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Elektrisches Kabel und Verfahren zu dessen Herstellung
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Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Kabel mit einem oder
mehreren Innenleitern, die in einem äußeren Mantel eingeschlossen sind.
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Elektrische Kabel dienen zum Verbinden verschiedener elektrischer
Geräte und Anschlüsse, die in gegenseitigem Abstand angeordnet sind. Das Kabel überträgt
elektrische Signale über einen oder mehrere Drähte oder Leiter, die sich in Kabel-Längsrichtung
erstrecken, wobei jeder Draht oder Leiter mit einer Schicht aus Isoliermaterial
überzogen ist. Ein männliches oder weibliches Verbindungsstück ist gewöhnlich an
jedem Ende des Kabels angebracht. Jedes Verbindungsstück hat einen Steckerkörper,
mit dem die Leiter des Kabels elektrisch verbunden sind. Der Steckerkörper paßt
in einen Anschluß oder eine "Buchse" des anzuschließenden Geräts. Das Verbindungsstück
hat üblicherweise einen zylindrischen Außenmantel, der die Verbindung der Kabelleiter
zum Steckerkörper schützt.
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Eine Kabelart, die häufig als "Tonfrequenzkabel" bezeichnet wird,
wird weitgehend zum Verbinden von Verstärkern und entfernten Lautsprechern oder
Mikrophonen sowie elektrischen
Musikinstrumenten, z. B. elektrischen
Gitarren verwendet.
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Andere Anwendungsgebiete elektrischer Kabel umfassen die Verbindung
von Videorecordern mit Fernsehempfängern.
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Um zu verhindern, daß äußere Hochfrequenzgeräusche die Signalübertragung
über das Kabel stören, haben viele Kabel Koaxialleiter, die ein inneres Koaxialkabel
bilden. Diese Koaxialkabel haben einen Innenstrang aus leitenden Drähten, die von
einer Isolierschicht umgeben und mit einer äußeren Lage von leitenden Drähten umwickelt
sind. Diese äußeren Drähte sind in typischer Ausführung verflochten und bilden einen
Schirm um die inneren Drähte zur Verringerung der Störung der im Innendraht fließenden
Signale durch äußere HF-Signale.
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Zum Schutz der inneren Leiter besitzt das elektrische Kabel gewöhnlich
einen zähen Kunststoff- oder Gummimantel, der die Leiter über die Gesamtlänge des
Kabels umgibt. Mit diesem Außenmantel wird die die inneren Leiter überziehende Isolation
typischerweise umspritzt, so daß die Leiter innerhalb des Mantels fest umschlossen
sind. Selbst mit diesem äußeren Schutzmantel brechen die inneren Leiter des Kabels
als Folge der Streck- und Biegebelastungen beim normalen Gebrauch des Kabels. Dies
gilt vor allem für Kabel, in denen die Leiter aus Strängen oder Geflechten aus feinen
Kupferdrähten hergestellt sind, wie dies bei vielen Koaxialkabeln der Fall ist.
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Da Silber einen niedrigeren spezifischen Widerstand als Kupfer hat,
wäre es an sich wünschenswert, die Kupferdrähte eines Koaxialkabels mit Silber zu
plattieren, um einerseits den elektrischen Widerstand des Kabels zu minimieren und
andererseits HF-Geräusche weitgehend abzuweisen. Da jedoch Silber relativ teuer
ist, ist es häufig inpraktikabel, silberplattierte Leiter zu verwenden, wenn die
Wahrscheinlichkeit
besteht, daß das Kabel nicht hält.
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Ein anderes bei Koaxialkabeln auftretendes Problem ist deren Neigung
zum "Mikrophoneffekt" bei Biegung. Wenn das Koaxialkabel scharf abgebogen wird,
kann der Abstand zwischen den Innensträngen und der äußeren Abschirmung stark beeinträchtigt
werden, wodurch sich die Kapazität des Koaxialkabels ändert.
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Dies kann die Signalübertragungseigenschaften des Kabels unterbrechen,
wodurch ein ernsthaftes Problem bei der Tonfrequenzübertragung über das Kabel auftritt.
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Außerdem haben viele Kabel eine Klemme an jedem Ende; die zur mechanischen
Verbindung des Kabelendes mit dem Gehäuse des Verbindungssteckers dient. Diese Klemme
schneidet häufig in den äußeren Mantel ein oder nutzt diesen ab und legt damit die
innere Isolation und die Leiter frei, wodurch die Bruchgefahr der Leiter erheblich
steigt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Kabel
so zu verbessern, daß die Bruchgefahr der inneren elektrischen Leiter aufgrund von
auf das Kabel wirkenden mechanischen Beanspruchungen minimiert, die Zuverlässigkeit
des Kabels erhöht und die Neigung zum Mikrophoneffekt verringert wird.
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Die Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch l bzw. Verfahrensanspruch
7 gekennzeichnet. Bei dem erfindungsgemäßen elektrischen Kabel sind die inneren
elektrischen Leiter lose im Innenraum eines äußeres Mantels aufgenommen. Darüberhinaus
sind die Innenleiter länger als der Mantel. Es wurde gefunden, daß aufgrund einer
solchen Anordnung die Standfestigkeit des Kabels gegenüber auf das Kabel wirkenden
mechanischen Belastungen erhöh-t und die Bruchgefahr der elektrischen Leiter vermindert
wird.
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Gemäß einer Weiterbilduny der Erfindung ist jedes Ende des Mantels
mit dem Mantel des elektrischen Verbindungsstücks
anstatt mit dem
Steckerkörper gekoppelt. Da die Innenleiter nicht dem äußeren Mantel befestigt sind,
wirken Streck-oder Biegebelastungen des äußeren Mantels nicht direkt auf die Verbindung
zwischen den Innenleitern und dem Steckerkörper, wodurch die Zuverlässigkeit des
Kabels erhöht wird.
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Wie außerdem aus der nachfolgenden Beschreibung klar wird, werden
Klemmen zur Verbindung des Kabels mit den Verbindungsstücken überflüssig gemacht.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 eine perspektivische
Ansicht auf ein erfindungsgemäß ausgebildetes elektrisches Kabel; Fig. 2 eine longitudinaleschnittansicht
des Kabels gemäß Figur 1 entlang der Schnittlinie 2-2; Fig. 3 eine Schnittansicht
des Kabels entlang der Schnittlinie 3-3 in Figur 2s Fig. 4 eine schematische Darstellung
zur Veranschaulichung des Einflusses einer Knicung auf das Kabel gemäß Figur 1;
Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung mit weggebrochenen Teilen eines Verbindungsstücks
bzw. Steckers für das Kabel gemäß Figur 19 Fig. 6 ein alternatives Ausführungsbeispiel
des Verbindungsstücks bzwo Steckers gemäß Figur 5; und Fig. 7 eine schematische
Darstellung eines Verfahrensschritts bei der Herstellung eines Kabels gemäß der
Erfindung.
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In Figur 1 ist ein Ausftihrungsbeispiel des neuen elektrischen Kabels
10 dargestellt. Das Kabel 10 ist in dem dargestellten
Ausführungsbeispiel
ein Tonfrequenzkabel mit einem Innenpaar von Koaxialkabeln 12 und 14, die von einem
zähen, flexiblen Außenmantel 16 geschützt sind. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
besteht der Außenmantel aus einem reinen FDA (Food and Drug Administration) Vinyl
der Getränkeklasse, kann jedoch aus irgendeinem zähen, flexiblen und vorzugsweise
nicht-leitendem Material hergestellt sein. An einem Ende des Tonfrequenzkabels 10
ist ein Stecker 18 mit einem Steckerkörper 20 befestigt.
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Die inneren Koaxialkabel 12 und 14 sind mit in der Zeichnung nicht
gezeigten Anschlüssen des Steckerkörpers 20 durch geeignete Mittel, z. B. durch
Löten, elektrisch verbunden.
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Die Steckerkörperanschlüsse umgibt ein zylinderförmiger Mantel 28
(Figur 5). Der Mantel 28 schützt die Verbindungen der inneren Kabel 12 und 14 mit
dem Steckerkörper 20 vor einem Lösen oder Bruch aufgrund eines zufälligen Aufpralls
von Objekten auf den Stecker 18. Das Tonfrequenzkabel 10 hat einen zweiten Stecker
24, der am anderen Ende des Kabels 10 befestigt ist Die inneren Koaxialkabel 12
und 14 sind elektrisch mit dem Steckerkörper 26 des Steckers 24 in ähnlicher Weise
verbunden.
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Wie am besten in den Figuren 2 und 3 zu sehen ist, ist der Außenmantel
16 rohrförmig ausgebildet und hat bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel einen
Innendurchmesser, der wesentlichen größer (um das Zwei- bis Dreifache größer) als
der Auß-endurchmesser jedes der inneren Koaxialkabel 12 oder 14 iste Außerdem sind
die Koaxialkabel 12 und 14 lose im Inneren 27 des Mantels 14 angeordnet.
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D. h. keines der Kabel 12 oder 14 ist an der Innenfläche des Außenmantels
16 befestigt.
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Außerdem ist die Länge der beiden inneren Koaxialkabel 12
und
14 innerhalb des Mantels 16 größer als die Länge des Außenmantels 16, Wie am besten
in Figur 1 zu sehen ist, beschreibt das verdrillte Paar. von Koaxialkabeln 12 eine
freiverlaufende Spirale innerhalb des Außenmantels 16. Als Folge davon werden bei
einem zufälligen Recken des Tonfrequenzkabels 10 die inneren Koaxialkabel 12 und
14 zunächst nicht mit dem Mantel 16 gereckt sondern nur geradegezogen. Bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel kann der Mantel 16 bis zu fünf Prozent (5 %) seiner Gesamtlänge
gestreckt werden, bevor die inneren Kabel 12 und 14 vollständig geradegezogen sind
Dies ergibt einen wesentlichen Schutz der inneren Koaxialkabel 12 und 1 vor zufälligem
Bruch aufgrund eines Streckens bzwO einer Dehnung des Tonfrequenzkabels 10.
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Wie zuvor erwähnt, kann auch ein wiederholtes Biegen eines Tonfrequenzkabels
nach entgegengesetzten Richtung zu einer Beschädigung der inneren Leiter führen.
Je schärfer ein Kabel abgebogen wird, um so größer ist Wahrscheinlichkeit, daß die
Einzeldrähte der Leiter brechen. Auch die Bruchgefahr aufgrund gegenläufiger Biegebewegungen
wird bei einem Tonfrequenzkabel nach der Erfindung wesentlichen herabgesetzt.
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In Figur b ist ein Teil des Tonfrequenzkabels 10 unter einem scharfen
Winkel abgebogen. Die Scharfe des Winkels ist auf einer Seite der Biegestelle im
Bereich 30 besonders hervorgehoben. Bei bekannten Tonfrequenzkabeln, bei denen die
inneren Kabel mit dem Außenmantel dicht umspritzt sind, werden die Innenkabel bei
der Biegung gezwungen, die scharfe Abknickung des Außenmantels mitzumachen, wodurch
sich häufig ein Bruch der inneren Leiter ergibt. Wie jedoch in Figur 4 gezeigt ist,
wird die Biegung der Koaxialkabel 12 und 14 aufgrund der losen Anordnung der Kabel
12 und 14 im Mantel 16 weitgehend minimiert, wodurch die Bruchgefahr der Leiter
verringert und die Lebensdauer des Tonfrequenzicabels erhöht wird.
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Dadurch,daß ein Tonfrequenzkabel nach der Erfindung eine beträchtlich
längere Lebensdauer als viele bekannte Tonfrequenzkabel hat, lohnt- sich auch die
Verwendung relativkostspieliger Leiter, z. B. silberplattierter Kupferdrähte in
den inneren Koaxialkabeln. Wie zuvor erwähnt,sind silberplattierte Kupferleiter
für Koaxialkabel aufgrund ihres niedrigen spezifischen Widerstandes und ihrer starken
Abweisung von HF-Rauschsignalen erwünscht, wurden jedoch bisher als zu kostspielig
bei Kabeln mit geringer Haltbarkeit vermieden.
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Ein Tonfrequenzkabel, das in der erfindungsgemäßen Weise ausgebildet
ist, trägt auch zur Reduktion des "Mikrophoneffekts" bei, der auftreten kann, wenn
Koaxialkabel überbeansprucht werden. Ein scharfes Durchbiegen eines Koaxialkabels
kann die Kapazität des Koaxialkabels beeinflussen, wodurch dessen Übertragungscharakteristiken
geändert werden.
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Da die Erfindung die auf das innere Koaxialkabel wirkende Spannung
verringert, wenn das Tonfrequenzkabel gebogen bzw. abgeknickt wird (Figur 4), wird
auch der sich ergebende Mikrophoneffekt verringert oder sogar beseitigt.
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Im folgenden wird auf Figur 5 Bezug genommen. Der Außenmantel ist
mit dem Mantel 28 des Steckers 24 mit Hilfe einer zylindrischen Vinyl-Außenhülse
31, gekoppelt. Die Hülse 31 ist über den Steckermantel 28 und den Außenmantel 16
des Kabels gesteckt. Die Hülse 31 ist mit dem Mantel 28 und dem Außenmantel 16 durch
eine Klebeverbindung oder andere geeignete Mittel verbunden.
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Wie oben erwähnt, ist bei vielen bekannten Kabeln der Außenmantel
direkt mit dem Steckerkörper verklammert. Diese Verklammerung kann den Außenmantel
einschneiden oder bei wiederholtem Durchbiegen des Mantels im Klemmenbereich zu
einem Bruch führen. Als Folge davon sind die inneren Koaxialkabel an der Einreißstelle
nicht mehr vom Mantel
geschützt, so daß ae Leiter innerhalb der
Koaxialkabel häufig rasch zu Bruch gehen Wie in Figur 5 zu sehen ist, beseitigt
die Verwendung der Hülse 31 die Notwendigkeit von Klemmen. Außerdem wird durch Anbringung
des Mantels 16 am Mantel 28 anstatt am Steckerkörper 20 die Trennung des Mantels
16 von den inneren Koaxialkabeln aufrechterhalten.
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Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind daher die inneren Koaxialkabel
12 und la nicht mit dem äußeren Mantel 16 über ihre Gesamtlänge verbunden Als Folge
davon wird ein auf den äußeren Mantel 16 wirkendes Verdrehen oder eine Zugbeanspruchung
nicht direkt auf die inneren Kabel 12 und 14 übertragen. Außerdem können die äußeren
Schirmdrähte jedes Koaxialkabels vollständig mit dem Steckerkörper verlötet werden,
ohne den äußeren Mantel 16 zum Schmelzen zu bringen. Bei vielen bekannten Kabeln
wurden die Koaxial-Abschirmungsdrähte häufig durch Klemmen oder durch Punktverlötung
mit den Steckerkörperanschlüssen verbunden, um ein Überhitzen des um das Koaxialkabel
gespritzten Außenmantels zu verhindern Figur 6 zeigt eine alternative Methode der
Kopplung des Mantels 16 mit einem etwas anders ausgebildeten Verbindungsstecker
24a. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Durchmesser des Mantels 28a des Verbindungsstücks
24a um ein ausreichendes Maß größer als der Mantel 16 9 damit der Mantel 16 durch
eine Öffnung 32 des Steckermantels 28a eingeführt werden kann. Um den Kabelmantel
16 mit dem Steckermantel 28a zu verbinden, wird eine Vinylhülse 34 über das Ende
des Kabelmantels 16 innerhalb des Steckermantels 28a geschoben.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Hülse 34 mit dem Ende
des Mantels 16 und der Innenfläche des zylindrischen Steckermantels 28a verklebt,
Auch hier werden also Klemmen überlüssig, und der Kabelmantel
16
ist mit dem Mantel 28a und nicht mit dem Steckerkörper 24a verbunden. Als Folge
davon werden der Mantel 16 und die inneren Koaxialkabel 12 und 14 getrennt gehalten.
Es können auch andere Mittel zur Kopplung des Außenmantels 16 mit dem Mantel eines
Verbindungsstücks in Abhängigkeit von der jeweiligen Größe und der Konstruktion
des Verbindungsstücks und des zugehörigen Mantels vorgesehen werden.
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In Figur 3 ist eine Querschnittsansicht der Koaxialkabel 12 und 14
dargestellt. Jedes innere Koaxialkabel weist einen Innenleiter 36 aus mehreren silberplattierten
Kupferdrahtsträngen auf. Der Innenleiter 36 ist durch eine Isolierschicht 38 -von
einer äußeren Abschirmung 40 getrennt, die eine Vielzahl von verflochtenen, silberplattierten
Kupferdrahtsträngen enthält. Die Abschirmung 40 ist von einer zweiten Isolierschicht
42 überzogen. Bei dem dargestellten Ausfu...hrungsbeispiel besteht die Isolierschicht
38 aus einem Polytetrafluoräthylen-Schaumband (T.F.E. Klasse), welches die für die
Isolierschicht 38 gewünschte dielektrische Eigenschaft.besitzt. Die Außenschicht
42 besteht aus einem festen Teflonband, T.F.E.-Klasse, welche eine Oberfläche mit
niedrigem Reibungsbeiwert für die Isolierschicht 42 ergibt. Der niedrige Reibungsbeiwert
der Schicht 42 trägt dazu bei, daß die Koaxialkabel 12 und 14 nicht an der Innenfläche
des Mantels 16 haften.
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Die Kabel 12 und 14 sind Miniatur-Koaxialkabel, bei denen der Innenleiter
36 eine Größe von ca. 26 gauge (0,405 mm bei 200C) hat und der Außendurchmesser
der Abschirmungsschicht etwa 1,024 mm (18 gauge) ist. Die Verwendung derartiger
Miniatur-Koaxialkabel war außerhalb einer geschlossenen Umgebung, wie dem Innenraum
eines Gehäuses, wo das Kabel praktisch nicht beschädigt werden konnte, bisher häufig
inpraktikabel. Es hat sich gezeigt, daß Miniaturkabel in der Regel zu zerbrechlich
und empfindlich sind, um den Streck- und Biegebeanspruchungen externer Kabel standzuhalten.
Da bei der Erfindung die Miniatur-Koaxialkabel 12 und 14 innerhalb des Mantels bzw.
der Hülle 16
lose angeordnet sind, kann das Tonfrequenzkabel 10
einen großen Teil der üblichen Reck- und Biegebeanspruchungen solcher Kabel aufnehmen,
so daß die Miniatur-Koaxialkabel in diesem Falle auch außen eingesetzt werden können.
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Der Innenleiter 36 des dargestellten Ausführungsbeispiels ist aus
sieben oder neunzehn Strängen oder Adern aus 38er (0,1 mm bei 200C) silberplattiertem
Kupfer zur Bildung eines runden Innenlcabels gewickelt In einem kontinuierlichen
Prozeß wird die Isolierschicht 38 beim Wickeln des Innenleiters 36 um den Innenleiter
gebildet, indem ein schmales Teflonschaumband um den Leiter 36 gewickelt und die
spiralförmige Wicklung zur Herstellung einer durchgehenden Schaumhülle um den Innenleiter
danach bei einer Temperatur von ca.
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9800 aufgeschmolzen wird Unmittelbar nach dem Aufschmelzen wird die
Teflonschaum-Außenschicht 38 in Wasser abgeschreckt.
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Die Verwendung von Teflon-(Polytetrafluoräthyien-) Schaumband ermöglicht
eine Bildung der Isolierschicht in einem kontinuierlichen Verfahren, so daß die
Länge des Kabels keinen solchen Beschränkungen unterworfen ist wie im Falle von
Spritzverfahren. Für Anwendungsfälle sehr niedriger Kapazität, wie bei Fernsehltabeln,
kann eine zweite Schicht aus Teflonschaumband aufgewickelt und auf die erste Schicht
aufgeschmolzen werden, um die Zwischenschichtkapazität zwischen dem inneren Leiter
36 und der äußeren Abschirmung 40 zu reduzieren.
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Das Kabel wird danach abgewickelt, und die Isolierschicht 38 wird
mit 0,1 mm (38 gauge) silberplattierten Kupferadern kreuzweise umflochten, um die
äußere Abschirmung 40 während des Abziehens des Kabels von der Spule zu bilden.
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Die Abschirmung 40 wird kontinuierlich spiralförmig umwickelt, während
sie mit festem Teflonband umgeben wird, das ebenfalls wärmebehandelt und abgekühlt
wird, um eine einstückige äußere Isolierschicht 42 zu bilden0
Im
folgenden wird auf Figur 7 Bezug genommen, in der eine Methode zum Vereinigen von
zwei entsprechend der vorstehenden Beschreibung ausgebildeten Innenkabeln 12 und
14 mit dem Außenmantel 16 veranschaulicht ist. Zunächst wird Silikon in das Innere
des Mantels 16 gesprüht, um den Durchtritt der Koaxialkabel 12 und 14 zu erleichtern.
Silikon kann auch in geeigneter Weise, z. B. durch Aufbringen flüssigen Silikons
mit einem Lappen, direkt auf die Koaxialkabel aufgebracht werden. Danach wird ein
relativ steifer Führungsdraht 40 an den Kabeln 12 und 14 befestigt und durch den
Mantel 16 gezonen. Die Kabel 12 und 14 werden im Anschluß an den Führungsdraht 40
soweit durch den Mantel gezogen, bis die Kabel um ein geeignetes Stück aus dem anderen
Ende des Mantels 16 austreten. Da die Kabel 12 und 14 länger als der Mantel 16 sind,
wird die Überschußlänge der Kabel 12 und 14-in den Mantel 16 zurückgeschoben. Der
Führungsdraht 40 wird entfernt und die Anschlußstecker mit dem Mantel 16 und den
inneren Koaxialkabeln entsprechend Darstellung in Figur 1 verbunden. Ein weiterer
Vorteil des Silikon-Schmiermittels besteht darin, daß es im Mantel 16 in der Regel
zurückbleibt und dazu beiträgt, daß die Kabel 12 und 14 am Mantel 16 haften. Hierdurch
werden die Kabel 12 und 14 zusätzlich geschützt.
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Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß das erfindungsgemäße
elektrische Kabel einen erhöhten Schutz der inneren elektrischen Leiter gewährleistet
und daher eine verbesserte Lebensdauer hat. Als Folge davon ist es bei dem erfindungsgemäßen
Kabel lohnender, relativ kostspielige Leiter, wie silberplattiertes Kupfer zur Verbesserung
der elektrischen Charakteristiken von TF-Kabeln zu verwenden.
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Im Rahmen des Erfindungsgedankens sind verschiedene andere, hier nicht
im einzelnen erläuterte Abwandlungen möglich.
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So können auch andere als Koaxialkabel als elektrische Leiter und
andere Verbindungselemente für das Kabel verwendet werden.
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