DE2600807A1

DE2600807A1 - Verfahren zur herstellung eines kreisfoermigen, schraubenfoermigen wellenleiters und der durch dieses verfahren erhaltene wellenleiter

Info

Publication number: DE2600807A1
Application number: DE19762600807
Authority: DE
Inventors: Jacques Allanic; Guerchon Fuchs
Original assignee: Societe Anonyme de Telecommunications SAT; Etat Francais
Current assignee: Societe Anonyme de Telecommunications SAT; Etat Francais
Priority date: 1975-01-17
Filing date: 1976-01-12
Publication date: 1976-07-22
Also published as: CA1042525A; SE411278B; SE7600332L; BR7600244A; GB1539821A; FR2298197A1; JPS5197789A; US4043029A; FR2298197B1

Description

BREMEN

Anmelder:

SOCIETE ΑΝ0ΝΎΜΕ DE TELECOMMUNICATIONS

PATENTANWÄLTE DIPL.-ING. HANS MEISSNER DIPL.-ING. ERICH BOLTE

ί«?!? ·/ν?\ ν D 28 BREMEN. 5. 1. 1976

75116 Paris / Frankreich sievogutrae. 21

ETAT FRANCAIS, repräsentiert

durch den "Secretaire des Postes τ*!*¹™ ⁰^ "HfJL »_FMp_N

■ -·- < . . . I_n . ,_T , . -, Telegramme: PATMEIS BREMEN

et Tel€communications (Centre National d¹Etudes des Telecommunications)"
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Verfahren zur Herstellung eines kreisförmigen, schraubenförmigen Wellenleiters und der durch dieses Verfahren erhaltene Wellenleiter

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines kreisförmigen, schraubenförmigen Wellenleiters aus einem isolierten, schraubenförmig gewickelten Metalldraht, der von einer dielektrischen Schicht bedeckt ist, wobei sich ein aufgespulter · und bebänderter Aufbau ergibt, der selbst von einer metallischen Abschirmung bedeckt ist, und einen kreisförmigen, schraubenförmigen, durch dieses Verfahren erhaltenen Wellenleiter. Solche Wellenleiter sind für die Übertragung von HQj-Wellen (TE₀^-Wellen) vorgesehen.

Die Wellenleiter dieser Art bestehen aus einem isolierten, schraubenförmig mit aneinanderstoßenden Windungen auf einen Dorn großer Abmessungsgenauigkeit aufgewickelten Metalldraht, wobei gleichzeitig auf die so erhaltene schraubenförmige Wicklung Gewebestreifen aus Glasfaser gelegt werden, die eine dielektrische Schicht bilden mit einer Dicke, die ungefähr

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einem Viertel der mittleren Wellenlänge der auf dem Wellenleiter zu übertragenden Wellen entspricht. Außerdem wird während des gleichen Vorganges die dielektrische Schicht mit einer metallischen Abschirmung bedeckt, für welche verschiedene Lösungen in Angriff genommen worden sind, unter anderem die Benutzung eines feinmaschigen Metallgewebebandes oder eines dünnen, schraubenförmig aufgewickelten Metallbandes. Um auf dieser Stufe eine Barriere gegen das Eindringen von Wasser ins Innere des Wellenleiters zu bilden, ist man ebenfalls dazu geführt worden, die Abschirmung durch ein dünnes Metallrohr auszubilden, das in Längsrichtung durch Falzen oder Schweißen dicht verschlossen ist.

Diese verschiedenen Ausführungsformen führen zu einem erheblich deformierbaren aufgespulten Aufbau, so daß es erforderlich ist, eine Quer- und Längsversteifung vorzusehen. Denn es ist allgemein bekannt, daß die Stabilität der Übertragungsbedingungen umso größer ist, je kleiner die Deformationsanfälligkeit des Wellenleiters ist.

Ein erstes Verfahren besteht darin, auf die metallische Abschirmung zahlreiche Schichten aus Glasgewebebändern schraubenförmig aufzuwickeln und die so erhaltene Anordnung mit einem polymerisierbaren Kunststoff zu tränken. Dieses Verfahren wird vor allem dann benutzt, wenn die Abschirmung von einem dünnen Metallgewebe gebildet wird.

Ein zweites Verfahren, das vor allem dann benutzt wird, wenn die Abschirmung von einem schraubenförmig aufgewickelten dünnen Metallband gebildet wird, besteht darin, um die Abschirmung herum eine relativ dicke thermoplastische Hülle zu extrudieren, was in der PR-PS 72 017 83 beschrieben ist.

Ein drittes Verfahren, das benutzt wird, wenn die Abschirmung von einem in Längsrichtung dicht verschlossenen Metallrohr ge-

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bildet wird, besteht schließlich darin, die Abschirmung wellig auszubilden, um ihr eine annehmbare Quersteifigkeit zu vermitteln, wie es ebenfalls in der PR-PS 72 017 83 beschrieben ist.

Das erste Verfahren ist notwendigerweise kostspielig und schwierig. Die Polymerisationszeit des Kunststoffes erhöht in erheblichem Umfange die Herstellungszeiten.

Das zweite Verfahren weist den Nachteil auf, daß es dem Wellenleiter nur eine mittelmäßige Längssteifigkeit vermittelt. Darüber hinaus besteht aufgrund der Dünnheit der metallischen Abschirmung die Gefahr, daß die Regelmäßigkeit des Innendurchmessers des Wellenleiters aufgrund der thermischen und mechanischen Beanspruchungen, die während der Extrusion der thermoplastischen Hülle verursacht werden, verringert wird.

Das dritte Verfahren hat aufgrund der Anwesenheit von Wellen auf der metallischen Abschirmung den Nachteil, daß dem Wellenleiter keinerlei Längssteifigkeit vermittelt wird, wobei im Gegensatz seine Biegsamkeit begünstigt wird.

Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, die Unzulänglichkeiten der bekannten Wellenleiter zu beseitigen und ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welcher eine große Genauigkeit der Abschirmung erzielt werden kann.

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß ein Metallstreifen in ein Rohr verformt wird, die aneinanderstoßenden Ränder des Streifens durch einen Hochfrequenzstrom derart verschweißt werden, daß nach dem Verschweißen der Innendurchmesser des geformten Rohres einige Millimeter größer als der Außendurchmesser des aufgespulten und bebänderten Aufbaus ist, das Rohr um den Aufbau angeordnet wird und das Rohr in Zylinderform mit kreisförmiger Basis auf den Aufbau reduziert wird, um die metallische Abschirmung zu schaffen.

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Das erfindungsgemäße Verfahren sorgt einerseits für eine ausreichende Quer- und Längssteifigkeit der schraubenförmigen Wicklung mit aneinanderstoßenden Windungen und andererseits für eine erhebliche Abmessungsgenauigkeit der Abschirmung, welche der auf der Wicklung erzielten Genauigkeit entspricht· Hierdurch wird die Frequenzbeschränkung vermieden und eine bessere elektrische Übertragung gewährleistet aufgrund einer großen Genauigkeit des Außendurchmessers der Abschirmung sowie einer konstanten und homogenen Biegsamkeit des Rohres vor allem in Krümmungen, was für die Dämpfung günstig ist.

Darüber hinaus erlaubt die Hochfrequenzschweißung die Verwendung eines halbharten Aluminiums, welches eine zweckmäßige Elastizitätsgrenze aufweist.

Vorzugsweise wird die Abschirmung von einem Metallrohr mit einer dicken Wand gebildet, welches einen ausreichenden mechanischen Widerstand aufweist, um allein einem Wellenleiterelement vorbestimmter Länge eine angemessene Quer- und Längssteifigkeit geben zu können. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise auf alle späteren Operationen zur Verstärkung des aufgespulten, abgeschirmten Aufbaus verzichtet werden. Das Metall der Abschirmung, das eine gute elektrische Leitfähigkeit aufweist, wird gemäß der Erfindung derart ausgewählt, daß eine ausreichend hohe Elastizitätsgrenze vorhanden ist, damit ein Wellenleiterelement mit vorgegebener Länge (im allgemeinen zwischen 10 und 15 Metern), das an seinen beiden Enden auf zwei Stützen ruht, keine dauerhafte Verformung unter dem Einfluß seines eigenen Gewichtes erleiden kann. Diese Bedingung garantiert allein die dauerhafte Formbeständigkeit des Wellenleiters im Verlaufe späterer kurzer Handhabungen.

Beispielsweise können mit einer Abschirmung aus Aluminium von normaler Handelsqualität und von ausreichender Härte, d.h. dessen Elastizitätsgrenze mindestens gleich 7 hbar ist, mit

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einer Dicke von 1,2 mm leicht die oben erwähnten Steifigkeit sbedingungen für einen Wellenleiter mit einem Innendurchmesser von 50 mm und einer Länge von 10m aufrechterhalten werden.

TJm den Widerstand des so erhaltenen Wellenleiters gegenüber zufälligen Stößen zu verbessern und um gleichzeitig seine Korrosionsbeständigkeit zu gewährleisten, kann man nach einer bekannten Technik die metallische Abschirmung mit einer Bitumenschicht und einer extrudierten thermoplastischen Hülle bedecken, ohne diesesmal befürchten zu müssen, die Regelmäßigkeit der Innenwand der Wicklung zu verändern aufgrund der wesentlichen mechanischen Festigkeit der Abschirmung. Im nachfolgenden wird ein Ausführungsbeispiel des Wellenleiters gemäß der Erfindung in Verbindung mit der einzigen Figur beschrieben. Diese Figur zeigt eine schematische perspektivische Ansicht mit Teilabrissen des Wellenleiters.

Der Wellenleiter weist eine schraubenförmige Wicklung 1 auf, die von einem isolierten Kupferdraht mit einem Durchmesser von ungefähr 0,5 mm gebildet werden kann, eine dielektrische Schicht 2, die vorteilhafterweise von einem oder mehreren Bändern aus klebendem Kunststoffmaterial gebildet wird, wie z.B. aus zwei Klebebändern aus Äthylenterephtalat ,deren Dickenregelmäßigkeit einen sehr genauen Außendurchmesser für den aufgespulten und bebänderten Aufbau garantiert, eine metallische Abschirmung 3, die längs einer Mantellinie 4 verschweißt ist, eine Bitumenschutzschicht 5 und eine extrudierte thermoplastische Hülle 6.

Die Abschirmung 3 wird aus einem Metallstreifen großer Länge verwirklicht, z.B. einem Streifen aus halbhartem oder hartem Aluminium, dessen sehr regelmäßige Dicke um nicht mehr als 0,005 mm variiert. Dieser Streifen wird zu einem Zylinder verformt, indem er durch eine Verformungsbank derart hindurchgeführt wird, daß er in ein kontinuierliches Rohr, das entlang

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seiner oberen Mantellinie offen ist, umgewandelt wird. Während des gleichen Vorganges werden die Ränder des Rohres einander angenähert und durch Schmieden entlang der Mantellinie 4 verschweißt, indem ein Schweißverfahren mit Hocl»;-frequenzstrom benutzt wird, das den Vorteil bietet, daß das Metall nur sehr lokal erhitzt wird und folglich die Ausgangshärte nur in der Nachbarschaft der verschweißten Mantellinie geringfügig geändert wird. Die Größe des Aluminiumstreifens wird derart gewählt, daß das so erhaltene Rohr einen Innendurchmesser aufweist, der um einige Millimeter größer ist als der Außendurchmesser des aufgespulten und bebänderten Aufbaus. Das Rohr wird anschließend in Elemente geschnitten, deren länge derjenigen der angestrebten Wellenleiter entsprechen, und anschließend entgratet und gesäubert.

Diese Rohrelemente werden anschließend dem Ausgang der Aufspulmaschine zugeführt, welche den aufgespulten und bebänderten Aufbau entsprechend seiner Herstellung ins Innere dieser Elemente stößt. Wenn die Länge des erhaltenen Aufbaus gleich derjenigen des Metallrohres ist, wird dieses durch ein kreisförmiges, angemessen geschmiertes Zieheisen gezogen, in welchem es einem Reduziervorgang unterworfen wird. Die geometrischen Eigenschaften des Reduzierzieheisens sind derart bestimmt, daß der nominelle Innendurchmesser der so verwirklichten metallischen Abschirmung um einige Hundertstel Millimeter größer als der nominelle Außendurchmesser des aufgespulten und bebänderten Aufbaus ist, um hierdurch möglichen Übergrößen Rechnung zu tragen, welche die den Wellenleiter in diesem Herstellungsstadium bildenden Materialien haben können.

Die Wellenleiter können anschließend, wie oben beschrieben wurde, mit einer Bitumenschicht und einer Hülle aus thermoplastischem Material bedeckt werden, wodurch ihnen ein zusätzlicher Schutz gewährt wird.

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Die Übertragungseigenschaften des erfindungsgemäßen Wellenleiters sind erheblich besser als diejenigen der bekannten Wellenleiter.

Vorzugsweise kann die Dicke e der Abschirmung durch folgende Ungleichung bestimmt werden:

wobei K = 1/V x ^ ,

Tpdas Gewicht des aufgespulten Aufbaus pro Millimeter, Rp die Elastizitätsgrenze des Metalls der Abschirmung, C ein Sicherheitskoeffizient größer als 1, ^{T =} 5d~ ^e^-^ne Kenngröße der Abschirmungsabmessungen, L die Herstellungslänge,

d der Innendurchmesser der Abschirmung, γ die spezifische Masse des Metalls der Abschirmung ist,

Diese Beziehung ist nicht homogen und K und T sind nur Kenngrößen für die Bestimmung der Dicke.

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Claims

Patentansprüche

"IJL Verfahren zur Herstellung eines kreisförmigen, schraubenförmigen Wellenleiters aus einem isolierten, schraubenförmig gewickelten Metalldraht, der von einer dielektrischen Schicht "bedeckt ist, wobei sich ein aufgespulter · und "bebänderter Aufbau ergibt, der selbst von einer metallischen Abschirmung bedeckt ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Metallstreifen in ein Rohr verformt wird, die aneinanderstoßenden Sander des Streifens durch einen Hochfrequenzstrom derart verschweißt werden, daß nach dem Verschweißen der Innendurchmesser des geformten Rohres einige Millimeter größer als der Außendurchmesser des aufgespulten und bebänderten Aufbaus ist, das Rohr um den Aufbau angeordnet wird und das Rohr in Zylinderform mit kreisförmiger Basis auf den Aufbau reduziert wird, um die metallische Abschirmung zu schaffen.
2. Kreisförmiger, schraubenförmiger, durch das Verfahren nach Anspruch 1 erhaltener Wellenleiter, dadurch gekennzeichnet, daß das die Abschirmung bildende Rohr (3) ein dickes Metallrohr ist, welches einen ausreichenden mechanischen Widerstand aufweist, um allein einem Wellenleiterelement vorbestimmter Länge eine angemessene Quer- und Längssteifigkeit geben zu können.
3. Wellenleiter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das die Abschirmung bildende Metall mit einer guten elektrischen Leitfähigkeit eine derartige Elastizitätsgrenze aufweist, daß ein Leiterelement mit einer Länge in der Größenordnung von 10 bis 15m, das an seinen beiden Enden auf zwei Stützen ruht, keine dauerhafte Verformung unter dem Einfluß seines eigenen Gewichtes während einer begrenzten Zeitdauer erleidet.

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4. Wellenleiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung aus hartem odei^halbhartem Aluminium besteht.
5. Wellenleiter nach einem der Anspruch 2 bis 4> dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke e der Abschirmung folgender Ungleichung genügt:

TC "\f

wobei R die Elastizitätsgrenze des Metalls der Abschirmung,
C ein Sicherheitskoeffizient größer als 1,

_L2
T = 7ΠΓ eine Kenngröße der Abschirmungsabmessungen,

L die Herstellungslänge,

d der Innendurchmesser der Abschirmung,

γ die spezifische Masse des Metalls der Abschirmung und

das Gewicht des aufgespulten Aufbaus pro Millimeter ist.

Bremen, den 5. 1. 1976 Für die Anmelder;

Meissner & Bolte Patentanwälte

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