DE959379C - Elektrische Verbindungen fuer Hochfrequenzenergie fuehrende Leiter - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 7. MÄEZ 1957

E 9580 VIIIa J 21 a*

ist in Anspruch genommen

Diese Erfindung betrifft elektrische Verbindungen für Hochfrequenzenergie führende Leiter, insbesondere Kupplungen für Hochfrequenzleitungen.

Bekanntlich treten bei hohen Frequenzen an Verbindungsstellen zweier leitender Materialien, die Hochfrequenzenergie abschirmen oder einschließen, Strahlungsverluste auf. So ist es beispielsweise üblich, zur Verbindung von Hohlrohrleitungen die Enden der Leitungsstücke mit Flanschen zu versehen. Diese Verbindungsflansche werden verschraubt oder anderweitig miteinander verbunden. An solchen Stoßstellen treten jedoch im allgemeinen beträchtliche Verluste elektromagnetischer Energie durch Strahlung an die Umgebung auf. Darüber hinaus können bei hohen Leistungen zwischen den Kontaktflächen Funken überschlagen, was zu dielektrischem Durchschlag im Hohlleiter führt.

Eine andere bekannte Kupplungsanordnung ist die sogenannte »Drosselverbindung«, bei der zwischen den Flanschen Nuten vorgesehen sind. Bei dieser Anordnung werden jedoch Strahlungsverluste und Überschlag nicht vermieden, insbesondere versagt diese Anordnung bei bestimmten

Frequenzen, den sogenannten Eigenwerten der Drossel.

Der Erfindungsgegenstand stellt eine verbesserte Form einer. Hochfrequenzverbindung dar, bei der Strahlungsverluste weitgehend vermindert werden. Die Oberflächenrauhigkeit von Verbindungsflächen einer Hohlleiterkupplung beträgt bei den üblichen maschinellen Bearbeitungsmethoden, von den Erhebungen zu den Vertiefungen gemessen, ίο etwa i,5 · io—³ mm, d. h. der Abstand zwischen den zusammenstoßenden Leitermaterialien beträgt, von Mitte zu Mitte der Erhebungen gemessen, rund i,5 · io—³mm. Tatsächlich ist der Zwischenraum jedoch bedeutend größer, als sich aus dieser allgex5 meinen Betrachtung unter Zugrundelegung der Oberflächenrauhigkeit ergibt. Die Eindringtiefe in Kupfer beträgt bei einer Frequenz von io¹⁰ Hz 66 · io—⁶ cm. Die Energiedichte in den Oberflächen der Kupplungsstellen ist vom Verhältnis zwischen ao der Größe des Zwischenraumes und der Leitschichtdicke abhängig. Bei den bekannten Verbindungen wird aber wegen der geringen Eindringtiefe der Quotient aus der Größe des Zwischenraumes und der Leitschichtdicke und damit die Energiedichte in den Oberflächen iso groß, daß ein beträchtlicher Energieverlust auftritt.

Bei der vorliegenden Erfindung wird die Leitschichtdicke an den Stoßstellen einer Hochfrequenzverbindung wesentlich erhöht, wodurch eine größere Verminderung der Energiedichte in radialer Richtung erreicht wird. Weiterhin wird durch Verkleinerung des Zwischenraumes zwischen den Berührungsflächen in der Umgebung des größten Stromflusses eine Verminderung des radialen Widerstandes bewirkt.

Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, eine elektrische Verbindung für Hochfrequenz führende Leiter, insbesondere Kupplung für Hochfrequenzleitungen, in der Weise auszubilden, daß ein Zwischenstück aus einem Material mit wesentlich größerer, z. B. 5 of acher Leitschichtdicke als Kupfer in Form einer dünnen Schicht in die Untere brechungsfuge der Verbindung eingefügt ist.

Es ist an sich bekannt, in die Unterbrechung einer Abschirmung ein verbindendes Zwischenstück einzufügen, und zwar in Form einer plastischen, aus Metall oder aus einem anderen leitenden Stoff bestehenden Packung. Bei dieser bekannten Anordnung wird dem Zwischenstück die Form eines Drahtes relativ großen Durchmessers gegeben, der sich dann an die zu verbindenden Stellen der Abschirmung anschmiegt und beispielsweise aus Blei besteht, dessen Leitschichtdicke bzw. Eindringtiefe etwa 3,5mal so groß ist wie die von Kupfer. Infolge des großen Durchmessers dieses Zwischenstückes tritt aber bei dieser bekannten Anordnung nicht die Wirkung der erfindungsgemäßen Anordnung auf, denn einerseits wird die Unterbrechungsfuge wegen des großen Durchmessers der Packung wesentlich erhöht, andererseits ist die Leitschichtdicke noch in der Größenordnung der von Kupfer, so daß der Quotir ent aus der Größe des Zwischenraumes und der Leitschichtdicke sehr groß ist im Vergleich zum entsprechenden Quotienten beim Erfindungsgegenstand und somit ein beträchtlicher Energieverlust auftritt. Es ist des weiteren bekannt, die Stirnflächen der Unterbrechungsstelle einer Abschirmung bzw. leitenden Umhüllung so fest zusammenzupressen, gegebenenfalls unter schneidenartiger Ausbildung, daß diese Stirnflächen sozusagen ineinanderfließen. Eine derartige Ausbildung ist jedoch infofern nachteilig, als das Zusammenpressen bis zur Fließgrenze des Materials größere verbleibende Deformationen in den Stirnflächen zurückläßt und somit bei mehrmaligem öffnen der Verbindung einem Entweichen oder Eindringen von Hochfrequenzenergie nicht mehr wirksam vorgebeugt ist.

Bei der Anwendung der Erfindung für Hohlleiterkupplungen kann die übliche Flanschkupplung verwendet werden, wobei 'die sich berührenden Flächen sorgfältig bearbeitet sein müssen. Die Stirnflächen sind mit einem dünnen Überzug aus Graphit oder einem anderen .Material niedriger Leitfähigkeit versehen. Die -mit Graphit überzogene Fläche soll sich von der Hohlleiteröffnung aus in radialer Richtung erstrecken und wenigstens einige Leitschichtdicken breit sein. Die Leitschichtdicke von Graphit ist wesentlich größer als die des Kupfers, etwa um den Faktor 50. Die Dicke der Graphitschicht sollte wenigstens so groß sein wie der nach der Ankupplung verbleibende Zwischenraum zwischen den Stoßflächen. Die Graphitschicht kann beispielsweise durch Reiben eines Graphitstückes über die entsprechenden Kupplungsflächen oder durch Bestreichen der Kontakte mit einer Graphitlösung aufgetragen werden. Des weiteren kann auch eine mit Graphit imprägnierte Dichtungsscheibe von geeigneter Dicke zwischen den Stoßflächen der Kupplung angeordnet werden.

Im allgemeinen sind bei Hohlleiterkupplungen im Rand der Flansche Dichtungsrillen vorgesehen, zwischen die ein geeigneter Dichtungsring gelegt ist, um das Eindringen von Feuchtigkeit zu verhindern. Bei erfindungsgemäßen Anordnungen wird man diese Dichtungsrillen vorzugsweise dicht jenseits der Graphitschicht anordnen und die außerhalb der Dichtungsrillen liegenden Flächen der no Flansche zurückversetzen, so daß sich diese außerhalb der Dichtungsrillen nicht berühren. Die Mittel zur mechanischen Verbindung der Flansche sind ebenfalls in den nach rückwärts versetzten Teilen der Flansche angeordnet. Auf diese Weise werden die in der Nähe der Wandung der Hohlleiter liegenden Kontaktzwischenräumen besonders an den Stellen der Wandung, über die die größten Längsströme fließen, auf ein Minimum herabgesetzt. Zur Verbindung zweier rechteckiger Hohl- iao rohrleitungen wird man die Flansche zweckmäßig durch zwei Schrauben an den Breitseiten der Hohlleiter verbinden und an den Schmalseiten zwei Führungsstifte vorsehen. Die Dichtungsrillen werden in diesem Fall vorzugsweise rechteckig ausgebildet, um die Kupplungsanordnung möglichst

klein halten zu können. Die Erfindung kann natürlich auch zur Kupplung von Hohlleitern mit rundem Querschnitt, für Koaxialleitungen oder für Zweidrahtleitungen Verwendung finden. 5 Obwohl die Erfindung in ihrer Anwendung auf Kupplungen von Hohlleitern und Übertragungsleitungen beschrieben wurde, kann die Erfindung natürlich auch bei anderen Arten von elektrischen Verbindungen für hohe Frequenzen, beispielsweise ίο bei nicht verlöteten Abschirmungen, angewandt werden.

Zweckmäßig bildet man die Berührungsfläche sehr klein aus und legt sie möglichst nahe an die zu verbindenden Stellen der Hochfrequenzabschirmung bzw. Hochfrequenzleitung heran. Durch die Verkleinerung der Berührungsfläche wird der Kontaktdruck an der Berührungsstelle ohne nennenswerten größeren Aufwand erhöht, so daß auch hierdurch die Abstrahlungsverluste wesentlich herabgesetzt werden.

Nachstehend sind noch einige Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäß ausgebildeten Anordnungen wiedergegeben.

Die Abb. 1 zeigt einen Teilabschnitt durch einen Hohlrohrleitungsflansch, der aus zwei scheibenförmigen Ansatzstücken 1, 2 an einer Hohlrohrleitung 3, 3' besteht. An den einander benachbarten Stirnflächen der Flansche 1, 2 sind dünne Graphitschichten 5, 5' aufgebracht, die beim Zusammendrücken der Flansche, beispielsweise mittels der eingezeichneten Schraubverbindung 6, aufeinander zu liegen kommen.

Die Abb. 2 zeigt eine Ausführungsform eines Hohlrohrflansches mit Dichtungsring. Dabei sind die ringförmigen Ansätze 1, 2 mit einer Ringnut 7 versehen, in die ein Dichtungsring 8 aus elastischem Material eingelagert ist. In dem dem hochfrequenzerfüllten Raum benachbarten Abschnitt sind die Flansche 1, 2 an den gegenüberstehenden Stirnflächen mit Zwischenschichten großer Eindringtiefe 5, 5' versehen, die bei der Verbindung der Leitung aufeinander zu liegen kommen. Außerhalb der Ringnut sind in den Flanschen 1, 2 Aussparungen vorgesehen, die gegenüber der Stirnfläche der Schichten 5, 5' jeweils etwas zurückversetzt sind, wodurch erreicht wird, daß der Kontakt bzw. die Berührung jeweils nur an den Stellen S, 5' stattfindet und nicht etwa an dem außerhalb der Ringnut gelegenen Abschnitt 9, 9'. Ebenso wie bei dem Ausführungsbeispiel der Abb. 1 ist eine Schraubverbindung zum Zusammenhalten und im vorliegenden Fall auch zum Aneinanderpressen der zu verbindenden Leitungsteile vorgesehen. . Bei der Ausführungsform nach Abb. 3 ist die Kontaktfläche 10, 10' der einander gegenüberstehenden Stirnflächen der Hochfrequenzraumabschirmung flächenmäßig sehr klein gehalten, so daß infolge des höheren Kontaktdruckes pro Flächeneinheit beim Aneinanderpressen dieser Flächen ebenfalls ein Entweichen von Hochfrequenzenergie weitgehend unterbunden wird. Zur Erhöhung der Sicherheit gegen eine Abstrahlung ist zusätzlich an den Stirnflächen 10, 10' noch ein Zwischenbelag in der vorerwähnten Weise anzubringen. Das Zusammenpressen der Flansche i, 2 erfolgt wieder mittels einer Schraubverbindung, die ebenso wie bei den anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung auch durch irgendeine der anderen bekannten Klemmverbindungen ersetzt werden kann, wobei jedoch darauf zu achten ist, daß der Kontaktdruck an den Flächen 10, 10' hinreichend groß ist. Zweckmäßig wählt man dabei den Kontaktdruck pro Flächeneinheit an der Kontaktfläche so groß, daß das Material der zu verbindenden Abschirmungsteile sozusagen ineinanderfließt, was bei der an sich nicht sehr großen Härte von Kupfer möglich ist. Der erforderliche hohe Kontaktdruck pro Flächeneinheit kann einmal erreicht werden durch entsprechendes Kleinhalten der Kontaktfläche oder durch entsprechend hohen mechanischen Druck an der Kontaktfläche selbst. Des weiteren ist es unter-Umständen zweckmäßig, bei großer Härte des Abschirmmaterials an der Verbindungsstelle entsprechend weicheres Material zwischenzulegen, um so das Ineinanderfließen der Kontaktstellen zu be- g_g günstigen.

Die Abb. 4 zeigt die Verbindung von zwei Teilen einer Abschirmvorrichtung, bei 4er die Wandungsteile 11 und 12 unter Zwischenlage einer dünnen Schicht 13 aus Material mit großer Eindringtiefe zusammengepreßt sind. Der für die Zusammenpressung erforderliche Druck kann durch die Ausbildung der mit den Flächen 11, 12 in Verbindung stehenden Bauteile erzwungen werden. Statt dessen läßt sich jedoch auch eine Schraubverbindung in _eg der Nähe oder an der Kontaktstelle anordnen.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Elektrische Verbindung für Hochfrequenz- _iOo energie führende Leiter, insbesondere Kupplung für Hochfrequenzleitungen, unter Verwendung eines hochfrequenzmäßig abdichtenden Zwischenstückes in der Unterbrechungsfuge, dadurch gekennzeichnet, 'daß das Zwischen- stück aus einem Material mit wesentlich größerer, z. B. sofacher Leitschichtdicke als Kupfer besteht und in Form einer dünnen Schicht in die· Unterbrechungsfuge eingefügt ist.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus Graphit besteht.
3. 3. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück bzw. die Schicht auf die Kontaktflächen aufgebracht ist.
4. 4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktflächen über eine mit einem Halbleitermaterial imprägnierte Dichtung miteinander verbunden sind.
5. 5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfläche dem von der Hochfrequenz erfüllten las Raum eng benachbart angeordnet ist.
6. 6. Anordnung nach einem der Ansprüche ι bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfläche derart klein und der Kontaktdruck so groß gewählt ist, daß die Kontaktflächen der Kupplung ineinanderfließen.
7. 7. Anordnung nach einem der Ansprüche ι bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktflache zusätzlich von einer Feuchtigkeitsdichtung umgeben ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 550 775; UStA.-Patentschrift Nr. 2 604 507.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   & 609 616/36* 8.» (609 833 2.57)