Title:
Stromleitungselement und System zur Isolationsüberwachung
Kind Code:
A1


Abstract:

Es wird ein Stromleitungselement beansprucht, aufweisend einen elektrischen Leiter und eine Isolierung des elektrischen Leiters, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierung eine Lichtwellenleitungseinheit aufweist. Weiterhin werden ein System und ein Verfahren zur Isolationsüberwachung beansprucht. embedded image




Inventors:
Hähre, Karsten, Dr. (67373, Dudenhofen, DE)
Heyne, Raoul, Dr. (38640, Goslar, DE)
Kiefer, Michael (70563, Stuttgart, DE)
Application Number:
DE102017102783A
Publication Date:
08/16/2018
Filing Date:
02/13/2017
Assignee:
Dr. Ing. h.c. F. Porsche Aktiengesellschaft, 70435 (DE)
International Classes:



Foreign References:
GB2164171A1986-03-12
65594372003-05-06
201102098942011-09-01
201303351022013-12-19
201600182772016-01-21
Claims:
Stromleitungselement aufweisend einen elektrischen Leiter und eine Isolierung des elektrischen Leiters, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierung eine Lichtwellenleitungseinheit aufweist.

Stromleitungselement nach Anspruch 1, wobei die Lichtwellenleitungseinheit mindestens entlang eines Längsabschnitts des elektrischen Leiters den elektrischen Leiter koaxial umgibt.

Stromleitungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Isolierung des elektrischen Leiters einen Isolierstoffmantel aufweist.

Stromleitungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lichtwellenleitungseinheit mindestens einen Lichtwellenleiter aufweist.

Stromleitungselement nach Anspruch 4, wobei der mindestens eine Lichtwellenleiter ein reflektierendes Ende aufweist.

Stromleitungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 und 5, wobei der elektrische Leiter mindestens entlang eines Längsabschnitts des elektrischen Leiters eine erste Bewicklung mit dem mindestens einen Lichtwellenleiter aufweist.

Stromleitungselement nach Anspruch 6, wobei der elektrische Leiter mindestens entlang eines Längsabschnitts des elektrischen Leiters eine zweite, mit der ersten Bewicklung gekreuzte Bewicklung mit einem Lichtwellenleiter aufweist.

Stromleitungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1-4, wobei die Lichtwellenleitungseinheit mindestens eine optisch leitende Folie aufweist.

Stromleitungselement nach Anspruch 8, wobei die mindestens eine optisch leitende Folie mehrere Lichtwellenleiter aufweist.

Stromleitungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 und 9, wobei die mindestens eine optisch leitende Folie mit mindestens einem Lichtwellenleiter verbunden ist.

Stromleitungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 und 10, wobei die Lichtwellenleiter der mindestens einen optisch leitenden Folie parallel zueinander angeordnet sind.

Stromleitungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 und 10, wobei die Lichtwellenleiter der mindestens einen optisch leitenden Folie in einem Gitter angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass Licht innerhalb der mindestens einen optisch leitenden Folie reflektierbar ist.

Stromleitungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8-12, wobei die mindestens eine optisch leitende Folie mindestens eine Auswerteeinheit und/oder mindestens eine Messeinheit und/oder mindestens eine Lichtquelle aufweist.

System zur Isolationsüberwachung, aufweisend mindestens ein Stromleitungselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1-13, aufweisend eine Lichtquelle, aufweisend eine Einkopplungseinheit zur Einkopplung des Lichts der Lichtquelle in die Lichtwellenleitungseinheit des mindestens einen Stromleitungselements, aufweisend weiter eine Messeinheit zur Messung mindestens einer Austrittseigenschaft des durch die Lichtwellenleitungseinheit transportierten Lichtes, aufweisend weiter eine Auswerteeinheit zur Auswertung der mindestens einen gemessenen Austrittseigenschaft des durch die Lichtwellenleitungseinheit transportierten Lichtes.

Verfahren zur Isolationsüberwachung eines Stromleitungselements mittels eines Systems nach Anspruch 14,
wobei in einem ersten Schritt Licht der Lichtquelle in die Lichtwellenleitungseinheit eingekoppelt wird,
wobei in einem zweiten Schritt mindestens eine Austrittseigenschaft des Lichtes bei Austritt aus der Lichtwellenleitungseinheit mittels der Messvorrichtung zur Messung des durch die Lichtwellenleitungseinheit transportierten Lichtes gemessen wird und
wobei in einem dritten Schritt mindestens eine Austrittseigenschaft mittels der Auswerteeinheit ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Abweichung der mindestens einen Austrittseigenschaft von einem Referenzwert eine Fehlstelle der Isolierung des Stromleitungselements detektiert wird.

Description:

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Stromleitungselement aufweisend einen elektrischen Leiter und eine Isolierung des elektrischen Leiters, sowie ein System zur Isolationsüberwachung, insbesondere für ein Stromleitungselement.

Schadhafte Isolierungen von elektrischen Leitern sind in mehrfacher Hinsicht eine Gefahrenquelle. Beanspruchungen der Isolationsmaterialien, beispielsweise durch hohe elektrische Felder oder mechanische Beanspruchung, können zu Isolationsänderungen oder Isolationsbruch führen. Die blank liegenden Leiterabschnitte können durch Körperschluss einen Kurzschluss verursachen. Der Kurzschlussstrom kann zu Schäden durch Überhitzung im Verlauf von Leitungen und Kabeln, aber auch in elektrischen Schaltanlagen führen. Insbesondere bei hohe Leistungen führenden Stromleitungselementen ist deshalb eine Isolationsüberwachung wichtig.

Eine Isolationsüberwachung ist eine Voraussetzung für eine sichere Handhabung von Stromleitungselementen. Dies wird umso wichtiger, wenn das Stromleitungselement nicht nur zur Handhabung bestimmt ist, sondern auch eine hohe Leistung führt.

Beispielsweise weisen Ladekabel zur Aufladung von Energiespeichereinheiten von Elektro- oder Hybridfahrzeugen hohe Spannungen auf. Das Ladekabel befindet sich entweder an der Ladestation oder direkt am Fahrzeug und verbindet während des Ladevorgangs die Ladestation mit dem Fahrzeug. Die Bedienung erfolgt dabei üblicherweise durch den Nutzer der Ladestation selbst. Es ist wünschenswert, sicherzustellen, dass die Ladekabel eine intakte Isolierung aufweisen, um eine Gefährdung der Nutzer bei der Bedienung des Ladekabels auszuschließen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Stromleitungselement zur Verfügung zu stellen, dass eine erhöhte Sicherheit bietet.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Stromleitungselement aufweisend einen elektrischen Leiter und eine Isolierung des elektrischen Leiters, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierung eine Lichtwellenleitungseinheit aufweist.

Hiermit wird vorteilhaft ein Stromleitungselement zur Verfügung gestellt, dass eine Detektion von Fehlstellen in der Isolierung des elektrischen Leiters ermöglicht. Fehlstellen in der Isolierung verändern die Ausbreitungseigenschaften von Licht innerhalb der Lichtwellenleitungseinheit. Insbesondere führen bereits kleine, mit dem bloßen Auge nicht sichtbare Fehlstellen in der Isolation bereits zu Änderungen der Lichtausbreitung innerhalb der Lichtwellenleitungseinheit. Damit können vorteilhaft auch kleine Fehlstellen in der Isolierung detektiert werden. Ein Stromleitungselement mit fehlerhafter Isolierung kann somit einfach erkannt und aus dem Verkehr gezogen werden. Das erfindungsgemäße Stromleitungselement ermöglicht vergleichsweise sichere elektrische Leitungssysteme.

Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist das Stromleitungselement beispielsweise als elastisches, starres oder biegeschlaffes Stromleitungselement ausgeführt.

Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist der elektrische Leiter als einzelner elektrischer Leiter oder als Leiterbündel von zwei oder mehreren elektrischen Leitern ausgeführt. Der elektrische Leiter kann beispielsweise eine Litze oder ein Litzenbündel aufweisen. Der elektrische Leiter kann Versorgungsleitungen und/oder Signalleitungen und/oder weitere Leitungen aufweisen.

Im Sinne der vorliegenden Erfindung weist die Isolierung mindestens eine Lichtwellenleitungseinheit auf. Die Isolierung kann auch zwei oder mehrere Lichtwellenleitungseinheiten aufweisen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umgibt die Lichtwellenleitungseinheit mindestens entlang eines Längsabschnitts des elektrischen Leiters den elektrischen Leiter koaxial.

Die Lichtwellenleitungseinheit kann den elektrischen Leiter in seiner kompletten Länge vollständig koaxial umgeben. Hiermit kann die Isolierung des elektrischen Leiters über seine gesamte Länge überwacht werden. Alternativ kann die Lichtwellenleitungseinheit den elektrischen Leiter nur entlang eines Längsabschnitts des elektrischen Leiters koaxial umgeben. Hierdurch wird eine Detektion von Fehlstellen der Isolierung des elektrischen Leiters auf diesen Bereich beschränkt. Hiermit ist es vorteilhaft möglich, insbesondere bei langen Leitungssystemen mit Abschnitten unterschiedlicher Belastung und Exposition, den überwachbaren Bereich auf die relevanten Abschnitte des elektrischen Leiters zu beschränken.

Es ist auch denkbar, dass die Lichtwellenleitungseinheit den elektrischen Leiter in mehreren, voneinander getrennten Abschnitten koaxial umgibt oder das verschiedene Abschnitte des elektrischen Leiters von verschiedenen Lichtwellenleitungseinheiten koaxial umgeben werden.

Die Verwendung verschiedener Lichtwellenleitungseinheiten in verschiedenen Abschnitten des elektrischen Leiters erleichtert vorteilhaft die Lokalisierung der Fehlstelle der Isolierung.

In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Isolierung des elektrischen Leiters einen Isolierstoffmantel auf.

Der Isolierstoffmantel umgibt den elektrischen Leiter bevorzugt koaxial. Der Isolierstoffmantel weist einen Isolierstoff auf. Als Isolierstoff ist jedes nichtleitende Material geeignet, beispielsweise aus einer der Isolierstoffklassen nach DIN EN 60085. Isolierstoffe sind beispielsweise technische Keramiken, Kunststoffe (beispielsweise Thermoplaste und/oder Duroplaste), Elastomere, Elektroisolierpapier, Polymere, Glas und Glimmer. Dabei kann der Isolierstoffmantel auch verschiedene Isolierstoffe aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der elektrische Leiter einen Kunststoffmantel auf.

Dabei können Lichtwellenleitungseinheit und Isolierstoffmantel so angeordnet sein, dass die Lichtwellenleitungseinheit und der Isolierstoffmantel koaxial angeordnete Lagen um den elektrischen Leiter bilden. Die Lichtwellenleitungseinheit ist in einer bevorzugten Ausführungsform zwischen elektrischem Leiter und Isolierstoffmantel angeordnet.

In einer alternativen Ausführungsform ist die Lichtwellenleitungseinheit in den Isolierstoffmantel eingelassen, d.h. der Isolierstoffmantel umgibt die Lichtwellenleitungseinheit. Hiermit können Verletzungen der Isolierung detektiert werden, die eine Verletzung einer äußeren Schicht des Isolierstoffmantels und eine Verletzung der Lichtwellenleitungseinheit aufweisen. Die Verletzung der Isolierung kann hiermit vorteilhaft detektiert werden, wenn eine innere Schicht des Isolierstoffmantels noch intakt ist.

In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Lichtwellenleitungseinheit mindestens einen Lichtwellenleiter auf.

Ein Lichtwellenleiter im Sinne der vorliegenden Erfindung weist Kabel und Leitungen zur Ubertragung von Licht auf. Bevorzugt weist der Lichtwellenleiter einen Lichtleiter oder ein Lichtleiterbündel auf. Darüber hinaus kann der Lichtwellenleiter teilweise mit Steckverbindern konfektioniert sein.

Bevorzugt weist die Lichtwellenleitungseinheit einen Lichtwellenleiter auf. In einer alternativen Ausführungsform weist die Lichtwellenleitungseinheit zwei oder mehrere Lichtwellenleiter auf.

In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der mindestens eine Lichtwellenleiter ein reflektierendes Ende auf.

In ein erstes Ende des Lichtwellenleiters eingekoppeltes Licht wird an dem zweiten, reflektierenden Ende reflektiert und wieder zum ersten Ende zurückgeleitet. Beispielsweise kann der mindestens eine Lichtwellenleiter an einem Ende einen eingeschriebenen Interferenzfilter, beispielsweise ein Faser-Bragg-Gitter, aufweisen. Der Interferenzfilter reflektiert Licht mit einer Wellenlänge innerhalb einer vorgegebenen Filterbandbreite.

In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der elektrische Leiter mindestens entlang eines Längsabschnitts des elektrischen Leiters eine erste Bewicklung mit dem mindestens einen Lichtwellenleiter auf.

Die Bewicklung versieht die Isolierung mit einem Lichtwellenleitergitter. Die Dichte der Bewicklung bestimmt dabei die Mindestgröße der detektierbaren Fehlstellen. Fehlstellen mit kleinerem Durchmesser sind durch die Bewicklung nicht detektierbar.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Bewicklung eine Helix auf. Der Lichtwellenleiter ist entlang der Längsachse des elektrischen Leiters in einer Helix um den elektrischen Leiter gewickelt. Dabei ist die Bewicklung bevorzugt dicht, d.h. benachbarte Abschnitte des Lichtwellenleiters berühren sich.

In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist der elektrische Leiter mindestens entlang eines Längsabschnitts des elektrischen Leiters eine zweite, mit der ersten Bewicklung gekreuzte Bewicklung mit einem Lichtwellenleiter auf.

Der elektrische Leiter weist eine Bewicklung mit einem Lichtwellenleiternetz auf, wobei das Netz eine erste Bewicklung und eine zweite, mit der ersten gekreuzten Bewicklung aufweist. Hierdurch entsteht vorteilhaft ein enges Raster zur Detektion von Fehlstellen der Isolierung des elektrischen Leiters.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist der elektrische Leiter eine Bewicklung bestehend aus einer ersten Hinwicklung in Form einer Helix und einer, mit der Hinwicklung gekreuzten, Rückwicklung auf. Dabei kann die Rückwicklung mit demselben Lichtwellenleiter erfolgen wie die Hinwicklung. Der Lichtwellenleiter weist bevorzugt zwischen Hin- und Rückwicklung eine Schlaufe auf.

In einer alternativen Ausführungsform weist die Hinwicklung einen ersten Lichtwellenleiter auf und die Rückwicklung einen zweiten Lichtwellenleiter auf, wobei beide Lichtwellenleiter je ein reflektierendes Ende aufweisen, so dass beide Auswerteeinheiten am selben Abschnitt des elektrischen Leiters angeordnet werden können.

In einer alternativen, bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Lichtwellenleitungseinheit mindestens eine optisch leitende Folie auf.

Die optisch leitende Folie ist bevorzugt flexibel und mechanisch robust. Die optisch leitende Folie weist bevorzugt eine Folie, beispielsweise eine Kunststofffolie oder Polymerfolie, auf, auf die optisch leitende Strukturen aufgebracht sind. Alternativ können die optisch leitenden Strukturen in die Folie eingebracht sein. Die optisch leitende Folie kann eine Beschichtung aufweisen.

In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die mindestens eine optisch leitende Folie mehrere Lichtwellenleiter auf.

Die Lichtwellenleiter sind in einer Geometrie auf die optisch leitende Folie aufgebracht. Die Lichtwellenleiter der optischen Folie bilden bevorzugt ein enges Raster zur Detektion von Fehlstellen der Isolierung des elektrischen Leiters. Mittels der optisch leitenden Folie ist es möglich, den elektrischen Leiter einfach und schnell mit einem Raster zur Detektion von Fehlstellen in der Isolierung zu versehen.

In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die mindestens eine optisch leitende Folie mit mindestens einem Lichtwellenleiter verbunden. Bevorzugt bündelt der Lichtwellenleiter an mindestens einem Ende der optisch leitenden Folie das aus der optisch leitenden Folie austretende Licht. Hiermit ist es vorteilhaft möglich, das am Ende der Folie austretende Licht zum Eintrittspunkt des Lichtes zurückzuführen. Der Eintrittspunkt ist dabei der Abschnitt des elektrischen Leiters, an dem das Licht in die optische Folie eingekoppelt wird. Es ist aber auch eine Führung des austretenden Lichts an jede andere Stelle denkbar, beispielsweise zu einer Auswerteeinheit.

Es ist denkbar, dass die optisch leitende Folie einen weiteren Lichtwellenleiter an einem dem mindestens einen Ende gegenüberliegenden Ende aufweist. Bevorzugt führt der weitere Lichtwellenleiter das in die optisch leitende Folie eintretende Licht.

Der mit der optisch leitenden Folie verbundene Lichtwellenleiter kann auch mehrere optisch leitende Folien miteinander verbinden. Der elektrische Leiter kann beispielsweise in Abschnitten erhöhter Belastung optisch leitende Folien zur Detektion etwaiger Verletzung der Isolation aufweisen, wobei die einzelnen optisch leitenden Folien mittels Lichtwellenleiter miteinander verbunden sind. Dabei weist die von der Einkopplungsstelle des Lichts am weitesten entfernte optisch leitende Folie bevorzugt einen Lichtwellenleiter zur Rückführung des austretenden Lichts auf.

In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Lichtwellenleiter der mindestens einen optisch leitenden Folie parallel zueinander angeordnet.

Bevorzugt bilden die Lichtwellenleiter der optisch leitenden Folie ein zur Zylinderachse des elektrischen Leiters koaxial angeordnetes Gitter. Dabei ist der Abstand zwischen den einzelnen Lichtwellenleitern bevorzugt maximal so groß, wie der maximale Durchmesser einer durch elastische Verformung der Isolierung verschließbaren Verletzung.

Bevorzugt weist die optisch leitende Folie einen Lichtwellenleiter auf, der das aus den übrigen Lichtwellenleitern der optisch leitenden Folie austretende Licht an einem Ende der Folie bündelt und an das andere Ende der Folie rückführt. Die Enden der optisch leitenden Folie sind dabei die zu den parallelen Lichtwellenleitern senkrecht stehenden Seitenkanten der Folie.

In einer alternativen, bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Lichtwellenleiter der mindestens einen optisch leitenden Folie in einem Gitter angeordnet, dadurch gekennzeichnet, dass Licht innerhalb der mindestens einen optisch leitenden Folie reflektierbar ist.

Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, auf einen Lichtwellenleiter zur Rückführung des austretenden Lichts, beispielsweise zum Eintrittspunkt des Lichts, zu verzichten. Das Licht tritt in die Folie ein, wird reflektiert und tritt am Eintrittsende der Folie aus. Alternativ ist es auch möglich, Licht aus einer weiteren Lichtquelle in die Folie einzukoppeln.

In einer weiteren, bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die mindestens eine optisch leitende Folie mindestens eine Auswerteeinheit und/oder mindestens eine Messeinheit und/oder mindestens eine Lichtquelle auf.

Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist die Auswerteeinheit geeignet, mindestens eine Eigenschaft des aus der optisch leitenden Folie austretenden Lichts vor, nach oder während des Austritts aus der Folie auszuwerten. Dabei kann die Auswerteeinheit die mindestens eine Eigenschaft mit einer Referenzgröße vergleichen. Beispielsweise kann die Auswerteeinheit überprüfen, ob die mindestens eine Eigenschaft einen Sollwert überschreitet. Alternativ oder zusätzlich kann die Auswerteeinheit überprüfen, ob die mindestens eine Eigenschaft einen Sollwert unterschreitet. Die Auswerteeinheit kann also auch überprüfen, ob die mindestens eine Eigenschaft in einem Sollintervall liegt.

Die Lichtquelle ist geeignet, Licht zum Transport innerhalb der optisch leitenden Folie zur Verfügung zu stellen.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein System zur Isolationsüberwachung, aufweisend mindestens ein Stromleitungselement nach einem der Ansprüche 1 - 13, aufweisend eine Lichtquelle, aufweisend eine Einkopplungseinheit zur Einkopplung des Lichts der Lichtquelle in die Lichtwellenleitungseinheit des mindestens einen Stromleitungselements, aufweisend weiter eine Messeinheit zur Messung mindestens einer Austrittseigenschaft des durch die Lichtwellenleitungseinheit transportierten Lichtes, aufweisend weiter eine Auswerteeinheit zur Auswertung der mindestens einen gemessenen Austrittseigenschaft des durch die Lichtwellenleitungseinheit transportierten Lichtes.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Lichtquelle eine Diode, beispielsweise eine Superlumineszenzdiode auf. Die Lichtquelle kann in einer bevorzugten Ausführungsform hinter der Einkopplungseinheit angebracht sein. Lichtquelle und Einkopplungseinheit können alternativ aber auch als eine Einheit ausgeführt sein.

Als Austrittseigenschaft ist jede Eigenschaft geeignet, die eine Detektion von Änderungen der Lichtausbreitung innerhalb der Lichtwellenleitungseinheit ermöglicht. Bevorzugt ist die Austrittseigenschaft zuverlässig und einfach mit genügend hoher Messgenauigkeit messbar. Eine Austrittseigenschaft ist beispielsweise die Intensität des aus der Lichtwellenleitungseinheit austretenden Lichts. Dabei ist die Austrittseigenschaft die Eigenschaft, die das Licht unmittelbar vor, während oder unmittelbar nach dem Austritt aus der Lichtwellenleitungseinheit aufweist.

Die Messeinheit ist beispielsweise geeignet, die Intensität des aus der Lichtwellenleitungseinheit austretenden Lichts zu messen. Die Messeinheit weist bevorzugt eine Photodiode auf. Die Auswerteeinheit kann in einer bevorzugten Ausführungsform hinter die Messeinheit geschaltet sein. Messeinheit und Auswerteeinheit können alternativ aber auch als eine Einheit ausgeführt sein.

Bevorzugt sind Auswerteeinheit, Messeinheit, Einkopplungseinheit und Lichtquelle an demselben Abschnitt des elektrischen Leiters angeordnet.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Isolationsüberwachung eines Stromleitungselements mittels eines Systems nach Anspruch 14,
wobei in einem ersten Schritt Licht der Lichtquelle in die Lichtwellenleitungseinheit eingekoppelt wird, wobei in einem zweiten Schritt mindestens eine Austrittseigenschaft des Lichtes bei Austritt aus der Lichtwellenleitungseinheit mittels der Messvorrichtung zur Messung des durch die Lichtwellenleitungseinheit transportierten Lichtes gemessen wird und wobei in einem dritten Schritt mindestens eine Austrittseigenschaft mittels der Auswerteeinheit ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Abweichung der mindestens einen Austrittseigenschaft von einem Referenzwert eine Fehlstelle der Isolierung des Stromleitungselements detektiert wird.

Im Sinne der vorliegenden Erfindung beinhaltet die Feststellung der Abweichung der mindestens einen, gemessenen Austrittseigenschaft mit einem Referenzwert sowohl die Uberprüfung, ob die Austrittseigenschaft einen Sollwert überschreitet als auch, alternativ oder zusätzlich die Überprüfung, ob die Austrittseigenschaft einen Sollwert unterschreitet.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den wesentlichen Erfindungsgedanken nicht einschränken.

  • 1 illustriert schematisch ein System zur Isolationsüberwachung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 2 illustriert schematisch ein System zur Isolationsüberwachung gemäß einer alternativen, bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 3 illustriert schematisch ein System zur Isolationsüberwachung gemäß einer alternativen, bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 4 illustriert schematisch ein System zur Isolationsüberwachung gemäß einer alternativen, bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.

In 1 ist ein System zur Isolationsüberwachung 1 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das System zur Isolationsüberwachung 1 weist ein Stromleitungselement 2 auf. Das Stromleitungselement 2 ist beispielsweise ein Ladekabel zum Aufladen einer Energiespeichereinheit eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs. Das Stromleitungselement 2 weist ein erstes Ende 3a und ein zweites Ende 3b auf. An dem zweiten Ende 3b weist das Stromleitungselement 2 einen Stecker 4, beispielsweise einen CCS-Stecker, auf. An dem ersten Ende 3a weist das Stromleitungselement 2 eine Einkopplungseinheit 5 und eine mit der Einkopplungseinheit 5 verbundene Lichtquelle 6 beispielsweise in Form einer Superlumineszenzdiode auf. Alternativ kann die Einkopplungseinheit an jeden beliebigen Abschnitt des Stromleitungselements 2 angeordnet sein, der dafür geeignet erscheint, beispielsweise in der Ladestation direkt angeordnet ist etc.

Die Einkopplungseinheit 5 ist mit einem ersten Ende eines Lichtwellenleiters 7 verbunden. Das von der Lichtquelle 6 ausgestrahlte Licht wird mittels der Einkopplungseinheit 5 in den Lichtwellenleiter 7 eingekoppelt. Das Stromleitungselement 2 weist weiter einen elektrischen Leiter 8 auf. Beispielsweise weist der elektrische Leiter Versorgungs- und Signalleitungen auf.

Der Lichtwellenleiter 7 ist spiralförmig um den elektrischen Leiter 8 gewickelt und versieht den elektrischen Leiter 8 so mit einer eng gewickelten Helix. Die Bewicklung erfolgt in eine Richtung, von dem ersten Ende 3a zum zweiten Ende 3b des Stromleitungselements 2. Die Bewicklung umschließt Lichtwellenleiter 7 bevorzugt dicht, d.h. derart, dass benachbarte Teilabschnitte 9a, 9b des Lichtwellenleiters 7 einander berühren. Koaxial ist die Bewicklung mit einem Isolierstoffmantel 11 umgeben.

Durch die enge Bewicklung wird der elektrische Leiter 8 vorteilhaft mit einem engen Raster zur Detektion von Verletzungen der Isolierung des elektrischen Leiters 8 versehen. Dabei ist ein erstes Ende 10a des Lichtwellenleiters mit der Einkopplungseinheit 5 verbunden. Das erste Ende 10a ist bevorzugt mit einer Messeinheit 12 verbunden. Die Messeinheit 12 kann beispielsweise als Photodiode ausgeführt sein. Eine Auswerteeinheit 13 ist hinter die Messeinheit 12 geschaltet.

Ein zweites Ende 10b des Lichtwellenleiters endet im Stecker 4 des Stromleitungselements 2. Das zweite Ende 10b ist reflektierend ausgeführt. Beispielsweise weist das zweite Ende 10b ein Faser-Bragg-Gitter auf.

Die Lichtquelle 6 sendet Licht aus, das mittels der Einkopplungseinheit 5 in den Lichtwellenleiter 7 eingekoppelt wird. Das Licht breitet sich entlang des Lichtwellenleiters 7 aus, wird an dessen zweitem Ende 10b reflektiert und tritt am ersten Ende 10a des Lichtwellenleiters 7 aus diesem aus und in die Messeinheit 12 ein. Die Messeinheit 12, beispielsweise eine Photodiode, ist geeignet, mindestens eine Eigenschaft des aus dem Lichtwellenleiter 7 austretenden Lichts zu messen. Beispielsweise kann die Intensität des austretenden Lichts gemessen werden. Die mit der Messeinheit 12 verbundene Auswerteeinheit 13 vergleicht den Messwert bevorzugt mit einem vorgegebenen Referenzintervall. Alternativ kann die Auswerteeinheit 13 den Messwert mit einem vorgegebenen Schwellenwert vergleichen. Weist die Isolierung 14 des Stromleitungselements 2, aufweisend den Lichtwellenleiter 7 und einen Isolierstoffmantel 11, eine Verletzung auf, wird die Lichtausbreitung im Lichtwellenleiter 7 gestört. Beispielsweise führen Einschnitte oder Risse im Lichtwellenleiter 7 zu Abweichungen im Reflexionsverhalten des im Lichtwellenleiter 7 transportierten Lichts. Das Licht wird an der Verletzung der Isolierung, beispielsweise dem Einschnitt oder dem Riss, gestreut. Die Intensität des am ersten Ende 10a austretenden Lichts wird durch einen derartigen Einschnitt oder Riss in der Isolierung 14 des Stromleitungselements 2 verringert. Der Messwert, nämlich die gemessene Intensität, fällt unter einen Schwellenwert. Dies wird durch die Auswerteeinheit 13 detektiert. Die Auswerteeinheit 13 ist geeignet, mittels Signal die Detektion einer Fehlstelle in der Isolierung 14 des Stromleitungselements 2 anzuzeigen.

Einkopplungseinheit 5, Lichtquelle 6, Messeinheit 12 und Auswerteeinheit 13 sind bevorzugt in einem Gehäuse angeordnet. Das Gehäuse kann an einem geeigneten Abschnitt des Stromleitungselements 2 angeordnet sein. Beispielsweise kann das Gehäuse an einem ersten Ende 3a des Stromleitungselements 2 angeordnet sein. Es ist aber auch denkbar, dass das Gehäuse mit Einkopplungseinheit 5, Lichtquelle 6, Messeinheit 12 und Auswerteeinheit 13 am zweiten Ende 3b des Stromleitungselements 2 im Stecker 4 angebracht ist. Entsprechend ist dann das erste Ende 10a des Lichtwellenleiters 7 reflektierend ausgeführt und Einkopplungseinheit 5 und Messeinheit 12 sind mit dem zweiten Ende 10b des Lichtwellenleiters 7 verbunden.

In 2 ist schematisch ein System zur Isolationsüberwachung 1 gemäß einer alternativen, bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Wie in 1 weist das System zur Isolationsüberwachung 1 ein Stromleitungselement 2 auf. Das Stromleitungselement 2 ist beispielsweise ein Ladekabel zum Aufladen einer Energiespeichereinheit eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs. Das Stromleitungselement 2 weist ein erstes Ende 3a und ein zweites Ende 3b auf. An dem zweiten Ende 3b weist das Stromleitungselement 2 einen Stecker 4, beispielsweise einen CCS-Stecker, auf. An dem ersten Ende 3a weist das Stromleitungselement 2 eine Einkopplungseinheit 5 und eine mit der Einkopplungseinheit 5 verbundene Lichtquelle 6 beispielsweise in Form einer Superlumineszenzdiode auf. Alternativ kann die Einkopplungseinheit an jeden beliebigen Abschnitt des Stromleitungselements 2 angeordnet sein, der dafür geeignet erscheint, beispielsweise in der Ladestation angeordnet ist etc.

Die Einkopplungseinheit 5 ist mit einem ersten Ende eines Lichtwellenleiters 7 verbunden. Das von der Lichtquelle 6 ausgestrahlte Licht wird mittels der Einkopplungseinheit 5 in den Lichtwellenleiter 7 eingekoppelt. Das Stromleitungselement 2 weist weiter einen elektrischen Leiter 8 auf. Beispielsweise weist der elektrische Leiter Versorgungs- und Signalleitungen auf.

Der Lichtwellenleiter 7 ist spiralförmig um den elektrischen Leiter 8 gewickelt. Dabei weist die Bewicklung mit dem Lichtwellenleiter 7 eine erste spiralförmige Bewicklung vom ersten Ende 3a zum zweiten Ende 3b auf und eine zweite, mit der ersten gekreuzten spiralförmige Bewicklung vom zweiten Ende 3b zum ersten Ende 3a auf. Dabei bilden Hinwicklung 15 und Rückwicklung 16 bevorzugt ein enges Gitter um den elektrischen Leiter 7. Am Übergang von Hinwicklung 15 zur Rückwicklung 16 weist der Lichtwellenleiter 7 eine Schlaufe 17 auf. Die Schlaufe 17 ermöglicht den Übergang von dem Wicklungswinkel der Hinwicklung 15 zum Wicklungswinkel der Rückwicklung 16. Der elektrische Leiter 8 weist also ein eng gewickeltes Gitter aus zwei gekreuzten Helizes auf.

Die Rückwicklung 16 führt vorteilhaft den Lichtwellenleiter 7 wieder zum ersten Ende 3a des Stromleitungselements 2 zurück. Das heißt, die beiden Enden 10a, 10b sind an einem Ende 3a des Stromleitungselements 2 angeordnet. Hierdurch entfällt vorteilhaft die Ausführung eines Endes 10 des Lichtwellenleiters 7 als reflektierendes Ende, beispielsweise durch Einschreiben eines Faser-Bragg-Gitters. Die Messeinheit 12 ist mit dem zweiten Ende 10b des Lichtwellenleiters 7 verbunden. Der Messeinheit 12 ist eine Auswerteeinheit 13 nachgeschaltet.

Die Lichtquelle 6 sendet Licht aus, das mittels der Einkopplungseinheit 5 am ersten Ende 10a in den Lichtwellenleiter 7 eingekoppelt wird. Das Licht breitet sich entlang des Lichtwellenleiters 7 aus und tritt am zweiten Ende 10b des Lichtwellenleiters 7 aus diesem aus und in die Messeinheit 12 ein. Dabei legt das Licht die Strecke zwischen erstem Ende 3a und zweitem Ende 3b des Stromleitungselements 2 zweimal zurück. Die Messeinheit 12, beispielsweise eine Photodiode, ist geeignet, mindestens eine Eigenschaft des aus dem Lichtwellenleiter 7 austretenden Lichts zu messen. Beispielsweise kann die Intensität des austretenden Lichts gemessen werden. Die mit der Messeinheit 12 verbundene Auswerteeinheit 13 vergleicht den Messwert bevorzugt mit einem vorgegebenen Referenzintervall. Alternativ kann die Auswerteeinheit 13 den Messwert mit einem vorgegebenen Schwellenwert vergleichen. Weist die Isolierung 14 des Stromleitungselements 2, aufweisend den Lichtwellenleiter 7 und einen Isolierstoffmantel 11, eine Verletzung auf, wird die Lichtausbreitung im Lichtwellenleiter 7 gestört. Beispielsweise führen Einschnitte oder Risse im Lichtwellenleiter 7 zu Abweichungen im Reflexionsverhalten des im Lichtwellenleiter 7 transportierten Lichts. Das Licht wird an der Verletzung der Isolierung, beispielsweise dem Einschnitt oder dem Riss, gestreut. Die Intensität des am zweiten Ende 10b austretenden Lichts wird durch einen derartigen Einschnitt oder Riss in der Isolierung 14 des Stromleitungselements 2 verringert. Der Messwert, nämlich die gemessene Intensität, fällt unter einen Schwellenwert. Dies wird durch die Auswerteeinheit 13 detektiert. Die Auswerteeinheit 13 ist geeignet, mittels Signal die Detektion einer Fehlstelle in der Isolierung 14 des Stromleitungselements 2 anzuzeigen.

Die beiden Enden 10a, 10b des Lichtwellenleiters 7 können im selben Abschnitt des Stromleitungselements 2 dicht nebeneinander angeordnet sein. In diesem Fall ist es vorteilhaft möglich, Einkopplungseinheit 5, Lichtquelle 6, Messeinheit 12 und Auswerteeinheit 13 in einem Gehäuse anzuordnen.

In 3 ist schematisch ein System zur Isolationsüberwachung 1 gemäß einer alternativen, bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das System zur Isolationsüberwachung 1 weist ein Stromleitungselement 2 auf. Das Stromleitungselement 2 ist beispielsweise ein Ladekabel zum Aufladen einer Energiespeichereinheit eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs. Das Stromleitungselement 2 weist ein erstes Ende 3a und ein zweites Ende 3b auf. An dem zweiten Ende 3b weist das Stromleitungselement 2 einen Stecker 4, beispielsweise einen CCS-Stecker, auf. An dem ersten Ende 3a weist das Stromleitungselement 2 eine Einkopplungseinheit 5 und eine mit der Einkopplungseinheit 5 verbundene Lichtquelle 6 beispielsweise in Form einer Superlumineszenzdiode auf. Alternativ kann die Einkopplungseinheit an jeden beliebigen Abschnitt des Stromleitungselements 2 angeordnet sein, der dafür geeignet erscheint, beispielsweise in der Ladestation angeordnet ist etc.

Die Einkopplungseinheit 5 ist mit einem ersten Ende 20a einer optisch leitenden Folie 18 verbunden. Bevorzugt ist die optisch leitende Folie biegsam ausgeführt und weist eine Mehrzahl an Lichtwellenleitern 19 auf.

Das von der Lichtquelle 6 ausgestrahlte Licht wird mittels der Einkopplungseinheit 5 am ersten Ende 20a in die optisch leitende Folie 18 eingekoppelt. Das Stromleitungselement 2 weist weiter einen elektrischen Leiter 8 auf. Beispielsweise weist der elektrische Leiter Versorgungs- und Signalleitungen auf.

Die optisch leitende Folie 18 ist koaxial um den elektrischen Leiter 8 angeordnet. Die optisch leitende Folie 18 bildet einen unmittelbar auf dem elektrischen Leiter angeordneten und diesen umgebenden Zylinder. Die optisch leitende Folie 18 weist bevorzugt Lichtwellenleiter 19 auf. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Lichtwellenleiter 19 parallel zueinander auf der Folie 18 angeordnet. Bevorzugt beträgt der Abstand zwischen den Lichtwellenleitern 19 0,5 mm oder weniger. Hierdurch können Risse und Verletzungen in der Isolierung 14 detektiert werden, die größer als 0,5 mm sind. Verletzungen und Risse, die kleiner als 0,5 mm sind, können durch elastische Verformungen des Isoliermaterials geschlossen werden.

An einem zweiten Ende 20b weist die optisch leitende Folie 18 einen Lichtwellenleiter 21 auf. Der Lichtwellenleiter 21 bündelt das aus der optisch leitenden Folie 18 austretende Licht. In einer bevorzugten Ausführungsform befindet sich das zweite Ende 20b der optisch leitenden Folie 18 am zweiten Ende 3b des Stromleitungselements 2. Der Lichtwellenleiter 21 führt vom zweiten Ende 3b zum ersten Ende 3a des Stromleitungselements 2. Die Messeinheit 12 ist mit dem Lichtwellenleiter 21 verbunden. Der Messeinheit 12 ist eine Auswerteeinheit 13 nachgeschaltet.

Die Lichtquelle 6 sendet Licht aus, das mittels der Einkopplungseinheit 5 am ersten Ende 20a in die optisch leitende Folie eingekoppelt wird. Das Licht breitet sich entlang der Lichtwellenleiter 19 in der optisch leitenden Folie 18 aus und tritt am zweiten Ende 20b der optisch leitenden Folie 18 aus dieser aus. Das Licht wird am zweiten Ende 20b in einem Lichtwellenleiter 21 gebündelt und zum ersten Ende 3a zurückgeführt. Hier tritt das Licht aus dem Lichtwellenleiter 21 aus und in die Messeinheit 12 ein. Dabei legt das Licht die Strecke zwischen erstem Ende 3a und zweitem Ende 3b des Stromleitungselements 2 zweimal zurück. Die Messeinheit 12, beispielsweise eine Photodiode, ist geeignet, mindestens eine Eigenschaft des aus dem Lichtwellenleiter 7 austretenden Lichts zu messen. Beispielsweise kann die Intensität des austretenden Lichts gemessen werden. Die mit der Messeinheit 12 verbundene Auswerteeinheit 13 vergleicht den Messwert bevorzugt mit einem vorgegebenen Referenzintervall. Alternativ kann die Auswerteeinheit 13 den Messwert mit einem vorgegebenen Schwellenwert vergleichen. Weist die Isolierung 14 des Stromleitungselements 2, aufweisend die optisch leitende Folie 18 und einen Isolierstoffmantel 11, eine Verletzung auf, wird die Lichtausbreitung im Lichtwellenleiter 7 gestört. Beispielsweise führen Einschnitte oder Risse in der optisch leitenden Folie 18 zu Abweichungen im Reflexionsverhalten des in der optisch leitenden Folie 18 transportierten Lichts. Das Licht wird an der Verletzung der Isolierung, beispielsweise dem Einschnitt oder dem Riss, gestreut. Die Intensität des am zweiten Ende 10b austretenden Lichts wird durch einen derartigen Einschnitt oder Riss in der Isolierung 14 des Stromleitungselements 2 verringert. Der Messwert, nämlich die gemessene Intensität, fällt unter einen Schwellenwert. Dies wird durch die Auswerteeinheit 13 detektiert. Die Auswerteeinheit 13 ist geeignet, mittels Signal die Detektion einer Fehlstelle in der Isolierung 14 des Stromleitungselements 2 anzuzeigen. In einer alternativen Ausführungsform können die Lichtwellenleiter 19 in einem Gitter auf der optisch leitenden Folie 18 angeordnet sein, siehe 4. Das Licht wird dann innerhalb der optisch leitenden Folie 18 reflektiert. Eine Bündelung und Rückführung des Lichts vom zweiten Ende 20b der optisch leitenden Folie 18 zum ersten Ende der optisch leitenden Folie 18 ist dann nicht notwendig. Das Licht wird am ersten Ende 20a in die Folie 18 eingekoppelt und tritt auch am ersten Ende 20a aus der Folie 18 aus. In dieser bevorzugten Ausführungsform ist die Messeinheit 12 mit dem zweiten Ende 20b der optisch leitenden Folie 18 verbunden. Die Auswerteeinheit 13 ist der Messeinheit 12 beispielsweise nachgeschaltet. Die Dichte und Größe der Gittermaschen bestimmt dabei die Größe der Fehlstellen der Isolierung 14, die minimal detektierbar ist. Einkopplungseinheit 5, Lichtquelle 6, Messeinheit 12 und Auswerteeinheit 13 können in einem Gehäuse angeordnet werden. In einer alternativen Ausführungsform sind die Einkopplungseinheit 5, die Lichtquelle 6, die Messeinheit 12 und die Auswerteeinheit 13 in die optische Folie 18 integriert. Es ist hierdurch vorteilhaft möglich nur noch das ausgewertete Signal aus der optischen Folie 18 herauszuführen. In einer weiteren, alternativen Ausführungsform ist nur mindestens eine der Komponenten Einkopplungseinheit 5, Lichtquelle 6, Messeinheit 12 und Auswerteeinheit 13 in die optische Folie 18 integriert, während die übrigen Komponenten außerhalb der optischen Folie verbleiben.