生产用于同轴电缆用绞合内导体的方法以及同轴电缆的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于生产绞合内导体(1)的方法，并且涉及同轴电缆(9)。在第一步骤中，提供绞合内导体(2)，其包括拧在一起的几根导线(3)。随后借助于旋锻设备(10)旋转锻造所述绞合内导体(1)。在进一步的步骤中，被旋转锻造的绞合内导体(3)利用电介质(4)封闭。在进一步的步骤中，利用外导体(5)和电缆护套(6)封闭所述电介质(4)。
【专利说明】生产用于同轴电缆用绞合内导体的方法以及同轴电缆
[0001]本发明涉及用于同轴电缆的内导线的领域，或者涉及用于传递高频信号的同轴电缆的领域。
[0002]用于传递具有高频的信号的同轴电缆为现有技术所公知。这些电缆包括由电介质围绕的内导体以及外导体。
[0003]借助于其可连续地或断续地使塑性材料形变的旋锻机自上世纪开始以来为现有技术所公知。这些旋锻机通常包括成形工具，该成形工具包括被成对布置的彼此相对的二或四个夹具。成形工具的夹具借助于环形辊例如在径向方向上向内偏转。同时，所述夹具在周向上移动。成形工具包括中心的、通常连续的工作开口，该工作开口在纵向上具有锥形横截面。将要被加工的工件可被引入成形工具的工作开口中，并通过同样的开口或者在连续加工的情况下通过第二相反开口被移去。借助于在径向和周向上移动的夹具，使工件在工作开口中连续地发生变形。作为夹具移动的结果，工作开口具有可变的横截面。旋转锻造被用于例如在汽车制造业中的钢缆或锻件的生产。从专利文献中可获知许多应用旋锻机的领域。将在下面简单描述一些选择的实例。
[0004]来自日本矢崎(Yazaki)公司的在2003年11月4日授权的美国专利US6641444B2描述了一种用于借助于旋转锻造连结电缆和电缆末端件的结构和方法。为了这个目的，位于电缆末端的绝缘部分首先被剥离，使得绞合导体被露出。所述绞合导体随后滑入中空圆柱套筒。接着，套筒借助于旋转锻造在径向方向上被压缩。这种压缩使得绞合导体紧密结合，并因此减小了电阻。
[0005]来自日本矢崎(Yazaki)公司的在2007年2月13日授权的美国专利US7174633B2也描述了一种用于将电缆连接到电缆末端件的方法。为此，一种导电性胶粘剂(例如由环氧基树脂和镍粉制成的浆糊)被填充到电缆末端件的管状末端中。接着，被预先剥离的电缆末端的绞合导体被插入孔中。随后管状电缆末端件借助于旋转锻造被径向压缩，并使之与绞合导体紧密接触。浆糊中的镍粉作为导电性填料因此应当破坏金属部件上的任何可能的氧化物层，并且增加导电性。
[0006]来自日本矢崎(Yazaki)公司的日本公报JP7226118A2描述了使用旋锻方法来防止钢缆在随后的轧制过程中的不可控的变形。提供使用多层扭绞的钢缆。轧制过程分别用来减小直径和增加钢缆的长度。
[0007]来自日本矢崎(Yazaki)公司的日本公报JP7249329A2描述了压缩的同轴多层钢缆的生产以及用于其生产的装置。在描述的方法中，缆绳首先由多个导线扭绞而成。在被卷起之前，电缆被径向压紧并且通过旋锻工具使之变形。
[0008]来自日本矢崎(Yazaki)公司的日本专利JP3257388B2描述了用于借助于旋转锻造压缩多层扭绞导线股的多个不同成形工具的几何形状。由于在钢缆和旋锻工具之间的相对旋转可导致对钢缆至少在高压缩水平上的损坏，因此锻造夹具在闭合时不形成圆形横截面，而是形成在夹具边缘为扁平的横截面。
[0009]来自长江精工株式会社(River Seiko KK)和Asahi Optical C0.Ltd.的德国公报DE19835901A1描述了一种内窥镜钢丝圈，其由耐蚀导线制成，并可被用于例如使用高频电流手术切除息肉。根据该DE19835901A1，这种钢丝圈通常由钢绞线制成。相应钢丝圈的常见特征为在其远端的锋利的U形弯曲，该弯曲旨在改进钢丝圈回到套筒形的内窥镜引导工具中的收回。然而实际上，在U形部分中的非常小的曲率半径导致导线股松弛并将不规则地变形，这导致导线的不可控的展开。在高机械应力或者焦耳加热的情况下，这会导致工具损坏。所使用的如在DE19835901A1中描述的方法是基于锻造工艺的，其中扭绞导线通过锻造模具被引导，锻造模具中的孔直径比线股的直径小(8-10.5%)。这导致线股的径向压缩。这样导致成线股的线的变形以及导线之间的间隙消失。在表面处的导线因此被赋予梯形横截面，并且整个扭绞导线被赋予了非常平滑的表面。生成的扭绞导线即使在锋利曲线的情况下也应当保持这种平滑表面，并且不会各自散开成其导线。此外，阐述了根据本发明的导线“看起来质量优越”，并且作为结果，由此生产的钢丝圈工具具有高商业价值。
[0010]来自fcitish Ropes Ltd.的GB794411A于1958年公开，并要求保护一种方法，以及用于实施其的装置，用来处理钢缆从而使得其导线被赋予由于径向外力的影响而偏离圆形的横截面。这种方法的特征在于绳索的轴向偏压，该偏压在变形期间在径向压力的区域中恒定有效。该轴向力与径向力一起，分别导致绳索和绳股长度的增加。选取轴向力使得导线材料开始弯曲。径向力可以借助旋转工具被施加。
[0011]来自日本电缆系统公司(NipponCable Systems Inc.)的 US6023026 于 2000 年公开，并且描述了一种新型的旋锻的锻造钢缆，其具有高机械柔性/柔韧度和高拉伸强度。这些改进的性能是单个绳线与规定的导线直径比的最优组合和变形过程期间的压缩措施的结果。
[0012]来自西部电气公司(WesternElectric C0.1nc.)的 DE1943229 (或 US3651243)首先于1970年公开，并且涉及包括绞合内导体的同轴电缆。通过在绞合过程中改变节距，可降低不期望的反射损耗中的尖峰。
[0013]本发明的一个目的是公开一种方法，该方法分别用于生产用于传输高频信号的改进的绞合内导体或者改进的同轴电缆。
[0014]该目的通过权利要求中限定的方法实现。
[0015]如今，传统的同轴电缆包括由单根导线制成的内导体或者由多根导线制成的绞合内导体。包括多根导线的内导体在被安装在电缆中之前通常被扭绞。在用于高频范围的优质电缆发展期间，已发现插入的绞合导体的内部结构和表面纹理都对其机械性能和电性能具备显著影响。与实芯线导体相比，绞合内导体具有增强的机械柔性，并且更不容易折断。然而，尤其存在绞合内导体在临界弯曲半径以下的曲率展开的风险，换而言之导线的紧密排列变松，且所述导线分离。当使用电缆时，这会导致传输性能上的劣化，并因此导致问题。与包括由单根实芯线制成的内导体的电缆比较，在包括绞合内导体的同轴电缆中，该内导体的结构带来两个优点。一方面，在特定频率下反射损耗(RL)具有最小值，另一方面，插入损耗(IL)增加。
[0016]市场上可买到的用于同轴电缆的绞合内导体具有基于频率的反射损耗(RL)，其对传输性能具有负面影响，并由电缆中存在的裂缝引起。反射损耗表示输入的信号能量与在固定信号频率下反射的信号能量的比值的对数测值。反射损耗通常给定单位dB(分贝)。由于反射的信号能量总是小于输入的信号能量，因此反射损耗总是正值。同轴电缆应基本上被设计成使得最大化反射损耗并因此传递最大的信号能量。典型的反射损耗值在20dB到30dB的范围内，其相当于输入的信号能量的1%或0.1 %的反射信号能量。在包括绞合内导体的同轴电缆中，在由绞合内导体的结构设计给出的信号频率下反射损耗经常表现出最小值。这些最小值在下文将被称作术语RL尖峰。从前述DE1943229可知，RL尖峰可通过沿着绞股改变绞距而降低。绞距或短节距是在沿着绞股的一转期间的扭绞的导线经过的长度。基于设计和生产，绞距可仅在上限和下限之间，换而言之在最小距离和最大距离之间变化。通常，在这些极端值之间的绞距的变化不足以消除所有的RL尖峰。
[0017]存在许多方法来减小IL值。一个昂贵的方法是绞合绝缘(漆包)导线。一个方法是利用例如银或另一提高导电性的材料(贵金属)涂覆绞股。
[0018]前述问题可通过根据本发明的方法减少，并且依照根据本发明的方法生产的同轴电缆的传输性能可被改进。根据本发明的方法可以改进电缆的电气性能，同时可以改进其机械性能。
[0019]一种根据本发明的方法，该方法用于生产同轴电缆，该方法通常包括以下步骤:
[0020]a)通过采用恒定节距和/或可变节距扭绞多根导线来生产绞合内导体；
[0021]b)借助于旋锻设备旋转锻造该绞合内导体；
[0022]c)利用电介质包封该绞合内导体；
[0023]d)利用外导体包封该电介质；
[0024]e)利用外护套包封该外导体。
[0025]在扭绞之前和/或旋转锻造之前根据需要涂覆导线表面。采用由银、金或锡构成的覆层可以获得良好结果。
[0026]依照根据本发明的方法生产的扭绞的、旋转锻造的绞合内导体尤其具有以下优占-
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[0027]a)根据本发明的绞合内导体包括与单根导线的表面相当的均匀外表面。
[0028]b)根据本发明的绞合内导体包括压缩的且更均匀的内表面，其防止有害的氧化物形成。
[0029]c)在旋转锻造期间可避免对单根导线的覆层的损伤。
[0030]d)根据本发明的绞合内导体在信号传输期间具有更低的损耗，这是由于可以获得更加有效的导体表面。
[0031]e)根据本发明的绞合内导体具有降低的RL尖峰。同时，RL水平被提高。
[0032]f)根据本发明的绞合内导体在机械应力下(弯曲，扭转，振动)更不易受影响而散开，换而言之，即使在非常小的弯曲半径的情况下，导线也保持就位并且旋锻的绞合内导体保持其外形。
[0033]g)随着旋转锻造，根据本发明的绞合内导体具有沿其长度保持恒定的横截面。这降低了导线结构中的周期性。这导致RL尖峰降低。
[0034]根据本发明的用于生产用于同轴电缆的绞合内导体或用于生产同轴电缆的方法的一个实施例包括以下步骤:提供包括多根扭绞的导线的绞合内导体；借助于旋锻设备来旋转锻造该绞合内导体，以使导线的横截面彼此相等；利用电介质包封该绞合内导体；利用外导体包封该电介质。导线被有利地旋转锻造直至它们毫无间隙地彼此抵靠。在扭绞期间可以采用恒定的或可变的绞距。根据应用的领域，外导体构造为一层或多层。例如，所述外导体可被形成为编织物(编织外导体)和/或箔状外导体和/或管状外导体和/或带状外导体。电介质可被构造为一层或多层，并且可以借助于连接在旋锻设备下游的设备来施加该电介质。此外，用于向电介质施加外导体的设备可被连接在其下游。在旋转锻造之前导线的表面可根据需要被涂覆。例如，导线的表面可被镀银。如果必要，外导体可借助于接连连接的多个旋锻设备在多个步骤中被旋转锻造。例如，在多层扭绞的绞合内导体的情况下，连续地旋转锻造单层也是可行的。绞合内导体的一些或许多导线旋转锻造过程之间可经受附加方法步骤。
[0035]根据本发明的用于生产绞合内导体或用于生产同轴电缆的设备通常包括一个或更多个旋锻设备，这些旋锻设备布置为从工艺流程上彼此接连。该设备还包括供给装置，该供给装置用于将一个或更多个扭绞的绞合内导体供给到旋锻设备。该设备进一步包括移除装置，该移除装置用于引离旋转锻造的绞合内导体。供给装置可为一个或更多个(特别在多个节距的情况下)接连地连接的绞线机。供给装置也可为供应辊，绞合内导体或其单个节距被缠绕在该供应辊上。移除装置可为用于将电介质施加到旋转锻造的绞合内导体上的机器。
[0036]现在将参考下面附图中描述的实施例更加详细地描述本发明的附加方面，其中:
[0037]图1示出了具有周期性故障的同轴电缆，周期性故障通过外导体中的收缩象征性地被示出；
[0038]图2为示出了根据图1的同轴电缆的基于频率的反射损耗进程的第一曲线图；
[0039]图3为示出了根据本发明的同轴电缆的基于频率的反射损耗进程的第二曲线图；
[0040]图4为用于根据本发明的同轴电缆的根据本发明的内导体的生产的示意图；
[0041]图5为图4中所示的布置的侧视图；
[0042]图6 (a)为扭绞的绞合内导体的显微照片，图6(b)示出了根据图6 (a)的显微照片的轮廓线；
[0043]图7(a)为根据本发明的绞合内导体的显微照片，图7(b)示出了根据图7(a)的显微照片的轮廓线；
[0044]图8为根据本发明的同轴电缆的结构的示意图。
[0045]图1为传统同轴电缆100的高度简化的示意图，如从现有技术获知的，其包括扭绞的绞合内导体。当从纵向(X方向)观察时，所述电缆包括周期性排列的位于外导体中的裂纹101 (示意性地示为半圆形)，并且基于频率对同轴电缆的传输性能和系统性能具有负面影响。裂纹101排列具有λ/2或其倍数(η倍系数)的间隔。裂纹101导致馈送入的输入信号103的部分102在每个裂纹101处被反射。由于裂纹101的周期性，散射回的信号部分在同轴电缆的输入处处于相同相位，并因此增强干涉。这导致在单个频率或在一个窄频带中的反射信号部分的增加。
[0046]图2为示意性地示出包括根据图1的绞合内导体的传统同轴电缆的基于频率的反射损耗特性的第一曲线图。X轴表示频率(f)，y轴表示反射损耗的分贝。对于反射损耗的容许阈值以水平线105的形式示出。可以看出回流进程为强烈振荡的第一曲线106的形式。可以看到在两个狭窄带点107和108反射损耗具有明显的极小值，并且超过了容许阈值105。该极小值被称作术语RL尖峰。
[0047]图3为第二曲线图，以第二曲线109的形式示出了作为频率(X轴)的函数的根据本发明的同轴电缆的反射损耗(y轴)，该同轴电缆包括根据图4的绞合内导体。反射损耗的容许阈值还通过水平线110来表示。如所看到的，根据本发明的电缆不具有超过阈值的RL尖峰，如与从根据图2中的曲线的现有技术获知的电缆的同样的情况。
[0048]图4为从处于未加工的状态I的扭绞的绞合内导体以及处于已加工的状态2的同一绞合内导体的上方的斜向前视立体图。图5是根据图1的布置的侧视图。图6是沿着根据图4的剖面线EE穿过绞合内导体I的剖视图。图7是沿着根据图4的剖面线FF穿过绞合内导体2的剖视图。图8是包括根据本发明的绞合内导体2的同轴电缆9的结构的示意性首1J视图。
[0049]在根据本发明的方法中，借助于旋锻设备10使绞合内导体I变形为已加工的绞合内导体2。
[0050]图6a为传统的扭绞的绞合内导体I的横截面的照片(显微照片)。图6b为同一横截面的图形视图。图7a是根据本发明的旋转锻造的绞合内导体2的横截面的照片(显微照片)。图7b为同一横截面的图形视图。
[0051]当比较图6和7的剖面图像时，显然在旋转锻造前(参见图6a或图6b)导线3排列得相当松散，并且相对于彼此的间隔大，且不必彼此抵接。此外，绞合内导体I包括不规则的和不平整的外表面8。
[0052]相比之下，根据图7a或7b的旋转锻造的绞合内导体2中的导线3被排列成彼此紧密地抵靠，并且之间没有任何空间。当沿横截面观察时，它们具有多边形结构，具有通常四到六个直的或稍弯曲的侧壁25，这些侧壁通过扭结26彼此结合。
[0053]在示出的实施例中,旋锻设备10包括工具11,该工具11在实施例中示为具有四个夹具12。夹具12形成在中心连续的加工开口 13。夹具12由外部撞锤14驱动以便在旋转轴线15的径向方向上(参见箭头22)偏离，同时工作轴16关于旋转轴线15旋转(参见箭头23)，其中夹具12和外部撞锤14被布置为安装在凹部17中。外部撞锤14包括斜坡状扩大部18，该斜坡状扩大部与布置在外环19中且安装在笼体20中的辊21相互作用。外环19在径向方向上支撑辊。通过工作轴16的旋转，斜坡18在辊21上移动，辊21随其旋转，因此向内偏转。这种运动被传递到工具11的夹具12。其他的驱动机构也是可行的。扭绞的绞合导体I在箭头24的方向移动穿过工具11的加工开口 13。导线3因此被压缩，且其横截面如随后的图中所示的那样变形。扭绞的绞合内导体的横截面因此从第一直径Dl减小为第二直径D2。取决于应用领域，直径D2到Dl彼此间的比值典型地为0.5至0.9。大约在0.77以下，导线3之间的所有的中间区域被填满，并且导线能够在纵向方向伸展，这导致内导体2的长度增加。
[0054]特别地，如从图7中可获知的，随着旋转锻造，导线3彼此间紧密地抵靠，并且表现出几乎无间隙的横截面。特别地，导线3的横截面不再是圆形而是为多边形的。在示出的实施例中，绞合导体包括圆形外表面8，其在绞合导线的整个长度上高度地恒定。在一些区域中，内表面7以齿接的方式彼此间抵靠。然而它们形成为使得导线3能够在纵向方向上相对于彼此移位。
[0055]根据本发明的同轴电缆9示于图8中，该同轴电缆包括扭绞的和旋转锻造的绞合内导体2,该绞合内导体2被电介质4包围。电介质4继而被布置为与外表面8同心的外导体5包围。这里，外导体5由保护性外护套6封装。其他外导体5也是可行的，例如绞合内导体2和电介质4也可分别由刚性外导体或壳体(未更详细地示出)包围。使用具有直径在0.1到3mm的绞合内导体可获得良好的结果。所述内导体(取决于应用领域)通常包括7根、19根或37根单个导线。在这种情况下，旋转锻造前单个导线的直径在0.02到0.6mm的范围内。根据本发明的绞合内导体充分地适于高达IlOGHz的超高传输频率。
[0056]附图标记
[0057]I绞合内导体(未加工)26 扭结(导线横截面)
[0058]2绞合内导体(已加工)100 电缆
[0059]3导线(单个导线)101 裂纹
[0060]4电介质102 部分(损耗)
[0061]5外导体103 输入信号
[0062]6外护套104 输出信号
[0063]7内表面105 阈值(损耗)
[0064]8外表面106 第一曲线(损耗)
[0065]9同轴电缆107 损耗尖峰I (阈值)
[0066]10旋锻设备108 损耗尖峰2 (阈值)
[0067]11工具109 第二曲线(损耗)
[0068]12夹具110 阈值(损耗)
[0069]13加工开口
[0070]14外部撞锤
[0071]15旋转轴线
[0072]16工作轴
[0073]17凹部
[0074]18斜坡(斜坡状扩大部)
[0075]19外环
[0076]20笼体
[0077]21辊
[0078]22箭头 I
[0079]23箭头 2
[0080]24箭头 3
[0081]25侧壁(导线横截面)
【权利要求】
1.一种用于生产同轴电缆(9)的方法，该方法包括以下步骤: a)提供绞合内导体(I)，该绞合内导体(I)包括已被扭绞在一起的多根导线(3)； b)借助于旋锻设备(10)旋转锻造所述绞合内导体(I)； c)利用电介质(4)包封所旋转锻造的绞合内导体(2); d)利用外导体(5)包封所述电介质(4)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，被扭绞的所述绞合内导体(I)具有恒定的和/或可变的节距。
3.根据前面任一权利要求所述的方法，其特征在于，利用外护套(6)包封所述外导体(5)。
4.根据前面任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述外导体(5)被生产为编织外导体和/或管状外导体和/或箔状外导体和/或带状外导体。
5.根据前面任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述电介质(4)被设计为多层。
6.根据前面任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述导线(3)的表面被涂覆。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述导线(3)的表面涂覆有金、银或锡。
8.根据前面权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述绞合内导体(I)借助接连连接的多个旋锻设备(10)被旋转锻造。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述旋转锻造的绞合内导体(2)在旋转锻造过程之间经受附加的方法步骤。
10.一种绞合内导体(2)，该绞合内导体(2)根据前面权利要求中任一项所述的方法来生产。
11.一种同轴电缆(9)，该同轴电缆(9)根据权利要求1至9所述的方法来生产。
12.—种设备，该设备用于执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于旋锻设备(10)、将扭绞的绞合内导体(I)供给到所述旋锻设备的供给装置以及用于移除旋转锻造的绞合内导体(2)的移除装置。
13.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述供给装置包括扭绞机。
14.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述供给装置包括供应辊，所述扭绞的绞合内导体(I)被缠绕在该供应辊上。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的设备，其特征在于，所述移除装置包括用于将电介质施加到所述旋转锻造的所述绞合内导体上的机器。
【文档编号】H01B13/016GK104205251SQ201380012428
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2013年2月26日 优先权日:2012年3月5日
【发明者】N·菲希特纳, F·曼泽 申请人:胡贝尔舒纳公司