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Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung elektrischer Kabel Die
Erfindung bezieht sich auf elektrische Kabel sowie Verfahren und Mittel zu ihrer
Herstellung. Sie betrifft insbesondere elektrische Kabel mit einem oder mehreren
Iimenleitern, die innerhalb einer Isolation oder eines Dielektrikums liegen und
von einem äußeren metallischen Leiter umgeben sind, der gewöhnlich aus gewebtem
Draht oder einer Umklöppelung besteht.
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Im Isoliermaterial befinden sich Zellen oder Hohlräume. Derartige
Kabel haben einen charakteristischen Wellenwiderstand, dessen Ohmwert hauptsächlich
vom Durchmesser des Innenleiters, dem gewählten Abstand zwischen dem bzw. den Innenleitern
und dem Außenleiter sowie der Art des Dielektrikums abhängig ist. In der üblichen
Ausführung derartiger Kabel ist ein einzelner Innenleiter in der Achse des Kabels
vorgesehen; derartige Kabel sind unter der Bezeichnung Koaxialkabel bekannt.
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Der Energieverlust in Koaxial- oder ähnlichen Energieleitern, die
für die Übertragung von hochfrequenten Rundfunk- oder sonstigen Signalen verwendet
werden, wird durch Lufträume in der Kabelisolation bzw. dem Dielektrikum erheblich
herabgesetzt, da sowohl der Verlustwinkel als auch die D ielektrizitätskonstante
trockener Luft erheblich kleiner sind als die entsprechenden Werte bei irgendeinem
bekannten festen Material. Bei niedrigen Rundfunkfrequenzen ist die Dämpfung in
Energieleitern, die mit einem festen, nicht mit Lufträninen versehenen Material
mit guten elektrischen Eigenschaften isoliert sind, bei den normalerweise verwendeten
Längen nicht sehr hoch. Wenn die Frequenzen jedoch höher werden so steigen auch
die Verluste, und bei hohen Frequenzen von beispielsweise 50 MHz und mehr kann die
Signaldämpfung stark ins Gewicht fallen, insbesondere dann, wenn die Stärke des
Signals bei einer normalen Kabellänge von beispielsweise 16 in von vornherein nicht
sehr groß ist.
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Es sind bereits Koaxialkabel bekannt, die Lufträume oder -zellen
aufweisen, die durch das Dielektrikum, gewöhnlich Polyäthylen, hindurchlaufen. Beispielsweise
hat man Polyäthylen in Form eines Schraubengewindes um den leitenden Kern herum
aufgebracht, welches dann ihrerseits in einem Polyäthylenrobr gehalten wird. In
einer weiteren bekannten Ausführung hat man auf den Leiter einen mit durch tiefe
Einschnitte gebildeten Rippen versehenen l'olyäthyiellkern aufgebracht, der einen
sternförmigen Querschnitt aufweist und der gleichfalls in einem Polyäthylenrohr
gehalten wird. Diese Verfahren haben jedoch den Nachteil, daß sie mehrere Arbeitsgänge
zum Herstellen des schraubenförmigen bzw. sternförmigen Überzugs erfordern, wodurch
die Herstellung wesentlich verteuert wird. Außerdem lassen sich
diese bekannten Verfahren
nur bei Kabeln mit einem Leiter verwenden.
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Weiterhin wurde bereits vorgeschlagen, Luft oder Gas in ein festes
thermoplastisches Dielektrikum einzubringen. Beispielsweise ist es bekannt, im Strangpreßverfahren
ein Koaxialkabel herzustellen und in das erhitzte thermoplastische Material unter
hohem Druck Gas hineinzudrücken. Auf mechanischem Wege wurde erreicht, daß sich
das Gas in dem Material löst.
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Beim Strangpressen dehnt sich dann das Gas im Material aus. Auf diese
Weise ergibt sich ein schaumförmiger, plastischer Isolator mit einer großen Anzahl
kleiner unzusammenhängender Blasen, dessen durchschnittliche Dielektrizitätskonstante
geringer ist als die des festen Materials. Bei einem derartigen Verfahren können
die Größe und der gegenseitige Abstand der einzelnen Lufträume im Dielektrikum nicht
genau geregelt werden und ändern sich daher entlang dem Kabel, so daß sowohl die
mechanische Festigkeit als auch die elektrischen Eigenschaften nicht konstant sind.
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Hauptziel der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung isolierter
Kabel mit einem festen Dielektrikum, welches mit Lufträumen durchsetzt ist, die
sich längs des Kabels ohne Unterbrechung erstrecken, so
daß die
mechanische Festigkeit und die elektrischen Eigenschaften auf der ganzen Länge des
Kabels konstant sind. Dieses Verfahren soll es weiter ermöglichen, die Formgebung
des Dielektrikums und die Bildung der Hohlräume in einem Arbeitsgang durchzuführen.
Ein weiteres Ziel ist die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung derartiger
Kabel, bei dem die Größe der Hohlräume leicht gesteuert bzw. variiert werden kann.
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Gemäß der Erfindung wird der Leiter zentral durch die Spitze des
Strangpreßkopfes hindurchgeführt und plastisches Isoliermaterial durch einen äußeren
Ringspalt und durch radiale Schlitze im Strangpreßkopf, die den Ringspalt mit einem
unmittelbar um den oder die Leiter herum vorgesehenen Hohlraum verbinden, ausgepreßt,
wobei gleichzeitig ein unter Druck stehendes Gas in die zwischen den radialen Schlitzen
entstehenden Zwischenräume im Isoliermaterial gedrückt wird, so daß der Leiter init
einem Überzug versehen wird, der mit einem äußeren Mantel durch radiale Rippen verbunden
ist, zwischen denen Kanäle mit vorbestimmtem Querschnitt liegen, die sich ohne Unterbrechung
in axialer Richtung erstrecken. Der Energieverlust sinkt in dem gleichen Verhältnis,
in dem das Verhältnis von Luft zu massivem Dielektrikum größer wird. Die praktischen
Grenzen dieses Verhältnisses werden durch die physikalischen Anforderungen bestimmt.
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Die Plastizität des Isolators vor dem Strangpressen wie auch der
Druck beim Strangpressen und der Druck des Gases können mit dem beschriebenen Verfahren
genau geregelt werden. Diese genaue Regelung gewährleistet, daß die Eigenschaften
des Kabels innerhalb sehr enger Grenzen über die ganze Länge gleichbleiben.
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Wenn die Öffnungen so angeordnet sind, daß ein fortlaufender Überzug
auf dem Leiter gebildet wird und die Hohlräume um den Leiter herum in dem Überzug
liegen, dann wird die mechanische Festigkeit des Kabels, verglichen mit derjenigen
eines Kabels mit einem festen Dielektrikum, nicht wesentlich geschwächt, da Rippen
oder Streifen innerhalb des dielektrischen WIaterials gebildet werden, die eine
ausreichende Festigkeit sowie eine ausreichende Biegsamkeit des Isoliermaterials
ergeben.
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Es ist nicht erforderlich, daß das Gas, welches die Hohlräume bildet,
chemisch mit dem Dielektrikum reagiert oder daß es mit dem dielektrischen Material
physikalisch verträglich ist. Es kann daher ein inertes oder beständiges Gas, beispielsweise
Stickstoff, an Stelle von Luft verwendet werden.
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Der Strangpreßvorgang kann ebenso schnell durchgeführt werden wie
das normale Verfahren, bei dem ein festes Dielektrikum hergestellt wird.
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Die Einrichtung, die bei der Ausführung der Erlandung in der Praxis
benutzt wird, entspricht in der Hauptsache üblichen Einrichtungen für die Herstellung
von Kabeln mit Kunststoff überzogenen Leitern.
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Sie besitzt einen Strangpreßkopf und ein Formmundstück, die so ausgebildet
sind, daß der bzw. die Innenleiter hindurchtreten können, und das plastische Dielektrikum
bzw. Isoliermittel durch das Formmundstuck ausgepreßt werden kann, um so den bzw.
die Innenleiter zu überziehen. Das Mundstück ist mit Öffnungen oder Mündungen versehen,
durch die das Gas in den Überzug gedrückt werden kann, während sich dieser bildet.
Auf diese Weise werden längs des Isoliermittels zellenähnliche Hohlräume gebildet,
so daß ein Teil des Dielektrikums bzw. Isoliermittels durch Luft gebildet wird.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht
und im nachstehenden im einzelnen an Hand der Zeichnung beschrieben.
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Fig. 1 gibt einen Längsschnitt durch den Spritzkopf wieder; Fig.
2 zeigt perspektivisch eine bevorzugte Nusführungsform des Strangpreßkopfes und
des Mundstückes, teilweise im Schnitt; Fig. 3 ist ein Querschnitt durch ein nach
dem erbndungsgemäß en Verfahren hergestelltes Kabel.
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Der in Fig. 1 gezeigte Strangpreßkopf ist im wesentlichen von üblicher
Form. Er besitzt einen hohlen Körper 10, in den Polyäthylen mit Hilfe eines Scllnecl;envortriebes
12 durch den Einlaß 11 zwangläufig eingebracht wird. Das Formmundstück 13 ist an
der Vorderseite des Gehäuses angebracht und besitzt einen kreisringförmigen Durchgang
14, durch den das Polyäthylen ausgepreßt werden kann.
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Das Mundstück besitzt weiter einen inneren Teil, der koaxial zu einem
Innenraum bzw. einer Innenkammer 16 liegt und eine zentrale Öffnung aufweist, an
die sich ein zylindrischer Durchgang 20 mit grör ßerem Durchmesser anschließt (Fig.
2). Dieser Durchgang 20 steht mit dem Ringspalt 14 durch eine Mehrzahl von radialen
Schlitzen 15 in Verbindung. Der Kabelinnenleiter C, der als Massivdraht oder Litze
ausgebildet sein kann, wird vom hinteren Ende der Kammer 16 zugeführt, tritt durch
die genannte Kammer und von dort durch den inneren Teil des Mundstückes hindurch,
wobei er mit dem plastischen Isoliermittel D, das durch die Schlitze 15 in den zylindrischen
Durchgang 20 gedrückt wird, überzogen wird und während des Strangpressens ein Überzug
gebildet wird.
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Die Stirnseite des inneren Teiles ist mit einer Anzahl von Luftaustrittsöffnungen
versehen, die konzentrisch um den Durchlaß für den Innenleiter angeordnet sind.
Vorzugsweise sind, gleichmäßig auf einem Kreis verteilt, fünf derartige Auslaßöffnungen
vorgesehen, von denen eine bei 17 in Fig. 1 gezeigt ist.
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Die Kammer 16 ist mit einem Einlaß 18 für Luft ausgerüstet, die von
einem geeigneten Kompressor über ein Reduzierventil und sonstige Steuermittel zugeführt
wird, so daß sich in der Kammer Luft unter Druck befindet, die durch die Luftö,ffnungen
17 in das plastische Dielektrikum D hineingedrückt wird. Duroh entsprechende Steuerung
des Luftdruckes sowie der Vorschubges chwindigkeit des Innenleiters kann das gebildete
Kabel mit einer Anzahl von Zellen oder Hohlräumen durch das Dielektrikum und rund
um den Leiter herum versehen werden. Die Luftzellen können in Größe und Zahl variiert
werden, um so entsprechend den Anforderungen verschiedene Charakteristiken zu erzielen.
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Fig. 3 zeigt im Querschnitt den Innenleiter und das Dielektrikum
eines typischen Koaxialkabels, welches nach der vorliegenden Erfindung hergestellt
ist. C ist hierbei der Innenleiter, D das Dielektrikum, und A sind die Luftzellen.
Aus dieser Figur ist ersichtlich, daß das Dielektrikum aus einer Anzahl von Rippen,
die radial von dem eingebetteten Leiter ausgehen, und einem damit aus einem Stück
bestehenden rohrförmigen Teil besteht. Über dem Dielektrikum wird ein äußerer Leiter,
beispielsweise ein geklöppeltes Nietallgeflecht, angebracht. Dieser äußere Leiter
wird wiederum in üblicher Weise mit einem äußeren Schutzüberzug versehen.
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Es sei bemerkt, daß an der Stelle, an der der Leiter C in die Kammer
16 eintritt, Mittel vorgesehen werden können, die einen unerwünschten Luftverlust
verhindern,
wobei darauf hingewiesen sei, daß sich in der Praxis herausgestellt hat, daß der
Druck, der für das Bilden der Luftzellen erforderlich ist, nicht hoch ist.