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Die
Erfindung betrifft ein Koaxialkabel und insbesondere ein verbessertes
verlustarmes Koaxialkabel mit erweiterten Biege- und Handhabungseigenschaften
und verbesserten Dämpfungseigenschaften
für eine
gegebene Nenngröße.
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Die
Koaxialkabel, die heute gewöhnlich
für die Übertragung
von HF-Signalen verwendet werden, wie z. B. von Fernsehsignalen,
weisen einen Kern, der einen Innenleiter enthält, und einen Metallmantel
auf, der den Kern umgibt und als Außenleiter dient. Ein Dielektrikum
umgibt den Innenleiter und isoliert ihn elektrisch von dem umgebenden
Metallmantel. Bei einigen Koaxialkabeltypen wird Luft als Dielektrikum
verwendet, und elektrisch isolierende Distanzstücke sind in beabstandeten Positionen über die
gesamte Länge
des Kabel vorgesehen, um den Innenleiter innerhalb des umgebenden
Mantels koaxial zu halten. Bei anderen bekannten Koaxialkabelkonstruktionen
umgibt ein Schaumstoffdielektrikum den Innenleiter und füllt die
Zwischenräume
zwischen dem Innenleiter und dem umgebenden Metallmantel aus.
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Eine
wichtige Eigenschaft von Koaxialkabel ist seine Fähigkeit,
ein Signal mit möglichst
niedriger Dämpfung
zu übertragen.
Eine Methode zur Messung der Signalausbreitung wird als prozentualer
Anteil der Lichtgeschwindigkeit ausgedrückt, der gewöhnlich als
Ausbreitungsgeschwindigkeit (Vp) bekannt
ist. Koaxialkabel vom "Luftdielektrikum"-Konstruktionstyp
weisen sehr gute Signalausbreitungseigenschaften mit Vp Werten
von typischerweise mindestens 90% auf. Diese Koaxialkabel weisen
jedoch leider relativ begrenzte Biegeeigenschaften auf und sind
empfindlich gegen Ausbeulen, Flachdrücken oder Einknicken des äußeren Mantels,
wodurch die elektrischen Eigenschaften des Kabel beeinträchtigt werden
und das Kabel unbrauchbar gemacht wird. Infolgedessen erfordern
Koaxialkabel vom Luftdielektrikum-Typ bei der Installation eine
sehr sorgfältige Handhabung,
um eine solche Beschädigung
zu vermeiden. Außerdem
werden sie nicht für
die Verwendung bei Installationen empfohlen, die Biegungen mit kleinem
Radius oder häufiges
Hin- und Herbiegen erfordere.
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Koaxialkabel
vom "Schaumstoffdielektrikum"-Konstruktionstyp
weisen andererseits wesentlich bessere Biegeeigenschaften als Kabel
mit Luftdielektrikum auf. Sie können
leichter installiert werden, ohne zu große Bedenken über Ausbeulen,
Flachdrücken
oder Einknicken des äußeren Mantels,
und sie können
in Umgebungen eingesetzt werden, wo Kabel vom Luftdielektrikum-Typ
ungeeignet sind. Sie sind jedoch durch eine etwas niedrigere Ausbreitungsgeschwindigkeit
als Kabel mit Luftdielektrikum beeinträchtigt. Diese Verringerung
von Vp und der Anstieg des Dämpfungsverlusts
sind auf das Schaumstoffdielektrikum zurückzuführen.
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In
einem frühen
Koaxialkabel mit Schaumstoffdielektrikum wurde ein Polystyrolschaumstoff verwendet,
der mit einem Pentantreibmittel hergestellt wurde, wie in
US-Patent Nr. 4104481 von
Wilkenloh et al. erwähnt.
Das Schaumstoffdielekirikum lieferte zwar eine hervorragende Signalausbreitung mit
Ausbreitungsgeschwindigkeitswerten von mindestens 90%, aber die
Verwendung von Pentan als Treibmittel und die offenzellige Natur
des entstehenden Polystyrolschaumstoffs waren Nachteile, welche die
weitverbreitete kommerzielle Anwendung dieses Kabelaufbaus begrenzten.
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Eine
Alternative zu den offenzelligen Polystyrolschaumstoffdielektrika
war die Verwendung eines geschlossenzelligen Polyolefinschaumstoffdielektrikums.
US-Patent Nr. 4104481 beschreibt
ein Koaxialkabel mit einem Polyolefinschaumstoffdielektrikum, das
Polyethylen oder Polypropylen aufweist, das unter Verwendung eines
Fluorchlorkohlenwasserstofftreibmittels und eines Nukleierungsmittels
verschäumt
wird. Das entstehende Schaumstoffdielektrikum weist erhöhte Biegeeigenschaften
ohne die mit dem Polystyrol/Pentan-System verbundenen negativen
Einflüsse
auf.
US-Patent Nr. 4472595 von
Fox et al. offenbart ein Koaxialkabel mit Schaumstoffdielektrikum,
das verbesserte Handhabungs- und Biegeeigenschaften aufweist.
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In
letzter Zeit haben wegen ökologischer
Bedenken und staatlicher Vorschriften die Hersteller von Schaumstoffen
die Verwendung der meisten Fluorchlorkohlenwasserstoffe eingestellt
und sind zu alternativen Treibmitteln übergegangen, wie z. B. Stickstoff,
Schwefelhexafluorid und Kohlendioxid. Es besteht jedoch der Bedarf,
die Signalausbreitungseigenschaften von Schaumstoffdielektrika zu
verbessern, die mit diesen alternativen Treibmitteln hergestellt
werden.
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ZUSAMMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Kabel mit Schaumstoffdielektrikum bereitgestellt,
das eine Ausbreitungsgeschwindigkeit (Vp)
von mehr als etwa 90% der Lichtgeschwindigkeit aufweist. Dieser hohe
Ausbreitungswert ist eine sehr wesentliche Verbesserung gegenüber den
Ausbreitungswerten der gegenwärtig
verfügbaren
Koaxialkabel mit Schaumstoffdielektrikum und ist vergleichbar mit
den Signalausbreitungseigenschaften von Koaxialkabeln mit Luftdielektrikum.
Das Koaxialkabel mit Schaumstoffdielektrikum gemäß der vorliegenden Erfindung
weist jedoch Flexibilitäts-
und Biegeeigenschaften auf die Koaxialkabeln mit Luftdielektrikum
weit überlegen sind.
Daher bietet das erfindungsgemäße Koaxialkabel
hervorragende Signalausbreitungseigenschaften in Kombination mit
hervorragenden Flexibilitäts-
und Biegeeigenschaften.
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Das
erfindungsgemäße Koaxialkabel
weist einen Kern mit mindestens einem Innenleiter und einem den
Innenleiter umgebenden geschlossenzelligen Schaumstoffdielektrikum
auf. Ein röhrenförmiger Metallmantel
umgibt dicht den Kern und ist vorzugsweise an den Kern gebunden.
Das flexible Koaxialkabel kann außerdem eine den röhrenförmigen Metallmantel
dicht umgebende Schutzhülle
aufweisen. Das Koaxialkabel weist eine Ausbreitungsgeschwindigkeit
(Vp) von mindestens 90% auf.
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Das
Schaumstoffdielektrikum des erfindungsgemäßen Koaxialkabels hat eine
niedrige Dichte, vorzugsweise nicht mehr als etwa 0,22 g/cm3. Der Schaumstoff weist eine feine, gleichmäßige geschlossenzellige
Struktur auf, vorzugsweise mit einem maximalen Zellendurchmesser
von 170 μm.
Das Schaumstoffdielektrikum wird vorzugsweise aus Polyolefin und
am besten aus einem Gemisch aus Hochdruckpolytehylen und Niederdruckpolyethylen geformt.
Diese Eigenschaften liefern eine hohe Kernsteifigkeit, die hervorragende
Flexibilitäts-
und Biegeeigenschaften verleiht und außerdem zu der hervorragenden
Ausbreitungsgeschwindigkeit des Koaxialkabels beiträgt.
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Diese
und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
für den
Fachmann beim Durchlesen der folgenden ausführlichen Beschreibung besser
ersichtlich, die sowohl die bevorzugten als auch alternative Ausführungsformen
der Erfindung beschreibt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
eine perspektivische Ansicht, die ein Koaxialkabel gemäß der vorliegenden
Erfindung im Querschnitt darstellt, wobei Teile des Kabel der deutlichen
Darstellung halber weggebrochen sind.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Herstellung
des erfindungsgemäßen verbesserten
Koaxialkabels.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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1 veranschaulicht
ein gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestelltes Koaxialkabel. Das Koaxialkabel weist einen
Kern 10 mit einem Innenleiter 11 aus einem geeigneten
elektrisch leitenden Material, wie z. B. Kupfer, Aluminium oder
kupferummanteltem Aluminium, und einem umgebenden kontinuierlichen
zylinderförmigen
Dielektrikum 12 aus expandiertem Schaumstoff auf In der
dargestellten Ausführungsform
ist nur ein einziger Innenleiter 11 dargestellt da dies
die häufigste
Anordnung für
Koaxialkabel des Typs ist, der zur Übertragung von HF-Signalen,
wie z. B. Fernsehsignalen, eingesetzt wird. Es versteht sich jedoch,
daß die
vorliegende Erfindung auch auf Kabel mit mehr als einem Innenleiter
anwendbar ist, die gegeneinander isoliert sind und einen Teil des
Kerns bilden.
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Vorzugsweise
ist der Innenleiter
11 an das dielektrische Material
12 aus
expandiertem Schaumstoff durch eine dünne Klebstoffschicht
13 gebunden, um
den Kern
10 zu bilden. Geeignete Klebstoffe für diesen
Zweck sind unter anderem Ethylen-Acrylsäure-(EAA-) und Ethylen-Methacrylat-(EMA-)Copolymere.
Derartige Klebstoffe werden beispielsweise in den
US-Patenten Nr. 2970129 ;
3520861 ;
3681515 und
3795540 beschrieben.
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Das
Dielektrikum 12 ist ein verlustarmes Dielektrikum, das
aus einem geeigneten Kunststoff geformt wird, wie z. B. einem Polyolefin.
Um die Masse des Dielektrikums pro Längeneinheit und damit die Dielektrizitätskonstante
zu verringern, sollte das dielektrische Material aus einer expandierten
Schaumstoffzusammensetzung bestehen. Ferner sollte der Schaumstoff
einen geschlossenzelligen Aufbau aufweisen, um die gewünschte hohe
Kernsteifigkeit bereitzustellen und die Übertragung von Feuchtigkeit entlang
dem Kabel zu verhindern. Vorzugsweise ist das erfindungsgemäße geschlossenzellige
Schaumstoffdielektrikum ein Polyolefinschaumstoff, und ein besonders
bevorzugtes Schaumstoffdielektrikum ist ein aufgeschäumtes Gemisch
aus Hochdruckpolytehylen und Niederdruckpolyethylen. Die bevorzugten erfindungsgemäßen Schaumstoffstoffdielektrikum-Zusammensetzungen
werden weiter unten ausführlicher
beschrieben.
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Der
Kern wird dicht von einem durchgehenden röhrenförmigen Metallmantel 14 umgeben.
Der Mantel 14 ist dadurch gekennzeichnet, daß er sowohl mechanisch
als auch elektrisch kontinuierlich ist. Dies ermöglicht daß der Mantel 14 wirksam
zur mechanischen und elektrischen Abdichtung des Kabels gegen äußere Einflüsse sowie
zur Abdichtung des Kabels gegen HF-Verluststrahlung dient. Der röhrenförmige Metallmantel 14 kann
aus verschiedenen elektrisch leitenden Metallen geformt werden,
wie z. B. Kupfer oder Aluminium. Der röhrenförmige Metallmantel 14 hat
eine Wanddicke, die so gewählt
ist, daß ein
T/D-Verhältnis (Verhältnis der
Wanddicke zum Außendurchmesser)
von weniger als 2,5% aufrechterhalten wird. Für das dargestellte Kabel beträgt die Wanddicke
weniger als 0,76 mm (0,030 Zoll).
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In
der dargestellten bevorzugten Ausführungsform wird der durchgehende
Mantel 14 aus einem flachen Metallstreifen geformt, der
zu einer röhrenförmigen Konfiguration
mit aneinanderstoßenden gegenüberliegenden
Seitenkanten des Streifens geformt wird, wobei die aneinanderstoßenden Kanten durchgehend
durch eine kontinuierliche Längsschweißnaht verbunden
werden, wie bei 15 angedeutet. Die Herstellung des Mantels 14 durch
Längsschweißen wird
zwar als bevorzugt dargestellt, aber der Fachmann wird erkennen,
daß auch
andere Verfahren zur Herstellung eines mechanisch und elektrisch
zusammenhängenden
dünnwandigen
röhrenförmigen Metallmantels
angewandt werden könnten. Zum Beispiel
können,
wie der Fachmann erkennen wird, auch Verfahren angewandt werden,
die für
einen "nahtlosen", in Längsrichtung
verlaufenden Mantel sorgen.
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Die
Innenfläche
des röhrenförmigen Mantels
14 wird über ihre
gesamte Länge
und ihre gesamte Umfangsausdehnung durch eine dünne Klebstoffschicht
16 mit
der Außenfläche des
Schaumstoffdielektrikums
12 verbunden. Vorzugsweise ist
die Klebstoffschicht
16 ein EAA- oder EMA-Copolymer, wie oben
beschrieben. Die Klebstoffschicht
16 sollte möglichst
dünn aufgetragen
werden, um eine Beeinträchtigung
der elektrischen Eigenschaften des Kabels zu vermeiden. Wünschenswert
ist eine Dicke der Klebstoffschicht
16 von etwa 0,03 mm
(1 Mil) oder weniger. Das gegenwärtig
bevorzugte Verfahren zum Erzielen einer solchen dünnen Klebstoffschicht
und eine dafür
geeignete Klebstoffzusammensetzung werden in
US-Patent Nr. 4484023 von Gindrup
beschrieben.
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Die
Außenfläche des
Mantels 14 ist wahlweise von einer Schutzhülle 18 umgeben.
Geeignete Zusammnensetzungen für
die äußere Schutzhülle 18 sind
unter anderem thermoplastische Beschichtungsmaterialien, wie z.
B. Polyethylen, Polyvinylchlorid, Polyurethan und Kautschuke. Die
Schutzhülle 18 kann
durch eine Klebstoffschicht 19 an die Außenfläche des
Mantels 14 gebunden werden, um dadurch die Biegeeigenschaften
des Koaxialkabels zu verstärken.
Vorzugsweise ist die Klebstoffschicht 19 eine dünne Schicht
aus Klebstoff, wie z. B. aus einem EAA- oder EMA-Copolymer, wie
oben beschrieben.
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2 veranschaulicht
eine geeignete Anordnung der Vorrichtung zur Herstellung des in 1 dargestellten
Kabels. Wie dargestellt, wird der Innenleiter 11 von einer
geeigneten Zufuhrquelle aus zugeführt, wie z. B. einer Spule 31,
und eine Klebstoffschicht 13 wird auf die Oberfläche des
Innenleiters aufgebracht. Der beschichtete Innenleiter 11 wird dann
zu einer Extrudervorrichtung 32 geführt. Die Extrudervorrichtung 32 extrudiert
fortlaufend die verschäumbare
Polymerzusammensetzung konzentrisch um den Innenleiter 11 herum.
Beim Verlassen des Extruders schäumt
das Kunststoffmaterial auf und dehnt sich aus, um eine durchgehende
zylinderförmige
Wand aus dem Schaumstoffdielektrikum 12 zu bilden, das
den Innenleiter 11 umgibt.
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In
einer alternativen Ausführungsform
der Erfindung kann das Schaumstoffdielektrikum 12 eine Gradientendichte
aufweisen, wobei die Dichte des Schaumstoffdielektrikums von einer
Innenfläche
des Schaumstoffdielektrikums zu einer Außenfläche des Schaumstoffdielektrikums
radial ansteigt. Die Gradientendichte kann das Ergebnis einer Veränderung der
verschäumbaren
Polymerzusammensetzung oder der Bedingungen beim Austritt am der
Extrudervorrichtung 32 sein. Typischerweise entsteht jedoch die
Gradientendichte, indem eine erste verschäumbare Polymerzusammensetzung
und eine zweite Polymerzusammensetzung nacheinander extrudiert werden,
um das Schaumstoffdielektrikum 12 zu formen. Die erste
und die zweite Polymerzusammensetzung können koextrudiert oder getrennt
extrudiert werden, um eine innere Schaumstoffdielektrikumschicht
und eine äußere Dielektrikumschicht
zu bilden. Sobald das äußere Dielektrikum
verschäumt und
expandiert ist, weist es eine größere Dichte
als die innere dielektrische Schaumstoffschicht auf. Die äußere dielektrische
Schicht kann ein verschäumtes Dielektrikum
oder eine unverschäumte
dielektrische Haut sein und kann aus dem gleichen Material bestehen
wie die innere dielektrische Schaumstoffschicht. Die erhöhte Dichte
an der Außenfläche des
Schaumstoffdielektrikums 12 fuhrt zu einer Erhöhung der Kernsteifigkeit
und erhöht
auf diese Weise die Biegeeigenschaften des Koaxialkabels.
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Die
Außenfläche des
Kerns 10 wird mit einer Schicht aus dem Klebstoff 16 überzogen.
Eine Copolymer-Klebstoffzusammensetzung wird auf die Oberfläche des
Schaumstoffdielektrikums 12 durch geeignete Mittel aufgebracht,
um die Klebstoffschicht 16 zu bilden. Zum Beispiel kann
die Klebstoffzusammensetzung auf die verschäumbare Polymerzusammensetzung
oder die zweite Polymerzusammensetzung in der Extrudervorrichtung 32 koextrudiert
werden oder in einer getrennten Extrudervorrichtung auf das Schaumstoffdielektrikum 12 extrudiert
werden. Alternativ können
der Innenleiter 11 und das umgebende Dielektrikum 12 durch
eine Klebstoffauftragstation 34 gelenkt werden, wo eine
dünne Schicht
aus einer Klebstoffzusammensetzung, wie z. B. EAA oder EMA, durch
geeignete Mittel aufgetragen wird, wie z. B. durch Sprühen oder
Tauchen. Nach Verlassen der Klebstoffauftragstation 34 kann überschüssiger Klebstoff
durch geeignete Mittel entfernt werden, und der klebstoffbeschichtete
Kern 10 wird durch eine Klebstofftrockenstation 36 gelenkt,
wie z. B. einen erhitzten Tunnel oder eine Kammer. Nach Verlassen
der Trockenstation 36 wird der Kern durch eine Abkühlungsstation 37 gelenkt,
wie z. B. durch einen Wassertrog.
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Sobald
die Klebstoffschicht 16 auf den Kern 10 aufgebracht
ist, wird ein schmaler Metallstreifen S aus einer geeigneten Zufuhrquelle,
wie z. B. einer Spule 38, herangeführt und zu einer röhrenförmigen Konfiguration
geformt, die den Kern umgibt. Der Streifen S bewegt sich dann durch
eine Schweißvorrichtung 39,
und die einander gegenüberliegenden Seitenkanten
des Streifens S werden aneinanderstoßend angeordnet und durch kontinuierliches
Längsschweißen miteinander
verbunden. Der Kern und der umgebende Mantel werden dann durch ein
rollendes oder unbewegliches Reduktionswerkzeug 40 geführt, wo
der Durchmesser des röhrenförmigen Mantels 14 verkleinert
und der Mantel in enge Beziehung mit dem Kern 10 gebracht
wird. Die so erzeugte Baugruppe kann dann durch eine Beschichtungsextrudervorrichtung 42 laufen,
wo eine Polymerzusammensetzung um den Metallmantel 14 herum extrudiert
wird, um eine Schutzhülle 18 zu
formen, die den Mantel umgibt. Außerdem kann vor dem Aufbringen der
Polymerzusammensetzung, welche die Hülle 18 bildet, eine
dünne Klebstoffschicht 19 durch
geeignete Mittel, wie z. B. Koextrusion in der Beschichtungsextrudervorrichtung 42,
auf die Oberfläche
des Mantels 14 aufgebracht werden. Die Beschichtungsextrudervorrichtung 42 dient
außerdem
zur Aktivierung des Klebstoffs 16, um dadurch eine Bindung
zwischen dem Mantel 14 und der Außenfläche des Dielektrikums 12 zu
bilden. Das so hergestellte Kabel kann dann auf geeigneten Behältern, wie
z. B. einer Spule 44, aufgenommen werden, die sich zur
Lagerung und zum Versand eignen. Typischerweise ist der Durchmesser
des Kabels größer als
etwa 0,54 cm (0,25 Zoll).
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Die
erfindungsgemäßen Koaxialkabel
weisen gegenüber
herkömmlichen
Koaxialkabeln verbesserte Biegeeigenschaften auf. Ein Merkmal, das die
Biegeeigenschaften des erfindungsgemäßen Koaxialkabels verbessert,
besteht darin, daß der
Mantel 14 mit dem Schaumstoffdielektrikum 12 verklebt
wird. In dieser Beziehung unterstützt das Schaumstoffdielektrikum 12 den
Mantel beim Biegen, um eine Beschädigung des Koaxialkabels zu
verhindern. Außerdem
kann das Schaumstoffdielektrikum 12, wie oben beschrieben,
eine Gradientendichte aufweisen, um den Mantel beim Biegen zu unterstützen. Daher
ist eine erhöhte
Kernsteifigkeit im Verhältnis
zur Mantelsteifigkeit vorteilhaft für die Biegeeigenschaften des Koaxialkabels.
Konkret weisen die erfindungsgemäßen Koaxialkabel
mit geschweißtem
Mantel ein Verhältnis
der Kernsteifigkeit zur Mantelsteifigkeit von mindestens 5 und vorzugsweise
mindestens 10 auf. Außerdem
ist der minimale Biegeradius der erfindungsgemäßen Koaxialkabel mit geschweißtem Mantel erheblich
kleiner als 10 Kabeldurchmesser und liegt mehr in der Größenordnung
von etwa 7 Kabeldurchmessern oder darunter. Die Wanddicke des röhrenförmigen Mantels
wird so reduziert, daß das Verhältnis der
Wanddicke zu ihrem Außendurchmesser
(T/D-Verhältnis)
für Kabel
mit geschweißten
Mänteln
nicht größer als
etwa 2,5% ist. Die reduzierte Wanddicke des Mantels trägt zu den
Biegeeigenschaften des Koaxialkabels bei und verringert vorteilhafterweise
die Dämpfung
in dem Koaxialkabel. Die Kombination dieser Merkmale und der oben
beschriebenen Eigenschaften des Mantels 14 führt zu einem äußeren Mantel
mit erheblichen Biegeeigenschaften.
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Wie
oben angegeben, weisen zwar Koaxialkabel mit geschweißten Mänteln im
allgemeinen bessere mechanische Eigenschaften auf als Kabel mit nahtlosen
Mänteln,
aber die vorliegende Erfindung zielt auch auf nahtlose Mäntel und
die Verbesserung ihrer elektrischen und mechanischen Eigenschaften ab.
Bei diesen Mänteln
ist das Verhältnis
der Kernsteifigkeit zur Mantelsteifigkeit mindestens etwa gleich
2 und vorzugsweise mindestens etwa gleich 5. Außerdem ist der minimale Biegeradius
bei den erfindungsgemäßen Koaxialkabeln
mit nahtlosem Mantel erheblich kleiner als 15 Kabeldurchmesser und
liegt mehr in der Größenordnung
von etwa 10 Kabeldurchmessern oder darunter. Die Wanddicke des röhrenförmigen Mantels
wird so reduziert, daß das
Verhältnis
der Wanddicke zu ihrem Außendurchmesser (T/D-Verhältnis) für Kabel
mit nahtlosen Mantelkonstruktionen nicht größer ist als etwa 5,0%.
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Zusätzlich zu
verbesserten Biegeeigenschaften weist das erfindungsgemäße Koaxialkabel ferner
eine Ausbreitungsgeschwindigkeit (Vp) auf,
die größer ist
als etwa 90% der Lichtgeschwindigkeit und sogar größer als
etwa 91% der Lichtgeschwindigkeit. Die hohen Vp-Werte
können
zum großen
Teil auf das erfindungsgemäße expandierte
geschlossenzellige Schaumstoffdielekrikum zurückgeführt werden.
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Typischerweise
entsteht das geschlossenzellige Schaumstoffdielektrikum aus Pellets
eines Polymers, wie z. B. eines Polyolefins, die in die Extrudervorrichtung 32 gegeben
werden. Typische Polyolefine sind unter anderem Polyethylen, Polypropylen und
Kombinationen oder Copolymere davon. Vorzugsweise werden zum Formen
des erfindungsgemäßen Schaumstoffdielektrikums 12 Polyethylen-Pellets verwendet,
und besonders wünschenswert
ist, daß das
Polyethylen Hochdruckpolyethylen (HDPE) oder eine Kombination von
HDPE und Niederdruckpolyethylen (LDPE) aufweist.
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Herkömmlicherweise
werden den Polymerpellets kleine Mengen eins Nukleierungsmittels
beigemengt, die dazu dienen, Zellbildungsstellen für die Gasblasen
während
des Schaumbildungsvorgangs bereitzustellen. Zum Beispiel beschreibt
US-Patent Nr. 4104481 von
Wilkenloh et al. die Verwendung von Azobisformamiden, wie z. B.
Azodicarbonamiden, als Nukleierungsmittel bei der Herstellung eines Schaumstoffdielektrikums
für ein
Koaxialkabel. Da das Nukleierungsmittel in sehr kleinen Konzentrationen
eingesetzt wird, z. B. von nur 0,01 Gew.-%, können Vormischungspellets, die
ein Gemisch aus dem Polymer und einer relativ hohen Konzentration
des Nukleierungsmittels enthalten, mit unmodifizierten Polymerpellets
vermischt werden, um die gewünschte
Gesamtkonzentration des Nukleierungsmittels zu erzielen, das gleichmäßig zusammen
mit dem Polymer dispergiert wird. Die Vormischungspellets, die Nukleierungsmittel
enthalten, sind herkömmlicherweise
hergestellt worden, indem das Nukleierungsmittel zusammen mit dem
Polymer compoundiert wurde und daraus Pellets geformt wurden.
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Nukleierungsmittel
können
entweder als exotherme Nukleierungsmittel oder als endotherme Nukleierungsmittel
charakterisiert werden. Typische exotherme Nukleierungsmittel sind
unter anderem Azobisformamide, wie z. B. Azodicarbonamide, die im
Handel von Uniroyal Chemical Co. unter dem Warenzeichen Celogen
erhältlich
sind. Typische endotherme Nukleierungsmittel sind unter anderem
Natriumbicarbonat/Zitronensäure-Mittel,
Natriumcarbonat/Zitronensäure-Mittel,
Natriumbicarbonat oder Natriumcarbonat in Kombination mit anderen
schwachen organischen Säuren
und dergleichen. Das bevorzugte Nukleierungsmittel für die vorliegende
Erfindung ist eine Kombination aus exothermen und endothermen Nukleierungsmitteln.
Konkret ist festgestellt worden, daß ein Polyolefinpolymer, wie
z. B. Polyethylen, wenn es mit einer Kombination aus einem exothermen
Nukleierungsmittel und einem endothermen Nukleierungsmittel verschäumt wird,
ein geschlossenzelliges Schaumstoffdielektrikum mit einer niedrigeren
Dichte als herkömmliche
Schaumstoffdielektrika liefert, in denen Polyethylen nur im Gemisch mit
exothermen Nukleierungsmitteln eingesetzt wird. Vorzugsweise ist
das Nukleierungsmittel ein Gemisch aus einem exothermen Azobisformamid-Mittel, wie
z. B. einem Azodicarbonamid, und einem endothermen Natriumcarbonat/Zitronensäure-Nukleierungsmittel.
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Wie
oben festgestellt, sind Nukleierungsmittel typischerweise zusammen
mit dem Polymer compoundiert worden, um Pellets zu formen, welche
die Nukleierungsmittel enthalten. Dies erfordert ein gründliches
Vermischen der Nukleierungsmittel mit dem Polymer in einem Extruder
unter gleichzeitigem Erhitzen zum Schmelzen des Polymers. Das Gemisch
wird dann extrudiert und zum Gebrauch in Pellets zerkleinert. Bei
der vorliegenden Erfindung wird die Verwendung von Pellets besonders
bevorzugt, die Nukleierungsmittels aufweisen, die einer geringen
oder gar keiner Erwärmung
ausgesetzt worden sind, d. h. von Pellets ohne Wärme-Vorgeschichte. Ein Verfahren
zum Bereitstellen von Nukleierungsmitteln ohne Wärme-Vorgeschichte ist die Verwendung
eines Bindemittels, wie z. B. eines Thermoplastharzes. Typischerweise
werden unbehandelte Pellets, Perlen, Mikropellets, Pulver oder Granulat aus
Harzmaterial mit einem Thermoplast-Bindemittel überzogen und dann mit einem
Nukleierungsmittel zur Verwendung bei der Erfindung beschichtet.
Typische Thermoplastbindemittel sind unter anderem Polyethylen,
Ethylen-Vinylacetat-(EVA-)Copolymere, Polystyrol,
Polyvinylchlorid, Polyethylenterephthalat, Nylon, Fluorpolymere
und dergleichen. Der Beschichtungsvorgang des Harzes mit dem Thermoplastbindemittel
und dem Nukleierungsmittel erfolgt bei Temperaturen unter 93°C (200°F), so daß die Eigenschaften
des Nukleierungsmittels nicht beeinflußt werden. Bei der vorliegenden
Erfindung können
Polyolefinpellets mit einem Thermoplastbindemittel und einem Gemisch
aus endothermen/exothermen Nukleierungsmitteln beschichtet werden.
Pellets von diesem Typ sind z. B. von NiTech Inc., Hickory, North Carolina,
beziehbar.
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Die
mit Nukleierungsmittel beschichteten Pellets, die bei der vorliegenden
Erfindung eingesetzt werden, enthalten im allgemeinen etwa 80 bis
weniger als 100 Gew.-% Polyolefin, mehr als 0 bis etwa 20 Gew.-%
des exothermen Nukleierungsmittels und mehr als 0 bis etwa 20 Gew.-%
des endothermen Nukleierungsmittels. Vorzugsweise enthalten die
Pellets etwa 85 bis 95 Gew.-% des Polyolefins, etwa 1 bis 10 Gew.-%
des exothermen Nukleierungsmittels und etwa 1 bis 10 Gew.-% des
endothermen Nukleierungsmittels. Eine typische verwendbare Pelletformulierung
für das
erfindungsgemäße Schaumstoffdielektrikum
enthält
90 Gew.-% HDPE, 7,5 Gew.-% des exothermen Azobisformamid-Nukleierungsmittels und
2,5 Gew.-% des endothermen Natriumbicarbonat/Zitronensäure-Nukleierungsmittels.
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Die
mit Nukleierungsmittel beschichteten Pellets werden mit unmodifizierten
Polyolefinpellets vermischt, um die gewünschte Konzentration des Nukleierungsmittels
bereitzustellen, das gleichmäßig in dem
Polymer-Rohmaterial verteilt ist, das in die Extrudervorrichtung 32 eingespeist
wird. Vorzugsweise sind etwa 0,1 bis 10 Gew.-% der Pellets HDPE-Pellets,
die exotherme und endotherme Nukleierungsmittel enthalten und etwa
99,9 bis 90 Gew.-% der Pellets sind unmodifizierte LDPE- und HDPE-Pellets.
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In
der Extrudervorrichtung 32 werden die Polymerpellets zu
einem geschmolzenen Zustand erhitzt, in dem sie weiter mit einem
Treibmittel, wie z. B. Stickstoff oder Kohlendioxid, vereinigt werden.
Diese Zusammensetzung wird am dem Kreuzkopfmundstück des Extruders
extrudiert und umgibt den Mittelleiter 11, wonach sie expandiert
und aufschäumt,
um das geschlossenzellige Schaumstoffdielektrikum 12 zu
erzeugen.
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Aus
dem Vorstehenden wird man erkennen, daß ein erfindungsgemäßes geschlossenzelliges Schaumstoffdielektrikum
sich deutlich von Dielektrika unterscheidet, die unter Verwendung
herkömmlicher Nukleierungsmittel
hergestellt werden. Zum Beispiel wird der Schaumstoff außer einer
niedrigeren Dichte dadurch gekennzeichnet, daß er Restmengen sowohl von
exothermen als auch von endothermen Nukleierungsmitteln aufweist.
Außerdem
können
Restmengen des Thermoplast-Bindemittels (oder darin enthaltene Zerfallsprodukte)
nachweisbar sein.
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Das
erfindungsgemäße Schaumstoffdielektrikum
weist eine niedrigere Dichte auf und bietet eine größere Kernsteifigkeit
für eine
gegebene Dichte als Schaumstoffdielektrika, die mit der bisher bekannten Technologie
unter Verwendung von Azodicarbonamid-Nukleierungsmitteln hergestellt
werden. Die Dichte des Schaumstoffdielektrikums ist niedriger als etwa
0,22 g/cm3, vorzugsweise niedriger als etwa 0,19
g/cm3, und starker bevorzugt niedriger als
etwa 0,17 g/cm3. Wie dem Fachmann bekannt,
führt eine niedrigere
Dichte in dem Schaumstoffdielektrikum 12 im allgemeinen
zu einer Erhöhung
der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Koaxialkabels. Außerdem führt eine
Abnahme der Dichte der geschlossenen Zellen im allgemeinen zu einer
Vergrößerung der
Zellengröße. Die
maximale Größe der Zellen
in dem Schaumstoffdielektrikum ist typischerweise kleiner als etwa 170 μm, und die
mittlere Zellengröße liegt
zwischen etwa 90 und 130 μm.
Konkret beträgt
die maximale Zellengröße bei einer
Dichte von etwa 0,22 g/cm3 etwa 125 μm, bei einer
Dichte von 0,19 g/cm3 etwa 150 μm und bei
einer Dichte von 0,17 g/cm3 etwa 170 μm. Obwohl
wir uns nicht durch Theorie binden möchten, hat es den Anschein,
daß die
Zellengröße und -dichte
bei der vorliegenden Erfindung auf die mangelnde Wärme-Vorgeschichte in
den Polymerpellets zurückzuführen ist,
wodurch ein Nukleierungsmittel mit einem höheren Anteil an feinkörnigen Teilchen
und daher einer kleineren mittleren Teilchengröße bereitgestellt wird.
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Es
versteht sich, daß ein
Fachmann nach dem Durchlesen der obigen Beschreibung der vorliegenden
Erfindung Änderungen
und Abwandlungen daran vornehmen könnte.