WO2020229196A1 - Koax-leitung fuer induktives laden - Google Patents

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WO2020229196A1
WO2020229196A1 PCT/EP2020/062087 EP2020062087W WO2020229196A1 WO 2020229196 A1 WO2020229196 A1 WO 2020229196A1 EP 2020062087 W EP2020062087 W EP 2020062087W WO 2020229196 A1 WO2020229196 A1 WO 2020229196A1
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conductor
copper
flexible copper
flexible
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Sebastian STENGL
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Leoni Kabel GmbH
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    • B60L53/10—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by the energy transfer between the charging station and the vehicle
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    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors

Definitions

  • Coaxial line for inductive charging The invention relates to a coaxial line and in particular to a coaxial line for charging electric vehicles.
  • Lines and cables are used for various applications. Among other things, these can be areas of application in which high currents and / or high frequencies (e.g. high frequency range) are used.
  • cables are used for charging vehicles, e.g. for inductive charging of vehicles.
  • One possibility for inductive charging of vehicles provides that a charging station is / will be connected to a charging arrangement via a cable / charging cable.
  • the loading arrangement can be arranged on the ground and comprise coils.
  • the charging station is then not connected directly to the vehicle for the charging process, but to the charging arrangement via a cable.
  • the vehicle can then be inductively charged in a known manner by placing / moving it on the charging arrangement.
  • High currents in the range of several amperes and above require an appropriately large conductor cross-section.
  • a strand is an electrical conductor made up of thin individual wires. Strands are often easy to bend. In electrical cables, copper is often used as a conductor for this purpose.
  • the individual wires of the strand (eg several hundred individual wires) are mostly enclosed by a common insulating sheath.
  • a conductor formed in this way is commonly referred to as a stranded wire or stranded conductor. If several such lines are combined in one cable, they are often referred to as the cores of the cable.
  • HF strands high-frequency strands
  • Varnish is often used for the insulation, ie the individual wires of a strand are isolated from each other by a layer of varnish. This insulation is therefore also provided when the strands have the same potential.
  • lacquered individual wires which are shaped into stranded wires, are conventionally used for high-frequency applications. Due to the high frequency, the electrons in the current transmission are pressed to the outside of the conductor. If conductors are used which exceed a certain diameter, no or only a negligible current flows in the core of the conductor at higher frequencies. The frequency decides how far the electrons are pushed outwards. This so-called penetration depth is decisive for the wire or conductor diameter to be used. Isolating thin individual wires from one another increases the power transmission with relatively small cross-sections. Such thin insulated individual wires are often referred to as enamelled wire conductors.
  • the stranded wires known from the prior art have a complex structure, are complex to manufacture and often have a relatively high power loss.
  • a coaxial line has a non-conductive core.
  • the coaxial line has a first flexible copper conductor which surrounds the non-conductive core and serves as the inner conductor of the coaxial line.
  • the coaxial line has insulation around the first flexible copper conductor.
  • the coaxial line has a second flexible copper conductor which surrounds the insulation and serves as the outer conductor of the coaxial line.
  • the coaxial line can also be referred to as a coaxial conductor or coaxial cable.
  • the design as Koaxia Heiter leads to a relatively homogeneous field line distribution. Among other things, this leads to a reduced power loss when transmitting power with the coaxial conductor compared to conventional stranded conductors.
  • the coaxial conductor in or as a
  • the homogeneous field line distribution leads to a reduced power loss during power transmission with the coaxial conductor compared to conventional stranded conductors. Due to the very low specific resistance of copper of approx. 0.017 Ohm * mm 2 / m, the electrical conductivity of the coaxial conductor is very high.
  • the non-conductive core consists of a non-conductive material or has a non-conductive material.
  • the non-conductive core (which can also be referred to as the line core) itself has at least almost no electrical conductivity. Therefore, the core does not take part in the conduction of an electric current at least almost.
  • the core is mechanically relatively stable and resilient and at least mechanically more stable than the flexible copper conductors surrounding the core. The fact that in the coaxial line proposed here the core does not take part in the line because it consists of a non-conductive material is at least almost insignificant for the power transmission / power transmission.
  • the non-conductive core, the first flexible copper conductor and the second flexible copper conductor are in particular arranged coaxially around a common center point.
  • the flexible copper conductors can be understood in such a way that they are more flexible / bendable / less rigid / less rigid than the known copper tubes / copper tubes.
  • the insulation between the first and the second flexible copper conductor can, for example, have a thickness (viewed in the radial direction of the coaxial line) of 0.1 to 4 mm, for example a thickness of at least or exactly 2 mm.
  • the insulation can alternatively be referred to as a dielectric.
  • the dielectric can be designed as a solid dielectric. The dielectric is often foamed in the manufacturing process, but it can also be wound.
  • the dielectric is arranged between the inner conductor and the outer conductor.
  • the first and second copper conductors are spaced apart by the dielectric.
  • the first flexible copper conductor surrounding the non-conductive core is applied directly to the non-conductive core and is in contact with it.
  • the first flexible copper conductor surrounding the non-conductive core is not applied directly (but indirectly) to the non-conductive core and is not in direct contact with it, but only indirectly.
  • an insulation layer can be arranged between the non-conductive core and the first flexible copper conductor.
  • the coaxial line also has a shield arranged around the second flexible copper conductor.
  • the shielding can at least reduce, if not avoid, interference from the electrical field of the coaxial line to other electronic components.
  • the shield can also be referred to as a shield or an electrical shield.
  • the induction of a power loss in the screen by the electrical field of the coaxial conductor can be adapted.
  • Simple braids, foils or a combination of braids and foils are conceivable as shielding.
  • the shield can be designed as a flat braid.
  • the outer conductor can have shielding properties and thus be designed as a shield.
  • the outer conductor and the shielding can be the same element which, on the one hand, fulfills the task of an outer conductor and, on the other hand, the task of shielding.
  • the outer conductor can be the shield.
  • it can be the outer conductor and the shield are different and separate components.
  • the shield can be arranged around the outer conductor.
  • the outer conductor can be arranged between the shield and the dielectric.
  • the non-conductive core can for example comprise plastic or be formed from plastic.
  • the non-conductive core can comprise air or be formed from air.
  • a combination of plastic and air for the non-conductive core is conceivable.
  • the non-conductive core can have a heat-absorbing insulation material.
  • the heat-absorbing insulation material can be introduced into the non-conductive core.
  • the heat-absorbing insulation material can be a plastic.
  • the non-conductive core is partially or completely formed from the heat-absorbing insulation material.
  • the non-conductive core can for example consist entirely of the heat-absorbing insulation material.
  • the non-conductive core has a heat-absorbing / heat-absorbing / heat-insulating material or if the non-conductive core even consists of a heat-absorbing / heat-absorbing material (and is accordingly designed as a non-conductive, heat-absorbing core), the very high heat generation that occurs with high-frequency conductors can be regulated.
  • the insulation material used in or for the non-conductive core can comprise a cross-linked polyethylene (PE-X) or consist of PE-X.
  • the non-conductive core can have a relative permittivity (also often referred to as relative dielectric conductivity) of approx. 2.25, a tracking resistance (CTI) according to IEC 60112 from KA: 3b; KB> 600; K0600 and / or a thermal conductivity in W / (m * K) in a range from 0.32 to 0.40.
  • CTI tracking resistance
  • Fillers used in or for the non-conductive core can, for example, comprise polypropylene (PP) or consist of PP.
  • the non-conductive core can have a relative permittivity (also often referred to as relative dielectric conductivity) of approx. 2.27, a loss factor of 1 ⁇ 10 3 , a tracking resistance according to IEC 60112 of KA: 3b; KB>600;KC> 600 and / or a thermal conductivity in W / (m * K) in a range from 0.17 to 0.22.
  • the coaxial line has, for example, the lowest possible capacitance between the individual layers. In particular, there is a low capacitance, for example, between the two flexible copper conductors. This can be achieved, for example, with foams between the various copper conductors or the various layers of the coaxial line. The coaxial line consequently has low values for the capacitance.
  • the first flexible copper conductor can be configured in layers.
  • the first flexible copper conductor can have an annular cross-section.
  • the second flexible copper conductor can be configured in layer form.
  • the second flexible copper conductor can have an annular cross-section.
  • the first flexible copper conductor can have a plurality of individual copper wires that are not insulated from one another (individual copper wires) or can be formed from a plurality of individual copper wires that are not insulated from one another (individual copper wires). Additionally or alternatively, the second flexible copper conductor can have several single wires made of copper (single copper wires) that are not insulated from one another or be formed from several single copper wires that are not insulated from one another (single copper wires). The individual wires can each have a thickness in a range from 0.05 mm to 0.5 mm, for example a thickness of at least or exactly 0.1 mm.
  • the multiple individual copper wires of the first and / or second flexible copper conductor which are not insulated from one another, increase the flexibility of the copper conductors and thus the coaxial line as a whole compared to enamelled wires or copper tubes / copper tubes used in the prior art.
  • the single copper wires can be round or flat. A combination of round and flat single copper wires is also conceivable. For example, all single copper wires can be designed as flat conductors or round conductors.
  • the first flexible copper conductor can have one or more copper braids or be formed from one or more copper braids. Additionally or alternatively, the second flexible copper conductor can have one or more copper braids or be formed from one or more copper braids.
  • the one or more copper braids of the first flexible copper conductor can be formed from a plurality of individual copper wires that are not insulated from one another.
  • the one or more copper braids of the second flexible copper conductor can be formed from a plurality of single copper wires that are not isolated from one another.
  • the first flexible copper conductor can have one or more cable bundles or can be formed from one or more cable bundles.
  • the second flexible copper conductor can have one or more cable bundles or can be formed from one or more cable bundles.
  • the one or more cable bundles of the first flexible copper conductor can be formed from a plurality of single copper wires that are not isolated from one another.
  • the one or more cable bundles of the second flexible copper conductor can be formed from a plurality of single copper wires that are not isolated from one another.
  • both the first copper conductor and the second copper conductor are designed to be flexible (bendable).
  • the flexibility of the first and second copper conductors can be achieved, for example, by stranding or interweaving several individual copper wires. Depending on the lay length of the stranding or interlacing, a different degree of flexibility can be achieved. The shorter the lay lengths used, the more flexible the copper conductor and thus the coaxial cable (twist / lay angle, for example between 40 ° -75 ° degrees).
  • the insulation and possibly further insulation of the coaxial line can have or consist of a thermoplastic insulating plastic.
  • the insulation and possibly further insulation of the coaxial line can have a cross-linked polyethylene (PE-X) or be formed from PE-X.
  • PE-X cross-linked polyethylene
  • the insulation is made of PE-X, it has a relative permittivity (also often referred to as relative dielectric conductivity) of approx. 2.25.
  • the insulation is made of PE-X, it has the following creepage resistance (CTI) according to IEC 60112: KA: 3b; KB>600;KC> 600.
  • CTI creepage resistance
  • the insulation is made of PE-X, it has a thermal conductivity in W / (m * K) in a range from 0.32 to 0.40.
  • Fillers used in the coaxial conductor can, for example, comprise polypropylene (PP) or be formed from PP.
  • the fillers are formed from PP, they have a relative permittivity (also often referred to as relative dielectric conductivity ⁇ compatibility) of about 2.27 on and a dissipation factor of lxlO. 3
  • the insulation used and the fillers used allow use of up to 90 ° C (and 20000h).
  • the fillers are made of PP are formed, they have the following ⁇ leakage resistance according to IEC 60112: KA: 3b; KB>600; K0600.
  • the fillers are made of PP, they have a thermal conductivity in W / (m * K) in a range from 0.17 to 0.22.
  • the coaxial line can also have at least one sensor. At least the at least one sensor can be designed as a temperature sensor that is designed to detect the temperature of the coaxial line.
  • the coaxial line can also have at least one second sensor.
  • the at least one second sensor can be designed to monitor a state of the line and to communicate this to a user via an evaluation unit.
  • the temperature sensor can be designed as a sensor wire introduced into the coaxial line, for example as a sensor wire that is braided into the coaxial line.
  • the coaxial line can have at least two sensors. At least one of the at least two sensors can be designed as a temperature sensor.
  • the temperature sensor is designed to detect the temperature of the coaxial line.
  • the temperature sensor can be designed as a sensor wire introduced into the coaxial line.
  • the temperature sensor can be braided or braided into the coaxial line as a sensor wire
  • the temperature sensor With the aid of the temperature sensor, it is easy to determine and, if necessary, monitor whether the coaxial line is in an appropriate temperature range. For example, the coaxial line can be monitored for overheating by means of the temperature sensor.
  • the inserted sensor wire can be flexibly braided into the cable so that the cable is not damaged.
  • the temperature sensor and / or the at least one second sensor can be designed as a resistance-based / resistance-based sector sensor.
  • the at least one second sensor can be a sensor for measuring at least one further parameter different from the temperature.
  • the coaxial line can have at least one sensor cable (at least one line) for measuring the temperature and at least one further parameter or can be designed as such.
  • the sector sensor can be designed as a sensor line.
  • the sensor line can be designed to detect an environmental variable, for example the temperature, and can have a line core and a number of resistance elements spaced apart from one another in the longitudinal direction with a respective resistance value exhibit. The resistance value varies depending on a value of the environmental variable, for example the temperature.
  • the line core serves, for example, to provide mechanical stability to the sensor line, for example as a strain relief.
  • the line core has in particular a plastic, for example based on aramid or polyethylene (PE).
  • the line core is designed as one or more electrical or optical transmission elements.
  • the sensor line extends from a first end to a second end.
  • a respective resistance element defines a measuring section along the sensor line.
  • the resistance elements are arranged along the sensor line at a predetermined distance from one another.
  • the measuring sections define selected sectors along the sensor line, in which, depending on the sector, the environmental variable, for example the temperature, - in particular the
  • Change of the environment variable e.g. the change in temperature - can be detected so that, depending on a measurement section in which the change in the environmental variable, in particular the temperature, is detected during operation, a point / position along the sensor line can be inferred at which the change in the environmental variable occured.
  • the coaxial line and in particular the at least two sensors can be connected to an evaluation unit.
  • the evaluation unit can, for example, be an external evaluation unit.
  • the evaluation unit can be connected to the coaxial line via a cloud, for example, or it can be configured as a cloud.
  • the evaluation unit can be designed to evaluate data recorded by the coaxial line.
  • the evaluation unit can be designed to warn of a possible failure as a function of the evaluated data and to react if necessary.
  • the coaxial line can form a common system with the evaluation unit according to a second aspect of the invention. In other words, a system according to a second aspect of the invention can have the coaxial line and the evaluation unit.
  • a bending radius (more precisely, an inner bending radius) in the permanently installed state of, for example, 2xD or 4xD can be achieved.
  • D is the outer diameter of the coaxial line, ie "2xD” designates a bending radius of 2 times the outer diameter of the coaxial line.
  • the bending radius denotes, for example, the radius up to which the coaxial line can be bent without damage occurring.
  • Figure 1 shows an embodiment of a coaxial conductor.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a coaxial line 10.
  • the coaxial line has a non-conductive core 12.
  • the coaxial line 10 also has a first flexible copper conductor 14 surrounding the non-conductive core 12.
  • the first flexible copper conductor 14 serves as the inner conductor of the coaxial line 10.
  • the coaxial line 10 also has insulation 24 around the first flexible copper conductor 14.
  • the coaxial line 10 also has a second flexible copper conductor 18 surrounding the insulation 24.
  • the second flexible copper conductor 18 serves as the outer conductor of the coaxial line 10.
  • the coaxial line 10 furthermore optionally has a shield 20 arranged around the second flexible copper conductor.
  • the shield 20 can also be referred to as a shield 20.
  • the coaxial line 10 further optionally has an insulation 22 around the non-conductive core 12.
  • the coaxial line 10 further optionally has an insulation 26 around the second flexible copper conductor 18.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the coaxial line 10 with a non-conductive core 12, first flexible copper conductor 14 as an inner conductor, second flexible copper conductor 18 as an outer conductor, optional shielding 20, optional insulation 22 between the non-conductive core 12 and the first flexible copper conductor 14, insulation 24 between first flexible copper conductor 14 and second flexible copper conductor 18 and optional insulation 26 between second flexible copper conductor 18 and shield 20.
  • the first flexible copper conductor 14 can have several individual wires, stranded conductors or braids, not shown in FIG. 1, or can be formed from these.
  • the second flexible copper conductor 18 can have a plurality of individual wires, stranded conductors or braids (not shown in FIG. 1) or be formed from these.
  • the outer diameter of the first flexible copper conductor 14 (the inner conductor) is approx. 5.7 mm
  • the inner diameter of the second flexible copper conductor 18 (the outer conductor) approx. 10.2 mm
  • the inner diameter of the shielding 20 approx 15.2mm
  • the outer diameter of the coaxial line 10 approx. 19.4mm.
  • the charge carriers (electrons) used to transmit electricity are pushed outwards to a greater or lesser extent at high frequencies, depending on the frequency, which is referred to as penetration depth. This continues to result in an efficient current transmission, even if, with a corresponding penetration depth, the first flexible copper conductor 14 is via a non-conductive material
  • the non-conductive core 12 can be a plastic core, for example. Alternatively, the non-conductive core 12 can be air.
  • the first flexible copper conductor 14 and / or the second flexible copper conductor 18 can be tubular or annular in cross section.
  • the first flexible copper conductor 14 and / or the second flexible copper conductor 18 can be constructed from a flexible conductor layer.
  • the flexible conductor layer can be one or more stranded / stranded conductors.
  • the stranded / stranded conductors can, for example, have a relatively thin diameter in order to allow the desired flexibility.
  • the conductor layer can alternatively be one or more copper braids.
  • the copper braid or braids can each consist of several interwoven copper conductors / individual copper wires or have several interwoven copper individual wires.
  • the several individual copper wires that are intertwined are not insulated from one another / against one another, ie the individual copper wires are not insulated with lacquer. lined single wires. That is, it is possible to configure the flexible copper conductors 14, 18 as a bundle or as a braid.
  • the inner conductor (the first flexible copper conductor 14) can be the forward conductor of the coaxial line 10, for example.
  • the outer conductor (the second flexible copper conductor 18) can be the return conductor of the coaxial line 10, for example.
  • the inner conductor (the first flexible copper conductor 14) is, for example, the return conductor of the coaxial line 10 and the outer conductor (the second flexible copper conductor 18) is the forward conductor of the coaxial line 10.
  • the outgoing and return conductors are ideally able to carry the corresponding current of the required amperage.
  • the respective conductor cross-section of the inner conductor, the outer conductor and / or the coaxial line as a whole can be selected, designed or adapted accordingly.
  • the shielding 20 is provided around the flexible copper conductors 14, 18.
  • a power loss is also induced in the screen 20 by the electric field. This depends on how large the distance between outer conductor 18 and screen 20 is.
  • a sensor (not shown in FIG. 1) can also be integrated into the coaxial cable 10.
  • a heat-absorbing insulation material can be introduced into the non-conductive core 12. Foams are also conceivable for this.
  • the coaxial line 10 shown schematically in FIG. 1 can be used as a charging cable for the application of inductive charging.
  • the coaxial line 10 is designed to enable a transmission power of approximately 11 kW.
  • the coaxial line 10 is designed to be able to transmit currents at a frequency of 85 kHz.
  • the coaxial line 10 is at This application is designed to enable the application of a voltage of 1,000V. This leads to current intensities of 30 to 50A which have to be carried by the coaxial line 10.
  • the coaxial structure of the coaxial line 10 has advantages over the prior art, in which isolated individual wires (for example enamelled wires) are combined to form a bundle, a strand or a rope.
  • the coaxial line 10 enables a homogeneous field line distribution.
  • the homogeneous field line distribution leads, among other things, to a reduction in the power dissipation during power transmission, eg during power transmission in a connection cable for inductive charging. This leads, among other things, to less heating of the coaxial line 10 due to the lower power loss in the coaxial line 10.
  • the coaxial line 10 is a compact line and therefore offers advantages in terms of safety against being driven over. Furthermore, a sensor, e.g. a sensor wire can simply be introduced into the coaxial line 10 to detect the temperature.
  • a non-conductive core 12 made of or with a heat-absorbing material such as a heat-absorbing plastic or a heat-absorbing foam, heat is also latently stored.
  • the coaxial line 10 can always be used when high frequencies play a role in transmission and the skin effect must be taken into account when designing the line.
  • the described coaxial line 10 provides an improved line for various high-frequency areas of application, for example for the use of inductive charging of electric vehicles.

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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

Koax-Leitung für induktives Laden 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 pm 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 Litzen leiter 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 Proxi mity-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 fle- xiblen 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 Koaxia Heiter 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 zumin- dest weitestgehend entspricht. Der nichtleitende Kern weist besteht aus einem nicht- leitenden 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 wer- den. 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; K0600 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 lxlO3, 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 alterna- tiv 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 Schlag- länge 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 bezeich- net 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 Leitfähig¬ keit) von ca. 2,27 auf sowie einen Verlustfaktor von lxlO3. 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 Kriechstrom¬ festigkeit nach IEC 60112 auf: KA:3b; KB>600; K0600. 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 zumin- dest 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 Umgebungs- variable, 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:
Figur 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 abwei- chen 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.
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Koaxialleitung 10. Die Koaxialleitung weist einen nichtleitenden Kern 12 auf. Die Koaxialleitung 10 weist ferner einen den nicht- leitenden 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 Figur 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 Figur 1 nicht dargestellte, Einzeldrähte, Litzenleiter oder Geflechte aufweisen oder aus diesen gebildet sein. Der zweite flexible Kupferleiter 18 kann mehrere, in Figur 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 Eindring- tiefe 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 rohrför- mig 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 iso- lierte 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 beispielswei- se 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 Figur 1 gezeigter Sensor integriert sein. In den nichtleitenden Kern 12 kann ein wärme aufnehmendes Isolationsmaterial eingebracht werden. Auch Schäume sind hierfür denkbar.
Die in Figur 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 Leis- tungsübertragung, 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 Koaxial leitu ng 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

Patentansprüche
1. 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.
2. Koaxialleitung nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine um den zweiten flexiblen Kupferleiter angeordnete Schirmung.
3. Koaxialleitung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der nichtleitende Kern Kunststoff aufweist oder aus Kunststoff gebildet ist.
4. Koaxialleitung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der nichtleitende Kern Luft aufweist oder aus Luft gebildet ist.
5. Koaxialleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der nichtleitende Kern ein wärmeaufnehmendes Isolationsmaterial aufweist oder daraus gebildet ist.
6. 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.
7. 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.
8. Koaxialleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Isolation einen thermoplastischen isolierenden Kunststoff aufweist oder aus einem thermoplastischen isolierenden Kunststoff besteht.
9. 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.
10. 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.
11. 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.
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