EP1902337A1 - Elektrooptisches kommunikations-und energiekabel - Google Patents

Elektrooptisches kommunikations-und energiekabel

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Publication number
EP1902337A1
EP1902337A1 EP06752911A EP06752911A EP1902337A1 EP 1902337 A1 EP1902337 A1 EP 1902337A1 EP 06752911 A EP06752911 A EP 06752911A EP 06752911 A EP06752911 A EP 06752911A EP 1902337 A1 EP1902337 A1 EP 1902337A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
power cable
metal wires
communication
metal
wires
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06752911A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Rytz
Martin Rutschi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Brugg Kabel AG
Original Assignee
Brugg Kabel AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Brugg Kabel AG filed Critical Brugg Kabel AG
Publication of EP1902337A1 publication Critical patent/EP1902337A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/44—Mechanical structures for providing tensile strength and external protection for fibres, e.g. optical transmission cables
    • G02B6/4401—Optical cables
    • G02B6/4415—Cables for special applications
    • G02B6/4416—Heterogeneous cables

Definitions

  • the invention relates to an electro-optical communication and power cable, which in a central loose tube made of a smooth, flexible metal tube at least one optical waveguide with a primary sheath, two coaxially extending to the loose tube layers of stranded metal wires, which also serve as traction and shear relief, and an outer sheath. Furthermore, the invention relates to a use of the electro-optical communication and power cable.
  • Optical cables with optical fibers, in particular glass fibers, have been known for several decades.
  • the data is transmitted instead of in the form of electrical impulses through metal conductors as light quanta in optical waveguides.
  • Interfaces are electro-optical couplings, which convert electrical impulses into light quanta and vice versa.
  • An optical waveguide of known design comprises an optical core and an optical cladding, in practice a glass fiber with an outer cladding of approximately 125 ⁇ m in diameter.
  • a primary sheathing of the glass fiber made of a plastic has an outer diameter of, for example, 250 ⁇ m.
  • Electro-optical cables comprise, in addition to at least one optical waveguide, electrical conductors which serve, for example, for supplying voltage or for transmitting electrical signals. The electrical conductors are arranged on or connected to the optical cable.
  • Electro-optical communication and power cables are also called hybrid cables.
  • the loose tube comprises a metal tube of high electrical conductivity, this can itself be used as electrical conductors.
  • the usual steel tubes are little or not suitable because of the low electrical conductivity.
  • EP 0371660 A1 an electro-optical cable is described which comprises a central loose tube with a thin steel tube. This is surrounded by a dielectric layer in which copper strands of high electrical conductivity are embedded. Outside the dielectric layer, a two-layer reinforcement made of steel wires is arranged. These are in turn embedded in the protective sheath.
  • the invention has for its object to further improve an electro-optical cable of the type mentioned above and widen its field of application.
  • the inner wire layer consists of electrically highly conductive metal wires, and the outer wire layer of individual and / or groupwise alternately arranged metal wires of high electrical conductivity on the one hand and metal wires of high tensile strength on the other hand by means of an insulating layer at a distance. th is. Special and further embodiments of the electrical communication and power cable are the subject of dependent claims.
  • metal wires also encompasses metal strands with comparable electrical and mechanical properties.
  • the signals are transmitted optically, if necessary also electrically, the energy exclusively electrically.
  • the electrically well-conducting metal wires are preferably metals having an electrical resistivity of at most 5x10 "5 ⁇ .mm, in particular (1-3) x 10 '5 ⁇ .mm used. Taking into account the material costs are in particular copper, copper alloys, aluminum and Of course, it is also possible to use composite wires coated with one of these metals with good electrical conductivity, in particular with a steel core.
  • the less electrically conductive, outer metal wires have a high tensile strength of at least about 700 N / mm, particularly suitable are wires made of stainless steel.
  • the alternating arrangement of the two different metal wires of the outer wire layer can be done in various ways, for simplicity, the electrically good conductive wires with Cu, the tensile wires with Fe, for example
  • the inner and outer wire layers preferably have the same ohmic resistance.
  • the individual and / or group-wise alternating of the metal wires can thus be regular or irregular.
  • the metal wires of high tensile strength of the outer layer (Fe wires) and the metal tube of the buffer tube are suitably made of the same material, namely a stainless steel.
  • the electrically good conductive metal wires (Cu wires) of the inner layer are preferably directly on the metal tube of the buffer tube. If the metal tube of the loose tube consists of a metal with good electrical conductivity, the metal wires of the inner layer can be replaced by a metal tube of corresponding wall thickness.
  • all metal wires have the same diameter.
  • this diameter can range from fine to massive wire of about 1mm.
  • the wire diameter is usually in the range of 0.3 to 0.5 mm.
  • the thickness of the insulating layer separating the inner and outer wire layers is at least the average radius, preferably at least the average diameter of the metal wires or stranded wire strands.
  • the insulation layer is expediently made of a dielectric plastic, in particular polyethylene or polypropylene.
  • the outer jacket can off consist of the same material or polyurethane, polyamide or FRNC, it serves the mechanical and chemical protection, the outer surface is preferably partially printable well.
  • a moisture barrier can be arranged between the wire layer and the outer jacket, and / or a moisture barrier outside or outside the outer wire layer.
  • This barrier is preferably an aluminum foil or a Aluminiumbuchstofflaminat per se known type.
  • the electrical conductors are optimally placed, inside only good conductive metal wires, outside in addition to the parallel well-conducting metal wires and less well conductive metal wires high mechanical tensile strength still allow high electrical performance.
  • the coaxial construction of the electrical conductors eliminates the AC losses in the cable.
  • the electro-optical communication and power cables can almost always be laid directly, for example, under water, especially in open waters and sewers of settlements, commercial and industrial, in the ground, especially along roads or rails, in pipe systems and cable ducts in buildings.
  • Cable is particularly suitable for military tactical use.
  • a smooth, flexible metal tube as a loose tube with two coaxially spaced wire layers allows a small bending radius.
  • a continuous operation can be maintained in a temperature range of -40 to +80 0 C, without affecting the energy or signal transmission.
  • Voltage transformer is usually hardwired, the other voltage converter is adjustable. Voltage transformers are, for example, transformers or switching power supplies. This is an intelligent system with a microcomputer.
  • FIG. 1 is a perspective view of a stepped front end of an optical waveguide (prior art)
  • FIG. 2 shows a cross section through a loose tube with a metal tube.
  • FIG. 3 shows a cross section through an electro-optical communication and power cable
  • Fig. 4 is a diagram of a use of an electro-optical
  • FIG. 1 shows an optical waveguide 10 with an optical core 12 and an optical cladding 14 made of glass and a primary cladding 16
  • the optical core 12 and the optical cladding 14 are, according to their usual material, also for the sake of simplicity as a glass fiber designated. It is distinguished between singlemode fibers and multimode fibers, which is not relevant here and for simplicity's sake not visible in Fig. 1 here.
  • Fig. 2 shows a buffer tube 20 with a metal tube 18 made of a stainless
  • the buffer tube 20 is filled with a core filling compound 22, in the present case with a gel.
  • Fig. 3 is arranged in the center of a buffer tube 20 according to FIG. 2.
  • the metal tube 18 of the buffer tube 20 is stranded in direct contact with an inner, single-layer wire layer 26 consisting of twelve copper wires 28.
  • an insulating layer 30 is extruded from polyethylene, which has a greater thickness a than the diameter of the copper wires 28th
  • the insulating layer 30 is stranded with an outer wire layer 32, which in turn is single-layered.
  • Electrically good conducting wires 28 are arranged individually and in groups alternately with wires 34 of high tensile strength, in this case stainless steel wires.
  • the arrangement along the circumference is not regular, below and above a copper wire 28 is replaced by a stainless steel wire 34.
  • 34 arbitrary combinations can be arranged between copper wires 28 and stainless steel wires.
  • the copper wires 28 of the inner and outer wire layers 26, 32 are connected in parallel.
  • the two wire layers 26, 32 have the same ohmic resistance, in other words they are symmetrical.
  • An outer sheath 36 made of polyurethane protects the communication and Eneriegan 24 mechanically and chemically, it also allows printing.
  • Both the wires 28 of the inner wire layer 26, also as the wires 28, 34 of the outer wire layer 32, are held together by a tether 38 and thus remain positioned in the correct position during the production process.
  • the tether here is a Melinex band from DuPont.
  • a moisture barrier 40 is arranged, in this case an aluminum plastic laminate.
  • a swelling tape which swells when moisture ingress and exerts pressure on all layers, which prevents the penetration of moisture in the longitudinal direction or at least severely limits.
  • an electro-optical communication and power cable 24 is used as a transmission line for the remote supply of a network with an operating voltage of 110 V / 60Hz or 230 V / 50Hz in up to 20 km away.
  • a primary-side voltage converter 44 sets the supplied voltage of 110 V / 60 Hz or 230 V / 50 Hz to a voltage level of 100-1000 VAC or 100-1500 VDC.
  • the secondary-side converter 46 regulates the transmission voltage of 100-1000 VAC or 100-1500 VDC to the conventional ones Mains voltages of 110 V / 60Hz or 230 V / 50Hz back.
  • the voltage converter 44 is equipped with a stand-by mode. This switches off the voltage in the power cable 24 when no load is applied to the voltage converter 46.
  • Example Electro-Optical Communication and Power Cable Electrically highly conductive copper wires 28 and stainless steel wires 34 with a diameter of 0.40 or 0.42 mm are stranded according to the invention.
  • the arrangement in the communication and power cable corresponds to FIG. 3, in particular also the sequence of the copper 28 and stainless steel wires 34. These are separated from each other by means of a 0.6 mm thick PE insulation layer 30 (thickness a).
  • the outer protection is ensured by an outer shell 36 of a 0.8 mm thick Po ⁇ yurett ⁇ anschicr ⁇ .
  • the inner and outer wire layers 26, 34 are enveloped by a Melinex tape.
  • the communication and power cable 24 has an outer diameter of 5.8 mm, weighs 68 kg / m and has a total conductor cross-section of the copper cable of about 1, 5 mm 2 .
  • Conductor of Inner Wire Layer 26 Twelve copper wires, corresponding to a resistance R, of 11.4 ⁇ / km.
  • a standard diameter cable will last for a long time
  • the cable break occurs in this case only at about 4250 N.

Abstract

Ein elektrooptisches Kommunikations- und Energiekabel (24), umfasst in einer zentralen BËndelader (20) aus einem glatten, flexiblen Metallrohr (18) wenigs- tens einen Lichtwellenleiter (10) mit einer primaren Ummantelung (16). Zwei Schichten (26, 32) aus verseilten Metalldrahten verlaufen koaxial zur BËndelader (20). Die Metalldrahte dienen auch als Zug- und/oder Querentlastung. Die innere Drahtschicht (26) besteht aus elektrisch gut leitenden Metalldrahten (28). Die aussere Drahtschicht (32) umfasst einzeln- und/oder gruppenweise alternie- rend angeordnete Metalldrahte (28) hoher elektrischer Leitfahigkeit einerseits und Metalldrahte (34) hoher Zugfestigkeit andererseits. Die beiden Draht- schichten (36, 32) sind mittels einer lsolationsschicht (30) in Abstand (a) gehal- ten. Das Kommunikations- und Energiekabel (24) dient in erster Linie als elekt- rooptische Power-Verbindung zwischen zwei Spannungswandlern (44, 46) in einem intelligenten System.

Description

Elektrooptisches Kommunikations- und Energiekabel
Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrooptisches Kommunikations- und Energiekabel, welches in einer zentralen Bündelader aus einem glatten, flexiblen Metallrohr wenigstens einen Lichtwellenleiter mit einer primären Ummantelung, zwei koaxial zur Bündelader verlaufenden Schichten aus verseilten Metalldrähten, welche auch als Zug- und Querkraftentlastung dienen, und einen Aussen- mantel umfasst. Weiter betrifft die Erfindung eine Verwendung des elektroopti- schen Kommunikations- und Energiekabels.
Optische Kabel mit Lichtwellenleitern, insbesondere Glasfasern, sind seit mehreren Jahrzehnten bekannt. Die Daten werden statt in Form von elektrischen Impulsen durch Metallleiter als Lichtquanten in Lichtwellenleitern übermittelt. Schnittstellen sind elektrooptische Kupplungen, welche elektrische Impulse in Lichtquanten umwandeln und umgekehrt.
Moderne Lichtwellenleiter und optische Kommunikations- und Energiekabel mit wenigstens einem Lichtwellenleiter sind beispielsweise aus der Firmenschrift „Kommunikationskabel/Communication Cables" der Firma Brugg Kabel AG, CH-5201 Brugg, revidierte Ausgabe 2004, bekannt.
Ein Lichtwellenleiter bekannter Bauart umfasst einen optischen Kern und einen optischen Mantel, in der Praxis eine Gläsfaser mit einem Aussenmantel von insgesamt etwa 125 μm Durchmesser. Eine primäre Ummantelung der Glasfaser aus einem Kunststoff hat einen Aussendurchmesser von beispielsweise 250 μm. Je nach Verwendung werden Kabel mit Singlemodefaser oder Multimode- fasern eingesetzt, nähere Angaben sind der vorerwähnten Firmenschrift, Seiten 6-9, zu entnehmen. Elektrooptische Kabel umfassen neben wenigstens einem Lichtellenleiter elektrische Leiter, die beispielsweise zur Spannungsversorgung oder zur Übertragung von elektrischen Signalen dienen. Die elektrischen Leiter sind am optischen Kabel angeordnet oder damit verbunden. Elektrooptische Kommunikati- ons- und Energiekabel werden auch Hybridkabel genannt.
Falls die Bündelader ein Metallrohr von hoher elektrischer Leitfähigkeit umfasst, kann dieses selbst als elektrische Leiter verwendet werden. Die üblichen Stahlrohre sind jedoch dazu wegen der zu niedrigen elektrischen Leitfähigkeit wenig oder nicht geeignet.
Aus der EP 0816885 B1 und der DE 4236608 A1 ist es bekannt, eine Bündelader mit optischen Leitern mit wenigstens einer metallischen Armierungsschicht zu verseilen. Dadurch wird einerseits die Zugkraft erhöht und andererseits die Bündelader gegen Querkräfte besser geschützt.
In der EP 0371660 A1 wird ein elektrooptisches Kabel beschrieben, welches eine zentrale Bündelader mit einem dünnen Stahlrohr umfasst. Dieses ist von einer dielektrischen Schicht umgeben, in welcher Kupferlitzen von hoher elektri- scher Leitfähigkeit eingebettet sind. Ausserhalb der dielektrischen Schicht ist eine zweilagige Bewehrung aus Stahldrähten angeordnet. Diese sind ihrerseits in die schützende Ummantelung eingebettet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrooptisches Kabel der ein- gangs genannten Art weiter zu verbessern und sein Einsatzgebiet zu verbreitern.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die innere Drahtschicht aus elektrisch gut leitenden Metalldrähten besteht, und die äussere Drahtschicht aus einzel- und/oder gruppenweise alternierend angeordneten Metalldrähten hoher elektrischer Leitfähigkeit einerseits und Metalldrähten hoher Zugfestigkeit andererseits mittels einer Isolationsschicht in Abstand gehal- ten ist. Spezielle und weiterführende Ausführungsformen des elektrischen Kommunikations- und Energiekabels sind Gegenstand von abhängigen Patentansprüchen.
Hier und im Folgenden umfasst der Ausdruck „Metalldrähte" auch Metalllitzen mit vergleichbaren elektrischen und mechanischen Eigenschaften. In elektroop- tischen Kommunikations- und Energiekabeln, werden die Signale optisch, notfalls eventuell auch elektrisch, die Energie ausschliesslich elektrisch übertragen.
Als elektrisch gut leitende Metalldrähte werden vorzugsweise Metalle mit einem spezifischen elektrischen Widerstand von höchstens 5x10 "5Ω.mm, insbesondere (1-3) x 10'5 Ω.mm, eingesetzt. Unter Berücksichtigung der Materialkosten fallen insbesondere Kupfer, Kupferlegierungen, Aluminium und Aluminiumlegie- rung in diese Gruppe. Selbstverständlich können auch mit einem dieser elektrisch gut leitenden Metalle beschichtete Verbunddrähte, insbesondere mit einem Stahlkern, eingesetzt werden.
Die elektrisch weniger gut leitenden, äusseren Metalldrähte haben eine hohe Zugfestigkeit von wenigstens etwa 700 N/mm, besonders gut geeignet sind Drähte aus einem rostfreien Edelstahl.
Die alternierende Anordnung der beiden verschiedenen Metalldrähte der äusseren Drahtschicht kann auf verschiedenste Arten erfolgen, einfachheitshalber werden die elektrisch gut leitenden Drähte mit Cu, die zugfesten Drähte mit Fe bezeichnet, beispielsweise
- ...Fe.Cu.Fe.Cu.Fe.Cu...
- ...Fe.Fe.Cu.Cu.Fe.Fe.Cu.Cu...
- ...Fe.Fe.Cu.Fe.Cu.Fe.Fe.Cu... - ...Cu.Cu.Fe.Cu.Cu.Fe.Cu.Cu.Fe...
- ...Fe.Fe.Cu.Fe.Cu.Fe.Cu.Fe...
- ...Fe.Fe.Fe.Cu.Fe.Cu.Fe.Cu.Fe.Cu.Fe.Fe.Fe.Fe.Cu.Fe... Die innere und die äussere Drahtschicht weisen vorzugsweise denselben ohm- schen Widerstand auf.
Das einzelne- und/oder gruppenweise Alternieren der Metalldrähte kann also regelmässig oder unregelmässig sein. Je höher der Anteil an Fe-Drähten ist, desto geringer ist die elektrische Transportleistung der äusseren Drahtschicht. Bei höherem Anteil der Fe-Drähte in der äusseren Drahtschicht ist dafür die Zug- und Querkraftentlastung deutlich besser.
Die Metalldrähte hoher Zugfestigkeit der Aussenschicht (Fe-Drähte) und das Metallrohr der Bündelader bestehen zweckmässig aus dem gleichen Material, nämlich einem rostfreien Edelstahl.
Die elektrisch gut leitenden Metalldrähte (Cu-Drähte) der Innenschicht liegen bevorzugt direkt auf dem Metallrohr der Bündelader auf. Falls das Metallrohr der Bündelader aus einem elektrisch gut leitenden Metall besteht, können die Metalldrähte der Innenschicht durch ein Metallrohr entsprechender Wanddicke ersetzt sein.
Insbesondere aus fabrikationstechnischen Gründen haben in der Regel alle Metalldrähte den gleichen Durchmesser. Je nach Verwendung kann sich dieser Durchmesser vom feinen bis zum massiven Draht von etwa 1mm erstrecken. Bei üblicher Verwendung liegt der Drahtdurchmesser meist im Bereich von 0,3 bis 0,5 mm.
Die Dicke der die innere und die äussere Drahtschicht trennenden Isolationsschicht liegt bei wenigstens dem durchschnittlichen Radius, vorzugsweise bei wenigstens dem durchschnittlichen Durchmesser der Metalldrähte beziehungsweise der verseilten Drahtlitzen.
Die Isolationsschicht besteht zweckmässig aus einem dielektrischen Kunststoff, insbesondere Polyethylen oder Polypropylen. Der Aussenmantel kann aus demselben Material oder aus Polyurethan, Polyamid oder FRNC bestehen, er dient dem mechanischen und chemischen Schutz, die äussere Oberfläche ist vorzugsweise teilweise gut bedruckbar.
Weiter kann zwischen der Drahtschicht und dem Aussenmantel ein Quellband und/oder ausserhalb der äusseren Drahtschicht eine Feuchtigkeitssperre angeordnet sein. Diese Sperre ist vorzugsweise eine Aluminiumfolie oder ein Aluminiumkunststofflaminat an sich bekannter Bauart.
Für das erfindungsgemässe elektrooptische Kommunikations- und Energiekabel ergeben sich zusammengefasst folgende Vorteile
- Eine Bündelader aus einem Metallrohr, eine innere Drahtschicht aus elektrisch gut leitenden Metalldrähten und eine äussere Drahtschicht aus einzeln- und/oder gruppenweise alternierend angeordneten Metalldrähten hoher elektrischer Leitfähigkeit einerseits und Metalldrähten hoher Zugfestigkeit andererseits gewährleisten auch einen optimalen Schutz der optischen Lichtwellenleiter gegen Zug- und Querkräfte. Die elektrischen Leiter sind optimal platziert, innen ausschliesslich gut leitende Metalldrähte, aussen neben den parallel geschalteten gut leitenden Metalldrähten auch weniger gut leitende Metalldrähte hoher mechanischer Zugfestigkeit erlauben trotzdem eine hohe elektrische Leistung. Der koaxiale Aufbau der elektrischen Leiter eliminiert die Wechselstromverluste im Kabel.
- Die elektrooptischen Kommunikations- und Energiekabel können praktisch immer direkt verlegt werden, beispielsweise unter Wasser, insbesondere in offenen Gewässern und in Abwasserkanälen von Siedlungen, Gewerbe- und Industrie, im Erdreich, insbesondere entlang von Strassen oder Schienen, in Rohranlagen und Kabelkanälen in Gebäuden. Das
Kabel eignet sich insbesondere für den militärisch taktischen Einsatz. - Ein glattes, flexibles Metallrohr als Bündelader mit zwei koaxial in Abstand gehaltenen Drahtschichten erlaubt einen kleinen Biegeradius.
- Ein Dauerbetrieb kann in einem Temperaturbereich von -40 bis +80 0C aufrechterhalten werden, ohne dass eine Beeinträchtigung der Energieoder Signalübertragung erfolgt.
Eine besonders vorteilhafte Verwendung des Kommunikations- und Energiekabels als elektrooptische Power-Verbindung zwischen zwei Span- nungswandlem über eine Distanz bis etwa 20 Kilometer. Einer der beiden
Spannungswandler ist in der Regel fest verkabelt, der andere Spannungswandler ist regelbar. Spannungswandler sind beispielsweise Transformatoren oder Schaltnetzteile. Es handelt sich hier um ein intelligentes System mit einem Microcomputer.
Die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen, welche auch Gegenstand von abhängigen Patentansprüchen sind, näher erläutert. Es zeigen schematisch:
- Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines abgestuften stirnseitigen Endes eines Lichtwellenleiters (Stand der Technik),
- Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Bündelader mit einem Metallrohr
(Stand der Technik),
- Fig. 3 einen Querschnitt durch ein elektrooptisches Kommunikations- und Energiekabel, und
- Fig. 4 ein Schema einer Verwendung eines elektrooptischen
Kommunikations- und Energiekabels.
Fig. 1 zeigt einen Lichtwellenleiter 10 mit einem optischen Kern 12 und ei- nem optischen Mantel 14 aus Glas und einer Primärummantelung 16 aus
Kunststoff. Der optische Kern 12 und der optische Mantel 14 werden, entsprechend ihrem üblichen Material, auch einfachheitshalber als Glasfaser bezeichnet. Es wird zwischen Singlemode-Fasern und Multimode-Fasem unterschieden, was hier nicht relevant und einfachheitshalber in Fig. 1 nicht erkennbar ist.
Fig. 2 zeigt eine Bündelader 20 mit einem Metallrohr 18 aus einem rostfreien
Edelstahl, zwölf darin längslaufend angeordneten Lichtwellenleitern 10 ge- mäss Fig. 1. Die Bündelader 20 ist mit einer Aderfüllmasse 22 gefüllt, vorliegend mit einem Gel.
In einem elektrooptischen Kommunikations- und Energiekabel 24 gemäss
Fig. 3 ist im Zentrum eine Bündelader 20 gemäss Fig. 2 angeordnet. Das Metallrohr 18 der Bündelader 20 ist in Direktkontakt mit einer inneren, einlagigen Drahtschicht 26 verseilt, die aus zwölf Kupferdrähten 28 besteht. Auf diese innere Drahtschicht 26 ist eine Isolationsschicht 30 aus Polyethylen extrudiert, welche eine grossere Dicke a aufweist ist als der Durchmesser der Kupferdrähte 28.
Die Isolationsschicht 30 wird mit einer äusseren Drahtschicht 32 verseilt, die wiederum einlagig ausgebildet ist. Elektrisch gut leitende Drähte 28 sind einzeln und gruppenweise alternierend mit Drähten 34 hoher Zugfestigkeit angeordnet, vorliegend rostfreien Edelstahldrähten. Die Anordnung entlang des Umfangs ist nicht regelmässig, unten und oben ist jeweils ein Kupferdraht 28 durch einen Edelstahldraht 34 ersetzt. Dadurch ist die elektrische Leitfähigkeit des ganzen Kommunikations- und Energiekabels 24 zugunsten der mechanischen Festigkeit etwas herabgesetzt. Wie bereits erwähnt können zwischen Kupfer- 28 und Edelstahldrähten 34 beliebige Kombinationen angeordnet sein.
Die Kupferdrähte 28 der inneren und äusseren Drahtschicht 26, 32 sind pa- rallel geschaltet. Vorzugsweise haben die beiden Drahtschichten 26, 32 denselben ohmschen Widerstand, sie sind mit anderen Worten symmetrisch ausgebildet. Ein Aussenmantel 36 aus Polyurethan schützt das Kommunikations- und Eneriekabel 24 mechanisch und chemisch, er erlaubt auch eine Bedruckung.
Sowohl die Drähte 28 der inneren Drahtschicht 26 auch als die Drähte 28, 34 der äusseren Drahtschicht 32 sind mit einem Halteband beziehungsweise -netz 38 zusammengehalten und bleiben so während dem Produktionsvorgang in der richtigen Lage positioniert. Das Halteband ist vorliegend ein Melinex-Band der Firma DuPont.
Zwischen der äusseren Drahtschicht 32 und dem Aussenmantel 36 ist fakultativ - nur teilweise angedeutet - eine Feuchtigkeitssperre 40 angeordnet, vorliegend ein Aluminium- Kunststofflaminat.
Nach einer nicht dargestellten Variante kann zwischen der äusseren Drahtschicht 32 und dem Aussenmantel 36, innerhalb einer allenfalls vorliegenden Feuchtigkeitssperre 40, ein Quellband angeordnet sein, das beim Eindringen von Feuchtigkeit aufquillt und auf alle Schichten einen Druck ausübt, welcher das Vordringen der Feuchtigkeit in Längsrichtung verhindert oder zumindest stark einschränkt.
Gemäss einer in Fig. 4 dargestellten Verwendung ist zur Fernspeisung eines Netzes mit einer Betriebsspannung von 110 V/60Hz oder 230 V/50Hz in bis zu 20 km Entfernung ein elektrooptisches Kommunikations- und Energiekabel 24 als Übertragungsleitung eingesetzt. Ein primärseitiger Spannungswandler 44 setzt die eingespeiste Spannung von 110 V/60Hz oder 230 V/50Hz auf ein Spannungsniveau von 100 - 1000 VAC beziehungsweise 100 - 1500 VDC.
Der sekundärseitige Wandler 46 regelt die Übertragungsspannung von 100 - 1000 VAC beziehungsweise 100 - 1500 VDC auf die gebräuchlichen Netzspannungen von 110 V/60Hz oder 230 V/50Hz zurück.
Der Spannungswandler 44 ist mit einem Stand-by Modus ausgestattet. Dieser schaltet die Spannung im Energiekabel 24 ab, wenn am Spannungswandler 46 keine Last anliegt.
Beispiel Elektrooptisches Kommunikations- und Energiekabel Elektrisch gut leitende Kupferdrähte 28 und rostfreie Stahldrähte 34, mit ei- nem Durchmesser von 0,40 bzw. 0,42 mm werden erfindungsgemäss verseilt. Die Anordnung im Kommunikations- und Energiekabel entspricht Fig. 3, insbesondere auch die Sequenz der Kupfer- 28 und rostfreien Stahldrähte 34. Diese sind mittels einer 0,6 mm starken PE-Isolationsschicht 30 (Dicke a) voneinander getrennt. Der äussere Schutz wird von einem Aussenmantel 36 aus einer 0,8 mm dicken PoϊyurettϊanschicrΛ gewährleistet. Die innere und die äussere Drahtschicht 26, 34 sind von einem Melinex-Band umhüllt. Das Kommunikations- und Energiekabel 24 hat einen Aussendurchmesser von 5,8 mm, wiegt 68 kg/m und hat einen gesamten Leiterquerschnitt der Kupferkabel von etwa 1 ,5 mm2.
Elektrische Leitfähigkeit
- δCu = 0,0172 (Ω.mm2)/m
- δEdeistahi = 0,4129 (Ω.mm2)/m.
Widerstände pro km und pro Draht
- Cu-Draht: Querschnitt = 0,1257 mm2, dies entspricht einem Wider- stand Reu von 136.8 Ω/km.
- Edelstahl-Draht: Querschnitt = 0,1385mm2, dies entspricht einem Wi- derstand REdeistaw von 1031.5 Ω/km
Widerstand der gesamten Drahtschichten pro km
- Leiter der inneren Drahtschicht 26: Zwölf Kupferdrähte, dies entspricht einem Widerstand R, von 11.4 Ω/km.
- Leiter der Süsseren Drahtschicht 32: Zehn Kupferdrähte, dies entsprechend einem Widerstand R3 von 12,45 Ω/km.
- Der Widerstand der parallel geschalteten Kupferdrähte 28 der inneren und äusseren Drahtschichten 26, 32 entspricht einem Leiterwiderstand R = (12.45x73,7)/(12,45+73,7)= 11 ,53 Ω/km.
Ein Kabel eines üblichen Durchmessers hält beispielsweise einer dauernden
Zugbelastung von etwa 3000 N und einer Querdruckbelastung von etwa 1000 N/cm stand, ohne dass dabei die Funktion beeinträchtigt wird. Der Kabelbruch erfolgt in diesem Fall erst bei etwa 4250 N.

Claims

Patentansprüche
1. Elektrooptisches Kommunikations- und Energiekabel (24), welches in einer zentralen Bündelader (20) aus einem glatten, flexiblen Metallrohr (18) wenigstens einen Lichtwellenleiter (10) mit einer primären Umman- telung (16), zwei koaxial zur Bündelader (20) verlaufende Schichten (26, 32) aus verseilten Metalldrähten, welche auch als Zug- und/oder Querentlastung dienen, und einen Aussenmantel (36) umfasst,
dadurch gekennzeichnet, dass
die innere Drahtschicht (26) aus elektrisch gut leitenden Metalldrähten (28) besteht, und die äussere Drahtschicht (32) aus einzeln- und/oder gruppenweise alternierend angeordneten Metalldrähten (28) hoher elekt- rischer Leitfähigkeit einerseits und Metalldrähten (34) hoher Zugfestigkeit andererseits mittels einer Isolationsschicht (30) in Abstand (a) gehalten sind.
2. Kommunikations- und Energiekabel (24) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch gut leitenden, parallel geschalteten Metalldrähte (28) einen spezifischen elektrischen Widerstand von höchstens etwa 5x10 "5 Ω.mm, vorzugsweise von (1-3) x 10"5 Ω.mm, und die übrigen Metalldrähte (34) eine Zugfestigkeit von etwa 700 N/mm aufweisen.
3. Kommunikations- und Energiekabel (24) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch gut leitenden Metalldrähte (28) aus Kupfer, einer Kupferlegierung, Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehen oder mit einem dieser Metalle beschichtet sind, die Metalldrähte (34) hoher Zugfestigkeit vorzugsweise aus einem rostfreien Edelstahl, insbesondere aus dem gleichen Metall wie das Metallrohr (18) der Bündelader (20), bestehen.
4. Kommunikations- und Energiekabel (24) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Drahtschicht (26) direkt auf dem Metallrohr (18) aufliegt oder von diesem ersetzt ist.
5. Kommunikations- und Energiekabel (24) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass alle Metalldrähte (28, 34) den gleichen Durchmesser haben.
6. Kommunikations- und Energiekabel (24) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke a der die Drahtschichten (26, 32) trennenden Isolationsschicht (30) wenigstens dem durchschnittlichen Radius, vorzugsweise wenigstens den durchschnittlichen Durchmesser der Metalldrähte (28, 34), entspricht.
7. Kommunikations- und Energiekabel (24) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsschicht (30) aus PoIy- ethylen oder Polypropylen, und der Aussenmantel (36) aus Polyurethan oder dem gleichen Material wie die Isolationsschicht (30) besteht.
8. Kommunikations- und Energiekabel (24) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Drahtschichten (26, 32) etwa denselben ohmschen Widerstand aufweisen, also symmetrisch ausgebildet sind, und vorzugsweise von je einem Halteband oder -netz (38) umhüllt sind.
9. Kommunikations- und Energiekabel (24) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der äusseren Drahtschicht (32) und dem Aussenmantel (36) ein Quellband und/oder aus- serhalb der äusseren Drahtschicht (32) eine Feuchtigkeitssperre (40), vorzugsweise eine Aluminiumfolie oder ein Aluminium-Kunststofflaminat angeordnet ist.
10. Verwendung des Kommunikations- und Energiekabels (24) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 als elektrooptische Power-Verbindung zwischen zwei Spannungswandlern (44, 46) in einem intelligenten System, insbesondere zwischen einem fest verkabelten (44) und einem regelbaren Spannungswandler (46) über eine Distanz (d) bis etwa 20 km.
11. Verwendung des Kommunikations- und Energiekabels (24) nach Anspruch 10 zur Übertragung elektrischer Energie in einer Power-Verbindung mit einer 50 Hz- oder 60 Hz-Wechselspannung von 100 - 1000 VAC oder einer Gleichspannung von 100 - 1500 VDC.
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