DE102019112742A1

DE102019112742A1 - Koaxialleitung

Info

Publication number: DE102019112742A1
Application number: DE102019112742.4A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Stengl; Günter König
Original assignee: Leoni Kabel GmbH
Current assignee: Leoni Kabel GmbH
Priority date: 2019-05-15
Filing date: 2019-05-15
Publication date: 2020-11-19
Also published as: US20220230782A1; WO2020229196A1; CN113853659A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Koaxialleitung. Ein Ausführungsbeispiel der Koaxialleitung weist einen nichtleitenden Kern auf. Die Koaxialleitung weist einen den nichtleitenden Kern umgebenden, als Innenleiter der Koaxialleitung dienenden ersten flexiblen Kupferleiter auf. Die Koaxialleitung weist eine Isolation um den ersten flexiblen Kupferleiter auf. Die Koaxialleitung weist einen die Isolation umgebenden, als Außenleiter der Koaxialleitung dienenden zweiten flexiblen Kupferleiter auf.

Description

Die Erfindung betrifft eine Koaxialleitung und insbesondere eine Koaxialleitung zum Laden von Elektrofahrzeugen.
Leitungen und Kabel werden für verschiedene Anwendungen eingesetzt. Unter anderem kann es sich um Einsatzbereiche handeln, in denen hohe Ströme und/oder große Frequenzen (z.B. Hochfrequenzbereich) verwendet werden. Beispielsweise werden Kabel zum Laden von Fahrzeugen, wie z.B. zum induktiven Laden von Fahrzeugen, eingesetzt. Eine Möglichkeit zum induktiven Laden von Fahrzeugen sieht vor, dass eine Ladestation mit einer Ladeanordnung über ein Kabel/Ladekabel verbunden ist/wird. Die Ladeanordnung kann am Boden angeordnet sein und Spulen umfassen. Die Ladestation wird für den Ladevorgang dann nicht direkt mit dem Fahrzeug verbunden sondern mit der Ladeanordnung über ein Kabel. Das Fahrzeug kann dann auf bekannte Weise induktiv geladen werden, indem es auf die Ladeanordnung gestellt / bewegt wird.
Hohe Ströme im Bereich von mehreren Ampere und darüber erfordern einen angemessen großen Leiterquerschnitt. Bei der Übertragung von Wechselsignalen, wie z.B. Wechselstrom, wird bei steigender Frequenz durch innere Magnetfelder der Strom im Leiterquerschnitt zur Leiteroberfläche verdrängt. Dieser Effekt ist als Skineffekt (oder Skin-Effekt) bekannt. Beispielsweise beträgt bei einer Frequenz von 10 MHz die Stromdichte 20 µm unter der Oberfläche nur noch den 1/e-ten Teil (37%) der Stromdichte auf der äußersten Oberfläche. Das bedeutet, nur ein geringer Teil des Gesamtquerschnitts des Kabels trägt den Hauptteil des Stroms.
Es ist bekannt, Kabel mit Litzen in vielen Bereichen der Elektrotechnik zu verwenden. Eine Litze ist in der Elektrotechnik ein aus dünnen Einzeldrähten bestehender elektrischer Leiter. Litzen sind oftmals leicht zu biegen. In elektrischen Kabeln wird hierfür oftmals Kupfer als Leiter verwendet. Die Einzeldrähte der Litze (z.B. mehrere hundert Einzeldrähte) sind zumeist von einer gemeinsamen Isolierhülle umschlossen. Ein auf diese Weise gebildeter Leiter wird für gewöhnlich als Litzenleitung oder Litzenleiter bezeichnet. Sind mehrere solcher Leitungen in einem Kabel vereint, werden sie oftmals als Adern des Kabels bezeichnet.
Zur Verringerung des Skineffekts und/oder des sogenannten Proximity-Effekts, der auf einer Stromverdrängung zwischen zwei eng benachbarten Leitern beruht, wird bei Hochfrequenz-Litzen (normalerweise abgekürzt als HF-Litzen) oftmals eine Isolierung zwischen den Einzeldrähten vorgesehen. Oftmals wird für die Isolation Lack verwendet, d.h. die Einzeldrähte einer Litze sind voneinander durch eine Lackschicht isoliert. Diese Isolation ist demnach auch vorgesehen, wenn die Litzen gleiches Potential führen. Durch die Verringerung des Skineffekts und/oder des Proximity-Effekts nimmt ein größerer Teil des Gesamtquerschnitts des Kabels am Stromtransport teil. Dieses Vorgehen ist jedoch aufwändig in der Herstellung und Verarbeitung des Kabels. Zudem entsteht ein komplex aufgebautes Kabel.
Das heißt, herkömmlicherweise werden für hochfrequente Anwendungen lackierte Einzeldrähte verwendet, die zu Litzenleitungen geformt sind. Durch die hohe Frequenz werden die Elektronen in der Stromübertragung an die Außenseite des Leiters gedrückt. Wenn Leiter verwendet werden, welche einen bestimmten Durchmesser überschreiten, fließt im Kern des Leiters kein oder nur ein zu vernachlässigen kleiner Strom bei höheren Frequenzen. Die Frequenz entscheidet, wie weit die Elektronen nach außen gedrückt werden. Diese sog. Eindringtiefe ist ausschlaggebend für den zu verwendenden Draht- bzw. Leiterdurchmesser. Dünne Einzeldrähte voneinander zu isolieren erhöht die Leistungsübertragung bei relativ kleinen Querschnitten. Solche dünne isolierte Einzeldrähte werden oftmals als Lackdrahtleiter bezeichnet.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Litzenleitungen sind komplex aufgebaut, aufwändig in der Herstellung und weisen oftmals eine relativ hohe Verlustleistung auf.
Es besteht daher das Bedürfnis, eine einfach aufgebaute Leitung mit guten elektrischen Eigenschaften, insbesondere guten Hochfrequenzeigenschaften und/oder möglichst geringer Verlustleistung bereitzustellen.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Koaxialleitung bereitgestellt. Die Koaxialleitung weist einen nichtleitenden Kern auf. Die Koaxialleitung weist einen den nichtleitenden Kern umgebenden, als Innenleiter der Koaxialleitung dienenden ersten flexiblen Kupferleiter auf. Die Koaxialleitung weist eine Isolation um den ersten flexiblen Kupferleiter auf. Die Koaxialleitung weist einen die Isolation umgebenden, als Außenleiter der Koaxialleitung dienenden zweiten flexiblen Kupferleiter auf.
Die Koaxialleitung kann auch als Koaxialleiter oder Koaxialkabel bezeichnet werden. Die Ausgestaltung als Koaxialleiter führt zu einer relativ homogenen Feldlinienverteilung. Dies führt unter anderem zu einer reduzierten Verlustleistung bei der Leistungsübertragung mit dem Koaxialleiter im Vergleich zu herkömmlichen Litzenleitern. Im beispielhaften Fall einer Verwendung des Koaxialleiters in einem oder als ein Kabel für induktives Laden führt die homogene Feldlinienverteilung zu einer reduzierten Verlustleistung bei der Leistungsübertragung mit dem Koaxialleiter im Vergleich zu herkömmlichen Litzenleitern. Aufgrund des sehr geringen spezifischen Widerstands von Kupfer von ca. 0,017 Ohm*mm²/m ist die elektrische Leitfähigkeit des Koaxialleiters sehr hoch.
Aufgrund des Skin-Effekts bewegen sich die Ladungsträger eines elektrischen Stroms bei hohen Frequenzen ohnehin weitestgehend in einem Außenbereich eines Leiters und damit in einem Bereich, der den flexiblen Kupferleitern der Koaxialleitung zumindest weitestgehend entspricht. Der nichtleitende Kern weist besteht aus einem nichtleitenden Material oder weist ein nichtleitendes Material auf. Der nichtleitende Kern (der auch als Leitungskern bezeichnet werden kann) besitzt selbst zumindest nahezu keine elektrische Leitfähigkeit. Daher nimmt der Kern zumindest nahezu nicht an der Leitung eines elektrischen Stromes teil. Zudem ist der Kern mechanisch relativ stabil und belastbar und zumindest mechanisch stabiler als die den Kern umgebenden flexiblen Kupferleiter. Dass bei der hier vorgeschlagenen Koaxialleitung der Kern schon alleine deshalb nicht an der Leitung teilnimmt, da er aus einem nichtleitenden Material besteht, fällt daher für die Stromübertragung / Leistungsübertragung zumindest nahezu nicht ins Gewicht.
Der nichtleitende Kern, der erste flexible Kupferleiter und der zweite flexible Kupferleiter sind insbesondere koaxial um einen gemeinsamen Mittelpunkt angeordnet.
Heutige Koaxialleitungen für hohe Ströme und Spannungen sind als Kupferröhren / Kupferröhrchen ausgebildet oder weisen als Leiter Kupferröhren / Kupferröhrchen auf. Kupferröhren / Kupferröhrchen sind nicht flexibel / nicht (leicht) biegbar. Dies führt zu einer unflexiblen Leitung. Bei verschiedenen Anwendungsarten, wie beispielsweise dem Induktiven Laden sind jedoch flexible Leitungen wünschenswert, da die Leitungen beispielsweise unter der Straße verlegt werden müssen und hier ein Platzmangel besteht. Die flexiblen Kupferleiter des Koaxialleiters gemäß dem ersten Aspekt führen zu einem flexibleren Koaxialleiter als die bekannten Koaxialleiter. Der Begriff eines flexiblen Leiters ist für den Fachmann verständlich. Im weiteren Sinne kann flexibel hierin als nicht starr oder nicht steif oder als biegbar verstanden werden. Im engeren Sinne können die flexiblen Kupferleiter derart verstanden sind, dass diese flexibler / biegbarer / weniger starr / weniger steif sind als die bekannten Kupferrohre / Kupferröhrchen.
Die Isolation zwischen dem ersten und dem zweiten flexiblen Kupferleiter kann beispielsweise eine Dicke (gesehen in radialer Richtung der Koaxialleitung) von 0,1 bis 4mm aufweisen, zum Beispiel eine Dicke von mindestens oder genau 2mm. Die Isolation kann alternativ als Dielektrikum bezeichnet werden. Das Dielektrikum kann als massives Dielektrikum ausgestaltet sein. Das Dielektrikum wird im Fertigungsprozess oftmals geschäumt, kann jedoch auch gewickelt sein. Das Dielektrikum ist zwischen dem Innenleiter und dem Außenleiter angeordnet. Der erste und zweite Kupferleiter sind durch das Dielektrikum voneinander beabstandet.
Beispielsweise ist der den nichtleitenden Kern umgebende erste flexible Kupferleiter direkt auf dem nichtleitenden Kern aufgebracht und steht mit diesem in Kontakt. Alternativ ist der den nichtleitenden Kern umgebende erste flexible Kupferleiter nicht direkt (sondern indirekt) auf dem nichtleitenden Kern aufgebracht und steht mit diesem nicht direkt sondern nur indirekt in Kontakt. Beispielsweise kann zwischen dem nichtleitenden Kern und dem ersten flexiblen Kupferleiter eine Isolationsschicht angeordnet sein.
Die Koaxialleitung weist ferner eine um den zweiten flexiblen Kupferleiter angeordnete Schirmung auf. Die Schirmung kann Störungen vom elektrischen Feld der Koaxialleitung auf andere Elektronikkomponenten zumindest verringern, wenn nicht sogar vermeiden. Die Schirmung kann auch als Schirm oder elektrischer Schirm bezeichnet werden. Durch Anpassen des Abstandes zwischen Außenleiter und Schirm kann die Induktion einer Verlustleistung in den Schirm durch das elektrische Feld des Koaxialleiters angepasst werden.
Als Schirmung sind einfache Geflechte, Folien oder eine Kombination aus Geflechten und Folien denkbar. Ferner kann die Schirmung als ein Flachgeflecht ausgebildet sein.
Der Außenleiter kann schirmende Eigenschaften aufweisen und als damit Schirmung ausgebildet sein. Anders ausgedrückt kann es sich bei dem Außenleiter und der Schirmung um dasselbe Element handeln, welches zum einen die Aufgabe eines Außenleiters und zum anderen die Aufgabe einer Schirmung erfüllt. Das heißt, bei dem Außenleiter kann es sich um die Schirmung handeln. Alternativ kann es sich bei dem Außenleiter und der Schirmung um unterschiedliche und separate Komponenten handeln. Beispielsweise kann die Schirmung um den Außenleiter angeordnet sein. In diesem Fall kann der Außenleiter zwischen der Schirmung und dem Dielektrikum angeordnet sein.
Der nichtleitende Kern kann beispielsweise Kunststoff aufweisen oder aus Kunststoff gebildet sein. Alternativ kann der nichtleitende Kern Luft aufweisen oder aus Luft gebildet sein. Eine Kombination aus Kunststoff und Luft für den nichtleitenden Kern ist denkbar.
Der nichtleitende Kern kann ein wärmeaufnehmendes Isolationsmaterial aufweisen. Beispielsweise kann das wärmeaufnehmende Isolationsmaterial in den nichtleitenden Kern eingebracht sein/werden. Bei dem wärmeaufnehmenden Isolationsmaterial kann es sich um einen Kunststoff handeln. Beispielsweise ist der nichtleitende Kern teilweise oder vollständig aus dem wärmeaufnehmenden Isolationsmaterial gebildet. Der nichtleitende Kern kann beispielsweise vollständig aus dem wärmeaufnehmenden Isolationsmaterial bestehen.
Weist der nichtleitende Kern ein wärmeaufnehmendes / wärmeabsorbierenden / wärmeisolierendes Material auf oder besteht der nichtleitende Kern sogar aus einem wärmeaufnehmenden / wärmeabsorbierenden Material (und ist dementsprechend als nichtleitender, wärmeaufnehmender Kern ausgebildet), kann die bei hochfrequenten Leitern auftretende sehr hohe Wärmebildung reguliert werden.
In dem oder für den nichtleitenden Kern verwendetes Isolationsmaterial kann ein vernetztes Polyethylen (PE-X) aufweisen oder aus PE-X bestehen. In diesem Fall kann der nichtleitende Kern eine relative Permittivität (auch oft bezeichnet als relative dielektrische Leitfähigkeit) von ca. 2,25, eine Kriechstromfestigkeit (CTI) nach IEC 60112 von KA:3b; KB>600; KC>600 und/oder eine Wärmeleitfähigkeit in W/(m*K) in einem Bereich von 0,32 bis 0,40 aufweisen.
In dem oder für den nichtleitenden Kern verwendete Füllstoffe können beispielsweise Polypropylen (PP) aufweisen oder aus PP bestehen. In diesem Fall kann der nichtleitende Kern eine relative Permittivität (auch oft bezeichnet als relative dielektrische Leitfähigkeit) von ca. 2,27, einen Verlustfaktor von 1×10³, eine Kriechstromfestigkeit nach IEC 60112 von KA:3b; KB>600; KC>600 und/oder eine Wärmeleitfähigkeit in W/(m*K) in einem Bereich von 0,17 bis 0,22 aufweisen.
Die Koaxialleitung weist zwischen den einzelnen Schichten beispielsweise eine möglichst geringe Kapazität auf. Insbesondere zwischen den beiden flexiblen Kupferleitern besteht beispielsweise eine geringe Kapazität. Dies kann beispielsweise mit Schäumen zwischen den verschiedenen Kupferleitern oder den verschiedenen Schichten der Koaxialleitung erreicht werden. Die Koaxialleitung weist folglich geringe Werte für die Kapazität auf.
Der erste flexible Kupferleiter kann schichtförmig ausgestaltet sein. Der erste flexible Kupferleiter kann im Querschnitt ringförmig ausgebildet sein. Zusätzlich oder alternativ kann der zweite flexible Kupferleiter schichtförmig ausgestaltet sein. Der zweite flexible Kupferleiter kann im Querschnitt ringförmig ausgebildet sein.
Der erste flexible Kupferleiter kann mehrere nicht voneinander isolierte Einzeldrähte aus Kupfer (Kupfereinzeldrähte) aufweisen oder aus mehreren nicht voneinander isolierten Einzeldrähten aus Kupfer (Kupfereinzeldrähten) gebildet sein. Zusätzlich oder alternativ kann der zweite flexible Kupferleiter mehrere nicht voneinander isolierte Einzeldrähte aus Kupfer (Kupfereinzeldrähte) aufweisen oder aus mehreren nicht voneinander isolierten Einzeldrähten aus Kupfer (Kupfereinzeldrähten) gebildet sein. Die Einzeldrähte können jeweils eine Dicke in einem Bereich von 0,05mm bis 0,5mm aufweisen, beispielsweise eine Dicke von mindestens oder genau 0,1mm.
Die mehreren nicht voneinander isolierten Kupfereinzeldrähte des ersten und/oder zweiten flexiblen Kupferleiters erhöhen die Flexibilität der Kupferleiter und damit der Koaxialleitung insgesamt gegenüber im Stand der Technik verwendeten Lackdrähten oder Kupferrohren / Kupferröhrchen. Die Kupfereinzeldrähte können rund oder flach ausgebildet sein. Auch eine Kombination von runden und flachen Kupfereinzeldrähten ist denkbar. Beispielsweise können alle Kupfereinzeldrähte als Flachleiter oder als Rundleiter ausgebildet sein.
Der erste flexible Kupferleiter kann ein oder mehrere Kupfergeflechte aufweisen oder aus einem oder mehreren Kupfergeflechten gebildet sein. Zusätzlich oder alternativ kann der zweite flexible Kupferleiter ein oder mehrere Kupfergeflechte aufweisen oder aus einem oder mehreren Kupfergeflechten gebildet sein. Beispielsweise können die ein oder mehreren Kupfergeflechte des ersten flexiblen Kupferleiter aus mehreren nicht voneinander isolierten Kupfereinzeldrähten gebildet sein. Zusätzlich oder alternativ können die ein oder mehreren Kupfergeflechte des zweiten flexiblen Kupferleiters aus mehreren nicht voneinander isolierten Kupfereinzeldrähten gebildet sein.
Der erste flexible Kupferleiter kann ein oder mehrere Leitungsbündel aufweisen oder aus einem oder mehreren Leitungsbündeln gebildet sein. Zusätzlich oder alternativ kann der zweite flexible Kupferleiter ein oder mehrere Leitungsbündel aufweisen oder aus einem oder mehreren Leitungsbündeln gebildet sein. Beispielsweise können die ein oder mehreren Leitungsbündel des ersten flexiblen Kupferleiter aus mehreren nicht voneinander isolierten Kupfereinzeldrähten gebildet sein. Zusätzlich oder alternativ können die ein oder mehreren Leitungsbündel des zweiten flexiblen Kupferleiters aus mehreren nicht voneinander isolierten Kupfereinzeldrähten gebildet sein.
Unabhängig von der genauen Ausgestaltung der Kupferleiter, sind sowohl der erste Kupferleiter als auch der zweite Kupferleiter flexibel (biegbar) ausgestaltet. Die Flexibilität des ersten und zweiten Kupferleiters lässt sich beispielsweise durch Verseilung oder Verflechtung mehrerer Kupfereinzeldrähte erreichen. Abhängig von der Schlaglänge der Verseilung oder Verflechtung kann ein unterschiedlicher Grad der Flexibilität erreicht werden. Je kürzer die verwendeten Schlaglängen desto flexibler die Kupferleiter und damit die Koaxialleitung (Drall/Schlagwinkel z.B. zwischen 40°-75° Grad).
Die Isolation und ggf. weitere Isolationen der Koaxialleitung kann/können einen thermoplastischen isolierenden Kunststoff aufweisen oder aus diesem bestehen. Alternativ kann/können die Isolation und ggf. weitere Isolationen der Koaxialleitung ein vernetztes Polyethylen (PE-X) aufweisen oder aus PE-X gebildet sein. Falls die Isolation aus PE-X gebildet ist, weist sie eine relative Permittivität (auch oft bezeichnet als relative dielektrische Leitfähigkeit) von ca. 2,25 auf. Falls die Isolation aus PE-X gebildet ist, weist sie folgende Kriechstromfestigkeit (CTI) nach IEC 60112 auf: KA:3b; KB>600; KC>600. Falls die Isolation aus PE-X gebildet ist, weist sie eine Wärmeleitfähigkeit in W/(m*K) in einem Bereich von 0,32 bis 0,40 auf.
In dem Koaxialleiter verwendete Füllstoffe können beispielsweise Polypropylen (PP) aufweisen oder aus PP gebildet sein. Falls die Füllstoffe aus PP gebildet sind, weisen sie eine relative Permittivität (auch oft bezeichnet als relative dielektrische Leitfähigkeit) von ca. 2,27 auf sowie einen Verlustfaktor von 1×10³. Die verwendete Isolation und die verwendeten Füllstoffe erlauben eine Verwendung von bis zu 90°C (und 20000h). Falls die Füllstoffe aus PP gebildet sind, weisen sie folgende Kriechstromfestigkeit nach IEC 60112 auf: KA:3b; KB>600; KC>600. Falls die Füllstoffe aus PP gebildet sind, weisen sie eine Wärmeleitfähigkeit in W/(m*K) in einem Bereich von 0,17 bis 0,22 auf.
Die Koaxialleitung kann ferner mindestens einen Sensor aufweisen. Zumindest der mindestens eine Sensor kann als Temperatursensor ausgebildet sein, der dazu ausgebildet ist, die Temperatur der Koaxialleitung zu erfassen.
Die Koaxialleitung kann ferner mindestens einen zweiten Sensor aufweisen. Der mindestens eine zweite Sensor kann dazu ausgebildet sein, einen Zustand der Leitung zu überwachen und diesen über eine Auswerteeinheit an einen Benutzer zu kommunizieren.
Der Temperatursensor kann als eine in die Koaxialleitung eingebrachte, beispielsweise als eine in die Koaxialleitung verflochtene, Sensorader ausgebildet sein.
In einem Ausführungsbeispiel kann die Koaxialleitung mindestens zwei Sensoren aufweisen. Zumindest einer der mindestens zwei Sensoren kann als ein Temperatursensor ausgebildet sein. Der Temperatursensor ist dazu ausgebildet, die Temperatur der Koaxialleitung zu erfassen. Der Temperatursensor kann als eine in die Koaxialleitung eingebrachte Sensorader ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Temperatursensor als Sensorader in die Koaxialleitung eingeflochten oder verflochten sein/werden. Mit Hilfe des Temperatursensors lässt sich auf einfache Weise bestimmen und ggf. überwachen, ob sich die Koaxialleitung in einem angemessenen Temperaturbereich befindet. Beispielsweise lässt sich die Koaxialleitung mittels des Temperatursensors auf ein Überhitzen überwachen. Die eingebrachte Sensorader kann flexibel in die Leitung verflochten werden/sein, sodass die Leitung dadurch nicht beschädigt wird.
Der Temperatursensor und/oder der mindestens eine zweite Sensor können als widerstandsbasierender / widerstandsbasierter Sektorsensor ausgebildet sein. Bei dem mindestens einen zweiten Sensor kann es sich um einen Sensor zur Messung zumindest eines weiteren, von der Temperatur verschiedenen Parameters ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Koaxialleitung mindestens ein Sensorkabel (mindestens eine Leitung) zur Messung der Temperatur und mindestens eines weiteren Parameters aufweisen oder als solche ausgebildet sein.
Der Sektorsensor kann als eine Sensorleitung ausgebildet sein. Die Sensorleitung kann zur Erfassung einer Umgebungsvariablen, beispielsweise der Temperatur, ausgebildet sein und einen Leitungskern sowie eine Anzahl an in Längsrichtung voneinander beabstandeter Widerstandselemente mit einem jeweiligen Widerstandswert aufweisen. Der Widerstandswert variiert in Abhängigkeit eines Wertes der Umgebungsvariablen, z.B. der Temperatur. Der Leitungskern dient vorliegend beispielsweise einer mechanischen Stabilität der Sensorleitung, beispielsweise als Zugentlastung. Hierzu weist der Leitungskern insbesondere einen Kunststoff, beispielsweise auf Aramidbasis oder Polyethylen (PE) auf. Alternativ ist der Leitungskern als ein oder mehrere elektrische oder optische Übertragungselemente ausgebildet. Die Sensorleitung erstreckt sich von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende. Hierbei definiert ein jeweiliges Widerstandselement einen Messabschnitt entlang der Sensorleitung. Beispielsweise sind die Widerstandselemente entlang der Sensorleitung in einem vorgegebenen Abstand voneinander angeordnet. Mit anderen Worten: Die Messabschnitte definieren ausgewählte Sektoren entlang der Sensorleitung, in denen sektorabhängig die Umgebungsvariable, z.B. die Temperatur, - insbesondere die Änderung der Umgebungsvariable, z.B. die Änderung der Temperatur - erfassbar ist, sodass in Abhängigkeit eines Messabschnitts, in dem die Änderung der Umgebungsvariable, insbesondere die Temperatur, im Betrieb erfasst wird, auf eine Stelle/Position entlang der Sensorleitung geschlossen werden kann, an der die Änderung der Umgebungsvariablen aufgetreten ist.
Die Koaxialleitung und insbesondere die mindestens zwei Sensoren können mit einer Auswerteeinheit verbunden sein. Bei der Auswerteeinheit kann es sich beispielsweise um eine externe Auswerteeinheit handeln. Die Auswerteeinheit kann beispielsweise über eine Cloud mit der Koaxialleitung verbunden sein oder als Cloud ausgebildet sein. Die Auswerteeinheit kann ausgebildet sein, um von der Koaxialleitung erfasste Daten auszuwerten. Die Auswerteeinheit kann ausgebildet sein, in Abhängigkeit der ausgewerteten Daten vor einem möglichen Ausfall zu warnen und ggf. zu reagieren. Die Koaxialleitung kann mit der Auswerteeinheit ein gemeinsames System gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung bilden. Anders ausgedrückt, kann ein System gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung die Koaxialleitung und die Auswerteeinheit aufweisen.
Mit Hilfe der Koaxialleitung kann ein Biegeradius (genauer gesagt, ein innerer Biegeradius) im fest verlegten Zustand von beispielsweise 2xD oder 4xD erreicht werden. Im frei beweglichen Zustand kann ein Biegeradius von 2,5xD oder 6xD. Bei „D“ handelt es sich um den Außendurchmesser der Koaxialleitung, d.h. „2xD“ bezeichnet einen Biegeradius von 2 Mal dem Außendurchmesser der Koaxialleitung. Der Biegeradius bezeichnet dabei beispielsweise den Radius bis zu dem die Koaxialleitung gebogen werden kann, ohne dass es zu einer Beschädigung kommt.
Die vorliegende Erfindung soll weiter anhand einer Figur erläutert werden. Diese Figur zeigt schematisch:

1 ein Ausführungsbeispiel eines Koaxialleiters.

Im Folgenden werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, spezifische Details dargelegt, um ein vollständiges Verständnis der vorliegenden Erfindung zu liefern. Es ist einem Fachmann jedoch klar, dass die vorliegende Erfindung in anderen Ausführungsbeispielen verwendet werden kann, die von den nachfolgend dargelegten Details abweichen können. Die Figuren dienen ferner lediglich zum Zwecke der Verdeutlichung von Ausführungsbeispielen. Sie sind nicht maßstabsgetreu und sollen lediglich das allgemeine Konzept der Erfindung beispielhaft widerspiegeln. Beispielsweise sollen Merkmale, die in den Figuren enthalten sind, keineswegs als notwendiger Bestandteil erachtet werden.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Koaxialleitung 10. Die Koaxialleitung weist einen nichtleitenden Kern 12 auf. Die Koaxialleitung 10 weist ferner einen den nichtleitenden Kern 12 umgebenden ersten flexiblen Kupferleiter 14 auf. Der erste flexible Kupferleiter 14 dient als Innenleiter der Koaxialleitung 10. Die Koaxialleitung 10 weist ferner eine Isolation 24 um den ersten flexiblen Kupferleiter 14 auf. Die Koaxialleitung 10 weist ferner einen die Isolation 24 umgebenden zweiten flexiblen Kupferleiter 18 auf. Der zweite flexible Kupferleiter 18 dient als Außenleiter der Koaxialleitung 10.
Die Koaxialleitung 10 weist ferner optional eine um den zweiten flexiblen Kupferleiter angeordnete Schirmung 20. Die Schirmung 20 kann auch als Schirm 20 bezeichnet werden. Die Koaxialleitung 10 weist ferner optional eine Isolation 22 um den nichtleitenden Kern 12 auf. Die Koaxialleitung 10 weist ferner optional eine Isolation 26 um den zweiten flexiblen Kupferleiter 18 auf.
Zusammengefasst zeigt die 1 eine schematische Darstellung der Koaxialleitung 10 mit nichtleitendem Kern 12, erstem flexiblen Kupferleiter 14 als Innenleiter, zweitem flexiblen Kupferleiter 18 als Außenleiter, optionaler Schirmung 20, optionaler Isolation 22 zwischen nichtleitendem Kern 12 und erstem flexiblen Kupferleiter 14, Isolation 24 zwischen erstem flexiblen Kupferleiter 14 und zweitem flexiblen Kupferleiter 18 und optionaler Isolation 26 zwischen zweitem flexiblen Kupferleiter 18 und Schirmung 20.
Der erste flexible Kupferleiter 14 kann mehrere, in 1 nicht dargestellte, Einzeldrähte, Litzenleiter oder Geflechte aufweisen oder aus diesen gebildet sein. Der zweite flexible Kupferleiter 18 kann mehrere, in 1 nicht dargestellte, Einzeldrähte, Litzenleiter oder Geflechte aufweisen oder aus diesen gebildet sein.
Rein beispielhaft und ohne hierauf beschränkt zu sein, beträgt der Außendurchmesser des ersten flexiblen Kupferleiters 14 (des Innenleiters) ca. 5,7mm, der Innendurchmesser des zweiten flexiblen Kupferleiters 18 (des Außenleiters) ca. 10,2mm, der Innendurchmesser der Schirmung 20 ca. 15,2mm und der Außendurchmesser der Koaxialleitung 10 ca. 19,4mm. Diese Werte sind als rein beispielhaft zu verstehen und dienen nur zur Illustration einer möglichen Ausgestaltung der Koaxialleitung 10. Andere Werte sind möglich. Ferner müssen Toleranzen bei der Herstellung der Koaxialleitung 10 sowie deren Einzelbestandteile berücksichtigt werden.
Mittels der Koaxialleitung 10 kann eine effiziente Stromübertragung erreicht werden. Wie beschrieben, werden die zur Stromübertragung dienenden Ladungsträger (Elektronen) bei hohen Frequenzen abhängig von der Frequenz mehr oder weniger stark nach außen gedrückt, was als Eindringtiefe bezeichnet wird. Damit kommt es weiterhin zu einer effizienten Stromübertragung, selbst wenn bei entsprechender Eindringtiefe der erste flexible Kupferleiter 14 über einen nichtleitenden Werkstoff angeordnet wird, der hierin als nichtleitender Kern 12 bezeichnet wird. Bei dem nichtleitenden Kern 12 kann es sich beispielsweise um einen Kunststoffkern handeln. Alternativ kann es sich bei dem nichtleitenden Kern 12 um Luft handeln. Der erste flexible Kupferleiter 14 und/oder der zweite flexible Kupferleiter 18 können rohrförmig oder im Querschnitt ringförmig ausgebildet sind.
Um zu ermöglichen, dass die Koaxialleitung 10 in der Applikation auch noch flexibel zur Installation geeignet ist, können der erste flexible Kupferleiter 14 und/oder der zweite flexible Kupferleiter 18 aus einer flexiblen Leiterschicht aufgebaut sein. Bei der flexiblen Leiterschicht kann es sich um einen oder mehrere Litzen / Litzenleiter handeln. Die Litzen / Litzenleiter können beispielsweise einen relativ dünnen Durchmesser haben, um die gewünschte Flexibilität zu ermöglichen. Bei der flexiblen Leiterschicht kann es sich alternativ um ein oder mehrere Kupfergeflechte handeln. Das Kupfergeflecht oder die Kupfergeflechte kann/können jeweils aus mehreren miteinander verflochtenen Kupferleitern / Kupfereinzeldrähten bestehen oder mehrere miteinander verflochtene Kupfereinzeldrähte aufweisen. Die mehreren miteinander verflochtenen Kupfereinzeldrähte sind insbesondere nicht voneinander / gegeneinander isoliert, d.h. es handelt sich bei den Kupfereinzeldrähten nicht um mit Lack isolierte Einzeldrähte. Das heißt, es ist möglich, die flexiblen Kupferleiter 14, 18 als Bündel oder als Geflecht auszugestalten.
Bei dem Innenleiter (dem ersten flexiblen Kupferleiter 14) kann es sich beispielsweise um den Hinleiter der Koaxialleitung 10 handeln. Bei dem Außenleiter (dem zweiten flexiblen Kupferleiter 18) kann es sich beispielsweise um den Rückleiter der Koaxialleitung 10 handeln. Alternativ ist es denkbar, dass es sich bei dem Innenleiter (dem ersten flexiblen Kupferleiter 14) beispielsweise um den Rückleiter der Koaxialleitung 10 und bei dem Außenleiter (dem zweiten flexiblen Kupferleiter 18) um den Hinleiter der Koaxialleitung 10 handelt. Unabhängig von der genauen Ausgestaltung sind Hin- und Rückleiter idealerweise in der Lage, den entsprechenden Strom der geforderten Stromstärke tragen zu können. Der jeweilige Leiterquerschnitt des Innenleiters, des Außenleiters und/oder der Koaxialleitung insgesamt kann entsprechend gewählt, ausgelegt oder angepasst werden.
Zwischen Innen- und Außenleiter liegt eine Spannung von bis zu 1.000V. Diese erzeugt ein elektrisches Feld. Wenn die Isolationswandstärke, d.h. die Dicke der Isolation 24 zwischen Innen- und Außenleiter, in radialer Richtung der Koaxialleitung 10 zu gering oder die besagte Isolation 24 zu leitfähig ist, können Kriechströme fließen. Diese Kriechströme können einen Kurzschluss erzeugen und schädigen mit der Zeit die Isolation 24. Somit muss verhindert werden, dass diese Kriechströme überhaupt zu Stande kommen.
Um Störungen vom elektrischen Feld auf andere Elektronikkomponenten zumindest zu verringern, wenn nicht gänzlich zu vermeiden, ist die Schirmung 20 um die flexiblen Kupferleiter 14, 18 vorgesehen. Jedoch wird durch das elektrische Feld auch eine Verlustleistung in den Schirm 20 induziert. Diese ist abhängig davon, wie groß der Abstand zwischen Außenleiter 18 und Schirm 20 ist.
In das Koaxialkabel 10 kann ferner ein nicht in 1 gezeigter Sensor integriert sein. In den nichtleitenden Kern 12 kann ein wärme aufnehmendes Isolationsmaterial eingebracht werden. Auch Schäume sind hierfür denkbar.
Die in 1 schematisch dargestellte Koaxialleitung 10 kann als Ladekabel für die Anwendung des induktiven Ladens verwendet werden. Für diesen Anwendungsfall ist die Koaxialleitung 10 ausgebildet, eine Übertragungsleistung von ca. 11kW zu ermöglichen. Ferner ist die Koaxialleitung 10 bei diesem Anwendungsfall ausgebildet, Ströme bei einer Frequenz von 85kHz übertragen zu können. Die Koaxialleitung 10 ist bei diesem Anwendungsfall ausgebildet, das Anlegen einer Spannung von 1.000V zu ermöglichen. Dies führt zu Stromstärken von 30 bis 50A, die von der Koaxialleitung 10 zu führen sind.
Gegenüber dem Stand der Technik, bei welchem isolierte Einzeldrähte (z.B. Lackdrähte) zu einem Bündel, zu einer Litze oder einem Seil zusammengestellt werden, hat der koaxiale Aufbau der Koaxialleitung 10 Vorteile. Zum einen ermöglicht die Koaxialleitung 10 eine homogene Feldlinienverteilung. Die Homogene Feldlinienverteilung führt unter anderem zu einer Reduzierung der Verlustleistung bei der Leistungsübertragung, z.B. bei der Leistungsübertragung in einem Anschlusskabel für induktives Laden. Dies führt zu unter anderem einer geringeren Erwärmung der Koaxialleitung 10 aufgrund der kleineren Verlustleistung in der Koaxialleitung 10.
Die Koaxialleitung 10 ist eine kompakte Leitung und bietet daher Vorteile bei der Überfahrsicherheit. Ferner kann ein Sensor, wie z.B. eine Sensorader, zur Erfassung der Temperatur einfach in die Koaxialleitung 10 eingebracht werden. Bei Verwendung eines nichtleitenden Kerns 12 aus oder mit einem wärmeaufnehmenden Material, wie einem wärmeaufnehmenden Kunststoff oder einem wärmeaufnehmenden Schaum, wird zudem latent Wärme gespeichert.
Außer dem Anwendungsfall des induktiven Ladens kann die Koaxialleitung 10 immer dann Verwendung finden, wenn hohe Frequenzen bei der Übertragung eine Rolle spielen und der Skin-Effekt bei der Auslegung des Leitungsdesigns berücksichtigt werden muss.
Mit der beschriebenen Koaxialleitung 10 wird eine verbesserte Leitung für verschiedene hochfrequente Anwendungsbereiche bereitgestellt, beispielswiese für die Anwendung des induktiven Ladens von Elektrofahrzeugen.

Claims

Koaxialleitung aufweisend: - einen nichtleitenden Kern; - einen den nichtleitenden Kern umgebenden, als Innenleiter der Koaxialleitung dienenden ersten flexiblen Kupferleiter; - eine Isolation um den ersten flexiblen Kupferleiter; und - einen die Isolation umgebenden, als Außenleiter der Koaxialleitung dienenden zweiten flexiblen Kupferleiter.
Koaxialleitung nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine um den zweiten flexiblen Kupferleiter angeordnete Schirmung.
Koaxialleitung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der nichtleitende Kern Kunststoff aufweist oder aus Kunststoff gebildet ist.
Koaxialleitung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der nichtleitende Kern Luft aufweist oder aus Luft gebildet ist.
Koaxialleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der nichtleitende Kern ein wärmeaufnehmendes Isolationsmaterial aufweist oder daraus gebildet ist.
Koaxialleitung einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der erste flexible Kupferleiter mehrere nicht voneinander isolierte Kupfereinzeldrähte aufweist oder aus mehreren nicht voneinander isolierten Kupfereinzeldrähten gebildet ist und/oder wobei der zweite flexible Kupferleiter mehrere nicht voneinander isolierte Kupfereinzeldrähte aufweist oder aus mehreren nicht voneinander isolierten Kupfereinzeldrähten gebildet ist.
Koaxialleitung einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der erste flexible Kupferleiter ein oder mehrere Kupfergeflechte aufweist oder aus einem oder mehreren Kupfergeflechten gebildet ist und/oder wobei der zweite flexible Kupferleiter ein oder mehrere Kupfergeflechte aufweist oder aus einem oder mehreren Kupfergeflechten gebildet ist.
Koaxialleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Isolation einen thermoplastischen isolierenden Kunststoff aufweist oder aus einem thermoplastischen isolierenden Kunststoff besteht.
Koaxialleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner aufweisend mindestens einen Sensor, wobei zumindest der mindestens eine Sensor als Temperatursensor ausgebildet ist, der dazu ausgebildet ist, die Temperatur der Koaxialleitung zu erfassen.
Koaxialleitung nach Anspruch 9, ferner aufweisend mindestens einen zweiten Sensor, der dazu ausgebildet ist, einen Zustand der Leitung zu überwachen und diesen über eine Auswerteeinheit an einen Benutzer zu kommunizieren.
Koaxialleitung nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Temperatursensor als eine in die Koaxialleitung eingebrachte, beispielsweise als eine in die Koaxialleitung verflochtene, Sensorader ausgebildet ist.