DE2431140A1

DE2431140A1 - Elektrischer weitverkehrshohlleiter mit aeusserem stahlrohr

Info

Publication number: DE2431140A1
Application number: DE19742431140
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dipl Phys Dr Krahn
Original assignee: Felten and Guilleaume Kabelwerke GmbH
Current assignee: Felten and Guilleaume Kabelwerke GmbH
Priority date: 1974-06-28
Filing date: 1974-06-28
Publication date: 1976-01-15
Also published as: GB1473957A

Description

Anmelder: Feiten & Guilleaume Kabelwerke AG 5 Köln 80 Schanzenstraße

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Za/La 5 Köln-Mülheim, den 24. Juni 1974

Elektrischer Weitverkehrshohlleiter mit äußerem Stahlrohr

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Weitverkehrshohlleiter zur Übertragung elektrischer Wellen bestehend aus einem äußeren Rohr aus hochfestem Material, einer auf dessen Innenfläche aufgebrachten Schicht aus gut leitfähigem Material und einer sich daran anschließenden inneren dielektrischen Beschichtung,

Es sind bereits dielektrisch beschichtete Weitverkehrshohlleiter, d.h., runde Hohlleiter, deren innere Metallschicht zur Entkopplung der H_Q1-Welle von der E---Welle mit einer dielektrischen Beschichtung versehen sind, bekannt. Die bisher verwendeten dielektrisch beschichteten Weitverkehrshohlleiter bestehen im allgemeinen aus Aluminium, und die Beschichtung ist ein verlustarmer Lack oder ein anderer Kunststoff. Bei diesen bekannten Weitverkehrshohlleitern tritt jedoch das Problem auf, daß sich die dielektrische Beschichtung nach einiger Zeit ablöst, insbesondere dann, wenn Feuchtigkeit in die Hohlleiterrohre eindringt. Infolge der Ablösung des Dielektrikums steigt die-Dämpfung der elektromagnetischen Wellen im Hohlleiter stark an. Es sind bisher noch keine Weitverkehrshohlleiter bekannt, bei denen eine Lack- oder eine andere Kunststoffbeschichtung vorhanden ist, bei der ein Ablösen durch Feuchtigkeit nicht befürchtet werden muß.

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Es ist bereits ein Weitverkehrshohlleiter aus einem Aluminium-Rohr vorgeschlagen worden, bei dem die dielektrische Schicht aus einer hartanodisierten Aluminiumoxidschicht besteht. Ein mit einer derartigen Aluminiumoxidschicht versehener Hohlleiter weist die vorgenannten Nachteile nicht mehr auf, sondern dessen dielektrische Beschichtung ist mechanisch fest, so daß ein Ablösen nicht mehr befürchtet werden muß.

Eine derartige im Hartanodisierungsverfahren hergestellte dielektrische Schicht läßt sich jedoch nur bei Metallen erzeugen, die hartanodisierbar sind, das sind z.B. Aluminium und Magnesium. Diese Metalle besitzen jedoch nicht eine so gute Leitfähigkeit wie beispielsweise Kupfer oder Silber. Weiterhin besitzen Hohlleiter aus Aluminiumrohren meterialbedingt einige Nachteile, z.B. weist Aluminium einen relativ kleinen Hooke- *schen-Bereich auf, der für die in Hohlleiterkabelstrecken vorhandenen Krümmungen wichtig ist. Zudem besitzt Aluminium einen relativ großen Wärmeausdehnungskoeffizienten, was in einer Hohlkabelstrecke den Einbau von aufwendigen Dehnungsgliedern bedingt« Ferner besteht beim Aluminium die Gefahr des Fließens. d.h. der Änderung der geometrischen Abmessungen im Laufe der Zeit. Je kleiner die geometrischen Toleranzen, insbesondere die Krümmungen der Rohrachse jedoch gehalten werden können, desto geringere Dämpfungswerte können erzielt werden, was vor allem bei höheren Frequenzen, z.B. bei mehr als 80 GHz, erstrebenswert ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die- Aufgabe zugrunde, einen Weitverkehrshohlleiter, insbesondere für H^.-Wellen, zu schaffen, der mit kleinen geometrischen Toleranzen gefertigt werden kann, und dessen dielektrische Beschichtung mechanisch fest und außerordentlich korrosionsbeständig ist. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß bei einem Weitverkehrshohlleiter der eingangs beschriebenen Art, die dielektrische Beschichtung aus einer hartanodisierten AluminiumoxidschLcht

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besteht. Dabei ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, wenn das äußere Rohr aus Stahl und die gut leitende Schicht aus Kupfer besteht. Denn Stahl hat einen größeren Hooke'schen-Bereich sowie einen kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten als beispielsweise Aluminium, und zudem lassen sich Stahlrohre mit großer geometrischer Präzision herstellen, insbesondere hinsichtlich der Krümmungen der Rohrachse, wodurch geringere Dämpfungswerte vor' allem bei höheren Frequenzen erzielt werden. So werden bei der Verwendung von Stahlrohren mittlerer Krümmungsradien von 4 bis 5 km erreicht, während die von Aluminiumrohren um einen Paktor ]5 schlechter liegen. Die auf das Stahlrohr aufgebrachte Kupferschicht mit einer Dicke von z.B. ca. 1 Mikron ist deshalb vorteilhaft, da die Leitfähigkeit der Innenseite des Hohlleiterrohrs möglichst hoch sein soll, um eine kleine Dämpfung zu erzielen. Die auf die Kupferschicht folgende dielektrische Beschichtung aus Aluminiumoxid besitzt eine äußerst gute Haftfestigkeit auf dem Kupfer, wie auch das Kupfer auf dem Stahl eine gute Haftfestigkeit besitzt. Die hartanodisierte Aluminiumoxidschicht selbst ist außerordentlich mechanisch fest und korrosionsbeständig. Zu den mit einer dilektrischen Beschichtung aus hartanodisiertem Aluminiumoxid erzielbaren Vorteile wird auf die deutsehe Patentanmeldung P 24 18 659.2 verwiesen. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Aluminiumoxidschicht eine Dicke von 20 bis 150 Mikron, vorzugsweise von 60 bis 80 Mikron,auf. Bei einer derartigen Schichtdicke der dielektrischen Oxidschicht ergibt sich in dem Frequenzbereich von 30 bis 110 GHz ein sehr günstiges Übertragungsverhalten des Hohlleiters.

Für etwas geringere Anforderungen an das Übertragungsverhalten des erfindungsgemäßen Hohlleiters kann es erfindungsgemäß genügen, wenn die elektrisch gut leitende Schicht aus Aluminium und das äußere Rohr aus Stahl bestehen. Damit entfällt die

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Zwischenschicht aus Kupfer, weshalb die Alurainiurabeschichtung dicker als bei dem Hohlleiter mit einer Kupferzwischenschicht sein muß, um sicherzustellen, daß auch bei einer etwas ungleichmäßigen Hartanodisierung der Aluminiumbeschichtung noch eine nicht oxidierte Aluminiumschicht verbleibt. Auch bei einem derartigen erfindungsgemäßen Hohlleiter ergeben sich gute Hafteigenschaften der inneren Beschichtung des Stahlrohrs, da Stahl und Aluminium gut aufeinander haften und die Haftung der dielektrischen Aluminiumoxidschicht ohnehin ausgezeichnet ist.

Ein erfindungsgemäßer Meitverkehrshohlleiter wird erfindungsgemäß nun in einem Verfahren hergestellt, bei dem zunächst ein aus hochfestem Material bestehendes Band zu einem Schlitzrohr gebogen und anschließend verschweißt wird, dann dieses Rohr von innen mit einer Schicht aus gut leitendem Material beschichtet, danach auf diese Schicht eine Aluminiumbeschichtung aufgebracht wird, die anschließend durch Hartanodisierung ganz oder teilweise in eine Schicht aus Aluminiumoxid umgewandelt wird, Dabei kann als gut leitendes Material beispielsweise Kupfer verwendet werden, das galvanisch in bekannter Weise aufgebracht wird_e Die Aluminiumbeschichtung kann ebenfalls in einem galvanischen Verfahren aufgebracht werden. Das Hartanodlsieren der Aluminiumbeschichtung geschieht mit Hilfe eines stark gekühlten Spezalelektrolyten, beispielsweise verdünnter Schwefelsäure, die durch das Hohlleiterrohr gepumpt wird. Da dieser Hartanodisierutngsprozeß relativ langsam abläuft, können dabei große Sehichtdicicen erreicht werden. Außerdem wird mit Hilfe des Hartanodisierungsverfahrens eine äußerst gleichmäßige Schichtdicke der Aluminiumoxidschicht erreicht. Die durch Hartanodisierung erzeugte dielektrische Aluminiumoxidschicht hat einen sehr geringen Porenanteil, so daß die durch die Poren bestehende Inhomogenität der Oxidschicht ebenfalls sehr gering ist und somit die durch derartige Inhomogeni-

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tat bedingte Zusatzdämpfung klein gehalten wird. Zudem beinhaltet das Hartanodisierungsverfahren noch eine zusätzliche Nachbehandlung, das sogenannte Nachverdichten der Aluminiumoxidschicht, wobei die Porigkeit der Oxidschicht noch weiter verringert wird.

Erfindungsgemäß kann auch ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Weitverkehrshohlleiters vorteilhaft sein, bei dem auf ein aus hochfestem Material bestehendes Band eine Schicht aus gut leitendem Material aufgebracht wird, danach auf diese Schicht eine Beschichtung aus Aluminium erfolgt, anschließend das derart beschichtete Band zu einem Rohr gebogen und verschweißt wird und anschließend die Aluminiumbeschichtung durch Hartanodisieren ganz- oder teilweise in eine Schicht aus Aluminiumoxid umgewandelt wird. Bei diesem Verfahren können die beispielsweise aus Kupfer bestehende Schicht aus gut leitendem Material und die Aluminiumbesehichtung aufgewalzt (plattiert), galvanisch aufgebracht, aus einer Lösung abgeschieden, aufgedampft oder aufgesprüht werden. Dadurch, daß das Hartanodisieren nach dem Versehweißen des beschichteten Bandes zu einem Rohr erfolgt, entsteht durch Bildung der Aluminiumoxidschicht eine glatte Rohrinnenfläche. Da die im Hartanodisierungsverfahren aufgebrachte Aluminiumoxidschicht mechanisch fest und hitzebeständig ist, ist es erfindungsgemäß ebenfalls möglich, daß vor dem Biegen und Verschweißen des beschichteten Bandes zum Rohr die Aluminiumbesehichtung durch Hartanodisieren in Aluminiumoxid umgewandelt wird. Dabei kann die Aluminiumbesehichtung mit der halben Dicke der abschließend erzeugten Aluminiumoxidsehicht aufgebracht werden.

Erfindungsgemäß ist es weiterhin möglich, wenn unmittelbar auf das Rohr, bzw«, das Band aus hochfestem Material eine Aluminiumbesehichtung, vorzugsweise mit einer Dicke von 100 bis 300 Mikron, erfolgt. Dabei wird anschließend sofort hartano-

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disiert, so daß eine dielektrische Schicht z.B. von 50 bis 80 Mikron entsteht. Die ursprüngliche Aluminiumbeschichtung bleibt dabei mit einer geringen Schichtdicke erhalten, so daß sich ebenfalls ein Weitverkehrshohlleiteraufbau ergibt, der aus einem Rohr aus hochfestem Material, einer nach innenfolgenden Schicht aus gut leitendem Material und einer daran sich anschließenden dielektrischen Beschichtung aus Aluminiumoxid besteht.

Die Materialien für den erfindungsgemäßen Weitverkehrshohlleiter sind auf die beschriebenen Stoffe nicht begrenzt, so kann statt Stahl auch ein anderer hochfester Stoff Verwendung finden, und statt der Kupferschicht ist eine hochleitfähige Schicht aus Silber und statt des Aluminiums als Ausgangsmater LaI für das Dielektrikum auch eine hartanodisierbare Materialschicht, z.B. aus Magnesium, möglich.

Anhand des in der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläiterb:

Ein erfindungsgemäßer Weibverkehrshohlleiter 1 besteht aus einem äußeren Rohr 2 aus hochfestem Material, vorzugsweise aus Stahl, das beispielsweise in Rohrlängen von 5 bis 6 m hergestellt wird. Das Rohr 2 weist an seiner Innenseite eine Schicht J aus gut leitendem Material, z.B. Kupfer auf, die beispielsweise durch Galvanisierung aufgebracht worden ist. An die Schicht 3 schließt sich eine Beschichtung 4 aus einem dielektrischen Material an, das aus einem im Hartanodisierungsverfahren hergestellten Aluminiumoxid besteht. Um beim Herstellen der hartanodisierten Aluminiumoxidschicht eine möglichst homogene Aluminiumoxidschicht mit einer gleiehmässigen Dicke über die gesamte Rohrlänge zu erreichen, ist- es vorteilhaft, wenn der Durchmesser des Hohlleiters zur Länge des Hohlleiters das Verhältnis 1:70 bildet, das bedeutet, daß sich bei einem Innendurchmesser von ca.70 mm eine Rohrlänge von 5000 mm ergibt.

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Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Hohlleiters kann es vorteilhaft sein, wenn zunächst ein Band aus hochfestem Material mit einer Schicht aus gut leitendem Material, wie Kupfer, beispielsweise im Plattierungs- oder Sprühverfahren versehen wird., anschließend auf die Kupferschicht eine AIuminiumbeschichtung ebenfalls beispielsweise im Plattierungs- oder Sprühverfahren aufgebracht wird und daraufhin das derart beschichtete Band einem Hartanodisierungsverfahren unterworfen wird, so daß die Aluminiumbeschichtung in eine Aluminiumoxidschicht umgewandelt wird» Daran anschließend wird dann das derart behandelte. Band ai einem Rohr gebogen und anscli3ie> send verschweißt. Dieses Verfahren bringt den Vorteil mit sich, daß der erfindungsgemäße Hohlleiter in großen Längen gefertigt werden kann und trotzdem eine Aluminiumoxidschicht mit gleichmäßiger Dicke und Homogenität erzielt wird.

Anstelle einer Schicht aus gut leitendem Material aus Kupfer kann ebenfalls eine Schicht aus Aluminium vorgesehen sein, wobei dann beim Herstellen des erfindungsgemäßen Hohlleiters ein Verfahrenssehritt entfallen kann» Denn dann kann unmittelbar auf die Innenfläche des vorgefertigten Stahlrohrs oder auf das Stahlband eine Aluminiumschicht aufgebracht werden, die anschließend noch hartanodisiert werden muß, um den erfindungsgemäßen Weitverkehrshohlleiter zu erhalten.

Aufgrund der Erfindung wird also ein Weitverkehrshohlleiter geschaffen, der aufgrund der Verwendung eines Hohlleiterrohrs aus hochfestem Material, wie Stahl, eine hohe mechanische Festigkeit und eine große geometrische Präzision besitzt, der durch die innere gut leitende Schicht, beispielsweise aus Kupfer, die erforderlich hohe Leitfähigkeit aufweist und dessen dielektrische Beschichtung aus hartanodisiertem Aluminiumoxid eine derart große mechanische Festigkeit und Haftung aufweist, daß selbst beim Eindringen von Feuchtigkeit in das Hohlleiterrohr ein Ablösen der Schicht nicht zu erwarten 1.Ft.

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Claims

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Ansprüche:

Weitverkehrshohlleiter zur Übertragung elektrischer Wellen bestehend aus einem äußeren Rohr aus hochfestem Material, einer auf dessen Innenfläche aufgebrachten Schicht aus gut leitfähigem Material und einer sich daran anschließenden inneren dielektrischen Beschichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die dielektrische Beschichtung (4) aus einer hartanodisierten Aluminiumoxidschicht besteht.
2. Weitverkehrshohlleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Rohr (2) aus Stahl und die gut leitende Schicht (3) aus Kupfer besteht.
3. Weitverkehrshohlleiter nach Anspruch 1 odr 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminiumoxidschicht (4) eine Dicke von 20 bis I50 Mikron, vorzugsweise 60 bis 80 Mikron, aufweist.
4. Weitverkehrshohlleiter nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch gut leitende Schicht (3) aus Aluminium und das äußere Rohr (2) aus Stahl besteht.
5. Verfahren zum Herstellen eines Weitverkehrshohlleiters nach, den Ansprüchen 1 bis J>, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein aus hochfestem Material bestehendes Band zu einem Schlitzrohr gebogen und anschließend verschweißt wird, dann dieses Rohr (2) mit einer Schicht (3) aus gut leitendem Material beschichtet wird, danach auf diese Schicht

(3) eine Aluminiumbeschichtung aufgebracht wird, die abschliessend durch Hartanodisierung ganz oder teilweise in eine Schicht

(4) aus Alumniumoxid umgewandelt wird.

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6. Verfahren zum Herstellen eines Weitverkehrshohlleiters nach den Ansprüchen 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, daß auf ein aus hochfestem Material bestehenden Band eine Schicht (3) aus gut leitendem Material aufgebracht wird, danach auf diese Schicht (3) eine Beschichtung mit Aluminium erfolgt, anschließend das derart beschichtete Band zu einem Rohr (2) gebogen und verschweißt wird und anschließend die Aluminiumschicht durch Hartanodisieren ganz oder teilweise in eine Schicht (4) aus Aluminiumoxid umgewandelt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Biegen und Verschweißen des beschichteten Bandes zum Rohr (2) die Aluminiumbeschichtung durch Hartanodisieren, in eine Schicht (4) ganz oder teilweise aus Aluminiumoxid umgewandelt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekenn.ze i chnet, daß unmittelbar auf das Rohr (2), bzw. das Band aus hochfestem Material eine Aluminiumbeschichtung vorzugsweise mit einer Dicke von 100 bis 300 Mikron erfolgt.

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