DE4311913A1 - Koaxiales Hochfrequenzkabel - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein koaxiales Hochfrequenzkabel aus einem rohrförmigen metallischen Innenleiter und einem ebenfalls rohrförmigen metallischen Außenleiter, die durch eine abstandhaltende Isolierung in ihrer räumlichen Lage zueinander fixiert sind.

Zur Übertragung hochfrequenter Energie sind Kabel der gattungsgemäßen Art seit Jahren bekannt, je nach Höhe der zu übertragenden Leistung unterscheiden sie sich insbesondere durch ihre äußeren Abmessungen und der Ausbildung der Isolierung zwischen dem Innen- und dem Außenleiter. Gemeinsam ist jedoch allen Ausführungen die konzentrische Ausführung sowie die Energieübertragung durch elektrische Strompfade. Mit dem Einzug optischer Übertragungselemente in die Technik hat man bereits in einigen Fällen damit begonnen, elektrischen Übertragungsstrecken optische Datenübertragungselemente parallelzuschalten, sei es um die hiermit zu übermittelnden Daten zu Steuer- oder Regelzwecke einzusetzen oder Schaltvorgänge herbeizuführen, sei es um mit Hilfe des optischen Parallelweges in Form einer Sensorleitung Veränderungen in der Umgebung des Kabels aufzunehmen und entsprechende Signale an eine zentrale Stelle weiterzugeben mit dem Ziel einer Überwachung des jeweiligen Betriebszustandes, z. B. der Betriebstemperatur eines erdverlegten Hochspannungskabels.

In solchen Fällen werden z. B. Lichtwellenleiter in die Verseilzwickel elektrischer Kabel eingelegt, oder ein Draht der elektrischen Abschirmung eines Hochspannungskabels wird durch ein Lichtwellenleiterelement ersetzt, oder wie im Falle von Freileitungen bereits angewandt, wird ein Lichtwellenleiterelement mit den einzelnen Drähten des Leiterseiles verseilt. Diese Ein- und Verseilung der Lichtwellenleiterelemente in den Schichtenaufbau elektrischer Kabel dient u. a. dem Zweck, dem Lichtwellenleiterelement eine Überlänge mitzugeben, so daß Zugbeanspruchungen, die während der Herstellung des elektrischen Kabels sowie der Verlegung am Montageort auftreten, nicht zu einem Bruch der optischen Faser führen.

Von solchen elektrischen Energiekabeln unterscheiden sich die gattungsgemäßen Hochfrequenzkabel schon allein durch ihren mechanischen Aufbau, außerdem muß gewährleistet sein, daß durch zusätzliche Maßnahmen die elektrischen Übertragungseigenschaften des koaxialen Hochfrequenzkabels bei den jeweiligen Betriebsfrequenzen nicht negativ beeinflußt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu finden, auch bei koaxialen Hochfrequenzkabeln einen parallelen optischen Übertragungsweg vorzusehen, der ohne Einfluß auf die elektrischen Übertragungseigenschaften dieses Kabels ist und zudem Gewähr bietet, daß die beiderseitigen Montageschritte bei der Herstellung von Anschlüssen und Verbindungen jeder für sich unabhängig voneinander problemlos durchgeführt werden können.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der rohrförmige Innenleiter des koaxialen Hochfrequenzkabels durch das metallische Mantelrohr eines Lichtwellenleiterlelementes gebildet ist. Dieser Aufbau eines koaxialen Hochfrequenzkabels mit parallelem optischen und elektrischen Übertragungsweg hat den Vorteil, daß die das Lichtwellenleiterelement bildenden optischen Fasern im Zentrum des Kabels durch den metallischen Innenleiter sicher geschützt sind. Durch die zentrale Lage des Lichtwellenleiterelementes ist aber auch Gewähr für eine problemlose Anschlußmöglichkeit sowohl des elektrischen als auch des optischen Übertragungsweges sichergestellt. Da der Innenleiter des Hochfrequenzkabels hier Doppelfunktion hat, nämlich einmal als metallisches Rohr die optischen Fasern zu schützen, zum anderen aber der elektrischen Übertragung hochfrequenter Energie dient, wird man zweckmäßig die Dicke des metallischen Mantelrohres für das Lichtwellenleiterelement den übertragungstechnischen Erfordernissen des Koaxialkabels anpassen, so daß Wellenwiderstand, Leitungsdämpfung usw., also Charakteristika des Hochfrequenzkabels, den Erfordernissen des Betriebes genügen.

Die innerhalb des zentralen Mantelrohres - Innenleiter des Hochfrequenzkabels - befindlichen optischen Fasern weisen eine Überlänge von mehr als 5% auf, so daß wirksam werdende äußere Zugkräfte sich nicht nachteilig auf die optischen Übertragungswerte auswirken. Die Erfindung beruht nämlich auf der Erkenntnis, daß im Gegensatz zu bekannten Maßnahmen eine Überlänge der optischen Fasern durch einen Ein- oder Verseilvorgang herbeizuführen, eine zentrische Anordnung der optischen Fasern mit einer Überlänge von mehr als 5% zu keinen Änderungen in den optischen Übertragungseigenschaften führt, wenn auf die optischen Fasern Zugkräfte einwirken.

Wie in der optischen Übertragungstechnik üblich, kann das den Innenleiter bildende Lichtwellenleiterelement eine Hohlader sein, aber auch eine Festader. Wesentlich ist in jedem Fall, daß das äußere Schutzrohr für die darin untergebrachten optischen Fasern ein metallisches Rohr ist, das beispielsweise aus Kupfer, Aluminium oder auch aus Edelstahl bestehen kann.

Wie bereits angedeutet, bestimmen die äußeren Abmessungen des koaxialen Hochfrequenzkabels Frequenzbereich und/oder Übertragungsleistung dieser Kabel. Durch die vorliegende Erfindung ergibt sich der besondere Vorteil, daß parallele optische und elektrische Übertragungswege bis hin zu den kleinsten äußeren Abmessungen problemlos möglich sind. So kann vorteilhaft der Durchmesser des Mantelrohres, der gleichzeitig Innenleiter des koaxialen Hochfrequenzkabels ist, weniger als 2 mm, vorzugsweise weniger als 1 mm betragen. Solche geringen äußeren Abmessungen des Innenleiters mit entsprechend verringertem Außenleiter führen zu einer weiteren Miniaturisierung von elektrisch/optischen Übertragungswegen und erschließen damit neue Anwendungsgebiete.

Das metallische Mantelrohr des Lichtwellenleiterelementes - Innenleiter des Hochfrequenzkabels - kann ein auf die Endmaße gezogenes metallisches Rohr sein, besonders vorteilhaft ist es jedoch in Durchführung der Erfindung, wenn das Mantelrohr aus einem längsnahtgeschweißten Metallband hergestellt ist. Auf kostengünstige Weise sind so beliebige Längen kontinuierlich herstellbar, das Verfahren gibt aber auch die Möglichkeit, die für die optischen Fasern im Innern des Mantelrohres benötigte Überlänge sicherzustellen. Diese Überlänge kann z. B. durch entsprechende Steuerung oder Regelung der Einlaufgeschwindigkeiten von metallischem Band und optischen Fasern eingestellt werden, eine andere, bereits bekannte Möglichkeit ist die, das längseinlaufende Metallband vor dem Schließen des Metallrohres durch Verschweißen der Bandkanten zu erwärmen und die beim Abkühlen wirksam werdende Verkürzung des metallischen Rohres über einen Längenabschnitt dazu zu benutzen, den mit gleicher Geschwindigkeit wie das metallische Band einlaufenden optischen Fasern eine Überlänge gegenüber dem umhüllenden metallischen Mantelrohr zu sichern.

Der Innenleiter des koaxialen Hochfrequenzkabels, nach der Erfindung gleichzeitig Mantelrohr eines Lichtwellenleiterelementes, wird in der Regel als Glattrohr ausgeführt sein. Falls es jedoch in besonderen Fällen darauf ankommt, daß neben bestimmten elektrischen und optischen Übertragungseigenschaften auch eine erhöhte Flexibilität des Kabels gefordert wird, kann man das Mantelrohr unabhängig vom jeweiligen äußeren Durchmesser auch wellen, um so die notwendige Flexibilität herbeizuführen.

Das erfindungsgemäße Hochfrequenzkabel mit integriertem optischen Übertragungsweg kann für alle die Zwecke eingesetzt werden, wo solche Hochfrequenzkabel bereits heute schon im Einsatz sind. Ein besonderes Anwendungsgebiet ergibt sich dann, wenn der Außenleiter des Hochfrequenzkabels längs des Kabels angeordnete Öffnungen zur Abstrahlung elektromagnetischer Energie aufweist. Solche Kabel, auch als abstrahlende Hochfrequenzkabel oder Leckkabel bezeichnet, werden insbesondere in Tunnelstrecken eingesetzt, um vom durchfahrenden Verkehr elektrische Signale aufzufangen und weiterzuleiten bzw. dem durchfahrenden Verkehr von außen Informationen zu geben.

Die Erfindung sei anhand des in der Fig. dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Das in der Fig. dargestellte koaxiale Hochfrequenzkabel 1 weist in seinem üblichen Aufbau einen rohrförmigen Innenleiter 2 und einen konzentrisch zu diesem angeordneten Außenleiter 3 auf. Innenleiter 2 und Außenleiter 3, beide rohrformig ausgebildet, sind durch das Dielektrikum 4 voneinander getrennt, d. h. elektrisch isoliert. Im dargestellten Ausführungsbeispiel besteht dieses Dielektrikum 4 beispielsweise aus einem geschäumten Polyethylen, das auf den Innenleiter 2 aufextrudiert ist, das Dielektrikum 4 kann aber auch als Abstandshalterwendel, als Scheibenisolierung oder dergleichen aufgebaut sein. Aus diesen Möglichkeiten resultiert ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung, daß nämlich diese Integration des optischen Übertragungsweges völlig unabhängig von dem sonstigen Kabelaufbau ist, vorausgesetzt wird lediglich eine koaxiale Anordnung von Innenleiter 2 und Außenleiter 3.

Der Innenleiter 2 ist identisch mit dem Mantelrohr des optischen Lichtwellenleiterelementes 5, in diesem Fall gebildet durch die mit einer Überlänge von mehr als 5‰ lose im Innenleiter (Mantelrohr) 2 befindlichen Bündel aus optischen Fasern 6 sowie einer hier beispielhaft verwendeten Dichtmasse 7 aus einem mindestens während der Herstellung fließfähigen polymeren Material. Der Außenleiter 3, in der Anwendung bei sogenannten abstrahlenden Hochfrequenzkabel mit einer bestimmten Schlitz- oder Lochkonfiguration versehen, ist umgeben von dem Außenmantel 8 als mechanischer Schutz, der durch entsprechende Einstellung der hierfür verwendeten Kunststoffmischung abriebfest aber auch flammfest sein kann.

Claims (8)

1. Koaxiales Hochfrequenzkabel aus einem rohrförmigen metallischen Innenleiter und einem ebenfalls rohrförmigen metallischen Außenleiter, die durch eine abstandhaltende Isolierung in ihrer räumlichen Lage zueinander fixiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Innenleiter (2) durch das metallische Mantelrohr eines Lichtwellenleiterelementes (5) gebildet ist.

2. Koaxiales Hochfrequenzkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelrohr eine Anzahl mit einer Überlänge <5‰ lose geführter optischer Fasern (6) enthält.

3. Koaxiales Hochfrequenzkabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtwellenleiterelement (5) eine Hohlader ist.

4. Koaxiale Hochfrequenzkabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtwellenleiterelement (5) eine Festader ist.

5. Koaxiales Hochfrequenzkabel nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Mantelrohres weniger als 2 mm, vorzugsweise weniger als 1 mm beträgt.

6. Koaxiales Hochfrequenzkabel nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelrohr aus einem längsnahtgeschweißten Metallband besteht.

7. Koaxiales Hochfrequenzkabel nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallrohr gewellt ist.

8. Koaxiales Hochfrequenzkabel nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Außenleiter (3) längs des Kabels (1) angeordnete Öffnungen zur Abstrahlung elektromagnetischer Energie aufweist.