Wasserdichtes Scheiben-Koaxialkabel
Die Erfindung betrifft ein Koaxialkabel bestehend aus einem Mittelleiter, der eine Mehrzahl von Scheiben aus dielektrischem Material trägt, die axial auf ihm in Abständen voneinander angeordnet sind, und einem auf den Rändern der Scheiben aufliegenden rohrförmigen Aussenleiter sowie ein Verfahren zur Herstellung dieses Kabels.
Es ist möglich, ein feuchtigkeitsdichtes Koaxialkabel herzustellen, worin der Mittelleiter von einer geschäumten Polyäthylenisolation umgeben ist, um eine Seele zu bilden, die in einem als Aussenleiter des Koaxialkabels dienenden Aluminiumrohr eingeschlossen ist. Die Dämpfung dieses Kabels ist jedoch hoch wegen der Verwendung von fester oder halbfester Isolation, wie geschäumtem Polyäthylen, welches eine Dielektrizitätskonstante von ungefähr 1,5 hat.
Die Dämpfung wird erheblich verringert, wenn als Dielektrikum Luft verwendet wird, und es sind wenigstens zwei Arten von Koaxialkabeln bekannt, welche ein Luftdielektri kum aufweisen, in dem der rohrförmige Aussenleiter um Ab tandsscheiben aus dielektrischen Material angebracht ist, welche auf dem Mittelleiter in regelmässigen Abständen, beispielsweise 2,5 cm voneinander entfernt, längs desselben an Jeordnet sind.
Die Scheiben bei diesen bekannten Arten von Koaxialka zeln sind üblicherweise aus Polyäthylen hergestellt, welches in verhältnismässig billiges und leicht formbares Material st. Bei einem bekannten Kabeltyp besteht der rohrförmige Nussenleiter aus einem langen Kupferband, welches quer zu einer Längsrichtung um die Scheiben herum gebogen ist, so iass es ein- Rohr bildet, über das ein oder zwei Stahlbänder piralförmig gewickelt sind. Bei einem anderen ähnlichen (abeltyp ist der Aussenleiter aus einem gewellten Schichtnaterial aus Stahl- und Kupferbändern gebildet. Die Randab ;chnitte des Schichtmaterials sind um die Scheiben herum gebogen, um ein Rohr zu bilden, und an der Nahtstelle miteinander verlötet.
Diese Arten von Kabeln mit Luftdielektrium sind jedoch ungeeignet zur Verwendung ausserhalb zon Gebäuden oder an Plätzen, wo sie Feuchtigkeit ausgeetzt sind, da Feuchtigkeit, welche beispielsweise durch inen Kabelanschluss oder einen Riss im Aussenleiter ein Iringen kann, um die Scheibe herum und längs durch den nnenraum des Kabels wandern kann.
Der Erfindung liegt vor allem die Aufgabe zugrunde, ein Koaxialkabel mit einem Luftdielektrikum und damit niedriger Dämpfung zu schaffen, in welchem Feuchtigkeit, die möglicherweise in das Kabel gelangt, nicht längs des Kabels wandern kann, so dass das Kabel für Verwendung ausserhalb von Gebäuden und unter feuchten Bedingungen geeignet ist.
Das erfindungsgemässe Koaxialkabel ist dadurch gekennzeichnet, dass jede der Scheiben sowohl mit dem Mittelleiter als auch mit dem Aussenleiter wasserdicht verbunden ist und dadurch eine Mehrzahl getrennter wasserdichter Kammern längs des Kabels gebildet sind.
Ein beispielsweises Koaxialkabel und ein Verfahren zur Herstellung desselben werden im folgenden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Hierin zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der verschiedenen Schritte eines Verfahrens zur Herstellung des Koaxialkabels,
Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 der Fig. 1,
Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 der Fig. 1,
Fig. 4 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt und teilweise aufgeschnitten, einer bevorzugten Ausführungsform eines Kabels,
Fig. 5 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt und teilweise aufgeschnitten, einer abgewandelten Ausführungsform des Kabels und
Fig. 6 eine Ansicht einer weiteren abgewandelten Form eines Kabels.
Wie am besten in den Figuren 3 und 4 erkennbar, weist ein Koaxialkabel 10 im allgemeinen einen Mittelleiterdraht 11 auf, auf dem in Abständen von beispielsweise 2,5 cm Abstandsscheiben 12 aus dielektrischem Material angebracht sind, sowie einen den Umfang der Abstandsscheiben 12 umgebenden rohrförmigen Aussenleiter 13.
Der Mittelleiterdraht 11 besteht zweckmässigerweise aus Kupfer, kupferummanteltem Aluminium oder Aluminium.
Der rohrförmige Aussenleiter 13 besteht zweckmässigerweise aus Aluminium oder einem Schichtmaterial aus Stahl und Kupfer. Die Abstandsscheiben 12 bestehen aus einem formbaren dielektrischen Material, welches mit Metallen, insbesondere Aluminium und Kupfer, und mit synthetischen Kunststoffen durch Anwendung von Hitze und Druck dauer haft verbunden (verklebt oder verschweisst) werden kann.
Geeignete Werkstoffe für die Scheiben 12 sind Ionomere, wie das von der Firma E. 1. DuPont de Nemours & Co.
unter der Bezeichnung Surlyn (eingetragenes Warenzeichen) vertriebene Monomer und Copolymere von Äthylen und einem Acrylsäure enthaltenden Monomer, wie das unter der Bezeichnung QX-2375 von der Dow Chemical Company vertriebene Copolymer.
Die Scheiben 12 werden sowohl mit dem Mittelleiter 11 als auch mit dem rohrförmigen Aussenleiter 13 verschweisst, so dass das Luftdielektrikum des Kabels von einer Mehrzahl getrennter wasserdichter Kammern 14 über die Länge des Kabels hinweg gebildet wird. Wenn also Wasser oder Feuchtigkeit an irgendeinem Punkt, beispielsweise durch einen Kabelanschluss oder durch einen Riss oder Bruch durch den Aussenleiter 13, in das Kabel gelangen sollte, so doch nur in die jeweils betroffene Kammer 14. Indem so die Länge des durch eingedrungenes Wasser oder Feuchtigkeit betroffenen Kabelabschnitts begrenzt wird, wird die Zuverlässigkeit des Kabels stark erhöht.
Beispielsweise erzeugt das Eindringen von Feuchtigkeit in das Kabel, vorausgesetzt dass die Menge nicht ausreicht, um einen Kurzschluss zu verursachen, eine Impedanzdiskontinuität, welche die Übertragung im Verhältnis zur physischen Länge der Diskontinuität, ausgedrückt in Wellenlängen, beeinflusst. Bei 300 MHz ist die Wellenlänge ungefähr 1 m. Wenn die Abstandsscheiben 12 2,5 cm voneinander entfernt sind und Feuchtigkeit in eine der Kammern 14 gelangt, beträgt die von der Feuchtigkeit beeinflusste Kabellänge 2,5/100 cm = 1/40 der Wellenlänge, was nicht ausreicht, um eine wesentliche Verschlechterung der Übertragung zu erzeugen.
Eine Diskontinuität von 114 Wel lenlänge hätte einen deutlicheren Effekt, jedoch müssten zur Erzeugung einer Diskontinuität dieser Grössenordnung zehn dieser 2,5 cm langen Kammern 14 undicht bzw. durchstossen sein.
Bei dem Verfahren zur Herstellung des oben beschriebenen Koaxialkabels 10 werden die Abstandsscheiben 12 unter Druck auf den Mittelleiter 11 aufgeformt, während dieser genügend erhitzt ist, dass die Scheiben unter dem Eirifluss von Hitze und Druck der Formung mit dem Leiter verschweisst werden. Der Leiter kann, falls nötig, vorgewärmt werden, jedoch wird er durch die Hitze des Druckformungsschrittes normalerweise genügend stark erhitzt. Der mit den daraufsitzenden Abstandsscheiben 12 versehenen Mittelleiter 11 wird dann vom rohrförmigen Aussenleiter 13 umschlossen.
Das kann entweder erfolgen, indem der Mittelleiter und die Abstandsscheiben in einen vorgeformten rohrförmigen Aussenleiter 13 eingezogen werden, oder indem die Randabschnitte eines Längsbandes von Aussenleitermaterial um den Rand der Scheiben herum gebogen und an ihren benachbarten Kanten miteinander verschweisst oder verlötet werden. In beiden Fällen, ob vorgeformt oder an Ort und Stelle gebildet, ist der Innendurchmesser des Aussenleiters 13 grösser als der Aussendurchmesser der Abstandsscheiben 12, so dass ein Zwischenraum 15 verbleibt, wie in Fig. 2 gezeigt. Anschliessend wird der Durchmesser des rohrförmigen Aussenleiters 13 durch Ziehen durch eine Ziehform oder auf jede andere zweckmässige Weise verringert, um ihn in innige Druckberührung mit dem Umfang der Abstandsscheiben 12 zu bringen.
Der Aussenleiter 13 wird dann erhitzt, um die Verschweissung zwischen den Scheiben 12 und der Innenseite des rohrförmigen Aussenleiters 13 zu vervollständigen.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Herstellung des oben beschriebenen Koaxialkabels. Die Scheiben 12 werden durch die Scheibenanbringmaschine 16 unter Druck auf den Mittelleiter 11 angeformt. Der Mittelleiter 11 mit den darauf befindlichen Scheiben 12 und ein endloses
Band 17 aus Aluminium oder einem anderen geeigneten Metall für den rohrförmigen Aussenleiter 13 werden zusammengebracht und durch ein Paar Formwalzen 18 geführt, welche das Biegen der Ränder des Bandes 17 um den Umfang der Scheiben 12 herum einleiten. Von den Walzen 18 wird das teilweise geformte Kabel durch Rohrformwerk zeuge 19 gezogen, welche die gegenüberliegenden Kanten des Bandes 17 zusammenbringen, welche bei einer folgen den Schweissstation 20 zu einer Naht geschweisst werden.
An diesem Punkt hat der rohrförmige Aussenleiter 13 einen grösseren Durchmesser als die Scheibe 12, wie in Fig. 2 gezeigt, und wird dann durch Ziehtrichter 21 gezogen, um den
Aussenleiter in innige Druckberührung mit den Scheiben 12 herabzudrücken, wie in Fig. 3 gezeigt. Die Fortbewegung des Kabels 10 durch die Walzen 18, Formwalzen 19, Schweissstation 20 und Ziehtrichter 21 erfolgt mittels übli cher Fördervorrichtungen, beispielsweise einer Raupenfördervorrichtung 22, welche den rohrförmigen Aussenleiter
13 des Kabels erfasst.
Nachdem der Aussenleiter 13 in Druckberührung mit den Scheiben 12 herabgedrückt ist, wird er erwärmt in einer
Heizvorrichtung 23, um die Schweiss- oder Klebverbindung zwischen dem Aussenrand (Umfang) der Scheiben 12 und dem Aussenleiter 13 zu vervollständigen. Bei einer bevorzug ten Ausführungsform des Kabels ist jedoch die Aussenseite des rohrförmigen Aussenleiters 13 mit einem äusseren
Schutzmantel 24 aus Polyäthylen versehen (Fig. 4), und es wurde gefunden, dass die durch Extrudieren des Polyäthy lenmantels auf den rohrförmigen Aussenleiter 13 gelieferte
Hitze ausreicht, eine befriedigende Verbindung (Verschweissung) der Scheiben 12 mit dem rohrförmigen Aussenleiter
13 zu bewirken.
Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Kabels, bei dem nach Anbringen der Scheiben 12 auf dem Mittellei ter 11 durch Druckformen und vor dem Aufbringen des rohrförmigen Aussenleiters 13 ein dünnwandiges Rohr 25 aus dem gleichen Material wie die Scheiben 12 oder einem ähnlichen Material, nämlich einem formbaren Material, welches sich mit Metall und Kunststoff unter Hitze- und Druckeinwirkung verbindet, über den Umfang der Scheiben 12 so extrudiert wird, dass es sich mit diesen verbindet. Die Wandstärke dieses Rohrs 25 beträgt beispielsweise 0,25 bis 0,5 mm
Der rohrförmige Aussenleiter 13 wird dann über das
Rohr 25 aufgebracht, durch Formziehen in innige Drückberührung damit gebracht und durch Anwendung von Hitze damit verbunden, wie oben beschrieben.
Indem so das Innen rohr 25 sowohl mit den Rändern der Scheiben 12 als auch mit der Innenwand des rohrförmigen Aussenleiters 13 verbunden ist, verbindet es letzteren mit den Scheiben. Die Anordnung dieses Rohrs 25 erhöht selbstverständlich die Herstellungskosten wegen des erforderlichen zusätzlichen Materials und Extrudiervorgangs. Sie erhöht auch geringfügig die
Dämpfung infolge der Anwesenheit einer zusätzlichen Menge von Dielektrikum im Raum zwischen dem Aussenleiter 13 und Mittelleiter 11. Die zusätzliche Anordnung dieses Rohr 25 liefert jedoch einen höheren Schutz gegen Eindringen von Feuchtigkeit und erhöht so die Zuverlässigkeit des Kabels.
Wie oben erwähnt kann zur weiteren Verstärkung über den rohrförmigen Aussenleiter 13 ein äusserer Schutzmantel aus Polyäthylen aufgebracht werden, wie der in Fig. 4 gezeigte Schutzmantel 24. Fig. 6 zeigt eine weitere Abwandlung, bei der ein äusserer Schutzmantel 24a aus Polyäthylen mit dem rohrförmigen Aussenleiter 13 mittels einer Zwischenschicht 26 aus formbaren Material der oben erwähnten Art, welche sich unter Hitze- und Druckeinwirkung mit Metall und Kunststoff verbindet, verbunden ist Bei dieser Ausführung wird die Schicht 26 des formbaren Materials leber den rohrförmigen Aussenleiter 13 extrudiert, wobei die litze des Extrudiervorgangs normalerweise ausreicht, um las Verbinden der Schicht 26 mit dem rohrförmigen Ausseneiter 13 zu bewirken.
Dann wird der Aussenmantel 24a aus 'olyäthylen über die Schicht 26 extrudiert, wobei die Hitze les Extrudiervorgangs ebenfalls normalerweise ausreicht, im die Schicht 26 mit dem Aussenmantel 24a zu verbinden.
Beim oben erwähnten Koaxialkabel besteht das Dielekrikum zwischen dem Mittelleiter 11 und dem rohrförmigen Kussenleiter 13 zu ungefähr 90 /0 aus Luft und die Scheiben 12 sind in Abständen von etwa 2,5 cm voneinander längs les Mittelleiters 11 angeordnet, wodurch ein Kabel mit liner geringen Dämpfung für Hochfrequenzströme (in der Jrössenordnung von beispielsweise 3 bis 300 MHz) erhalten wird.
Ferner ist dieses Kabel besonders geeignet zur Verwendung im Freien oder unter feuchten Bedingungen, da die !ahlreichen kleinen über die Länge des Kabels verteilten wasserdichten Kammern 14 die Möglichkeit des Eindringens zon Wasser oder Feuchtigkeit sehr begrenzen und, sollte tat ächlich Wasser oder Feuchtigkeit eingedrungen sein, diese n einem kleinen Abschnitt festhalten und durch die einge ;chweissten Scheiben 12 das Weiterwandern der Feuchtigceit innerhalb des Kabels verhindern.