CN100517519C - 用于同轴电缆的取芯工具 - Google Patents
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Abstract
提供了一种用于制备同轴电缆的端部的取芯工具，该同轴电缆具有内导体、粘附在内导体上的预涂层、粘附在预涂层上的介电材料、以及周围的管状金属外导体。所述取芯工具包括具有适于接收同轴电缆的开口端的外壳，以及安装在该外壳上并朝所述开口同轴延伸的切削工具。该切削工具包括：柱形的取芯部，其具有大小定为接收在同轴电缆的外导体内的外径；轴向延伸的孔，用于接收所述内导体；以及在取芯部的端部处的至少一个切削刃，构造成用于在介电材料和预涂层上产生撕裂分力，而不是切割介电材料和预涂层。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于同轴电缆的取芯工具(coring tool)。
背景技术
现今通常用于传输诸如电视信号之类的RF信号的同轴电缆一般由金属内导体和“同轴地”环绕芯部并用作外导体的金属套构成。介电材料环绕内导体并使其与周围金属套电绝缘。在许多商用的同轴电缆结构中，介电材料为膨胀发泡塑料，其环绕内导体并填充内导体与周围金属套之间的空间。
预涂层为这些同轴电缆设计中的大多数的一体部分。预涂物为薄的固体或泡沫聚合物层，在随后涂覆膨胀泡沫或固体介电绝缘层之前以液体乳胶的形式将其挤压或涂覆在同轴电缆内导体的表面上。预涂物通常由下列材料中的一种或多种制成，即：聚烯烃、聚烯烃共聚物粘合剂、抗蚀添加剂以及填料。预涂层用于下列用途中的一种或多种：(1)其允许制备更加受控的表面，在该表面上随后沉积挤压介电绝缘层。(2)其用于在添加或不添加粘合剂组分的情况下促进介电材料与中心导体的粘合，以减少中心导体相对于周围绝缘体的运动。这种显著运动可致使中心导体脱离场连接器的夹持而拉回，从而形成开路。该现象引起通常称为中心导体“吸出”的场失效。(3)其用于在添加或不添加粘合剂组分的情况下促进预涂层与随后的介电绝缘层的粘合，以防止电介质缩回。(4)其用于减少或消除电介质/中心导体界面处的水分迁移路径。水分向同轴电缆电介质内的迁移具有诸如增加RF衰减的明显有害影响。
可惜的是，符合以上标准的目前可用预涂物的设计结果是，在安装连接器之前需要额外的步骤将预涂层从中心导体移除。在同轴电缆的现场安装过程中，电缆的端部必须制备成用于接收一连接器，该连接器用于将电缆连接到另一电缆或连接到网络电气设备中的一个部件(例如，放大器)。通常使用商用的取芯工具进行电缆端部的制备，该取芯工具的尺寸定为电缆的直径。对于具有泡沫电介质的同轴电缆，取芯工具具有类似于螺旋钻的钻头，其钻出泡沫电介质的一部分以使内导体和外导体露出。在美国专利4,345,375、4,459,881、4,729,268和5,749,270中描述了这种取芯工具的示例。
商用的取芯工具极大地方便了为接收连接器而制备电缆端部，然而可惜的是这些工具不能一致而可靠地将所有预涂物从中心导体移除。因此，在该“取芯”步骤之后并且就在安装连接器之前，安装者有必要从物理上移除仍附着在内导体上的任何预涂层。规定方法是采用具有非金属“刀片”或刮刀的工具，技术人员使用该工具刮除或剥离预涂层，将其从内导体的导电金属表面移除。
根据现场安装手册“Broadband Applications and ConstructionManual”(由同轴电缆制造商CommScope公司出版)的9.1节和9.2节指定的程序，现场技术人员被指示使用非金属工具通过在防护物处刮中心导体上的涂层并朝该导体的端部刮擦该涂层而清洁中心导体(内导体)。若铜光亮则导体是干净的。若未能正确地执行该步骤或者使用不合适的工具(例如，刀或喷火器)执行该步骤，则可能损坏内导体或其它部件，从而降低了电缆的电性能和/或机械性能以及网络的可靠性。
从上述显然表明存在改进同轴电缆取芯工具的需求，从而使得在取芯操作期间能够可靠而一致地将预涂层从中心导体移除。
发明内容
本发明提供了对同轴电缆取芯工具的改进，其能够在取芯操作期间可靠而一致地移除预涂物。该取芯工具设计成在工具操作期间将所有的预涂层可靠而彻底地从电缆的中心导体移除。在优选实施例中，对该工具的尺寸公差进行控制，使得至少部分通过撕力、扭力而不是切割作用来移除预涂层和介电材料，从而通过取芯工具的操作将预涂层从内导体彻底移除。
本发明的取芯工具设计成用于制备这样类型的同轴电缆的端部，即该同轴电缆具有内导体、粘附在内导体上的预涂层、粘附在预涂层上的介电材料、以及环绕介电材料并具有预定直径和厚度的管状金属外导体。所述取芯工具包括：具有适于接收同轴电缆的轴向延伸开口端的外壳、以及安装在该外壳上并朝向所述开口同轴延伸的切削工具。所述切削工具包括：柱形的取芯部，其具有大小定为接收在同轴电缆的外导体内的外径；轴向延伸的孔，用于接收同轴电缆的内导体；以及在取芯部的端部处的至少一个切削刃，所述切削刃构造成在介电材料和预涂层上产生撕裂分力，而不是基本上完全切割介电材料和预涂层。
所述取芯部可包括形成在该取芯部的柱形外表面中的沟或槽、以及在该取芯部的轴向端处的大致径向延伸的表面。在这种情况下，所述至少一个切削刃包括形成在所述径向表面与所述沟或槽的接合处的大致径向延伸的切削刃。该径向延伸的切削刃具有厚而钝的结构，用于在介电材料上施加撕力、扭力而不是对介电材料的100％的切割。该径向延伸的切削刃理想的是可具有0.010到0.050英寸(0.03到0.13厘米)的厚度，或者具有0.005到0.025英寸(0.01到0.06厘米)的半径。所述取芯部可另外包括第二切削刃，该第二切削刃形成在所述槽或沟的外端与所述孔的接合处并沿基本平行于该孔的轴线的方向延伸。所述轴向延伸的第二切削刃具有厚而钝的结构，用于在介电材料和预涂层上产生撕裂作用而不是切割作用。所述轴向延伸的第二切削刃理想的是可具有0.005到0.030英寸(0.01到0.08厘米)的厚度，或具有0.0025到0.015英寸(0.01到0.04厘米)的半径。
附图说明
如此大体描述了本发明之后，现在将参照附图，这些附图并非一定按比例绘制，并且其中：
图1是根据本发明一个实施例的同轴电缆的立体图；
图2是同轴电缆端部的侧视图，且一些部分以剖面表示；
图3是取芯工具的侧视图；
图4a是表示刀具的一侧的侧视图；
图4b是表示刀具的相对侧的侧视图；
图5a是表示刀具另一实施例的一侧的侧视图；
图5b是表示图5a的刀具的相对侧的侧视图；
图6是表示图5a和图5b的刀具的端部的顶视图；和
图7是表示图4a和图4b的刀具的工作端的放大视图。
具体实施方式
以下将参照附图更充分地描述本发明，在附图中示出了本发明的一些而非全部实施例。事实上，本发明可以以多种不同形式实施，而不应解释为限于本文所列实施例；而提供这些实施例是为了使本公开满足适用法律的要求。全文中相同的附图标记表示相同的元件。
图1表示通常用作干线电缆和配线电缆的类型的同轴电缆10，用于诸如有线电视信号、蜂窝式电话信号、互联网、数据等的RF信号的长距离传输。通常，图1所示的电缆10当用作干线和配线电缆时直径在约0.3英寸到约2.0英寸(0.76厘米到约5.08厘米)之间。
如图1所示，同轴电缆10包括由合适导电材料制成的内导体12，以及周围介电层14。内导体12优选由铜、包铜铝、包铜钢或者铝形成。此外，如图1所示，导体12通常为实心导体。在图1所示的实施例中，仅示出了单个内导体12，其同轴地位于电缆中心，这是用于传输RF信号的类型的同轴电缆的最常见布置。
介电层14环绕中心导体12和预涂层16。介电层14为由诸如聚乙烯、聚丙烯或聚苯乙烯的合适塑料形成的低损耗电介质。优选地，为了降低每单位长度的电介质质量从而降低介电常数，介电材料优选为膨胀蜂窝式泡沫组合物，具体地，闭室(closed cell)泡沫组合物因抗水分转移而是优选的。介电层14优选为由膨胀泡沫塑料介电材料，更优选由发泡聚乙烯(例如，高密度聚乙烯)制成的连续柱形壁。尽管本发明的介电层14通常包括密度大致均匀的泡沫材料，然而介电层14可具有梯度密度或渐变密度，从而使电介质的密度从中心导体12向介电层的外表面连续或逐步径向增加。例如，可以使用泡沫-固体层压电介质，其中电介质14包括被固体介电层环绕的低密度泡沫介电层。这些结构可用于增强电缆的压缩强度和弯曲特性，并使得沿中心导体12密度降至0.10g/cc。泡沫电介质14沿中心导体12的低密度提高了RF信号的传播速度并降低了信号的衰减。
薄的聚合物预涂层16环绕中心导体12，并将该中心导体粘附在周围电介质14上。预涂层16的厚度优选在0.0001英寸到0.020英寸(2.54微米到0.5毫米)之间，更理想地在0.0005英寸到0.010英寸(12.7微米到0.25毫米)之间。
外导体18紧密环绕介电层14。在图1所示的实施例中，外导体18为管状金属套。外导体18由诸如铝、铝合金、铜或铜合金的合适的导电金属形成。在干线和配线电缆的情况下，外导体18既机械连续又电连续，以使外导体18能够对于外界影响机械密封且电密封，从而防止RF射线泄漏。然而，对于某些特定的辐射电缆应用，外导体18可被穿透以允许RF能量以受控方式泄漏。在图1所示的实施例中，外导体18由金属条制成，通过将相对侧边缘抵接在一起并通过连续纵向焊缝(在20处示出)连续连接抵接后的边缘而形成管状结构。尽管在本实施例中例示出了通过纵向焊接形成外导体18，然而本领域的技术人员会意识到可采用其它已知方法，例如挤压无缝管状金属套。
外导体18的内表面优选通过薄粘合剂层22在其整个长度和整个周向范围上连续地结合到介电层14的外表面上。
外导体18可环绕有可选的防护护套(未示出)。用于外防护护套的合适组合物包括诸如聚乙烯、聚氯乙烯、聚亚氨酯和橡胶的热塑性涂层材料。
图2表示被取芯工具取芯后的同轴电缆10的端部。外导体18的一部分已被切除，从而露出从电缆端部伸出长度L的中心导体。电缆端部处的部分泡沫电介质14已被取芯工具移除，从而露出部分套。
图3所示的取芯工具包括外壳30，其具有适于接收电缆的开口端34。开口端34的内径基本对应于同轴电缆的外径。开口端34具有沿工具轴向定位的柱形表面，用于与工具同轴对齐地引导电缆。刀具32安装在外壳的一端并朝向开口端34轴向伸出。在图4a和图4b中更详细地示出了刀具32，其包括具有第一外径的柱形基部52、以及具有稍小外径且一体形成的柱形取芯部54。孔33贯穿刀具32同轴延伸，用于将电缆的中心导体接收在其内。取芯部54外径的大小定为略小于同轴电缆的管状外导体18的内径，使得随着取芯操作的进行，取芯部54可接收在所述外导体内。在例示的实施例中，取芯部54具有类似螺旋钻的结构，在取芯部54的柱形外表面中形成螺旋沟或槽60，其从取芯部54的轴向最远端延伸并延续回基部52内。取芯部在其最远端处包括基本径向延伸的表面70，其终止于槽60。在径向表面70和槽60的接合处形成有基本径向延伸的切削刃56。此外，在所示实施例中，在槽的外端与孔的接合处形成第二切削刃58。该切削刃沿基本平行于孔轴线的方向延伸。
在取芯操作期间，将电缆端部放置穿过外壳的开口端34，使电缆电介质的最远端表面与切削工具32的轴向端接触。随着取芯工具的转动，该切削工具接合并切削介电材料及预涂层，使这些材料与内导体和外导体分离。当刀具向电缆内推进时，从电介质切下的介电材料和预涂层碎片沿螺旋槽60行进。
图5a和图5b表示根据本发明替换实施例的刀具32’。该刀具在很多方面与图4a和图4b中所示的实施例类似，为避免重复描述，与先前在图4a和图4b中描述的元件对应的元件用相同的附图标记表示并添加符号(’)。该刀具与图4a和图4b中的刀具的主要不同在于，柱形取芯部54’不具有外螺旋槽。作为替代，铣去了取芯部的柱形壁的一部分，以形成平行于刀具轴线延伸并露出孔33’的一部分的沟60’。该沟60’沿轴向方向延续至扩大的基部52’，在该处其然后沿基本成角度的方向延伸。该沟60’用于使由取芯工具的切削作用产生的切屑和碎片能够从刀具移除。
现有同轴电缆取芯工具将各种标准融入工具设计中。一些设计属性直接影响了工具完全移除电介质和预涂层的能力，而另一些属性则无显著影响。对实现预涂层移除影响最大的设计标准如下：
1.接收同轴电缆中心导体的内孔(33，33’)的直径。在图7中该直径由附图标记C表示。
2.外切削刃的进入角度和槽宽(对于螺旋型钻头)。分别参见图7中的尺寸E和D。
3.位于取芯工具钻头外端的径向延伸的切削刃56的厚度。该刃垂直于同轴电缆轴线，并用于随取芯工具的轴向转动而切除部分介质材料。参见图7中的尺寸A。
4.位于取芯工具钻头外端附近并形成限定内孔的壁的一部分的切削刃58的厚度。该刃平行于同轴电缆轴线，并用于使介电材料与中心导体分离。参见图7中的尺寸B。
对于对一致移除预涂层有效的取芯工具，上述设计标准必须符合一定的设计规范。
内孔33的直径C是当使用标准产品时对工具性能影响最小的尺寸。然而，该尺寸对于实现彻底移除预涂层非常重要，并且对于预涂物设计制造成从中心导体完全剥除的电缆尤为重要，如在于2003年9月16日提交的美国临时专利申请No.60/503,384中所述，通过引用将该申请公开结合于此。
更具体地，应当控制取芯工具内孔33和同轴电缆中心导体12之间的间隙，使得电缆中心导体的外径Dc与孔的内径Db之比在0.60到0.90的范围内。内孔与中心导体的间隙超出该范围的工具不能一致地破坏预涂层/中心导体的结合，从而不能完全移除预涂层。对商用取芯工具的测量表明，该间隙百分比并没有得到控制，而是随着取芯工具的不同尺寸和制造商在较大范围内变化。
取芯钻头的进入角也会影响性能。此外，对于螺旋型钻头设计，槽宽也会影响性能。为了成功移除介电材料，进入角必须相对较为侵入性(aggressive)。优选的是该角度(图7中的尺寸E)在35到60度的范围内，更理想的是在37到50度的范围内，最理想的是接近40度。
此外，对于采用螺旋型槽60来移除碎片的刀具设计，槽宽(图7中的尺寸D)应当为0.200英寸到0.275英寸宽(0.51厘米到0.70厘米)，最理想的是0.200到0.250英寸(0.51厘米到0.64厘米)宽。这些规范通过绕同轴电缆的中心导体侵入性地扭转材料来促使彻底移除电介质，从而破坏预涂层和中心导体之间的结合。
切削刃56和58的厚度A、B确定所述工具是优先切削介电材料还是优先撕裂介电材料。对于现有的取芯工具，通常的做法是使用锋利切削刃从电缆端部切削介电材料。然而，该移除方法对于彻底移除预涂层是无效的。为了有效移除所有的介电材料和粘附的预涂物，优选地，应优先于切削作用采用撕裂分力。这通过增加取芯部54上的切削刃的厚度或半径以提供稍钝的切削刃而得以实现。取芯工具切削刃的该撕裂作用在介电材料上产生扭力，该扭力显著大于通过锋利切削刃所获得的扭力。该力又有助于通过扭转电介质从而破坏预涂物/中心导体的结合而从电缆中心导体移除预涂物。
这些切削刃的厚度或半径由取芯工具的内孔直径间隙、进入角和槽宽确定。当内孔直径间隙增大时，切削刃的厚度或半径也应当增大。当进入角和/或槽宽增大时，切削刃的厚度或半径应当减小。优选地，径向延伸的切削刃56应具有0.010到0.050英寸(0.03到0.13厘米)的厚度A，或者等于厚度A一半的半径，并且平行于工具轴线延伸的切削刃58应具有0.005到0.030英寸(0.01到0.08厘米)的厚度B，或者等于厚度B一半的半径。
本发明所属领域的技术人员受益于以上描述及附图所示的教导，将会想到本文所阐释的发明的多种修改和其它实施例。因此，应当理解本发明不限于所公开的具体实施例，修改和其它实施例也将包括在所附权利要求的范围内。尽管这里采用了具体术语，但是它们用于一般性和描述性意义，而不以限制为目的。
Claims (13)
1、一种用于制备同轴电缆的端部的取芯工具，所述电缆包括内导体、粘附在内导体上的预涂层、粘附在预涂层上的介电材料、以及环绕介电材料的具有预定直径的管状金属外导体，所述取芯工具包括：具有适于接收同轴电缆的轴向延伸开口端的外壳、以及安装在该外壳上并朝向所述开口同轴延伸的切削工具，所述切削工具包括：柱形的取芯部，其具有大小定为接收在同轴电缆的外导体内的外径；轴向延伸的孔，用于接收同轴电缆的内导体；以及在取芯部的端部处的至少一个切削刃，其特征在于，所述至少一个切削刃是径向延伸和/或轴向延伸的切削刃，该至少一个切削刃具有厚而钝或呈圆角的形状，其构造成用于在介电材料和预涂层上产生撕裂分力，而不是基本上完全切割或刮削介电材料和预涂层。
2、根据权利要求1所述的取芯工具，其特征在于，所述取芯部包括形成在该取芯部的柱形外表面中的沟或槽、以及在该取芯部的轴向端处的基本径向延伸的表面，且其中所述至少一个切削刃包括形成在所述径向表面与所述沟或槽的接合处的基本径向延伸的切削刃，并且其中所述径向延伸的切削刃具有厚而钝或呈圆角的结构，用于在介电材料上施加撕力、扭力而不是基本完全切割介电材料。
3、根据权利要求2所述的取芯工具，其特征在于，所述径向延伸的切削刃具有0.010到0.050英寸的厚度，或者具有0.005到0.025英寸的半径。
4、根据上述权利要求中任一项所述的取芯工具，其特征在于，所述取芯部包括第二切削刃，该第二切削刃形成在所述槽或沟的外端与所述孔的接合处并沿基本平行于该孔的轴线的方向延伸，并且其中所述轴向延伸的第二切削刃具有厚而钝或呈圆角的结构，用于撕裂介电材料和预涂层而不是基本完全切割介电材料和预涂层。
5、根据权利要求4所述的取芯工具，其特征在于，所述轴向延伸的第二切削刃具有0.005到0.030英寸的厚度，或具有0.0025到0.015英寸的半径。
6、根据权利要求1至3中任一项所述的取芯工具，其特征在于，所述电缆的中心导体的外径与所述孔的内径之比在0.60到0.90的范围内。
7、根据权利要求1至3中任一项所述的取芯工具，其特征在于，所述切削刃的进入角(E)在35到60度的范围内。
8、根据权利要求7所述的取芯工具，其特征在于，所述切削刃的进入角(E)在37到50度的范围内。
9、根据权利要求1至3中任一项所述的取芯工具，其特征在于，包括在所述取芯部的柱形表面上的螺旋槽。
10、根据权利要求9所述的取芯工具，其特征在于，所述螺旋槽宽为0.200英寸到0.275英寸宽。
11、根据权利要求1至3中任一项所述的取芯工具，其特征在于，其在所述取芯部的柱形表面上具有轴向延伸的沟，以露出所述孔的一部分。
12、根据权利要求1所述的取芯工具，其特征在于，所述至少一个切削刃包括所述径向延伸的切削刃(56)，其具有0.010到0.050英寸的厚度(A)，或者具有0.005到0.025英寸的半径。
13、一种用于制备同轴电缆的端部的方法，该方法包括通过使用权利要求1至12中任一项所限定的取芯工具在同轴电缆的端部处移除芯部的一部分。
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