EP2878042B1

EP2878042B1 - Hf-koaxialkabel mit winkelsteckverbindung sowie verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: EP2878042B1
Application number: EP13739360.9A
Authority: EP
Inventors: Bernd ZIMMERHÄCKEL; Ingolf FISCHER; Falk MUTZE
Original assignee: Spinner GmbH
Current assignee: Spinner GmbH
Priority date: 2012-07-20
Filing date: 2013-07-19
Publication date: 2016-09-14
Anticipated expiration: 2033-07-19
Also published as: US20150236458A1; DE102012014425A1; WO2014012675A1; CN104508916A; CN104508916B; US9748711B2; EP2878042A1

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf ein HF-Koaxialkabel mit einem Kabelinnen- und Kabelaussenleiter sowie einer Winkelsteckverbindung an mindestens einem seiner beiden Kabelenden. Derartige HF-Winkelsteckverbindungen ermöglichen eine weitgehend verlustfreie, HF-Signal-Umlenkung, vorzugsweise um 90°, und werden typischerweise zu Zwecken der HF-Signaleinkopplung in bzw. HF-Signalauskopplung aus HF-Gerätekomponenten eingesetzt. Besonders vorteilhaft ist die nur geringe Bauhöhe derartiger Winkelsteckverbindungen, die vor allem in beengten Montageräumen, wie sie häufig an Geräterückwänden vorherrschen, eine zuverlässige HF-Signalverbindung erst ermöglicht.

Stand der Technik

Ein gattungsgemäßer HF-Koaxial-Winkelsteckverbinder ist in der Druckschrift DE 198 54 503 C1 beschrieben, der einen Steckverbinder-Innenleiter vorsieht, der von einer aus dielektrischem Material bestehenden Isolierstütze innerhalb eines metallischen Gehäuses, das zugleich den Steckverbinder-Aussenleiter darstellt, zentriert wird. Rechtwinklig zu einer dem metallischen Gehäuse zuordenbaren Gehäuseachse ist eine Aufnahmeöffnung für ein stirnseitig konfektioniertes HF-Koaxialkabel vorgesehen. Zum Zwecke des festen Fügens des Kabelinnen- und außenleiters mit den entsprechenden gehäuseseitig vorgesehenen Innen- und Außenleiterbereichen ist eine seitlich am metallischen Gehäuse verschließbare Zugangsöffnung vorgesehen, durch die hindurch Lötverbindungen zwischen den jeweiligen Innen- und Außenleitern vorgenommen werden müssen, die jedoch als umständliche Montageschritte gelten und somit zu einem erheblichen Teil der Gestehungskosten beitragen.
Aus der DE 38 36 141 A1 geht eine Winkelsteckverbindung für Hochfrequenz-Koaxialkabel hervor, die aufgrund ihres einfacheren Aufbaus mit geringeren Herstellkosten realisierbar ist. Die bekannte Winkelsteckverbindung sieht hierzu ein flexibles HF-Koaxialkabel vor, dessen Kabelaußenleiter aus einem Drahtgeflecht besteht und dessen konfektioniertes Kabelende mit einem speziell geformten, geraden Steckverbinder verbunden wird. Der Steckverbinder weist eine den Kabelaußenleiter umfassende Kontakthülse auf, die über eine Hülsenöffnung verfügt, die es ermöglicht, den Hülsenbereich samt des innen liegenden Koaxialkabels um 90° zu biegen, wobei darauf zu achten ist, dass der Kabelinnenleiter im Bereich der Abwinkelung seine Isolation behält und der Krümmungsradius von Kabelinnen- und-außenleiter so bemessen ist, dass der Wellenwiderstand des Koaxialkabels, insbesondere im Bereich der Knickstelle, gleich bleibt. Zu Zwecken der Steckerstabilisierung, des Schutzes sowie einer verbesserten Handhabung ist der fertig montierte Stecker mit einer entsprechenden Kunststoffummantelung umspritzt. Einen ähnlich einfachen Aufbau sieht das in der Druckschrift DE 103 50 763 A1 erläuterte Koaxialkabel mit Winkelsteckverbindung vor, bei der die Richtungsumlenkung um 90° zur HF-Signalleitung durch die Biegung eines flexiblen Koaxialkabels realisiert ist. In diesem Fall ist das konfektionierte Koaxialkabelende mit einem an sich bekannten, geraden Steckverbinder verbunden, dessen unmittelbar aus dem Steckverbinder herausragender HF-Koaxialkabelstrang eine 90°-Biegung aufweist, zu deren Formerhaltung ein aus thermoplastischer Kunststoff bestehendes Formteil dient. Das flexible HF-Koaxialkabel besitzt einen aus metallischem Geflecht bestehenden Aussenleiter.
Die Druckschrift DE 18 01 189 A offenbart einen rechtwinkligen Koaxialkabelanschluss, mit verringerten elektrischen Verlusten. Ausdrücklich wird darauf verwiesen, dass bei Verformungen eines Koaxialkabels mit zu engen Radien elektrische Verluste ansteigen. Es wird vorgeschlagen, das Koaxialkabel in einem weichen Bogen zu biegen, wobei in einem Steckergehäuseteil extra eine schlitzförmige Ausnehmung eingebracht ist, durch die das Kabel im Verformungsbereich möglichst unter Ausbildung eines weichen Bogens verformt wird.
Die Druckschrift FR 2 503 942 A1 befasst sich mit der Herstellung eines gebogenen Semi-Rigid-Kabels, möglichst unter Vermeidung von mechanischen und elektrischen Diskontinuitäten im Außenleiter, die in Form von Mikrorissen durch den Verformungsvorgang auftreten können. Es wird vorgeschlagen nach dem Biegen des Semit-Rigid-Kabels den Außenleiter elektrolytisch zu beschichten, z.B. mit einer Schichtdicke von 2,2 mm, um die elektrischen Eigenschaften zu verbessern. Schließlich geht aus der Druckschrift DE 30 48 781 A1 ein flexibles Koaxialkabel hervor mit einem als Aussenleiter ausgebildeten Außenleitergeflecht. Es wird vorgeschlagen den Außenüberzug des Koaxialkabels im Biegebereich zu entfernen, so dass das Außenleitergeflecht freiliegt. Anschließend wird das Koaxialkabel gebogen und die Biegung durch ein Aushärtungsmaterial fixiert. Als Aushärtematerial sind Lötmaterial bzw. auf Harzbasis aufgebaute Klebstoffe bevorzugt.
Die US2011/0312210 A1 offenbart ein HF-Koaxialkabel entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein HF-Koaxialkabel in Form eines Wellmantelkabels, mit einem Kabelinnen- und Kabelaußenleiter sowie einer Winkelsteckverbindung an mindestens einem seiner beiden Kabelenden derart weiterzubilden, dass der Herstellungsaufwand deutlich reduziert werden soll, wobei die hochfrequenztechnischen Signalübertragungseigenschaften, insbesondere bei hohen Frequenzen, bspw. größer 4 GHz, signifikant verbessert werden sollen. Dabei gilt es, die Baugrößen von bisher bekannten Winkelsteckverbindern, so insbesondere deren Bauhöhe nicht zu überschreiten, sondern eher zu verkleinern.
Sämtliche hierfür zu treffenden Maßnahmen sollen mit verfahrenstechnisch einfachen Mitteln, insbesondere von Konfektionsbetrieben umsetzbar sein. Auch sollten die zur Herstellung der Winkelsteckverbindung erforderliche zu bevorratende Teilevielfalt, der Logistik- und Lageraufwand maßgeblich reduziert werden.
Die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Gegenstand des Anspruches 8 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Winkelsteckverbindung. Den lösungsgemäßen Gedanken in vorteilhafter Weise ausbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der weiteren Beschreibung, insbesondere in Bezugnahme auf die illustrierten Ausführungsbeispiele, zu entnehmen.
Ein lösungsgemäß ausgebildetes HF-Koaxialkabel mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 zeichnet sich durch ein an sich bekanntes, konventionelles Wellmantelkabel mit einem als metallisches Wellrohr ausgebildeten Kabelaußenleiter und einem Kabelinnenleiter aus, dem eine Leitungsimpedanz Z_k sowie ein, zumeist vom Kabelhersteller vorgegebener, minimaler Biegeradius r_k,min zugeordnet sind. An wenigstens einem Kabelende ist ein gerader Steckverbinder angebracht. Zur Verbindung mit dem Steckverbinder ist das wenigstens eine Kabelende des Wellmantelkabels konfektioniert, d.h. der stirnseitig freigelegte Kabelinnenleiter ist mit einem Innenleiter des geraden Steckverbinders und der Kabelaußenleiter mit einem Außenleiter des geraden Steckverbinders gefügt. Mittel-oder unmittelbar im Anschluss an den geraden Steckverbinder besitzt das Wellmantelkabel eine Biegung mit einem Biegeradius r_α, der signifikant kleiner ist als der vom Kabelhersteller vorgegebene, minimale Biegeradius r_k,min. Signifikant kleiner bedeutet im lösungsgemäßen Sinne einen Biegeradius r_α für den gilt: 0,2 r_k,min ≤ r_α ≤ 0,9 r_k,min, vorzugsweise 0,3 r_k,min ≤ r_α ≤ 0,7 r_k,min, besonders vorzugsweise 0,4 r_k,min ≤ r_α ≤ 0,6 r_k,min
Zudem verfügt das lösungsgemäß dimensioniert gebogene Wellmantelkabel über eine Leitungsimpedanz Z_α für die gilt: $|Z_{α} - Z_{k}| \leq 1 Ω$
d.h., trotz Biegung des Wellmantelkabels mit einem signifikant kleineren Biegeradius als jener, der herstellerseitig als minimaler Biegeradius vorgegeben wird, verfügt das lösungsgemäße HF-Koaxialkabel mit Winkelsteckverbindung über HF-Überragungsqualitäten, die jenen, eines unverformten Wellmantelkabels entsprechen oder zumindest weitgehend entsprechen. Das lösungsgemäße HF-Koaxialkabel zeichnet sich somit insbesondere durch eine Biegung mit dem Biegeradius r_α aus, die durch Kaltformung des Wellmantelkabels unter Einbringung einer Biegekraft quer zum Wellmantelkabel sowie einer Zugkraft längs des Wellmantelkabels erzeugt ist. Durch den aufeinander abgestimmten Krafteintrag in Bezug auf die Biege- und Zugkraft ist sichergestellt, dass die für eine verlustfreie HF-Signalausbreitung längs des Wellmantelkabels charakteristische Wellmantelkabel-Geometrie durch die Biegung nicht oder zumindest nicht nennenswert geändert wird. Unter der für die HF-Signalausbreitung charakteristischen Wellmantel-Geometrie ist insbesondere ein dem Wellmantelkabel elektrisch wirksamer Durchmesser zu verstehen, der der Hälfte der Summe aus jeweils einem den gewellt ausgebildeten Kabelaußenleiter zuordenbaren maximalen und minimalen Durchmesser entspricht. Für eine ungehinderte HF-Signalausbreitung längs des lösungsgemäß gebogenen Wellmantelkabelabschnittes weicht der elektrische Durchmesser des Wellmantelkabels im Bereich des Biegeradius r_α um weniger als 10% vom elektrischen Durchmesser im übrigen, d.h. nicht gebogenen bzw. geformten Wellmantelkabelbereich ab.
Durch die lösungsgemäße Biegung des Wellmantelkabels mit den geforderten Biegeradien von weit unter den herstellerseitig angegebenen minimalen Biegeradien greift der lösungsgemäße Gedanke zwar die Idee jener bekannten HF-Koaxialkabel-Winkelsteckverbindungen auf, bei denen die HF-Signalausbreitungsrichtung um 90° durch die Biegung eines entsprechend flexibel ausgestalteten Koaxialkabels realisiert ist, doch setzt sich die lösungsgemäße Idee gezielt über die herstellerseitig gesetzten technisch vertretbaren Anwendungsgrenzen bei Wellmantelkabel bezüglich des Nichtunterschreitens vorgegebener Minimalbiegeradien hinweg. Diese signifikante Unterschreitung des Biegeradius schafft erst die Voraussetzung dafür, kompakte Bauhöhen für die Ausbildung einer Winkelsteckverbindung auf Basis eines Wellmantelkabels zu schaffen, die mit den Bauhöhen konventioneller Winkelsteckverbindungen vergleichbar sind. Durch die Verwendung von lösungsgemäß gebogenen Wellmantelkabeln ergeben sich jedoch im Unterschied zu konventionellen Koaxialkabeln mit Winkelsteckverbindungen neben einer, im Folgenden noch zu erläuternden, einfacheren Montage bzw. Herstellung der Winkelverbindung signifikant bessere HF-Signalübertragungsqualitäten, insbesondere bei Frequenzen von größer 4 GHz.
Das lösungsgemäße HF-Koaxialkabel mit einer Winkelsteckverbindung lässt sich grundsätzlich mit Wellmantelkabel aller standardisierten Durchmesserklassen 1/8" bis 5/8" realisieren. So sind für Wellmantelkabel mit einen Nenndurchmesser von 1/8" lösungsgemäß minimale Biegeradien r_α von 4 mm bis 10 mm realisierbar, wobei der herstellerseitig angegebene minimale Biegeradius r_k,min typischerweise mit 18 mm angegeben wird. Im Falle von ¼"-Wellmantelkabel können minimale Biegeradien r_α von 5 mm bis 15 mm realisiert werden, wobei r_k,min typischerweise 25 mm beträgt. Für Wellmantelkabel mit einem Nenndurchmesser von 3/8" sind minimale Biegeradien r_α von 7 mm bis 20 mm realisierbar, für die herstellerseitig ein minimaler Biegeradius r_k,min von 25 mm angegeben ist. Schließlich sind für ½"-Wellmantelkabel minimale Biegeradien r_α zwischen 9 und 25 mm realisierbar, wobei herstellerseitig r_k,min mit 32 mm angegeben wird. Grundsätzlich eignen sich sämtliche marktübliche Wellmantelkabel für die Realisierung eines HF-Koaxialkabels mit Winkelsteckverbinder im lösungsgemäßen Sinne, dies betrifft standardisierte Wellmantelkabel, insbesondere auch superflexible Wellmantelkabel, die über eine spiralgewellte Außenleiterkontur, d.h. mit Steigung, verfügen.
Zur Herstellung des lösungsgemäßen HF-Koaxialkabels mit Winkelsteckverbindung bedarf es zunächst der Konfektionierung wenigstens eines Kabelendes, wobei der Kabelaußenleiter sowie das Kabeldielektrikum gegenüber dem Kabelinnenleiter zurückgesetzt werden. Falls vorhanden, wird der das HF-Wellmantelkabel schützende Kabelmantel ebenfalls bereichsweise abgesetzt.
In einem nächsten Schritt wird ein gerader Steckverbinder mit dem vorstehend erläuterten hergerichteten Kabelende durch Fügen des Kabelinnenleiters mit dem Innenleiter des geraden Steckverbinders sowie des Kabelaußenleiters mit einem Außenleiter des geraden Steckverbinders verbunden, vorzugsweise durch Löten, Crimpen oder ähnliche Fügeverfahren fest verbunden. Selbstverständlich sind auch lösbar feste Fügetechniken anwendbar. Beispielsweise kann der Kabelinnenleiter durch Lamellieren oder federkraftbeaufschlagtes Kontaktieren mit einer steckerseitigen Innenleiterstruktur verbunden werden. Der hierfür erforderliche Montageaufwand ist verglichen zu aus mehreren Komponenten zusammengesetzten Winkelsteckverbindern, wie sie aus der eingangs gewürdigten Druckschrift DE 198 54 503 C1 zu entnehmen sind, weitaus geringer.
Anschließend gilt es, das geradlinig vom Steckverbinder ausgehende Wellmantelkabel in einem Bereich, vorzugsweise unmittelbar im Anschluss an den Steckverbinder zu biegen. Der Biegevorgang erfolgt mittels Kaltformen unter Einwirken einer quer zur Längserstreckung des HF-Wellmantelkabels gerichteten Biegekraft sowie einer längs zum HF-Wellmantelkabel orientierten Zugkraft derart, dass das Wellmantelkabel mittel- oder unmittelbar im Anschluss an den geraden Steckverbinder eine dauerhafte Biegung mit einem Biegeradius r_α mit r_α < r_k,min erfährt, durch den die Leitungsimpedanz Z_k des geradlinig verlaufenden, unverformten Wellmantelkabels um maximal 1 Ohm verändert wird, wodurch sich die Rückflussdämpfung a_r des konventionellen Wellmantelkabels in Abhängigkeit der Frequenz um bis 2 % durch die Biegung mit dem Biegeradius r_α ändern kann.
Die in Abhängigkeit der auf das Wellmantelkabel einwirkenden Biegekraft zusätzlich längs des Wellmantelkabels einwirkende Zugkraft gilt unter der Maßgabe zu wählen, einerseits die Wellenkontur des radial zum Biegeradius nach innen gewandten Kabelaußenleiters zu strecken, so dass einem unmittelbaren gegenseitigen Anliegen benachbarter Wellenstrukturseitenflächen entgegengewirkt wird, zum anderen gilt es jedoch, Rissbildungen aufgrund von Überstreckungen bzw. Überdehnungen an der der Biegung radial nach außen gewandten Außenleiteroberfläche auszuschließen.
Optional wird der lösungsgemäße kalt verformte Biegebereich des Wellmantelkabels mit einer Umhüllung versehen, die sowohl Schutz- als auch Stützfunktion für den gebogenen Bereich des HF-Wellmantelkabels ausübt. In vorteilhafter Weise wird der gebogene Kabelbereich mit dem daran angebrachten Steckverbinder in eine entsprechend vorgefertigte Gießform eingelegt und im Rahmen eines nachfolgenden Molding-Prozesses mit einer entsprechenden Umhüllung unter Verwendung eines geeignet gewählten thermoplastischen Werkstoffes versehen. Je nach funktionalem Anspruch kann der gebogene Wellmantelkabelbereich alternativ mit einem Heißkleber, einem Schrumpfschlauch oder einer geeignet ausgebildeten Tülle schützend umgeben werden.
Mit dem vorstehend erläuterten Verfahren sind HF-Winkelsteckverbinder realisierbar, die sich durch die lösungsgemäße Verwendung eines HF-Wellmantelkabels auszeichnen, deren lösungsgemäß durch Kaltformen erzeugte Biegung einen signifikant kleineren Biegeradius aufweist, als der jeweils herstellerseitig zulässige minimale Biegeradius. So weist beispielsweise ein lösungsgemäß ausgebildeter Winkelsteckverbinder unter Verwendung eines ¼"-Wellmantelkabels eine Bauhöhe von lediglich ca. 40 mm auf. Zwar ist eine derartige Bauhöhe mit herkömmlichen Winkelsteckverbindungen realisierbar, jedoch nicht unter Verwendung einer konventionellen geraden Steckverbindung an einem Wellmantelkabel, das nach Herstellerangaben minimal gebogen und darüber hinaus dauerhaft dem technischen Standard entsprechende HF-Übertragungsqualitäten aufweisen würde.
In einer weiterführenden Ausführungsform ist es denkbar, den Bereich der Kabelbiegung nicht unmittelbar im Anschluss an den geraden Steckverbinder längs des Wellmantelkabels vorzusehen, sondern in einem geeigneten Bereich, der beabstandet zu dem wenigstens einen endseitig am Kabel angebrachten Steckverbinder liegt. Gleichwohl der Hauptaspekt des lösungsgemäßen HF-Koaxialkabels mit Winkelsteckverbindung typischerweise einen Biegewinkel β von 90° mit einem Toleranzbereich von ± 5°, d.h. 85° ≤ β ≤ 95°, sind Biegungen längs des Wellmantelkabels auch mit hiervon abweichenden Biegungswinkeln β, beispielsweise β = 60°, denkbar.
Die Raumform der Winkelsteckverbindung und damit verbunden der Biegewinkel können dauerhaft fixiert werden, bspw. durch Vorsehen von thermoplastisch angespritzten Geometrien an der gefertigten Winkelsteckverbindung, wie Stege, Wülste, Lappen, siebartige Gebilde. Diese Geometrien erfordern keinen Mehraufwand und können für weitere Funktionen genutzt werden wie Kennzeichnungen, angehängte Schutzkappen, eingebettete Funktionsteile etc..
Auch lassen sich längs eines HF-Wellmantelkabels unter Verwendung des vorgeschlagenen Kaltformverfahrens durchaus auch mehrere Biegebereiche vorsehen.

Kurze Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1: Längsschnitt durch ein lösungsgemäß ausgebildetes HF-Koaxialkabel mit einer Winkelsteckverbindung,
Fig. 2: Längsschnitt durch ein gebogenes Wellmantelkabel zur Illustration des elektrischen Durchmessers,
Fig. 3: Längsschnitt durch ein am Kabelende eines Wellmantelkabels angebrachten geraden Steckverbinders,
Fig. 4a-c: Sequenzbilddarstellung zum lösungsgemäßen Kaltformen des Wellmantelkabels mit geradem Steckverbinder,
Fig. 5: alternative Biegevorrichtung für ein Wellmantelkabel zur Herstellung minimalster Biegeradien sowie
Fig. 6: Diagramm zur Gegenüberstellung des Stehwellenverhältnisses zwischen einer geraden, einer lösungsgemäß gebogenen Ausführung und einer konventionellen Winkelsteckverbindung mit montierbarem Steckverbinder.

Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit

Figur 1 zeigt eine Längsschnittdarstellung zu einem lösungsgemäß ausgebildeten HF-Koaxialkabel mit einer Winkelsteckverbindung. Das lösungsgemäß in Anwendung kommende HF-Koaxialkabel stellt ein konventionelles Wellmantelkabel 1 dar, das über einen spiralförmig wellig korrugierten Kabelaußenleiter 2 sowie einen innerhalb eines Kabeldielektrikums 3 zentrisch zum Kabelaußenleiter 2 geführten Kabelinnenleiter 4 verfügt. Typischerweise ist der Kabelaußenleiter 2 von einem Kunststoffmantel 5 umgeben.
Das in Figur 1 konfektionierte Kabelende des Wellmantelkabels 1 weist ein vorstehendes Ende 41 des Kabelinnenleiters 4 gegenüber einem zurückgesetzten Kabeldielektrikum 3 sowie Kabelaußenleiter 2 auf. Das Ende 41 des Kabelinnenleiters 4 mündet in eine Aufnahmeöffnung innerhalb eines steckerseitig vorgesehenen Innenleiters 42, der elektrisch isoliert gegenüber einem steckerseitigen Außenleiter 6 in einem Isolierstück 7 gefasst ist. Das Ende des Kabelaußenleiters 2 ist außenseitig von einer Aufnahmehülse 61 des Steckeraußenleiters 6 umgeben, und an diese, vorzugsweise mittels einer Lötverbindung 62 fest gefügt. Außenseitig am Steckeraußenleiter 6 ist zudem eine Überwurfmutter 8 längs beweglich und nicht verlierbar angebracht. Der in Figur 1 endseitig mit dem Wellmantelkabel 1 fest verbundene Steckverbinder S stellt einen an sich bekannten geraden Steckverbinder dar, zu dessen Anbringung an das vorkonfektionierte Kabelende des Wellmantelkabels 1 gängige und einfach zu beherrschende Fügetechniken eingesetzt werden können. Zusätzlich ist eine Umhüllung 10 um den gebogenen und von der Kabelummantelung 5 freigelegten Bereich des Wellmantelkabels 1 vorgesehen, die vorzugsweise im Rahmen eines thermoplastischen Formvorganges herstellbar ist und neben einer mechanischen Stützfunktion auch eine Dicht- und Schutzfunktion gegenüber äußeren Einflüssen gewährt.
Die Neuartigkeit der in Figur 1 dargestellten Winkelsteckverbindung liegt zum einen in der Verwendung des Wellmantelkabels 1, an dessen konfektionierten Kabelende ein gerader, d. h. konventioneller Steckverbinder S angebracht ist, wobei das Wellmantelkabel 1 eine Biegung aufweist, die durch einen einheitlichen Biegeradius r_α charakterisiert ist, der lösungsgemäß signifikant kleiner gewählt ist als ein von Seiten des Herstellers des Wellmantelkabels 1 als zulässig bezeichneter minimaler Biegeradius r_k,min. Erst durch eine signifikante Unterschreitung des herstellerseitig als zulässig bezeichneten minimalen Biegeradius r_k,min ist eine Winkelsteckverbindung realisierbar, deren Bauhöhe h den Dimensionen von bekannten Winkelsteckverbindungen entspricht bzw. unterboten wird.
Der tatsächlich erzielbare Biegeradius r_α bemisst sich an einer der Biegung nach innen gewandten Umfangskontur längs des Kabelaussenleiters 2, die wie im Weiteren noch erläutert wird, in Kontakt mit einem entsprechend konfektionierten Biegewerkzeug tritt. Weitere applikationsspezifische Eigenschaften sind mit der Umhüllung realisierbar.
Die am Wellmantelkabel 1 vorzunehmende Biegung erfolgt im Rahmen eines Kaltformprozesses, der unter maßgeblicher Beachtung der Nichtbeeinträchtigung des elektrisch wirksamen Durchmessers d_e durchzuführen ist. Der für ein Wellmantelkabel 1 elektrisch wirksame Durchmesser d_e, der entscheidenden Einfluss auf die HF-Signalübertragung längs des Wellmantelkabels 1 besitzt, setzt sich aus der Hälfte der Summe des dem Wellmantelkabel 1 aufgrund seiner korrugierten Kabelaußenleiterstruktur maximalen und minimalen Durchmesser zusammen.
In Figur 2, die einen Längsschnitt eines gebogenen Wellmantelkabels 1 zeigt, das endseitig mit einem näher in Figur 1 erläuterten geraden Steckverbinder S verbunden ist, ist der dielektrische Durchmesser d_e anhand zweier strichlierter Linien l₁, l₂ illustriert. Beide strichlierten Linien l₁, l₂ verlaufen jeweils mittig durch die wellige Querschnittskontur des Kabelaußenleiters 2. Um die geforderten HF-Übertragungsqualitäten längs des Wellmantelkabels 1 trotz signifikanter Unterschreitung des herstellerseitig als zulässig bezeichneten minimalen Biegeradius r_k,min unverändert zu erhalten, gilt es die Biegung längs des Wellmantelkabels 1 mit unveränderten dielektrischem Durchmesser d_e durchzuführen, d. h. der elektrisch wirksame Durchmesser d_e an den repräsentativ eingezeichneten Kabelstellen A, B, C, D sind bestenfalls identisch. Eine tolerierbare Abweichung der tatsächlichen Kabeldurchmesser an den Stellen C, B im Vergleich zu einem nicht gebogenen Kabelbereich, bspw. A, D darf maximal 10% betragen.
Zur Herstellung der lösungsgemäßen Winkelsteckverbindung wird ein gerades Ende eines Wellmantelkabels 1 durch Zurücksetzen des äußeren Kabelmantels 5 bis zum Kabelmantelende 51, des Kabelaußenleiters 2 und gleichsam des Kabeldielektrikums 3 gegenüber dem Kabelinnenleiter 4 vorbereitet und bereitgestellt (siehe Figur 3). Nur der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass der Kabelmantel 5 nur bis zum Kabelmantelende 52 gekürzt wird, wenn keine nachfolgende Biegung des Kabelmantels 1 erfolgt.
Im Anschluss wird ein konventioneller gerader Steckverbinder S an das konfektionierte Kabelende gefügt, wobei der Steckerinnenleiter 42 mit dem freigelegten Kabelinnenleiter 4 fest verbunden, bspw. verlötet oder gecrimpt wird. Im Anschluss daran wird der Steckeraußenleiter 6 aufgeschoben oder alternativ aufgeschraubt und mit dem Kabelaußenleiter 2 verlötet, geklemmt, geschweißt oder anderweitig fest verbunden. Dabei kann der gerade Steckverbinder S vorher komplettiert sein, bspw. mit einer Überwurfmutter 8, einem Isolierteil 7 ggf. mit einer Dichtung 9. Alternativ kann der gerade Steckverbinder S als Stecker, als Kuppler oder hybrid ausgeführt sein.
Im nächsten Schritt erfolgt der Kaltformvorgang, der unter Bezugnahme auf die Figuren 4a bis c anhand eines ersten Ausführungsbeispiels erläutert wird. In Figur 4a ist ein Haltemittel 12 dargestellt, das über eine Aufnahmeöffnung 13 verfügt, die gegenkonturiert an einen abstützenden Abschnitt der Steckverbindung S angepasst ist, so dass der gerade Steckverbinder S lösbar fest relativ zum stationär angebrachten Haltemittel 12 fixiert ist. Am Haltemittel 12 grenzt einseitig längs des Wellmantelkabels 1 eine Biegekulisse 14 an, deren Biegekontur einem vorgegebenen Biegeradius r_α entspricht. Beabstandet zum Haltemittel 12 ist das Wellmantelkabel 1 mit einer Spann- und Zugvorrichtung 15 verbunden, die sowohl eine längs in Kabellängserstreckung L orientierte Zugkraft F_z als auch eine quer zur Kabellängserstreckung L auf das Wellmantelkabel 1 gerichtete Biegekraft F_r erzeugt, wie dies in Figur 4b illustriert ist. Hierbei wird das Spann-/Zugelement 15 samt Wellmantelkabel 1 um die Biegekulisse 14 kraftbeaufschlagt geführt, so dass sich der von der Kabelummantelung 5 freigelegte Bereich des Wellmantelkabels 1 an die Oberfläche der Biegekulisse 14 in der in Figur 4b dargestellten Weise anschmiegt. Der Biegevorgang wird beendet, sobald das Spann-/Zugelement 15 das Wellmantelkabel 1 um 90° kalt verformt hat, wie dies in Figur 4c illustriert ist.
In vorteilhafter Weise weist die Biegekulisse 14 eine konkav ausgebildete Kontaktfläche auf, mit der die Biegekulisse 14 mit wenigstens einem Achtel, vorzugsweise bis zur Hälfte des Umfangsrandes des korrugierten Kabelaußenleiters des Wellmantelkabels 1 in Kontakt tritt. Die konkave Ausbildung der Biegekulisse 14 unterstützt die Formerhaltung der Querschnittsgeometrie des Wellmantelkabels 1 und damit verbunden den gleichbleibenden elektrisch wirksamen Durchmessers d_e während des Kaltformvorganges.
Von zentraler Bedeutung ist die Abstimmung der auf das Wellmantelkabel 1 während des Kaltformvorganges einwirkenden Kräfte F_z sowie F_r. Insbesondere bei der Wahl der längs des Wellmantelkabel 1 wirkenden Zugkraft F_z gilt es darauf zu achten, dass die der Biegekulisse 14 unmittelbar zugewandten Innenflächen 16, 17 zweier benachbarter Wellenkulissen (siehe Figur 2) durch eine entsprechende Streckwirkung voneinander beabstandet und nicht durch den Biegevorgang zusammengedrückt werden. Zum anderen darf die Zugkraft F_z nicht dazu führen, dass sich auf der der Biegekulisse 14 abgewandte Seite des Kabelaußenleiters 2 Risse oder sonstige Materialdegradationen ausbilden. Somit ist der für den Biegevorgang investierte und auf das Wellmantelkabel einwirkende Krafteintrag, der sich durch die Summe aus Zugkraft Fz und Biegekraft Fr zusammensetzt, jeweils in Abhängigkeit von Größe und Materialart sowie auch von der Materialzusammensetzung des Wellmantelkabels individuell zu wählen, so dass die Verformung einerseits eine plastische Verformung darstellt, d.h. die durch den Formvorgang erzielbare gewünschte, gebogene Raumform des Wellmantelkabels bleibt ohne weiteren Krafteintrag erhalten, und andererseits zu keinen der vorstehend erläuterten Materialdegradationen führt.
Figur 5 zeigt ein alternatives Biegewerkzeug mit einer stationär angebrachten Biegekulisse 11, zu der schwenkbar ein Haltemittel 18 angebracht ist, in das der gerade Steckverbinder S lösbarfest fix einlegbar ist. Gemeinsam mit dem schwenkbar um die Biegekulisse 11 angebrachten Haltemittel 18 ist ein Roll- bzw. Gleitkörper 19 vorgesehen, der zum Umfangsrand der Biegekulisse 11 radial beabstandet angebracht ist. Während des Schwenkvorganges übt der Roll- bzw. Gleitkörper 19 eine orthogonal auf die Biegekulisse 11 gerichtete Anpresskraft auf das Wellmantelkabel 1 aus, wodurch das Wellmantelkabel 1 unter Zugrundelegung der Biegekontur der Biegekulisse 11 kalt verformt wird. Längs des Wellmantelkabels 1 wird das Wellmantelkabel 1 mit einer Rückhaltekraft F_R gegen eine ebenso stationär angebrachte Führungseinheit 20 angedrückt wird. Hierdurch erfährt das Wellmantelkabel 1 während des Schwenkvorganges eine längs des Wellmantelkabels orientierte Zugspannung, die gemeinsam mit der Biegekraft zur lösungsgemäßen Kaltverformung führt. Auch in diesem Fall gilt es die Rückhaltekraft F_R, durch die die in Verbindung mit den Figuren 4a bis c erläuterte Zug- und Biegekraft im Wesentlichen vorgegeben werden, so zu wählen, dass eine plastische und die korrugierte Aussenkontur des Wellmantelkabels beibehaltende Verformung erzielt wird, durch die keine oder zumindest keine nennenswerten die HF-Übertragungseigenschaften des gebogenen Wellmantelkabels beeinflussende Deformationen oder Materialdegradationen auftreten.
In Figur 6 ist hierzu ein Diagramm zur Gegenüberstellung des Stehwellenverhältnisses zwischen einem geraden, siehe Funktion 1, einem lösungsgemäß gebogenen Wellmantelkabel mit Winkelsteckverbinder, siehe Funktion 2 und einer konventionell gebogenen Winkelsteckverbindung mit montierbarem Steckverbinder, siehe Funktion 3. Das Stehwellenverhältnis ist ein Maß für die stehende Welle, die längs eines Wellenleiters durch Reflexion entsteht. Bei einem Stehwellenverhältnis nahe dem Wert 1 wird nahezu die gesamte eingespeiste HF-Leistung durch die Übertragungsleitung in einen Verbraucher übertragen. Dies ist der angestrebte Zustand, wenn die Leitung der Energieübertragung dient. Mit zunehmenden Werten des Stehwellenverhältnisses nehmen der reflektierte Anteil und damit die Verlust zu. Bei dem illustrierten Diagramm ist längs der Ordinate, das so genannte elektrische Spannungs-Stehwellenverhältnis (VSWR: voltage standing wave ratio) in Abhängigkeit der längs der Abszisse aufgetragenen Frequenz f von 0 bis 6000 MHz gezeigt.
Ausgehend von einem geradlinigen, d.h. ungebogenen Wellmantelkabel, an dem zur Einspeisung eines HF-Signals ein gerader Stecker angebracht ist, zeigen sich VSWR-Werte von nahe 1 bis maximal 1,04. Mit einem lösungsgemäß gebogenen Wellmantelkabel lassen sich VSWR-Wert im Bereich von 1 und maximal 1,08 im angegebenen Frequenzbereich von 0 bis 6000 MHz erzielen. Hingegen zeigt sich bei einem konventionell mit einem Winkelstecker konfektionierten Wellmantelkabel ein deutlicher Anstieg des VSWR-Wertes bei Frequenzen ab etwa 4500 MHz.
Darüber hinaus eröffnet der einfache Aufbau der lösungsgemäß ausgebildeten Winkelsteckverbindung, nicht zuletzt aufgrund einer reduzierten Anzahl von Einzelteilen, eine signifikante Reduzierung von Intermodulationsrisiken, die bei konventionell ausgebildeten Winkelsteckverbindungen bereits aufgrund ihres komplexen und vielkomponentigen Aufbaus durchaus in Erscheinung treten.

Bezugszeichenliste

1: Wellmantelkabel
2: Kabelaußenleiter
3: Kabeldielektrikum
4: Kabelinnenleiter
41: Ende des Kabelinnenleiters
42: Steckerinnenleiter
5: Kabelmantel
51: Kabelmantelende für Winkelsteckverbindung
52: Kabelmantelende für gerade Steckverbindung
6: Steckeraußenleiter
61: Aufnahmehülse
62: Lötverbindung
7: Isolierstütze
8: Überwurfmutter
9: Dichtung
10: Ummantelung
11: Biegekulisse
12: Haltemittel
13: Ausnehmung
14: Biegekulisse
15: Spann-/Zugelement
16: Innenfläche einer Kabelaussenleiter-Wellenkulisse
17: Innenfläche einer Kabelaussenleiter Wellenkulisse
18: Haltemittel
19: Roll- bzw. Gleitkörper
20: Führungseinheit
S: Steckverbinder
h: Bauhöhe
Fz: Zugkraft
Fr: Biegekraft
FR: Rückhaltekraft

Claims

HF-Koaxialkabel mit einem Kabelinnen- und Kabelaussenleiter sowie einer Winkelsteckverbindung an mindestens einem seiner beiden Kabelenden, wobei
- dass das HF-Koaxialkabel als konventionelles Wellmantelkabel mit einem als metallisches Wellrohr ausgebildeten Kabelaussenleiter ausgebildet ist, dem eine Leitungsimpedanz Z_k sowie ein minimaler Biegeradius r_k, min zugeordnet sind, und wobei

- an dem wenigstens einen Kabelende der Kabelinnenleiter mit einem Innenleiter eines geraden Steckverbinders und der Kabelaussenleiter mit einem Aussenleiter des geraden Steckverbinders gefügt sind,

- dadurch gekennzeichnet, dass das Wellmantelkabel mittel- oder unmittelbar im Anschluss an den geraden Steckverbinder eine Biegung mit einem Biegeradius r_α mit 0,2 r_k,min ≤ r_α ≤ 0,9 r_k,min besitzt, durch den die Leitungsimpedanz Z_k um maximal 1 Ohm verändert ist, und

- dass die Biegung mit dem Biegeradius r_α durch Kaltverformung des Wellmantelkabels unter Einbringung von Biege- und längs des Wellmantelkabels gerichteten Zugkräften erzeugt ist.
HF-Koaxialkabel nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass dem konventionellen Wellmantelkabel eine Rückflussdämpfung a_r zugeordnet ist, die durch die Biegung mit dem Biegeradius r_α um maximal 2 % verändert ist.
HF-Koaxialkabel nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass dem Kabelaussenleiter ein elektrisch wirksamer Durchmesser d_e zugeordnet ist, der der Hälfte der Summe aus jeweils einem dem Kabelaussenleiter zuordenbaren maximalen und minimalen Durchmesser entspricht, und dass der elektrische Durchmesser d_e im Bereich des Biegeradius r_α um weniger als 10 % vom elektrischen Durchmesser im übrigen Wellmantelkabelbereich abweicht.
HF-Koaxialkabel nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass das Wellmantelkabel einer der nachfolgenden Durchmesserklassen entspricht: 1/8", ¼", 3/8", ½", 5/8".
HF-Koaxialkabel nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass das Wellmantelkabel im Bereich des Biegeradius r_α eine Kabelbiegung β, mit 85° ≤ β ≤ 95°aufweist.
HF-Koaxialkabel nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass r_α in Abhängigkeit der Kabelgröße zwischen 5 mm bis 50 mm beträgt, bei einem Wellmantelkabel mit einem Nenn-Durchmesser von 1/8", ¼", 3/8", ½", 5/8".
Verfahren zur Herstellung einer Winkelsteckverbindung am Kabelende eines biegsamen HF-Koaxialkabels mit einem Kabelinnen- und Kabelaussenleiter,
dadurch gekennzeichnet,
- Bereitstellen eines geraden, d.h. unverformten, HF-Wellmantelkabels mit einem als metallisches Wellrohr ausgebildeten Kabelaussenleiter, der den in einem Kabeldielektrikum eingebetteten Kabelinnenleiter zentrisch umschließt, dem eine Leitungsimpedanz Z_k sowie ein minimaler Biegeradius r_k,min zugeordnet sind,

- Herrichten des Kabelendes zumindest durch stufenweises Zurücksetzen des Kabelaussenleiters und des Kabeldielektrikums gegenüber dem Kabelinnenleiter und falls vorhanden eines Kabelmantels gegenüber dem Kabelaussenleiter,

- Verbinden eines geraden Steckverbinders mit dem hergerichteten Kabelende durch Fügen des Kabelinnenleiters mit einem Innenleiter des geraden Steckverbinders und des Kabelaussenleiters mit einem Aussenleiter des geraden Steckverbinders,

- Kaltformen eines mittel- oder unmittelbar an den Steckverbinder angrenzenden Bereiches des HF-Wellmantelkabels unter Einwirken einer quer zur Längserstreckung des HF-Wellmantelkabels gerichteten Biegekraft sowie einer längs zum HF-Wellmantelkabel orientierten Zugkraft derart, dass das Wellmantelkabel mittel- oder unmittelbar im Anschluss an den geraden Steckverbinder eine dauerhafte Biegung mit einem Biegeradius r_α mit 0,2 r_k,min ≤ rα ≤ 0,9 r_k,min erfährt, durch den die Leitungsimpedanz Z_k um maximal 1 Ohm verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass das Kaltformen des HF-Wellmantelkabels derart durchgeführt wird, dass der fest an das Kabelende gefügte Steckverbinder an einem schwenkbar relativ zu einer Biegekulisse geführten Haltemittel lösbar fest angebracht wird,
dass das Haltemittel samt Steckverbinder und dem daran gefügten HF-Wellmantelkabel relativ zur Biegekulisse geschwenkt wird, während sich der mittel-oder unmittelbare an den Steckverbinder angrenzende Bereich des HF-Wellmantelkabels unter Einwirkung der Biegekraft in Form einer orthogonal auf die Biegekulisse orientierten Anpresskraft an die Biegekulisse anschmiegt, und
dass das HF-Wellmantelkabel an einem zur Steckverbindung beabstandet liegenden Bereich mit einer axial längs des HF-Wellmantelkabels wirkenden Rückstellkraft beaufschlagt wird, die während des Schwenkens des Haltemittels die Zugspannung innerhalb des HF-Wellmantelkabels erzeugt.
Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass während des Schwenkens des Haltemittels relativ zur Biegekulisse das HF-Wellmantelkabel mit einer orthogonal auf die Biegekulisse orientierten Anpresskraft beaufschlagt wird.
Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass die Anpresskraft vermittels eines Roll- oder Gleitkörpers erzeugt wird, der relativ zur Biegekulisse geführt wird und mit dem HF-Wellmantelkabel mittels Roll- oder Gleitkontakt kraftbeaufschlagt in Berührung tritt.
Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass das Kaltformen des HF-Wellmantelkabels derart durchgeführt wird, dass der fest an das Kabelende gefügte gerade Steckverbinder in einem stationären Haltemittel fixiert wird,
dass das mittel- oder unmittelbar vom geraden Steckverbinder ausgehende HF-Wellmantelkabel über eine fest relativ zum stationären Haltemittel angeordnete Biegekulisse unter Erzeugung einer an die Biegekulisse gerichteten Anpresskraft, vermittels einer längs des HF-Wellmantelkabels wirkenden Zugkraft erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, dass das HF-Wellmantelkabel wenigstens mit einem Achtel seines Umfangsrandes mit der Biegekulisse in Kontakt tritt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, dass die Biegekraft sowie die Zugspannung während des Kaltformens derart aufeinander abgestimmt werden, dass ein für das HF-Wellmantelkabel charakteristischer elektrischer Durchmesser d_e im Bereich des kaltverformten HF-Wellmantelkabels um weniger als 10 % vom elektrischen Durchmesser im übrigen Wellmantelkabelbereich abweicht.
Verwendung eines HF-Koaxialkabels nach einem der Ansprüche 1 bis 6 für eine platzsparende Verbindung in Form eines 90°-Winkelsteckverbinder mit einem Gegensteckverbinder
Verwendung eines HF-Koaxialkabels nach einem der Ansprüche 1 bis 6 für die Signalübertragung mit Frequenzen größer 4 GHz zu mess- oder kalibriertechnischen Einsatzzwecken.