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Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Kabel und insbesondere ein Kabel mit einem im Kabel angeordneten lichtemittierenden Element.
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Kabel kommen in vielen unterschiedlichen technischen Anwendungen zum Einsatz, wie beispielsweise zur Übertragung von Daten (man spricht hierbei auch von einem Datenkabel) oder zur Bereitstellung von elektrischer Spannung. Insbesondere im Fall eines Datenkabels kann die Datenübertragung auf elektrischer Basis (elektrisches Datenkabel), optischer Basis (optisches Datenkabel) oder einer Kombination aus beidem (für gewöhnlich als Hybridkabel, manchmal auch Kombinationskabel bezeichnet) erfolgen.
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Ein bekanntes Kabel weist für diese Zwecke einen Kabelkern auf, welcher eine beliebige Anzahl an Kabelaufbauelementen umfasst. Bei den Kabelaufbauelementen kann es sich beispielsweise jeweils um eine elektrische Ader oder eine optische Faser handeln.
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Für eine Reihe von Anwendungen kann es vorteilhaft sein, den technischen Zustand eines Kabels, vorher festgelegte Übertragungsparameter oder auch mittelbar bei der Übertragung anfallende technische Parameter mittels eines lichtemittierenden Elements im Kabel optisch darzustellen. Das lichtemittierende Element kann hierbei im Kabel und insbesondere im Kabelmantel angeordnet sein.
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Bei der Lichtemission durch das lichtemittierende Element ist es jedoch wünschenswert, dass die wahrgenommene Lichtintensität über den gesamten Kabelumfang (d. h. entlang einer tangentialen Richtung in Bezug auf eine Kabelachse des Kabels) möglichst homogen ist, d. h. möglichst gleichmäßig erscheint. Eine einfache Lösung für dieses Problem besteht darin, über den gesamten Kabelumfang (gleichmäßig) verteilt eine Anzahl von zwei oder mehreren lichtemittierenden Elementen vorzusehen.
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Diese Lösung hat jedoch den Nachteil, dass die Kontaktierung der einzelnen lichtemittierenden Elemente kompliziert und aufwendig ist. Werden beispielsweise optische Fasern als lichtemittierende Elemente verwendet, so ist die Ankopplung der einzelnen Fasern kompliziert. Ferner steigen die Kosten des Kabels mit der Anzahl der lichtemittierenden Elemente.
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US 2015 / 0 332 810 A1 offenbart ein beleuchtbares Übertragungskabel mit einen elektrischen Leiter, einer lichtstreuenden Faser mit einem Glaskern und einem Mantel, wobei der Glaskern und/oder eine Kern-Mantel-Grenzfläche mehrere Streustrukturen aufweisen. Die Lichtstreufaser ist dazu eingerichtet, mit einer Lichtquelle, die Licht in die Lichtstreufaser emittiert, optisch zu koppeln. Die Streustrukturen sind dazu eingerichtet, das emittierte Licht zu streuen und das emittierte Licht entlang mindestens eines Teils einer Seitenwand der lichtstreuenden Faser auszugeben. Ein lichtdurchlässiger Mantel umgibt den elektrischen Leiter und die lichtstreuende Faser.
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DE 10 2017 102 783 A1 , welches nach dem Anmeldedatum der vorliegenden Anmeldung veröffentlicht wurde, offenbart ein Stromleitungselement umfassend einen elektrischen Leiter und eine Isolierung des elektrischen Leiters. Die Isolierung enthält eine Lichtwellenleitereinheit.
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DE 10 2014 110 097 A1 offenbart ein Leuchtmodul mit einem Flächenstrahler und einem auf der lichtemittierenden Oberflächenseite des Flächenstrahlers angeordnetem optischen Glied. Der Flächenstrahler weist ein Leuchtgebiet und ein Nicht-Leuchtgebiet auf. Das optische Glied weist einen Reflektor in dem Gebiet entsprechend dem Leuchtgebiet auf. Der Reflektor besitzt eine Reflexionsverteilung, bei der der mittlere Reflexionsgrad pro Flächeneinheit variiert. Gemäß dieser Konfiguration wird von dem Flächenstrahler emittiertes und von dem optischen Glied geleitetes Licht von dem Reflektor reflektiert und vor dem Nicht-Leuchtgebiet emittiert.
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US 2015 / 0 373 449 A1 offenbart ein beleuchtetes Audiokabel, einschließlich Kombinationen verschiedener Audiosignalleitungen und verschiedener lichtemittierender Kabel, Drähte und Streifen, Konfigurationen zum Anbringen von Audiosignalleitungen an lichtemittierenden Kabeln, Drähten und Streifen, Funktionalität und physikalische Positionen von Treiberelektronik für verschiedene lichtemittierende Kabel, Drähte und Streifen sowie physikalische Orte für Treibersteuerungen. Es werden auch optische Faserlösungen offenbart, die es seitenemittierenden optischen Fasern ermöglichen, sowohl als Beleuchtungsvorrichtung als auch als Signal- oder Datenleitung zu wirken.
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Es besteht ein Bedarf an Kabeln,mit einem lichtemittierenden Element, welche eine gewünschte Intensitätsverteilung der Lichtemission bezüglich des Kabelumfangs ermög lichen.
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Hierfür wird ein Kabel gemäß Patentanspruch 1 bereitgestellt.
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Das Kabel weist einen Kabelkern umfassend mindestens ein Kabelaufbauelement auf. Ferner weist das Kabel ein lichtemittierendes Element und eine reflektierende Schicht auf, welche den Kabelkern entlang einer tangentialen Richtung bezüglich einer Kabelachse des Kabels zumindest teilweise umgibt, und welche dazu eingerichtet ist, Licht, das von dem lichtemittierenden Element emittiert wird, zu reflektieren. Das Kabel weist ferner einen Mantel auf, welcher dazu eingerichtet ist, das von dem lichtemittierenden Element emittierte Licht im Wesentlichen in tangentialer Richtung um den Kabelkern herum zu leiten und im Wesentlichen in radialer Richtung bezüglich der Kabelachse auszukoppeln. Ein Reflexionsgrad der reflektierenden Schicht variiert in tangentialer Richtung.
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Durch den in tangentialer Richtung variierenden Reflexionsgrad der reflektierenden Schicht kann gewährleistet werden, dass die Lichtemission des lichtemittierenden Elements eine gewünschte Abstrahlcharakteristik entlang der tangentialen Richtung aufweist. Insbesondere kann der variierende Reflexionsgrad so gewählt werden, dass eine Intensitätsverteilung des emittierten Lichts entlang der tangentialen Richtung (d. h. entlang des Kabelumfangs) möglichst homogen ist.
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Bei dem Kabel kann es sich beispielsweise um ein Datenkabel oder um ein Stromkabei handeln. Die Kabelaufbauelemente des Kabelkerns können beispielsweise eine oder mehrere optische Fasern und/oder einen oder mehrere elektrische Leiter (beispielsweise metallische Leiter) umfassen.
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Bei dem lichtemittierenden Element kann es sich beispielsweise um einen Lichtleiter (insbesondere eine optische Faser) handeln, welcher dazu eingerichtet ist, Licht in radiale Richtungen bezüglich einer Erstreckungsachse (Längsrichtung) des lichtemittierenden Elements auszukoppeln. Das lichtemittierende Element kann beispielsweise entlang einer gesamten Länge des Kabels verlaufen oder lediglich entlang eines räumlich beschränkten Abschnitts bezüglich einer Kabelachse des Kabels. Es ist beispielsweise auch möglich, dass das lichtemittierende Element einen Lichtleiter umfasst, welcher einen oder mehrere Abschnitte entlang der Kabelachse aufweist, entlang derer eine radiale Lichtauskopplung stattfindet und einen oder mehrere Abschnitte entlang der Kabelachse aufweist, entlang derer das von dem Lichtleiter geleitete Licht lediglich intern reflektiert wird (beispielsweise durch Totalreflexion) und nicht radial ausgekoppelt wird.
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Das lichtemittierende Element kann eine Lichtquelle umfassen, zum Beispiel eine Leuchtemissionsdiode (LED). Die Lichtquelle kann mittels elektrischer Leiter betrieben werden, welche entlang der Kabelachse des Kabels verlaufen.
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Die reflektierende Schicht kann dazu eingerichtet sein, das Licht, welches vom Mantel um den Kabelkern herum geleitet wird, in den Mantel zurück zu reflektieren. Die reflektierende Schicht kann beispielsweise eine reflektierende Folie oder eine extrudierte Schicht umfassen. Die reflektierende Folie kann beispielsweise eine metallische Folie sein. Ferner kann die reflektierende Schicht auch aus einem Material gebildet sein, welches einen geringeren Brechungsindex aufweist als ein Material des Mantels in einem Bereich der Grenzfläche des Mantels hin zu der reflektierenden Folie. In diesem Fall kann das Licht von der reflektierenden Schicht mittels Totalreflexion (in den Mantel zurück) reflektiert werden.
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Wenn im Folgenden von einer tangentialen Richtung die Rede ist, so ist hierbei eine Richtung gemeint, die entlang des Kabelumfangs verläuft und somit kreisförmig um eine Kabelachse des Kabels (beispielsweise z-Achse) verläuft. Ferner ist das Vorzeichen der tangentialen Richtung nicht genauer spezifiziert, wenn hierin von einer tangentialen Richtung die Rede ist. Es kann sich somit bei einer tangentialen Richtung sowohl um eine positive als auch um eine negative tangentiale Richtung handeln. Die positive und negative tangentiale Richtung werden hierin zur genauen Unterscheidung auch als „erste tangentiale Drehrichtung“ bzw. als „zweite tangentiale Drehrichtung“ bezeichnet, wenn es auf das konkrete Vorzeichen der tangentialen Richtung ankommt. Eine radiale Richtung bezeichnet hierin eine Richtung, welche zu der tangentialen Richtung senkrecht steht und in Bezug auf die Kabelachse radial verläuft. Ein Vorzeichen der radialen Richtung ist nicht weiter spezifiziert, es sei denn, es ist etwas anderes angegeben.
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Ein Querschnitt des Kabels bzw. des Kabelkerns ist nicht auf eine Kreisform beschränkt. Wenn beispielsweise der Kabelkern einen elliptischen Querschnitt aufweist oder einen Querschnitt mit Auswölbungen und/oder Eingebungen, so ist für den Fachmann klar, dass eine reflektierende Schicht, welche diesem Querschnitt folgt, sich ebenfalls entlang einer tangentialen Richtung bezüglich der Kabelachse erstreckt.
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Der Mantel dient beispielsweise als Lichtleiter in Bezug auf die tangentiale Richtung, wobei Licht, welches auf innere Grenzflächen des Mantels fällt, dort zumindest teilweise reflektiert wird. Wenn hierin davon die Rede ist, dass Licht im Wesentlichen in tangentialer Richtung um den Kabelkern herum geleitet wird, so bedeutet dies nicht, dass sämtliche Lichtstrahlen tangential verlaufen, sondern lediglich, dass einzelne Lichtstrahlen von dem Mantel so umgelenkt werden, dass diese auch Bereiche entlang eines Umfangs des Kabelkerns erreichen, welche sie nicht erreichen würden, wenn keine Umlenkung stattfände. Anders ausgedrückt beschreibt die Form des Mantels, welcher als Lichtleiter fungiert, die Richtung der Lichtumlenkung. Wenn sich der Mantel im Wesentlichen in tangentialer Richtung um den Kabelkern erstreckt, so findet die Lichtleitung auch im Wesentlichen in tangentialer Richtung um den Kabelkern herum statt.
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Ähnlich bedeutet eine Auskopplung „im Wesentlichen in radialer Richtung bezüglich der Kabelachse“ nicht, dass jeder einzelne ausgekoppelt Lichtstrahl exakt radial verlaufen muss. Vielmehr kann das Licht beim Auszukoppeln gestreut werden, sodass es lediglich insofern im Wesentlichen in radialer Richtung verläuft, dass es von der Kabelachse weg verläuft.
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Das Variieren des Reflexionsgrades der reflektierenden Schicht kann auf mehrere unterschiedliche Weisen realisiert werden. Dem Fachmann sind fachübliche Verfahren bekannt, wie ein Reflexionsgrad einer reflektierenden Schicht räumlich graduell verändert werden kann. Beispielsweise kann das Variieren des Reflexionsgrades durch eine partielle Abstumpfung einer metallisch glänzenden Folie erreicht werden. Ferner kann eine Grenzschicht, an welcher eine Totalreflexion stattfindet, durch das Vorsehen einzelner Störstellen so manipuliert werden, dass Licht, welches auf die Störstellen trifft, nicht totalreflektiert sondern gestreut oder absorbiert wird.
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Die reflektierende Schicht kann zwischen dem Kabelkern und dem lichtemittierenden Element angeordnet sein.
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Anders ausgedrückt kann zumindest ein Abschnitt der reflektierenden Schicht zwischen dem Kabelkern und dem lichtemittierenden Element angeordnet sein. Die reflektierende Schicht kann an diesem Abschnitt das lichtemittierende Element direkt kontaktieren. Ein Vorteil dieser Anordnung besteht beispielsweise darin, dass Licht, welches von dem lichtemittierenden Element emittiert wird, direkt am Ort des lichtemittierenden Elements in Richtung des Mantels reflektiert werden kann, was die zur Auskopplung zur Verfügung stehende Lichtintensität erhöht.
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Die reflektierende Schicht kann den Kabelkern in tangentialer Richtung vollständig umschließen.
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Anders ausgedrückt kann die reflektierende Schicht gesamte 360° um die Kabelachse herum verlaufen, sodass sie in Querschnitt senkrecht zur Kabelachse eine geschlossene Linie (insbesondere beispielsweise einen Kreis oder eine Ellipse) bildet. Somit kann eine Abstrahlcharakteristik und insbesondere eine Homogenität um den gesamten Kabelumfang eingestellt werden.
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Der Reflexionsgrad der reflektierenden Schicht kann ausgehend von einer Stelle, welche am nächsten am lichtemittierenden Element angeordnet ist, in tangentiale Richtung entlang zumindest einer ersten tangentialen Drehrichtung zunehmen.
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Somit kann gewährleistet werden, dass Licht, welches eine weitere Entfernung im Mantel zurückgelegt hat, mit einem höheren Reflexionsgrad reflektiert wird, sodass beispielsweise Streuverluste und Absorptionsverluste ausgeglichen werden können. Der Reflexionsgrad kann beispielsweise kontinuierlich zunehmen. Bei der Stelle, welche am nächsten am lichtemittierenden Element angeordnet ist, kann es sich beispielsweise um eine Stelle der reflektierenden Schicht handeln, welche das lichtemittierende Element kontaktiert. Der Reflexionsgrad der reflektierenden Schicht kann beispielsweise so lange kontinuierlich zunehmen, bis zu einer Stelle, an welcher dieser ein Maximum erreicht. Diese Stelle des Maximums kann bezüglich des Kabelkerns der Stelle gegenüberliegen, welche am nächsten am lichtemittierenden Element angeordnet ist. Anders ausgedrückt können die beiden Stellen hinsichtlich der tangentialen Richtung um 180° versetzt angeordnet sein.
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Der Reflexionsgrad der reflektierenden Schicht kann ausgehend von der Stelle, welche am nächsten am lichtemittierenden Element angeordnet ist, in tangentiale Richtung entlang der ersten tangentialen Drehrichtung und entlang einer der ersten tangentialen Drehrichtung entgegengesetzten zweiten tangentialen Drehrichtung zunehmen.
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Anders ausgedrückt kann sich an der Stelle, welche am nächsten am lichtemittierenden Element angeordnet ist, ein absolutes oder lokales Minimum des Reflexionsgrades befinden. Der Reflexionsgrad kann in beide tangentiale Drehrichtungen solange zunehmen, bis dieser an einer Stelle, wo die reflektierende Schicht wieder zusammen läuft, ein gemeinsames Maximum erreicht. Somit kann gewährleistet werden, dass Licht, welches in unmittelbarer Umgebung des lichtemittierenden Elements auf die reflektierende Schicht trifft und somit noch keine (oder geringe) Intensitätsverluste innerhalb des Mantels erlitten hat, nicht so stark nach außen reflektiert wird, wie Licht, welches bereits über eine weitere Strecke innerhalb des Mantels geleitet wurde und somit bereits Intensitätsverluste (beispielsweise durch Streuung oder Absorption) erlitten hat. Dies kann dazu führen, dass das außerhalb des Kabels wahrgenommene Licht eine homogene Intensitätsverteilung aufweist.
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Der Reflexionsgrad der reflektierenden Schicht kann an einer Stelle ein Maximum aufweisen, welche entlang der ersten tangentialen Drehrichtung oder entlang der zweiten tangentialen Drehrichtung am weitesten von dem lichtemittierenden Element entfernt ist.
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Wenn die reflektierende Schicht den Kabelkern vollständig umschließt, so kann sich an der Stelle des Maximums ein gemeinsames (und globales) Maximum befinden, auf welches der Reflexionsgrad sowohl entlang der ersten als auch der zweiten tangentialen Drehrichtung hin zuläuft.
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Der Reflexionsgrad der reflektierenden Schicht kann ausgehend von der Stelle, welche am nächsten am lichtemittierenden Element angeordnet ist, in tangentiale Richtung bis zu dem Maximum kontinuierlich ansteigen, sodass eine Intensitätsverteilung des ausgekoppelten Lichts außerhalb des Kabels entlang der tangentialen Richtung im Wesentlichen homogen ist.
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Ein hierfür erforderlicher Verlauf des Reflexionsgrades kann vom Fachmann beispielsweise mithilfe geeigneter Simulationstechniken bestimmt werden. In einfacher Näherung ist beispielsweise ein beidseitiger (d. h. in die erste und die zweite tangentiale Drehrichtung) linearer Anstieg denkbar, ausgehend von der Stelle, welche am nächsten am lichtemittierenden Element angeordnet ist, wo ein Minimum des Reflexionsgrades besteht.
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Das lichtemittierende Element kann eine lichtleitende Faser umfassen. Somit kann das Licht, welches letztendlich von dem Mantel ausgekoppelt wird, von einer Lichtquelle erzeugt werden (beispielsweise einer LED), welche an einem ersten Kabelende angeordnet ist, und von welcher Licht in die lichtleitende Faser eingekoppelt wird.
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Das lichtemittierende Element kann eine Kette von lichtemittierenden Dioden umfassen. Die Kette von lichtemittierenden Dioden erstreckt sich hierbei beispielsweise entlang der Kabelachse. Hierdurch kann eine im Wesentlichen homogene Beleuchtungsintensität entlang der Kabelachse gewährleistet werden.
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Das lichtemittierende Element kann zumindest teilweise in den Mantel eingebettet sein. Anders ausgedrückt kann der Mantel das lichtemittierende Element direkt kontaktieren und dieses teilweise oder vollständig umgeben. Dadurch kann gewährleistet werden, dass das lichtleitende Element eine Form eines äußeren Umfangs des Mantels und somit des Kabels (beispielsweise eine Kreisform) nicht beeinflusst.
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Zumindest eines der folgenden Paare von Kabelbestandteilen kann sich in direktem Kontakt miteinander befinden: der Kabelkern und die reflektierende Schicht, die reflektierende Schicht und das lichtemittierende Element, die reflektierende Schicht und der Mantel, und das lichtemittierende Element und der Mantel.
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Der Mantel kann ein transparentes Mantelelement, welches dazu eingerichtet ist, das von dem lichtemittierenden Element emittierte Licht im Wesentlichen in tangentialer Richtung um den Kabelkern herum zu leiten, und ein lichtstreuendes Mantelelement, welches in radialer Richtung außerhalb des transparenten Mantelelements angeordnet ist, und welches dazu eingerichtet ist, das von dem lichtemittierenden Element emittierte Licht im Wesentlichen in radialer Richtung auszukoppeln, umfassen.
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Sowohl das transparente Mantelelement als auch das lichtstreuende Mantelelement können im Wesentlichen schlauchförmig ausgestaltet sein. Ferner können das lichtstreuende Mantelelement und das transparente Mantelelement koaxial so zueinander angeordnet sein, dass das lichtstreuende Mantelelement das transparente Mantelelement kontaktiert und dieses umgibt. Das transparente Mantelelement kann einen Lichtleiter darstellen, welcher es ermöglicht, dass darin Licht im Wesentlichen entlang der tangentialen Richtung geleitet wird. Dies kann durch Reflexionen an den Grenzflächen des transparenten Mantelelements erreicht werden, wobei eine Reflexion (nach innen) an der reflektierenden Schicht stattfindet und eine Reflexion (nach außen) an dem lichtstreuende Mantelelement stattfindet. Bei den Reflexionen kann es sich jeweils um partielle Reflexionen handeln, was bedeutet, dass der jeweilige Reflexionsgrad nicht 100 % beträgt. Insbesondere ist das lichtstreuende Mantelelement dazu vorgesehen, Licht nach außen (d. h. im Wesentlichen in radialer Richtung) auszukoppeln. Somit wird Licht, welches die Grenzfläche zwischen dem transparenten Mantelelement und dem lichtstreuenden Mantelelement erreicht, dort nicht vollständig reflektiert, sondern teilweise in das lichtstreuende Mantelelement geleitet (beispielsweise durch das Vorsehen von Streukörpern), wo es (beispielsweise mithilfe von Streukörpern) aus dem Mantel und somit aus dem Kabel ausgekoppelt wird. Aufgrund der lichtstreuenden Eigenschaften des lichtstreuenden Mantelelements kann dieses auch als weiße Schicht und insbesondere als weiße Skinschicht bezeichnet werden.
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Zumindest eines der folgenden Paare von Kabelbestandteilen kann sich in direktem Kontakt miteinander befinden: die reflektierende Schicht und das transparente Mantelelement, das lichtemittierende Element und das transparente Mantelelement, und das transparente Mantelelement und das lichtstreuende Mantelelement.
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Die vorliegende Offenbarung soll weiter anhand von Figuren erläutert werden. Diese Figuren zeigen schematisch:
- 1 eine mögliche Ausgestaltung eines Kabels im Querschnitt senkrecht zur Kabelachse gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
- 2 Details eines möglichen Verlaufs des Reflexionsgrads der reflektierenden Schicht des Kabels des Ausführungsbeispiels.
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Im Folgenden werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, spezifische Details dargelegt, um ein vollständiges Verständnis der vorliegenden Offenbarung zu liefern. Es ist einem Fachmann jedoch klar, dass die vorliegende Offenbarung in anderen Ausführungsbeispielen verwendet werden kann, die von den nachfolgend dargelegten Details abweichen können. Beispielsweise werden im Folgenden spezifische Konfigurationen und Ausgestaltungen eines Kabels beschrieben, die nicht als einschränkend anzusehen sind. Ferner sind verschiedene Anwendungsgebiete des Kabels denkbar.
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1 zeigt ein Kabel gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung im Querschnitt und, genauer gesagt, im Querschnitt entlang einer Ebene (beispielsweise x-y-Ebene), welche senkrecht zu einer Kabelachse (beispielsweise z-Achse) des Kabels verläuft. Die Kabelachse entspricht einer Erstreckungsachse bzw. einer Symmetrieachse der im Wesentlichen zylinderförmigen Form des Kabels und somit einer Längsrichtung.
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In einem mittleren Teil des Kabels befindet sich ein Kabelkern 1, welcher im Querschnitt im Wesentlichen kreisförmig ist und koaxial zur Kabelachse verläuft. Die kreisförmige Form des Kabelkerns 1 ist jedoch eine idealisierte Darstellung und der Kabelkern 1 kann im Querschnitt jede beliebige Form annehmen, welche dazu geeignet ist, ein oder mehrere Kabelaufbauelemente (nicht dargestellt) zu umfassen. Bei dem einen oder mehreren Kabelaufbauelementen kann es sich beispielsweise um eine beliebige Anzahl elektrischer und/oder optischer Leiter handeln, gegebenenfalls mit entsprechender Zwischenisolierung und/oder Abschirmung.
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In direktem Kontakt mit dem Kabelkern 1 befindet sich eine reflektierende Schicht 2, welche gemäß dem Ausführungsbeispiel den Kabelkern 1 vollständig umgibt (d. h. entlang des gesamten Umfangs des Kabelkerns 1 verläuft). Denkbar ist jedoch auch, dass die reflektierende Schicht 2 den Kabelkern 1 nicht vollständig umgibt und sich beispielsweise eine Lücke an der in 1 dargestellten Stelle A befindet, an welcher das später beschriebene lichtemittierende Element 5 angeordnet ist.
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Der Kabelkern 1 und die reflektierende Schicht 2 sind koaxial von einem Mantel umgeben, welcher sich aus einem transparenten Mantelelement 3 und einem lichtstreuenden Mantelelement 4 zusammensetzt. Bei dem lichtstreuenden Mantelelement 4 kann es sich um eine helle, vorzugsweise weiße Skinschicht handeln, welche (in radialer Richtung) dünner ist als das transparente Mantelelement 3. Das lichtstreuende Mantelelement 4 umgibt das transparente Mantelelement 3 vollständig und bildet eine Außenschicht des Kabels.
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Wie in 1 dargestellt ist, ist das Kabel von innen nach außen (d. h. in radialer Richtung ausgehend von der Kabelachse) wie folgt aufgebaut: Kabelkern 1, reflektierende Schicht 2, transparentes Mantelelement 3 und lichtstreuendes Mantelelement 4. Die einzelnen Elemente sind hierbei koaxial angeordnet und befinden sich in direktem Kontakt miteinander. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt und es können gemäß anderen Ausführungsbeispielen weitere Zwischenschichten vorgesehen sein.
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An einer Grenzfläche zwischen der reflektierenden Schicht 2 und dem transparenten Mantelelement 3 ist ein lichtemittierendes Element 5 angeordnet. Wie in 1 dargestellt kann dieses zumindest teilweise in das Material des transparenten Mantelelements 3 eingebettet sein, sodass im Bereich des lichtemittierenden Elements 5 keine unerwünschten Hohlräume vorhanden sind. Bei dem lichtemittierenden Element 5 des Ausführungsbeispiels handelt es sich um eine lichtleitende Faser, welche dazu eingerichtet ist, zumindest auf Höhe des in 1 dargestellten Querschnitts Licht in radiale Richtungen bezüglich einer Faserachse des lichtleitenden Elements 5 zu emittieren bzw. auszukoppeln. Somit wird Licht von dem lichtemittierenden Element 5 in das transparente Mantelelement 3 eingekoppelt, welches als Lichtleiter dient.
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Die Stelle der reflektierenden Schicht 2, an welcher das lichtemittierende Element 5 angeordnet ist (genauer gesagt, zu welcher ein Abstand zu dem lichtemittierenden Element 5 am geringsten ist) wird im Folgenden als Stelle A bezeichnet (siehe 1). An dieser Stelle A befindet sich das lichtemittierende Element 5 in direktem Kontakt mit der reflektierenden Schicht 2. Wie in 1 dargestellt ist, wird die Stelle der reflektierenden Schicht 2, welche entlang der reflektierenden Schicht 2 den größten Abstand zur Stelle A hat, als Stelle B bezeichnet. Stelle B liegt bezüglich der Kabelachse des Kabels auf der gegenüberliegenden Seite bzw. um 180° versetzt zur Stelle A.
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Alternativ zu der oben geschilderten Ausführungsform, muss das lichtemittierende Element 5 nicht in direktem Kontakt mit der reflektierenden Schicht 2 sein. Beispielsweise kann das lichtemittierende Element 5 vollständig in das transparente Mantelelement 3 eingebettet sein, sodass sich ein Teil des transparenten Mantelelements 3 zwischen dem lichtemittierenden Element 5 und der reflektierenden Schicht 2 befindet. Alternativ dazu kann auch eine Aussparung der reflektierenden Schicht 2 an der Stelle A vorgesehen sein, sodass die reflektierende Schicht 2 den Kabelkern 1 nicht vollständig umgibt. Hierbei kann das lichtemittierende Element 5 in der Aussparung vorgesehen sein und somit die reflektierende Schicht 2 nicht kontaktieren.
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Licht, welches von dem lichtemittierenden Element 5 emittiert und in das transparente Mantelelement eingekoppelt wird, wird von diesem als Lichtleiter folgendermaßen in im Wesentlichen tangentiale Richtung um den Kabelkern 1 herum geleitet. Ein Teil des vom lichtemittierenden Element 5 emittierten Lichts verläuft zunächst geradlinig durch das transparente Mantelelement 3 und trifft anschließend auf die Grenzfläche zwischen dem transparenten Mantelelement 3 und dem lichtstreuenden Mantelelement 4. Ein anderer Teil wird zunächst an der reflektierenden Schicht 2 reflektiert und dann zu der Grenzfläche geleitet. An dieser Grenzfläche wird das Licht teilweise in das transparente Mantelelement 3 zurück reflektiert und teilweise mithilfe von Streukörpern in der lichtstreuenden Mantelelement 4 aus dem Kabel ausgekoppelt und somit im Wesentlichen in radiale Richtung ausgestrahlt. Alternativ zu einer klar definierten Grenzfläche zwischen dem transparenten Mantelelement 3 und dem lichtstreuenden Mantelelement 4 kann sich das lichtstreuende Mantelelement lediglich dadurch von dem transparenten Mantelelement 3 unterscheiden, dass in das lichtstreuende Mantelelement 4 Streukörper eingebettet sind. Das Licht, welches zurück in das transparente Mantelelement 3 reflektiert wird, trifft nun entweder wieder auf die Grenzfläche zwischen dem transparenten Mantelelement 3 und dem lichtstreuenden Mantelelement 4 oder auf die reflektierende Schicht 2. Wenn das Licht auf die oben genannte Grenzfläche trifft, so wird dieses wieder teilweise zurück in das transparente Mantelelement 3 reflektiert und teilweise durch das lichtstreuende Mantelelement 4 ausgekoppelt. Wenn das Licht auf die reflektierende Schicht 2 trifft, so wird es an dieser zurück in das transparente Mantelelement 3 reflektiert. Hierbei ist der Reflexionsgrad jedoch nicht konstant, sondern variiert entlang der tangentialen Richtung, wie später im Zusammenhang mit 2 detailliert beschrieben ist.
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Durch die ständige Reflexion zwischen der Grenzschicht transparentes Mantelelement 3-lichtstreuendes Mantelelement 4 und der reflektierenden Schicht 2 wird das Licht von dem transparenten Mantelelement 3 als Lichtleiter im Wesentlichen in tangentiale Richtung um den Kabelkern 1 herum geleitet.
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Bei der reflektierenden Schicht 2 kann es sich beispielsweise um eine metallische Folie handeln oder um eine Schicht aus einem Material, dessen Brechungsindex geringer ist als der des transparenten Mantelelements 3, sodass Totalreflexion an der Grenzfläche transparentes Mantelelement 3-reflektierende Schicht 2 stattfinden kann.
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Wenn der Reflexionsgrad der reflektierenden Schicht 2 nicht wie im Folgenden beschrieben angepasst wäre, so käme es zu dem folgenden Problem. Je weiter die Strecke ist, über die das Licht von dem lichtemittierenden Element 5 aus durch das transparente Mantelelement 3 geleitet wird, umso größer sind die Intensitätsverluste dieses Lichts. Gründe hierfür sind beispielsweise ein nicht vollständiger Transmissionsgrad (T<1) des transparenten Mantelelements 3 sowie Verluste, welche durch die gewollte Auskopplung des Lichts durch das lichtstreuende Mantelelement 4 hervorgerufen werden. Ferner kommt es zu Reflexionsverlusten an der reflektierenden Schicht 2, da deren Reflexionsgrad kleiner 1 ist (R<1) und Licht an der reflektierenden Schicht 2 teilweise absorbiert wird. Dies hätte zur Folge, dass deutlich mehr Licht im Bereich der Stelle A aus dem Kabel ausgekoppelt wird als an der Stelle B. Anders ausgedrückt wäre eine Lichtintensität gemessen in Richtung des Pfeils (siehe 1) an der Stelle A deutlich höher als gemessen in Richtung des Pfeils (siehe 1) an der Stelle B. Das Kabel hätte somit eine ungewünschte inhomogene Intensitätsverteilung entlang des Umfangs des Kabels (d. h. entlang der tangentialen Richtung).
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Im Zusammenhang mit 2 wird im Folgenden erläutert, wie eine Abstrahlcharakteristik des Kabels bezüglich der tangentialen Richtung kontrolliert eingestellt werden kann und insbesondere so eingestellt werden kann, dass es zu einer im Wesentlichen homogenen Intensitätsverteilung bezüglich der tangentialen Richtung führt.
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2 zeigt im unteren Bereich einen Querschnitt des Kabelkerns 1, der reflektierenden Schicht 2 und des lichtemittierenden Elements 5. Diese Darstellung entspricht der Darstellung der jeweiligen Elemente aus 1. Zusätzlich ist in 2 an der Stelle B angedeutet, dass die reflektierende Schicht 2 bei der Fertigung des Kabels an dieser Stelle zusammengefügt wurde, sodass die reflektierende Schicht 2 des fertigen Kabels den Kabelkern 1 vollständig umgibt. Die reflektierende Schicht 2 kann beispielsweise bei der Fertigung des Kabels zunächst aus einer ebenen Schicht hergestellt werden und anschließend an deren Endabschnitten (entsprechend der Stelle B) zusammengefügt werden. Diese ebene Schicht ist im unteren Teil der 2 durch gestrichelte Linien veranschaulicht. Ebenfalls sind die Stelle B und die Stelle A der ebenen Schicht gekennzeichnet.
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Neben der Herstellung der reflektierenden Schicht 2 aus einer ebenen Schicht (beispielsweise eine metallischen Folie) sind weitere Herstellungsarten möglich, wie beispielsweise eine Beschichtung bzw. Bedampfung des Kabelkerns 1 oder eine Extrusion.
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Die reflektierende Schicht 2 weist entlang des Umfangs des Kabelkerns 1 und somit entlang der tangentialen Richtung einen variierenden Reflexionsgrad R auf. Dieser variierende Reflexionsgrad R ist im oberen Teil der 2 zur besseren Anschaulichkeit entlang einer linearen horizontalen Achse aufgetragenen. Die horizontale Achse erstreckt sich hierbei von der Stelle B über die Stelle A zu der Stelle B, also einmal um den Kabelkern 1 herum. Der Reflexionsgrad entspricht somit dem Reflexionsgrad der ebenfalls linear (gestrichelt) dargestellten ebenen reflektierenden Schicht 2, welche während der Herstellung des Kabels um den Kabelkern 1 herum gewickelt wird.
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Der im oberen Teil der 2 dargestellten Reflexionsgrad R kann jedoch auch auf alle anderen Herstellungsarten der reflektierenden Schicht 2 angewendet werden. Denkbar ist hierbei beispielsweise ein Längs-Aufbringen der reflektierenden Schicht 2 im Längseinlauf oder ein Extrudieren der reflektierenden Schicht 2. Hinsichtlich des Erreichens des variierenden Reflexionsgrads R ist beispielsweise eine Vorbehandlung der reflektierenden Schicht 2, bevor diese auf den Kabelkern 1 aufgetragen wird (bzw. um diesen herum gewickelt wird) denkbar, beispielsweise durch partielle Abstumpfung einer metallisch glänzenden Folie. Es besteht auch die Möglichkeit, eine bereits aufgewickelte oder anderweitig aufgetragene Schicht 2 im Durchlaufverfahren entsprechend zu behandeln (beispielsweise farblich zu behandeln).
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In der Darstellung des oberen Teils der 2 entspricht somit eine horizontale Richtung der tangentialen Richtung im fertigen Kabel. Genauer gesagt entspricht eine positive horizontale Richtung (nach rechts) einer ersten tangentialen Drehrichtung (rechts herum) und eine negative horizontale Richtung (nach links) entspricht einer zweiten tangentialen Drehrichtung (links herum).
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An der Stelle A, welche den geringsten Abstand zum lichtemittierenden Element 5 aufweist, befindet sich ein Minimum Min des Reflexionsgrads R. Ausgehend von diesem Minimum Min steigt der Reflexionsgrad R in beide Richtungen, d. h. in beide tangentialen Drehrichtungen, bis dieser an der Stelle B ein globales Maximum Max erreicht. Der Anstieg zwischen dem Minimum Min und dem Maximum Max erfolgt gemäß dem Ausführungsbeispiel linear. Möglich ist jedoch auch jeder beliebige andere Verlauf, welcher dazu geeignet ist, die Abstrahlcharakteristik des Kabels wie gewünscht zu beeinflussen und insbesondere um eine Abstrahlcharakteristik entlang der tangentialen Richtung zu homogenisieren.
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Neben der oben geschilderten vollständig umlaufenden reflektierenden Schicht 2 ist es beispielsweise in anderen Ausführungsbeispielen auch denkbar, dass die reflektierende Schicht 2 an der Stelle, wo das lichtemittierende Element 5 angeordnet ist (in der Darstellung des unteren Teils der 2 ganz oben) eine Lücke aufweist, da an dieser Stelle ohnehin ein minimaler Reflexionsgrad gewünscht sein kann.
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Ferner können auch mehrere als ein lichtemittierendes Element 5 vorgesehen sein. Beispielsweise können 2 lichtemittierende Elemente 5 an gegenüberliegenden Seiten des Kabelkerns 1 angeordnet sein, wobei der Reflexionsgrad der reflektierenden Schicht 2 an der Stelle der lichtemittierenden Elemente 5 jeweils ein Minimum aufweist und zwischen diesen Stellen jeweils ein Maximum aufweist. Diese grundsätzliche Idee kann auf eine beliebige Anzahl von lichtemittierenden Elementen 5 erweitert werden.
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Mithilfe der hierin vorgestellten Technik kann ein Kabel mit einem lichtemittierenden Element bereitgestellt werden, welches eine gewünschte Intensitätsverteilung bezüglich der tangentialen Richtung (d. h. entlang des Kabelumfangs) aufweist. Insbesondere kann die Intensitätsverteilung homogenisiert werden, sodass eine wahrgenommene Lichtintensität aus jeder Blickrichtung auf das Kabel identisch ist.
