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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine abgedichtete Muffe an einem elektrischen Kabel und insbesondere
eine Anordnung für
ein elektrisches Kabel, bei der eine röhrenförmige Muffe gegen einen röhrenförmigen Mantel
an einem elektrischen Kabel abgedichtet ist.
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Ein in der Chirurgie verwendetes
elektrisches Kabel ist mit einer gewünschten Anzahl von elektrischen
Leitern hergestellt, um das Kabel für den Betrieb mit den verschiedensten
chirurgischen Vorrichtungen, wie zum Beispiel chirurgischen Sägen, Bohrern
und Instrumentationssonden, geeignet zu machen. Das Kabel ist von
einer flexiblen und konisch zulaufenden Muffe konzentrisch umgeben.
Die Muffe unterliegt zusammen mit dem Kabel Biegung, um dadurch
durch das Biegen im Kabel auftretende Spannungen zu verteilen. Es
wird eine ringförmige Dichtung
zwischen der Muffe und einem äußeren Mantel
des Kabels gewünscht.
Das Kabel könnte
verunreinigt werden, zum Beispiel wenn es den Körperflüssigkeiten eines Patienten
ausgesetzt ist. Es ist wünschenswert,
das Kabel zur Wiederverwendung zu desinfizieren. Das Kabel muß gut genug
abgedichtet sein, so daß keine
Desinfektionsmittel und Sterilisationsflüssigkeiten in das Kabel eindringen.
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Gemäß der
US-PS 4,954,678 wird eine ringförmige Dichtung
zwischen einem Katheter und einem Ballon bereitgestellt, indem der
Katheter und der Ballon an der Stelle, wo sie sich konzentrisch überlappen,
geschmolzen und verschweißt
werden. Das Schmelzen erfolgt durch ein Hochfrequenz-Feld (HF-Feld)
, das dort an den Katheter und den Ballon angelegt wird, wo sie
sich konzentrisch überlappen. Zum
Beispiel sind der Katheter und der Ballon dort, wo sie sich überlappen,
konzentrisch von einer äußeren Elektrode
umgeben. Eine andere Elektrode in Form eines Dorns wird an der Überlappungsstelle
innerhalb des Katheters und des Ballons angeordnet. Das HF-Feld
wird zwischen den Elektroden erzeugt. Anschließend wird der Dorn herausgenommen
und hinterläßt einen
leeren Katheter und Ballon.
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Da der Katheter und der Ballon leer
sind, wird der Dorn leicht zunächst
in ihnen positioniert und dann entfernt. Wenn jedoch zwischen einer
Muffe und einem röhrenförmigen Mantel
an einem elektrischen Kabel eine ringförmige Dichtung gebildet werden
soll, stellen der Inhalt und die Ausführung des elektrischen Kabels
ein Hindernis für
die Anordnung eines inneren Dorns dar. Das elektrische Kabel bleibt nach
Herstellung der Dichtung innerhalb der Muffe. Es befindet sich mindestens
ein isolierter Leiter innerhalb eines hohlen Schirmleiters des Kabels.
Eine Dichtung, muß sich
um einen gesamten Umfang zwischen der Muffe und dem Mantel am elektrischen
Kabel erstrecken, um ein Einsickern von Desinfektionsmitteln und
Sterilisationsflüssigkeiten
zu verhindern.
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Gemäß der Erfindung wird zwischen
einer Kunststoffmuffe und einem Kunststoffmantel an einem elektrischen
Kabel eine konzentrische Dichtung bereitgestellt, die ohne einen
inneren Dorn gebildet wird. Der Mantel umgibt konzentrisch einen
hohlen Schirmleiter, wobei sich mindestens ein isolierter Leiter
im hohlen Schirmleiter befindet. Gemäß einer Ausführungsform
ragt eine elektrisch leitende Schweißelektrode am Schirmleiter
zwecks Verwendung bei der Herstellung der Dichtung über ein
Ende der Muffe hinweg. Vorteilhafterweise wird ein konzentrischer
Teil des leitenden Schirms an einer Stelle der Dichtung Teil einer
bei der Herstellung der Dichtung verwendeten Schweißelektrode.
Die Dichtung wird ohne inneren Dorn hergestellt.
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Vorteilhafterweise umfaßt die Schweißelektrode
gemäß einer
Ausführungsform
den hohlen Schirmleiter selbst.
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Vorteilhafterweise umfaßt die Schweißelektrode
gemäß einer
anderen Ausführungsform
einen anderen Schirmleiter, der mittels elektrischer Verbinder mit
dem hohlen Schirmleiter am elektrischen Kabel verbunden ist.
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Weiterhin umgibt gemäß einer
anderen Ausführungsform
ein Teil einer anderen Schweißelektrode
vorteilhafterweise konzentrisch die Dichtung, und ein anderer Teil
der anderen Schweißelektrode
ragt zur Verwendung bei der Bildung der Dichtung über ein
Ende der Muffe hinaus.
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Weiterhin umfaßt ein Verfahren zur Abdichtung
zwischen einer Muffe und einem Mantel an einem elektrischen Kabel,
das sich konzentrisch durch die Muffe erstreckt, gemäß der Erfindung
die Erzeugung eines HF-Felds zwischen einer ersten Schweißelektrode
und einer zweiten Schweißelektrode
an einem hohlen Schirmleiter des elektrischen Kabels und die Bildung
einer ringförmigen
Dichtung zwischen der Muffe und dem Mantel durch Erzeugung des HF-Felds.
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Im folgenden werden Ausführungsformen der
Erfindung beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben; es zeigen darin:
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1 eine
teilweise als Schnitt ausgeführte Seitenansicht
eines Endteils eines elektrischen Mehrleiterkabels mit einer an
einem Mantel des Kabels befestigten Spannungsentlastungsmuffe;
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2 eine
isometrische, auseinandergezogene Ansicht einer HF-Schweißhalterung
und eines Kabels nach Anspruch 1;
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3 eine
Schnittansicht eines Teils der Schweißhalterung und des Kabels nach
der Darstellung in 2
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4 eine
Ansicht eines Teils der in 2 gezeigten
HF-Schweißhalterung,
die die Art und Weise der Befestigung einer integral mit einem Verbinder ausgebildeten,
flexiblen Spannungsentlastungsmuffe an einem Kabel zeigt, an dem
bereits ein elektrischer Verbinder befestigt worden ist;
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5 eine ähnliche
Ansicht wie 3, die die
Befestigung einer elektrischen Spannungsentlastungsmuffe an einem
Mantel eines Kabels durch Verwendung eines wärmeaktivierten Klebematerials zeigt;
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6 eine
isometrische Ansicht einer flexiblen Spannungsentlastungsmuffe,
die eine eingebettete Elektrode enthält; und
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7 eine
Schnittansicht eines Teils eines Kabels und der flexiblen Spannungsentlastungsmuffe
nach der Darstellung in 6.
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Nunmehr auf 1 Bezug nehmend, enthält eine Kabelanordnung 8 ein
elektrisches Mehrleiterkabel 10 mit einem flexiblen röhrenförmigen Mantel 12 aus
thermoplastischem Material, wie zum Beispiel PVC-Kunststoff, mit einer Wanddicke 13.
An dem Kabel 10 ist in der Nähe eines Endes des Mantels 12 eine
konisch zulaufende flexible Spannungsentlastungsmuffe 14 befestigt,
die vorzugsweise aus einem ähnlichen
flexiblen Kunststoffmaterial besteht. Die Muffe 14 ist
paßgenau
um das Kabel 10 herum angeordnet, und der Mantel 12 erstreckt
sich in der Muffe 14 zu ihrem breiteren oder Kopf-Ende 16.
Am schmaleren oder Mündungs-Ende 18 der
Muffe 14 ist ihre Wanddicke 20 geringer als ihre
Wanddicke 22 näher am
breiteren Ende 16, so daß die Spannungsentlastungsmuffe 14 ein
abgestuftes Seitenstützausmaß für das Kabel 10 bereitstellt,
dessen einzelne Leiter 24 sich über das breitere Ende 16 der
Muffe 14 hinaus erstrecken, damit sie an entsprechende
Kontakte einer (nicht gezeigten) elektrischen Schaltung elektrisch
angeschlossen werden können.
Ein Schirmleiter 26, der als umflochtener Draht gezeigt
wird, umgibt die Gruppe einzelner Leiter 24, die zum Beispiel durch
getrennte, dünne Überzüge aus einem
geeigneten dielektrischen Material, zum Beispiel PTFE, einzeln isoliert
sind. Als Alternative kann der Schirmleiter 26 auch ein
verseilter, schraubenförmiger
Folienstreifen sein, der das im Mantel 12 enthaltene Bündel Leiter 24 als
ein im wesentlichen durchgehender Gesamtschirm bedeckt.
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Das schmalere Ende 18 der
Muffe 14 ist mit einer konisch zulaufenden Dichtung 30 in
Form einer Schweißverbindung 30,
die so geformt ist, daß das schmalere
Ende 18 der Muffe 14 fließend in die Außenfläche 28 des
Kabelmantels 12 übergeht,
sicher mit der Außenfläche 28 des
Mantels 12 verbunden. Infolgedessen ist die Muffe 14 sicher
mit dem Mantel 12 verbunden, so daß die Muffe 14 Zugspannungen, die
zum Beispiel durch Bewegen des Kabels 10 auf den Mantel 12 ausgeübt werden,
sicher aufnehmen kann. Darüber
hinaus verhindert die dichte Schweißnaht 30, insbesondere
am Rand des schmaleren Endes 18, eine Ansammlung von Verunreinigungen
in der Muffe 14 zwischen ihrem Inneren und der Außenfläche des
Mantels 12, was im Gegensatz zu einem Mantel 12 steht,
der nur durch O-Ringe in der Nähe des
breiten Endes einer solchen Muffe 14 gegen die Muffe 14 abgedichtet
ist. Die Schweißverbindung 30 erstreckt
sich vollständig
um den Mantel 12 und das schmalere Ende 18 der
Muffe 14 herum und erzeugt eine durchgehende Dichtung gegen
das Eindringen von Waschlösungen
und Lösungsmitteln
in die Innenteile des Kabels 10.
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Eine Nut 32 ist im breiteren
Ende 16 der Muffe 14 vorgesehen, um die Muffe 14 in
einem Gehäuse für eine Schaltung
zu befestigen, an die das Kabel 10 elektrisch angeschlossen
ist.
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Nunmehr auch auf die 2–5 Bezug nehmend, ist eine
Schweißhalterung 38 zur
Verwendung in einem herkömmlichen
HF-Schweißgerät, wie zum Beispiel
dem 4-kW-HF-Schweißgerät, Modell ART4/6000,
hergestellt von der Firma Cosmos Electronic Machine Corporation
mit Sitz in Farmingdale, New York, USA, bestimmt. Das HF-Schweißgerät 36 trägt die Schweißhalterung 38 auf
einem (nicht gezeigten) beweglichen Tisch und liefert HF-Energie zum Schweißen durch
Kontakt mit der Oberfläche 40 einer
Außenelektrode,
die in zwei Teile geteilt ist, und zwar einen oberen Teil 42 und
einen unteren Teil 44, die jeweils aus einem geeigneten
leitenden Material, wie zum Beispiel einer Kupferlegierung, hergestellt sind.
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Stützglieder 46 und 48 neben
dem unteren Teil 44 der Außenelektrode befinden sich
oben auf einer Isolierschicht 50, die wiederum durch eine
Basis 52 gestützt
wird. Ein Halter 54 ist am oberen Teil 42 der
Außenelektrode
befestigt und kann zusammen mit dem oberen Teil 42 der
Außenelektrode
vom Stützglied 46 abgenommen
werden, um Zugang zu einem Kanal 64 angemessener Größe zur paßgenauen
Aufnahme des Kabels 10 zu schaffen. Das obere und das untere
Teil 42 und 44 der Außenelektrode definieren eine
Aufnahme 58, deren Durchmesser etwas größer ist als der Kanal 64,
um die Dicke des schmaleren Endes 18 der Muffe 14 aufzunehmen.
Die Aufnahme 58 verjüngt
sich vorzugsweise von einem größeren Durchmesser
an seiner zum breiten Ende 16 der Muffe 14 weisenden
Seite zu einem kleineren Durchmesser neben dem Kanal 64. Des
weiteren definiert die Außenelektrode
eine radial nach innen ragende Lippe 62, die unmittelbar
neben dem Kanal 56 angeordnet ist, so daß sie eng
an der Außenfläche des
Mantels 12 sitzt und somit verhindert, daß irgendein
Teil des Materials, aus dem die Muffe 14 hergestellt ist,
axial an dem Mantel 12 entlang fließt, wenn das Material des Mantels 12 und
der Muffe 14 während
des Verschweißens
der Muffe 14 mit dem Mantel flüssig wird, wie nun ausführlicher
erläutert
wird.
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Das Stützglied 48 enthält ein Paar
nach oben ragender Blöcke,
die zwischen sich einen Kanal 65 definieren, 2, der das breitere Ende 16 der
Muffe 14 aufnehmen soll und es abstützt, so daß das Kabel 10 im
wesentlichen gerade bleibt, wenn es sich vom Kanal 56 weg
und durch die Aufnahme 58 und die Muffe 14 erstreckt.
Eine Massenelektrode 66 des HF-Schweißgeräts 36 ist dort mit
dem Schirmleiter 26 verbunden, wo er sich über die
Muffe 14 hinaus erstreckt, wobei das Kabel 10 und
die Muffe 14 in der Schweißhalterung 38 festgehalten
werden, wie in den 2 und 3 gezeigt, und eine HF-Elektrode 68 des
HF-Schweißgeräts 36 wird
in Energieübertragungskontakt
mit dem Oberteil 40 der Außenelektrode angeordnet. Obgleich
HF-Energie statt dessen über
den Schirmleiter 26 bei mit Masse verbundener Außenelektrode
zugeführt
werden könnte,
hat sich herausgestellt, daß die
beschriebene Anordnung bessere Ergebnisse liefert.
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Vorzugsweise beträgt die Abmessung 70 der Außenelektrode,
gemessen in Axialrichtung des Kabels 10, ein Vielfaches
der Wanddicke 20 neben dem schmaleren Ende 18 der
Muffe 14, ist aber etwas kleiner als der Durchmesser 72 (3) des Kabels 10. Die
durch das HF-Schweißgerät 36 erzeugte
HF-Energie wird zwischen der Außenelektrode,
die sowohl den oberen Teil 42 als auch den unteren Teil 44 enthält, die
die Aufnahme 58 definieren, und dem Schirmleiter 26 im
wesentlichen radial bezüglich
des Kabels 10 übertragen.
Die Heizwirkung der HF-Energie ist somit auf die Teile des Mantels 12 und
das schmalere Ende 18 der Muffe 19 konzentriert
und beschränkt,
die sich in der durch die Außenelektrode definierten
Aufnahme 58 befinden. Wenn das HF-Schweißgerät 36 mit
der geeigneten Leistungseinstellung und für die geeignete Zeit erregt
wird, werden das Material des schmaleren Endes 18 der Muffe 14 und
der Teil des Mantels 12, der unmittelbar von der Aufnahme 58 umgeben
ist, auf eine ausreichend hohe Temperatur erwärmt, damit sie sich stoffschlüssig miteinander
verbinden und vereinigen, jedoch ist die Temperatur nicht hoch genug
zum Kochen, und es wird an dieser Stelle zwischen der Muffe 14 und
dem Mantel 12 eine starke Thermoverbindung oder Heißversiegelung
gebildet. Bei einem Kabelmantel aus PVC mit einem Durometer-Wert
von 60, einem Außendurchmesser
von 0,350 Zoll (8,9 mm) und einer Wanddicke 13 (4) von 0,030 Zoll (0,76
mm) und einer Muffe 14 aus einem ähnlichen Material, deren Wanddicke 20 0,015
Zoll (0,4 mm) beträgt,
wird durch Betrieb des Schweißgeräts 36 mit 27,12
MHz bei einer geeigneten Leistungseinstellung von zum Beispiel 160
Watt (obgleich nicht bekannt ist, wie gut die HF-Energie gekoppelt
ist) für
ca. 7 Sekunden eine zufriedenstellende Dichtung erzeugt. Obgleich
die Aufnahme 58 von angemessener Größe sein soll, so daß ein fester
mechanischer Kontakt zwischen der Mündung der Muffe und dem Mantel 12 erzielt
wird, kann der Mantel auch auf einen leichten Überdruck aufgeblasen sein,
während
die Materialien erwärmt
werden, um eine gute Dichtung zwischen der Muffe 14 und
dem Mantel 12 zu gewährleisten.
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Als nächstes auf 4 Bezug nehmend, enthält eine Kabelanordnung 80 ein
Kabel 10 mit einem Mantel 12 und einem Schirmleiter 26,
das an einen Kartenrandverbinder 82 elektrisch angeschlossen
ist. Die mehreren Leiter 24 des Kabels sind mit einer Leiterplatte 84,
von der der Kartenrandverbinder 82 einen Teil bildet, verbunden.
Die Leiterplatte 84 ist von einem hohlen Gehäuse 86 umgeben,
an dem ein allgemein konischer, flexibler Spannungsentlastungsmuffenteil 88 befestigt
ist, der sich vom Kartenrandverbinder 82 entlang einem
Teil des Kabels 10 und seines Mantels und um diesen Teil
herum weg erstreckt.
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Eine Buchse 90 ist mit einem
kurzen Kabel 92 verbunden, das einen Leiter, wie zum Beispiel
einen umflochtenen Schirmleiter 94, enthält, der
mit einem Kontakt in der Buchse 90 verbunden ist, welcher derart
angeordnet ist, daß er
elektrisch mit einem Kontakt des Verbinders 82 zusammengefügt wird, welcher
wiederum mit dem Schirmleiter 26 des Kabels 10 elektrisch
verbunden ist. Ein der Buchse 90 und dem kurzen Kabel 92 zugeordnetes
Schutzgehäuse
besitzt eine solche Konfiguration, daß es auf das Gehäuse 96 keine
Kraft ausübt,
wenn die Buchse 90 mit dem Kartenrand 82 verbunden
wird, so daß eine
Verbindung der Verbinder 82 und 90 miteinander die
physische Anordnung des konischen Spannungsentlastungsteils 88 des
Gehäuses
bezüglich
des Kabels 10 nicht behindert. Der Spannungsentlastungsmuffenteil 88 des
Gehäuses 86 kann
mit dem Mantel 12 des Kabels 10 durch Verbindung
der Massenelektrode 66 des HF-Schweißgeräts 36 mit dem Schirmleiter 94 verschweißt werden,
wobei die Buchse 90 mit dem Kartenrandverbinder 82 zusammengefügt wird.
Die Kabelanordnung 80 wird unter Verwendung der geeigneten
Schweißhalterung 98,
die, abgesehen von speziellen Abmessungen, der oben beschriebenen
Schweißhalterung 38 ähnelt, geschweißt.
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Wie in 5 gezeigt,
kann im Fall, daß eine Spannungsentlastungsmuffe 104 bzw.
ein Mantel 106 aus Materialien bestehen, die sich nicht
leicht thermisch miteinander verschweißen lassen, eine Schicht 108 aus
einem wärmeaktivierten
Klebematerial auf dem geeigneten Bereich auf der Außenfläche des
Mantels 106 oder den Innenflächen der Muffe 104 aufgebracht
werden. Wärmeaktivierter
Bostik-Klebstoff 7119M, ein von der Firma Bostik Incorporated mit
Sitz in Middleton, Massachusetts, USA, hergestellter Klebstoff auf
Polyurethanlösungsmittelbasis,
ist ein zufriedenstellender Klebstoff, der eine Temperatur von ca.
175°–195°F (80°–90°F) zur Aktivierung
erfordert. Das Kabel und die Muffe werden, wie zuvor in den 2 und 3 gezeigt, in der Schweißhalterung 38 angeordnet,
wobei die Schicht 108 in der Aufnahme 58 durch
den oberen und den unteren Teil 42, 44 der Außenelektrode
definiert wird. Dann wird das HF-Schweißgerät 36 mit
der geeigneten Leistung und über
die geeignete Zeitdauer aktiviert, um den wärmeaktivierten Klebstoff der
Schicht 108 zu erwärmen
und den Klebstoff zur Bildung einer ringförmigen Dichtung 30 zu
aktivieren und die Muffe 104 sicher am Mantel 106 zu
befestigen. Vorzugsweise wird auch die Temperatur des thermoplastischen Materials
der Muffe 104 weit genug erhöht, damit sie auch in der Aufnahme 58 geformt
werden kann, um sich mit der Oberfläche des Mantels zwecks Erzeugung
einer Fläche,
die keine Risse oder Spalten zum Ansammeln von Verunreinigungen
auf der Außenseite
des so hergestellten Kabels aufweist, stufenlos zu verbinden.
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Eine in den 6 und 7 gezeigte
flexible Spannungsentlastungsmuffe 116 aus einem thermoplastischen
Material weist allgemein die gleiche Konfiguration wie zum Beispiel
die Muffe 14 auf. Die Muffe 116 enthält in dem
thermoplastischen Material, aus dem sie hergestellt ist, eingebettet
eine Ringelektrode 118, aus der sich eine lange, schmale
Elektrodenleitung 120 zum breiteren Ende 130 der
Muffe 116, das dem breiteren Ende 16 der Muffe 14 entspricht, erstreckt.
Die Ringelektrode 118 ist nahe der Mündung oder dem schmaleren Ende 122 der
Muffe 116 angeordnet und befindet sich davon in einem Abstand 124 von
zum Beispiel 0,050 Zoll (1,25 mm). Die Ringelektrode 118 kann
eine axiale Länge
126 von 0,15 Zoll (3,8 mm) aufweisen und aus einer Kupferfolie mit
einer Dicke von ca. 0,01 Zoll (0,25 mm) bestehen. Die Leitung 120 erstreckt
sich im Material der Muffe 116 und ragt aus dem breiten
Ende 130 als ein Kontakt zur Verbindung mit der HF-Elektrode 68 des HF-Schweißgeräts 36 vor,
während
die Masseelektrode 66 mit dem Schirmleiter 26 eines
Kabels 10 verbunden ist, an dem die Muffe 116 befestigt
werden soll. In Abhängigkeit
von den Materialien der Muffe 116 und des Mantels eines
Kabels 10, an dem die Muffe 116 befestigt wird,
kann das HF-Schweißgerät zum Verschweißen des
schmaleren Endes 122 der Muffe 116 mit dem Mantel
des Kabels oder zur Aktivierung einer Schicht aus wärmeaktiviertem
Klebstoff (nicht gezeigt), wie oben in Verbindung mit 5 beschrieben, erregt werden.
Nachdem das HF-Schweißgerät über die
geeignete Zeitdauer zur Herstellung der Verbindung zwischen der
Muffe 116 und dem Mantel des Kabels, an dem die Muffe 116 befestigt
ist, betrieben worden ist, kann die Elektrodenleitung 120 nahe
dem breiten Ende 130 abgeschnitten werden, wie in 6 durch eine gestrichelte
Linie 134 gezeigt.
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Ein Vorteil der Erfindung besteht
in der Verwendung eines leitenden Schirms eines elektrischen Kabels
zur Bereitstellung einer Schweißelektrode
zur Verwendung bei der Erzeugung eines HF-Felds zur Herstellung
einer Dichtung zwischen dem Kabel und einer Spannungsentlastungsmuffe.