DE3304957C2 - Koaxiales Hochfrequenz-Leistungskabel mit Hohlraumdielektrikum und Verfahren zu seiner Herstelllung - Google Patents

Abstract

Es wird ein koaxiales Hochfrequenz-Leistungs-Kabel angegeben, dessen zwischen Innenleiter (1) und Außenleiter angeordnete Abstandshalterung aus Einzelstücken (4) aufgebaut ist, die aus Keramik bestehen. Pro Radialebene des Kabels ist nur eine mit dem Innenleiter (1) verschraubte Einzelstütze (4) vorhanden. Die Einzelstützen (4) sind mit axialem Abstand zueinander angeordnet und in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt. Ihre am Innenleiter (1) anliegende Fläche ist mit einer Metallschicht (9) überzogen.

Description

— daß die Einzelstützen (4) aus Keramik bestehen und mittels einer die Wandung des Innenleiters (1) durchdringenden Schraubverbindung an demselben festgelegt sind,

— daß pro Radialebene des Kabels nur eine Einzelstütze (4) vorhanden ist,

— daß die Einzelstützen (4) unterschiedlicher Radialebenen in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt sind und

— daß jede Einzelstütze (4) auf der zur Anlage am Innenleiter (1) bestimmten Seite mindestens zwei voneinander getrennte Vorsprünge (11) mit im Verhältnis zu den Abmessungen der Einzelstütze (4) sehr kleiner Oberfläche aufweist, die zusammen mit der ganzen, dem Innenleiter (1) zugewandten Oberfläche jeder Einzelstütze (4), einschließlich einer zur Aufnahme eines Teils der Schraubverbindung vorhandenen Vertiefung (1OX mit einer geschlossenen, elektrisch gut leitenden Metallschic? t(9) bedeckt sind.

2. Kabei nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder Einzelstütze (4) als Teil der Schraubverbindung eine Gewindebuchse (5) befestigt ist.

3. Kabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder Einzelstütze (4) als Teil der Schraubverbindung ein Gewindebolzen (7) befestigt ist.

4. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Abstand der Einzelstützen (4) voneinander kleiner als die halbe Wellenlänge der höchstens zu übertragenden Frequenz ist.

5. Kabel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenleiter (2) quer zu seiner Achsrichtung gewellt ist.

6. Verfahren zur Herstellung eines koaxialen Hochfrequenz-Leistungskabels nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

— daß zunächst an den für die Befestigung der Einzelstützen (4) vorgesehenen Stellen Löcher in den rohrförmigen Innenleiter (1) gedrückt werden,

— daß danach die Einzelstützen (4) am Innenleiter (1) festgelegt werden und

— daß schließlich der Außenleiter (2) unter Anlage an den Einzelstücken (4) um den mit denselben bestückten Innenleiter (1) herumgeformt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

— daß pro Radialebene des Kabels zwei einander diametral gegenüberliegende Löcher in den Innenleiter (1) gedrückt werden,

— daß in das eine dieser Löcher der an einer Einzelstütze (4) angebrachte Teil der Schraubverbindung eingesteckt oder an das Loch herangebracht wird und

— daß durch das gegenüberliegende Loch der andere Teil der Schraubverbindung zugeführt und mit dem Teil der Einzelstütze (4) verschraubt wird.

15 Die Erfindung bezieht sich auf ein koaxiales Hochfrequenz-Leistungskabel gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein solches Kabel ist in der DE-PS 16 40 711 beschrieben.

Die Dämpfung von koaxialen Hochfrequenz-Kabeln (HF-Kabeln) setzt sich aus zwei Komponenten zusammen. Diese Komponenten sind die durch den Hochfrequenzwiderstand der Leiter verursachte Widerstandsdämpfung einerseits und die durch die dielektrischen Verluste der Abstandshalterung hervorgerufene Ableitungsdämpfung andererseits. Die Ableitungsdämpfung kann einen wesentlichen Anteil an der Gesamtdämpfung haben. Ihre Höhe hängt von der Art des für die Abstandshalterung verwendeten dielektrischen Materials und von dessen geometrischen Abmessungen ab. Wesentlich ist dabei auch der Feststoffanteil am Volumen der gesamten Hohlraumisolierung. Für eine verlustarme Leistungsübertragung auf einem koaxialen HF-Kabel ist somit die Wahl des für die Abstandshalterung verwendeten Materials von Bedeutung, bei dem dielektrischer Verlustwinkel und Dielektrizitätskonstante möglichst kiein sein soiien. Andererseits soll aber auch der durch die Abstandshalterung gegebene Feststoffanteil des Dielektrikums möglichst niedrig sein.

Diese beiden aus übertragungstechnischen Gründen zu stellenden Forderungen sind dann nicht optimal einzuhalten, wenn beispielsweise aus thermischen Gründen oder aus Gründen der mechanischen Festigkeit für den Feststoff des Dielektrikums Materialien mit weniger guten elektrischen Eigenschaften eingesetzt werden müssen. Ein solches Material ist beispielsweise Keramik. Es ist nicht nur aus elektrischer Sicht schlechter, sondern auch aus mechanischer Sicht, da es wegen seiner Sprödigkeit nur schwierig zu verarbeiten ist.

Die DE-PS 8 35 465 zeigt eine aus Keramik bestehende Scheibe, die für die Abstandshalterung von koaxialen HF-Kabeln vorgesehen ist. An der zur Anlage am Innenleiter eines koaxialen HF-Kabels bestimmten Oberfläche weist die Scheibe einen als Sprühschutz dienenden Metallbelag auf. Der Metallbelag wird durch eine federnde Einlage kontaktiert, die den Innenleiter entlang einer kreisförmigen Linie berührt. Eine kontinuierliche Fertigung von koaxialen HF-Kabeln, die aus Keramik bestehende Scheiben als Abstandshalter haben, ist kaum möglich, da die Scheiben wegen ihrer Sprödigkeit beim Aufbringen des Außenleiters der HF>Kabel sehr leicht zerstört werden können.

Das DE-GM 72 28 155 zeigt eine Abstandshalterung für Koaxialkabel, die aus einem Band besteht, auf dem mit Abstand zueinander Vorsprünge angebracht sind. Dieses Band soll in Form einer Wendel um den Innenleiter eines Koaxialkabels herumgewickelt werden. Der Außenleiter liegt auf den Vorsprüngen auf. Eine solche

Abstandshalterung hat wegen des Bandes einen hohen Feststoffanteil mit entsprechend hoher Dämpfung für das Koaxialkabel. Sie ist außerdem für Leistungskabel wegen des dicht am Innenleiter anliegenden Bandes auch aus Temperaturgründen nicht geeignet

Bei der Abstandshalterung nach der eingangs erwähnten DE-PS 16 40 711 sind in einer Radialebene des Kabels jeweils drei um 120" gegeneinander versetzte Stützen aus Kuaststoff vorgesehen, die durch einen federnden Metallbügel zusammengehalten sind. Wenn für die Stützen ein wärmebeständiger Kunststoff verwendet wird, dann ist dieses bekannte HF-Kabel auch bei erhöhten Temperaturen am Innenleiter einsatzfähig. Bei einer Erwärmung von mehr als 200°C und auch bei Anwendungen in Bereichen mit energiereicher Strahlung ist eine derartige, aus Kunststoffteilen bestehende Abstandshalterung aber nicht mehr geeignet, da alle bekannten Kunststoffe bei den geschilderten Bedingungen zerstört werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein koaxiales HF-Leistungskabel anzugeben, dessen Abstandshalterung ohne wesentliche Dämpfungüerhöhung Temperaturen von mehr als 200⁰C aushält und auch beständig gegen energiereiche Strahlung ist.

Diese Aufgabe wird entsprechend den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Vorteilhafte Verfahren zur Herstellung des Kabels sind in den Ansprüchen 6 und 7 beschrieben.

Durch die aus Keramik bestehenden Einzelstützen ist die Forderung nach Beständigkeit gegen hohe Temperaturen und energiereiche Strahlung für die Abstandshalterung erfüllt Die Gefahr, daß die in sich starren und mechanisch empfindlichen Einzelstützen beim Aufbringen des Außenleiter zerstört werden, ist vermieden, da pro Radialebene nur eine Einzelstütze vorhanden ist Diese kann einer auf sie in radialer Richtung einwirkenden Kraft durch elastische Ausbiegung des Innenleiters ausweichen. Auch der Feststoffanteil des Dielektrikums ist dadurch, daß pro Radialebene nur eine Einzelstütze vorhanden ist, gering gehalten. Trotz des dielektrisch nicht besonders geeigneten Materials »Keramik« ergibt sich damit keine wesentliche Erhöhung der Verluste bzw. der Dämpfung. Der axiale Abstand der in Um- « fangsrichtung um 120° gegeneinander versetzten Einzelstutzen ist so bemessen, daß der Innenleiter seine konzentrische Lage zum Außenleiter beibehält und auch nicht im Bereich der Einzelstützen aus derselben verlagert wird.

Durch die sich bis in die Vertiefung für das Teil der Schraubverbindung erstreckende Metallisierung der am Innenleiter anliegenden Oberfläche der Einzelstützen werden Glimmentladungen in Hohlräumen zwischen dem Innenleiter und den Einzelstützen sowie innerhalb der Einzelstützen vermieden, die zu einer Zerstörung der Einzelstützen führen könnten. Bei der eindeutigen Kontaktierung des Innenleiters über die mindestens zwei getrennten, schneidenartigen Vorsprünge, geht der vom Innenleiter geführte HF-Strom im Bereich der Einzelstützen im wesentlichen auf die parallel zum Innenleiter vertaufende Metallschicht über. Geeignete Materialien für die Metallschicht sind besonders Kupfer oder Silber.

Die Einzelstüt/er. werden am zweckmäßigsten so am Innenleiter befestigt, daß sie mit einem im Keramikkörper verankerten Gewindebolzen durch ein in den Innenleiter gedrücktes Loch gesteckt werden. Auf den Gewindebolzen wird durch ein dem ersten Loch diametral gegenüberliegendes zweites Loch eine Mutter aufgeschraubt

Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in den Zeichnungen dargestellt Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch ein HF-Kabel nach der Erfindung,

F i g. 2 einen Längsschnitt durch dieses Kabel,

F i g. 3 und 4 zwei unterschiedliche Ausführungsformen einer Einzelstütze,

F i g. 5 eine Draufsicht auf die Oberfläche einer Einzelstütze, welche zur Anlage am Innenleiter des HF-Kabels bestimmt ist

Das in Fig. 1 dargestellte koaxiale HF-Kabel besteht aus einem rohrförmigen Innenleiter 1, einem denselben umgebenden Außenleiter 2 und einer zwischen den beiden Leitern angeordneten Abstandshalterung 3, die im vorliegenden Fall aus Einzelstützen 4 besieht Innenleiter 1 und Außenleiter 2 können quer zu ihrer Achsrichtung gewellt sein. Das HF-Kabel erhält dadurch eine ausreichende Biegbarkeit, damit es aaf eine Spule aufgewickelt werden kann.

Die Einzelstützen 4 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel um 120° in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt Sie können aber auch um einen anderen Winkel versetzt sein, beispielsweise um 90°. Pro Radialebene des HF-Kabels ist nur eine Einzelstütze 4 vorgesehen. Die Einzelstützen 4 haben einen axialen Abstand voneinander, der nur so groß sein darf, daß die zentrische Lage des Innenleiters 1 im Außenleiter 2 gewährleistet werden kann. Der Abstand muß dabei aber auch so gewählt werden, daß der Innenleiter 1 bei einer Druckbelastung der Einzelstützen 4 in radialer Richtung elastisch ausweichen kann. Eine solche Druckbelastung tritt beispielsweise dann auf, wenn eine Wellung in dem Außenleiter 2 eingebracht wird. Eine weitere Vorgabe für die Bemessung des axialen Abstandes der Einzelstützen 4 voneinander ist durch die Wellenlänge der zu übertragenden Hochfrequenz gegeben. Damit keine zu hohen Reflexionen auftreten können, soll der Abstand kleiner als die halbe Wellenlänge der höchsten zu übertragenden Frequenz sein.

Die Einzelstützen 4 bestehen aus Keraßiik. Sie werden mit dem Innenleiter 1 mittels einer Schraubverbindung fest verbunden. Hierzu kann in der Einzelstütze 4 entsprechend F i g. 3 beispielsweise eine Gewindebuchse 5 befestigt sein, in welche eine Kopfschraube 6 eingedreht wird. Es ist jedoch auch möglich, in der Einzelstütze 4 gemäß F i g. 4 einen Gewindebolzen 7 festzulegen, auf den eine Mutter 8 aufgeschraubt wird. In beiden Fällen müssen an der Stelle, an welcher die Einzelstützen 4 angebracht werden sollen, zwei Löcher in den Jnnetleiter t eingedrückt werden, die einander bezüglich des Innenleiters 1 diametral gegenüberliegen. In das eine Loch wird beispielsweise der Gewindebolzen 7 eingesteckt und durch das gegenüberliegende Loch wird mit einem geeigneten Werkzeug die Mutter 8 hindurchgeführt und auf den Gewindebolzen 7 aufgeschraubt

Die Löcher zui Festlegung der Einzelstützen 4 sollen nach Möglichkeit in den Innenleiter 1 eingedrückt werden, damit dessen Material ohne Spanbildung nach innen ragt und dadurch das elektrische Feld nicht stört.

Zur Vermeidung von Glimmentladungen im Bereich des Innenleiters 1 ist die zur Anlage an dem Innenleiter bestimmte Oberlfäche der Einzelstützen 4 mit einer Metallschicht 9 überzogen. Die Metallschicht 9 ragt auch in eine Vertiefung 10 hinein, in welcher die Gewindebuchse 5 bzw. der Gewindebolzen 7 '/erankert sind. Die Me-

faltschacht 9 besteht aus elektrisch gut leitendem Material, wie beispielsweise Kupfer oder Silber.

Damit eine einwandfreie Kontaktierung zwischen der Metallschicht 9 und dem Innenleiter 1 möglich ist, sind auf der entsprechenden Oberfläche der Einzelstützen 4 mindestens zwei Vorsprünge 11 angebracht, die räumlich voneinander getrennt sind und eine kleine Oberfläche haben. Auch die Vorsprünge ! 1 sind von der Metallschicht 9 überzogen. Mittels der durch die Vorsprünge definierten Kontaktstellen ist sichergestellt, daß der to vom Innenleiter 1 geführte Hochfrequenzstrom über die parallel zum Innenleiter 1 verlaufende Metallschicht 9 geführt wird Da auf diese Weise keine Potentialdifferenz zwischen Metallschicht 9 und Innenleiter 1 auftritt, sind Glimmentladungen mit Sicherheit vermieden.

Die Befestigungsart der Einzelstützen 4 ist im Vorangehenden in bevorzugten Ausführungsbeispielen geschildert worden. Selbstverständlich ist es auch möglich, in der Einzelstütze 4 ein Durchgangsloch anzubringen und dieselbe dann mittels einer Art Kippdübelverschraubung am Innenleiter 1 festzulegen. Bei dieser Ausführungsform wird nur jeweils ein Loch pro Einzelstütze 4 im Innenleiter 1 benötigt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (1)

Patentansprüche:

1. Koaxiales Hochfrequenz-Leistungskabel mit Hohlraumdielektrikum, bestehend aus einem rohrförmigen Innenleiter* einem dazu konzentrischen Außenleiter und einer zwischen beiden Leitern angeordneten Abstandshalterung, bei welchem für die Abstandshalterung aus Isoliermaterial bestehende Einzelstützen eingesetzt sind, die in axialer Richtung und Umfangsrichtung räumlich eng begrenzt und mit axialem Abstand zueinander am Innenleiter mechanisch festgelegt sind, dadurch gekennzeichnet,