DE4128908C2 - Koaxial-Leitung sowie Verfahren und Vorrichtung zu deren Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Koaxialleitung mit wenigstens einem Innenleiter, einer Isolierung und einem letztere umgebenden Metallgeflecht zur Hochfrequenz(HF)- Abschirmung, wobei das Abschirmgeflecht aus metallischen Drähten besteht und mit einer metallischen Lotschicht zur Gewährleistung der HF-Dichtheit versehen ist. Es wird ein Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung zur Herstellung einer solchen Ko­ axial-Leitung angegeben. Speziell die Vorrichtung zur Durchführung des Herstellverfahrens besteht aus einem heizbaren Be­ hälter als Bad für flüssiges Lot und einer Einrichtung zur Führung der Leitung durch das Bad.

Koaxial-Leitungen mit Abschirmungen sind in vielerlei Ausführungsformen vorbekannt und haben sich weitgehend bewährt. Allerdings sind derartige abgeschirmte Leitungen nicht vollkommen hochfrequenzdicht, da die Hochfrequenz­ leistung durch die Lücken im Geflecht zur Ader eindringen kann. Zum Erreichen einer bestmöglichen HF-Dichtheit wer­ den daher in der Praxis durchweg Metallbänder verwendet, beispielsweise in Form von Folien oder auch von Hüll­ rohren, mit denen die Außenleiter umwickelt bzw. umgeben werden. Darunter leidet zwangsläufig die Flexibilität der HF-dichten Leitung, so daß eine 100% HF-Dichte und gleichzeitig voll flexible Leitung nicht erreicht ist. Vielmehr werden nur halbflexible Eigen­ schaften gewährleistet.

In der Fachliteratur wird das Problem einer möglichst vollständigen HF-Dichtheit der Abschirmung bei hinrei­ chender Flexibilität der Koaxial-Leitung verschiedentlich erwähnt. Beides sind an sich widersprechende Eigenschaf­ ten. Speziell in der EP-A-0 236 096 wird ein flexibles abgeschirmtes Koaxial-Kabel und ein Verfahren zu dessen Herstellung beschrieben, bei dem das Abschirmgeflecht auf einer metallischen Folie angeordnet ist und anschließend mit einem metallischen Lot aufgefüllt wird. Zum Einbringen des Lots in das Abschirmgeflecht wird die vorbereitete Leitung durch ein Bad mit dem flüssigen Lot gezogen. Ins­ gesamt ergibt sich dadurch eine Anbindung des komplett in Lot eingebetteten Abschirmgeflechtes an die Folie.

Aufgrund der kompakten Lotanfüllung dürfte bei dem vorbe­ schriebenen Kabel keine vollständige Flexibilität gegeben sein.

Aus der DE-40 27 892 A1 ist zwar bereits eine Beschich­ tungsvorrichtung bekannt, die mit akustischen Schwingungs­ generatoren arbeitet. Mit einer solchen Vorrichtung sollen mit hoher Geschwindigkeit durchlaufende Kabel insbesondere pulverbeschichtet werden, wobei das Beschichtungsmaterial in jedem Fall nichtmetallischer Natur ist. Die Arbeits­ frequenz der in den Seitenwänden der Vorrichtung angeord­ neten Schwingungsgeneratoren liegt dabei zwischen 20 und 50 Hz.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Koaxial-Leitung zusammen mit einem geeigneten Herstellverfahren anzugeben, welche die Forderung der HF-Dichtheit bei möglichst voll­ ständiger Flexibilität erfüllen. Daneben soll auch eine diesbezügliche Vorrichtung zur Herstellung dieser Koaxial- Leitungen geschaffen werden.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß bei einer Koaxial-Leitung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Lot­ schicht überwiegend die nach außen liegenden Flächen des Abschirmgeflechtes bedeckt und die Lücken zwischen den das Abschirmgeflecht bildenden Drähten ausfüllt, wogegen die Konturen der Drähte zur Isolierung hin von Lot freigehalten sind, so daß die Flexibilität des Abschirmgeflechtes weitestgehend erhalten bleibt.

Dabei besteht das Lot vorteilhafterweise aus Zinn oder einer Legierung auf Zinnbasis und ist plastisch verformbar.

Im Rahmen der Erfindung erfolgt das Beloten zum überwie­ gend auf den Außenbereich des Abschirmgeflechtes lokali­ sierten Aufbringen der Lotschicht flußmittelfrei mittels Ultraschalleinwirkung. Dafür wird im wesentlichen ein modifiziertes Ultraschall-Lötbad verwendet, wobei dem beheizbaren Behälter als Bad für flüssiges Lot geeignete Mittel zur Beaufschlagung des Abschirmgeflechtes mit Ultraschall zugeordnet sind. Derartige Mittel beinhalten wenigstens eine Sonotrode mit Wandler zur Ultraschall­ generierung. Vorzugsweise sind zur Ultraschallbeaufschla­ gung der Leitung von zwei Seiten wenigstens zwei Sono­ troden in gegenüberliegenden Badwandungen angeordnet. In spezifischer Ausbildung sind vier oder paarweise mehr Ultraschallsonotroden zur separaten Ultraschalleinleitung vorhanden, die einander abwechselnd in der Position ver­ setzt gegenüberliegen. Die Ultraschallsonotroden gehen dabei vorteilhafterweise durch die Badwandung hindurch und sind jeweils in einem Schwingungsknoten in der Wandung abgedichtet. Für einen kontinuierlichen Betrieb dieser Anlage sind die Mittel zur Führung der Leitung entspre­ chend ausgebildet und weisen vorzugsweise wenigstens eine Umlenkrolle zum Umlenken der Leitung auf.

Beim Verfahren zur Herstellung der Koaxial-Leitung wird gegenüber letzterem Stand der Technik mit Ultraschall von einer Frequenz größer als 10 kHz, vorzugsweise von 20 kHz, gearbeitet. Die Lottemperatur kann speziell bei Zinn als flüssiges Lot im Bereich von etwas mehr als 200°C, vorzugsweise bei etwa 250°C, liegen. Ein derartiges Ultraschall-Belotungs­ verfahren läßt sich wirtschaftlich für einen Durchlaufbe­ trieb im Rahmen einer flexiblen Fertigungslinie realisie­ ren.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen

Fig. 1 im Schnitt den Aufbau einer flexiblen, HF-dichten Koaxial-Leitung zusammen mit einem Ausschnitt aus dem Abschirmgeflecht sowie

die Fig. 2 und 3 ein Ultraschall-Lötbad zum kontinuier­ lichen Verzinnen von Abschirmgeflechten zur Herstellung von Leitungen gemäß Fig. 1 in zwei zueinander senkrechten Schnittdarstellungen.

In der Fig. 1 ist eine Koaxial-Leitung 10 dargestellt, die aus einem Innenleiter 11, einer Isolierung 12 und einer Abschirmung 13 besteht. Derartige Leitungen sind in vielerlei Ausführungen bekannt, wobei üblicherweise die Abschirmung 13 aus einem Drahtgeflecht aus blankem Kupfer-Draht, beispielsweise der Stärke 0,1 mm, gebildet ist. Das Drahtgeflecht 13 kann von einem weiteren Isolier­ mantel umgeben sein oder es können auch mehrere Koaxial- Leitungen mit Innenleiter 11 und Isolierung 12 in einer Abschirmung 13 nebeneinander liegen.

Aufgrund der Lücken im Drahtgeflecht 13 sind die unbehan­ delte Abschirmungen noch nicht 100% hochfrequenzdicht. Das Drahtgeflecht 13 wird daher bei einem bekannten Ver­ fahren in ein Lot auf Zinnbasis eingebettet, wobei ge­ gebenenfalls auch zusätzlich Metallfolien auf die Iso­ lierschicht 12 aufgebracht werden. In der Praxis hat sich allerdings gezeigt, daß durch die komplette Einbettung des Drahtgeflechtes 13 in Zinn die Flexi­ bilität der Leitung leidet.

Gemäß Fig. 1 ist das Drahtgeflecht 13 nunmehr derart ver­ zinnt, daß die äußere Oberfläche der einzelnen Drähte 14 mit einer vergleichsweise dünnen Schicht 15 aus Zinn versehen und die Lücken 16 im Drahtgeflecht 13 mit Zinn ausgefüllt sind. Durch diese metallische Beschichtung ergibt sich ein sicherer HF-Schirm, wobei wesentlich ist, daß durch eine geeignete Ver­ teilung des weichen und plastisch gut verformbaren Zinns die Flexibilität der Leitung weitestgehend erhalten bleibt.

Insbesondere der vergrößerte Ausschnitt des Abschirmgeflechtes 13 zeigt deutlich, daß die Zinnschicht 15 zwar die Lücken 16 zwischen den Einzeldrähten 14 des Drahtgeflechtes 13 ausfüllt. Dagegen sind die Innenseiten der einzelnen Cu-Drähte 14 mit ihren Konturen zur Isolierung hin, von Zinn freigehalten. Da­ durch ist deren Beweglichkeit gewährleistet.

Eine Verzinnung der Leitung 10 in der anhand Fig. 1 beschrie­ benen Form erfolgt durch Beloten unter Ultraschalleinwirkung. Dabei wird das Prinzip des Ultraschallötens angewendet, bei dem bekanntlich kein Flußmittel erforderlich ist. Dies bedeu­ tet, daß die zu bearbeitende Leitung 10 nicht gereinigt zu werden braucht und daß keine Gefahr besteht, daß korrodierende Rückstände auf der Leitung 10 verbleiben. Weiterhin kann das Ultraschallverzinnen unmittelbar an den blanken Cu-Drähten 14, die das Drahtgeflecht 13 bilden, erfolgen. Signifikant ist da­ bei, daß beim ultraschallinduzierten Beloten sich im wesentli­ chen eine Lokalisierung der Zinnschicht auf dem Außenbereich des Drahtgeflechtes 13 ergibt. Dies bedeutet, daß keine Ver­ zinnung auf den Innenseiten der einzelnen Cu-Drähte 14, d. h. zur Isolierung hin, auftritt. Damit kann die hohe Flexibilität der fertigen Leitung 10, die durch das Ultraschall-Verzinnen erhalten wird, erklärt werden.

Aus den Fig. 2 und 3 ist der Aufbau eines Ultraschall-Löt­ bades zum kontinuierlichen Verzinnen von Koaxial-Leitungen ersichtlich: Ein derartiges Bad für flüssiges Lot 7 wird im wesentlichen durch die Wandungen eines Behälters 1 mit einer Vielzahl von elektrischen Heizplatten 2 begrenzt. Auf gegen­ überliegenden Wandungen sind gemäß Fig. 2 je zwei, d. h. ins­ gesamt vier Sonotroden 3 in das Bad eingebracht, wobei die So­ notroden 3 an ihren Rückseiten Wandler 4 zur Ultraschall-Gene­ rierung aufweisen. Von den einzelnen Ultraschall-Wandlern 4 werden die Ultraschallschwingungen über die einzelnen vier seitlich durch die Badwandungen hindurchgehenden Sonotroden 3 in das Bad eingeleitet. Die Sonotroden 3 sind jeweils in der Ebene eines ihrer Schwingungsknoten in den Wandungen des Be­ hälters 1 abgedichtet.

Im Behälter 1 befindet sich flüssiges Zinn als Lot 7. Zwischen den Stirnflächen der Sonotroden 3 läuft die Koaxial-Leitung 10 hindurch, wobei zweckmäßigerweise die Leitung 10 über eine oder mehrere Umlenkrollen 5 mit Halterung 6 in ihrer Laufrich­ tung umgekehrt wird. Somit ist ein kontinuierlicher Betrieb zum Verzinnen einer vorgegebenen Geschwindigkeit durchlaufen­ den Leitung möglich.

Beim angegebenen Beispiel sind speziell vier Sonotroden ver­ wendet. Es können ganz entsprechend auch jeweils paarweise mehr, d. h. z. B. sechs oder acht Sonotroden vorhanden sein. Gegebenenfalls kann auch eine unpaarige Anordnung der Sono­ troden im Bad vorliegen. Bei besonderer Ausbildung der Sono­ trodenstirnfläche kann eine einzige Sonotrode zum allseitigen Verzinnen des Drahtgeflechtes ausreichen.

Sofern mehrere Sonotroden verwendet werden, ist es vorteil­ haft, die einzelnen Sonotroden 3 in ihrer Position versetzt anzuordnen. Damit kann die Abschirmung der durchlaufenden Lei­ tung in optimierter Weise von zwei gegenüberliegenden Seiten beschallt und verzinnt werden. Durch eine derartige gestufte Anordnung ist sichergestellt, daß sich die Kavitationswirkung der gegenüberliegenden Sonotrodenflächen nicht beeinträchtigt.

Die vor stehend beschriebene Vorrichtung wurde in der Praxis an einem Produktbeispiel erprobt: Es wurde eine Koaxial-Leitung vom Typ 6YC 0,5/1,7 belotet. Dabei wurde als Lot reines Zinn verwendet, das im Behälter 1 auf eine Temperatur von ca. 250°C gebracht wurde. Bei einer Anordnung mit vier Sonotroden wurde eine Gesamtlänge der Beschallung von 240 mm erreicht. Die Arbeitsfrequenz der Sonotroden betrug 20 kHz und die Am­ plituden an der jeweiligen Sonotrodenstirnseite 5 µm.

Es hat sich gezeigt, daß mit einer derartigen Vorrichtung und der angegebenen Verfahrensweise verzinnte Leitungen guter Qua­ lität hergestellt werden konnten. Die Verzinnung befindet sich vorzugsweise auf der Außenseite des Schirmes. Dauererprobungen haben ergeben, daß die in der Praxis geforderte HF-Dichtheit der so behandelten Koaxialleitung erreicht und aufrechterhal­ ten wird.

Bei der oben beschriebenen Koaxialleitung können statt Zinn auch andere Weichlote verwendet werden. Derartige Weichlote werden aber im Normalfall Legierungen auf Zinn-Basis sein, de­ ren Schmelzpunkt durch geeignete Zusätze eingestellt werden kann. Wesentlich ist nämlich, daß der Schmelzpunkt des Lotes unterhalb der für die innere Isolierung kritischen Temperatur liegt. Da die Koaxialleitungen zum Beloten durch das Bad 1 mit flüssigem Lot gezogen werden, läßt sich eine Erwärmung der Leitung auf zu hohe Temperaturen auch durch Vorgabe einer ge­ eigneten Abzugsgeschwindigkeit vermeiden. Bei den experimen­ tellen Untersuchungen wurde beispielsweise mit Abzugsgeschwin­ digkeiten von etwa 4 m/min gearbeitet.

Claims (11)

1. Koaxial-Leitung mit wenigstens einem Innenleiter, einer Isolierung und einem letztere umgebenden flexiblen Metall­ geflecht zur Hochfrequenz(HF)-Abschirmung, wobei das Ab­ schirmgeflecht aus metallischen Drähten besteht und mit einer metallischen Lotschicht zur Gewährleistung der HF- Dichtheit versehen ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lotschicht (14, 15) überwie­ gend die nach außen liegenden Flächen des Abschirmge­ flechtes (13) bedeckt und die Lücken (16) zwischen den das Abschirmgeflecht (13) bildenden Drähten (14) aus­ füllt, wogegen die Konturen der Drähte (14) zur Isolierung (12) hin frei von Lot gehalten sind, so daß die Flexibili­ tät des Abschirmgeflechtes (13) weitestgehend aufrecht­ erhalten bleibt.

2. Koaxial-Leitung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lotschicht (14, 16) aus Zinn oder einer Legierung auf Zinn-Basis besteht und plastisch verformbar ist.

3. Verfahren zur Herstellung einer Koaxial-Leitung mit einer flexiblen HF-Abschirmung gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß zum überwiegend auf den Außenbereich der Abschirmung lokalisierten Aufbringen der Lotschicht das Beloten flußmittelfrei mittels Ultraschalleinwirkung erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Ultraschall mit einer Frequenz von mehr als 10 kHz, vorzugsweise etwa 20 kHz, angewandt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, zwecks Herstellung einer Koaxial-Leitung mit einer flexiblen HF-Abschirmung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, mit einem beheizbaren Behälter als Bad für flüssiges Lot und einer Einrichtung zur Führung der Leitung durch das Bad, dadurch gekennzeichnet, daß dem Be­ hälter (1) Mittel (3, 4) zur Beaufschlagung des Abschirmge­ flechtes (13) mit Ultraschall zugeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Mittel wenigstens eine So­ notrode (3) mit Wandler (4) zur Ultraschallgenerierung bein­ halten.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Ultraschallbeaufschlagung einer durchlaufenden Leitung (10) von zwei Seiten wenigstens zwei Sonotroden (3) in gegenüberliegenden Wandungen des Be­ hälters (1) angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß vier oder paarweise mehr Ultra­ schallsonotroden (3) zur separaten Ultraschalleinleitung vor­ handen sind, die einander abwechselnd in der Höhe versetzt ge­ genüberliegend angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Sonotroden (3) durch die Wandung des Behälters (1) hindurch gehen, rück­ seitig je einen Ultraschallwandler (4) haben und jeweils in der Ebene eines Schwingungsknotens in der Wandung des Behäl­ ters (1) abgedichtet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Behälter (1) mit Führung (5) für die Leitung (10) zum kontinuierlichen Betrieb im Durchlauf der Leitung (10) ausgebildet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Führung (5) für die Lei­ tung (10) wenigstens eine Umlenkrolle (6) aufweist.