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Dokumentenidentifikation DE10126117A1 19.12.2002
Titel Kabel sowie Verfahren zur Herstellung eines Kabels
Anmelder CCS Technology, Inc., Wilmington, Del., US
Erfinder Engel, Reinhard, Dr., 96271 Grub, DE;
Greiner, Ulrich, 96465 Neustadt, DE;
Koschwitz, Franz, 96472 Rödental, DE;
Stingl, Andreas, Dr., 96317 Kronach, DE;
Weiss, Alois, 96253 Untersiemau, DE;
Will, Sabine, 96465 Neustadt, DE
Vertreter Epping, Hermann & Fischer, 80339 München
DE-Anmeldedatum 29.05.2001
DE-Aktenzeichen 10126117
Offenlegungstag 19.12.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.12.2002
IPC-Hauptklasse H01B 7/28
IPC-Nebenklasse G02B 6/44   H01B 13/22   D07B 3/00   
Zusammenfassung Eine äußere Kabeloberfläche (LS) eines Kabels (OC) wird derart ausgebildet, daß bezüglich Flüssigkeiten (WT) und/oder Partikeln (P), die mit der Kabeloberfläche in Kontakt treten, ein Lotus-Effekt bewirkt wird. Mit dem Kabel können störende Effekte wie beispielsweise Tracking im Einsatz des Kabels als ADSS-Kabel oder Verstopfung eines Kanals, in dem das Kabel installiert ist, vermieden werden.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kabel mit einer äußeren Kabeloberfläche sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Kabels.

Bei Kabeln kann es insbesondere aufgrund von Verschmutzungen und/oder Feuchte auf der Kabeloberfläche zu Problemen während der Installation beziehungsweise beim Einsatz während des Betriebs des Kabels kommen.

Es ist allgemein bekannt, für bestimmte Anwendungen optische Kabel oder Lichtwellenleiter-Kabel zur Datenübertragung in bestehende Freileitungstrassen von Hochspannungs-Freileitungen zu integrieren. Beispielsweise können selbsttragende optische Luftkabel, welche zum Aufhängen an Masten in bestehenden Freileitungstrassen von Hochspannungs-Freileitungen geeignet sind, im Feldbereich zwischen den Phasenseilen zur Übertragung elektrischer Energie und dem Erdboden aufgehängt werden. Derartige Kabel sind insbesondere als volldielektrische selbsttragende optische Luftkabel bekannt und werden auch als ADSS (All Dielectric Self-Supporting)-Kabel bezeichnet. Das installierte optische Kabel ist üblicherweise metallfrei und im wesentlichen nicht-leitend ausgebildet und ist im allgemeinen an einem Freileitungsmast geerdet. Dies führt dazu, daß sich entlang der Kabeloberfläche eine Spannungsverteilung einstellt, welche in der Mitte zwischen zwei Masten ihr Maximum hat.

Beim selbsttragenden Luftkabel, das im elektrischen Feldbereich einer Hochspannungs-Freileitung abgespannt ist, besteht im allgemeinen das Problem, daß aufgrund von Verschmutzung und/oder Feuchte auf dem Kabel ein Stromfluß entlang der Kabeloberfläche infolge der Spannungsverteilung hervorgerufen werden kann. Dieser Stromfluß führt zu einer Erwärmung der Kabeloberfläche, was wiederum sogenannte Trockenzonen zur Folge hat. Wegen des hohen Spannungsgradienten über dieser Trockenzone kommt es zu elektrischen Entladungen, welche den Kabelmantel zerstören können. Dieser Effekt ist auch als sogenanntes Dry Band Arcing beziehungsweise Tracking bekannt.

Für bestimmte Anwendungen ist es üblich, ein Kabel, beispielsweise in Form eines elektrischen oder optischen Kabels, in bestehende oder neu zu verlegende Kanal- oder Rohrsysteme einzubringen. Ein derartiges Kanal- oder Rohrsystem ist beispielsweise in Form eines Abwasserkanalsystems ausgeführt. Eine Verlegung von Kabeln in einem bestehenden Abwasserkanalsystem ist insbesondere in städtischen Gebieten eine kostengünstige Variante zur nachträglichen Verlegung von Kabeln. Im Betrieb eines derartigen Abwasserkanalsystems mit einem installierten Kabel kann es aufgrund der zum Teil widrigen Umgebungsbedingungen zu Schmutzablagerungen oder Ablagerungen von Gegenständen am Kabel kommen, welche zu einer Verstopfung des Kanals führen können.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kabel anzugeben, mit dem störende Effekte während des Betriebs des Kabels wie beispielsweise Tracking oder Verstopfung eines Kanals, in dem das Kabel installiert ist, vermieden werden können.

Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Kabels anzugeben.

Die Aufgabe betreffend das Kabel wird gelöst durch ein Kabel gemäß Patentanspruch 1. Die Aufgabe betreffend das Verfahren wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 7.

Die äußere Kabeloberfläche des erfindungsgemäßen Kabels ist derart ausgebildet, daß bezüglich Flüssigkeiten und/oder Partikeln, die mit der Kabeloberfläche in Kontakt treten, ein Lotus-Effekt bewirkt wird. Es handelt sich hierbei um den bekannten selbstreinigenden Effekt eines Lotusblatts der Lotuspflanze, der bezüglich Partikel und/oder Flüssigkeiten in Erscheinung tritt. Dieser Effekt kann mit technischen Mitteln an Oberflächen von Gegenständen nachgebildet werden. Es wird dadurch vor allem eine Verschmutzung der Kabeloberfläche vermieden, da Schmutzpartikel auf der Kabeloberfläche nicht haften bleiben. Außerdem kann die Ausbildung von Feuchte auf der Kabeloberfläche gehemmt werden, da beispielsweise Regenwasser infolge des Lotus-Effekts von der Kabeloberfläche abperlt.

Das erfindungsgemäße Kabel ist vor allem vorteilhaft als selbsttragendes volldielektrisches optisches Luftkabel einsetzbar und dementsprechend ausgebildet. Es ist für den Betrieb im elektrischen Feldbereich einer Hochspannungs- Freileitung abgespannt. Durch die Vermeidung von Schmutzablagerungen auf der Kabeloberfläche wird verhindert, daß infolge der Spannungsverteilung entlang des Kabels aufgrund von Schmutzablagerungen ein erhöhter Strom entlang der Kabeloberfläche fließen kann, welcher Auslöser für Dry Band Arcing auf dem Kabelmantel ist. Damit werden insbesondere dadurch hervorgerufene elektrische Entladungen entlang des Kabelmantels vermieden. Die Kabellebensdauer wird wirksam verlängert, da der Tracking-Effekt vermieden wird.

Dadurch ergibt sich der weitere Vorteil, daß gängige Materialien zur Herstellung des Kabels beziehungsweise des Kabelmantels verwendet werden können, da diese Materialien nicht mehr zur Verminderung von elektrischen Entladungen entlang des Kabelmantels ausgelegt sein müssen. Dadurch können die Kosten für die Kabelherstellung weiter reduziert werden.

Das erfindungsgemäße Kabel ist weiterhin vorteilhaft als Kabel zur Verlegung in einem Kanal- oder Rohrsystem verwendbar. Mit einem dafür geeigneten erfindungsgemäßen Kabel, das beispielsweise eine geeignete Festigkeit für die Abspannung in einem Kanal- oder Rohrsystem aufweist, werden Schmutzablagerungen am Kabelmantel vermieden und damit durch das Kabel verursachte Verstopfungen des Kanal- oder Rohrsystems.

Weiterhin ist ein erfindungsgemäßes Kabel für jede Anwendung vorteilhaft einsetzbar, bei der das Kabel nach einem Betrieb wieder aufgetrommelt oder aufgewickelt wird. Für diese Vorgänge sind saubere Kabeloberflächen von Vorteil. Derartige Anwendungen finden sich beispielsweise im Bergbau oder im militärischen Bereich.

Zur Erzielung des Lotus-Effekts ist die Kabeloberfläche insbesondere hydrophob ausgebildet, so daß Flüssigkeit beziehungsweise Feuchtigkeit von der Kabeloberfläche abgestoßen wird. Weiterhin weist die Kabeloberfäche eine aufgeraute oder borstenartige Struktur auf, um verhindern zu können, daß Schmutzpartikel auf der Kabeloberfläche haften bleiben. Eine Aufrauung der Oberfläche kann einen wasserabstoßenden Effekt noch zusätzlich unterstützen, wenn Wasser aufgrund seiner Oberflächenspannung nicht in die Vertiefungen der strukturierten Oberfläche eindringen kann. In die Vertiefungen wird Luft eingeschlossen. Das Wasser kann so die Oberfläche nicht mehr benetzen, so daß sich wegen der Oberflächenspannung abperlende Tröpfchen bilden.

Die Kabeloberfläche kann in einer Ausführungsform durch eine Lackschicht gebildet sein, die als äußere Schicht auf den Kabelmantel aufgebracht wird.

Für die Herstellung eines erfindungsgemäßen Kabels sind zudem weitere Verfahren geeignet. Zum einen kann auf der Kabeloberfläche eine Struktur zur Erzielung des Lotus-Effekts mechanisch in einem Negativ-Positiv-Verfahren, insbesondere mittels eines Prägerades erzeugt werden. Weiterhin kann eine derartige Struktur mit Hilfe eines Lasers erzeugt werden. Bei einer Extrusion zur Herstellung eines Kabelmantels des Kabels, durch den die Kabeloberfläche gebildet wird, kann eine derartige Struktur auf der Kabeloberfläche durch geeignete Wahl der Materialien und/oder der Extrusionsparameter erzeugt werden.

Weitere vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren, die Ausführungsbeispiele der Erfindung darstellen, näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optischen ADSS- Kabels,

Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optischen ADSS-Kabels,

Fig. 3 eine schematische Darstellung während der Herstellung eines erfindungsgemäßen Kabels.

Fig. 1 zeigt grobschematisch einen partiellen Längsschnitt eines optischen ADSS-Kabels OC mit einem Kabelmantel KM, Lichtwellenleiteradern LW und zugfesten Elementen in Form von Aramidgarnen AG. Auf den Kabelmantel ist eine äußere Lackschicht LS aufgebracht, die derart ausgebildet ist, daß bezüglich Flüssigkeiten und/oder Partikeln, die mit der Kabeloberfläche in Kontakt treten, ein Lotus-Effekt erzielt wird. Ein Partikel ist beispielhaft in Form eines Partikels P dargestellt, Flüssigkeit beispielhaft in Form eines Wassertropfens WT. Zur Erzielung des Lotus-Effekts ist die Kabeloberfläche hydrophob ausgebildet, so daß der Wassertropfen WT von der Kabeloberfläche abgestoßen wird. Weiterhin weist die Kabeloberfäche eine regelmäßige aufgeraute oder borstenartige Struktur S1 auf, die verhindert, daß der Partikel P auf der Kabeloberfläche haften bleibt.

Die Oberfläche ist nur noch einen Bruchteil so groß wie bei einer ebenen Fläche. Dementsprechend verringern sich die Kräfte, die den Partikel P auf der Oberfläche festhalten. Es treten kaum Adhäsionskräfte auf. Dadurch kann abfließendes Wasser solche Partikel einfach fortschwemmen. Die Struktur S1 der Oberfläche unterstützt den wasserabstoßenden Effekt noch zusätzlich, da Wasser aufgrund seiner Oberflächenspannung nicht in die Vertiefungen der strukturierten Oberfläche eindringen kann. In die Vertiefungen wird Luft eingeschlossen. Das Wasser kann so die Oberfläche nicht mehr benetzen, so daß sich wegen der Oberflächenspannung ein abperlender Tropfen WT bildet.

Fig. 2 zeigt grobschematisch einen partiellen Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen optischen ADSS-Kabels OC mit einem Kabelmantel KM, Lichtwellenleiteradern LW und zugfesten Elementen in Form von Aramidgarnen AG. Die Kabeloberfläche weist eine erste regelmäßige und aufgeraute beziehungsweise borstenartige Struktur S1 mit einer ersten Strukturbreite SB1 und eine zweite regelmäßige und wellenartige Struktur S2 mit einer zweiten Strukturbreite SB2 auf. Die aufgeraute Borsten-Struktur S1 ist der Wellen- Struktur S2 überlagert. Die Struktur S1 weist eine Strukturbreite SB1 auf, die zur Strukturbreite SB2 unterschiedlich und deutlich kleiner ist. Mit der Kombination beider Strukturen wird der Wirkungsgrad erhöht. Die mit der Struktur S1 strukturierte Oberfläche der Strukur S2 führt zu einem gewünschten Lotus-Effekt. Je mehr Größenebenen an Strukturen auseinander hervorgehen, desto deutlicher ist der Effekt.

In Fig. 3 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Kabels gezeigt. Die Lichtwellenleiter LW1 bis LW3 werden von Vorratsspulen VS1 bis VS3 abgezogen und einem Extruder EX zugeführt, durch den der Kabelmantel KM aufgebracht wird. Eine Struktur auf der Kabeloberfläche zur Erzielung des Lotus-Effekts wird mechanisch in einem Negativ-Positiv-Verfahren mittels eines Prägerades PR erzeugt. Alternativ kann die Struktur mit Hilfe eines Lasers LA erzeugt werden. Dieser kann auch eine überlagerte Struktur zu einer durch das Prägerad PR erzeugten Struktur erzeugen, wie in Fig. 2 anhand S1 und S2 dargestellt. Das Kabel wird schließlich auf die Trommel T aufgewickelt.


Anspruch[de]
  1. 1. Kabel (OC) mit einer äußeren Kabeloberfläche (LS), die derart ausgebildet ist, daß bezüglich Flüssigkeiten (WT) und/oder Partikeln (P), die mit der Kabeloberfläche in Kontakt treten, ein Lotus-Effekt bewirkt wird.
  2. 2. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kabeloberfäche (LS) hydrophob ausgebildet ist und eine aufgeraute oder borstenartige Struktur aufweist.
  3. 3. Kabel nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kabeloberfläche (LS) eine erste regelmäßige aufgeraute oder borstenartige Struktur (S1) mit einer ersten Strukturbreite (SB1) und eine zweite regelmäßige wellenartige Struktur (S2) mit einer zweiten Strukturbreite (SB2) aufweist, wobei die erste Struktur (S1) der zweiten Struktur (S2) überlagert ist und die erste Strukturbreite (SB1) kleiner als die zweite Strukturbreite (SB2) ist.
  4. 4. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Kabelmantel eine Lackschicht (LS) aufgebracht ist, durch die die Kabeloberfläche gebildet ist.
  5. 5. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kabel (OC) als selbsttragendes volldielektrisches optisches Luftkabel ausgebildet ist.
  6. 6. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kabel (OC) als optisches Kabel ausgebildet ist und derart beschaffen ist, daß es zur Verlegung in einem Kanal- oder Rohrsystem geeignet ist.
  7. 7. Verfahren zur Herstellung eines Kabels nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

    bei dem auf der Kabeloberfläche eine Struktur zur Erzielung des Lotus-Effekts

    mechanisch, insbesondere mittels eines Prägerades (PR), und/oder

    mit Hilfe eines Lasers (LA) und/oder

    bei einer Extrusion zur Herstellung eines Kabelmantels,

    durch den die Kabeloberfläche gebildet ist, erzeugt wird.






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