Kabelbahn (Deckenverlegung) zum tragbaren Detektor 24 durchaus 2 Meter oder mehr betragen kann. Damit müssen sowohl die Sendeleistung (Leiterquerschnitt) als auch das Frequenzspektrum (Oberflächengröße wegen Skin-Effekt) sicher übertragbar sein.

Claims (8)

1. Nicht-elektrischer Versorgungsstrang, nämlich ein Lichtleiterkabel mit mehreren als Lichtwellenleiter ausgebildeten Versorgungselementen, wobei zusätzlich ein passives Sendelement in den Versorgungsstrang integriert ist, welches bei einem äußeren elektrischen und/oder magnetischen Feld ein Antwortsignal abgibt, welches die Lokalisierung des Versorgungsstrangs ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, dass das Sendelement gemeinsam mit den Lichtwellenleitern einen Verseilverbund bildet und hierzu das Sendeelement ein nicht isolierter Massivdraht oder eine nicht isolierte Litze ist, wobei das Material des Leiters Kupfer oder verzinntes Kupfer ist.
2. Versorgungsstrang nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungselemente an gegenüberliegenden Strangenden an eine Einspeisekomponente sowie an eine zu versorgende Komponente angeschlossen sind, wobei das Sendeelement endseitig nicht elektrisch kontaktiert ist.
3. Versorgungsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Sendeelement um ein sich über die gesamte Länge des Versorgungsstrangs erstreckendes leitfähiges Element handelt.
4. Versorgungsstrang nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lichtleiterkabel als Versorgungselemente insbesondere ausschließlich Lichtwellenleiter aufweist und zusätzlich das zumindest eine Sendeelement aufweist, wobei ergänzend ein die Lichtwellenleiter sowie das Sendeelement umgebender Kabelmantel vorgesehen ist.
5. Verfahren zur Detektion eines Verlegeweges eines nicht-elektrischen Versorgungsstranges nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Versorgungsstrang zumindest ein nicht-elektrisches Versorgungselement sowie zusätzlich ein passives Sendelement aufweist, wobei ein äußeres elektrisches und/oder magnetisches Feld angelegt wird und das passive Sendelement ein Antwortsignal abgibt, welches detektiert wird und anhand dessen der Versorgungsstrang lokalisiert wird.
6. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem zur Detektion des Verlegeweges ein tragbarer Detektor verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, bei dem der detektierte Verlegeweg dokumentiert wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem es sich bei dem Versorgungsstrang um ein optisches Lichtwellenleiterkabel handelt, welches in einem Schiff verlegt ist und der Verlegeweg des Versorgungsstrangs im Schiff ermittelt wird.

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