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TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft ein elektrisches Kabel mit kleinem Durchmesser,
das mindestens einen ein- oder mehradrigen elektrischen Leiter in
einer isolierenden Hülle umfaßt, sowie ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Herstellung eines solchen Kabels. Sie betrifft
außerdem ein Koaxialkabel, das um ein solches Kabel herum
geformt werden kann, wenn das Kabel einen massiven Leiter umfaßt.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Elektrische
Kabel, auf die sich die Erfindung richtet, sind Kabel, die der Übertragung
eines Signals, insbesondere mit hoher oder sehr hoher Frequenz,
dienen. Koaxialkabel ermöglichen die Übertragung
eines Signals, das von einer Antenne, insbesondere von einer Wifi-,
Bluetooth-, GPRS-, Mimo-, 3G-Antenne usw., empfangen wird, die in
ein elektronisches oder informationsverarbeitendes Gerät
integriert ist.
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Die
Lastenhefte, die von der elektronischen Industrie, der informationsverarbeitenden
Industrie und der Telekommunikationsindustrie herausgegeben werden,
und die sich auf solche Kabel richten, sind sehr anspruchsvoll,
wodurch die Wahl von Form und Material sehr exakt vorgeschrieben
wird, was die Herstellung von Kabeln, die den dort formulierten
Anforderungen entsprechen, sehr schwierig macht.
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In
bekannter Weise kann ein elektrisches Kabel realisiert werden, das
einen Leiter in einer isolierenden Hülle umfaßt,
indem eine Vollhülle, insbesondere aus PE (Polyethylen),
PTFE (Polytetrafluorethylen) oder auch aus FEP (fluoriertes Ethylen-Propylen),
um den Leiter herum geformt wird. Dabei haben die genannten Materialien
den Vorteil, eine sehr niedrige Dielektrizitätskonstante
(ε) zu besitzen.
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Gleichwohl
sind, wenn solche Kabel realisiert werden, die dielektrischen Eigenschaften
(Dielektrizitätskonstante ε, dielektrischer Verlustfaktor
tan δ) oft nicht ausreichend oder die erforderliche mechanische
Festigkeit wird nicht erreicht. Es ist insbesondere schwierig, Werte
für die Dielektrizitätskonstante ε zu
erreichen, die kleiner als 2, und insbesondere kleiner als 1,7 sind.
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Die
Patentschrift
EP 0 803 878 schlägt
eine alternative Lösung für die Realisierung solcher
Kabel vor. Dieses Dokument schlägt die Realisierung der Hülle
aus einem Material mit geringer Dielektrizitätskonstante,
wie FEP oder PE, vor, wobei in der Hülle Hohlräume
in der Längsrichtung verlaufen sollen, die es insbesondere
ermöglichen, die Dielektrizitätskonstante des
Materials zu verringern. Dieses Dokument betrifft jedoch nicht die
Herstellung von Kabeln aus PTFE, die mindestens einen Leiter in
einer isolierenden Hülle umfassen. Dieses Dokument schlägt
nämlich keine Lösung für die Herstellung
eines Leiters vor, der mit einem thermoplastischen Material umhüllt
ist.
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Nun
besitzen die bekannten thermoplastischen Materialien dielektrische
Eigenschaften (Dielektrizitätskonstante ε, Faktor
tg δ), die im Hinblick auf die erforderlichen dielektrischen
Eigenschaften unzureichend sind, und dies trotz der Anbringung der zuvor
zitierten Hohlräume in der Hüllenwand des Leiters.
Im Übrigen erfordert die Anwendung solcher Leiter besondere
Vorsichtsmaßnahmen bei der Verbindung mittels Schweißen,
da die Materialien dazu neigen, unter der Wirkung des oder der Heizelemente
zu schmelzen, ein Phänomen, das natürlich vermieden
werden soll.
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Die
EP 0 803 878 sieht ferner
nicht die Möglichkeit vor, daß die Kabel mehrere
Leiter umfassen.
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AUFGABE UND ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Eine
erste Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektrisches Kabel anzugeben,
das mindestens einen Leiter in einer isolierenden Hülle
mit einer Dielektrizitätskonstante ε kleiner als
1,7 umfaßt und das eine gute mechanische Festigkeit und
einen guten Wärmewiderstand besitzt.
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Dieses
Ziel wird aufgrund der Tatsache erreicht, daß die Hülle
aus PTFE ist und mindestens einen kontinuierlichen Hohlraum umfaßt.
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Es
ist festzuhalten, daß in diesem Dokument der Begriff PTFE
reines PTFE bezeichnet, oder ein Material, das im wesentlichen aus
PTFE besteht und das ferner andere Füllstoffe oder Additive
umfassen kann.
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Aufgrund
der Verwendung von PTFE, wobei dessen inhärente Eigenschaften
zum Beitrag des oder der mit Luft gefüllten Hohlräume
noch hinzukommen, besitzt das erhaltene elektrische Kabel bemerkenswerte
dielektrische Eigenschaften, die es vorteilhafterweise ermöglichen,
das Kabel sogar in einer Ausführung mit einem sehr kleinen
Durchmesser zu verwenden.
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Vorteilhafterweise
ist der Außendurchmesser des elektrischen Kabels (oder
der größte Abstand im Querschnitt, wenn der Umfang
nicht kreisförmig ist) kleiner als 2 mm, sogar kleiner
als 1 mm. Mit einem solchen Außendurchmesser braucht das
Kabel sehr wenig Platz und ist leicht zu biegen. Die dielektrischen
Leistungen der Hülle ermöglichen es daher, mehrere
Kabel, sogar ungefähr zehn, in Durchlässen mit
sehr kleinen Abmessungen, wie einem Scharnier, das bei einem tragbaren
Computer die Zentraleinheit mit dem Bildschirm verbindet, gemeinsam
unterzubringen.
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Bei
einer Ausführungsform kann das Kabel in ein Koaxialkabel
integriert sein, das einen zentralen Leiter, eine isolierende Zwischenhülle
aus PTFE, die mindestens einen kontinuierlichen Hohlraum umfaßt, einen äußeren
Leiter und eine äußere Schutzhülle umfaßt,
wobei das zuvor definierte elektrische Kabel dabei den zentralen
Leiter mit dessen Zwischenhülle bildet. Es ist ebenfalls
denkbar, daß die äußere Hülle selbst
von einem kontinuierlichen Hohlraum durchzogen ist, wobei die innere
Hülle Hohlräume umfassen könnte oder
nicht.
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Eine
zweite Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Umhüllung
mindestens eines Leiters mit einer Hülle aus PTFE anzugeben,
in der mindestens ein kontinuierlicher Hohlraum geformt wird, wobei
das Verfahren zuverlässig und im Industriemaßstab
einfach anzuwenden sein soll.
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Dieses
Ziel wird mit Verfahren erreicht, das die folgenden Schritte umfaßt:
- – Komprimieren eines PTFE-Pulvers,
das mit einem Gleitmittel imprägniert ist, in einer konvergenten
Kammer, die mit einer Extrusionsdüse ausgestattet ist,
und um eine Führung herum, um den mindestens einen Leiter
zu führen, wobei das imprägnierte PTFE-Pulver
bis zu einer Extrusionsöffnung geschoben wird, um ein Extrudat
zu formen;
- – Einleiten dieses Extrudats von dieser Öffnung aus
in einen Extrusionsdurchlaß im Innern der Düse,
wo es um den oder die Leiter geformt wird, und dessen innerer Querschnitt
der gewünschten äußeren Kontur der Hülle
entspricht;
- – Herumleiten dieses Extrudats um mindestens ein Vollprofil,
das über mindestens einen Strecke in dem Extrusionsdurchlaß den
gleichen Querschnitt aufweist wie der Hohlraum und das so verhindert,
daß das Extrudat den für den Hohlraum vorgesehenen
Querschnitt einnimmt, wobei sich der Hohlraum oder die Hohlräume
aus und stromabwärts der Oberflächen) des stromabwärtigen Endes
des oder der Profile formt bzw. formen;
- – Extrahieren des Gleitmittels durch Verdampfung;
- – Sintern der so geformten Gruppe, um das Material
der Hülle zu stabilisieren.
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Das
Sintern ermöglicht es, dem Material seine endgültigen
Eigenschaften zu verleihen.
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Das
Verfahren gemäß der Erfindung bleibt nahe an einem
bekannten Verfahren zur Herstellung von elektrischen Kabeln, die
einen Massivleiter in einer Hülle aus PTFE umfassen. Aus
diesem Grund kann das Verfahren im Fall eines Kabel mit einem massiven
Leiter vorteilhafterweise sehr leicht auf den herkömmlichen
Maschinen zur Umhüllung angewendet werden.
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Die
Besonderheit des Verfahrens liegt insbesondere im Schritt des Formens
im Innern des Extrusionsdurchlasses. Im Verlauf dieses Schritts
formt sich das Extrudat im Extrusionsdurchlaß. Es nimmt so
im wesentlichen den ganzen Querschnitt ein, der für die
Hülle vorgesehen ist, also den gesamten Raum, der außerhalb
des oder der Leiter und innerhalb des Extrusionsdurchlasses liegt,
der in der Düse angebracht ist, aber ohne die Oberfläche
einzunehmen, die für den Hohlraum oder die Hohlräume
vorgesehen ist, die von dem oder den Profilen in diesem Teil des
Extrusionsdurchlasses eingenommen wird.
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Das
Profil oder die Profile erstreckt bzw. erstrecken sich über
eine bestimmte Strecke im Innern des Extrusionsdurchlasses, wodurch
das Extrudat, während es diese Strecke durchläuft,
die äußere Form der Profile annimmt.
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Auf
diese Weise bewahrt, wenn das Extrudat seine Vorwärtsbewegung über
die Oberflächen des stromabwärtigen Endes der
Profile hinaus fortsetzt und daher nicht mehr von diesen gestützt
wird, das Extrudat die von den Profilen verliehene Form, die diejenige
der Hohlräume ist. Die Luft, die mit dem Extrudat mitgeführt
wird, und/oder in dem bereits geformten Teil des Hohlraums stromabwärts
vorhanden ist, füllt den so in dem Volumen des Extrudats
eingebrachten leeren Raum, wodurch die Formung des oder der Hohlräume
beendet wird.
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Natürlich
ist es notwendig, um die Formung der Hohlräume zu ermöglichen,
daß eine Mindestmenge an Luft in dem Extrudat vorhanden
ist. Zu diesem Zweck ist vorteilhafterweise ein Luftdurchlaß in der
Nähe der Extrusionsöffnung vorgesehen, um die Luft
zum Füllen der Hohlräume bereitzustellen. In der Praxis
wird der Luftdurchlaß mittels der Öffnung (oder
den Öffnungen) des Leiterdurchlasses im Innern der Führung
realisiert. Daher bleibt das Verfahren einfach. Da es weder die
Zugabe von Luft oder Fluid, noch die Unterdruckerzeugung im Bereich
der Zone, in der die Hohlräume geformt werden, benötigt, kann
es auf den herkömmlichen Maschinen zur Umhüllung
der Leiterdrähte unter eine Hülle aus PTFE angewendet
werden.
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Aus
Gründen der Einfachheit befinden sich die Oberflächen
des stromabwärtigen Endes der Profile im Allgemeinen (ohne
daß dies zwingend wäre) auf einer Ebene, die allen
Profilen gemeinsam ist. Sie liegen außerdem bevorzugt im
wesentlichen senkrecht zur Extrusionsrichtung. Im übrigen
ist bei einer Ausführungsform des Verfahrens die Düse
stromabwärts des oder der Profile verlängert,
um die äußere Wand der Hülle über
eine Strecke stromabwärts der Oberflächen des
stromabwärtigen Endes des Profils oder der Profile zu erhalten
und die Stabilität der äußeren Form der
Hülle zu gewährleisten.
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Es
ist im übrigen festzuhalten, daß es das Verfahren
ermöglicht, daß die Formgebung oder Formung der
Hülle stromaufwärts der Extrusionsöffnung beginnt.
Dies ist insbesondere der Fall, wenn sich das stromabwärtige
Ende der Führung stromaufwärts der Extrusionsöffnung
befindet, so daß die Formung der Hülle beim Kontakt
des oder der Leiter gleich im Innern der konvergierenden Kammer
beginnt. Ebenso können das oder die Profile zur Formung
des Hohlraums auch einen Teil haben, der stromaufwärts
der Extrusionsöffnung angeordnet ist, um dort die Formung
der Hülle um die Querschnitte der künftigen Hohlräume
herum zu beginnen.
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Ferner
verlaufen bei einer Ausführungsform der Erfindung aus Gründen
der Einfachheit der oder die kontinuierliche/n Hohlraum/Hohlräume,
der bzw. die mit dem Verfahren geformt wird/werden, in Längsrichtung.
Demzufolge werden bei einer anderen Ausführungsform bei
der Herstellung die Profile gemäß der Extrusionsachse
gedreht, so daß die Winkelposition der Hohlräume
in der Hülle des Leiters im Verlauf der Herstellung variiert.
Auf diese Weise werden die Hohlräume schraubenförmig
geformt oder weisen Wellen auf. Aus diesem Grund ist, in dem Fall,
in dem die Profile während der Herstellung gedreht werden,
die Winkelposition der Hohlräume um den Leiter herum in
Abhängigkeit von der Position auf dem Kabel variabel. Eine
solche variable Winkelposition der Hohlräume ermöglicht
es, die mechanische Festigkeit der elektrischen Kabel zu verbessern,
und dabei gleichzeitig insbesondere zu vermeiden, daß es
eine "schwache" Richtung gibt, in der die mechanischen Leistungen
des Kabels kleiner sind; was es ermöglichen kann, gegebenenfalls
die Anzahl der Hohlräume zu reduzieren und, indem deren
Größe erhöht wird, die Dielektrizitätskonstante
der Hülle noch weiter zu reduzieren.
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Bei
einer Ausführungsform der Erfindung bestehen das Vollprofil
und die Führung aus einem Stück. Dadurch ist dessen
Realisierung leichter als wenn es sich im Innern der Düse
befände. Zudem wird so jeder Materialanschluß auf
dem Äußeren der Hülle des hergestellten
elektrischen Drahts vermieden.
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Eine
dritte Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Herstellung
eines elektrischen Kabels zu definieren, das mindestens einen Leiter
in einer Hülle aus PTFE umfaßt, die mindestens
einen kontinuierlichen Hohlraum aufweist, wobei die Vorrichtung
umfaßt
- – eine Führung,
die mindestens einen inneren Durchlaß umfaßt,
der für den Durchlaß des Leiters oder der Leiter
parallel zu einer Extrusionsrichtung angepaßt ist,
- – eine Düse, die die Führung umgibt,
wobei die Führung und die Düse eine konvergente
Kammer definieren, die in einer Extrusionsöffnung mündet,
- – wobei die Düse sich ferner durch einen Extrusionsdurchlaß verlängert,
der sich stromabwärts der Extrusionsöffnung erstreckt,
um das Extrudat aus PTFE um den oder die Leiter herum zu formen,
was die einfache und zuverlässige Herstellung eines elektrischen
Kabels mit hohen dielektrischen Leistungen ermöglicht,
das mindestens einen Leiter in einer Hülle aus PTFE umfaßt.
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Dieses
Ziel wird dadurch erreicht, daß die Vorrichtung ferner
mindestens ein Vollprofil zur Hohlraumformung umfaßt, das
sich mindestens teilweise in dem Extrusionsdurchlaß bis
zu einer Oberfläche des stromabwärtigen Endes
erstreckt, das im wesentlichen senkrecht zur Extrusionsrichtung
liegt, um den kontinuierlichen Hohlraum stromabwärts der Oberfläche
des stromabwärtigen Endes zu formen. Es wurde nämlich
festgestellt, daß vorteilhafterweise eine steil abfallende
Oberfläche eines Endes für das oder die Profile
die Formung von Hohlräumen mit einem im wesentlichen gleichen
Querschnitt wie das Profil garantiert.
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Die
Struktur der so definierten Vorrichtung bleibt, insbesondere aufgrund
des Vollprofils, einfach. Da es ein Vollprofil ist, besitzt es selbst
in kleinen Abmessungen (zum Beispiel einige Zehntel mm), die notwendige
Festigkeit für eine Verwendung bei der Herstellung. Allgemeiner
ausgedrückt umfaßt die Maschine, die für
die Umhüllung verwendet wird, keinen Kanal zur Zuführung
oder zur Ansaugung von Luft oder Fluid, die bzw. das verwendet wird,
um die Hohlräume zu formen, wodurch jegliches Risiko einer Verstopfung
eines solchen Kanals ausgeschlossen ist. Die Luft, die natürlicherweise
im Kontakt mit dem Extrudat vorhanden ist, unabhängig davon,
ob es die Luft der Hohlräume ist, oder die Luft, die mit
dem oder den Leitern mitgeführt wird, reicht aus, um die Hohlräume
von sich aus zu füllen.
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Vorteilhafterweise
formt das Profil eine Verlängerung der Führung.
Jeder Hohlraum wird daher von außerhalb der Hülle
geformt, und nicht von innerhalb. Daher umfaßt die durch
das Verfahren erhaltene Hülle keine Materialanschlußlinie
auf der äußeren Oberfläche der Hülle.
Das PTFE auf der Oberfläche der Hülle ist kontinuierlich
und homogen. Dagegen könnten Heterogenitäten in
der Materialstruktur die Ursache für Probleme bei der Lebensdauer
der erhaltenen Kabel sein.
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Bei
einer Ausführungsform bestehen das Profil und die Führung
aus einem Stück.
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Bei
einer anderen Ausführungsform wird das Profil auf der Düse
befestigt. Die Struktur der Führung wird so zu Lasten der
Düse vereinfacht. Dies ermöglicht es, das Profil
als Bauteil einfacher zu realisieren, das an der Düse befestigt
und das in Abhängigkeit von der gewünschten Produktion
und den Hohlräumen, die realisiert werden sollen, austauschbar
ist.
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Vorteilhafterweise
haben das Profil oder die Profile einen im wesentlichen konstanten
Querschnitt. Genauer gesagt kann vorteilhaft der größte Teil
des Profils oder der Profile insbesondere außerhalb der
Befestigungszone ein Teil mit konstantem Querschnitt sein; wobei
die Querschnittsform der Form der Hohlräume in der Hülle
der Kabel entspricht.
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Indem
es sich in Kontakt mit dem Teil des Profils fortbewegt, das einen
konstanten Querschnitt hat, nimmt das Extrudat die äußere
Form des Profils und somit des Hohlraums an.
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Schließlich
ist festzuhalten, daß bei der Vorrichtung zur Herstellung
der elektrischen Kabel die Führung aus mehreren Teilen
bestehen kann, insbesondere, wenn die Kabel mehrere Leiter umfaßt.
In diesem letztgenannten Fall kann die Führung mehrere
verschiedene Führungselemente umfassen, die im Innern der
Düse angeordnet sind, wobei jede zum Beispiel durch die
Steuerung eines der Leiter beeinflußt werden kann.
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Weitere
Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
rein beispielhaften und nicht beschränkenden Beschreibung von
Ausführungsformen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
ein Axialprofil senkrecht zur Achse eines elektrischen Kabels gemäß der
Erfindung, das einen einzigen Leiter umfaßt.
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2A und 2B zeigen
eine perspektivische Ansicht eines koaxialen Kabels gemäß der
Erfindung gemäß zweier verschiedener Ausführungsformen,
von denen eine in Längsrichtung verlaufende Hohlräume,
die andere schraubenförmig geformte Hohlräume
aufweist.
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3 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zur Herstellung eines
Leiters in einer Hülle aus PTFE gemäß der
Erfindung.
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4 zeigt
ein Axialprofil des stromabwärtigen Endes in der Extrusionsrichtung
der Vorrichtung aus 3.
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5 zeigt
ein Axialprofil senkrecht zur Achse eines elektrischen Kabels gemäß der
Erfindung, das zwei Leiter umfaßt.
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BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Unter
Bezugnahme auf 1 wird nun die Struktur eines
elektrischen Kabels gemäß der Erfindung beschrieben.
Das dargestellte elektrische Kabel umfaßt einen einzigen
Leiter 10, der in einer isolierenden Hülle aus
PTFE 20 angeordnet ist.
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Der
Leiter 10 und die Hülle 20 sind im wesentlichen
koaxial. Der Leiter 10 kann aus einem einzelnen Draht bestehen
oder auch eine Litze sein, die aus mehreren Drähten besteht.
In 1 haben der Leiter 10 und die Hülle 20 eine
zylinderförmige äußere Form mit einem
kreisförmigen Querschnitt.
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Natürlich
können andere Formen von Leitern und/oder Hüllen
verwendet werden; zum Beispiel ist denkbar, daß der äußere
Querschnitt der Hülle 20 eine nicht kreisförmige
Kontur, etwa ein Oval, ein Rechteck oder ein Quadrat usw., aufweist,
und dies insbesondere zur Realisierung von mehradrigen Kabeln, wie
etwa Kabeln mit zwei oder vier Leitern oder auch mehrdrahtigen Flachlitzenkabeln.
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Die
Hülle nimmt das gesamte Volumen zwischen der äußeren
Oberfläche des Leiters (Kreis mit Radius R1) und der äußeren
Oberfläche des Kabels (Kreis mit Radius R4) ein, abgesehen
von vier Hohlräumen 12, die mit Luft gefüllt
sind. Die dargestellte Hülle umfaßt vier in Längsrichtung
verlaufende Hohlräume, aber allgemein kann ein Kabel gemäß der
Erfindung auch nur einen Hohlraum oder zwei, drei oder auch mehr
als vier Hohlräume enthalten.
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Je
größer die Anzahl und die Oberfläche
der Hohlräume ist, umso stärker erhöht
sich ihre Wirkung, das heißt, umso stärker verringert
sich die Dielektrizitätskonstante (ε) der Hülle.
Andererseits erhöht sich die Wirkung ebenfalls umso stärker,
je näher die Hohlräume am Leiter liegen. Im vorliegenden Beispiel
umfaßt das Kabel vier Hohlräume. Bei einer so
geringen Anzahl an Hohlräumen, können die Hohlräume
große Abmessungen haben; sie senken daher die Dielektrizitätskonstante
der Hülle stark. Außerdem werden die vier Hohlräume 12 paarweise durch
vier radiale Trennwände 14 getrennt, die die mechanische
Festigkeit der Hülle insbesondere bei Kompression und bei
Biegetests gewährleisten. Der Querschnitt der Hohlräume
wird in einen Kranz zwischen den Radien R2 und R3 umgesetzt, wobei
R2 und R3 beide im Bereich zwischen R1 und R4 liegen. Die Kompressionsfestigkeit
ist insbesondere auf die Tatsache zurückzuführen,
daß die Trennwände 14 paarweise diametral
entgegengesetzt liegen.
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Bevorzugt
wird eine Dicke aus PTFE um den Leiter 10 herum bewahrt,
das heißt, daß der Radius R2 ausreichend größer
ist als R1, um zu die Formung einer inneren Hülse im Kontakt
mit dem Leiter zwischen den Radien R1 und R2 zu ermöglichen,
die Zentrierung des Leiters 10 in der Hülle 20 zu
gewährleisten, indem vermieden wird, daß er sich
ins Innere einer der Hohlräume 12 verschiebt,
und um eine ausreichende Haftung der Hülle auf dem Leiter
zu gewährleisten, indem eine große Kontaktoberfläche zwischen
der inneren Hülle und dem Leiter 10 bewahrt wird.
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Ebenso
wird bevorzugt zwischen den Radien R3 und R4 auf dem Rand der Hülle 20 aus
PTFE eine Dicke bewahrt, die eine äußere Hülle
zu formt und die äußere mechanische Festigkeit
der Hülle gewährleistet.
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In
der für die Herstellung einfachsten Konfiguration verlaufen
die Hohlräume 12 in Längsrichtung. Indem
die Profile gemäß der Extrusionsachse gedreht
werden, ist es außerdem möglich, elektrische Leiter
herzustellen, die mit Hüllen aus PTFE versehen sind, die
einen oder mehrere Hohlräume umfassen, die schraubenförmig
geformt sind, oder auch einen oder mehrere Hohlräume, deren
Winkelposition um den Leiter herum in Abhängigkeit von
der Position auf der neutralen Faser des Leiters variabel ist.
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Unter
Bezugnahme auf 2A wird nun ein Koaxialkabel
gemäß der Erfindung beschrieben. Dieses Koaxialkabel
wird erhalten, indem das zuvor beschriebene elektrische Kabel ins
Innere eines zweiten Leiters 30 integriert wird, der in
einer zweiten isolierenden äußeren Hülle 40 plaziert
ist.
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Das
so geformte Koaxialkabel umfaßt einen Leiterdraht 10 in
einer Hülle aus PTFE 20. Diese Gruppe (10, 20)
ist von einem zweiten Leiter 30 umgeben, der die Form eines
Geflechts hat, das seinerseits von einer isolierenden Schutzhülle 40 umgeben ist.
Das so ausgebildete Koaxialkabel umfaßt vier kontinuierliche
Hohlräume 12. In 2A sind
diese Hohlräume 12 in Längsrichtung verlaufende
Hohlräume, was eine bevorzugte Ausführungsform
ist.
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2B stellt
ein ähnliches Kabel dar wie 2A, jedoch
sind bei dem Kabel gemäß 2B in der
aber die kontinuierlichen Hohlräume 12 nicht in Längsrichtung
verlaufen, sondern in schraubenförmiger Form geformt sind.
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Unter
Bezugnahme auf die 3 und 4 wird nun
eine Vorrichtung zur Herstellung von Kabeln gemäß der
Erfindung beschrieben.
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Die
Vorrichtung dient der Herstellung eines elektrischen Kabels, das
einen Leiter in einer Hülle aus PTFE umfaßt, die
gemäß einer Extrusionsrichtung extrudiert wird,
die durch den Pfeil F dargestellt ist.
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Die
Vorrichtung umfaßt eine Führung 50 zur Führung
des Leiters oder der Leiter, die einen inneren Kanal 52 für
den Durchlaß des- oder derselben aufweist. Bei der dargelegten
Ausführungsform umfaßt der innere Kanal 52 einen
zylinderförmigen stromabwärtigen Teil, dessen
innerer Durchmesser der äußere Durchmesser des
Leiters 10 ist, allerdings um ein (nicht dargestelltes)
leichtes Spiel vergrößert, um den Durchlaß des
Leiters 10 zu ermöglichen. Die Führung 50 dient
insbesondere dazu, den (im dargestellten Beispiel massiven) Leiter
in dem stromabwärtigen Teil der Vorrichtung zu führen
und zu positionieren, wo er den Vorgang der Umhüllung erfährt.
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Die
Führung 50 umfaßt drei Teile 53, 55, 54, die
um die Extrusionsachse herum gedrehte Formen haben. Der stromaufwärtige
Teil 53 hat eine zylinderförmige äußere
Form. Der mittlere Teil 55 hat eine kegelförmige äußere
Form, wobei sich die Spitze des Kegels in stromabwärtiger
Richtung befindet. Der stromabwärtige Teil 54 hat
eine röhrenförmige Form.
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Die
Vorrichtung umfaßt außerdem eine Düse 60,
die die Führung 50 umgibt.
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Diese
Düse 60 weist wie die Vorrichtung 50 drei
Teile auf, einen stromaufwärtigen Teil 63, der eine
zylinderförmige innere Öffnung aufweist, in stromabwärtiger
Richtung gefolgt von einem mittleren Teil 65, der eine
kegelförmige Öffnung aufweist, die stromabwärts
durch einen stromabwärtigen Teil 64 verlängert
wird.
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Die
Düse 60, wie die Führung 50,
kann jeweils aus einem oder mehreren Stücken realisiert werden.
In der dargestellten Vorrichtung sind die Düse 60 und
die Führung 50 koaxial, da sie um die gleiche
Achse, die so genannte Extrusionsachse, geformt sind. In dem Fall,
in dem vorgesehen ist, daß das elektrische Kabel mehrere
Leiter hat, ist die Führung 50 mit der Düse 60 nur
in dem Sinne koaxial, daß sich ihre Achse (bzw. ihre Achsen)
parallel zur Achse der Düse befindet; dagegen kann die
Führung 50 jedoch nicht konzentrisch zur Düse 60 sein
(in 5 ist ein Beispiel eines Kabels zu sehen, das mehrere
Leiter umfaßt).
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Zwischen
den stromaufwärtigen Teilen 53, 63 der
Führung 50 und der Düse 60 erstreckt
sich eine zylinderförmige Kammer 66. In dieser
dient ein beweglicher Kolben 67, der um die Führung 50 verschiebbar
ist, dazu, das PTFE (nicht dargestellt) zu komprimieren, um es in
die konvergente Kammer 62 zu schieben, die zwischen den
mittleren Teilen 55, 65 der Führung 50 und
der Düse 60 geformt wird, indem es in Extrusionsrichtung
komprimiert wird.
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Die
Kammer 62 hat eine Form, die im wesentlichen zwischen den
beiden kegelförmigen Teilen 55 bzw. 65 der
Führung 50 und der Düse 60 konvergiert,
um die Ausstoßung, oder genauer gesagt die Extrusion des
PTFE über die Extrusionsöffnung 70 unter
der Wirkung des Drucks zu ermöglichen.
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Stromabwärts
der Extrusionsöffnung 70 verlängert sich
die konvergente Kammer 62 durch den Extrusionsdurchlaß 80.
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Der
röhrenförmige Teil 54 der Führung
liegt teilweise oder vollständig in der konvergenten Kammer 62.
Das stromabwärtige Ende dieses Teils 54 kann sich
daher entweder in der konvergenten Kammer 62 oder im Innern
des Extrusionsdurchlasses befinden 80. Es ist bevorzugt,
daß es sich mindestens bis in die Nähe des Extrusionsdurchlasses 80 erstreckt,
um es der Führung 50 zu ermöglichen,
die gute Positionierung der Leiter bezüglich der Hülle, insbesondere
im Extrusionsdurchlaß, zu gewährleisten.
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Der
Extrusionsdurchlaß 80 ist ein zylinderförmiger
Durchlaß, der in Extrusionsrichtung im Innern des stromabwärtigen
Teils 64 der Düse 60 bis zu einer Auslaßöffnung 72 angeordnet
ist. Die Form (im Querschnitt) dieses Durchlasses ist die Form,
die für die äußere Kontur des Kabels
gewünscht ist. Der Durchlaß 80 hat im
dargestellten Fall daher eine zylinderförmige Form mit
kreisförmigem Querschnitt mit dem Radius R4.
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Andererseits
umfaßt die Vorrichtung ein Profil oder mehrere Profile 112 zur
Formung der Hohlräume. Im vorliegenden Beispiel umfaßt
die Vorrichtung vier Profile 112 mit im wesentlichen konstantem Querschnitt,
die sich in der konvergenten Kammer 62 und dem Extrusionsdurchlaß 80 erstrecken.
Es ist ein Profil 112 pro Hohlraum zur Formung der in der
Hülle vorgesehenen Hohlräume vorgesehen. Diese
Profile 112 erstrecken sich von einer Ebene P0 in Extrusionsrichtung
bis zu einer Ebene P1.
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Hinsichtlich
der Positionen bezüglich der Ebene P0 im Verhältnis
zur Extrusionsöffnung 70 sind verschiedene Möglichkeiten
denkbar.
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Bevorzugt
befindet sich die Ebene P0 stromaufwärts der Profile stromaufwärts
der Extrusionsöffnung 70, um die Formung der inneren
Hülse zu ermöglichen, die sich in Kontakt mit
dem Leiter in der konvergenten Kammer 62 befindet, in der
ein etwas geringerer Druck als in dem Extrusionsdurchlaß 70 herrscht.
Die Ebene P0 kann sich jedoch auch in Höhe der Extrusionsöffnung 70,
sogar stromaufwärts derselben befinden.
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Bei
der dargestellten Vorrichtung sind die Profile 112 am stromabwärtigen
Ende des röhrenförmigen Teils 54 der
Führung 50 in Höhe der Ebene P0 befestigt.
Somit bestehen die Profile 112 und die Führung
vorteilhafterweise aus einem Stück und ermöglichen
es, die Hohlräume innerhalb der Hülse zu formen.
Aufgrund dessen bleibt die innere Oberfläche der Düse
frei und wird nicht verwendet, um die Profile 112 zu stützen,
was es ihr ermöglicht, die äußere Oberfläche
der Hülle auf kontinuierliche Weise zu formen. Auf diese
Weise umfaßt die Hülle mit der dargelegten Vorrichtung
auf ihrer äußeren Oberfläche keine Materialanschlußzone.
Außerdem ermöglicht es vorteilhafterweise die
Position der Profile 112 in der Verlängerung der
Führung 50, die Aufgabe als Führung der
Leiter zwischen den Ebenen P0 und P1 zu gewährleisten und
fortzuführen, die stromaufwärts der Ebene P0 durch
die Führung 50 gewährleistet wird.
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Im
dargelegten Ausführungsbeispiel sind die verschiedenen
Profile 112 auf einer gleichen Ebene P1 unterbrochen, aber
diese Anordnung ist nicht zwingend.
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Es
sind verschiedene Möglichkeiten hinsichtlich der relativen
Position der Ebene P1 (oder verschiedener Unterbrechungsebenen stromabwärts verschiedener
Profile) im Verhältnis zur Auslaßöffnung 72 der
Düse denkbar. Alle können verwendet werden.
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Bevorzugt
und wie bei der Vorrichtung dargestellt liegt die Ebene P1 stromaufwärts
der Auslaßöffnung 72 der Düse 60.
Der Extrusionsdurchlaß 80 umfaßt in diesem
Fall einen Teil der Führung 81, die sich von der
Ebene P1 bis zur Öffnung 72 erstreckt. Aufgabe
dieses Teils der Führung 81 ist es die Hülle
zu führen und zu formen, und ihre Form zu stabilisieren.
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Umgekehrt
ist es möglich, daß die Ebene P1 mit der Auslaßöffnung 72 übereinstimmt
oder sich stromabwärts derselben befindet. Im letztgenannten Fall
gibt es keine Führung 81 mehr und die Profile verlängern
sich über die Auslaßöffnung 72 der
Düse hinaus.
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Das
Extrusionsprinzip in einer solchen Vorrichtung ist folgendes.
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Die
Führung 50 führt den Leiter 10 ein
und hält ihn in der Mitte der Extrusionsdüse.
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Stromaufwärts,
in der zylinderförmigen Kammer 66, wird das PTFE
durch den Kolben 67 geschoben und in der Kammer 62 komprimiert.
Sein Druck steigt bei seiner Vorwärtsbewegung in den konvergenten
Bereich der Kammer 62, was zur Fibrillation des PTFE stromaufwärts
der Extrusionsöffnung 70 führt und zur
Ausstoßung des so geformten Extrudats in den Extrusionsdurchlaß 80.
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Der
röhrenförmige Teil 54 stromabwärts
der Führung 50 erstreckt sich in die konvergente
Kammer 62 stromaufwärts und in der Nähe
der Extrusionsöffnung 70. Um diesen Teil 54 der
Führung 50 herum, nimmt das Extrudat die zylinderförmige äußere Form
des röhrenförmigen Teils an. Es nimmt so eine Form
an, die die äußere Hülse der Hülle
aus PTFE zwischen den Radien R3 und R4 vorwegnimmt.
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Das
Extrudat erreicht und geht über das stromabwärtige
Ende der Führung 50 in Höhe der Ebene
P0 hinaus. Zwischen den Profilen 112 hindurch kommt es
dann durch die Schlitze 56 mit dem Leiter in Kontakt, um
in Kontakt mit dem Leiter 10 und um diesen herum die innere
Hülse zwischen den Radien R1 und R2 zu formen.
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Somit
endet in Höhe der Ebene P0 der röhrenförmige
Teil 54 der Führung und wird durch die vier Profile 112 zur
Formung der Hohlräume ersetzt. Der Querschnitt dieser Profile
entspricht den vier Querschnitten, die für die Hohlräume
vorgesehen sind.
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Diese
Profile werden in der Verlängerung der Führung 50 stromabwärts
der Ebene P0 am Ende der Führung 50 geformt und
erstrecken sich bis zu einer Ebene P1 in deren Höhe sie
abrupt durch eine Oberfläche des stromabwärtigen
Endes 58 unterbrochen werden, die im Wesentlichen senkrecht
zur Extrusionsrichtung liegt.
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Die
Profile weisen im Querschnitt die Form der Winkelquerschnitte zwischen
den Radien R2 und R3 auf.
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Die
Form des Querschnitts der Profile 112 wird daher in einen
Kranz umgesetzt, Durchlässe (die Schlitze 56),
die zwischen den Profilen angeordnet sind, ermöglichen
den Durchlaß des Extrudats vom Äußeren
des Kranzes bis zum Inneren desselben in Kontakt mit dem oder den
Leiter(n) 10.
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Somit
nimmt das Extrudat ab der Ebene P0 nicht nur den äußeren
Rand des Querschnitts ein, der für die Hülle 20 vorgesehen
ist, sondern dringt über die Schlitze 56 auch
in den gesamten ringförmigen Raum ein, der den Leiter 10 umgibt.
Er nimmt daher zwischen den Ebenen P0 und P1 den gesamten Querschnitt
ein, der für die Hülle 20 vorgesehen
ist, die Profile 112 bewahren dagegen die vier Querschnitte,
die für die Hohlräume 12 vorgesehen sind.
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Es
versteht sich daher, daß sich bei der Formung der Hülle 20 die äußere
Hülse einerseits und die innere Hülse und die
Hohlräume andererseits im wesentlichen gleichzeitig formen,
wobei der röhrenförmige Teil 54 der Führung 50 den
Beginn der Formung der äußeren Hülse
(Radius R3) realisiert, dessen äußere Kontur (Radius
R4) ausgehend von der Extrusionsöffnung 70 festgelegt
wird, und wobei die Ebene P0 den Beginn der Formung der inneren
Hülse und der Hohlräume markiert.
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Bevorzugt
wird die Form der Profile 112 in der Extrusionsrichtung
im Volumen der Wand eines Rohrs umgesetzt. Vorteilhafterweise können
dann der stromabwärtige Teil 54 der Führung
und die Profile 112 aus einem einzigen Rohr hergestellt
werden.
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Es
ist festzuhalten, daß andere Ausführungsformen
möglich sind; und zwar kann anstelle eines Rohrs mit einem
kreisförmigen Querschnitt das stromabwärtige Ende 54 der
Führung 50 jeden Querschnitt, der geeignete Kanäle
umfaßt, um den oder die Leiter durchzulassen, und Profile
aufweisen, die sich über eine Strecke in der Extrusionsrichtung
vorschieben, um die Hohlräume zu formen.
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Im
dargelegten Beispiel werden die Profile 112 realisiert,
indem in einem Rohr zwischen den Ebenen P0 und P1 die vier Schlitze 56 gefertigt
werden. Diese Schlitze 56 liegen paarweise diametral entgegengesetzt.
Anders ausgedrückt sind die Durchlässe (die Schlitze 56),
die zwischen zwei Profilen 112 geformt werden, diametral
entgegengesetzt. Es ist daher leicht, diese Schlitze 56 oder
Durchlässe durch Sägen oder durch Elektroerosion
aus einem Rohrelement zu realisieren, das verwendet wird, um den
röhrenförmigen Teil 54 zu realisieren.
Die so ausgebildete Vorrichtung ist daher relativ preiswert zu fertigen
und umfaßt zwei Teile; wobei die Profile 112 mit
der Führung 50 aus einem Stück geformt
werden.
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Im übrigen
nimmt das Extrudat im Extrusionsdurchlaß 80 auf
seinem äußeren Rand in Kontakt mit der inneren
Wand der Düse 60 die für die äußere Hülle
der Kabel vorgesehene Form an. Indem es seine Vorwärtsbewegung
stromabwärts (auf bekannte Weise mit der gleichen Geschwindigkeit
wie die Leiter) fortsetzt, erreicht das Extrudat die Ebene P1 des stromabwärtige
Endes der Profile 112. Deren Verschwinden löst
unverzüglich die Formung der Hohlräume in Höhe
dieser Ebene P1 aus. Das Volumen des Profils wird unverzüglich
durch Luft eingenommen, die den Hohlraum füllt, indem sie
an die Stelle des Profils tritt. Das Profil hat daher die Aufgabe
eines Kerns, einer Form, die der Formung des Hohlraums 12 dient.
Die Starrheit des Extrudats in Höhe der Ebene P1 verhindert
das Einfallen des Hohlraums 12.
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Um
schließlich die Formstabilität der Hülle 20 zu
garantieren, setzt sich die Düse 60 bis zur Auslaßöffnung 72 über
die Ebene P1 hinaus fort. Der Extrusionsdurchlaß umfaßt
daher einen Führungsteil 81, der es ermöglicht,
die Kabel von außen über die Strecke zu führen,
die die Ebene P1 von der Öffnung 72 trennt, um
zu ermöglichen, daß die äußere
Form der Hülle vollständig stabilisiert wird.
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Wie
bereits gesagt, wird das elektrische Kabel nun einer Verdampfung
des Gleitmittels, dann einem abschließenden Sintervorgang
unterzogen, der ihm die endgültigen Eigenschaften verleiht.
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Im übrigen
bleibt die gesamte Oberfläche (gemessen in einem Querschnitt)
der Profile 112 kleiner als die Oberfläche der
Führung 50, und ist kleiner als 50% der gesamten
Oberfläche des Querschnitts der Hülle.
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Schließlich
ist festzuhalten, daß die Abmessung der Vorrichtung gemäß der
Erfindung sehr beschränkt sein kann. Diese Vorrichtung
kann insbesondere mit einem Durchmesser des Extrusionsdurchlasses,
der der Durchmesser der gefertigten Kabel ist, von kleiner als 1,5
oder 2 mm, oder besonders bemerkenswert, mit einem Durchmesser von kleiner
als 1 mm, oder sogar 0,4 mm realisiert werden. Die Abmessung der
Hohlräume 12 kann daher äußerst
gering sein und radial (R3 bis R2) kleiner als 0,5 mm oder sogar
0,3 mm sein.
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5 zeigt
ein elektrisches Kabel gemäß der Erfindung, das
bei dieser Ausführungsform zwei Leiter 10A, 10B umfaßt.
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Die
Hülle 120 umfaßt acht Hohlräume,
wobei vier Hohlräume 12A um den Leiter 10A und
vier weitere 12B um den Leiter 10B angeordnet
sind. Die Leiter und die Hohlräume erstrecken sich in der
Längsrichtung des elektrischen Kabels, die sich senkrecht zur
Ebene der Figur befindet.
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Die
Erfindung kann so verallgemeinert und im Fall von Kabeln eingesetzt
werden, die eine sehr unterschiedliche Anzahl und sehr unterschiedliche Anordnungen
von Leitern und Hohlräumen aufweisen. Die Wirksamkeit der
Isolierung der so realisierten Hülle wächst im
allgemeinen mit der Anzahl und der Oberfläche der Hohlräume,
die einen Leiter umgeben, das heißt mit dem Luft/PTFE-Verhältnis
in unmittelbarer Nähe des Leiters.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0803878 [0006, 0008]