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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Koaxialkabel und insbesondere
auf ein verbessertes verlustarmes Koaxialkabel mit verbesserten Biege-,
Handhabungs- und elektrischen Eigenschaften.
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Hintergrund
der Erfindung
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Die
Koaxialkabel, die heute häufig
für die Übertragung
von Hochfrequenzsignalen wie zum Beispiel Kabelfernsehsignalen und
Mobilfunksignalen verwendet werden, umfassen eine Seele, die einen
Innenleiter enthält,
eine metallische Ummantelung, welche die Seele umgibt und als Außenleiter dient,
und in einigen Fällen
einen Schutzmantel, der die metallische Ummantelung umgibt. Ein
Dielektrikum umgibt den Innenleiter und isoliert ihn elektrisch von
der umgebenden metallischen Ummantelung. Bei vielen bekannten Koaxialkabelkonstruktionen umgibt
ein Dielektrikum aus Schaumstoff den Innenleiter und füllt den
Raum zwischen dem Innenleiter und der metallischen Ummantelung.
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Die
Konstruktion von Koaxialkabeln stellt herkömmlicherweise einen Ausgleich
zwischen den elektrischen Eigenschaften (z.B. hohe Signalausbreitung,
geringe Dämpfung)
und den mechanischen oder Biegeeigenschaften des Kabels her. Zum
Beispiel werden bei einigen Koaxialkabelkonstruktionen Luft und
Abstandshalter aus Kunststoff zwischen dem Innenleiter und dem Außenleiter
verwendet, um die Dämpfung
zu reduzieren und die Signalausbreitung des Kabels zu erhöhen. Dennoch
stellen die Abstandshalter aus Kunststoff, die zwischen dem Innenleiter
und dem Außenleiter
angeordnet sind, beim Biegen keine große Unterstützung für den Außenleiter bereit, so dass der
Außen leiter
einem Knicken, Plattdrücken
oder Zusammenfallen des Kabels während
des Biegens ausgesetzt ist, wodurch das Kabel unbrauchbar werden
kann. Eine Alternative besteht darin, Dielektrika aus Schaumstoff
zwischen dem Innenleiter und dem Außenleiter zu verwenden, wie oben
beschrieben. Obwohl die Biegeeigenschaften dadurch verbessert werden,
wird jedoch die Geschwindigkeit, mit der die Signale ausgebreitet
werden, normalerweise reduziert.
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Zum
Beispiel beschreibt
EP 504 776 ein
Koaxialkabel, das einen Stab aus Polytetrafluorethylen (PTFE) umfasst,
der einen Kupferdraht umgibt, der wiederum von einem leitfähigen Kupferband
umgeben ist, das den Innenleiter bildet. Das leitfähige Kupferband
wird durch spiralförmiges
Umwickeln des Trägerstabes
mit einem Band, durch Aufdampfen in einem Vakuum, durch Kathodenzerstäubung oder chemisch
aufgebracht. Ein Zwischendielektrikum, das aus geschäumtem PTFE
gebildet ist, umgibt das leitfähige
Kupferband und ist wiederum selbst von einem Außenleiter und einem äußeren Isolator
umgeben. Der Außendurchmesser
des Kabels beträgt 3,58
mm, bezogen auf den Durchmesser des Außenleiters.
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Ein
jüngster
Vorteil in der Koaxialkabelindustrie für Hochfrequenzkabel ist die
Herstellung von Kabeln mit größerem Durchmesser.
Kabel mit großem Durchmesser
besitzen im Allgemeinen eine größere durchschnittliche
Nennleistung und reduzierte Dämpfung
als Kabel mit kleinerem Durchmesser. Da diese Kabel jedoch größere Durchmesser
aufweisen, sind sie leider normalerweise nicht so biegsam wie ihre Pendants
mit kleinerem Durchmesser. Infolgedessen gibt es mehr Schwierigkeiten
beim Einbau dieser Kabel. Aus diesem Grund werden Kabel mit großem Durchmesser
mit gerippten Ummantelungen zwecks größerer Biegsamkeit gestaltet.
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Ein
weiteres Problem bei Kabeln mit großem Durchmesser liegt darin,
dass die Kosten der festen Innenleiter mit großem Durchmesser, die im Allgemeinen
bei diesen Kabeln verwendet werden, wegen der verwendeten großen Mengen
an leitfähigem
Material relativ hoch sind. In Anbetracht dieses Problems ist eine
Alternative bei der Gestaltung von herkömmlichen Kabeln mit großem Durchmesser
die Verwendung von gerippten Metallschläuchen als Innenleiter. Der
gerippte Metallschlauch verringert die Kosten des Innenleiters und
verbessert gemeinsam mit dem gerippten Außenleiter die Biegeeigenschaften
des Kabels. Dennoch ist der Metallschlauch denselben Problemen beim
Biegen ausgesetzt wie die äußere metallische
Ummantelung, die normalerweise bei den Kabeln verwendet wird. Insbesondere neigt
der Metallschlauch dazu, während
des Biegens des Kabels zu knicken, platt gedrückt zu werden oder zusammenzufallen,
wodurch das Kabel unbrauchbar wird. Obwohl die Kosten des gerippten
leitfähigen
inneren Schlauchs im Vergleich zu festen Innenleitern geringer sind,
sind diese gerippten leitfähigen
inneren Schläuche
noch immer ziemlich teuer. Außerdem verursachen
der gerippte Innenleiter und der gerippte Außenleiter normalerweise eine
Dämpfung
und einen Reflexionsverlust der Hochfrequenzsignale und können während des
Anschließens
des Kabels zu Problemen führen.
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Inhalt der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein Koaxialkabel bereit, das hervorragende
elektrische Eigenschaften aufweist, insbesondere für die Übertragung von
Hochfrequenzsignalen. Zudem stellt die vorliegende Erfindung ein
Koaxialkabel bereit, das selbst für Kabel mit großem Durchmesser
eine außergewöhnliche
Biegsamkeit und außergewöhnliche
Biegeeigenschaften besitzt, und bei dem Knicken, Plattdrücken oder
Zusammenfallen beim Biegen vermieden werden. Das Koaxialkabel der
Erfindung lässt sich
leicht anschließen
und hat gute wasserabweisende Eigenschaften, um zu verhindern, dass
Wasser durch das Koaxialkabel fließt. Ferner stellt die vorliegende
Erfindung ein Koaxial kabel und ein Verfahren zur kostengünstigen
Herstellung desselben bereit.
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Diese
und andere Merkmale werden gemäß der vorliegenden
Erfindung durch Bereitstellung eines biegsamen Koaxialkabels gemäß Anspruch
1 erreicht. Zudem kann das Kabel einen polymeren Schutzmantel aufweisen,
der die Ummantelung umgibt und damit verklebt sein kann. Der zylindrische Kunststoffstab
umfasst ein festes oder geschäumtes Kunststoffmaterial,
das den Innenleiter beim Biegen stützt und mit dem Innenleiter
verklebt sein kann. Der Kunststoffstab kann auch von einem mittigen
Konstruktionselement getragen werden, um die Bildung des Kunststoffstabs
zu erleichtern. Die Koaxialkabel der Erfindung sind insbesondere
für Kabel
mit großem
Durchmesser nützlich,
d.h. für
Kabel, deren äußere metallische
Ummantelung einen Durchmesser von mehr als 2,5 cm (1,0 Inch) hat,
sie können
jedoch auch für
Kabel mit kleinerem Durchmesser verwendet werden.
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Die
vorliegende Erfindung umfasst außerdem ein Verfahren zur Herstellung
von Koaxialkabeln gemäß Anspruch
11. Vorzugsweise wird der Innenleiter so ausgebildet, dass er den
Kunststoffstab lose umschließt
und wird dann auf den Kunststoffstab aus Schaumstoff herabgelassen.
Zudem wird der Innenleiter normalerweise mit dem Kunststoffstab
verklebt. Eine schäumbare
Polymerzusammensetzung wird auf den Innenleiter extrudiert, um eine
Kabelseele zu bilden. Eine rohrförmige
metallische Ummantelung wird danach auf die Kabelseele aufgebracht
und umschließt
die Kabelseele. Ein polymerer Schutzmantel kann ebenfalls um die
Ummantelung herum ausgebildet werden und mit der Ummantelung verklebt
werden. Der Kunststoffstab wird vorzugsweise durch Extrudieren einer
Polymerzusammensetzung auf ein mittiges Konstruktionselement gebildet.
Der Innenleiter kann danach durch Vorschieben eines Metallstreifens
und längsseitiges
Verschweißen
von aneinanderstoßenden
Abschnitten des Metallstreifens um den Kunststoffstab herum ausgebil det
werden, um einen leitfähigen
inneren Schlauch zu bilden, oder der Metallstreifen kann um den
Kunststoffstab herum überlappt
werden.
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Diese
und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann
beim Studium der folgenden ausführlichen
Beschreibung sowohl der bevorzugten als auch alternativer Ausführungsformen
der Erfindung besser ersichtlich.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine perspektivische Ansicht, die ein Koaxialkabel gemäß der vorliegenden
Erfindung im Querschnitt zeigt, wobei Abschnitte des Kabels zum
Zwecke einer klareren Darstellung weggelassen wurden.
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2 ist
eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Herstellung
eines Kunststoffstabs zur Verwendung in dem Koaxialkabel der Erfindung.
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3 ist
eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Aufbringen eines
Innenleiters auf einen Kunststoffstab zur Verwendung in dem Koaxialkabel
der Erfindung.
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4 ist
eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Aufbringen einer
dielektrischen Schicht und einer Klebstoffzusammensetzung auf die Oberfläche eines
Innenleiters, um eine mit Klebstoff beschichtete Kabelseele für das Koaxialkabel
der Erfindung zu bilden.
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5 ist
eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Aufbringen einer
Ummantelung und fakultativ eines Mantels auf eine mit Klebstoff
beschichtete Seele, um das Koaxialkabel der Erfindung herzustellen.
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Ausführliche
Beschreibung der Erfindung
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1 zeigt
ein gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestelltes Koaxialkabel. Das Koaxialkabel umfasst einen
Innenleiter 10. Vorzugsweise ist der Innenleiter 10 aus
einem geeigneten elektrisch leitenden Material wie zum Beispiel
Kupfer gebildet. Der Innenleiter 10 weist vorzugsweise
eine glattwandige Oberfläche
auf und ist nicht gerippt. Wie in 1 dargestellt,
kann der Innenleiter 10 eine Verschweißung 11 in Längsrichtung
aufweisen, die entlang der Länge des
Kabels verläuft,
um einen leitfähigen
inneren Schlauch zu bilden.
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Vorzugsweise
ist der Innenleiter 10 aus einem Metallstreifen S1 hergestellt,
der rohrförmig
ausgebildet ist, wobei die einander gegenüberliegenden Seitenränder des
Metallstreifens aneinanderstoßen, und
wobei die aneinanderstoßenden
Ränder
durch eine bei 11 angegebene kontinuierlich in Längsrichtung verlaufende Verschweißung, die
vorzugsweise durch ein Hochfrequenz-Induktionsschweißverfahren
gebildet wird, kontinuierlich verbunden sind. Die Herstellung des
Innenleiters 10 durch Hochfrequenz-Induktionsschweißen wurde
zwar als bevorzugt dargestellt, doch wird der Fachmann erkennen, dass
andere Verfahren zur Herstellung des Innenleiters ebenfalls verwendet
werden könnten,
beispielsweise andere Schweißverfahren
(z.B. Wolfram-Schutzgasschweißen
oder Plasmaschweißen), wobei
der Metallstreifen S1 überlappt
wird oder indem ein zuvor gebildeter metallischer Endlosschlauch
bereitgestellt wird.
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Der
Innenleiter 10 wird beim Biegen durch einen zylindrischen
Kunststoffstab 12 getragen, der an die Innenseite des Innenleiters
angrenzt. Der Kunststoffstab 12 ist vorzugsweise aus einem
Material wie Polyethylen, Polypropylen und Polystyrol gebildet, das
den Innenleiter 10 beim Biegen stützen und zur Druckfestigkeit
des Kabels insgesamt beitragen wird. Ferner ist das Kunststoffmaterial
des Kunststoffstabes 12 vorzugsweise in feuchter oder nasser
Umgebung stabil. Der Kunst stoffstab 12 kann ein festes Kunststoffmaterial
oder ein geschlossenzelliges geschäumtes Polymermaterial sein,
um die Migration von Wasser durch das Kabel zu verhindern. Zusätzlich kann
der Kunststoffstab 12 durch ein mittiges Konstruktionselement 13 getragen
werden, das die Bildung des Kunststoffstabes erleichtert. Das mittige Konstruktionselement 13 kann
ein oder mehr Materialien enthalten, die in Kombination eine Stütze für den Kunststoffstab 12 mit
hoher Zugfestigkeit bilden. Geeignete Materialien für das mittige
Konstruktionselement sind unter anderem verstärkte Kunststoffseile (z.B.
mit Kevlar verstärkte
Nylonseile und verstärkte
Epoxidharzseile) sowie Metalldrähte
(z.B. Kupfer- und Aluminiumdraht). Obwohl die Verwendung eines mittigen
Konstruktionselementes 13 bevorzugt wird, kann der Kunststoffstab 12 ein
durchgehender Kunststoffstab sein, bei dem Kunststoffmaterial kontinuierlich
von einer mittigen Längsachse
des Stabs zur Innenseite des Innenleiters 10 verläuft, oder
ein hohler Kunststoffstab sein, bei dem ein durchgehender Abschnitt
an die Innenseite des Innenleiters angrenzt und ein Hohlraum an
eine mittige Längsachse
des Kunststoffstabs angrenzt. Wie in 1 gezeigt,
ist der Kunststoffstab 12 normalerweise mit dem Innenleiter 10 durch
eine Klebstoffschicht 14 verklebt. Beispielhafte Klebstoffzusammensetzungen
zur Verwendung in der Klebstoffschicht 14 sind unter anderem
statistische Copolmere von Ethylen und Acrylsäure (EAA-Copolymere) und andere
Copolymere, welche die gewünschten
Klebstoffeigenschaften bereitstellen.
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Das
Koaxialkabel umfasst ferner eine dielektrische Schicht 15,
die den Innenleiter 10 umgibt. Die dielektrische Schicht 15 bildet
eine durchgehende zylindrische Wand aus dielektrischem Kunststoffmaterial
angrenzend an die Außenseite
des Innenleiters 10. Die dielektrische Schicht 15 ist
vorzugsweise ein verlustarmes Dielektrikum, das aus einem geeigneten Kunststoff
wie zum Beispiel Polyethylen, Polypropylen und Polystyrol gebildet
ist. Um die Masse des Dielektrikums pro Längeneinheit und daher die Dielektrizitätskonstante
zu reduzieren, sollte das dielektrische Material vorzugsweise aus
einer zellularen Schaumstoffzusammensetzung bestehen, und insbesondere
wird eine geschlossenzellige Schaumstoffzusammensetzung wegen ihrer
Beständigkeit gegen
Feuchtigkeitsdurchlässigkeit
bevorzugt. Vorzugsweise sind die Zellen des Dielektrikums 15 von der
Größe her einheitlich
und haben einen Durchmesser von weniger als 200 μm. Ein geeignetes Dielektrikum
aus Schaumstoff ist ein geschäumtes
Polyethylenpolymer hoher Dichte, wie es in dem in gemeinsamem Besitz
befindlichen US-Patent Nr. 4,104,481, erteilt am 1. August 1978,
beschrieben ist. Zudem werden geschäumte Mischungen von Polyethylen
hoher und niedriger Dichte zur Verwendung als Dielektrikum aus Schaumstoff
bevorzugt. Um die Dielektrizitätskonstante
der dielektrischen Schicht 15 zu reduzieren, hat das Dielektrikum
aus Schaumstoff eine Dichte von weniger als etwa 0,28 g/cm3, vorzugsweise weniger als etwa 0,22 g/cm3.
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Obwohl
die dielektrische Schicht 15 der Erfindung im Allgemeinen
aus einer gleichmäßigen Schicht
aus Schaumstoff besteht, kann die dielektrische Schicht einen Gradienten
oder eine graduierte Dichte aufweisen, so dass die Dichte des Dielektrikums
von dem Innenleiter 10 zur Außenseite der dielektrischen
Schicht entweder kontinuierlich oder schrittweise radial zunimmt.
Zum Beispiel kann ein Dielektrikum aus einem Schaumstoff-Feststoff-Laminat
verwendet werden, wobei die dielektrische Schicht 15 eine
dielektrische Schaumstoffschicht niedriger Dichte umfasst, die von
einer festen dielektrischen Schicht umgeben ist. Diese Konstruktionen können verwendet
werden, um die Druckfestigkeit und die Biegeeigenschaften des Kabels
zu verbessern und reduzierte Dichten von nur 0,10 g/cm3 entlang
des Innenleiters 10 zu erlauben. Die niedrigere Dichte
des Schaumstoffdielektrikums 15 entlang des Innenleiters 10 verbessert
die Geschwindigkeit der Hochfrequenzsignal-Ausbreitung und reduziert
die Signaldämpfung.
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Die
dielektrische Schicht 15 ist normalerweise mit dem Innenleiter 10 durch
eine dünne
Klebstoffschicht 16, wie das oben beschriebene EAA-Copolymer,
verklebt. Zudem kann das Kabel eine dünne feste Polymerschicht 17 und
eine weitere dünne
Klebstoffschicht 18 enthalten, welche die Außenseite
des Innenleiters 10 schützen,
wenn er auf Rollen gewickelt wird, wie nachfolgend beschrieben.
Wie in 1 dargestellt, bilden der Innenleiter 10,
der Kunststoffstab 12, die dielektrische Schaumstoffschicht 15,
die optionale feste Kunststoffschicht 17 und die entsprechenden
Klebstoffschichten die Kabelseele, die allgemein mit 20 bezeichnet
wird.
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Eng
umschließend
ist um die Kabelseele 20 eine rohrförmige metallische äußere Ummantelung 21 angeordnet.
Die Ummantelung 21 ist im Allgemeinen dadurch gekennzeichnet,
dass sie sowohl mechanisch als auch elektrisch kontinuierlich ist
und normalerweise eine Verschweißung 22 in Längsrichtung
aufweist. Die mechanische und elektrische Kontinuität der Ummantelung 21 erlaubt
es der Ummantelung, wirksam dazu zu dienen, das Kabel gegen äußere Einflüsse mechanisch
und elektrisch abzuschirmen und das Kabel auch gegen einen Austritt
von Hochfrequenzstrahlung abzudichten. Alternativ dazu kann die
Ummantelung perforiert sein, um ein kontrolliertes Austreten von
Hochfrequenzenergie für
bestimmte spezielle Strahlungskabelanwendungen zu erlauben. Die
rohrförmige
metallische Ummantelung 21 der Erfindung verwendet vorzugsweise
eine dünnwandige
Kupfer-Ummantelung
als Außenleiter.
Zudem hat die rohrförmige
metallische Ummantelung 21 eine Wanddicke, die so gewählt ist,
dass ein T/D-Verhältnis
(Verhältnis
von Wanddicke zu Außendurchmesser)
von weniger als 1,6 Prozent und vorzugsweise weniger als 1,0 Prozent
oder sogar 0,6 Prozent oder niedriger aufrechterhalten wird. Vorzugsweise
ist die Dicke der metallischen Ummantelung 21 kleiner als
0,33 mm (0,013 Inch), um die gewünschten
Biegeeigenschaften und elektrischen Eigenschaften der Erfindung
bereitzustellen. Zudem ist die rohrförmige metallische Ummantelung 21 vorzugsweise
glattwandig und nicht gerippt. Die glattwandige Konstruktion optimiert
die Geometrie des Kabels, um den Kontaktwiderstand und die Variabilität des Kabels
zu reduzieren, wenn der Anschluss erfolgt, und um einen Signalverlust
am Stecker zu verhindern. Ferner kann die glattwandige Ummantelung 21 im
Allgemeinen zu niedrigeren Kosten hergestellt werden als eine gerippte
Ummantelung.
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Die
Innenseite der rohrförmigen
Ummantelung 21 ist vorzugsweise kontinuierlich über ihre
Länge und
auf ihrem gesamten Umfang mit der Außenseite der dielektrischen
Schicht 15 durch eine dünne Klebstoffschicht 23 verklebt.
Vorzugsweise umfasst die Klebstoffschicht 23 ein statistisches
Copolymer von Ethylen und Acrylsäure
(EAA), wie oben beschrieben. Die Klebstoffschicht 23 sollte
so dünn
wie möglich
hergestellt werden, um eine negative Beeinflussung der elektrischen
Eigenschaften des Kabels zu vermeiden. Wünschenswerterweise sollte die Klebstoffschicht 23 eine
Dicke von etwa 0,025 mm (0,001 Inch) oder weniger haben.
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Die
Außenseite
der Ummantelung 21 ist im Allgemeinen von einem Schutzmantel 24 umgeben. Geeignete
Zusammensetzungen für
den äußeren Schutzmantel 24 sind
unter anderem thermoplastische Beschichtungsmaterialien wie zum
Beispiel Polyethylen, Polyvinylchlorid, Polyurethan und Kautschuke.
Obwohl der in 1 dargestellte Mantel 24 aus
nur einer Materialschicht besteht, kann auch eine Vielzahl von laminierten
Mantelschichten verwendet werden, um die Zähigkeit, Abziehbarkeit, Feuerfestigkeit,
die Reduktion der Rauchentwicklung, UV- und Witterungsbeständigkeit,
den Schutz vor sich durchfressenden Nagetieren, Streckfestigkeit,
chemische Beständigkeit
und/oder Widerstandsfähigkeit
gegen Durchschneiden zu verbessern. Bei der dargestellten Ausführungsform
ist der Schutzmantel 29 mit der Außenseite der Ummantelung 21 durch
eine Klebstoffschicht 25 verklebt, um dadurch die Biegeeigenschaften
des Koaxialkabels zu verbessern. Vorzugsweise ist die Klebstoffschicht 25 eine
dünne Klebstoffschicht,
wie die oben beschriebene EAA-Copolymerschicht. Obwohl eine Klebstoffschicht 25 in 1 dargestellt
ist, kann der Schutzmantel 24 auch direkt mit der Außenseite
der Ummantelung 21 verklebt werden, um die gewünschten
Biegeeigenschaften der Erfindung bereitzustellen.
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2 zeigt
eine geeignete Anordnung der Vorrichtung zur Herstellung des Kunststoffstabs 12 des
in 1 gezeigten Kabels. Wie dargestellt, wird ein
mittiges Konstruktionselement 13 zum Beispiel von einer
Rolle 32 zugeführt.
Wie oben erwähnt, kann
das mittige Konstruktionselement 13 ein verstärktes Kunststoffseil
oder ein Metalldraht sein und stellt eine strukturelle Stütze für den Stab 12 bereit und
erleichtert die Herstellung des Stabs. Das mittige Konstruktionselement 13 wird
einer Extrudervorrichtung 34 mit Querkopf oder einer ähnlichen
Vorrichtung zugeführt,
wobei eine Polymerzusammensetzung um das mittige Konstruktionselement 13 herum extrudiert
wird, um den Kunststoffstab 12 zu bilden. Wie oben beschrieben,
kann die Polymerzusammensetzung eine nicht schäumbare oder schäumbare Polymerzusammensetzung
sein, wodurch ein fester oder schaumförmiger Kunststoffstab 12 gebildet
wird. Wenn das mittige Konstruktionselement 13 nicht verwendet
wird, kann die Extrudervorrichtung 34 so eingestellt werden,
dass sie die Polymerschmelze entweder in einen kontinuierlichen
Zylinder oder – durch die
Verwendung eines Vakuumkalibrierers – in einen hohlen Zylinder
kontinuierlich extrudiert. Wenn eine schäumbare Zusammensetzung verwendet
wird, wird die Polymerschmelze in der Extrudervorrichtung 34 mit
einem Treibmittel wie zum Beispiel Stickstoff eingespritzt, um die
schäumbare
Polymerzusammensetzung zu bilden. Zusätzlich zu oder anstelle von
Treibmittel können
zersetzende oder reaktive Chemikalien zugesetzt werden, um die schäumbare Polymerzusammensetzung
zu bilden. In der Extrudervorrichtung 34 wird die Polymerschmelze
kontinuierlich mit Druck beaufschlagt, um die Bildung von Gasblasen
in der Polymer schmelze zu verhindern. Beim Verlassen des Extruders 34 führt die
Druckverminderung zum Schäumen
und Ausdehnen der Polymerzusammensetzung, um entweder einen durchgehenden
oder hohlen Schaumstoffstab 12 zu bilden. Alternativ dazu
wird bei Verwendung einer nicht schäumbaren Zusammensetzung das
Polymermaterial aushärten
und abkühlen,
um einen festen Kunststoffstab 12 zu bilden.
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Zusätzlich zu
der oben beschriebenen Polymerzusammensetzung wird eine Klebstoffzusammensetzung
vorzugsweise mit der schäumbaren
Polymerzusammensetzung durch die Extrudervorrichtung 34 coextrudiert,
um die Klebstoffschicht 14 zu bilden. Die Klebstoffzusammensetzung
erlaubt es dem Kunststoffstab 12, an dem Innenleiter 10 zu
haften, wodurch das Abstützen
des Innenleiters beim Biegen weiter verbessert wird. Vorzugsweise
ist die Klebstoffzusammensetzung ein Ethylen-Acrylsäure(EAA)-Copolymer. Die Extrudervorrichtung 34 extrudiert
kontinuierlich die Klebstoffzusammensetzung konzentrisch um die
Polymerschmelze herum. Obwohl die Coextrusion der Klebstoffzusammensetzung
mit der Polymerschmelze bevorzugt wird, können auch andere geeignete
Verfahren wie Sprühen, Eintauchen
oder Extrusion in einer getrennten Vorrichtung verwendet werden,
um die Klebstoffzusammensetzung auf den Kunststoffstab 12 aufzubringen. Alternativ
dazu kann die Klebstoffzusammensetzung auf der Innenseite des Innenleiters 10 bereitgestellt werden,
wodurch die Klebstoffschicht 14 gebildet wird.
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Nach
dem Verlassen der Extrudervorrichtung 34 kann der Kunststoffstab 12 durch
eine Klebstofftrocknungsstation 35 geführt werden, wie beispielsweise
einen beheizten Tunnel oder eine beheizte Kammer. Beim Verlassen
der Trocknungsstation 35 werden der Kunststoffstab 12 und
der umgebende Innenleiter 10 durch eine Kühlstation 36 wie zum
Beispiel einen Wassertrog geführt.
Wasser wird dann im Allgemeinen von dem Kunststoffstab 12 durch
ein Luftgebläse 37 oder
eine ähnliche
Vorrich tung entfernt. An diesem Punkt kann der mit Klebstoff beschichtete
Kunststoffstab 12 auf geeigneten Behältern wie zum Beispiel Rollen 40 gesammelt
werden, bevor er weiter durch den Abschnitt des Herstellungsverfahrens
geführt
wird, der in 3 dargestellt ist. Alternativ
dazu können
der Kunststoffstab 12 und der umgebende Innenleiter 10 kontinuierlich
durch den Rest des Herstellungsverfahrens geführt werden, ohne auf Rollen 40 gesammelt
zu werden.
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Wie
in 3 dargestellt, wird der mit Klebstoff beschichtete
Stab 12 von Rollen 40 gezogen und durch Vorschieben
des Kunststoffstabs durch eine Reihe von Richtrollen 41 gerade
gerichtet. Ein schmaler länglicher
Streifen S1 aus einer geeigneten Versorgungsquelle wie zum Beispiel
einer Rolle 42 wird dann um den sich weiterbewegenden Kunststoffstab 12 geführt und
durch Führungswalzen 43 in eine
insgesamt zylindrische Form gebogen, um den Stab lose zu umschließen. Vorzugsweise
ist der Streifen S1 aus Kupfer gebildet. Ferner, wie oben erwähnt, kann
die Oberfläche
des Streifens S1, die der Innenseite des Innenleiters 10 entspricht,
mit einer Klebstoffzusammensetzung beschichtet werden. Einander
gegenüberliegende
Längskanten
des so gebildeten Streifens S1 werden dann so bewegt, dass sie aneinanderstoßen, und
der Streifen wird durch eine Schweißvorrichtung 44 geführt, die
eine Verschweißung 11 in
Längsrichtung
bildet, indem die aneinanderstoßenden
Ränder
des Streifens S1 verbunden werden. Vorzugsweise wird Hochfrequenz-Induktionsschweißen zum
Bilden der Verschweißung 11 in
Längsrichtung
verwendet, aber es können
auch andere Schweißverfahren
wie Wolfram-Schutzgasschweißen
oder Plasmaschweißen eingesetzt
werden, um die einander gegenüberliegenden
in Längsrichtung
befindlichen Ränder
des Streifens S1 zu verbinden, oder der Streifen kann um den Kunststoffstab 12 herum überlappt
werden.
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Der
in Längsrichtung
verschweißte
Streifen S1 bildet einen Innenleiter 10, der den Kunststoffstab 12 lose
umschließt.
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Bei
dem oben beschriebenen bevorzugten Hochfrequenz-Induktionsschweißverfahren kann die in Längsrichtung
befindliche Verschweißung 11 des Innenleiters 10 gegen
eine Schabklinge 48 geführt werden,
welche Schweißgrate
von dem Innenleiter schabt, die sich während des Hochfrequenz-Induktionsschweißverfahrens
gebildet haben. Wenn eine erhöhte
Druckfestigkeit gewünscht
wird, um Knicken, Plattdrücken
oder Zusammenfallen des Innenleiters 10 während des
Schabverfahrens zu vermeiden, kann der Innenleiter in eine ovale
Konfiguration gebracht werden, bevor der Innenleiter gegen die Schabklinge 48 gerichtet
wird, und danach erneut in eine kreisförmige Konfiguration gebracht
werden.
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Sobald
die Verschweißung 11 in
Längsrichtung
in der Ummantelung 21 ausgebildet ist, werden der Kunststoffstab 12 und
der Innenleiter 10, die sich gleichzeitig weiterbewegen,
durch wenigstens eine Absenkdüse 50 geführt, welche
die Ummantelung auf die Kabelseele herabsenkt und dadurch die Kompression
des Kunststoffstabs 12 verursacht. Vorzugsweise wird ein
Schmiermittel auf die Oberfläche
des Innenleiters aufgetragen, während
dieser sich durch die Absenkdüse 50 bewegt.
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Sobald
der Innenleiter 10 auf dem Kunststoffstab 12 ausgebildet
worden ist, wird ein etwaiges Schmiermittel auf der Außenseite
des Innenleiters entfernt, um die Fähigkeit des Innenleiters zu
erhöhen,
sich mit der dielektrischen Schicht 15 zu verkleben. Eine
Klebstoffschicht 16 kann danach auf der Außenseite
des Innenleiters 10 gebildet werden, indem der Kunststoffstab 12 und
der umgebende Innenleiter 10 durch eine Extrudervorrichtung 52 geführt werden,
wo eine Klebstoffzusammensetzung wie zum Beispiel ein EAA-Copolymer
konzentrisch auf den Innenleiter extrudiert wird, um die Klebstoffschicht 16 zu
bilden. Zusätzlich
zu der Klebstoffschicht 16 können eine dünne feste Kunststoffschicht 17 und
fakultativ eine Klebstoffzusammensetzung, welche die Klebstoffschicht 18 bildet,
in der Extrudiervorrichtung 52 coextrudiert werden, falls
dies gewünscht
wird, um den Innenleiter 10 zu schützen, wenn er auf Rollen 54 gesammelt
wird. Der Kunststoffstab 12 und der umgebende Innenleiter 10 können dann
abgeschreckt und getrocknet und auf Rollen 54 gesammelt
werden, bevor sie weiter durch den in 4 dargestellten
Verfahrensabschnitt geführt werden,
oder sie können
direkt durch den in 4 dargestellten Verfahrensabschnitt
geführt
werden.
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Wie
in 4 dargestellt, können der Kunststoffstab 12 und
der umgebende Innenleiter 10 von der Rolle 54 herabgeführt werden.
Der Kunststoffstab 12 und der umgebende Innenleiter 10 werden
dann durch eine Extrudervorrichtung 66 geführt, die
eine Polymerzusammensetzung aufbringt, die für die Bildung der dielektrischen
Schicht 15 verwendet wird. Vorzugsweise wird eine schäumbare Polymerzusammensetzung
verwendet, um die dielektrische Schicht 15 zu bilden. In
der Extrudervorrichtung 66 werden die Komponenten, die
für die
dielektrische Schaumstoffschicht 15 zu verwenden sind,
kombiniert, um eine Polymerschmelze zu bilden. Die Polymerzusammensetzung
ist vorzugsweise eine schäumbare Polymerzusammensetzung,
die daher eine dielektrische Schaumstoffschicht 15 bildet.
Vorzugsweise werden Polyethylen hoher Dichte und Polyethylen niedriger
Dichte mit keimbildenden Mitteln in der Extrudervorrichtung 66 kombiniert,
um die Polymerschmelze zu bilden. Diese Verbindungen werden, sobald
sie miteinander verschmolzen sind, in der Folge mit einem Treibmittel
wie zum Beispiel Stickstoff eingespritzt, um die schäumbare Polymerzusammensetzung
zu bilden. Zusätzlich
zu oder anstelle von dem Treibmittel können zersetzende oder reaktive Chemikalien
zugesetzt werden, um die schäumbare Polymerzusammensetzung
zu bilden. In der Extrudervorrichtung 66 wird die Polymerschmelze
kontinuierlich mit Druck beaufschlagt, um die Bildung von Gasblasen
in der Polymerschmelze zu verhindern. Die Extrudervorrichtung 66 extrudiert
die Polymerschmelze kontinuierlich konzentrisch um den zugeführten Innenleiter 10.
Nach Verlassen des Extruders 66 führt die Druckminderung dazu,
dass die schäumbare
Polymerzusammensetzung schäumt
und sich ausdehnt, um eine kontinuierliche zylindrische dielektrische
Schaumstoffschicht 15 zu bilden, die den Innenleiter 10 umgibt.
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Zusätzlich zu
der schäumbaren
Polymerzusammensetzung wird eine Klebstoffzusammensetzung wie zum
Beispiel ein EAA-Copolymer
vorzugsweise mit der schäumbaren
Polymerzusammensetzung coextrudiert, um die Klebstoffschicht 23 zu
bilden. Die Extrudervorrichtung 66 extrudiert kontinuierlich
die Klebstoffzusammensetzung konzentrisch um die Polymerschmelze.
Obwohl die Coextrusion der Klebstoffzusammensetzung mit der Polymerschmelze
bevorzugt wird, können
andere geeignete Verfahren wie Sprühen, Eintauchen oder Extrusion
in einer getrennten Vorrichtung ebenfalls verwendet werden, um die
Klebstoffzusammensetzung auf die dielektrische Schicht 15 aufzutragen.
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Um
entlang des Innenleiters 10 des Kabels niedrige Dichten
des schaumförmigen
Dielektrikums zu erzeugen, kann das oben beschriebene Verfahren so
geändert
werden, dass ein Gradient oder ein Dielektrikum mit graduierter
Dichte bereitgestellt wird. Zum Beispiel können für ein mehrlagiges Dielektrikum
mit einer inneren Schaumstoffschicht niedriger Dichte und einer äußeren Schicht
aus Schaumstoff oder Feststoff hoher Dichte die Polymerzusammensetzungen,
welche die Schichten des Dielektrikums bilden, zusammen coextrudiert
und weiter mit der Klebstoffzusammensetzung coextrudiert werden, welche
die Klebstoffschicht 23 bildet. Alternativ dazu können die
dielektrischen Schichten getrennt unter Verwendung hintereinandergeschalteter
Extrudervorrichtungen extrudiert werden. Andere geeignete Verfahren
können
ebenfalls verwendet werden. Zum Beispiel kann die Temperatur des
Innenleiters 10 erhöht
werden, um die Größe der Zellen
entlang des Innenleiters zu erhöhen
und somit ihre Dichte zu reduzieren, um ein Dielektrikum mit einer
radial zunehmenden Dichte zu bilden.
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Nach
dem Verlassen der Extrudervorrichtung 66 kann die mit Klebstoff
beschichtete Seele 20 durch eine Klebstofftrocknungsstation 67 wie
zum Beispiel einen beheizten Tunnel oder eine beheizte Kammer geführt werden.
Nach Verlassen der Trocknungsstation 67 wird die Seele
durch eine Kühlstation 68 wie
zum Beispiel einen Wassertrog geführt. Danach wird Wasser im
Allgemeinen von der Seele 20 durch ein Luftgebläse 69 oder
eine ähnliche
Vorrichtung entfernt. An diesem Punkt kann die mit Klebstoff beschichtete
Seele 20 auf geeigneten Behältern wie zum Beispiel Rollen 70 gesammelt
werden, bevor sie weiter durch den Rest des in 5 dargestellten Herstellungsverfahrens
geführt
wird. Alternativ dazu kann die mit Klebstoff beschichtete Seele 20 kontinuierlich
durch den Rest des Herstellungsverfahrens geführt werden, ohne auf den Rollen 70 gesammelt zu
werden.
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Wie
in 5 dargestellt, kann die mit Klebstoff beschichtete
Seele 20 von Rollen 70 heruntergezogen und weiter
bearbeitet werden, um das Koaxialkabel zu bilden. Normalerweise
wird die mit Klebstoff beschichtete Seele 20 durch Führen der
mit Klebstoff beschichteten Seele durch eine Reihe von Richtwalzen 71 geradegerichtet.
Ein schmaler länglicher
Streifen S2 aus einer geeigneten Versorgungsquelle wie zum Beispiel
einer Rolle 72 wird dann um die zugeführte Seele geführt und
durch Führungswalzen 73 in
eine im Allgemeinen zylindrische Form gebogen, um die Seele lose
zu umschließen.
Vorzugsweise ist der Streifen 52 aus Kupfer gebildet. Einander
gegenüberliegende
Längskanten
des so gebildeten Streifens S2 werden dann so bewegt, dass sie aneinanderstoßen, und
der Streifen wird durch eine Schweißvorrichtung 74 geführt, die
eine Verschweißung 22 in
Längsrichtung
durch Verbinden der aneinanderstoßenden Ränder des Streifens S2 bildet. Der
in Längsrichtung
verschweißte
Streifen bildet eine elektrisch und mechanisch kontinuierliche Ummantelung 21,
welche die Seele 20 lose umgibt. Vorzugsweise wird Wolfram-Schutzgasschweißen ausgeführt, um
die einander gegenüberliegenden
Längskanten
des Streifens S2 zu verbinden, wobei jedoch auch andere Schweißverfahren
verwendet werden können,
wie Plasmaschweißen
oder Hochfrequenz-Induktionsschweißen (in Verbindung mit dem Abschaben
des Schweißgrates),
um die Verschweißung 22 in
Längsrichtung
in der Ummantelung 21 auszubilden.
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Sobald
die Verschweißung 22 in
Längsrichtung
in der Ummantelung 21 ausgebildet ist, werden die Seele 20 und
die Ummantelung, die gleichzeitig zugeführt werden, durch wenigstens
eine Absenkdüse 80 bewegt,
welche die Ummantelung auf die Kabelseele absenkt und dadurch eine
Kompression der dielektrischen Schicht 15 verursacht. Vorzugsweise wird
ein Schmiermittel auf die Oberfläche
der Ummantelung 21 aufgebracht, während sie sich durch die Absenkdüse 80 bewegt.
Sobald die Ummantelung auf der Seele 20 ausgebildet ist,
wird jegliches Schmiermittel auf der Außenseite der Ummantelung entfernt,
um die Fähigkeit
der Ummantelung, sich mit dem Schutzmantel 24 zu verkleben,
zu erhöhen.
Eine Klebstoffschicht 25 und der Schutzmantel 24 werden dann
auf der Außenseite
der Ummantelung 21 ausgebildet. Bei der vorliegenden Erfindung
wird der äußere Schutzmantel 24 durch
Zuführen
der Seele 20 und der umgebenden Ummantelung 21 durch
eine Extrudervorrichtung 82 bereitgestellt, wo eine Polymerzusammensetzung
konzentrisch um die Klebstoffschicht 25 herum extrudiert
wird, um den Schutzmantel 24 zu bilden. Vorzugsweise wird
eine geschmolzene Klebstoffzusammensetzung wie zum Beispiel ein
EAA-Copolymer konzentrisch
um die Ummantelung 21 herum zusammen mit der Polymerzusammensetzung
coextrudiert, die konzentrisch um die geschmolzene Klebstoffzusammensetzung
herum angeordnet ist, um die Klebstoffschicht 25 und den
Schutzmantel 24 zu bilden. Wenn mehrere Polymerschichten
zur Bildung des Mantels 24 verwendet werden, können die
Polymerzusammensetzungen, welche die mehreren Schichten bilden,
gemeinsam in umgebender Beziehung und mit der Klebstoffzusammensetzung,
welche die Klebstoffschicht 25 bildet, coextrudiert werden,
um den Schutzmantel zu bilden. Zusätzlich kann ein länglicher Leuchtstreifen aus
einer Polymerzusammensetzung, der sich farblich von dem Schutzmantel 24 unterscheidet,
zu Zwecken der Kennzeichnung mit der Polymerzusammensetzung, die
den Mantel bildet, coextrudiert werden.
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Die
Hitze der Polymerzusammensetzung, die den Schutzmantel 24 bildet,
dient zum Aktivieren der Klebstoffschicht 23, um eine Klebstoffverbindung zwischen
der Innenseite der Ummantelung 21 und der Außenseite
der dielektrischen Schicht 15 zu bilden. Sobald der Schutzmantel 24 aufgebracht
worden ist, wird das Koaxialkabel in der Folge abgeschreckt, um
die Materialien in dem Koaxialkabel abzukühlen und zu härten. Sobald
das Koaxialkabel abgeschreckt und getrocknet worden ist, kann das
so erzeugte Kabel dann auf geeigneten Behältern gesammelt werden, beispielsweise
auf Rollen 84, die für
die Lagerung und den Versand geeignet sind.
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Die
Koaxialkabel der vorliegenden Erfindung sind vorteilhafterweise
so gestaltet, dass sie die Biegeeigenschaften des Koaxialkabels
verbessern. Die Koaxialkabel der vorliegenden Erfindung sind insbesondere
so gestaltet, dass sie Knicken, Plattdrücken oder Zusammenfallen des
Innenleiters 10 und der äußeren metallischen Ummantelung 21 während des Biegens
des Kabels begrenzen. Während
des Biegens des Kabels wird eine Seite des Kabels gestreckt und
einer Zugbelastung unterworfen, und die andere Seite des Kabels
wird komprimiert und einer Druckbelastung unterworfen. Wenn der
Kunststoffstab 12 und die Seele 20 bei radialer
Kompression ausreichend steif sind und die lokalen Quetschkräfte des
Innenleiters 10 und der Ummantelung 21 ausreichend gering
sind, werden die gespannten Seiten des Innenleiters und der Ummantelung
länger,
indem sie in Längsrichtung
nachgeben, um dem Biegen des Kabels Rechnung zu tragen. Infolgedessen
werden die Kompressionsseiten des Innenleiters 10 und der
Ummantelung 21 vorzugsweise kürzer, um das Biegen des Kabels
zu erlauben. Wenn die Kompressionsseiten des Kunststoffstabes und
der Ummantelung nicht kürzer
werden, kann die Druckbelastung, die durch das Biegen des Kabels
ausgeübt
wird, zu einem Knicken des Innenleiters oder der Ummantelung führen.
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Die
Polymerschichten, die sich auf der Kompressions- und der Spannungsseite
des Innenleiters 10 und der äußeren metallischen Ummantelung 21 befinden,
bieten beim Biegen eine Stütze
für den
Innenleiter und die Ummantelung. Ferner erleichtern die Klebstoffschichten 14, 16, 23 und 25 nicht
nur das Verkleben zwischen den Polymerschichten und dem Innenleiter 10 und
der Ummantelung 21, sondern unterstützen ferner den Innenleiter
und die Ummantelung beim Biegen. Daher verhindern der Kunststoffstab 12,
die dielektrische Schaumstoffschicht 15 und die entsprechenden
Klebstoffschichten Knicken, Plattdrücken oder Zusammenfallen des
Innenleiters 10 und der Ummantelung 21 während des
Biegens.
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Zusätzlich zur
Verbesserung der Biegeeigenschaften des Innenleiters 10,
stellt der Kunststoffstab 12 weitere Vorzüge bei Koaxialkabeln
der vorliegenden Erfindung bereit. Insbesondere erlaubt der Kunststoffstab 12,
dass ein dünner
Metallstreifen als Innenleiter 10 in den Koaxialkabeln
der Erfindung verwendet wird, und zwar mit viel geringeren Kosten als
bei gerippten leitfähigen
inneren Schläuchen,
die bei herkömmlichen
Kabeln mit großem
Durchmesser verwendet werden. Ferner kann der Kunststoffstab 12 die
Migration von Wasser in das Koaxialkabel und insbesondere innerhalb
des Innenleiters 10 verhindern oder stark reduzieren. Die
Klebstoffschichten und die dielektrische Schaumstoffschicht 15 in
dem Kabel haben auch den Vorteil, dass sie die Migration von Wasser
durch das Kabel verhindern und im Allgemeinen das Kabel mit besseren
Biegeeigenschaften versehen. Darüber
hinaus können
die Kabel, weil glattwandige Leiter bei den erfindungsgemäßen Kabeln
verwendet werden können,
auf einfache Weise während
der Installation angeschlossen werden, insbesondere im Vergleich
zu ähnlichen
Kabeln mit gerippten Innen- und Außenleitern.
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Die
Koaxialkabel der vorliegenden Erfindung haben im Vergleich zu herkömmlichen
Koaxialkabeln bessere Biegeeigenschaften. Die Koaxialkabel der Erfindung
sind bei verlustarmen Koaxialkabeln mit großem Durchmesser, die einen
Ummantelungsdurchmesser von 1,0 Inch (2,5 cm) oder mehr haben, besonders
nützlich.
Bei diesen Kabeln kann der feste Innenleiter, der bei herkömmlichen
Kabeln verwendet wird, durch einen Innenleiter 10 ersetzt
werden. Da Hochfrequenzsignale auf der Außenseite des Innenleiters transportiert
werden, werden durch diesen Ersatz die Ausbreitungseigenschaften
des Kabels nicht verschlechtert. Außerdem werden die Biegeeigenschaften
des Kabels nicht verschlechtert, da der Innenleiter 10 beim
Biegen durch den Kunststoffstab 12 gestützt wird. Daher wird die Menge
an leitfähigem
Material verringert und somit auch die Kosten für das im Kabel verwendete Material.
Infolgedessen können
die Koaxialkabel für
Hochfrequenzanwendungen verwendet werden, z.B. bei Anwendungen mit
50 Ohm. Obwohl die Koaxialkabel der vorliegenden Erfindung bei Kabelanwendungen
mit großem Durchmesser
verwendet wurden, können
die Koaxialkabel der Erfindung auch bei Kabeln mit kleinerem Durchmesser
verwendet werden, d.h. bei Kabeln mit einem Durchmesser von weniger
als 2,5 cm (1,0 Inch), um dieselben Vorteile bereitzustellen wie
oben beschrieben.
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Wie
oben beschrieben, haben die Koaxialkabel der vorliegenden Erfindung
hervorragende Biegeeigenschaften. Die Koaxialkabel der vorliegenden
Erfindung haben insbesondere ein Steifigkeitsverhältnis zwischen
Seele und Ummantelung von mindestens 5 und vorzugsweise mindestens
10. Zudem ist der Mindestbiegeradius bei den Koaxialkabeln der Erfindung
deutlich geringer als 10 Kabeldurchmesser, eher in der Größenordnung
von etwa 7 Kabeldurchmessern oder weniger. Ferner ist die Wanddicke
der rohrförmigen
Ummantelung des Kabels derart, dass das Verhältnis von Wanddicke zu ihrem
Außendurchmesser
(T/D-Verhältnis)
nicht größer ist
als ungefähr
1,6 Prozent und vorzugsweise nicht größer als ungefähr 1,0 Prozent
und mehr bevorzugt nicht größer als
0,6. Die reduzierte Wanddicke der Ummantelung trägt zu den Biegeeigenschaften
des Koaxialkabels bei und verringert die Dämpfung der Hochfrequenzsignale
in dem Koaxialkabel in vorteilhafter Weise.