DE4429022A1 - Koaxiales Hochfrequenzkabel mit Lichtwellenleitern - 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 und der Innenleiter mindestens eine optische Faser enthält.

Koaxiale Kabel zur Übertragung hochfrequenter Energie sind seit Jahren bekannt, je nach Höhe der zu übertragenden Leistung unterscheiden sie sich insbesondere durch die äußeren Abmessungen und der Ausbildung der Isolierung zwischen dem Innen- und Außenleiter. Mit dem Einzug optischer Übertragungselemente in die Technik hat man auch bereits damit begonnen, elektrischen Übertragungselementen optische Datenübertragungselemente parallel zu schalten, 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. zur Überwachung der Betriebstemperatur eines koaxialen Hochfrequenzkabels großer Leistung. Um in solchen Fällen mit der Schaffung eines parallelen optischen Übertragungsweges negative Einflüsse auf die elektrischen Übertragungseigenschaften des koaxialen Kabels auszuschalten und die Gewähr zu bieten, daß die beiderseitigen Montageschritte bei der Herstellung von Anschlüssen und Verbindungen jeder für sich unabhängig voneinander problemlos durchgeführt werden können, hat man bereits vorgeschlagen (P 43 11 915.8), bei einem abstrahlenden Hochfrequenzkabel die optischen Fasern in den Innenleiter des koaxialen Kabels zu verlegen.

Die vorliegende Erfindung befaßt sich nun mit einer Verbesserung des bereits vorgeschlagenen Hochfrequenzkabels mit im Innenleiter befindlichen optischen Fasern und sieht zur Aufnahme der optischen Fasern im Innern des Innenleiters ein gesondertes Aufnahmeröhrchen vor. Dieses zusätzliche Aufnahmeröhrchen bietet einen sicheren Schutz der gegen äußere mechanische Einflüsse empfindlichen optischen Fasern, insbesondere dann, wenn es sich bei der zwischen dem Innenleiter und dem Außenleiter befindlichen Isolierung um eine sogenannte Scheibenisolierung handelt, bei der der für die Scheiben dienende Kunststoff mit hohem Druck radial auf den Innenleiter des koaxialen Hochfrequenzkabels aufgepreßt wird. Darüberhinaus bietet die Erfindung die Möglichkeit des sicheren und problemlosen Einbringens der optischen Fasern in das Innere eines koaxialen Hochfrequenzkabels. Wellenwiderstand, Leitungsdämpfung usw., also alle Charakteristika des Hochfrequenzkabels werden durch die im Innern des Innenleiters vorgesehene Maßnahme nicht verändert.

Die innerhalb des Aufnahmeröhrchens angeordneten optischen Fasern können in besonderen Fällen auch eine definierte Überlänge, beispielsweise von 5‰ aufweisen, so daß wirksam werdende äußere Zugkräfte sich nicht nachteilig auf die optischen Übertragungswerte auswirken. Die Erfindung beruht dabei nämlich auf der Erkenntnis, daß eine zentrischen Anordnung der optischen Fasern mit einer Überlänge in der genannten Größenordnung zu keinen Änderungen in den optischen Übertragungseigenschaften führt, wenn auf die optischen Fasern Zugkräfte einwirken. Die Fasern selbst können in Weiterführung der Erfindung Bestandteil im Aufnahmeröhrchen längsgeführter optischer Elemente sein, beispielsweise eine oder mehrere Hohladern oder Festadern oder auch Aderbändchen.

Für die Zwecke der Erfindung besonders geeignet sind querdruckstabile Aufnahmeröhrchen, solche Röhrchen können beispielsweise an sich bekannte Edelstahlröhrchen sein. Diese bestehen vorzugsweise aus einem rohrförmig gebogenen, längsnahtgeschweißten Stahlband dünner Wandstärke. Eine andere vorteilhafte Variante ist die, wenn das Aufnahmeröhrchen ein glasfaserverstärktes Kunststoffröhrchen ist, ein sogenanntes GFK-Röhrchen.

Wie bereits ausgeführt, bestimmen die äußeren Abmessungen des koaxialen Hochfrequenzkabels den Frequenzbereich und/oder die Übertragungsleistung dieser Kabel. Durch die vorliegende Erfindung ergibt sich noch der besondere Vorteil, daß parallele optische und elektrische Übertragungswege bis hin zu kleinsten äußeren Abmessungen problemlos möglich sind. So kann beispielsweise der Durchmesser des Aufnahmeröhrchens weniger als 2 mm betragen. Solche geringen äußeren Abmessungen mit entsprechenden Abmessungen des Innenleiters sowie im Durchmesser verringertem Außenleiter führen zu einer weiteren Miniaturisierung von elektrischen/optischen Übertragungswegen und erschließen damit neue Anwendungsgebiete. Das Aufnahmeröhrchen befindet sich im Innern des Innenleiters des koaxialen Kabels, bei Abweichungen im Durchmesser von Innenleiter und Aufnahmeröhrchen kann es mitunter vorteilhaft sein, das Aufnahmeröhrchen in seinem Durchmesser bis auf den Innendurchmesser des Innenleiters aufzudicken. Hierzu können beliebige Kunststoffe verwendet werden, die auf das Aufnahmeröhrchen aufgebracht werden, gleichzeitig führt die isolierende Zwischenschicht zu einer elektrischen Trennung der Aufnahmeröhrchen, beispielsweise wenn es sich um ein Edelstahlröhrchen handelt, und dem Innenleiter des elektrischen Kabels. Diese Möglichkeit kann dazu genutzt werden, elektrische Energie, beispielsweise zur Steuerung zugeschalteter Geräte oder Einrichtungen, zu übertragen.

Die Aufdickung kann nicht nur zur Abstandshalterung zwischen dem Aufnahmeröhrchen und dem Innenleiter dienen, dieser Bereich ist zusätzlich geeignet, Zug- und/oder Stauchentlastungselemente aufzunehmen, die entweder in ein Kunststoffmaterial eingebettet sind oder selbst die Aufdickung bis auf den Innendurchmesser des Innenleiters zu übernehmen. Zugfeste Elemente können Fäden oder Stränge aus Polyamid oder Polyaramid sein, wie sie unter dem Handelsnamen Kevlar bekannt sind, oder auch solche Elemente in stauchfester Form, wobei die Fasern in Harze, beispielsweise Epoxidharze, eingebettet sind.

Eine andere vorteilhafte Variante ist in Durchführung der Erfindung die, daß das Aufnahmeröhrchen für die optischen Fasern Selbstträger für den Innenleiter ist. Das bedeutet, daß der Innenleiter beispielsweise aus einer auf der Oberfläche des Aufnahmeröhrchens befindlichen metallischen Beschichtung besteht. Diese Beschichtung kann aus einem längsnahtgeschweißten, das Aufnahmeröhrchen rohrförmig umschließende Metallband dünner Wandstärke bestehen, die Beschichtung kann aber auch aus einem chemisch oder elektrochemisch gebildeten Metallauftrag hergestellt sein. Ähnlich wie bei bekannten Ausführungsformen koaxialer Hochfrequenzkabel mit einem kupferplattierten Aluminiumdraht als Innenleiter des Kabels ist aufgrund des Skineffektes auch bei den Ausführungsformen der Erfindung die problemlose Hochfrequenzübertragung über die auf dem Aufnahmeröhrchen befindliche Schicht problemlos möglich.

Der Innenleiter des koaxialen Hochfrequenzkabels 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 der Innenleiter auch gewellt sein, um so die notwendige Flexibilität herbeizuführen. Gleiches gilt auch für das im Innern des Innenleiters geführten Aufnahmeröhrchens, das, insbesondere wenn es sich um ein längsnahtgeschweißtes Edelstahlröhrchen handelt, ebenfalls mit einer Wellung versehen sein kann, um die Flexibilität der gesamten Anordnung zu verbessern.

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 eines solchen Hochfrequenzkabels längs des Kabels angeordnete Öffnungen zur Abstrahlung elektrischer Energie aufweist, beispielsweise mit einer quer zur Längsachse des Kabels angeordneten Schlitzkonfiguration versehen ist. 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 zukommen zu lassen.

Die Erfindung sei anhand der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Ein erfindungsgemäßes koaxiales Hochfrequenzkabel besteht aus dem Innenleiter 1, einer Isolierung 2, die im dargestellten Ausführungsbeispiel eine sich über die gesamte Länge des Kabels erstreckende Schaumisolierung ist, sowie aus dem Außenleiter 3, der von einem äußeren mechanische Kräfte aufnehmenden Außenmantel 4 umschlossen wird. Anstelle der Schaumisolierung 2 können andere heute übliche Isolierkonfigurationen verwendet werden, beispielsweise auf den Innenleiter 1 aufgespritzte Scheiben oder auf den Innenleiter 1 aufgewickelte Wendeln aus geeigneten Kunststoffen. In der dargestellten Ausführungsform besteht der Außenleiter 3 beispielsweise aus einem um die Schaumisolierung 2 herumgelegten Kupferband, deren Kanten einander überlappen und miteinander verklebt sind oder deren Kanten bekannter Technik längsnahtverschweißt sind. Zur Erhöhung der Flexibilität solcher Kabel ist es auch bereits üblich, den Innenleiter 1 mit der darüber befindlichen Schaumisolierung 2 und die Schaumisolierung 2 wiederum mit dem Außenleiter 3 des koaxialen Kabels zu verkleben. Dies kann beispielsweise mittels handelsüblicher Schmelzkleber erfolgen, wobei auch der Außenleiter 3 zusätzlich mit dem Mantel 4 verklebt sein kann.

Um ein solches elektrisches Hochfrequenzkabel auch mit einem optischen Übertragungsweg auszustatten und dafür zu sorgen, daß die optischen Elemente einmal bei der Herstellung des Kabels, aber auch bei der Verlegung und der Inbetriebnahme sicher geschützt sind ohne daß die Übertragungseigenschaften des elektrischen Teiles des Hochfrequenzkabels beeinflußt werden, ist erfindungsgemäß innerhalb des Innenleiters 1, der beispielsweise ein glattes oder gewelltes Kupferrohr sein kann, das Aufnahmeröhrchen 5 angeordnet, in dessen Innern, wie dargestellt, beispielsweise drei optische Fasern 6 mit einer Überlänge verlaufen. Zum Schutz dieser Fasern 6, gleichzeitig aber auch zur Längsabdichtung kann eine Dichtmasse 7 eingebracht sein, beispielsweise auf Petrojelly-Basis, auch in tixotropierter Form.

Statt der optischen Fasern 6 können selbstverständlich andere optische Elemente hier verwendet werden, beispielsweise Fest- oder Hohladern oder auch Bändchen, gegebenenfalls in gestapelter Form.

Das Aufnahmeröhrchen 5, im vorliegenden Beispiel aus einem längsnahtgeschweißten Stahlband hergestellt, entspricht, wie aus der Figur ersichtlich, nicht dem durch den Innenleiter 1 gebildeten Hohlraum, das ist schon dann nicht der Fall, wenn das elektrische Hochfrequenzkabel für höhere Leistungen ausgelegt ist und das Kabel die entsprechenden Abmessungen für Innen- und Außenleiter aufweisen muß, um die notwendige Energie zu übertragen. In solchen Fällen hat es sich entsprechend der Erfindung als nützlich und vorteilhaft erwiesen, eine Aufdickung 8 vorzusehen, die das Aufnahmeröhrchen umschließt und auf die dann der Innenleiter 1, beispielsweise durch Herumformen eines längseinlaufenden Kupferbandes, gebildet wird. Als Material für die Aufdickung 8 können beliebige Kunststoffe verwendet werden, vorteilhaft sind solche, die auch bisher in der Koaxialkabelfertigung Einsatz gefunden haben, beispielsweise Polyethylen, Hochdruckpolyethylen oder solche auf Basis extrudierbarer Fluorkunststoffe.

Eine Aufdickung 8 kann ebenfalls vorgesehen werden, wenn das Aufnahmeröhrchen 5 nicht aus einem Edelstahl oder aus einem anderen geeigneten Metall besteht, sondern aus einem vorzugsweise glasfaserverstärkten Kunststoff hergestellt ist.

Abweichend von der Ausführungsform nach der Fig. 1 zeigt die Fig. 2 ein erfindungsgemäßes elektrisches Hochfrequenzkabel, bei dem über dem Aufnahmeröhrchen 9 für die optischen Elemente 10, beispielsweise Fasern, Fest- oder Hohladern oder Bändchen, der Innenleiter 11 des elektrischen Hochfrequenzkabels unmittelbar aufgebracht ist. Dies kann dadurch erreicht werden, daß das z. B. aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff oder auch aus einem Metall hergestellte Aufnahmeröhrchen 9 von einem längseinlaufend um dieses Aufnahmeröhrchen zum Rohr herum gelegten Kupferband dünner Wandstärke besteht oder auch dadurch, daß der Innenleiter aus einem Metallauftrag besteht, der auf chemischem oder elektrochemischem Wege zu einem metallurgischen Verbund mit der Oberfläche des Aufnahmeröhrchens 9 geführt hat.

Der elektrische Teil des Hochfrequenzkabels ist wie üblich ausgeführt, der Innenleiter 11 wird umschlossen von der Schaumisolierung 12, wenn nicht einer Scheiben- oder Wendelform der Vorzug gegeben wird. Über der Schaumisolierung 12 und gegebenenfalls mit dieser in verklebtem Zustand befindet sich der Außenleiter 13, beispielsweise ein längseinlaufend um die Schaumisolierung rohrförmig gebogenes und an den Kanten verschweißtes Kupferband dünner Wandstärke, das gegebenenfalls auch mit einer Wellung versehen sein kann. Der das Kabel gegen äußere mechanische Einflüsse schützende Kunststoffmantel 14 ist hinreichend abriebfest, er kann auch flammfest ausgebildet sein durch Zugabe bekannter Materialien.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellten koaxialen Hochfrequenzkabel mit parallelem, integriertem optischen Übertragungsweg können auch sogenannte abstrahlende Hochfrequenzkabel verwendet werden. Solche Kabel, auch als Leckkabel bezeichnet, sind Wellenleiter entsprechend dem dargestellten Aufbau, bei denen längs des Kabels angeordnete Öffnungen im Außenleiter, beispielsweise in Form von Löchern oder insbesondere von Schlitzen, der Abstrahlung der am einen Kabelende eingeführten Energie in den umgebenden Außenraum des Kabels dienen, wo diese Energie mit entsprechenden Antennenanlagen aufgefangen und die übermittelten Signale ausgewertet werden. Diese Möglichkeit des Einsatzes eines erfindungsgemäßen Hochfrequenzkabels als abstrahlendes Kabels ist in der Fig. 2 angedeutet, hier weist der Außenleiter 13 die gestrichelt dargestellten Schlitze 15 auf, die senkrecht zur Kabelachse verlaufen und längs des Kabels in bestimmten Konfigurationen angeordnet sind, um die Kabeldämpfung über die Kabellänge möglichst gering zu halten sowie aufgrund der fortlaufenden Abstrahlung nach draußen eine Intensitätsabnahme der abgestrahlten Leistung zu minimieren.

Claims (14)

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 und der Innenleiter mindestens eine optische Faser enthält, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufnahme der optischen Fasern im Innern des Innenleiters ein gesondertes Aufnahmeröhrchen dient.

2. Hochfrequenzkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufnahmeröhrchen eine Anzahl mit einer Überlänge von 5‰ lose geführter optischer Fasern enthält.

3. Hochfrequenzkabel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern Bestandteil im Aufnahmeröhrchen längs geführter optischer Elemente sind.

4. Hochfrequenzkabel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Elemente Adern- Bändchen sind.

5. Hochfrequenzkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufnahmeröhrchen ein Edelstahlröhrchen ist.

6. Hochfrequenzkabel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Edelstahlröhrchen aus einem rohrförmig gebogenen, längsnahtgeschweißten Stahlband dünner Wandstärke besteht.

7. Hochfrequenzkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufnahmeröhrchen ein glasfaserverstärktes Kunststoffröhrchen ist.

8. Hochfrequenzkabel nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufnahmeröhrchen bis auf den Innendurchmesser des Innenleiters aufgedickt ist.

9. Hochfrequenzkabel nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufnahmeröhrchen selbst Träger für den Innenleiter ist.

10. Hochfrequenzkabel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenleiter aus einer auf der Oberfläche des Aufnahmeröhrchens befindlichen metallischen Beschichtung besteht.

11. Hochfrequenzkabel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung aus einem längsnahtgeschweißten, das Aufnahmeröhrchen rohrförmig umschließenden Metallband dünner Wandstärke besteht.

12. Hochfrequenzkabel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung aus einem chemisch oder elektrochemisch gebildeten Metallauftrag besteht.

13. Hochfrequenzkabel mit einer Aufdickung über dem Aufnahmeröhrchen nach Anspruch 8 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß diese Aufdickung Zug- und/oder Stauchentlastungselemente enthält oder aus solchen Elementen besteht.

14. Hochfrequenzkabel nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenleiter längs des Kabels angeordnete Öffnungen zur Abstrahlung elektromagnetischer Energie aufweist.