DE3043778A1

DE3043778A1 - Koaxialkabel

Info

Publication number: DE3043778A1
Application number: DE19803043778
Authority: DE
Inventors: Kunihiro Nakagaki; Katsumi Osaka Ohmoto; Yasunori Saito; Kunihiko Yokohama Kanagawa Yoneyama
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1979-11-29
Filing date: 1980-11-20
Publication date: 1981-06-19
Also published as: AU524540B2; BE886396A; CA1146643A; AU6479680A; DE3043778C2; US4346253A

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Koaxialkabel, bei dent der innere und der äussere Leiter koaxial durch einen schraubenförmig ausgebildeten Isoliersteg gehalten sind und ein Isolierrohr über dem Isoliersteg vorgesehen ist.

Bei einem derartigen Koaxialkabel ist es notwendig, dass der innere Leiter der Spannung in ausreichendem Masse widerstehen kann, die auf ihn beim Wickeln des Isoliersteges ausgeübt wird. Um dieser Anforderung zu genügen, ist der innere Leiter in Form eines Metallrohres mit einer grossen Wandstärke oder in Form eines massiven Metalldrahtes vorgesehen. Herkömmliche Koaxialkabel haben daher den Nachteil eines grossen Gewichtes und einer geringen Biegsamkeit und dass der innere Leiter und das Isolierelement eine geringe Bindefestigkeit haben.

Um diese Nachteile bekannter Koaxialkabel zu beseitigen, wird durch die Erfindung ein Koaxialkabel geschaffen, das eine höhere Biegsamkeit hat, inden geriffelte Metallrohre mit geringer Wandstärke als innerer und äusserer Leiter verwandt werden und der rohrformige Teil des Isolierelementes. aus einem weichen thermoplastischen Harz niedriger Dichte gebildet ist. Der sich daraus ergebende Aufbau hat eine hohe konstruktive Festigkeit, da der schraubenförmig ausgebildete Isoliersteg aus einem starren thermoplastischen Harz hoher Dichte besteht,und weist aus dem gleichen Grunde eine hohe Wärmebeständigkeit auf, wenn er für eine Hochleistungsübertragung verwandt wird.

Bei dem erfindungsgemässen Koaxialkabel liegt insbesondere vorzugsweise das Verhältnis der Rif felungsgancjhöhc Γ, des geriffelten inneren Leiters zur RiU^:e]ungsycmghöhG P-, der. geriffelten äusseren Leiters im Bereich von 0,9 bis 1,2

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(0,9 £ P₁ZP₂ — ¹'2)· ^{Es nat} sich herausgestellt, dass die Biegsamkeit eines Koaxialkabels mit dem oben beschriebenen Aufbau merklich grosser ist, wenn das Verhältnis der Riffelungsganghöhen in dem oben beschriebenen Bereich liegt. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind P- und P~ gleich gross und liegt die Ganghöhe P-, des schraubenförmigen Steges bei P-Äi P-^r=- P_, wobei N eine ganze Zahl ist.

Ein besonders bevorzugter Gedanke der Erfindung besteht in einem Koaxialkabel hoher Flexibilität, bei dem eine Biegung nur eine sehr geringe Änderung in den elektrischen Eigenschaften hervorruft. Der innere und der äussere Leiter, die beide jeweils in Form eines geriffelten Rohres vorgesehen sind, sind koaxial mit einem dazwischen befindlichen Isolierelement aus einem thermoplastischen Harz angeordnet. Das Isolierelement besteht aus einem schraubenförmigen Steg, der mit einem äusseren Isolierrohr verbunden ist. Der schraubenförmige Steg, ist aus einem Polyäthylenmaterial hoher Dichte gebildet, während das Isolierrohr aus einem Polyäthylenmaterial niedriger Dichte besteht. Das Verhältnis der Riffelungsganghöhe des inneren Leiters zur Riffelungsganghöhe des äusseren Leiters liegt im Bereich von 0,9 bis 1,2.

Im folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnung ein bevorzugtes Ausführungsboispiel dee erfindungsgemässen Koaxialkabels näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht des Inneren des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen Koaxialkabels.

Fig. 2 zeigt in einer grafischen Darstellung die Ergebnisse von Versuchen, die mit verschiedenen Ausführungsbeispielen des erfindungsgemässen Koaxialkabels durchgeführt wurden.

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In Fig. 1 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Koaxialkabels dargestellt. Wie es in Fig. 1 dargestellt ist, weist das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Koaxialkabels einen rohrförmigen inneren Leiter 1 mit einer geringen Wandstärke und einer schraubenförmigen Nut mit einer Ganghöhe P₁ auf. Ein schraubenförmiger Isoliersteg 2 aus einem starren thermoplastischen Harz hoher Dichte und ein Rohr 3 aus einem weichen thermoplastischen Harz niedriger Dichte sind gleichzeitig über den inneren Leiter 1 mittels eines Extruders so extrudiert, dass das Rohr

3 an der Aussenseite des Isoliersteges 2 gebildet ist. Der Isoliersteg 2 hat einen trapezförmigen oder rechteckigen. Querschnitt und eine Ganghöhe P^. Unmittelbar nach dem Extrudieren ist die Innenfläche des Rohres 3 auf die Aussenflache des Isoliersteges 2 aufgeschmolzen, um ein Isolierelement zu bilden, das koaxial den inneren Leiter hält. Ein Metallrohr ist über dem Rohr 3 ausgebildet, das den inneren Leiter 1 hait_f und weist eine schraubenförmige Nut mit einer Ganghöhe P₂ auf. D.h., dass ein äusserer Leiter 4 auf dem Rohr 3 ausgebildet ist. Die Richtung der Schraube des Isoliersteges 2 ist der Richtung der Schraube des inneren und äusseren Leiters entgegengesetzt. Der äussere Leiter 4 ist mit einem Schutzmantel 6 aus einem Kunstharz überzogen.

Aus dem Obigen ist ersichtlich, dass das rohrförmige Isolierelement in Form eines einzigen Stückes durch Extrudieren des IsolierSteges 2 und des Rohres 3 direkt über den inneren Leiter ausgebildet ist. Die konstruktive Stabilität des Kabels ist daher merklich grosser. Der schraubenförmige Isoliersteg 2 ist insbesondere derart ausgebildet, dass er einen Vorsprung 5 aufweist, der genau in die schraubenförmige Nut des inneren Leiters 1 gepasst ist. Der innere Leiter . 1 ist daher fest mit dem Isolierelement verbunden, während das Isolierelement gleichfalls fest mit dem äusseren Leiter

4 über das Isolierrohr 3 verbunden ist.

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Vorzugsweise besteht das Isoliereleraent aus Polyäthylen/ das ausgezeichnete Eigenschaften als Isoliermaterial für ein Hochfrequenzkabel zeigt. Wenn beispielsweise das Kabel zur Hochleistungsübertragung verwandt wird, wird im Kabel Wärme erzeugt. Wenn der Isoliersteg 2 jedoch mit dem inneren Leiter 1 aus einem Polyäthylenmaterial hoher Dichte und einem Schmelzpunkt von mehr als 13 0⁰C in Berührung steht, hat das Kabel eine ausreichende Beständigkeit gegenüber dem erwarteten Temperaturanstieg. In diesem Fall hat weiterhin der Isoliersteg 2 eine ausreichend hohe Härte, so dass der Isoliersteg 2 sicher in einem Kontakt mit dem inneren Leiter 1 gehalten werden kann. Da das Isolierrohr 3 mit dem äusseren Leiter 4 in Kontakt steht, der auf einer Temperatur gehalten wird, die unter der Temperatur des inneren Leiters 1 liegt, kann ein Polyäthylenmaterial niedriger Dichte mit einem Schmelzpunkt von weniger als 115°C zur Bildung des Isolierrohres 3 verwandt werden. Ein derartiges Polyäthylenmaterial niedriger Dichte erhöht die Biegsamkeit des Kabels.

Aus dem Obigen ergibt sich, dass erfindungsgemäss das Isolierelement durch Extrudieren über dem inneren Leiter ausgebildet ist. Die Herstellung des erfindungsgemässen Koaxialkabels ist daher insofern vorteilhaft, als keine grosse Kraft auf den inneren Leiter ausgeübt wird, das Koaxialkabel eine ausgezeichnete Biegsamkeit hat und gegenüber der darin erzeugten Wärme stabil ist.

Fig. 2 zeigt in einer grafischen Darstellung die Ergebnisse von Versuchen, die bei verschiedenen Ausführungsbeispielen des erfindungsgemässen Koaxialkabels durchgeführt wurden. Die zugehörigen Ergebnisse für die Versuchsbeispiele sind in dei: folgenden Tabelle angegeben:

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Innerer Leiter

Aussen	Tiefe	Ganghöhe	Rohr
durchmesser	der		wandstärke
(ram)	Nut (mm)	(mm)	(itm)

15

1,5, 0

=S, 9, 10, 12,oo 0,5

Äusserer Leiter 40 Isolierelement 35

2,5

P₂=IO

P₃=38

0,6 1,0

Bei dem untersuchten Kabel hatte der Steg einen rechteckigen Querschnitt und eine Stärke von 5,0 mm. Bei dem in der obigen Tabelle dargestellten Beispiel war der innere Leiter mit einer Nuttiefe gleich Null in Form eines geraden Rohres mit einer Wandstärke von 1,0 mm ausgebildet. Der Stegteil und der rohrförmige Teil des Isolierelementes bestanden aus demselben Polyäthylenmaterial. Der Durchmesser der Biegung war 20mal so gross wie der Aussendurchmesser des Kabels.

In Fig. 2 ist auf der vertikalen Achse der Reflexionsfaktor aufgetragen, während die horizontale Achse die Anzahl «3er Biegungen zeigt. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, dass bei einem Koaxialkabel, bei dem der innere Leiter in Form eines geraden Rohres ausgebildet ist, d.h. bei dem P-/P₂ = ^⁰ , die Änderung in der Impedanz aufgrund der Biegung gross ist, obwohl eine hohe Wandstärke verwandt wurde, und dass bezeichnend der Reflexionsfaktor abrupt zunimmt, wenn die Anzahl der Biegungen 10 überschreitet. Bei einem Koaxialkabel mit einem Ganghöhenverhältnis ^pi/^2 ⁼ 0#8 ^war ^^er Reflexionsfaktor stabil, solange die Anzahl der Biegungen relativ klein war, nahm der Reflexionsfaktor jedoch abrupt zu, wenn die Anzahl der Biegungen über 8 lag. Bei Koaxialkabeln mit Ganghöhenverhäl triissen P-/P₂ von annähernd 1,0 nahm jedoch der Reflexionsfaktor nicht abrupt zu, selbst wenn die Anzahl der Biegungen 10 überschritt. D.h., dass sich die Impedanz nicht stark änderte.

Dieselben Versuche wurden weiterhin unter Verwendung verschiedener Arten von Kabels mit zueinander verschiedenen Schraubengang-

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höhen P., durchgeführt. Diese Versuche haben ergeben, dass die stabilsten Reflexionsn . zur Herabsetzung einer Änderung der Impedanz aufgrund der Biegung unter den folgenden Bedingungen erhalten werden:

P₁^Ai P- ν* rrP-, , wobei N eine ganze Zahl ist.

Der Reflexionsfaktor kann in dem schraffierten Bereich in Fig. 2 liegen. Es wird daher ein wünschenswertes Koaxialkabel bezüglich der Biegeeigenschaften dadurch erhalten, dass die Riffelungsganghöhe P₁ des geriffelten inneren Leiters im wesentlichen gleich der Riffelungsganghöhe P₂ des geriffelten äusseren Leiter ist und dass die Schraubenganghöhe P^ des Isoliersteges ein ganzzahliges Vielfacher von P- oder P~ ist.

Es wird somit ein Koaxialkabel, das stabile Eigenschaften gegenüber einer Biegung beibehält, dann erhalten, wenn
das 'Ganghöhenverhältnis P., /P« auf einen Wert zwischen 0,9 und 1,2 gewählt wird. Wenn darüberhinaus der Isoliersteg und das Isolierrohr des rohrförmigen Isolierelementes aus Polyäthylen hoher Dichte und Polyäthylen niedriger Dichte jeweils bestehen, ergibt sich ein Koaxialkabel, das noch
eine grössere Stabilität der elektrischen Eigenschaften gegenüber einer Biegung und eine hohe Biegsamkeit aufweist. D.h., dass das Koaxialkabel mit einer geringeren Kraft gebogen werden kann. Beispielsweise nimmt die erforderliche Biegekraft auf 80 % der Kraft ab, die notwendig ist, um ein Koaxialkabel zu biegen, bei dem das gesamte Isoliermaterial aus Polyäthylen hoher Dichte besteht.

Koaxialkabel mit einem geriffelten inneren Leiter sind flexibler und stabiler gegenüber einer Biegung. In Hinblick auf die oben angegebenen Versuchsergebnisse lässt sich sagen, dass unter den Einflussfaktoren bezüglich der Riffelungen des
inneren und des äusseren Leiters der wichtigste Faktor bei der

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Erhöhung der Biegsamkeit dos Koaxialkabels in Form eines Verbundelementes aus einem inneren Leiter, einem Isolierelement, einem äusseren Leiter und einem Schutzmantel die gegenseitige Beziehung der Riffelungsganghöhen des inneren und des äusseren Leiters und die Ganghöhe der schraubenförmigen Ausbildung des Isoliersteges sind. Bei der Riffelung eines Metallrohres ist die Beziehung zwischen der Ganghöhe und der Tiefe der Riffelung am wichtigsten zur Bestimmung der mechanischen Eigenschaften des Kabels. Dieser Grundgedanke findet daher bei der Herstellung des erfindungsgemässen Koaxialkabels Anwendung.

Wenn das Koaxialkabel gebogen wird, hat der innere Leiter eine kleinere Krümmung als; der äussere Leiter. Darüberhinaus hat der innere Leiter eine kleinere Grosse als der äussere Leiter. Dementsprechend ist der innere Leiter gegenüber einer mechanischen Verformung stabiler als der äussere Leiter. Die'Riffelungsganghöhe des inneren Leiters kann daher grosser als die Riffelungsganghöhe sein, die bei Koaxialkabeln mit bekanntem Aufbau verwandt wird. D.h., dass die Riffelungsganghöhe für den inneren Leiter so gewählt sein sollte, dass der innere Leiter gegenüber einer Biegung des Koaxialkabels mechanisch stabil ist. Eine Verringerung der Riffelungsganghöhe bewirkt nicht immer eine höhere Biegsamkeit, da auch die grössere Härte berücksichtigt werden muss, die in den Riffelungen auftritt.

Es ist andererseits darauf hinzuweisen, dass ein Koaxialkabel ein Verbundelement ist oder einen zusammengesetzten Aufbau hat. Wenn daher die Rif f elungsgangliöhen des inneren und des äusseren Leiters im wesentlichen gleich gross gemacht werden und die Ganghöhe der schraubenförmigen Ausbildung des Isolier-Steges ein ganzzahligtis Vielfaches dieser Riffelungsganghöhen ist, so ist es möglich, dass das Kabel jede Biegebewegung in zufriedenstellender Weise aushält. Die Biegsamkeit des zusammengesetzten Koaxialkabelaufbaues gemäss der Erfindung ist daher ausserordentlich gut. Bei einem Koaxialkabel, das

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die obigen Bedingungen erfüllt, haben dann, wenn das Kabel im Längsschnitt angesehen wird, die inneren und die äusseren Leiterteile, die mit dem Isoliersteg in Kontakt stehen, dieselbe relative Lage zwischen den Leitern und dem Steg, da die Ganghöhe P₁ im wesentlichen gleich der Ganghöhe Ρ- ist und die Ganghöhe P, ein ganzzahliges Vielfaches der Ganghöhe P^ oder P₂ ist. Wenn daher eine Biegekraft am Kabel liegt, wird diese Kraft in gleichen Intervallen auf jede Windung des schraubenförmigen Steges übertragen, so dass die Kraft streut und nur eine sehr kleine Verformung im Kabel erzeugt wird. In diesem Fall wird der Frequenzgang der Impedanz in einen Frequenzband mit einer Breite beeinträchtigt,in dem die anliegende Frequenz über derjenigen Frequenz liegt, deren halbe Wellenlänge gleich der Länge der Ganghöhe des Isoliersteges ist. Es ist somit ein Koaxialkabel geschaffen worden, das ausgezeichnete Biegeeigenschaften und dennoch eine grosse Bandbreite hat. Da bei einem herkömmlichen Koaxialkabel andererseits die Ganghöhe des Isoliersteges P₃ kein ganzzahliges Vielfacher der Riffelungsganghöhen P₁, P„ des inneren und des äusseren Leiters sind, treten Spannungskonzentrationen im Kabel in Abständen auf, die wenigstens dem gemeinsamen Vielfachen der Ganghöhen P., P~ und P₃ entsprechen. Diesbezüglich treten Verformungen im Kabel in Abständen L, C, M auf, die jeweils eine Länge haben, die grosser als jede Länge der Ganghöhe des Isoliersteges gcmäss der Erfindung ist. Dia auftretende Frequenzbeeinträchtigung tritt daher in einem niedrigeren Frequenzband als beim Kabel gemäss der Erfindung auf. Wenn im übrigen die Ganghöhe P^ des Isoliersteges mehr als Sraal so gross wie die Riffelungsganghöhen P-j und P~ des inneren und des äusseren Leiter ist, wird ein Auftreten einer Verformung des inneren und des äusseren Leiters an jeder Stelle im Abstand der Ganghöhe P₃ des Isoliersteges begünstigt, wenn der Biegeradius des Kabels klein ist.

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Claims

PATENTANWÄLTE

SIJMITOMO ELECTRIC HTIUSTRIES, LTD.
No. 15, Kitahama 5-chome, Higashi-lai
Osaka-sM, Osaka, Japan

Koaxialkabel

A. GRÜNECKER

DtPL-ING

H. KINKELDEY

DR-ING

W. STOCKMAIR

Dft-ING AeElCAuTtCH)

K. SCHUMANN

DRPERMAT QR. PHYS.

P. H. JAKOB

DlPL-ING

G. BEZOLD

DFl RERMAT- O=I-OiM

8 MÜNCHEN

MAXlMlLlANStRASSE A3

20. November 1980

15 675-dg

PATENTANSPRÜCHE

f1 Λ Koaxialkabel, gekennzeichnet durch einen inneren und einen äusseren Leiter (1, 4), von denen jeder in Form eines geriffelten Rohres ausgebildet ist, und durch ein Isolierelement aus einem thermoplastischen Harz, das einen schraubenförmigen Steg (2) und ein Isolierrohr (3) umfasst, das um den schraubenförmigen Steg (2) herum vorgesehen ist, wobei das Isolierelement koaxial den inneren und den äusseren Leiter (1, 4) hält, der schraubenförmige Steg und das Isolierrohr (3) so miteinander verbunden sind, dass sie ein in einem Stück ausgebildetes Isolierelement bilden_;und der schraubenförmige Steg (2) dicht in die Riffelungen des inneren Leiters (1) eingepasst ist.

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<OB«) OM 28 82

TELEX Oß-Ü9 3BO

TELEKOPIEREH
2. Koaxialkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass der innere und der äussere Leiter (1, 4) schraubenförmig mit Ganghöhen P., und P„ jeweils geriffelt sind, wobei das Verhältnis der Ganghöhe P₁ zur Ganghöhe P_ im Bereich von 0,9 bis 1,2 liegt.
3. Koaxialkabel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , dass der schraubenförmige Steg (2) eine Ganghöhe P~ hat, die gegeben ist durch:

P₁ ^ P₂ «i P₃/N,
wobei N eine ganze Zahl ist.
4. Koaxialkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass der schraubenförmige Steg (2) aus Polyäthylen hoher Dichte besteht.
5. Koaxialkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass der schraubenförmige Steg (2) aus Polyäthylen hoher Dichte und das Isolierrohr (3) aus Polyäthylen niedriger Dichte bestehen.

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