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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft elektrische Leiter, die in Lichtleitkabeln von Hochleistungslasern verwendet werden können.
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Kurze Beschreibung des Stands der Technik
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In Lichtleitkabeln oder deren Schutzschläuchen werden oft elektrische Leiter eingebunden. Diese dienen beispielsweise im Innenschlauch zur Faserbruchüberwachung, um einen Austritt von hochenergetischem Laserlicht zu verhindern. Elektrische Leiter in Lichtleitkabeln werden aber auch zum Datentransfer verwendet. Eine kombinierte Verwendung elektrischer Leiter zur Faserbruchüberwachung und zum Datentransfer ist aus dem Stand der Technik ebenfalls bekannt.
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Die elektrischen Leiter können auch im Außenmantel eines Lichtleitkabels angeordnet sein und über Steckverbindungen miteinander verbunden werden. Bei den elektrischen Leitern handelt es sich im allgemeinen um kupferbasierte Drähte, welche zumeist aus einer inneren Seele von Einzeladern bestehen, die mit einem Kunststoff als Isolierung ummantelt sind. Neben Einzelleitern werden im Stand der Technik auch Koaxialkabel verwendet.
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Die Drähte, welche derzeit im Stand der Technik verwendet werden, haben den Nachteil, dass diese aufgrund des metallbasierten Innenteils nicht elastisch sind und eine hohe Steifigkeit aufweisen. In Biege- und Torsionstests kann es zu Brüchen kommen, beispielsweise bei Standardtests für Schutzschläuche von Lichtleitkabeln für Hochleistungslaser.
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Die
EP 1 662 288 A1 beschreibt beispielsweise eine Schutzeinrichtung für eine Lichtleitfaser, die der Übertragung von Laserlicht dient. Sie besteht aus einem Schutzschlauch, mindestens einer durch den Schutzschlauch geführten elektrischen Leiterschleife mit einer definierten elektrischen Impedanz und einer besonderen Isolation der Leiterschleife.
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Es besteht daher Bedarf an elektrischen Leitern mit verbesserten Eigenschaften im Hinblick auf Elastizität im Sinne von einem verbesserten Biege- und Torsionsverhalten.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde einen elektrischen Leiter für Lichtleitkabel von Hochleistungslaser zur Verfügung zu stellen, welcher verbesserte Eigenschaften in Bezug auf das Biege- und Torsionsverhalten aufweist.
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Weiterhin haben die bisher verwendeten elektrischen Leiter aufgrund ihres metallischen Aufbaus und des damit verbundenen Absorbtionsverhaltens für Laserlicht und thermische Strahlung eine relativ hohe Schmelztemperatur. Das ist ungünstig im Hinblick auf eine kurze Auslösezeit im Fehlerfall.
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Daher besteht Bedarf an elektrischen Leitern mit einer reduzierten Schmelztemperatur und kürzeren Auslösezeit beim Bestrahlen mit Laserlicht, wie es im Fehlerfall in Lichtleitkabeln auftritt.
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ZUSAMMENFASUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung stellt einen elektrischen Leiter zur Verfügung, umfassend einen einzelnen Kunststofffaden (Faden eines Kunststoffgarns), der mit einem elektrisch leitfähigen Material umgeben ist sowie eine den Kunststoffaden umgebenden elektrisch isolierende Ummantelung.
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In einem weiteren Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kunststoffaden aus Polyamid oder Nylon besteht.
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Es ist erfindungsgemäß weiterhin vorgesehen, dass es sich bei dem elektrisch leitfähigen Material um Silber handeln kann.
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In einer weiteren Ausführungsform handelt es sich bei der elektrisch isolierenden Ummantelung um ein thermoplastisches Polyurethan.
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Der elektrische Leiter nach der vorliegenden Erfindung kann eine Vielzahl von Kunststoffäden umfassen, die mit einem elektrisch leitfähigen Material umgeben sind, wobei die Vielzahl an Kunstofffäden von einer elektrisch isolierenden Ummantelung umgeben ist.
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In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Vielzahl an Kunststoffäden miteinander verdrillt sein.
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Der elektrische Leiter kann in einer Ausführungsform vierfach verdrillte Kunstoffäden umfassen.
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Es ist für den elektrischen Leiter zudem vorgesehen, dass der Kunststoffaden aus Polyamid oder Nylon bestehen kann und es sich bei dem elektrisch leitfähigen Material um Silber handelt.
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Bei dem elektrischen Leiter kann es sich bei der elektrisch isolierenden Ummantelung um ein thermoplastisches Polyurethan handeln.
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Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung eines elektrischen Leiters wie zuvor beschrieben in einem Lichtleitkabel für Laser zur Übertragung elektrischer Signale.
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Die Verwendung kann erfindungsgemäß die Verwendung elektrischer Signale zur Bruchüberwachung der Lichtleitfaser und/oder von Daten umfassen.
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Weitere Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich ohne weiteres aus der folgenden detaillierten Beschreibung, in der einfach bevorzugte Ausführungsformen und Implementierungen dargestellt sind. Die vorliegende Erfindung kann auch in anderen und unterschiedlichen Ausführungsformen verwirklicht werden und ihre verschiedenen Details können in verschiedenen, offensichtlichen Aspekten modifiziert werden, ohne Lehre und Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Dementsprechend sind die Zeichnungen und Beschreibungen als veranschaulichend und nicht als einschränkend anzusehen. Zusätzliche Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden teilweise in der folgenden Beschreibung dargelegt und werden teilweise aus der Beschreibung offensichtlich oder können der Ausführung der Erfindung entnommen werden.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Abbildungen näher dargestellt. Dabei ist für den Fachmann offensichtlich, dass es sich nur um mögliche, beispielhafte Ausführungsformen handelt, ohne dass die Erfindung auf die gezeigten Ausführungsformen beschränkt wird. Der Schutzbereich wird durch die Ansprüche und er zugrundeliegenden Lehre und den sich daraus ergebenden Äquivalenten definiert. Für den Fachmann ergibt sich, dass Merkmale einer Ausführungsform auch mit Merkmalen anderer gezeigter oder beschriebener Ausführungsformen kombiniert werden können, wobei:
- 1 zeigt den möglichen Aufbau eines textilen Leiters inklusive einer isolierenden Ummantelung
- 2 zeigt die Anwendung der Erfindung als Teil des Überwachungskreises von Laseranlagen
- 3 zeigt die Anwendung der Erfindung zum Datentransfer
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die zuvor formulierte Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche decken weitere spezifische Ausführungsformen der Erfindung ab.
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Die vorliegende Erfindung basiert auf der Verwendung eines Kunststoffgarns - im Zusammenhang mit der Erfindung auch als Kunststoffaden oder Faden eines Kunststoffgarns bezeichnet -, das beispielsweise aus Polyamid oder Nylon besteht. Dieses Garn als Träger für eine Beschichtung mit einem elektrisch leitfähigen Material hat deutlich vorteilhafte Eigenschaften im Vergleich zu elektrischen Leitern, die aus einem Metall bestehen.
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Die einzelnen Fäden das Kunststoffgarns werden mit einem elektrischen Leiter beschichtet. Dabei wird das elektrisch leitfähige Material beispielsweise galvanisch auf die Kunstoffäden aufgebracht. Dies führt zu einer festen und dauerhaften Verbindung des elektrisch leitfähigen Materials als Beschichtung mit dem Faden als eine Art Kern eines elektrischen Leiters.
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Es ist weiterhin vorgesehen, dass der zuvor beschriebene elektrische Leiter mit einer Isolierung ummantelt wird. Ein versilberter Polyamidfaden wird dazu beispielweise mit einem thermoplastischen Polyurethan umgeben.
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Ein elektrischer Leiter gemäß der vorliegenden Erfindung kann einen einzelnen beschichteten Kunststoffaden aufweisen oder aber auch eine Mehrzahl an beschichteten Kunstofffäden, die zu einem Garn zusammengefasst sind. Eine Mehrzahl an elektrischen Leitern (Garnen) kann dann noch miteinander verdrillt sein, so wie dies auch bei herkömmlichen Leitern bekannt ist, die aus einer Vielzahl an Drähten bestehen, die miteinander verdrillt sind.
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Ein elektrischer Leiter gemäß der vorliegenden Erfindung kann zur kombinierten Bruch- und Stecküberwachung im Innenschlauch eines Lichtleitkabels verwendet werden.
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Es ist weiterhin auch vorgesehen, einen elektrischen Leiter nach der vorliegenden Erfindung für ein Bus-System zur Datenübertragung in Lichtleitkabeln bzw. in deren Schutzschlauch zu verwenden.
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Es wurden zwei verschieden elektrische Leiter gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt: (i) mit einem einzelnen Garn in der Isolierung und (ii) mit vierfach verdrillten Garnen. Es ist weiterhin möglich, mehrere -beispielsweise vier- Garne ohne Verdrillung parallel im Inneren des Schutzschlauchs zu führen. Dabei treten bei dem Einzelgarn elektrische Leitungswiderstände von 30 - 60 Ohm/m auf, bei den vierfach verdrillten Garnen beträgt der elektrische Leitungswiderstand 5 - 12 Ohm/m.
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Auch wenn die ermittelten Widerstände höher sind als bei den herkömmlich bekannten Leitern mit einem Metalldraht, so ist es dennoch möglich die erfindungsgemäßen elektrischen Leiter in Lichtleitkabeln mit einer Länge von bis zu 100 m zu verwenden. Es ist mit den erfindungsgemäßen elektrischen Leitern eine sichere Auswertung der in den Lichtleitkabeln verbauten Impedanzen möglich.
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Dazu wird ein Kompensationswiderstand parallel zum Kunststoffleiter in den Sicherheitskreis eingebunden. Die Höhe des Kompensationswiderstandes hängt von der Länge des Lichtleitkabels und des in der Impedanzüberwachung verwendeten Abschlusswiderstandes ab.
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Die Auslösezeiten bei der Erkennung eines Faserbruchs werden mit der vorliegenden Erfindung signifikant gesenkt. Damit wird die Sicherheitsfunktion des Schutzschlauches von Lichtleitkabeln deutlich erhöht, da im Fehlerfall eine kürzere Strahldauer von fehlerhaft austretendem Laserlicht auftritt.
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Die vorstehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wurde zum Zweck der Veranschaulichung und Beschreibung gegeben. Es ist nicht beabsichtigt, erschöpfend zu sein oder die Erfindung genau auf die offenbarte Form zu beschränken. Modifikationen und Variationen sind angesichts der obigen Lehre möglich oder können aus der Praxis der Erfindung erlangt werden. Die Ausführungsform wurde gewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Erfindung und ihre praktische Anwendung zu erläutern, um es dem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen zu verwenden, die für die spezielle beabsichtigte Verwendung geeignet sind. Es ist beabsichtigt, dass der Umfang der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente definiert wird. Die Gesamtheit jedes der oben genannten Dokumente wird durch Bezugnahme hierin aufgenommen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Einzelner elektrischer Leiter, elektrisch leitfähig beschichteter Kunststofffaden
- 5
- Garn aus mehreren leitfähig beschichteten Kunststofffäden
- 10
- Isolation
- 15
- Innenschlauch eines Schutzschlauchs von Lichtleitkabeln
- 20
- elektrischer Leiter (Kunststoff) zur Bruch- und Stecküberwachung
- 25
- Lichtleitfaser
- 30
- Schicht des Außenmantels eines Schutzschlauchs von Lichtleitkabeln
- 35
- Schicht des Außenmantels eines Schutzschlauchs von Lichtleitkabeln
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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