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Die Erfindung betrifft eine Leitung sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Leitung.
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Leitungen oder Kabel dienen im Allgemeinen zur Übertragung von Daten oder zu einer Versorgung von angeschlossenen Komponenten beispielsweise mit (elektrischer) Energie. Die Funktionsfähigkeit der Leitung hängt dabei auch von äußeren Umgebungsbedingungen ab.
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Daneben ist das Auftreten von Witterungseinflüssen, insbesondere das Auftreten von Feuchtigkeit und speziell das Eindringen von Wasser in das Kabel besonders kritisch. Kabel und Leitungen sind zwar in der Regel derart ausgelegt, dass ein Eindringen von Feuchtigkeit und / oder Wasser möglichst vermieden wird, es ist jedoch nicht gänzlich auszuschließen, da Wasser auf vielfältige Weise in das Kabel oder die Leitung eintreten kann. Beispielsweise kann Wasser endseitig durch eine unzureichende und / oder beschädigte Dichtung an einem Stecker oder längsseitig durch einen fehlerhaften und / oder beschädigten Außenmantel in das Kabelinnere eintreten.
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Beispielsweise ist aus der
DE 40 11 259 A1 ein Sensorkabel zur Überwachung einer Leitung auf Feuchtigkeitseinbrüche zu entnehmen.
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Das Sensorkabel weist zwei elektrische Leiter auf, welche in einen die Leiter gegeneinander isolierenden Stoff eingebracht sind. Im trockenen Zustand weist der Stoff einen hohen Isolationswiderstand auf. Bei einem Feuchteeinbruch variiert der Stoff seine Materialeigenschaft derart, dass er eine niederohmige elektrische Verbindung zwischen den Leitern ausbildet.
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Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Leitung anzugeben, welche mit geringem Aufwand eine Erkennung von Feuchtigkeitsänderungen ermöglicht.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Leitung welche sich in Längsrichtung erstreckt und einen Leitungskern sowie zumindest ein sich in Längsrichtung erstreckendes Indikatorelement aufweist, die gemeinsam von einem Außenmantel umgeben sind, wobei das Indikatorelement bei einer Feuchtigkeitsänderung einen Farbumschlag aufweist.
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Der Außenmantel umgibt dabei einen Innenbereich der Leitung, im Folgenden auch als Leitungsinnere bezeichnet, in dem der Leitungskern und das zumindest eine Indikatorelement angeordnet sind. Bei Eintritt von Feuchtigkeit in das Leitungsinnere, beispielsweise aufgrund eines defekten oder fehlerhaften Außenmantels, gibt die Leitung aufgrund des Farbumschlages des zumindest einen Indikatorelements ein optisches Warnsignal ab.
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Durch das Indikatorelement wird daher zuverlässig angezeigt, ob Feuchtigkeit in das Leitungsinnere eingedrungen ist. Das Indikatorelemt erstreckt sich dabei vorzugsweise über die gesamte Länge der Leitung.
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Zweckdienlicherweise ist der Außenmantel zumindest in Teilbereichen aus einem transparenten Material ausgebildet und besteht insbesondere vollständig aus einem transparenten Material. Hierdurch ist das Indikatorelement direkt auch von außen zu erkennen und ein Eindringen von Feuchtigkeit kann sofort bei einem Farbumschlag des Indikatorelements erkannt werden. Der Außenmantel ist üblicherweise aufextrudiert.
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Das Indikatorelement weist vorzugsweise einen hydrochromen Stoff auf oder ist durch diesen gebildet. Üblicherweise werden die hydrochromen Stoffe beispielsweise in Form von Pulver in ein Trägermaterial eingebettet und bilden beispielsweise mit diesem das Indikatorelement aus.
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Hydrochrome Stoffe zeichnen sich dadurch aus, dass sie bei Anwesenheit von Feuchtigkeit oder Wasser ihre Farbe ändern. Als hydrochrome Stoffe sind beispielsweise handelsübliche und bekannte Stoffe wie Kupfersulfat oder Cobaltchlorid eingesetzt. Alternativ werden als hydrochrome Stoffe oder Pigmente anorganische Verbindungen basierend auf Natrium, Aluminium, Barium oder Magnesium eingesetzt. Insbesondere sind ein oder mehrere der nachfolgenden Stoffe eingesetzt: Carbonate, Sulfate, Halogenide, Mono-, Di- und Triphosphate, Borate, Phosphonate, Carboxylate, Nitrate, Sulfonate, Acetate, Oxycarbonsäuren oder Aminosäuren, sowie silikatbasierte Stoffe wie beispielsweise Wasserglas, Silica Gel oder Natrium-Aluminium-Silikat.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsvariante weist das Indikatorelement einen mehrschichtigen, insbesondere zweischichtigen Aufbau auf mit einem Innenelement und einem Außenelement. Das Außenelement überdeckt das Innenelement und umgibt das Innenelement vorzugsweise umfangseitig und vollständig. Weiterhin ist das Außenelement dabei aus einem Material ausgebildet, welches bei einer Feuchtigkeitsänderung seine Transparenz ändert. Hierdurch wird daher entweder das Innenelement optisch sichtbar oder verborgen.
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Beispielsweise ist das Außenelement im Normalzustand transparent und trübt bei Anwesenheit von Feuchtigkeit ein. Bevorzugt ist das Außenelement im Normalzustand jedoch opak oder zumindest weitgehend opak, also blickdicht, so dass das Innenelement im Normalzustand von außen nicht zu erkennen ist, da es vom Außenelement verdeckt ist. Bei einer Feuchtigkeitsänderung wird das Außenelement transparent und der Blick auf das Innenelement freigegeben.
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Bevorzugt weisen das Außenelement und das Innenelement verschiedene Farben auf, so dass durch die Transparenzänderung der gewünschte Farbumschlag erzeugt wird.
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Insbesondere weist das Innenelement dabei eine Signalfarbe, beispielsweise eine Neonfarbe wie Neonorange auf. Die Signalfarbe ist dabei derart gewählt, dass sie sich von den anderen Elementen im Leitungskern erkennbar unterscheidet.
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In bevorzugter Ausgestaltung ist das Außenelement zumindest teilweise wasserlöslich. Die gewünschte Änderung der Transparenz wird daher durch ein zumindest teilweises Auflösen des Außenelements erreicht. Das Außenelement besteht daher insbesondere aus einem lichtundurchlässigen Material, welches sich bei Kontakt mit Wasser oder Feuchtigkeit zumindest teilweise auflöst. Das signalfarbige Innenelement wird so bei Kontakt mit Wasser sichtbar.
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Das Außenelement besteht vorzugsweise zumindest teilweise und insbesondere vollständig aus einem vinylalkoholbasierenden Polymer, insbesondere einem Polyvinylalkohol (PVA) oder aus einem acrylatbasierenden Polymer.
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Das Indikatorelement ist vorzugsweise als ein Indikatorfaden ausgebildet. Unter Indikatorfaden wird hierbei ein strangförmig ausgebildetes sich in Längsrichtung erstreckendes Element verstanden.
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Der Vorteil dieser Ausgestaltung als Indikatorfaden ist, dass eine Anordnung innerhalb des Leitungsinneren und vollständig entlang der zu überwachenden Leitung realisiert ist.
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In einer alternativen Ausgestaltung umgibt das Indikatorelement den Leitungskern vollständig. Beispielsweis weist das Indikatorelement eine Folie auf, welche den Leitungskern umgibt. Hierzu ist die Folie vorzugsweise um den Leitungskern gewickelt.
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Bei der Ausgestaltung des Indikatorelements mit dem Innenelement und dem Außenelement ist das Indikatorelement bevorzugt ebenfalls als Indikatorfaden ausgebildet. Alternativ ist es nach Art eines Zwischenmantels ausgebildet, welches den Leitungskern (konzentrisch) umgibt und zwischen dem Leitungskern und dem Außenmantel angeordnet ist.
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In einer Ausführungsvariante weist das Indikatorelement einen vorzugsweise strangförmigen Träger auf, auf den eine Indikatorsubstanz aufgebracht ist oder in den die Indikatorsubstanz eingebracht ist. Bei der Indikatorsubstanz handelt es sich insbesondere um einen hydrochromen Stoff. Der Träger ist beispielsweise ein Kunststofffaden oder alternativ ein Metalldraht. Alternativ handelt es sich um die zuvor erwähnte Folie, die um den Leitungskern gewickelt ist.
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Um umfangsseitig ein Eindringen von Feuchtigkeit und / oder Wasser in das Leitungsinnere zu detektieren, weist die Leitung gemäß einer zweckdienlichen Weiterbildung mehrere Indikatorelemente auf, welche umfangsseitig um den Leitungskern angeordnet sind. Die Indikatorelemente erstrecken sich dabei in Längsrichtung der Leitung.
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In bevorzugter Ausbildung weist der Leitungskern mehrere Einzeldrähte auf. Die Einzeldrähte sind vorzugsweise verlitzt ausgebildet um eine hohe Flexibilität der Leitung zu ermöglichen. Der Leitungskern ist daher insbesondere durch eine Litze aus mehreren unisolierten Einzeldrähten gebildet.
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Zwischen benachbarten Einzeldrähten oder allgemein zwischen benachbarten Einzelelementen des Leitungskerns sind regelmäßig als Zwickelbereiche bezeichnete Zwischenbereiche gebildet. In einem Zwickelbereich ist bevorzugt das zumindest eine Indikatorelement angeordnet. Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung weisen alle Zwickelbereiche der Leitung jeweils ein Indikatorelement auf. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist zum einen eine gleichmäßig umfangsseitige Anordnung von Indikatorelementen und zum anderen eine platzsparende Anordnung der Indikatorelemente im Leitungsinneren.
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Um eine hohe Biegeresistenz und Stabilität der Leitung zu erreichen, sind die Indikatorfäden in bevorzugter Ausgestaltung mit dem Leitungskern verseilt ausgebildet. Zudem ist hierdurch ein einfaches Herstellen ermöglicht. Beispielsweise wird das Indikatorelement zusammen mit den Einzelelementen gemeinsam einer Verseil- oder Verlitzmaschine zugeführt.
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Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb einer Leitung, welche ein sich in Längsrichtung erstreckenden Leitungskern sowie ein sich ebenfalls in Längsrichtung erstreckendes Indikatorelement aufweist, die gemeinsam von einem Außenmantel umgeben sind. Bei einer Feuchtigkeitsänderung, insbesondere einem Eindringen von Feuchtigkeit, zeigt das Indikatorelement einen Farbumschlag. Die Leitung erzeugt daher automatisch ein visuelles Signal, welches zur Überprüfung oder Überwachung der Leitung herangezogen wird.
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Insbesondere wird die Leitung auf ein Eindringen von Feuchtigkeit überwacht, indem insbesondere automatisch, beispielsweise durch eine Überwachungsoptik, überprüft wird, ob das Indikatorelement einen Farbumschlag zeigt.
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Ein Eindringen von Feuchtigkeit erfolgt beispielsweise bei einer Verletzung des Außenmantels, so dass durch eine Bruchstelle Feuchtigkeit eindringen kann.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Diese zeigen teilweise in stark vereinfachten Darstellungen:
- 1 eine Querschnitt durch eine Leitung,
- 2 eine Querschnittsdarstellung eines Indikatorelements sowie
- 3 eine Prinzipskizze einer Leitung, welche einen defekten Außenmantel aufweist
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In den Figuren sind gleichwirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen dargestellt.
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In 1 ist ein Querschnitt einer Leitung 2 dargestellt, welche sich in eine Längsrichtung 4 erstreckt und einen Leitungskern 6 sowie mehrere Indikatorelemente 8 aufweist. Weiterhin weist die Leitung 2 einen den Leitungskern 6 und die Indikatorelemente 8 umgebenden Außenmantel 10 auf.
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Der Leitungskern 6 weist mehrere, im Ausführungsbeispiel sieben, Einzeldrähte 12 auf. Die Einzeldrähte 12 sind vorzugsweise untereinander verseilt und bilden einen Litzenleiter aus. Die Einzeldrähte 12 sind insbesondere Kupferdrähte.
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Zwischen benachbarten Einzeldrähten 12 sind Zwickelbereiche 14 ausgebildet in denen jeweils ein Indikatorelement 8 angeordnet ist. Beispielsweise weist die Leitung 2 im Ausführungsbeispiel sechs Indikatorelemente 8 auf, welche in den sechs Zwickelbereichen 14 der Leitung 2 angeordnet sind. Die Indikatorelemente 8 sind als Indikatorfäden ausgebildet. Sie weisen einen Durchmesser auf, der vorzugsweise kleiner oder kleinergleich dem Durchmesser der Einzeldrähte 12 ist.
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Das Indikatorelement 8 weist gemäß einer ersten Ausführungsvariante vorzugsweise einen Indikator, beispielsweise einen hydrochromen Stoff auf. Unter hydrochrom wird die Eigenschaft eines Stoffes verstanden bei Kontakt mit Feuchtigkeit oder insbesondere Wasser seine Farbe zu variieren. Hydrochrome Stoffe sind beispielsweise Kupfersulfat (im „trockenen Zustand“: weiß; im „nassen Zustand“: blau) und Cobaltchlorid (im „trockenen Zustand“: blau; im „nassen Zustand“: rosa bis rot). Das Indikatorelement 8 ist vorzugsweise aus dem Indikator ausgebildet. Alternativ oder ergänzend weist das Indikatorelement 8 einen Träger auf, auf den der Indikator aufgebracht ist. Der Träger weist beispielsweise einen sich in Längsrichtung 4 erstreckenden Strang auf, welcher vorzugsweise aus Kunststoff oder alternativ aus Metall besteht.
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Gemäß einer bevorzugten zweiten Ausführungsvariante, die in der 2 dargestellt ist, weist das Indikatorelement 8 ein Innenelement 8a und ein Außenelement 8b auf und ist insgesamt als Indikatorfaden ausgebildet. Das Außenelement 8b umgibt dabei das Innenelement 8a nach Art eines Mantels vollständig umfangseitig. Das Innenelement 8a weist gemäß dieser alternativen Ausgestaltung eine bunte Farbe, insbesondere eine Signalfarbe, beispielsweise Neonorange auf. Das Außenelement 8b weist ein intransparentes und zumindest teilweise wasserlösliches Material auf, beispielsweise ein acrylatbasierendes Polymer oder ein vinylalkoholbasierendes Polymer. Bei Eindringen von Feuchtigkeit in die Leitung 2 löst sich das zumindest teilweise wasserlösliche Material des Außenelements 8b auf und ermöglicht somit die Sichtbarkeit der Signalfarbe des Innenelements 8a als ein Anzeichen des Eindringens von Feuchtigkeit.
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Insgesamt weist bei dieser Ausgestaltung das Indikatorelement 8 daher einen zweischichtigen Aufbau auf. Das Außenelement 8b ist insbesondere nach Art einer Beschichtung auf das Innenelement aufgebracht. Insbesondere weist das Außenelement eine nur geringe Dicke auf, um die gewünschte Auflösung beim Eindringen von Wasser oder Feuchtigkeit zu gewährleisten.
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Der Außenmantel 10 weist vorzugsweise einen Kunststoff, insbesondere einen handelsüblichen transparenten Kunststoff auf. Zweckdienlicherweise ist der Außenmantel 10 teilweise transparent, bevorzugt vollständig transparent ausgebildet. Der transparenten Ausgestaltung des Außenmantels 10 liegt die Überlegung zugrunde, einen Farbumschlag des Indikatorelements schnell und einfach zu erkennen. D.h. bei dem transparenten Außenmantel 10 ist ein Farbumschlag „von außen“ durch den Außenmantel 10 sichtbar und es kann eine Reparatur oder ein Austausch der Leitung 2 erfolgen. Bei einer teilweise transparenten Ausgestaltung des Außenmantels 10 ist vorzugsweise der umfangsseitige Ausschnitt des Außenmantels 10 transparent, welcher zumindest ein Indikatorelement 8 aufweist.
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In 3 ist ein ausschnittsweiser Längsschnitt einer sich in Längsrichtung 4 erstreckenden Leitung 2 dargestellt, welche einen defekten Außenmantel 10 aufweist. Der Längsschnitt der Leitung 2 im Ausführungsbeispiel weist weiterhin ein Indikatorelement 8 und zwei Einzeldrähte 12 auf.
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Über eine Bruchstelle 16 des Außenmantels 10 ist ein Eindringen von Feuchtigkeit oder Wasser ermöglicht. An dieser Bruchstelle 16 weist das Indikatorelement 8 aufgrund einer chemischen Reaktion mit der eingedrungenen Feuchtigkeit beziehungsweise des eingedrungenen Wassers einen Farbumschlag 18 auf. Aufgrund des transparenten Außenmantels 10 ist der Farbumschlag 18 „nach außen“ hin sichtbar. Um eine ausreichende und gut visuelle Wirkung zu erzielen, weist das Indikatorelement 8 nach dem Farbumschlag 18 vorzugsweise eine bunte Farbe, beispielsweise rot, blau oder grün sowie eine Mischfarbe aus den drei genannten Farben auf.
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Anhand des Farbumschlages 18 ist weiterhin eine einfache Lokalisierung der Bruchstelle 16 ermöglicht, wodurch eine schnelle Reparatur oder ein Austausch des Außenmantels 10 erfolgen kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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