DE1240968B - Koaxialkabel und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents
Koaxialkabel und Verfahren zu dessen HerstellungInfo
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Description
DEUTSCHES
VMWWi·
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Deutsche Kl.: 21 c - 5/03
Nummer: 1240 968
Aktenzeichen: B 52739 VIII d/21 c
1 240 968 Anmeldetag: 6.April 1959
Auslegetag: 24. Mai 1967
Die Erfindung betrifft ein Koaxialkabel mit einem elektrisch unisolierten Innenleiter, einem elektrisch
leitfähigen Mantel und als Abstandshalter zwischen Innenleiter und Mantel angeordneten elektrisch isolierenden
Rohren und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Derartige Koaxialkabel werden insbesondere
als Hochspannungs- und Hochfrequenzkabel, als verlustarme Fernsprechkabel und für andere elektrische
Anwendungsgebiete verwendet. Dabei stehen niedrige Kapazität und niedrige Verluste dieser Kabel
im Vordergrund.
HF-Kabel koaxialer Art sind bereits bekannt. Sie bestehen im wesentlichen aus einem elektrisch unisolierten
Innenleiter, einem elektrisch leitfähigen Mantel um diesen Innenleiter und aus Abstandshaltern,
die den Mantel vom Innenleiter elektrisch isoliert fernhalten. Die zwischen beide Leiter eingesetzten
Abstandshalter üben hinsichtlich ihrer elektrischen Eigenschaften einen beträchtlichen Einfluß
auf die elektrischen Eigenschaften des Koaxialkabels aus. Es ist daher erforderlich, die Leiter derart
gegeneinander abzustützen, daß sich unter gleichzeitiger Aufrechterhaltung der optimalen elektrischen
Eigenschaften der Innenleiter in jedem Fall auch bei Verbiegen des Kabels möglichst konzentrisch im
Mantel befindet. Im allgemeinen wird eine niedrige Dielektrizitätskonstante (DK) der Abstandshalter angestrebt.
Die kleinste erreichbare DK ist bei Luft gegeben. Da Luft jedoch nicht als Abstandshalter geeignet
ist, müssen zusätzliche Vorrichtungen verwendet werden, deren DK etwas größer als die DK von
Luft ist.
Es ist bereits bekannt, zwischen dem Innenleiter und dem elektrisch leitfähigen Mantel Rohre aus
dielektrischem Material mit kleiner DK einzusetzen und diese insbesondere wendelförmig um den Innenleiter
zu führen. Dabei ist es auch bekannt, derartige abstandhaltende Rohre leicht, und zwar elliptisch zu
verformen. Dabei liegen die abgeflachten Teile der elliptisch verformten Rohre am Innenleiter an, so
daß infolge des flächenhaften Kontaktes der Übergangswiderstand vermindert ist.
Andererseits ist es bekannt, die Rohre als sogenannte Wellenrohre auszubilden, die mit nur geringen
Anlageflächen am Innenleiter anliegen. Der Nachteil derartiger bekannter Vorrichtungen besteht
darin, daß zwischen dem Innenleiter und dem elektrisch leitfähigen Mantel ein unmittelbarer Luftübertritt
besteht, der insbesondere bei Hochspannung durch elektrische Sprühbildung zu einer Verschlechterung
der elektrischen Eigenschaften des Koaxialkabels führt. Zur Beseitigung dieses Nachteils hat
Koaxialkabel und Verfahren zu dessen
Herstellung
Herstellung
Anmelder:
Lewis A. Bondon,
Upper Montclair, N. J. (V. St. A.)
Vertreter:
Dr.-Ing. R. Poschenrieder, Patentanwalt,
München 8, Lucile-Grahn-Str. 38
München 8, Lucile-Grahn-Str. 38
Als Erfinder benannt:
Lewis A. Bondon,
Upper Montclair, N. J. (V. St. A.)
Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 23. April 1958
man zwischen die als gewellte Rohre ausgebildeten Abstandshalter und den elektrisch leitfähigen Mantel
eine zusätzliche Bandage aus Isoliermaterial eingefügt. Das Herstellungsverfahren eines derartigen
Koaxialkabels ist allerdings relativ umständlich, so daß die Herstellungskosten eines solchen Kabels unerwünscht
hoch sind. Außerdem weisen derartige Kabel den Nachteil auf, daß sich der Innenleiter
beim Verbiegen des Kabels aus seiner konzentrischen Lage verschiebt und die Kabelübertragungseigenschaften
verändert werden.
Bei der Konstruktion von Koaxialkabeln stehen sich zwei Lösungsmöglichkeiten im Wege. Einerseits
ist eine Abstandshaltung mit niedriger DK, wie beispielsweise durch Luft, empfehlenswert, andererseits
führt eine Luftüberbrückung zwischen Innenleiter und Außenmantel zu unerwünschten Verlusten. Es ist
daher einerseits nicht empfehlenswert, den Zwischenraum zwischen dem Innenleiter und dem äußeren
Mantel vollständig durch dielektrisches Material auszufüllen, und es ist andererseits nicht empfehlenswert,
nur so wenig Abstandshaltermaterial einzufügen, daß große Strecken zwischen dem Innenleiter und dem
Außenmantel durch Luft überbrückt werden. So sind bisher Versuche zur Lösung dieser Aufgabe gescheitert,
bei denen als Abstandshaltermaterial Kügelchen aus Glas oder keramischem Material in Ab-
709 587/414
ständen voneinander zwischen Innenleiter und Außenleiter angeordnet waren. Auch spiralförmige,
keilartige Träger führen nicht zur erfolgreichen Lösung dieser Aufgabe. Dabei ist zu berücksichtigen,
daß bei Verbiegungen des Koaxialkabels derartige Elemente zu einer räumlichen Verschiebung des
Innenleiters aus der konzentrischen Lage führen, die ebenfalls außerordentlich unerwünscht ist. Die Kügelchen
zerbrechen leicht, wenn das Kabel an falscher Stelle gekrümmt wird. Abstandshalter, bei denen die
einzelnen Segmente in periodischen Abständen entlang dem Kabel angeordnet sind, neigen außerdem
zu unerwünschten Frequenzempfindlichkeiten, indem beispielsweise Resonanzerscheinungen hervorgerufen
werden, die die Übertragungseigenschaften des Koaxialkabels weitgehend verschlechtern.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile auf einfache Weise zu vermeiden und
ein Koaxialkabel herzustellen, das sich durch einen geringen Isoliermittelaufwand, eine hohe zulässige
Betriebsspannung, einen zuverlässig konzentrisch gehaltenen Innenleiter und durch konstante Übertragungseigenschaften
auszeichnet. Das Herstellungsverfahren soll einfach sein, so daß die Herstellungskosten
gering gehalten werden können.
Erfindungsgemäß wird von einer Reihe von Einzelmerkmalen Gebrauch gemacht, die erst in ihrer
Kombination zu einer außerordentlich einfachen und dennoch sehr erfolgreichen Lösung der der Erfindung
zugrunde liegenden Aufgabe beitragen. So zeichnet sich die Erfindung durch die Kombination folgender
Merkmale aus:
a) der Außendurchmesser der Isolierrohre ist im nicht eingebauten Zustand größer als die Diffe- 3g
renz des Außenradius des Innenleiters und des Innenradius des Mantels;
b) die benachbarten Isolierrohre berühren sich unter Verhinderung eines Luftspaltes zwischen
Innenleiter und Mantel;
c) die Isolierrohre sind derart deformiert, daß sie am Innenleiter im wesentlichen noch linienförmig
anliegen und die gesamte Anordnung durch Reibungskräfte konzentrisch im Mantel festhalten.
Es werden also an sich bekannte, als Abstandshalter dienende Isolierrohre verwendet. Ihre Anordnung
innerhalb des Koaxialkabels erfolgt jedoch in einer derartigen Weise, daß die obengenannten Nachteile
der bekannten Koaxialkabel vermieden werden. Der elektrische Widerstand zwischen Innen- und
Außenleiter ist verhältnismäßig hoch, so daß die Verluste sehr weit herabgesetzt werden können. Dadurch,
daß sich die benachbarten Isolierrohre berühren, ist außerdem vermieden, daß ein unmittelbarer Luftspalt
zwischen dem Innenleiter und dem äußeren Mantel vorhanden ist, der zu Koronaverlusten oder anderen
unerwünschten Verlusteffekten führen könnte. Infolge der elastischen Verformbarkeit der Isolierrohre ergibt
sich ein flächiger Kontakt zwischen den benachbarten Isolierrohren von selbst. Dieser ist höchst vorteilhaft,
da er die Abstützung des Mittelleiters verstärkt, so daß dieser bei Verbiegungen des Kabels
praktisch nicht aus der Mittellage verschoben und die Übertragungseigenschaften nicht verändert werden.
Dazu ist es zweckmäßig, Isolierrohre gleichen Weichheitsgrades und gleicher Ursprungsabmessungen zu
verwenden. Eine Wendelung der Isolierrohre um den IrmenIeiter unterstützt diese Wirkung noch mehr.
Schließlich wird durch diese einfache Kombination nicht nur von außerordentlich einfachen Einzelelementen
Gebrauch gemacht; diese sind auch in einfacher Weise gemäß einer weiteren Ausbildung der
Erfindung zu dem neuen Koaxialkabel zusammenfügbar.
Gemäß dem Verfahren nach der Erfindung werden der Innenleiter und die Isolierrohre in der endgültigen
gegenseitigen Lage durch einen Ziehring in den Mantel eingezogen, wobei der Ziehring einen dem
Mantelinnendurchmesser entsprechenden Austrittsinnendurchmesser aufweist. Dabei erfolgt bereits im
Ziehring die Deformierung der Isolierrohre in der gewünschten Weise. In einer anderen Ausbildung dieses
Verfahrens werden der Innenleiter und die Isolierrohre in ihrer gegenseitig definierten, im wesentlichen
endgültigen Lage in den Mantel eingezogen und der Manteldurchmesser erst anschließend derart
verkleinert, daß sich die Rohre in der beanspruchten Weise deformieren.
Der elektrisch leitfähige Mantel kann aus einem Metall, aus organischem oder aus einem sonstigen
halbstarren Material bestehen, das elektrisch leitfähig gemacht ist. Bei der Verminderung des Manteldurchmessers
wird dafür Sorge getragen, daß die Isolierrohre und der Innenleiter im harten Mantel unbeweglich
festgehalten werden. Bei der Herstellung kann auf bekannte Kabelmaschinen und Rohrzugsapparate
zurückgegriffen werden, so daß die Herstellungskosten außerordentlich gering sind.
An Hand der F i g. 1 bis 5 sind besonders vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt einen perspektivischen Ausschnitt eines Koaxialkabels nach der Erfindung;
F i g. 2 stellt einen Schnitt des in der F i g. 1 dargestellten Kabels nach der Linie 2-2 dar;
F i g. 3 zeigt eine Querschnittsansicht des in den F i g. 1 und 2 dargestellten Koaxialkabels, wie es im
Laufe des Herstellungsverfahrens aussehen würde; in
F i g. 4 a ist schematisch dargestellt, wie die Elemente des Koaxialkabels gemäß F i g. 1 montiert
werden;
Fi g. 4b zeigt einen Querschnitt von Gesenken, die beim Montieren des Koaxialkabels gemäß F i g. 1 verwendet
werden können;
Fig. 5 stellt eine Variante des neuen Koaxialkabels dar.
Gemäß Fig. 1 weist das Koaxialkabel einen Außenmantel 12 aus elektrisch leitfähigem Material,
z. B. aus Aluminium oder einer Kupferlegierung, auf. Selbstverständlich können auch andere Stoffe für den
Mantel 12 verwendet werden. Vorzuziehen ist ein Material hoher elektrischer Leitfähigkeit, das ohne
Verlust der vorteilhaften elektrischen und mechanischen Eigenschaften gebogen und geformt werden
kann. Der Mantel 12 braucht nicht unbedingt ein Rohr darzustellen. Er kann beispielsweise auch als
gewundene armierte Hülle ausgebildet sein oder aus einem Drahtgeflecht von runden bzw. flachen Drähten
bestehen.
Der Innenleiter 13 liegt konzentrisch im Mantel 12 und kann aus Kupfer oder einem anderen elektrisch
leitfähigen Material, wie Aluminium, bestehen. Nach F i g. 1 ist der Innenleiter 13 massiv ausgebildet. Der
Innenleiter 13 kann jedoch auch hohl sein, um beispielsweise den Materialbedarf oder das Gewicht zu
vermindern. Der Innenleiter 13 ist mit Hilfe der Isolierrohre 14 im Mantel 12 fest verankert. In Fig. 1
ist die Rohrwandung 15 verhältnismäßig dünn, so daß der Raum zwischen dem Innenleiter 13 und dem
Außenmantel 12 in erster Linie mit Luft oder mit einem anderen in den Außenmantel eingefügten Gas
ausgefüllt ist. Wie bereits erwähnt, ist die Verwendung von Luft als Dielektrikum im Hauptteil des
Raumes zwischen dem Innenleiter 13 und dem Mantel 12 sehr wünschenswert, um für die Übertragung
von Hochfrequenzenergie ein Koaxialkabel mit optimalen elektrischen Eigenschaften zu schaffen. Da
das neue Koaxialkabel nicht auf die Verwendung zur Übertragung von Hochfrequenzenergie beschränkt
ist, ist in manchen Fällen die Verwendung von Gas oder Luft im Hauptteil des Raumes zwischen dem
Innenleiter 13 und dem Mantel 12 sogar unerwünscht. Dann sind die Isolierrohre 14 oder das gesamte
Kabel innerhalb des Mantels 12 mit einem anderen Fluidum, z. B. einer Flüssigkeit, ausgefüllt,
die für Kühlzwecke benutzt werden kann.
Die Isolierrohre 14 im Mantel 12 sind ursrpüng-Iich rund, sie werden zusammen mit dem Innenleiter
13 in den Mantel 12 eingefügt und gewaltsam zu der
Koaxialkabel mit Luftdielektrikum besitzen zwischen dem Innen- und Außenleiter einen direkten Luftdurchlaß.
Demgegenüber bedeutet diese neue Ausbildung hinsichtlich der Spannungssicherheitswerte eine
wesentliche Verbesserung in der Größenordnung von 20%.
Wie bereits erwähnt, ist es im allgemeinen wünschenswert, die Menge vom festen Dielektrikum im
Raum zwischen dem Innenleiter 13 und dem Außenmantel 12 auf ein Mindestmaß zu reduzieren. Es ist
jedoch besonders wichtig, das feste Dielektrikum, das an irgendeinem Punkt mit dem Innenleiter in Berührung
kommt, auf ein Mindestmaß zu reduzieren. Die Form der F i g. 1 und 2 erfüllt diese Bedingung in
sehr wirksamer Weise dank der Tatsache, daß der Kontakt zwischen den Isolierrohren 14 und dem
Innenleiter 13 einen linienförmigen und keinen flächigen Kontakt mit sechs Linien in jeder Ebene
des Kabelquerschnittes bildet.
Beim Verbiegen des Kabels ist es kaum oder überhaupt nicht möglich, daß der Innenleiter 13 aus
seiner Mittellage im Mantel 12 verdrängt wird. Falls er vorübergehend durch das Auftrommeln aus seiner
Mittellage leicht verdrängt würde, hat er selbst die
Form nach F i g. 2 verformt. Für den Begriff »Rohr« 25 Neigung, zur Mittellage zurückzukehren, wenn das
sollen sowohl gefüllte wie ungefüllte Rohre und langgestreckte Stangen verstanden werden, ob sie hohl
sind oder nicht. Beispielsweise können zellenartige Stangen aus geschäumtem Kunststoff oder elastischem
Material, wie Schaumgummi, geschäumte Polyäthylene und Polyurethane verwendet werden.
Bei der Herstellung der oben beschriebenen Gegenstände kann man Isolierrohre aus Polyäthylen oder
aus Teflon verwenden. Sie sollen eine möglichst kleine DK und eine ausreichende elastische Steifigkeit aufweisen.
Wie oben erwähnt, können die Rohre 14 entweder, wie im allgemeinen für die Übertragung von
Hochfrequenzenergie, hohl oder auch massiv sein. Unter den bekannten Isolierstoffen zeichnen sich
Kabel wieder geradlinig liegt. Die relative Längsbewegung zwischen den Innen- und Außenleitern wird
immer auf ein Minimum beschränkt. Wenn man für die in den F i g. 1 und 2 gezeigte Form einen Mantel
aus Metall, z. B. aus Aluminium, verwendet, hat das Kabel einen sehr hohen Widerstand gegen mechanische
Kräfte, die von außen auf das Kabel einwirken können.
Das Kabel nach der Erfindung kann leicht ohne die Notwendigkeit besonderer Vorbereitung oder der
Verwendung besonderer Werkzeuge geschnitten und gehandhabt werden, wenn der Außenmantel entfernt
werden soll.
Die F i g. 3, 4 a und 4 b zeigen für das Koaxialkabel
Natur- oder Kunstgummi, Neopren oder die Kopoly- 40 der Erfindung ein besonders vorteilhaftes Montier-
mere von Butadien und Styren, Acrylnitrile, Polyisobutylen, Isopren, Polystyren und Vinylverbindungen,
wie die Polymere und Kopolymere von Vinylchlorid, Vinylazetat und Vinyliden aus. Außerdem
können die Rohre aus verstärktem Material, z. B. aus Glasgespinst, hergestellt werden, das mit
irgendwelchen der obengenannten Materialien unter Zusatz von Siliconen, d. h. einer polymeren organischen
Verbindung, die die Gruppe Si—O—Si—O enthält, imprägniert oder verstärkt wird.
Wenn das Kabel nach F i g. 1 für einen 50ohmigen Wellenwiderstand bestimmt ist, so kann man ein
Kabel mit einem Nominalaußendurchmesser von 9,5 mm herstellen, das eine Nenngrenzfrequenz von
verfahren. Die hier dargestellte Methode der Herstellung bezieht sich auf die Koaxialkabelfonn der
Fig. 1 und 2. Zuerst werden die Innenbestandteile in einem Rohrmantel aus Metall eingefügt, der 10 bis
15 % größer ist als die endgültig erwünschte Dimension. Es ist vorzuziehen, alle Innenbestandteile
gleichzeitig in die endgültige Lage einzusetzen.
Gemäß F i g. 4 a wird das dadurch erreicht, daß die Isolierrohre 14 a, 14 b, 14 c, 14 d, 14 e und 14/ und
der Innenleiter 13 einem Leitgesenk 16 zugeführt werden. Die durch das Leitgesenk 16 hindurchgehenden
Innenelementenden werden mit irgendeiner passenden Geschirreinrichtung so gefaßt, daß sie in
richtiger Anordnung in den Rohrmantel 12 hinein-
15,000 MHz, bei einem Außendurchmesser von 55 gezogen werden.
12,7 mm eine Nenngrenzfrequenz von 10,000 MHz, bei einem Außendurchmesser von 22,2 mm eine
Nenngrenzfrequenz von 5,000 MHz und bei 41,4 mm Außendurchmesser eine Nenngrenzfrequenz von
2,800 MHz ergibt.
Gemäß F i g. 2 umgeben die Rohre 14 vollständig den Innenleiter 13. Sie sind derart zusammengedrückt,
daß der Innenleiter 13 vom Mantel 12 durch eine regelrechte Trennwand abgeteilt ist, so
daß kein durchgehender Luftraum dazwischen besteht. Durch diese Isolierung des Innenleiters 13 und
des Mantels 12 erreicht man eine höhere Nennspannung und eine größere Spannungssicherheit. Viele
Fig. 4b zeigt das Leitgesenk 16 und ein Einf üh- !•ungsgesenk 17 im Querschnitt. Diese dienen der Einführung
der Innenelemente in das Ende des Außenmantels 12, ohne dabei die Innenelemente anzukratzen
oder anzuschneiden. Der Außenmantel 12 kann beliebig lang sein. Es ist leicht möglich, das Koaxialkabel
in Längen bis zu 305 m herzustellen. Nachdem die Innenelemente in den Außenmantel 12
hineingezogen sind, weist das Kabel einen Querschnitt wie in der F i g. 3 gezeigt auf. Sind die Innenelemente
innerhalb des Außenmantels 12 zusammengefaßt, so wird der Mantel 12 durch Ziehen, durch
Gesenkschmieden oder durch irgendein passendes
Claims (5)
1. Koaxialkabel mit einem elektrisch unisolierten Innenleiter, einem elektrisch leitfähigen
Mantel und als Abstandshalter zwischen Innenleiter und Mantel angeordneten elektrisch isolierenden
Rohren, gekennzeichnet durch die Kombination der Merkmale:
a) der Außendurchmesser der Isolierrohre (14, 23) ist im nicht eingebauten Zustand größer
als die Differenz des Außenradius des Innenleiters (13, 22) und des Innenradius des
Mantels (12, 19);
b) die benachbarten Isolierrohre (14, 23) berühren sich unter Verhinderung eines Luftspaltes
zwischen Innenleiter (13, 22) und Mantel (12, 19);
c) die Isolierrohre (14, 23) sind derart deformiert, daß sie am Innenleiter (13, 22) im wesentlichen
noch linienförmig anliegen und die gesamte Anordnung durch Reibungskräfte konzentrisch im Mantel (12, 19) festhalten.
2. Koaxialkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierrohre (14, 23) elastisch
verformbar sind.
3. Koaxialkabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Isolierrohre (14, 23)
gleichen Weichheitsgrades und gleicher Ursprungsabmessungen verwendet sind.
4. Koaxialkabel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die
Isolierrohre (14, 23) wendelförmig um den Innenleiter (13, 22) gewunden sind.
5. Verfahren zur Herstellung eines Koaxialkabels nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Innenleiter (13, 22) und die Isolierrohre (14, 23) in der
endgültigen gegenseitigen Lage durch einen Ziehring (17) in den Mantel (12, 19) eingezogen
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19956641C2 (de) * | 1998-12-08 | 2001-03-22 | Elocab Sonderkabel Gmbh Co Kg | Koaxialkabel |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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FR1222180A (fr) | 1960-06-08 |
ES248472A1 (es) | 1959-11-16 |
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