DE4233563A1

DE4233563A1 - Elektro-optische Übertragungsleitung

Info

Publication number: DE4233563A1
Application number: DE4233563A
Authority: DE
Inventors: Lothar Dipl Ing Goehlich
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1992-09-30
Filing date: 1992-09-30
Publication date: 1994-03-31

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Energieübertragung und ist bei der konstruktiven Ausgestaltung einer Übertra gungsleitung anzuwenden, die zur Übertragung von elek trischer Energie und von Licht wenigstens ein optisches und ein elektrisches Übertragungselement aufweist.

Auf dem Gebiet der opto-elektronischen Informationsübertra gung werden im sogenannten Nahbereich (Entfernungen unter 1 km) Lichtleitfasern auf der Basis von polymeren, optisch transparenten Hochleistungswerkstoffen wie Polymethylmetha crylat und Polyester eingesetzt (DE-Z "Industrie-Anzeiger", Heft 13/1989, Seiten 24 bis 26). Die in aller Regel als Stufenindexfaser mit Kern-Mantel-Struktur ausgebildeten polymeren Lichtleitfasern werden noch mit einem Kunststoff mantel versehen (EP 0 395 823 A1), der unter Berücksichti gung der jeweiligen Einsatzbedingungen bestimmte physika lische Eigenschaften aufweist, beispielsweise flammwidrig eingestellt ist. Der so aufgebaute polymere Lichtwellen leiter kann als optisches Übertragungselement einzeln oder gemeinsam mit einem zweiten Übertragungselement eine op tische Übertragungsleitung bilden. Bei einer Übertragungs leitung mit zwei Übertragungselementen können diese nach Art einer Stegleitung mit einem gemeinsamen Mantel ver sehen sein (EP 0 418 094 A2, Fig. 8). Ein oder mehrere optische Übertragungselemente können auch mit einem oder mehreren elektrischen Übertragungselementen nach Art einer Flachleitung zu einer opto-elektrischen Übertragungsleitung vereinigt sein (EP 0 418 094 A2, Fig. 4).

Ausgehend von einer elektro-optischen Übertragungsleitung mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Handhabbar keit und die Montierbarkeit einer solchen Leitung derart zu verbessern, daß sie besonders zum Anschluß kleinerer opto-elektrischer Bauelemente, insbesondere elektro-op tischer Sensoren geeignet ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorge sehen, daß das elektrische Übertragungselement konzen trisch zum optischen Übertragungselement angeordnet und von einem isolierenden Kunststoffmantel umgeben ist.

Eine derart ausgebildete Übertragungsleitung ist leicht in jede Richtung biegbar, infolge des konzentrischen Aufbaus raumsparend gestaltet und für Montagezwecke leicht stufen weise absetzbar.

Das gemäß der Erfindung konzentrische angeordnete elek trische Übertragungselement kann mit Vorteil aus einer elektrisch leitenden Kunststoffschicht bestehen, deren spezifisch-elektrischer Widerstand kleiner/gleich 10¹⁰ Ohm×cm beträgt. Die entsprechende Leitfähigkeit die ser Kunststoffschicht läßt sich in bekannter Weise durch Zusatz von Ruß zu dem Basispolymer der Kunststoffschicht in Mengen von etwa 30 bis 40 Gew.-% erreichen. Im Einzel falle ist der spezifische elektrische Widerstand der elek trisch leitenden Kunststoffschicht an die vorgesehene Über tragungsspannung und an die zu übertragende Energiemenge anzupassen. Zur Übertragung im Niederspannungsbereich empfiehlt es sich, den spezifischen elektrischen Widerstand kleiner/gleich 100 Ohm×cm zu wählen. Eine besonders gute Leitfähigkeit dieser Kunststoffschicht kann dann erreicht werden, wenn in die Kunststoffschicht ein oder mehrere Me talldrähte eingebettet sind. - Die elektrisch leitende Kunststoffschicht bildet aufgrund ihrer Rußhaltigkeit zugleich einen wirksamen Speicher für evtl. eindringende Feuchtigkeit, so daß diese allenfalls in geringem Umfang bis zur polymeren Lichtleitfaser vordringen kann.

Generell besteht auch die Möglichkeit, das elektrische Übertragungselement aus feinen Metalldrähten aufzubauen, die auf das optische Übertragungselement aufgesponnen oder aufgeflochten werden.

Für den Fall der Verwendung einer elektrisch leitenden Kunststoffschicht übt diese gleichzeitig für die poly mere Lichtleitfaser eine mechanische Schutzfunktion aus, so daß es hierfür keines weiteren besonderen Mantels be darf. Der auf das elektrische Übertragungselement aufge brachte Mantel kann dabei im Hinblick auf die Isolierfähig keit so dünn wie möglich ausgebildet sein. Gegebenenfalls können auch spezielle physikalische Anforderungen an die Übertragungsleitung, beispielsweise eine erforderliche Flammwidrigkeit, durch entsprechende Auswahl des Kunst stoffes für das elektrische Übertragungselement und durch Einarbeitung entsprechender Additive in die elektrisch leitende Kunststoffschicht berücksichtigt werden.

Im Hinblick auf spezielle Anwendungsfälle kann es förder lich sein, zwischen dem optischen Übertragungselement und dem elektrischen Übertragungselement eine Zwischenschicht anzuordnen, beispielsweise zur Verbesserung der Übertra gungseigenschaften der polymeren Lichtleitfaser. Weiterhin kann zwischen dem elektrischen Übertragungselement und dem Kunststoffmantel eine zugentlastende Schicht angeordnet sein, beispielsweise in Form aufgesponnener oder aufge flochtener zugfester Fasern oder auch in Form einer längs einlaufend aufgebrachten oder einer aufgewickelten zug festen Folie. Weiterhin besteht die Möglichkeit, die Übertragungsleitung mehradrig auszugestalten, also mit zwei oder mehr kombinierten elektro-optischen Übertragungs elementen zu versehen. In diesem Fall empfiehlt es sich, daß die Übertragungselemente einander nach Art einer Steg leitung zugeordnet und gemeinsam von dem isolierenden Kunststoffmantel umgeben sind.

Drei Ausführungsbeispiele der neuen Übertragungsleitung sind in den Fig. 1 bis 3 dargestellt. Dabei zeigt

Fig. 1 eine einadrige Übertragungsleitung mit einem elektrischen Übertragungselement aus leitendem Kunststoff,

Fig. 2 eine zweiadrige Übertragungsleitung, bei der das elektrische Übertragungselement jeder Ader aus leitendem Kunststoff besteht und hinsichtlich seiner Leitfähigkeit durch Einlage eines Metall drahtes verstärkt ist und

Fig. 3 eine einadrige Übertragungsleitung, bei der das elektrische Übertragungselement aus einem Ge flecht besteht.

Fig. 1 zeigt eine Übertragungsleitung 1, deren als Stufen indexfaser ausgebildete polymere Lichtleitfaser 2 von einer ersten extrudierten Kunststoffschicht 3 und einer zweiten extrudierten Kunststoffschicht 4 umgeben ist. Die erste Kunststoffschicht 3 besteht aus einem durch Zugabe von Ruß elektrisch leitfähig ausgebildeten Polymer, beispielsweise Polyäthylen, dessen spezifischer Widerstand etwa 100 Ohm×cm beträgt. Bei einem Durchmesser der Lichtleit faser 2 von 1 mm und einem Außendurchmesser des elektrischen Übertragungselementes 3 von 3 mm ergibt sich ein Längswider stand von R = 150×10³ Ohm pro Meter. - Das elektrische Übertragungselement 3 ist von einem isolierenden Kunst stoffmantel 4 umgeben, der beispielsweise aus Polyäthylen oder Polyamid besteht.

Mit einer Übertragungsleitung gemäß Fig. 1 kann bei kurzen Entfernungen, wie sie beispielsweise in elektronischen Ge räten oder Anlagen üblich sind, in Abhängigkeit von der elektrischen Beschaltung des zu versorgenden Bauelementes, beispielsweise eines Sensors, mit einem Kondensator als Energiespeicher eine ausreichende Stromversorgung reali siert werden. Die Rückleitung des Stromes erfolgt dabei über gemeinsame metallene Konstruktionselemente. Eine Über tragungsleitung gemäß Fig. 1 kann beispielsweise zum An schluß von Druck-, Flüssigkeits- und Gas-Sensoren in Kraft fahrzeugen und Hausgeräten verwendet werden.

Fig. 2 zeigt eine zweiadrige Übertragungsleitung 10, mit der optische Signale in zwei Richtungen zwischen empfangen den und sendenden Bauteilen ausgetauscht werden können oder mit der ein gesendetes optisches Signal von einem Sensor gemäß dessen Funktion verändert zurückgeleitet wird. Die polymere Lichtleitfaser 2 jeder Ader dieser Übertragungs leitung ist zunächst von einer isolierenden Kunststoff hülle 11, beispielsweise auf Basis Polyamid, zum Schutz vor chemischen und mechanischen Umgebungseinflüssen umhüllt. Über dieser Schutzschicht 11 ist das elektrische Übertra gungselement 3 in Form einer elektrisch leitenden Kunst stoffschicht angeordnet, in die ein Kupferdraht 12 einge bettet ist. Bei Verwendung eines Kupferdrahtes mit einem Durchmesser von 0,2 mm beträgt der elektrische Längswider stand der Leitung etwa 0,5 Ohm pro Meter, was auch bei längeren Übertragungsleitungen zur direkten Stromversorgung der Bauteile ohne Verwendung eines Speichers ausreicht. - Die beiden elektro-optischen Übertragungselemente 2/3 sind nach Art einer Stegleitung von einem gemeinsamen isolieren den Mantel 13 umgeben. Gegebenenfalls können die beiden elektrischen Übertragungselemente ebenfalls als gemeinsa mer Mantel für die optischen Übertragungselemente ausge bildet sein.

Bei der einadrigen Übertragungsleitung gemäß Fig. 3 ist das polymere optische Übertragungselement 2 zunächst von einer isolierenden Schutzschicht 11 gemäß Fig. 2 umgeben. Auf diese Schutzschicht ist ein elektrisches Übertragungs element in Form eines aus Kupferdrähten bestehenden Ge flechtes 21 aufgebracht, das seinerseits von einem dünnen isolierenden Mantel 22 umgeben ist. Beispielsweise kann die Schutzschicht 11 aus Polyäthylen und der Mantel 22 aus Polyvinylchlorid bestehen.

Generell kommen für die im Rahmen der Fig. 1 bis 3 vorge sehenen Kunststoffschichten 3, 4, 11, 13 und 22 alle in der Kabelindustrie verwendeten extrudierbaren Kunststoffe in Betracht, sofern sie für den jeweiligen Anwendungsfall ge eignet sind bzw. ihre speziellen physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften zum Tragen kommen sollen.

Claims

1. Elektro-optische Übertragungsleitung, bestehend aus wenigstens einem optischen Übertragungselement auf Poly merbasis und wenigstens einem elektrischen Übertragungs element, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Übertragungselement (3) konzentrisch zum optischen Übertragungselement (2) angeordnet und von einem isolierenden Kunststoffmantel (4) umgeben ist.

2. Übertragungsleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Übertragungselement (3) aus einer elektrisch leitenden Kunststoffschicht besteht, deren spezifischer elektrischer Widerstand kleiner/gleich 10¹⁰ Ohm×cm beträgt.

3. Übertragungsleitung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der spezifische elektrische Widerstand kleiner/gleich 100 Ohm x cm beträgt.

4. Übertragungsleitung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die leitende Kunststoffschicht (3) ein oder mehrere Metalldrähte (12) eingebettet sind.

5. Übertragungsleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Übertragungselement aus aufgesponnenen oder geflochtenen feinen Metalldrähten (21) besteht.

6. Übertragungsleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem optischen Übertragungselement (2) und dem elektrischen Übertragungselement (3) eine Zwischenschicht (11) angeordnet ist.

7. Übertragungsleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem elektrischen Übertragungselement und dem Kunststoffmantel eine zugentlastende Schicht angeordnet ist.

8. Übertragungsleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Übertragungsleitung (20) mit zwei oder mehr kombinierten elektro-optischen Übertragungselementen (2/3) diese Übertragungselemente einander nach Art einer Steglei tung zugeordnet und gemeinsam von dem Kunststoffmantel (13) umgeben sind.