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Die Erfindung betrifft ein Leiterbündel aus mindestens einem Lichtwellenleiter und mindestens einem elektrischen Leiter, ein Verfahren zu dessen Herstellung und eine Verwendung dieses Leiterbündels.
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Aus dem Stand der Technik ist bekannt, Lichtwellenleiter mit einer metallischen Beschichtung zu versehen. So wird beispielsweise in der
DE 197 17607 C2 eine Vorrichtung zur Herstellung einer metallbeschichteten Faser vorgeschlagen. Auch in der
DE 25 56 786 A1 wir ein optischer Leiter mit einem metallischen Überzug versehen. Vorteilhaft an metallischen Überzügen auf Lichtwellenleitern ist die geschützte Oberfläche, insbesondere vor eindringender Feuchtigkeit, in Verbindung mit verbesserten mechanischen Eigenschaften (Zug-, und Biegefestigkeit). Nachteilig sind die hohen Herstellungskosten und der einschränkende Umstand, dass das Material des Lichtwellenleiters immer einen höheren Schmelzpunkt aufweisen muss, als das Metall des Überzuges.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Leiterbündel aus Lichtwellenleiter und elektrischem Leiter vorzuschlagen, das einfach und kostengünstig herzustellen ist und eine hohe Flexibilität bezüglich der verwendbaren Materialien aufweist.
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Das erfindungsgemäße Leiterbündel aus mindestens einem Lichtwellenleiter und mindestens einem elektrischen Leiter ist dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine elektrische Leiter um den mindestens einen Lichtwellenleiter gewickelt oder mit dem mindestens einen Lichtwellenleiter zusammengewickelt ist.
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Das der elektrische Leiter um den Lichtwellenleiter gewickelt ist, bedeutet im Rahmen dieser Schrift, dass der Lichtwellenleiter gerade ausgerichtet ist und der elektrische Leiter um den Lichtwellenleiter herumgewickelt ist. Zusammengewickelt bedeutet hier, das weder Lichtwellenleiter noch elektrischer Leiter gerade geführt sind, sondern miteinander verwickelt sind.
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Vorteilhaft wird durch die Erfindung ermöglicht, als Materialien für den Lichtwellenleiter auch Kunststofffasern einzusetzen, da der Schmelzpunkt des Materials bei der Herstellung keine Rolle spielt. Weiterhin vorteilhaft ist, dass die Herstellung deutlich günstiger ist, als nach dem Stand der Technik.
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Der Lichtwellenleiter im Sinne dieser Anmeldung kann aus einer einzelnen Faser oder aus einem Faserbündel bestehen.
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Der elektrische Leiter kann ebenfalls ein einzelner Leiter oder eine Litze sein. Es können ein oder mehrere elektrische Leiter vorgesehen sein, bei mehreren elektrischen Leitern können diese auch aus unterschiedlichem Material gefertigt sein.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der Lichtwellenleiter eine Ummantelung auf. Die Ummantelung kann dabei aus verschiedenen Materialien angefertigt sein, beispielsweise Kunststoff oder auch Karbon. Vorteilhaft verbessert die Ummantelung die Totalreflektion im Außenbereich des Lichtwellenleiters als auch die mechanischen Eigenschaften des Lichtwellenleiters, beispielsweise kann das Risiko des Knickens des Lichtwellenleiters deutlich verringert werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist der elektrische Leiter eine Beschichtung mit einem Isolationslack auf. Vorteilhaft kann so ein Kurzschluss mit dem Leiter selbst oder anderen verhindert werden, wodurch auch mehrere, voneinander unabhängige elektrische Leiter integriert werden können. Beispielsweise kann so ein elektrischer Leiter zur Datenübertragung und ein weiterer elektrischer Leiter als Heizleiter in ein Leiterbündel eingesetzt werden. Als Isolationslacke sind beispielsweise Polyurethan, Polyesterimid oder eine Mischung aus Polyesterimid und Polyamidimid vorgesehen.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung verläuft der Lichtwellenleiter gerade und der elektrische Leiter ist um den Lichtwellenleiter herumgewickelt. Vorteilhaft wird so der eingeschränkten Biegsamkeit des Lichtwellenleiters in Verbindung der deutlich besseren Biegsamkeit des metallischen elektrischen Leiters Rechnung getragen.
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Weiterhin bevorzugt hat die Umwicklung des Lichtwellenleiters mit dem elektrischen Leiter eine variable Schlaglänge. Vorteilhaft kann so bei der Verwendung des elektrischen Leiters als Heizleiter die Wärmeabgabe in verschiedenen Bereichen genau eingestellt werden. In einer alternativen Ausgestaltung können sich auch Bereiche unterschiedlicher Schlaglängen abwechseln.
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Bevorzugt ist der Lichtwellenleiter aus Glasfaser, Polycarbonat (PC), Polymethylmethacrylat (PMMA) oder Elastomeren gefertigt. Die Querschnittsform des Lichtwellenleiters kann dabei beispielsweise rund, rechteckig, dreieckig, rechteckig mit mittiger Bohrung oder sechseckig sein.
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Der elektrische Leiter besteht bevorzugt aus Kupfer, Aluminium, kupferbeschichtetem Aluminium, Messing, Silber, Gold, Nickel, Konstantan, Edelstahl oder anderen leitfähigen Materialien.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das erfindungsgemäße Leiterbündel aus Lichtwellenleiter und elektrischem Leiter auf einer Trägerfolie angeordnet. Je nach Anwendung kann das Leiterbündel dabei flächig, beispielsweise mäanderförmig auf der Folie angeordnet sein. So kann vorteilhaft, bei Verwendung eines Heizleiters als elektrischer Leiter, eine flächige Wärmeabgabe erreicht werden. Dieser Effekt kann weiterhin vorteilhaft durch eine hohe Wärmeleitfähigkeit der Trägerfolie unterstützt werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Leiterbündels ist ein kontinuierlicher Prozess und weist folgende Verfahrensschritte auf:
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In einem ersten Schritt a) erfolgt die Bereitstellung mindestens einen Lichtwellenleiters und mindestens einen elektrischen Leiters auf Speicherspulen in einem Materialspeicher. Bevorzugt sind Lichtwellenleiter und elektrische Leiter dabei auf Spulen bereitgestellt, die drehbar gelagert im Materialspeicher angeordnet sind. Bevorzugt werden elektrische Leiter und Lichtwellenleiter mittels Spannrollen von den Spulen abgezogen.
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In einem weiteren Schritt b) erfolgt die Bereitstellung einer dem Materialspeicher nachgeordneten Aufnahmespule zur Aufnahme des hergestellten Leiterbündels. Die Aufnahmespule ist drehbar gelagert und durch einen Motor angetrieben um das hergestellte Leiterbündel aufzuspulen.
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In einem Schritt c) erfolgt ein Zusammenführen von elektrischem Leiter und Lichtwellenleiter in einem Verdrillungsbereich. Dieser Verdrillungsbereich liegt zwischen Materialspeicher und Aufnahmebereich. Dabei werden bevorzugt durch Spann- und Führungsrollen Lichtwellenleiter und elektrischer Leiter von ihren Spulen zum Verdrillungsbereich geführt.
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In einem abschließenden Schritt d) werden Lichtwellenleiter und elektrischer Leiter im Verdrillungsbereich durch eine Drehbewegung von Aufnahmespulen relativ zum Materialspeicher verdrillt. Bevorzugt wird dabei der Aufnahmebereich, also die Aufnahmespule mit den zugehörigen Spann- und Führungsrollen gedreht. Mittels eines Steuergerätes werden dabei die gewünschten strukturellen Eigenschaften des Leiterbündels eingestellt, beispielsweise die Zuführgeschwindigkeiten, die Abzugskraft der Aufnahmerolle und so weiter.
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Eine beispielsweise erfindungsgemäße Verwendung der erfindungsgemäßen Kombination aus Lichtwellenleiter und elektrischem Leiter ist ein beheizbarer Berührungssensor in einem Lenkrad eines Kraftfahrzeuges. Vorteilhaft kann der elektrische Leiter als Heizleiter genutzt werden und der Lichtwellenleiter als Berührungssensor. Bevorzugt erfolgt die Berührungserkennung dabei mittels Interferometrie, da so eine sehr gute Erkennungsgenauigkeit erzielt werden kann. Insbesondere wenn die erfindungsgemäße Kombination aus Lichtwellenleiter und elektrischem Leiter auf einer Trägerfolie angeordnet ist, ist die Montage in ein Lenkrad besonders einfach, da nur die Trägerfolie als Zwischenschicht auf die Innenseite der Verkleidung des Lenkrades kaschiert werden muss.
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Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
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Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
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Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Vorrichtung zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Kombination aus Lichtwellenleiter und elektrischem Leiter,
- 2 verschiedene strukturelle Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Kombination, und
- 3 einen beheizbaren Berührungssensor zum Einbau in ein Lenkrad eines Kraftfahrzeuges.
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1 zeigt eine Vorrichtung zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Leiterbündels 0. In einem Materialspeicher 1 werden eine Spule 12 mit Lichtwellenleiter 2 und eine Spule 13 mit elektrischem Leiter 3 bereitgestellt. Über mehrere Spann- und Führungsrollen 11 werden Lichtwellenleiter 2 und elektrische Leiter 3 von den Spulen 12 und 13 abgezogen und in einem Verdrillungsbereich 4 zusammengeführt. Dem Verdrillungsbereich 4 ist ein Aufnahmebereich 5 nachgeordnet, der eine Aufnahmespule 51 aufweist, die das hergestellte Leiterbündel 0 aufwickelt. Der Aufnahmebereich 5 ist um die Achse des Materials im Verdrillungsbereich 4 drehbar gelagert. Im Aufnahmebereich 5 ist eine Steuereinheit 52 vorgesehen, die die Parametrisierung für das konkret herzustellende Leiterbündel 0 enthält. Durch gezielte Steuerung der Spann- und Führungsrollen 11 der Materialzufuhr in Verbindung mit der Drehung des Aufnahmebereichs 5 ist die konkrete Ausgestaltung des Leiterbündels 0 einstellbar.
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2 zeigt verschiedene Varianten a) bis d) des erfindungsgemäßen Leiterbündels 0. In der Variante a) ist ein elektrischer Leiter 3 um einen geraden Lichtwellenleiter 2 mit konstanter Schlaglänge gewickelt.
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In Variante b) ist ebenfalls der elektrische Leiter 3 um einen gerade geführten Lichtwellenleiter 2 gewickelt, jedoch mit zwei unterschiedlichen Schlaglängen. Es wechseln sich Bereiche 31 mit kurzer Schlaglänge L1 mit Bereichen 32 mit längerer Schlaglänge L2 ab.
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Variante c) zeigt ein Leiterbündel 0 bei dem der Lichtwellenleiter 2 mit dem elektrischen Leiter 3 miteinander verwickelt sind, wobei der Lichtwellenleiter 2 hier nicht gerade geführt ist.
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Variante d) zeigt einen gerade geführten Lichtwellenleiter 2, der mit zwei verschiedenen elektrischen Leitern 3 und 31 mit konstanter Schlaglänge umwickelt ist.
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3 zeigt einen beheizbaren Berührungssensor 6 zum Einbau in ein Lenkrad unter die Lenkradverkleidung. Der Lichtwellenleiter 2 ist hier ein Berührungssensor, der mittels Interferometrie durch die Lenkradverkleidung Lageänderungen beziehungsweise Biegung und damit Berührungen durch den Benutzer detektiert. Um den Lichtwellenleiter 2 ist ein elektrischer Leiter 3 gewickelt, der als Widerstandsheizung wirkt. Zum Einbau in das Lenkrad wird der beheizbare Berührungssensor auf einer hier nicht gezeigten Trägerfolie mäanderförmig aufgebracht, um eine flächige Detektion und Heizung zu ermöglichen. Die Trägerfolie ist aus Aluminium gefertigt und hat so eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit, so dass die Lenkradheizung schnell anspricht. Es versteht sich, dass der elektrische Leiter 3 mit einem Isolationslack versehen ist, um einen elektrischen Kurzschluss zu verhindern.
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Bezugszeichenliste
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- 0
- Leiterbündel
- 1
- Materialspeicher
- 11
- Spann- und Führungsrollen
- 12
- Spule Lichtwellenleiter
- 13
- Spule elektrischer Leiter
- 2
- Lichtwellenleiter
- 3
- elektrischer Leiter
- 31
- zweiter elektrischer Leiter
- 4
- Verdrillungsbereich
- 5
- Aufnahmebereich
- 51
- Aufnahmespule
- 52
- Steuereinheit
- 6
- beheizbarer Berührungssensor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19717607 C2 [0002]
- DE 2556786 A1 [0002]
