DE2525495C2 - Flexibler schraubenlinienförmig gewellter, längsnahtgeschweißter Rechteckhohlleiter - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen flexiblen schraubenförmig gewellten, längsnahtgeschweißten Rechteckhohlleiter.

Diese Rechteckhohlleiter zeichnen sich gegenüber den durchweg verwandten Hohlleitern mit Kreis- oder Ellipsenquerschnitt durch einen vergleichsweise größeren Grundfrequenzbereich und durch einen besseren Dämpfungsfaktor aus. Ein weiterer Vorteil besteht in der leichteren Verlegbarkeit solcher Hohlleiter, da sie sich infolge ihres Rechteckquerschnitts einfach und platzsparend in Leitungskanälen, die durchweg ebenfalls rechteckige Querschnitte aufweisen und in Gehäusen unterbringen, befestigen und zu mehreren paketieren lassen. Die Nachteile der gattungsgemäßen Hohlleiter bestehen einmal darin, daß die Wellung beim Biegen insb. bei der Herstellung von Eckbiegungen auf dem äußeren Biegungsbogen des Hohlleiters außerordentlich stark beansprucht wird und zu Verformungen führen kann, die die an sich guten elektrischen Eigenschaften des Hohlleiters stark beeinträchtigen und zum anderen darin, daß ebenfalls beim Biegen oder beim Aufwikkeln des Hohlleiters je nach dem Längenverhältnis der beiden Rechteckseiten mehr oder weniger starke Verwerfungen um die Längsachse entstehen, die zu Ausbeulungen im Rechteckquerschnitt führen und dabei ebenfalls die elektrischen Eigenschaften beeinträchtigen. Es ist bereits bei der Entwicklung von gewellten Hohlleitern mit Kreis- bzw. Ellipsenquerschnitt bekanntgeworden, daß die Abmaße und der Verlauf der Wellung das Verhalten solcher Hohlleiter bei der Verarbeitung und auch deren elektrische Eigenschaften entscheidend beeinflussen. Für die Abmaße und den Verlauf der Wellung wurden deshalb bereits auf mathematischen Formeln beruhende Herstellungsanweisungen gegeben (DE-OS 15 90 675). Die entwickelten Formeln zur Ermittlung der richtigen Steigung der Rohrwellung gehen dabei von der Wellenlänge aus und berücksichtigen die wirksamen beiden Achsen des elliptischen Querschnitts. Für die Ermittlung vorteilhafter Abmaße und Wellungsformen für Hohlleiter mit RechtecLiraerschnitt sind diese Formern praktisch nicht zu gebrauchen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Angaben zur Bestimmung der Abmaße und des Verlaufs der Wed-Jang von Hohlleitern mit Rechteckquerschnitt zu mackan, die dazu führen, daß die anfangs erwähnten guten elektrischen Eigenschaften eines großen Grundfrequenzbereiches und kleinen Dämpfungsfaktors bei der Verarbeitung des Hohlleiters insb. bei dessen Verlegung und Biegung erhalten bleiben.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Steigung der Weitung in dem Bereich größer als ein Zehntel der Wellenlänge und kleiner als das doppelte Produkt eines vom Leiterwerkstoff bestimmten, etwa zwischen 1 und 1,5 liegenden Erfahrungswertes und der Quadratwurzel aus dem Produkt des Außendurchmessers des noch nicht rechteckverformten Leiterrohres und dessen Wandstärke liegt und daß die Innenkanten des Querschnitts einen Krümmungsradius aufweisen, der in einem Bereich größer oder gleich der Tiefe der Welluiig und kleiner oder gleich 46 Hundertstel der kleinsten inneren Höhe des Querschnitts liegt

Diese Angaben, die anders als die für Hohlleiter mit elliptischem Querschnitt bekanntgewordenen, den Rohraußendurchmesser, die Wandstärke des Rohres und den zulässigen Krümmungsradius an den Innenkanten des Querschnitts berücksichtigen, können ihren Niederschlag in folgenden Formeln Finden:

Die Steigung P der Rohrwellung Hegt in einem Bereich

In dieser bedeuten:

λ - Wellenlänge,
P — Steigung der Rohrwellung,
K - Konstante,

D - Außendurchmesser des Rohres (vor dem Aufbringen der Wellung),
t - Wandstärke des Rohres.

Der Krümmungsradius R der Innenkanten des Rolirquerschnitts liegt dabei in folgendem Bereich

h 3 R £ 0,46 b
Hier bedeuten

h - Tiefe der Wellung des Rohres,

R — Krümmungsradius der Innenkante des Rohres, b - (kleinere) Höhe des Rohrquerschnitts.

Mit in diesem Bereich liegenden Rohrwellungssteigungen und Krümmungsradien der Innenkanten des Rohres entsteht ein Rechteckhohlleiter, der die genannten guten elektrischen Eigenschaften aufweist und beim Biegen nicht verliert

Wie die Erfindung weiter vorsieht, können bei einem

Rechteckhohlleiter, bei dem die Wellungen Abflachungen ihrer Kuppen und eine Beschichtung mit einem Kunststoff aufweisen, diese Abflachungen im obersten Bereich der Kuppen auf zumindest einer Seite der großen und der kleinen Symmetrieachse des Querschnitts angeordnet sein. Die Abflachungen bewirken dabei, daS die Belastungen in diesem Bereich so verteilt werden, daß innere Spannungen in der Beschichtung vermieden werden.

Wenn schließlich bei einem solchen Hohlleiter erfindungsgemäß in der Beschichtung oberhalb mindestens einer der beiden Querschnittaußenseiten der Wellung ein parallel zur Hohlleiterlängsachse verlaufender Bewehrungsstreifen eines zugfesten Werkstoffs eingelassen ist, dann wird vermieden, daß der Hohlleiter sich beim Aufwickeln um seine Längsachse verdreht und örtliche Verwerfungen mit Ausbeulungen entstehen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 die Querschnittsformen zweier Hohlleiter,

F i g. 2 ein Kennliniendiagramm der Dämpfungsfaktoren beider Hohlleiter nach F i g. 1,

Fig.3 den Querschnitt eines Ausführungsbeispiels des Hohlleiters,

Fig.4 den Längsschnitt durch den Hohlleiter nach Fig. 3,

Fig.5 ein Kennliniendiagramm der Krümmungsradien der Innenkanten des Hohlleiters und des Spannungsstehwellenverhältnisses,

F i g. 6 ein Kennliniendiagramm der Grundfrequenzbreite und des Spanhungsstehwellenverhältnisses,

F i g. 7 ein Kennliniendiagramm der Krümmungsradien der Innenkanten und des Grundfrequenzbereiches,

F i g. 8 einen Schnitt durch die Wandung einer Hohlleiterausbildung in vergrößertem Maßstab,

F i g. 9 einen Schnitt durch die Wandung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Hohlleiters in vergrößertem Maßstab,

Fig. 10 einen Abschnitt des Hohlleiters in perspektivischer Darstellung,

F i g. 11 einen Abschnitt eines Hohlleiters in perspektivischer Darstellung und

F i g. 12 eine Ausbildung des Hohlleiters ebenfalls in perspektivischer Darstellung.

Der HohMter a nach F i g. 1 mit elliptischem Querschnitt und der Hohlleiter b mit rechteckigem Querschnitt nach der gleichen F i g. 1 weisen hier angenommene Abmaße 38,1/223 bzw. 40/20 auf, die, wie Fi g. 2 zeigt, bei gleichgesetzten Grundschwingungen (GHZ) zu unterschiedlichen Dämpfungsfaktoren (db/m) führen. Der Dämpfungsfaktor des Hohlleiters b mit Rechteckquerschnitt ist geringer als der des Hohlleiters a mit Ellipsenquerschnitt

Wie aus Fig.4 hervorgeht, wird ein dünnwandiges Metallrohr mit Kreisquerschnitt vom Durchmesser D und einer Rohrwandstärke f mit Hilfe eines Werkzeugs W mit einer Wellung von der Tiefe h versehen. Dieses gewellte Rohr wird dann auf nicht dargestellte Weise mittels einer das Rohr umschließenden ringförmigen Halterung auf den Rechteckquerschnitt nach F i g. 3 gebracht Der Hohlleiter 1 weist, nachdem er in diese Form gebracht worden ist, eine (kleinere) innere Höhe b und eine (größere) innere Breite a auf. Der Krümmungsradius der Innenkanten 2 des gebildeten Querschnittes ist mit R bezeichnet Aus der inneren Begrenzung 3 und der äußeren Begrenzung t der Wellung ergibt sich dabei die Tiefe A dieser Wellung.

Der Verformungsbereich i/nach F i g. 4 der erzeugten Wellung ist abhängig von deren Tiefe h; seine Größe ergibt sich aus der Formel

K
ίο D

In dieser bedeuten:

Konstante,

Außendurchmesser des (ursprünglichen noch nicht verformten) Rohres,

Dicke der Rohrwandung.

Die Konstante K, die einen Wert von 1 bis 1,5 annehmen kann, wird von den Werkstoffen bestimmt, aus denen das Rohr besteht

Wird unter diesen Bedingungen die Steigerung P(vgJ. Fig.4) der Wellung klein gewählt danu wird auch der Außendurchmesser D des Rohres kleiner; dies führt zu einer Verfestigung der Kuppen der Wellung und wirkt sich dahingehend aus, daß diese eine reformation der Kuppen verhindern, wenn der nachsiehtiid noch näher erläuterte Formgebungsvorgang durchgeführt wird; die Obergrenze der Steigung P, bei der dieses Ergebnis erzielt werden kann, liegt bei einem Wert von

An sich gilt, daß kleine Steigungen ein besseres Spannungsstehwellenverhältnis (VSWR) mit sich bringen. Ist jedoch die Steigung P sehr klein, dann ist auch die Tiefe h entsprechend klein. Dies führt dazu, daß sich die elektrischen Eigenschaften beim Biegen verschlechtern. Unter Berücksichtigung eines für die Verlegearbeiten und für den Transport im aufgewickelten Zustand notwendigen Biegeradius liegt deshalb die untere Grenze der Steigung Pbei etwa Λ/10, wobei dieser Wert die Wellenlänge bezeichnet
Eine Steigung P, die die Bedingungen

MiO<P<2K-_]fTF~t

erfüllt, führt zu einer Verfestigung der Kuppen und bringt eine gute Biegbarkeit mit sich. Wird ein solches Rohr mit einer Steigung P, die in den obengenannten Bereich fällt auf einen Rechteckquerschnitt gebracht, dann kann wegen des vorangegangenen Kreisquerschnittes keine ideale Rechteckform erreicht werden, und es muß die Größe der Krümmungsradien R der Innenkante 2 des zu bildenden Querschnitts nach F i g. 3 bestimmt werden. Zur Erzielung guter elektrischer Eigenschaften sollte dieser Krümmungsradius R einen möglichst kleinen Wert annehmen. Ein kleiner Krümmungsradius erfordert aber eine größere Kraft für die Formgebungsarbeit, und die Maßgenauigkeit des Endproduktes nimmt ab. Der kleinste vorteilhafte Wert für den Krümmungsradius R soll deshalb gleich der Tiefe h der Wellung sein, die sich ergibt wenn die Steigung F innerhalb des durch die Formel

MiO <P<2 K )flF~t

vorgegebenen Bereiches liegt. Bei größeren Werten des Krümmungsradius im Verhältnis zur inneren Höhe b des Hohlleiters wird auch die Impedanz des Hohlleiters größer. Das Spannungsstehwellenverhältnis (VSWR) wird dann bei dessen Verbindung mit einem Hohlleiter mit starrem Rechteckquerschnitt schlechter. Dies ergibt sich aus F i g. 5. Zur Anpassung der unterschiedlichen Impedanzen muß deshalb zweckmäßig ein Transforma-

tor verwendet werden, bspw. ein Viertelwellenlängen-Einstufentransformator. Versuche haben dabei gezeigt, daß das Verhältnis zwischen dem Frequenzband und dem Spannungsstehwellenverhältnis (VSWR) in dem Fall der Anpassung mittels Viertelwellen-Einstufentransformator bei Veränderung der Werte der Krümmungsradien R sich die in den F i g. 6 und 7 dargestellten Werte ergeben.

Es ergibt sich dabei, daß für den Fall, daß die Zuführungsleitung den Anforderungen genügen soll, das Frequenzband auf 20% eingestellt werden muß und das Spannungsstehwellenverhältnis (VSWR) auf 1,02, damit diese Werte gleich den Werten des starren Hohlwellenleiters mit Reckteckquerschnit werden. Zu diesem Zeitpunkt stellt der Wert, der dadurch ermittelt wird, daß der Wert des Krümmungsradius R durch den Wert der (kleineren) inneren Höhe b geteilt wird, maximal die Größe 0,46 dar. Der Maximalwert für den Krümmungsradius R wird deshalb durch Multiplikation des Wertes b mit 0.46 festgelegt; er muß in den Bereich von

h < R < 0,46 B

λ	= 64 mm.
K	= U.
D	= 42 mm.
t	= 05 mm.

dung, insb. dann, wenn das Rohr im Freien Wind, Regen, starker Hitze oder Kälte ausgesetzt ist; er verliert dabei seine Schutzfunktion. Bei der Ausbildung nach den F i g. 9 und 10 weisen die oberen Bereiche der Kuppen der Wellung des Bohres 5 Abflachungen 8 auf, die zur Folge haben, daß beim Biegen die auf diese oberen Bereiche einwirkenden inneren Spannungen in der Beschichtung 6 vermieden werden. Beim Biegen verformt sich ein Teil des Hohlleiters so,

ίο daß eine Verwerfung mit Ausbeulung entsteht, wie diese im Bereich des in unterbrochenen Linien angedeuteten Kreises in F i g. 11 wiedergegeben ist. Das Entstehen solcher Verwerfungen wird wie aus F i g. 12 zu ersehen, dadurch vermieden, daß in die das Wellrohr 5 umgeben de Schutzschicht 6 parallel zur Rohrlängsachse ein Be wehrungsstreifen 9 eines Werkstoffs mit hoher Zugfestigkeit angeordnet ist.

fallen.

Anhand eines Beispiels werden die vorstehenden Festlegungen mit konkreten Zahlen erläutert Sind bei einem aus Kupfer bestehenden Hohlleiter für 6 GHZ folgende Werte gegeben:

dann fällt die Steigung P der Wellung in einen Bereich von 6,4 P 11,9. Wird eine Steigung P = 8 mm gewählt, dann ergibt sich eine Tiefe h der Weiiung von 2,5 bis 3,0 mm. Bei Festlegung der Abmessung des Querschnittes wird die (kleinere) Höhe auf b = 20 des Verhältnisses RJb = 0.46 festgelegt Der Krümmungsradius R = 9.2 fällt somit in den Bereich

23 < R < 92.

Ist das betroffene Frequenzband, wie in F i g. 6 dargestellt, auf 20% eingestellt, dann hat das Spannungsstehwellenverhältnis (VSWR) bei einem Hohlleiter a mit Ellipsenquerschnitt einen Wert von 1,65 und bei einem Hohlleiter b mit Quadratquerschnitt den Wert von 1,02. Da in der Praxis d>e Unregelmäßigkeiten, die sich aus so der Well- und Formgebungsarbeit ergeben, diesem Wert hinzuzufügen sind, resultiert ein Spannungsstehwellenverhältnis (VSWR), das immer noch sehr schlecht ist Die Größe der Spannungsreflexion in dem erwähnten Transformator-Ubergangsteil muß deshalb stark re- duziert werden.

Wie aus F i g. 7 zu erkennen, wird dann, wenn das Spannungsstehwellenverhältnis (VSWR) einen Wert von 1,02 annimmt, das betreffende Frequenzband beim Hohlleiter mit Ellipsenquerschnitt zu 6% und beim Hohlleiter mit Quadratquerschnitt mit dem Verhältnis R/b- 0,46 zu 20%.

Die oberen Bereiche der Wellungen sind beim Biegen, wie bereits erwähnt, starken Kräften ausgesetzt; dabei werden, wie aus Fi g. 8 hervorgeht, die Teile der Beschichtung 6 in diesen oberen Bereichen der Kuppen inneren Zugspannungen unterworfen und verringern dabei ihre Dicke. Dies führt zu einer frühzeitigen RiBbQ-

Hierzu 3 blatt zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Flexibler schraubenlinienförmig gewellter, längsnahtgeschweißter Rechteckhohlleiter, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung P der Wellung in den Bereich größer als ein Zehntel der Wellenlänge (/Q und kleiner als das doppelte Produkt eines vom Leiterwerkstoff bestimmten, etwa zwischen 1 und 1,5 liegenden Erfahrungswertes (K) und der Quadratwurzel aus dem Produkt des Außendurchmessers (D) des noch nicht rechteckverformten Leiterrohres und dessen Wandstärke t liegt und daß die Innenkanten des Querschnitts einen Krümmungsradius (R) aufweisen, der in einem Bereich, größer oder gleich der Tiefe h der Wellung und kleiner oder gleich 46 Hundertstel der kleinsten inneren Höhe b des Querschnitts liegt

2. Flexibler Rechteckhohlleiter nach Anspruch 1, bei dem die Wellung Abflachungen ihrer Kuppen und eine Beschichtung mit einem Kunststoff aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abflachungen (8) im obersten Bereich der Kuppen auf zumindest einer Seite der großen und der kleinen Symmetrieachsen des Querschnitts angeordnet sind.

3. Flexibler Rechteckhohlleitf.r nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Außenumfang der Wellung eine Beschichtung mit einem Kunststoff aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Beschichtung (6) oberhalb mindestens einer der beiden Querschnittaußenseiten de/Wellung ein parallel zur Hohlleiterlängsachse verlaufender Bewekrungsstreifen (9) eines zugfesten Werkstoffes eingelassen ist