EP0503129A1

EP0503129A1 - Koaxiales elektrisches Hochfrequenzkabel

Info

Publication number: EP0503129A1
Application number: EP91113722A
Authority: EP
Inventors: Peter Madry; Helmut Hildebrand
Original assignee: Kabelmetal Electro GmbH; Alcatel NV
Current assignee: Kabelmetal Electro GmbH; Alcatel Lucent NV
Priority date: 1991-03-09
Filing date: 1991-08-16
Publication date: 1992-09-16
Also published as: US5262593A; FI920994A; FI920994A0; JPH0620534A; CA2062421A1

Abstract

Bei einem koaxialen elektrischen Hochfrequenzkabel mit zwischen dem Innenleiter (1) und dem Außenleiter angeordneter Abstandshalterung besteht diese zum Funktionserhalt auch bei erhöhten Umgebungstemperaturen aus einer Profilwendel (2) oder auch aus einzelnen Formstücken aus Glas- oder keramischen Werkstoffen. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein koaxiales elektrisches Hochfrequenzkabel mit zwischen Innen- und Außenleiter angeordneter Abstandshalterung.
Bekannt ist bereits ein koaxiales Hochfrequenz-Leistungs-Kabel, bei dem zwischen Innenleiter und Außenleiter eine Abstandshalterung aus Einzelstücken vorgesehen ist, die aus Keramik bestehen. Diese Einzelstücke sind auf dem Innenleiter in Achsrichtung gegeneinander versetzt angeordnet und mit diesem einzeln verschraubt (DE-OS 33 04 957). Zwar sind auch diese bekannten Kabel geeignet, unter Feuereinwirkung weitgehend betriebsbereit zu sein, fertigungstechnisch ist diese Konstruktion jedoch sehr aufwendig, abgesehen davon, daß die für die Befestigung der Einzelstücke auf den Innenleiter verwendeten Befestigungsschrauben aus elektrischen Gründen oft unerwünscht sind.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein koaxiales Hochfrequenzkabel zu schaffen, das auch unter Feuereinwirkung betriebsfähig, dessen Herstellung kostengünstig und das frei von die Übertragungsqualität nachteilig beeinflussenden Zusatzmaterialien im Dielektrikum, insbesondere Metallen, ist.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß als Abstandshalterung eine Profilwendel dient, die aus Glas- oder keramischen Werkstoffen besteht oder diese überwiegend enthält. Eine solche Profilwendel ist mit dem heute in der Kabeltechnik vorhandenen üblichen Maschinenanlagen problemlos aufzubringen, eine elektrische Beeinflussung der Übertragungseigenschaften durch Fremdmaterialien ist ausgeschlossen, das erfindungsgemäße Kabel ist auch unter Feuereinwirkung betriebsfähig. Das ist besonders wichtig z. B. bei der Speisung eines Notrufsenders oder eines für Steuer- oder Meldezwecke verwendeten sogenannten abstrahlenden Hochfrequenzkabels, das etwa der Zugüberwachung dient und in einem Tunnel angeordnet ist, aber auch für solche Speise- oder Steuerkabel, die auf Ölplattformen oder solchen für Off-Shore-Zwecke installiert und gegen Feuereinwirkung besonders zu schützen sind.
Die gleichen Vorteile ergeben sich bei einer erfindungsgemäßen Varianten, bei der zur Abstandshalterung keramische Formstücke dienen, die durch ihre Formgebung auf dem Innenleiter gehalten werden.
Die Profilwendel aus den feuerfesten Materialien gemäß der Erfindung kann beliebig gestaltet sein, so kann es ein Profilstrang sein, der um den Innenleiter des Hochfrequenzkabels wendelförmig herumgelegt ist. Auch schon aus der Überlegung heraus, den Luftanteil des Dielektrikums im Raum zwischen dem Innen- und dem Außenleiter des feuergeschützten Kabels nach der Erfindung möglichst hoch zu halten, wird nach einem weiteren Erfindungsgedanken der Profilstrang aus geflochtenen Einzelsträngen runden Querschnittes oder aus Einzelfäden hergestellt sein. Dabei können mehrere solcher Profile wiederum miteinander verseilt oder verflochten sein, beispielsweise dann, wenn es darum geht, größere Abstände zwischen dem Innen- und dem Außenleiter des Kabels zu überbrücken, ohne die Flexibilität nachteilig zu beeinflussen.
Vorteilhaft kann es mitunter auch sein, wenn die Profilwendel aus den feuerfesten Materialien einen zusätzlichen feuerfesten Überzug, beispielsweise in Form eines Geflechtes oder Gewebes, erhält, das gilt insbesondere dann, wenn die Wendel selbst aus miteinander verseilten oder verwirkten Einzelsträngen besteht.
Eine andere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich dann, wenn die Profilwendel aus einer Vielzahl auf einem Träger hintereinander angeordneter Profilkörper aus den Glas- oder den keramischen Werkstoffen besteht. Die Profilkörper selbst können beispielsweise Kugeln, Walzen oder auch Rollen sein, die auf einem entsprechenden feuerfesten Trägerfaden oder -strang befestigt bzw. von feuerfesten Fäden umflochten sind.
Als Material für die erfindungsgemäßen Abstandshalter können neben dem Glas auch bekannte Keramika verwendet werden. Diese können durch eingelagerte Glasfasern gegebenenfalls mechanisch verstärkt sein.
Werden, wie nach der Erfindung auch vorgesehen, statt der beschriebenen Profilwendel keramische Formstücke verwendet, dann werden diese vorteilhaft quer zum Innenleiter aufsteckbar sein. Solche Profilkörper können beispielsweise Hohlzylinder mit von den Enden zur Mitte führenden und um mehr als 90° gegeneinander versetzt angeordneten Längsschlitzen sein. Eine vorzugsweise Konstruktion ist die, daß die Längsschlitze um 180° gegeneinander versetzt sind. Dies bedeutet, daß die Profilkörper, die vorgefertigte Elemente sind, in Querrichtung auf den Innenleiter des koaxialen Hochfrequenzkabels gesteckt und anschließend in die Längsachse gedreht werden. Durch den Außenleiter des Kabels wird dieser Zustand des Profilkörpers auf dem Innenleiter fixiert.
Eine andere Ausführungsform der Formstücke sind radial geschlitzte Scheiben, die quer auf den Innenleiter aufgesteckt werden, wobei es zur Stabilität dieser Abstandshalter auf den Innenleiter zweckmäßig sein kann, benachbarte Scheiben gleichmäßig gegeneinander zu verdrehen. Die Formkörper halten so den Innenleiter zuverlässig in seiner zentrischen Lage und werden durch den Außenleiter in ihrer Position auf dem Innenleiter endgültig fixiert.
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich dann, wenn die Formstücke den Innenleiter vollständig umschließende Spritzgußstücke sind. Wie bei anderen bekannten Kabelkonstruktionen der gattungsgemäßen Art, bei denen während der Herstellung Scheiben aus Kunststoff diskontinuierlich auf den Innenleiter aufgespritzt werden, kann in Durchführung der Erfindung zur Herstellung der keramischen Spritzgußstücke eine mit der entsprechenden keramischen Masse gefüllte Spritzgußmaschine verwendet werden, die zunächst die Abstandshalter in Scheibenform auf den durchlaufenden Innenleiter aufspritzt und wobei in Anschluß daran jede Scheibe gesintert oder gebrannt bzw. gegebenenfalls nachbearbeitet wird. Die übliche Weiterverarbeitung so vorbereiteter und mit den Abstandshaltern versehener Innenleiter zum Kabel kann dann in bekannter Weise durchgeführt werden.
Als Material für die erfindungsgemäßen Abstandshalter können bekannte Keramika verwendet werden, die auch gegebenenfalls mit Glasfasern durchsetzt, also zusätzlich verstärkt sind. Geeignet sind in diesem Zusammenhang auch Schaumkeramika, wie sie z. B. unter dem Handelsnamen POROTON bekannt sind. Da diese Materialien hygroskopisch sind, empfiehlt es sich, die Formstücke nach dem Sintern mit einem feuchtigkeitsabweisenden Überzug zu versehen, das kann ein Lack oder auch eine Glasur sein.
Wie bereits erwähnt, finden die erfindungsgemäß feuerfesten Kabel eine besonders vorteilhafte Verwendung in Form sog. abstrahlender Hochfrequenzkabel, das sind koaxiale elektrische Kabel, deren Außenleiter regelmäßige Öffnungen in Form von Schlitzen, Löchern, Aussparungen und dergl. aufweisen. Werden als Außenleiter Metallfolien verwendet, die längseinlaufend um die feuerfesten Abstandshalter herumgelegt werden, dann sind diese in der Regel nicht selbsttragend, insbesondere wenn die Bandkanten zwischen sich einen längsverlaufenden Schlitz freilassen. In solchen oder ähnlichen Fällen hat es sich deshalb als zweckmäßig erwiesen, die von den Abstandshaltern freien Räume zwischen Innen- und Außenleiter ganz oder teilweise mit einem isolierenden Werkstoff zu füllen.
Zur feuerfesten Ausbildung wird dann vorteilhaft der isolierende Werkstoff durch eine feuerfeste Folie oder ein Band, z. B. ein Glas-Glimmer-Band abgedeckt.
Abweichend hiervon kann man aber auch so vorgehen, daß die erfindungsgemäß feuerfesten Abstandshalter, Profilwendel oder Formkörper, von einem Kunststoffschlauch umschlossen werden, der nach außen durch eine feuerfeste Folie oder ein entsprechendes Band abgedeckt ist. Darüber ist dann der Außenleiter des Kabels, auch in nicht selbsttragender Form, angeordnet.
Aber auch für Kabel mit einem selbsttragenden Außenleiter, wo also auf Stützelemente in Form isolierender Werkstoffe, etwa als Stützschlauch, verzichtet werden kann, kann es oft vorteilhaft sein, die Abstandshalter, Profilwendel oder Formkörper, mit einer geschlossenen Lage aus einer feuerfesten Folie oder einem entsprechenden Band zu umgeben. Von besonderer Bedeutung ist diese Maßnahme dann, wenn der selbsttragende Außenleiter nachträglich mit Schlitzen oder Bohrungen versehen wird und die Gefahr besteht, daß Metallsplitter, Späne und dergl. in das Dielektrikum gelangen.
Die Erfindung sei anhand der in den Figuren 1 bis 10 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
In der Fig. 1 ist mit 1 der Innenleiter eines koaxialen Hochfrequenzkabels bezeichnet, um diesen herum gelegt ist eine Wendel 2, die aus einer Glasschnur aus einfachem Glasgarn besteht, das verdrillt, verzwirnt oder verflochten ist, um auf die für einen bestimmten Abstand zwischen Innenleiter und Außenleiter notwendigen Querschnittsabmessungen zu kommen. Diese Glasschnur ist, wie schematisch angedeutet, von einem äußeren Geflecht 3 umgeben, beispielsweise zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit einer solchen Profilwendel.
Sind beispielsweise größere Abstände zwischen dem Innen- und dem Außenleiter des Hochfrequenzkabels zu überbrücken, kann man auch entsprechend der Fig. 2 mehrere der in Fig. 1 dargestellten Schnüre, mit oder ohne Umflechtung, zu einem Strang größeren Querschnittes zusammenführen. Zu diesem Zweck sind beispielsweise entsprechend der Fig. 2 drei Einzelschnüre 2 miteinander zum Formstrang 4 verseilt oder verwirkt, der dann wiederum als Abstandshalter für den konzentrischen Außenleiter auf dem Innenleiter 5 des Hochfrequenzkabels aufgebracht ist.
Für die Erfindung kommt es darauf an, daß im Gegensatz zu bisher üblichen Abstandshaltern ausschließlich aus polymeren Werkstoffen, wenigstens z. T. solche verwendet werden, die auch erhöhten Temperaturen standhalten und nicht wegschmelzen, so daß die Funktionsfähigkeit des Kabels auch im Brandfalle mindestens für eine gewisse Zeit erhalten bleibt. Neben den in den Fig. 1 und 2 beschriebenen Profilwendeln sind deshalb auch Ausführungsformen geeignet, wie sie an einem Beispiel in der Fig. 3 dargestellt sind. Hier sind z. B. kugelförmig ausgebildete Glas- oder Keramikkörper 8 auf oder an einem Trägerfaden 7 befestigt, der zusammen mit den Kugeln zur Abstandshalterung des äußeren nicht dargestellten Außenleiters als Wendel um den Innenleiter 6 herumgelegt ist.
Abweichend hiervon zeigt Fig. 4 eine Abstandshalterwendel, die aus kugelförmig ausgebildeten Glas- oder Keramikkörpern 9 besteht, welche wiederum von einem Geflecht 10 aus Glas- oder Keramikfäden umgeben sind.
Die von den Abstandshaltern freien Räume zwischen Innenleiter und nicht dargestelltem Außenleiter des Hochfrequenzkabels können, insbesondere, wenn der Außenleiter nicht selbsttragend ist, also beispielsweise aus einem um die Abstandshalter herumgelegten Metallband besteht, mit üblichen Materialien gefüllt sein, etwa mit Werkstoffen auf der Basis aufgeschäumten Polyethylens oder anderer extrudierbarer Materialien.
Wie bereits erläutert, werden koaxiale Hochfrequenzkabel z. B. auch eingesetzt bei der Speisung eines Notrufsenders oder als für Steuer- oder Meldezwecke eingesetztes sogenanntes abstrahlendes Hochfrequenzkabel, das etwa zur Zugüberwachung dient und in Tunnels angeordnet ist. Solche Kabel müssen auch dann noch betriebsfähig sein, wenn nach Ausbruch eines Brandes hohe Umgebungstemperaturen in Kabelnähe auftreten. Während die Betriebsfähigkeit der bekannten Kabel mit Abstandshaltern aus polymeren Werkstoffen wegen des Wegschmelzens der Abstandshalter zwischen dem Innen- und Außenleiter bei erhöhten Temperaturen nicht gewährleistet ist, stellen die gemäß der Erfindung vorgesehenen Abstandshalter aus keramischen Werkstoffen sicher, daß auch im Brandfall der zum Kabelbetrieb notwendige Abstand zwischen Innen- und Außenleiter erhalten bleibt.
Um die Funktion des Kabels auch in einem solchen Fall sicherzustellen, zeigt die Fig. 5 ein als Abstandshalter dienendes Formstück 11, das auf den Innenleiter 12 des Hochfrequenzkabels durch Aufstecken befestigt ist. Um das zu erreichen, weist das hohlzylindrische Formstück 11 zwei von den Enden her zur Mitte hin verlaufende Längsschlitze 13 und 14 auf, die eine Durchführen des Innenleiters 12 gestatten und in einem mittleren Bereich 15 enden, der einen freien Durchtritt von oben nach unten in der gewählten Darstellung zuläßt. Mittels der Längsschlitze 13 und 14 sowie der mittleren Ausnehmung 15 ist es möglich, das Formstück 11 quer auf den Innenleiter aufzustecken und anschließend durch Drehen in Achsrichtung des Innenleiters 12 in die dargestellte Lage zu bringen.
So vorbereitete, d. h. mit den Abstandshaltern bereits versehende Innenleiter, können dann, wie üblich, von dem Außenleiter umschlossen werden, der beispielsweise in Form eines längs verlaufenden Kupferbandes oder eines Wellrohres auf die Formstücke 11 konzentrisch zum Innenleiter 12 aufgebracht wird.
Abweichend hiervon zeigt die Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der auf den Innenleiter 16 des feuerfesten koaxialen Hochfrequenzkabels scheibenförmige Abstandshalter 17 aufgesteckt sind. Diese scheibenförmigen Abstandshalter weisen einen Spalt oder eine Öffnung 18 auf, die an die Abmessungen des Innenleiters 16 angepaßt sind. Die durch die Öffnung oder den Spalt gebildeten Enden 19 und 20 des Abstandshalters sind dabei in Richtung des Innenleiters 16 versetzt angeordnet. Hierdurch ergibt sich ein sicherer Halt des Abstandshalters auf dem Innenleiter des Hochfrequenzkabels.
Eine weitere Möglichkeit zur Durchführung des Erfindungsgedankens zeigt die Fig. 7. Hier sind auf den Innenleiter 21 des feuerfesten Hochfrequenzkabels in Abständen scheibenförmige Formstücke 22 aufgebracht, die den Innenleiter 21 vollständig umschließen und durch einen Spritz- oder Spritzgießvorgang aufgebracht sind. Hierzu kann man sich bekannter Techniken bedienen, die beispielsweise darin bestehen, daß eine Mehrzahl dieser scheibenförmigen Abstandshalter gleichzeitig auf einen durchlaufenden Leiter aufgespritzt, anschließend gesintert oder gehärtet und gegebenenfalls nachbehandelt werden, während gleichzeitig aber in einem diskontinuierlichen Arbeitsschritt eine gleiche Anzahl neuer Formstücke auf den Innenleiter 21 aufgespritzt werden.
Für den Fall, daß das für die Abstandshalter nach den Fig. 5 bis 7 verwendete keramische Material zu hygroskopisch ist, um die geforderten Übertragungseigenschaften des erfindungsgemäßen Kabels sicherzustellen, können die entsprechend den Fig. 5 und 6 bereits vorgefertigten, aber auch die durch einen Spritzvorgang entsprechend Fig. 7 auf dem Innenleiter befestigten Profilkörper mit einem geeigneten Überzug versehen sein bzw. nach dem Aufspritzen mit einem solchen Schutz versehen werden.
Möglichkeiten der Ausführung eines erfindungsgemäßen Hochfrequenzkabels mit nicht formstabilem Außenleiter zeigen die Fig. 8 und 9.
So ist entsprechend Fig. 8 der Innenleiter 23 von der Wendel 24 aus feuerfestem Material umgeben, die von der Wendel 24 freien Räume sind z. B. mit einem Zell-Polyethylen 25 ausgefüllt. Dieses Isoliermaterial dient gleichzeitig als Träger für den Außenleiter 26, der z. B. als geschlitzte Metallfolie ausgebildet ist. Um im Brandfalle z. B. und den dabei herrschenden hohen Temperaturen ein Austreten schmelzenden Polyethylens aus dem Außenleiter 26 zu verhindern, ist zwischen isolierendem Polyethylen 25 und Außenleiter 26 eine Schicht 27 aus einer oder mehreren Lagen eines feuerfesten Bandes, etwa ein mit Glimmer beschichtetes Glasgewebeband.
Abweichend von dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 8 beschreibt die Fig. 9 einen Kabelaufbau, bei dem der Innenleiter 28 wiederum von einer Wendel 29 aus feuerfestem Material umgeben ist, zur Abstützung des nicht formstabilen Außenleiters 30 dient hierbei der extrudierte Kunststoffschlauch 31, etwa aus einem geeigneten Polyethylen. Um sicherzustellen, daß bei erhöhten Umgebungstemperaturen schmelzflüssiges Polyethylen durch Strahlungsöffnungen im Außenleiter 30 nicht nach außen gelangt, ist zwischen dem Kunststoffschlauch 31 und dem Außenleiter 30 eine feuerfeste Schicht 32 vorgesehen. Diese besteht z. B. aus einer geschlossenen Lage aus Glimmer- oder Glasgewebebändern.
In der Fig. 10 schließlich ist ein erfindungsgemäßes Kabel mit hochfrequente Signale abstrahlenden Eigenschaften sowie selbsttragendem Außenleiter dargestellt. Auf der den Innenleiter 33 umgebenden Wendel 34 aus feuerfestem Material stützt sich der Außenleiter 35, z. B. in Form eines geschlossenen und gewellten Metallmantels, ab. Da dieser Metallmantel Strahlungsöffnungen 36 aufweist, die nachträglich, z. B. durch Abfräsen der Kuppen auf einer Mantellinie hergestellt werden, ist erfindungsgemäß zwischen Wendel 34 und Außenleiter 35 eine zusätzliche Lage 37 aus Glimmer- oder beschichteten Glasgewebebändern vorgesehen, die in geschlossener Form ein Eindringen von Metallresten, die sich bei der Herstellung der Strahlungsöffnungen 36 ergeben, in den Raum 38 zwischen Innenleiter 33 und Außenleiter 35 ausschließt.
Abweichend von dem in den Fig. 8 bis 10 dargestellten Ausführungsbeispielen können statt der feuerfesten Wendeln selbstverständlich auch die Abstand haltenden Formkörper nach den Fig. 5 bis 7 verwendet werden. Wesentlich für die Erfindung ist, daß bei erhöhten Umgebungstemperaturen, z. B. im Brandfall, die Übertragung hochfrequenter Signale möglich ist.

Claims

Koaxiales elektrisches Hochfrequenzkabel mit zwischen dem Innen- und dem Außenleiter angeordneter Abstandshalterung, dadurch gekennzeichnet, daß als Abstandshalterung eine Profilwendel dient, die aus Glas- oder keramischen Werkstoffen besteht oder diese überwiegend enthält.
Koaxiales elektrisches Hochfrequenzkabel mit zwischen Innen- und Außenleiter angeordneter Abstandshalterung, dadurch gekennzeichnet, daß als Abstandshalterung keramische Formstücke dienen, die durch ihre Formgebung auf dem Innenleiter gehalten sind.
Hochfrequenzkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilwendel aus verseilten oder geflochtenen Einzelsträngen oder -fäden besteht.
Hochfrequenzkabel nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilwendel umflochten ist.
Hochfrequenzkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilwendel aus einer Vielzahl auf einem Träger hintereinander angeordneter Profilkörper aus Glas- oder keramischen Werkstoffen besteht.
Hochfrequenzkabel nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilwendel aus einer Vielzahl von kugel- oder zylinderförmigen Profilkörpern besteht, die von Glas- oder Keramikfäden umflochten oder umsponnen sind.
Hochfrequenzkabel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Formstücke quer zum Innenleiter aufsteckbare Profilkörper sind.
Hochfrequenzkabel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilkörper Hohlzylinder mit von den Enden zur Mitte führenden und um mehr als 90° gegeneinander versetzt angeordneten Längsschlitzen sind.
Hochfrequenzkabel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Formstücke radial geschlitzte Scheiben sind.
Hochfrequenzkabel nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den radialen Schlitz gebildeten Enden in Achsrichtung des Innenleiters versetzt sind.
Hochfrequenzkabel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Formstücke den Innenleiter vollständig umschließende Spritzgußstücke sind.
Hochfrequenzkabel nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Abstandshaltern freien Räume zwischen Innen- und Außenleiter ganz oder teilweise mit einem isolierenden Werkstoff gefüllt sind.
Hochfrequenzkabel nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der isolierende Werkstoff durch eine feuerfeste Folie oder ein entsprechendes Band abgedeckt ist.
Hochfrequenzkabel nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter, Profilwendel oder Formkörper, von einem Kunststoffschlauch umschlossen sind, der nach außen durch eine feuerfeste Folie oder ein entsprechendes Band abgedeckt ist.
Hochfrequenzkabel nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter, Profilwendel oder Formkörper, von einer geschlossenen Lage aus einer feuerfesten Folie oder einem entsprechenden Band umschlossen ist.
Hochfrequenzkabel nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage aus der feuerfesten Folie oder dem Band von einem selbsttragenden Außenleiter in Form eines gewellten und mit Öffnungen versehenen Metallmantel umschlossen ist.