Title:
Hochfrequenzleitung und Verwendung einer solchen
Document Type and Number:
Kind Code:
A1

Abstract:

Die Erfindung betrifft eine Hochfrequenzleitung.





Inventors:
Neubert, Stefan (42283, Wuppertal, DE)
Application Number:
DE102016210152A
Publication Date:
12/14/2017
Filing Date:
06/08/2016
Assignee:
LEONI Kabel GmbH, 90402 (DE)
International Classes:
H01B9/04; H01B7/42
Domestic Patent References:
DE2409906AN/A
DE4120430A1N/A
DE4209928C1N/A
Foreign References:
EP0237441
EP0823766
Attorney, Agent or Firm:
FDST Patentanwälte Freier Dörr Stammler Tschirwitz Partnerschaft mbB, 90411, Nürnberg, DE
Claims:
1. Hochfrequenzleitung, insbesondere zur Leistungsübertragung, mit zwei Leitern, welche jeweils aus einer Anzahl von Hochfrequenzlitzen bestehen, welche jeweils mehrere isolierte Einzeldrähte aufweisen, wobei der eine Leiter als ein Innenleiter ausgebildet ist und der andere Leiter als ein Außenleiter, welcher den Innenleiter umgibt.

2. Hochfrequenzleitung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Außenleiter den Innenleiter vollumfänglich umgibt.

3. Hochfrequenzleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei beide Leiter ringförmig ausgebildet sind und konzentrisch angeordnet sind.

4. Hochfrequenzleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei diese eine Impedanz aufweist und wobei zwischen dem Innenleiter und dem Außenleiter ein Dielektrikum angeordnet ist, mit einer vorgegebenen Wandstärke, zum Einstellen der Impedanz.

5. Hochfrequenzleitung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Wandstärke derart ausgewählt ist, dass die Impedanz wenigstens 50 und höchstens 77 Ω beträgt, vorzugsweise genau 77 Ω.

6. Hochfrequenzleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hochfrequenzlitzen unisoliert ausgebildet sind.

7. Hochfrequenzleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei diese einen Kühlschlauch aufweist, zur Förderung eines Kühlmediums, wobei der Kühlschlauch von dem Innenleiter umgeben ist..

8. Hochfrequenzleitung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Kühlschlauch direkt am Innenleiter anliegt.

9. Hochfrequenzleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in den Kühlschlauch ein Sensor, insbesondere Temperatursensor integriert ist.

10. Hochfrequenzleitung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dass diese einen Außenmantel aufweist, welcher um den Außenleiter herum aufgebracht ist.

11. Verwendung einer Hochfrequenzleitung zur Leistungsübertragung von einem Generator zu einem Verbraucher, wobei die Hochfrequenzleitung zwei Leiter aufweist, welche jeweils aus mehreren isolierten Einzeldrähten bestehen, wobei der eine Leiter als ein Innenleiter ausgebildet ist und der andere Leiter als ein Außenleiter, welcher den Innenleiter umgibt

12. Verwendung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Innenleiter als Hinleiter ausgebildet ist, zur Leistungsübertragung zum Verbraucher.

Description:

Die Erfindung betrifft eine Hochfrequenzleitung sowie eine Verwendung einer solchen.

Die Hochfrequenzleitung, kurz auch als HF-Leitung bezeichnet, findet beispielsweise Verwendung zur Leistungsübertragung bei einer Induktionsanwendung. Hierbei wird ein Wechselstromgenerator, kurz Generator, mittels der Hochfrequenzleitung mit einem Verbraucher verbunden, z.B. einer Induktionsheizung aus einer Induktionsspule. Die Hochfrequenzleitung dient dann der Übertragung eines höher frequenten Wechselstroms bzw. Energieversorgung einer Last.

Grundsätzlich ist es denkbar, eine Hochfrequenzleitung aus mehreren Hochfrequenzlitzen aufzubauen, welche jeweils isoliert sind, d.h. mit einer Isolierung versehen, und nebeneinander angeordnet sind, z.B. nach Art eines Flachbandkabels. Die einzelnen Hochfrequenzlitzen sind beispielsweise parallel geführt und miteinander verstrickt. Damit sich ein Induktionsfeld zur Erwärmung der Last aufbauen kann, darf die Anordnung nicht geschirmt sein, die Hochfrequenzleitung muss also ungeschirmt ausgebildet sein bzw. es dürfen keine leitfähigen Komponenten in die Konstruktion, wie z:B. leitfähige Folien eingebracht werden. Dadurch ist diese jedoch nachteilig durch Störfelder von außen beeinflussbar und stellt selbst auch eine Quelle von Störfeldern dar, strahlt also nach außen ab. Insgesamt können aufgrund der notwendigen offenen Ausgestaltung also Störfelder ein- und ausgekoppelt werden. Dies ist insbesondere hinsichtlich der EMV (elektromagentische Verträglichkeit) der Hochfrequenzleitung nachteilig, was sich ebenfalls nachteilig auf umliegende Bauteile auswirkt.

Durch die Isolierungen der einzelnen Hochfrequenzlitzen ergibt sich zudem eine ungünstige Kapazität und somit auch Impedanz der Gesamtanordnung sowie eine zusätzliche Blindleistung, welche insgesamt zu ungünstigen Übertragungseigenschaften und zu thermischen Verlusten an der Hochfrequenzleitung und anderen Bauteilen führt. Besonders bei der Verwendung zur Leistungsübertragung kommt es im Betrieb zudem üblicherweise zu einer nicht vernachlässigbaren zusätzlichen Erwärmung der Hochfrequenzleitung durch entstehende Blindleistung, die durch die zusätzliche Kapazität entsteht. Diese muss daher typischerweise zusätzlich gekühlt werden. Hierzu ist es möglich, die gesamte Anordnung in ein Wasserbad zu legen. Ein solches stellt jedoch insbesondere zusätzlich zu den Isolierungen eine undefinierte und möglicherweise zeitlich veränderliche Kapazität dar, wodurch die Übertragungseigenschaften der Hochfrequenzleitung nochmals verschlechtert werden und Verluste erhöht sind. Unter Verschlechterung der Übertragungseigenschaft wird in diesem Fall insbesondere verstanden, dass sich die Form der ursprünglich generierten Spannung der Quelle beim Übertragungsweg so verändert, dass sich eine nicht zu vernachlässigende Verschlechterung der Funktion des Bauteils (z.B. Induktor) an der Senke einstellt.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte und möglichst verlustarme Hochfrequenzleitung anzugeben. Diese soll insbesondere eine verbesserte EMV aufweisen und weniger anfällig für äußere Störfelder sein sowie selbst möglichst wenige Störfelder nach außen abstrahlen. Weiterhin soll die Hochfrequenzleitung verbesserte Übertragungseigenschaften aufweisen, d.h. insbesondere eine möglichst definierte Impedanz. Desweiteren soll eine Verwendung für eine entsprechende Hochfrequenzleitung angegeben werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Hochfrequenzleitung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Verwendung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 11. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Varianten sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei gelten die Ausführungen im Zusammenhang mit der Hochfrequenzleitung sinngemäß auch für die Verwendung und umgekehrt.

Die Hochfrequenzleitung ist insbesondere zur Leistungsübertragung ausgebildet, insbesondere für Induktionsanwendungen. Hierbei wird eine Last mittels der Hochfrequenzleitung an einen Generator angeschlossen. Zwischen dem Generator und der Last wird in der Praxis ein Schwingkreis dazugeschaltet. Der Verbraucher benötigt allgemein einen Wechselstrom zum Betrieb. Mit der Hochfrequenzleitung wird ein Wechselstrom von vorzugsweise wenigstens 5 A und vorzugsweise höchstens 500 A übertragen. Desweiteren wird mit der Hochfrequenzleitung eine Wechselspannung von vorzugsweise wenigstens 100 V und vorzugsweise höchstens 2000 V übertragen. Die Frequenz des Wechselstroms und der Wechselspannung beträgt vorzugsweise wenigstens 10 kHz und vorzugsweise höchstens 1 MHz, besonders bevorzugt wenige hundert Kilohertz, z.B. 380 kHz, je nach benötigter Leistung. Jedoch wird die Resonanzfrequenz angestrebt, da bei diesem Frequenzpunkt in der Theorie die reine Wirkleistung übertragen wird.

Die Hochfrequenzleitung weist zwei Leiter auf, welche jeweils aus einer Anzahl von Hochfrequenzlitzen bestehen, welche jeweils mehrere isolierte Einzeldrähte aufweisen, wobei der eine Leiter als ein Innenleiter ausgebildet ist und der andere Leiter als ein Außenleiter, welcher den Innenleiter umgibt.

Der Erfindung liegt insbesondere die Überlegung zugrunde, das Induktionsfeld, welches beim Betrieb der Hochfrequenzleitung an der Last erzeugt werden soll, möglichst so verlustarm wie möglich an der Last zu generieren und eine offene Ausgestaltung, bei welcher das Induktionsfeld in die nähere Umgebung und des Hochfrequenzkabels reicht, zu vermeiden. Dadurch sind die Übertragungseigenschaften der Hochfrequenzleitung zum Einen weniger anfällig für äußere Störfelder und zum Anderen strahlt die Hochfrequenzleitung selbst besonders wenige Störfelder nach außen ab. Dabei wird unter „Störfeld“ allgemein elektromagnetische Strahlung verstanden. Mit anderen Worten: die Verluste durch Abstrahlung aus der Hochfrequenzleitung heraus sind verringert und die EMV ist verbessert. Dies wird auf vorteilhafte Weise maßgeblich durch die Ausbildung zweier räumlich voneinander getrennter Leiter, nämlich den Innen- und den Außenleiter, sowie deren spezielle Anordnung zueinander realisiert. Insbesondere ist dabei der eine Leiter als Hinleiter ausgebildet, dient also der Leistungszuführung zum Verbraucher, und der andere Leiter als Rückleiter. Das Induktionsfeld wird im Betrieb bei der Übertragung der Leistung, vorteilhaft hauptsächlich in einem Zwischenraum zwischen den Leitern aufgebaut, sodass sich die Hochfrequenzleitung nach außen hin insgesamt vorteilhaft besonders feldneutral verhält. Eine zusätzliche Schirmung ist aus vorher beschriebenen Gründen nicht möglich, die Hochfrequenzleitung ist daher vorzugsweise ungeschirmt ausgebildet, weist also keine zusätzliche Schirmung oder Schirmlage auf.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, dass die Übertragungseigenschaften der Hochfrequenzleitung aufgrund der speziellen Ausgestaltung und Anordnung der Leiter besonders definiert sind. Insbesondere sind die Kapazität und die Induktivität, d.h. die für Wechselstrom und -spannung besonders relevanten Übertragungseigenschaften der Hochfrequenzleitung im Betrieb vorteilhaft besonders stabil und in besonders geringem Maße oder gar nicht von der Umgebung beeinflusst. Dadurch eignet sich die Hochfrequenzleitung besonders zur Übertragung von Rechtecksignalen. Dies ist insbesondere bei Induktionsanwendungen, z.B. beim Betrieb einer Induktionsspule als Verbraucher von Vorteil, da hierzu vorzugsweise ein Rechtecksignal, also ein rechteckförmiger Wechselstrom, verwendet wird, welche technisch besonders einfach zu realisieren sind, insbesondere im Vergleich zu Sinussignalen. Bei der Übertragung des Rechtecksignals bleibt dessen Form aufgrund der speziellen Ausgestaltung der Hochfrequenzleitung besonders stabil, insbesondere ist eine ungewollte Erzeugung von Amplituden in zusätzlichen Frequenzbereichen wirkungsvoll reduziert oder sogar gänzlich unterbunden.

Ein jeweiliger Leiter besteht aus einer Anzahl von, d.h. vorzugsweise mehreren Hochfrequenzlitzen, kurz HF-Litze. Eine jeweilige Hochfrequenzlitze weist wiederum mehrere isolierte Einzeldrähte auf. Mit anderen Worten: mehrere Einzeldrähte sind zusammen zu einer Hochfrequenzlitze angeordnet. Durch das Zusammenfassen zu einer Litze werden die Übertragungskapazitäten der Hochfrequenzleitung verbessert, da der effektive Stromquerschnitt erhöht wird. Hierzu sind die Einzeldrähte einer jeweiligen Hochfrequenzlitze derart angeordnet, dass jeder Einzeldraht in einem definierten längenbezogenen Abstand außen angeordnet ist.

In einer einzelnen Hochfrequenzlitze sind auf diese Weise beispielsweise 240 Einzeldrähte angeordnet. Ein wesentlicher Unterschied zu einer herkömmlichen Litze besteht darin, dass bei einer Hochfrequenzlitze die Einzeldrähte jeweils isoliert sind und somit voneinander galvanisch getrennt sind. Ein jeweiliger Einzeldraht ist zur Isolierung vorzugsweise mit einer Lackschicht versehen, welche z.B. aus PU oder einem Fluorpolymer besteht und eine Schichtdicke von vorzugsweise wenigstens 1 µm und vorzugsweise höchstens 10 µm aufweist. Eine einzelne Hochfrequenzlitze weist beispielsweise einen leitenden Querschnitt von 2 mm2 auf. Ein einzelner Leiter ist beispielsweise aus 8 Hochfrequenzlitzen zusammengesetzt, vorzugsweise aus wenigstens 3 Hochfrequenzlitzen und vorzugsweise höchstens aus 40 Hochfrequenzlitzen.

Unter „umgeben“ wird insbesondere verstanden, dass sich beide Leiter in einer Längsrichtung erstrecken und der Außenleiter den Innenleiter hierbei umläuft oder um diesen herum angeordnet ist.

In einer bevorzugten Ausgestaltung umgibt der Außenleiter den Innenleiter vollumfänglich und bildet dabei insbesondere eine durchgängige Umhüllung des Innenleiters. Der Innenleiter ist somit in radialer Richtung senkrecht zur Längsrichtung vollständig vom Außenleiter umschlossen. Hierdurch wird die EMV besonders verbessert.

In einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung sind die beiden Leiter jeweils ringförmig ausgebildet und konzentrisch angeordnet. Dadurch wird vorteilhaft eine biaxiale Leiteranordnung erzielt, mit einer vorteilhaften Rotationssymmetrie und mit besonders günstigen elektrischen Eigenschaften. Die Anordnung ist ähnlich einer Koaxialleitung, ein wesentlicher Unterschied zu einer solchen besteht jedoch insbesondere darin, dass die beiden Leiter jeweils aus isolierten Einzeldrähten aufgebaut sind, d.h. aus Einzeldrähten, welche jeweils von einer eigenen Isolierung umgeben sind. Die Einzeldrähte erstrecken sich entlang der Hochfrequenzleitung und sind aufgrund der Isolierungen voneinander galvanisch getrennt. Demgegenüber sind Innen- und Außenleiter bei einer Koaxialleitung üblicherweise jeweils als massive Leiter ausgebildet oder als Verbünde von unisolierten und miteinander leitend in Kontakt stehenden Drähten.

Die Hochfrequenzleitung weist eine Induktivität auf, welche insbesondere von der Länge der Hochfrequenzleitung abhängig ist. Außerdem bilden die beiden Leiter aufgrund der Beabstandung voneinander einen Kondensator aus, mit einer Kapazität, welche prinzipbedingt von der Größe des Zwischenraums und dem darin angeordneten Material abhängt. Ein wesentlicher Vorteil dieser Anordnung besteht nun insbesondere darin, dass diese Kapazität einstellbar ist und damit insgesamt die Impedanz der Hochfrequenzleitung anpassbar ist. Hierzu wird z.B. der Abstand der beiden Leiter voneinander variiert oder das darin angeordnete Material geeignet ausgewählt. In einer geeigneten Ausgestaltung ist daher zwischen dem Innenleiter und dem Außenleiter ein Dielektrikum angeordnet, mit einer vorgegebenen Wandstärke, zum Einstellen der Impedanz. Die Impedanz wird dabei vorteilhafterweise derart eingestellt, dass Verluste entlang der Hochfrequenzleitung möglichst minimal sind. Insofern ist demnach eine Impedanzanpassung möglich und zweckmäßigerweise auch realisiert.

Die Länge der Hochfrequenzleitung ist üblicherweise vorbekannt und beträgt vorzugsweise wenigstens 2 m und vorzugsweise höchstens 12 m, es ist also beim Design der Hochfrequenzleitung bekannt, wie lang diese sein soll. Entsprechend ist auch die Induktivität der Hochfrequenzleitung vorbekannt, sodass die Impedanz durch Einstellen der Wandstärke und somit der Kapazität optimal eingestellt werden kann und zweckmäßigerweise auch eingestellt ist.

Geeigneterweise ist die Wandstärke derart ausgewählt, dass die Impedanz wenigstens 50 Ω und höchstens 77 Ω beträgt. Grundsätzlich steigt im angegebenen Wertebereich die Impedanz mit größerer Wandstärke an. Eine geringe Impedanz führt demnach zu einer besonders kompakten Hochfrequenzleitung. Bei einer Impedanz von 77 Ω liegt jedoch ein optimales Verhältnis von Induktivität und Kapazität vor, sodass sich eine besonders verlustarme Übertragung ergibt. Eine weitere Erhöhung der Wandstärke ergibt insbesondere keinen weiteren Vorteil hinsichtlich der Impedanz. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist daher die Wandstärke des Dielektrikums derart eingestellt, dass die Impedanz 77 Ω beträgt. In dieser Ausgestaltung ergibt sich eine optimale Verringerung der Übertragungsverluste bei zugleich besonders geringem Bauraumbedarf.

Die Impedanz ist auch von der Dielektrizitätszahl des Dielektrikums abhängig. Um eine besonders kompakte Bauform der Hochfrequenzleitung zu realisieren, weist das Dielektrikum eine möglichste geringe Dielektrizitätszahl auf. Besonders geeignet als Dielektrikum sind Fluorpolymere, z.B. PTFE, PFA oder FEP. Geeignete Wandstärken insbesondere für den oben angegebenen Längenbereich liegen im Bereich zwischen 0,5 und 5 mm. Das Dielektrikum ist beispielsweise extrudiert oder bandiert und allgemein vorzugsweise einstückig ausgebildet.

In einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung sind die Hochfrequenzlitzen unisoliert ausgebildet. Mit anderen Worten: eine jeweilige Hochfrequenzlitze besteht lediglich aus mehreren isolierten Einzeldrähten und weist ansonsten keine weiteren Bestandteile auf. Darunter wird insbesondere verstanden, dass die Hochfrequenzlitze keine Isolierung oder auch Gesamtisolierung aufweist, welche alle oder mehrere der Einzeldrähte umgibt. Dadurch wird eine nachteilige Beeinflussung der Übertragungseigenschaften und des Induktionsfelds durch eine zusätzliche Isolierung vermieden.

Vorzugsweise sind beide Leiter in oben beschriebener Weise aus Hochfrequenzlitzen zusammengesetzt. Die Hochfrequenzlitzen sind vorzugsweise derart angeordnet, dass sich die äußeren isolierten Einzeldrähte zweier benachbarter Hochfrequenzlitzen berühren und dadurch einen insgesamt besonders homogenen Leiter bilden. Die Hochfrequenzlitzen liegen also vorzugsweise lückenlos aneinander an und sind gerade nicht durch zusätzlich Isolierungen voneinander beabstandet, sodass sich eine besonders vorteilhafte Impedanz und ein besonders geringer Bauraumbedarf ergibt. In der ringförmigen Ausgestaltung sind dann die Hochfrequenzlitzen eines Leiters in einer oder mehreren Lagen kreisförmig angeordnet.

Ein weiterer Vorteil der speziellen Anordnung der beiden Leiter besteht insbesondere darin, dass nunmehr auf besonders einfache und vorteilhafte Weise eine Kühlung der Hochfrequenzleitung möglich ist, ohne die Übertragungseigenschaften und speziell die Kapazität der Hochfrequenzleitung negativ zu beeinflussen. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung weist die Hochfrequenzleitung hierzu einen Kühlschlauch auf, zur Förderung eines Kühlmediums, wobei der Kühlschlauch von dem Innenleiter umgeben ist. Wesentlich ist hierbei insbesondere, dass der Kühlschlauch nicht zwischen den beiden Leitern angeordnet ist, sondern außerhalb des Zwischenraums, in welchem sich im Betrieb das Induktionsfeld ausbreitet. Durch Anordnung des Kühlschlauchs im Inneren der Hochfrequenzleitung ist insgesamt eine besonders effiziente Kühlung realisiert, insbesondere im Gegensatz zu einem Wasserbad.

Der Kühlschlauch ist insbesondere rohrartig ausgebildet. Insbesondere in Kombination mit der ringförmigen Ausgestaltung des Innenleiters sind ebendieser und der Kühlschlauch dann konzentrisch angeordnet. Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei welcher der Kühlschlauch direkt am Innenleiter anliegt, sodass die Wärmeübertragung in das Kühlmedium besonders effektiv ist. Die Kühlung ist zudem besonders effektiv bei der Ausgestaltung mit unisolierten Hochfrequenzlitzen, sodass die isolierten Einzeldrähte direkt am Kühlschlauch anliegen und dem Kühlmedium somit räumlich besonders nahe sind. Durch den direkten Kontakt von Innenleiter und Kühlschlauch und der daraus resultierenden direkten Kühlung ist allgemein auch vorteilhaft eine Steigerung der übertragenen Leistung möglich.

Zur weiteren Effizienzsteigerung der Kühlung ist der Kühlschlauch zweckmäßigerweise aus einem Material mit einem möglichst geringem Wärmeübertragungskoeffizient ausgebildet. Ein geeignetes Material ist z.B. ein Fluorpolymer. Der Kühlschlauch ist beispielsweise extrudiert. Der Kühlschlauch weist einen Innendurchmesser von vorzugsweise wenigstens 3 mm und vorzugsweise höchstens 8 mm auf und eine Wandstärke von vorzugsweise wenigstens 1 mm bis vorzugsweise höchstens 3 mm.

Zur Förderung des Kühlmediums weist der Kühlschlauch eine Kammer auf, welche sich in Längsrichtung erstreckt und an welche die Hochfrequenzleitung endseitig an einen Kreislauf für das Kühlmedium anschließbar ist. In einer geeigneten Ausgestaltung des Kühlschlauchs weist dieser mehrere, insbesondere zwei Kammern auf, sodass das Kühlmedium in einer ersten Kammer in einer Richtung strömt und in einer zweiten Kammer in Gegenrichtung hierzu. Der Kühlschlauch braucht dann lediglich an einem Ende angeschlossen zu werden, während an dem anderen Ende lediglich das Kühlmedium von der einen in die andere Kammer geführt wird.

Als Kühlmedium eignet sich grundsätzlich Wasser, ein Wasser/Glykol-Gemisch oder Ähnliches. Aufgrund der speziellen, oben beschriebenen Anordnung des Kühlschlauchs im Innern der Hochfrequenzleitung ist entlang dieser jedoch prinzipbedingt und auf einfache Weise ein nach außen hin geschlossener Pfad für das Kühlmedium ausgebildet, sodass auch andere Medien in Betracht kommen, welche für ein herkömmliches Bad, d.h. eine Kühlung von außen weniger geeignet sind, z.B. ein Öl.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist in den Kühlschlauch ein Sensor integriert, insbesondere ein Temperatursensor. Mittels des Sensors ist es dann möglich insbesondere während des Betriebs einen Betriebsparameter, vorzugsweise die Temperatur der Hochfrequenzleitung zu messen. Hierzu ist der Sensor in einer geeigneten Ausgestaltung innerhalb des Kühlschlauchs angeordnet und steht dabei mit dem Kühlmedium in Kontakt, misst also dessen Temperatur. Damit lässt sich dann auf einfache Weise eine Temperaturregelung realisieren, mittels welcher vorteilhaft eine weitere Steigerung bei der Leistungsübertragung erzielt wird.

Bevorzugterweise ist der Innenleiter als Hinleiter ausgebildet, zur Leistungsübertragung zu einer Last, und der Außenleiter ist als Rückleiter ausgebildet ist. Dem liegt insbesondere die Überlegung zugrunde, dass der hauptsächlich stromführende Hinleiter vorteilhafterweise mittels des im Vergleich hierzu wenig Strom führenden Rückleiters gegenüber der Umgebung abgeschirmt wird. Mittels des Innenleiters wird dann im Betrieb dem Verbraucher Leistung zugeführt, während der Außenleiter die im Vergleich hierzu geringere Restleistung transportiert. Übliche Induktionsanwendungen weisen einen Wirkungsgrad von etwa 70% auf, sodass der Rückleiter lediglich etwa 30% der vom Hinleiter zugeführten Leistung übertragen muss.

Geeigneterweise weist die Hochfrequenzleitung einen Außenmantel auf, welche um den Außenleiter herum aufgebracht ist. Der Außenmantel schützt die beiden innenliegenden Leiter wirkungsvoll z.B. gegen mechanische Beanspruchung und/oder gegen Umgebungseinflüsse. Die Ausbildung eines Außenmantels ist insbesondere durch die spezielle Anordnung der beiden Leiter ermöglicht. Da diese Anordnung nach außen hin wie oben beschrieben feldneutral ist, hat der Außenmantel keine Auswirkungen auf die Impedanz der Hochfrequenzleitung und es ergibt sich ein großer Gestaltungsspielraum hinsichtlich des Außenmantels. Beispielsweise ist der Außenmantel aus kostengünstigem PU, PA oder einem Fluorpolymer gefertigt. Letzteres gewährleistet insbesondere eine optimale Medienbeständigkeit der Hochfrequenzleitung. Der Außenmantel ist beispielsweise extrudiert oder bandiert. Vorzugsweise weist die Hochfrequenzleitung außerhalb des Außenleiters außer dem Außenmantel keine weiteren Mäntel auf.

Grundsätzlich ist es denkbar, den Außenmantel direkt auf den Außenleiter aufzutragen. In einer zweckmäßigen Variante ist jedoch zwischen dem Außenmantel und dem Außenleiter eine äußere Trennlage angeordnet, z.B. ein Polyestervlies, wodurch ein Abisolieren der Hochfrequenzleitung deutlich vereinfacht ist. Die äußere Trennlage liegt im Gesamtaufbau dann zweckmäßigerweise direkt am Außenleiter an. Zusätzlich oder alternativ ist eine innere Trennlage zwischen dem Dielektrikum und dem Innenleiter angeordnet, um auch hier ein Abisolieren im Rahmen einer Konfektionierung der Hochfrequenzleitung zu vereinfachen.

In einer besonders bevorzugten und besonders einfachen Ausgestaltung ergibt sich ein Gesamtaufbau der Hochfrequenzleitung von innen nach außen aus lediglich folgenden Teilen: Kühlschlauch, Innenleiter, innere Trennlage, Dielektrikum, Außenleiter, äußere Trennlage, Außenmantel. Der Gesamtaufbau weist einen Durchmesser von vorzugsweise wenigstens 10 mm bis vorzugsweise höchstens 80 mm auf. Andere Durchmesser sind grundsätzlich denkbar.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt die einzige 1 eine Hochfrequenzleitung in einer Querschnittansicht.

In 1 ist schematisch eine Hochfrequenzleitung 2 in einer Querschnittansicht quer zur Längsrichtung der Hochfrequenzleitung 2 dargestellt. Die Hochfrequenzleitung 2 dient der Verbindung eines nicht gezeigten Generators mit einer ebenfalls nicht gezeigten Last / Verbraucher. Die Last / der Verbraucher ist beispielsweise ein Induktor, in dem durch die übertragene Leistung ein Induktionsfeld generiert werden soll, was z.B. ein Werkstück erwärmt. Die Hochfrequenzleitung 2 dient dabei dann der Leistungsübertragung für eine Induktionsanwendung.

Zur Leistungsübertragung weist die Hochfrequenzleitung 2 zwei Leiter 4, 6 auf, nämlich einen inneren Innenleiter 4 und einen äußeren Außenleiter 6. Die beiden Leiter 4, 6 sind im gezeigten und bevorzugten Ausführungsbeispiel der 1 jeweils ringförmig ausgebildet und konzentrisch angeordnet und bilden allgemein eine biaxiale Leiteranordnung. Beim Anlegen eines Wechselstroms baut sich zwischen den beiden Leitern 4, 6 im Betrieb ein Induktionsfeld auf, welches jedoch nicht nach außen oder ins Innere der Hochfrequenzleitung 2 dringt. Diese ist dadurch besonders wenig anfällig für Störfelder von außen und stellt selbst auch keine Quelle für Störfelder dar, d.h. das EMV-Verhalten ist besonders günstig.

Die beiden Leiter 4, 6 sind speziell für Induktionsanwendungen ausgebildet, nämlich als Vielzahl von isolierten Einzeldrähten 8, d.h. von Einzeldrähten 8, welche jeweils von einer Isolierung 10 umgeben sind und daher gegeneinander elektrisch isoliert sind. Dies ist notwendig zur Erzeugung des Induktionsfeldes zwecks Leistungsübertragung für eine Induktionsanwendung. Die Einzeldrähte 8 sind hierzu z.B. mit einer Lackierung aus PU oder aus einem Fluorpolymer versehen. Die Lackschicht beträgt beispielsweise eine Schichtdicke von 10µm.

Zur Vermeidung der negativen Auswirkungen des Skin-Effekts und des Proximity-Effekts sind mehrere Einzeldrähte 8 zu Hochfrequenzlitzen 12 zusammengefasst, wobei die Einzeldrähte 8 einer jeweiligen Hochfrequenzlitze 12 derart geführt sind, dass jeder Einzeldraht 8 in festen Längsabständen mal außen liegt und mal innen. Eine Hochfrequenzlitze 12 besteht beispielsweise aus 100 bis 300 Einzeldrähten 8 und weist insgesamt einen leitenden Querschnitt von z.B. 2 mm2 auf. Die Hochfrequenzlitzen 12 sind dabei selbst nicht mit einer zusätzlichen Isolierung versehen, sondern bestehen vielmehr lediglich aus isolierten Einzeldrähten 8. Ein jeweiliger Leiter 4, 6 ist dann wie in 1 gezeigt aus mehreren Hochfrequenzlitzen 12 aufgebaut, welche hier ringförmig angeordnet sind, wobei sich je zwei benachbarte Hochfrequenzlitzen 12 gegenseitig berühren und somit insbesondere einen geschlossenen, d.h. vollumfänglich ausgebildeten Leiter 4, 6 bilden. In 1 sind die beiden Leiter 4, 6 lediglich einlagig ausgebildet, in einer nicht gezeigten Variante ist zumindest einer der Leiter 4, 6 dagegen mehrlagig ausgebildet, mit Hochfrequenzlitzen 12, welche in mehreren Ringen angeordnet sind und sich dann auch in radialer Richtung berühren.

Maßgeblich für die Qualität der Leistungsübertragung und insbesondere die Verluste entlang der Hochfrequenzleitung 2 sind deren Übertragungseigenschaften, d.h. die Kapazität, Induktivität und Impedanz der Hochfrequenzleitung 2. Bei einer offenen Ausgestaltung, d.h. einer Ausgestaltung, bei welcher das Induktionsfeld bezüglich der Hochfrequenzleitung 2 nach außen in deren Umgebung erzeugt wird, würden die Übertragungseigenschaften durch die Umgebung entsprechend beeinflusst. In der vorliegenden biaxialen Leiteranordnung, bei welcher der Außenleiter 6 den Innenleiter 4 umgibt, sind die Übertragungseigenschaften jedoch vorteilhaft lediglich oder zumindest hauptsächlich vom hier ringförmigen Zwischenraum zwischen den beiden Leitern 4, 6 abhängig. Insbesondere die Kapazität der Hochfrequenzleitung 2 ist vom Abstand und vom Material zwischen den beiden Leitern 4, 6 abhängig und kann daher zur Optimierung der Kapazität eingestellt werden. Dazu ist zwischen den beiden Leitern 4, 6 ein Dielektrikum 14 angeordnet, mit einer Wandstärke W1, welche in radialer Richtung gemessen ist. Das Dielektrikum 14 ist z.B. ein Fluorpolymer. Eine geeignete Wandstärke W1 liegt im Bereich von 0,5 bis 5 mm. Insbesondere ist die Wandstärke W1 derart eingestellt, dass die Impedanz der Hochfrequenzleitung 77 Ω beträgt. Dies ist insbesondere möglich, da die Länge der Hochfrequenzleitung 2 und damit deren Induktivität vorbekannt sind, sodass dann die Kapazität angepasst werden kann, um die genannte, optimale Impedanz zu erhalten.

Desweiteren weist die Hochfrequenzleitung 2 einen Kühlschlauch 16 auf, zur Kühlung mittels eine Kühlmediums K. Der Kühlschlauch 16 ist innerhalb des Innenleiters 4 angeordnet und direkt von diesem umgeben, sodass der Innenleiter 4 besonders effektiv gekühlt wird. Daher wird der Innenleiter 4 zweckmäßigerweise auch als ein Hinleiter verwendet und betrieben und der Außenleiter als Rückleiter. Der Innenleiter 4 dient dann der Leistungsübertragung zum Verbraucher hin und weist daher einen besonders hohen Kühlbedarf auf, wohingegen der Rückleiter nur einen geringeren Kühlbedarf aufweist. Der Kühlschlauch 16 liegt zudem im Betrieb nicht im Induktionsfeld, welches von den beiden Leitern 4, 6 generiert wird, sodass eine Beeinflussung desselben durch das Kühlmedium K und den Kühlschlauch 16 selbst vermieden wird. Der Kühlschlauch 16 ist beispielsweise aus einem Fluorpolymer gefertigt, mit einer Wandstärke W2 im Bereich von 1 bis 3mm und einem Innendurchmesser I im Bereich von 3 bis 8mm.

Die Hochfrequenzleitung in 1 weist zudem einen Außenmantel 18 auf, welcher die Anordnung aus den beiden Leitern 4, 6, dem Dielektrikum 14 und dem Kühlschlauch 16 umgibt, z.B. zum mechanischen Schutz. Der Außenmantel 18 ist beispielsweise aus einem Fluorpolymer gefertigt oder alternativ aus PU oder PA. Der Außenmantel 18 weist üblicherweise eine Wandstärke W3 von wenigen Millimetern auf.

In 1 sind außerdem zwei Trennlagen 20 angeordnet, um das Abisolieren der Hochfrequenzleitung 2 zu vereinfachen. Eine Trennlage 20 ist dabei zwischen dem Außenleiter 6 und dem Außenmantel 28 angeordnet, eine weitere Trennlage 20 ist zwischen dem Dielektrikum 14 und dem Innenleiter 4 angeordnet.