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Luftraumisoliertes konzentrisches Hochfrequenzkabel Bei der Herstellung
von aus mehreren Verseillagen bestehenden elektrischen Kabeln ist man allgemein
bestrebt, diese möglichst torsionsfrei auszubilden, um bei Auftreten starker Zugbeanspruchungen
schädliche Torsionen zu vermeiden. Zu diesem Zweck erhalten die Verseillagen in
der Regel abwechselnd entgegengesetzte Drallrichtung, d. h. abwechselnd einen Links-
und Rechtsdrall, wobei die einzelnen Lagen hinsichtlich ihrer Drallänge und hinsichtlich
.der mechanischen Festigkeit der einzelnen Verseilelemente so bemessen sind, daß
die in den linksdrallierten Lagen auftretenden Torsionsspannungen die gleiche Größe
wie die in den rechtsdrallierten Lagen auftretenden Torsionsspannungen haben. Außer
diesen durch die Verseilung bedingten inneren Torsionskräften können aber auch von
außen Kräfte auf das Kabel einwirken, die eine Tordierung zur Folge haben können.
Die Torsionsgefahr, die im allgemeinen bei Fernmeldehebeln keine Rolle spielt, ist
dagegen besonders groß bei luftraumisolierten Hochfrequenzkabeln, bei denen mehrere
übereinanderliegende Verseillagen die gleiche Drallrichtung aufweisen. Hier wirkt
sich aber eine durch Torsion bedingte Kapazitätsänderung ungünstig aus.
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Bei Drahtseilen ist es bereits bekannt, die Summe der Dehnungen für
die Formdrähte und für die Kerndrähte durch geeignete Wahl der Schlaglängen in den
verschiedenen Decklagen des Se'les gleich groß zu machen. Für die Wahl der Schlaglängen
ist ein bestimmtes Verhältnis zum Seiilagendurchmesser angegeben, während die Erfindung
zu folgendem Ergebnis kommt.
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Gegenstand er Erfindung ist mithin eine derartige - Bemessung von
luftraumisolierten konzentrischen Hochfrequenzkabeln, ,deren Außenleiter und Bewehrungen
aus in gleicher Richtung mit größerem Steigungswinkel als 45° vcrseilten Elementen
(Bändern, Drähten usw.) bestehen, daß die im allgemeinen nicht vermeidbaren Torsionen
keine nachteiligen Wirkungen zur Folge haben können. Die Erfindung besteht darin,
die Schlaglängen der Außenleiterelemente und der Bewehrungselemente in ein solches
Verhältnis zueinander zu bringen, daß die folgende Gleichung erfüllt ist:
in der a1, a2 die Drallängen und bi, b2 die mittleren Umfänge der beiden Lagen bedeuten.
In diesem Falle erfahren also bei Bedienung des Kabels der Außenleiter und die Bewehrung
die gleichen Längenänderungen.
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Nachstehend wird an Hand der Fig. r bis 3 zunächst eine Ableitung
dieser Gleichung gegeben.
Die Fig. x zeigt eine einzelne Verseillage,
beispielsweise den Schirm eines Höchfrequenzkäbels, der aus einem geschlossenen
Zylinder von mit gleichmäßigem Drall verseilten Flachbändern bestehen soll. Um den
gleichmäßigen Drall der Bänder besser zu erkennen, ist ein einzelnes Band durch
starklinige Darstellung hervorgehoben. Die einzelnen eine Drallänge umfassenden
Abschnitte sind mit i, 2, 3, 4 .... n bezeichnet. Die Drallänge einer Verseillage
ist mit a, die gesamte Länge des Zylinders mit l bezeichnet, so däß also
l = n - a ist. Der mittlere Durchmesser der Verseillage beträgt d.
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Die Fig. 2 zeigt die Abwicklung des Zylinders gemäß Fig: i. In Übereinstimmung
mit der Fig. i sind i, 2, 3, 4 .... n die einzelnen je eine Drallänge umfassenden
Drallabschnitte, a ist die Drallänge, l die gesamte Länge des Zylinders. Die in
jedem Drallabschnitt diagonal verlaufende Doppellinie zeigt den Verlauf eines einzelnen
Bandes des Zylinders. Ist c die Länge des Bandes für eine Dralllänge, so ist die
,gesamte Länge des Bandes s = n # c. Die Breite b entspricht dem mittleren
Umfang des Zylinders, so daß also b=d..,r ist.
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Nimmt man beispielsweise an, daß der Zylinder so tordiert wird, daß
die Anzahl der Drallängen auf n-i zurückgeht, d: h: daß der Zylinder um eine volle
Umdrehung auftordiert wird, dann geht die Antrdnung nach Fig. 2 über in eine neue
Anordnung mit nur ra--i , Abschnitten, und gleichzeitig ändert sich a in
a', b in. b', c in c', so daß die neue Länge des Zylinders
l' = (n-i) # d beträgt. Ferner ändert sich .der Durchmesser des Zylinders
auf den Wert d' = b'In. Die Oberfläche und die Länge der Einzelbänder bleiben jedoch
konstant, d. h. es ist die Oberfläche sämtlicher Bänder n # m # b = (n-i)
d # b'.
Ferner ist die Länge eines einzelnen Bandes n # c =
(n--i) # c'. Durch die Torsion des Zylinders tritt also eine Längenänderung
von l'-1 und eine Durchmesseränderung von d'-d ein. Unter der Annahme, daß die Anzahl
der Dralle sehr groß ist, d. h. n > r, beträgt die Längenänderung l'--1 bei der
Torsion der Länge um 2 21:
Ferner beträgt die Änderung des Durchmessers
Aus diesen beiden Formeln erkennt man, däß- die Längenänderungl'-l sowie die Durchmesseränderung
d'-d unabhängig von der Länge des Zylinders sind. Bei einem Steigungswinkel über
45° (alb > i) tritt eine Verlängerung, bei einem Steigungswinkel unter 45°
(alb< i) eine Verkürzung der gesamten Länge ein. Ein Steigungswinkel von 45°
(ca = b) ist am ungünstigsten.
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Erfindungsgemäß ist es nun .erforderlich, die den Außenleiter bildende
Verseillage von Kupferbändern und .die Verseillage der Bewehrung eines konzentrischen
Hochfrequenzkabels so zu bemessen, daß die bei der Torsion auftretende Längenänderung
l'-l für beide Lagen gleich ist. Bezeichnet man die Lage der Außenleiterbänder mit
i und die der Bewehrung mit 2, die entsprechenden Dralllängen mit a, und a2 und
die mittleren Umfänge der beiden Lagen mit bz und b:" so erhält man die Gleichung:
Geht man also von einer Lage aus, beispielsweise von der äußeren Bewehrung, für
die im folgenden die einzelnen Größen mit dem Index o versehen sind, so können auf
Grund der Werte a, und b, für diese Bezugslage die bei einer Torsion auftretenden
Differenzen L'-1 errechnet und darauf die erforderlichen Abmessungen für die andere
Lage bestimmt werden. Als Hilfsmittel hierzu kann die Fig. 3 dienen, ,die eine Kurvenschar
für Steigungswinkel größer als 45° enthält und die Bestimmung der Drallängen für
die beiden Verseilla,gen nach den gemäß der Erfindung gegebenen Regeln ermöglicht.
Auf der Ordinatenachse ist das Verhältnis alao und auf der Abszissenächse das Verhältnis
dIdo aufgetragen. Als Parameter für die Kurven ist das Verhältnis aöjbo gewählt.
Um die praktische Bedeutung dieser Kurven zu erkennen, wird beispielsweise angenommen,
daß "das Verhältnis dIdo= 0,4 beträgt, was bedeutet, daß der mittlere Durchmesser
d der zu dimensiöliierenden Lage das o,4fache des Durchmessers d, der Bezugslage
ist. Wenn ferner die Drallänge ä, der Bezugslage das 5fache des -Umfanges b, der
Bezugslage ist, d. h. aof b, = 5, so ist für das Drallängenverhältnis alao
ein Wert von etwa o,2 zu wählen. Der betreffende Wert ist auf ,der Kurve aojba
= 5
durch ein x angedeutet: Für d Parameter äolbo = i besteht nach
der Fig. 3 eine lineare Abhängigkeit zwischen den Verhältniswerten, dagegen für
den Parameter aolbo = co eine quadratische Abhängigkeit. Die Erfindung besteht
also allgemein darin, daß die Dralllängen der beiden Verseillagen so abgestuft werden,
daß ,die Wahl ihrer Werte in dem Gebiet zwischen dieser linearen und quadratischen
Abhängigkeit erfolgt.
Zur weiteren Erläuterung .der Erfindung ist
in der Fig. q. beispielsweise ein praktischer Anwendungfall der Erfindung dargestellt.
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Der Innenleiter 20 ist mit dem langgestreckten Abstandhalter 21 in
offenen Schraubenwindungen umwickelt und mit der Isolationshülle 22 umgeben. Über
der Hülle 22 ist der aus einer Verseillage gut leitender Bänder bestehende Außenleiter
23 angeordnet, der mit dem zugfesten Band 2q. umwickelt wird, um die Außenleiterbänder
in ihrer Lage festzuhalten. Hierüber folgen die Isolationshülle 25, der wasserdichte
Kabelmantel 26, die Jutekompoundschicht 27, die Flachdrahtbewehrung 28 und
die äußere Schutzschicht 29. Die Flachdrahtbewehrung 28 hat die gleiche Drallrichtung
wie der Außenleiter 23, so daß die Drallängen unter Berücksichtigung der verschiedenen
Durchmesser der Bewehrung und des Außenleiters nach der oben angegebenen Formel
zu bemessen sind. Bei Tordierungen des Kabels erfahren dann die Bewehrung und der
Außenleiter die gleiche Längenänderung.