Gebiet Die Erfindung betrifft die Herstellung von Koaxialkabeln mit einem äußeren Leiter aus NE-Metallen, insbesondere die kontinuierliche Herstellung solcher Kabel mit dünnwandigen Außenleitern.

Hintergrund

Dünnwandige, radial geschlossene Hohlprofile, insbesondere mit kreisförmigem Querschnitt, können als äußere Leiter von HF-Kabeln bzw. Koaxialkabeln genutzt werden. Im Zentrum eines solchen Hohlprofils ist dann ein von einem Dielektrikum ummantelter innerer Leiter angeordnet. Das Dielektrikum kann bspw. einen Kunststoff mit einer geeigneten relativen Dielektrizitätskonstante umfassen, es ist aber auch möglich, den inneren Leiter im Wesentlichen nur durch Luft oder ein anderes elektrisch nicht leitenden Gas bestehen von dem äußeren Leiter zu trennen. Hierzu kann der innere elektrische Leiter mittels in Abständen angeordneten Abstandshaltern in der Mitte des Hohlprofils gehalten werden, oder es kann ein großporig geschäumter Kunststoff verwendet werden, der überwiegend Luft oder das Gas enthält. Um eine bessere Biegsamkeit des Koaxialkabels zu erreichen, die für eine Verlegung in unterschiedliche Richtungen mit möglichst kleinen Biegeradien erforderlich ist, und gleichzeitig einen formstabilen äußeren Leiter zu erhalten, wird der äußere Leiter des Koaxialkabels mit einer schraubenförmigen oder parallelen Wellung versehen, wie in Figur 4 beispielhaft dargestellt. Der Wellprozess erfordert eine möglichst gleichmäßige Wandstärke des den äußeren Leiter bildenden Hohlprofils, gleichzeitig ist eine möglichst dünne Wandstärke aus Gründen der Material- und Kostenersparnis wünschenswert. Außerdem ist es wünschenswert, dass der äußere Leiter in einem kontinuierlichen Prozess hergestellt wird, um größere zusammenhängende Längen von Koaxialkabeln hersteilen zu können. Bei einem kontinuierlichen Prozess zur Herstellung von Koaxialkabeln wird ein Kabelkern bestehend aus Innenleiter und Dielektrikum einem Rohrform prozess zugeführt. In dem Rohrform prozess wird ein Flachband aus einem NE-Metall, z.B. Kupfer, zu einem in Längsrichtung geschlitzten Rohr geformt, welches den Kabelkern ummantelt. Das zu einem Rohr geformte Flachband wird entlang des Schlitzes Längsnahtverschweißt und anschließend gewellt.

Die Schweißung erfolgt mittels Lichtbogenverfahren wie Wolfram- Inertgas-Schweißen (WIG). Hierdurch lassen sich jedoch Wandstärken kleiner als 0,15 mm nicht prozesssicher schweißen. Die mit dem bekannten Lichtbogenverfahren geschweißten Rohre zeigen zudem eine ausgeprägte Schweißwulst, die in das Rohrinnere hineinragt, und die die elektro magnetischen Eigenschaften des Koaxialkabels negativ beeinflusst. Ferner sind Rohre mit einem Schweißdurchmesser von kleiner 0 4,0 mm mit dem bekannten Verfahren nicht herstellbar. Hierdurch wird die Dimensionierung des den äußeren Leiter bildenden Wellrohres nach unten hin begrenzt und damit auch der Mindestdurchmesser der Koaxialkabel. Dies führt wiederum zu einem größeren Mindestbiegeradius des Koaxialkabels.

Für bestimmte Anwendungen sind Hohlprofile aus Nichteisenmetallen (NE-Metallen) besonders geeignet, z.B. Kupfer oder Aluminium. Insbesondere Kupferrohre können auch als elektrische Schirme oder äußere Leiter in Koaxialkabeln oder für Hohlleiter verwendet werden. In Koaxialkabeln werden dünnwandige Hohlprofile mit vergleichsweise kleinen Durchmessern und mit kleinen Wandstärken benötigt, unter anderem um den Materialeinsatz und das Gewicht gering zu halten. Insbesondere Wandstärken kleiner als 0,15 mm lassen sich, unabhängig von dem Durchmesser des Rohres, mittels Lichtbogenschweißen nicht mehr prozesssicher und mit der erforderlichen Qualität der Schweißnaht hersteilen. Hohlprofile aus NE-Metallen mit kleineren als den genannten Wandstärken und Durchmessern müssen demnach zwingend durch sich an die eigentliche Rohrherstellung anschließende Verarbeitungsschritte auf das jeweils gewünschte Endmaß gebracht werden. Da bei der kontinuierlichen Herstellung von langen Koaxialleitungen der innere Leiter und die Isolierung bereits vor dem Verschweißen in das zu einem geschlitzten Hohlprofil geformte flache Band aus NE-Metall eingebracht werden muss, sind nach dem Verschweißen keine Ziehprozesse zur Verringerung der Wanddicke mehr nutzbar. Das Hohlprofil muss also bereits aus Material mit der gewünschten Wandstärke hergestellt werden.

Grundsätzlich ist es von Vorteil, wenn Koaxialleiter in einem weitgehend kontinuierlichen Herstellungsprozess hergestellt werden, der so selten wie möglich unterbrochen werden muss, um möglichst lange Teilstücke zu erhalten. Aus den langen Koaxialleitern können dann ggf. Teilstücke einer benötigten Länge geschnitten werden, wobei wenn überhaupt nur ein kleiner Schnittrest übrigbleibt. Allgemein ist natürlich jede Einsparung von Prozessschritten bei der Herstellung vorteilhaft.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, welche die zur kontinuierlichen Herstellung großer Längen von Koaxialkabeln benötigte Materialmenge reduziert und ein verringertes Gewicht des Kabels ermöglicht.

Zusammenfassung der Erfindung

Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 angegebene Verfahren und die in Anspruch 8 angegebene Vorrichtung gelöst. Weiterentwicklungen und Ausgestaltungen sind jeweils in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von dünnwandigen Koaxialkabeln, insbesondere auch kleinen Querschnitts, wird zunächst ein flaches Band aus einem NE-Metall zugeführt, dessen Dicke der Wandstärke des äußeren Leiters des herzustellenden Koaxialkabels entspricht. Die Breite des zugeführten Metallbandes entspricht vorzugsweise bereits dem Umfang des äußeren Leiters des Koaxialkabels. Falls das zugeführte Metallband breiter ist als es der Umfang des äußeren Leiters des Koaxialkabels erfordert, oder falls die Kanten des Metallbandes nicht hinreichend glatt sind, kann das Metallband an einer oder zwei Seiten in einem kontinuierlichen Prozess während des Zuführens maßgerecht beschnitten werden. In der vorliegenden Beschreibung bezieht sich der Ausdruck „Koaxialkabel kleinen Querschnitts“ auf Koaxialkabel mit Querschnitten von wenigen Millimetern. Der Ausdruck „dünnwandig“ bezieht sich auf Wandstärken von wenigen Zehntelmillimetern, insbesondere weniger als 0,15 mm. Der Begriff NE-Metall wird in dieser Beschreibung sowohl für die Metalle selbst als auch für deren Legierungen verwendet.

Das in der passenden Breite vorliegende Metallband wird in einem ein- oder mehrstufigen kontinuierlichen Umformprozess zu einem Hohlprofil geformt, welches den gewünschten Querschnitt aufweist, und welches den äußeren Leiter des Koaxialkabels bildet. Der Umformprozess kann ein in mehreren Stufen nacheinander folgendes Biegen in Längsrichtung des Bandes umfassen, bspw. an entsprechend eingerichteten Rollen und Profilen. Der Querschnitt kann dabei rund, oval oder auch beliebig mehreckig sein. Vor oder während des Umformprozesses, vor dem Schließen des Hohlprofils, wird der Kabelkern zugeführt, der ein mit einem Dielektrikum ummantelten Innenleiter umfasst. Der Kabelkern kann weitere Schichten umfassen.

Das Hohlprofil, das den Kabelkern aufgenommen hat, weist nach dem Umformen einen in Längsrichtung des Hohlprofils verlaufenden Bereich auf, in dem die Kanten des Metallbandes bündig aneinander anliegen. Die bündig aneinander anliegenden Kanten des Hohlprofils werden nun entlang der Stoßkante miteinander verschweißt und so radial geschlossen. Erfindungsgemäß erfolgt das Verschweißen mit einem Laser, der Licht mit einer Wellenlänge kleiner als 600 nm ausstrahlt, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 550 und 450 nm. Auch Wellenlängen in einem Bereich unterhalb 450 nm können erfindungsgemäß vorteilhaft genutzt werden. Der Laser bringt Lichtenergie in einen Punkt in dem Schweißbereich ein, die beim Auftreffen auf die Oberfläche des Schweißgutes absorbiert und in Wärme umgewandelt wird. Licht in den erfindungsgemäß genutzten genannten Wellenlängenbereichen wird von vielen NE-Metallen schon bei Raumtemperatur sehr viel besser absorbiert als bspw. Licht im Infrarot-Spektrum mit Wellenlängen oberhalb von etwa 800 nm. Tatsächlich wird Licht schon bei Wellenlängen oberhalb von etwa 600 nm von vielen NE-Metallen nur noch so schlecht absorbiert, so dass Laser mit besonders hohen Ausgangsleistungen und besondere Kühlmaßnahmen erforderlich wären, um das NE-Metall zu verschweißen. Darüber hinaus ist die Absorption bei Wellenlängen größer als 600 nm stark von der Beschaffenheit der Oberfläche abhängig, während der Einfluss der Oberflächenbeschaffenheit bei den erfindungsgemäß genutzten Wellenlängen stark zurückgeht. Zudem ist wegen der starken Temperaturabhängigkeit der Absorption gerade bei größeren Wellenlängen außerdem eine schnelle Regelung der in den aktiven Schweißbereich eingebrachten Energie erforderlich, was nahezu unmöglich zu implementieren ist, so dass die Qualität der Schweißnaht stark schwanken kann. Die erfindungsgemäße Verwendung von Licht mit Wellenlängen kleiner als 600 nm erzeugt ein stabileres Schmelzbad und führt zu einem insgesamt stabileren Prozess, der bei einem hohen energetischen Wirkungsgrad des Schweißprozesses längsnahtgeschweißte Hohlprofile mit einer hohen Qualität liefert und weniger Ausschuss produziert. Außerdem kann bei der erfindungsgemäß genutzten Wellenlänge kleiner als 600 nm eine Vorbereitung des Schweißbereichs entfallen, die eine Verringerung der Reflexion und dadurch eine Erhöhung der Absorption des Laserlichts bewirkt. Der

Schweißbereich muss also nicht bspw. angeraut oder vorgeheizt werden, und es muss auch keine Schicht aus einem Stoff in dem Schweißbereich aufgebracht werden, welcher als „Vermittler“ die eingestrahlte Lichtenergie in Wärme umwandelt und an das Schweißgut abgibt, so dass dessen temperaturabhängiger Absorptionsgrad in für die verwendete Wellenlänge günstigere Bereiche gelangt. Dadurch entfällt die Gefahr, dass Teile des als Vermittler verwendeten Stoffes in die Schweißnaht gelangen.

Das absorbierte Licht bewirkt eine starke Erwärmung des Metalls. Um eine ausreichend hohe Energie in das zu verschweißende Material einzubringen muss das Licht stark fokussiert werden. Eine starke Fokussierung ist auch deshalb erforderlich, weil das Verschweißen nur in dem Kontaktbereich der Kanten entlang des Schlitzes erfolgen soll. Aufgrund von Wärmeleitung innerhalb des NE-Metalls können unmittelbar an den Auftreffpunkt des Laserstrahls angrenzende Bereiche sich ebenfalls stark erwärmen und ggf. aufschmelzen. Gerade bei kleinen Querschnittsabmessungen der herzustellenden Hohlprofile, bspw. bei Durchmessern kleiner als 4 mm ist die Fokussierung des Laserstrahls daher von großer Bedeutung, um das unkontrollierte Abfließen von verflüssigtem Material bzw. einen Materialabriss zu vermeiden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren weist der Laserstrahl am Werkstück einen Durchmesser von nicht mehr als 20% der Querschnittsabmessungen des Hohlprofils auf, vorzugsweise weniger als 10%. Versuche haben gezeigt, dass Durchmesser des Laserstrahls herunter bis zu 5% der Querschnittsabmessungen noch Schweißnähte mit einer guten Qualität ermöglichen können, wobei in diesem Fall weitere Maßnahmen erforderlich sein können, bspw. ein Bewegen des Fokuspunkts über den Schweißbereich. Bei einem Hohlprofil mit einem Durchmesser von 4 mm kann der Durchmesser des Laserstrahls demnach beispielsweise 400 pm betragen, vorzugsweise 200 pm oder weniger. Der in dieser Beschreibung verwendete Begriff Querschnittsabmessungen kann sich auf einen Durchmesser eines Hohlprofils beziehen, oder auf Kantenlängen. Je nach Kontext kann der Begriff sich auch auf Biegeradien von Kanten oder dergleichen beziehen. Die hohe lokale Energiedichte am Auftreffpunkt des Laserstrahls auf das Werkstück bewirkt ein lokales Aufschmelzen des Materials beiderseits der Stoßkante, so dass die Schmelzen ineinanderfließen. Das Material erstarrt wieder, wenn es nicht mehr von dem Laserstahl getroffen wird, und bildet die Schweißnaht. Da das Hohlprofil, in welchem der Kabelkern aufgenommen ist, kontinuierlich an dem feststehenden Laser vorbeigeführt wird, wird eine kontinuierliche Schweißnaht erzeugt, die die beiden Kanten verbindet. Um unkontrolliertes Abfließen des flüssigen Materials zu verhindern, das ja in einer kleinen Wandstärke vorliegt, müssen die eingebrachte Laserleistung und die Geschwindigkeit, mit der das Rohr an dem Laser vorbeigeführt wird, aufeinander abgestimmt sein. Bei geeigneter Abstimmung ergeben sich an der Außen- wie an der Innenseite glatte Schweißnähte, die keiner Nachbearbeitung bedürfen.

Im Gegensatz zu dem bekannten Lichtbogenschweißen nach dem Wolfram-Inertgas-Verfahren (WIG) oder Metall-Inertgas-Verfahren (MIG), die ein Reagieren der Schmelze mit der Umgebungsluft durch die Intergas- Atmosphäre verhindern und dadurch hohe Nahtqualitäten ermöglichen, können bei dem bei der Erfindung genutzten Laserschweißen wegen der besseren Steuerbarkeit des Energieeintrags auch ohne Schutzgase NE-Metalle mit Materialdicken kleiner als 0,15 mm stumpf miteinander so verschweißt werden, dass sich keine Schweißwulst auf der wegen des Kabelkerns nicht mehr frei zugänglichen Innenseite des Rohres bildet. Bei Ausgestaltungen des Verfahrens kann die Schweißstelle trotzdem mit einem inerten Schutzgas, bspw. Argon, umströmt oder abgedeckt werden. Die Nutzung einer Schutzgasatmosphäre kann u.a. von dem zu verschweißenden Material und dessen Stärke abhängig sein.

Die Steuerung des Energieeintrags durch den Laser kann entweder über die Fokussierung auf ein größeres Zielgebiet erfolgen, so dass eine zur Verfügung stehende Energie je nach Bedarf auf eine größere oder kleinere Fläche wirkt, oder durch geeignetes Hin- und Herbewegen eines besonders eng fokussierten Laserstrahls. Die Fokussierung auf ein größeres Zielgebiet kann auch durch ein Laserprofil gebildet werden, das einen zentralen Fokuspunkt großer Intensität und einen den zentralen Fokuspunkt umgebenden ringförmigen Bereich geringerer Intensität aufweist. Dadurch kann der Schweißbereich entlang eines Temperaturprofils gezielt erhitzt bzw. abgekühlt werden, wodurch sich eine sauberere Schweißnaht ergeben kann, und das Erstarrungsgefüge gezielt beeinflusst werden kann. Außerdem können Laserstrahlen auf einfache Weise gepulst werden, wobei eine Steuerung des Energieeintrags bspw. über die Pulsdauer und den Pulsabstand erfolgt.

Das Schweißen mittels Laser, auch Wärmeleitungsschweißen genannt, erzeugt eine glatte, abgerundete Schweißnaht, die nicht mehr nachbearbeitet werden muss. Die Energie verteilt sich beim Wärmeleitungsschweißen außerhalb des Bereichs in dem der Laser auftrifft nur durch Wärmeleitung in das Werkstück. Deshalb beträgt die Nahttiefe - abhängig von der Laserleistung und der Wärmeleitfähigkeit des Materials - nur einige Zehntelmillimeter bis etwa 1 Millimeter. Die Wärmeleitfähigkeit des Werkstoffs begrenzt dabei die maximale Nahttiefe. In der Regel ist die Nahtbreite größer als die Nahttiefe. Wenn die Wärme nicht schnell genug abfließen kann, steigt die Bearbeitungstemperatur über die Verdampfungstemperatur, so dass Metalldampf entsteht, und die Einschweißtiefe sprunghaft ansteigt. Der Prozess geht dann ins Tiefschweißen über.

Die aufgrund des fein steuerbaren Energieeintrags in die Schweißstelle hohe Qualität der Schweißnaht an der Außenseite und vor allem an der Innenseite des erfindungsgemäß hergestellten Rohres, die keine ausgeprägte Materialwulst entlang der Schweißnaht aufweist, erlaubt es, Koaxialkabel mit dünnen Wandstärken und kleinen Durchmessern in einem kontinuierlichen Prozess zu fertigen.

Bei einer oder mehreren Ausgestaltungen des Verfahrens wird die Breite des zugeführten Bandes gemessen und eine Schnittbreite in Abhängigkeit von dem Messergebnis und einem Vorgabewert nachgeführt. Die Breite entspricht etwa dem Umfang des den äußeren Leiter des Koaxialkabels bildenden Hohlprofils entlang der neutralen Faser. Dabei kann der Vorgabewert variiert und eine Umformvorrichtung entsprechend in Abhängigkeit von der variierenden Breite des Bandes angesteuert werden, bspw. um die für eine saubere Schweißnaht erforderliche Materialmenge anzupassen.

Bei Ausgestaltungen des Verfahrens wird ein Temperaturprofil quer zu der Schweißnaht gemessen. Das gemessene Temperaturprofil kann dazu genutzt werden, die in den Schweißpunkt eingebrachte Energie zu steuern. Das gemessene Temperaturprofil kann bspw. mit einem Vorgabeprofil verglichen werden, und die Steuerung der eingebrachten Energie kann eine Variation des Fokusdurchmessers, einer von dem Fokuspunkt auf dem Schweißgut beschriebenen Bahnkurve und/oder eine Veränderung der Pulsdauer und/oder des Pulsabstands des Laserstrahls umfassen. Es ist ebenfalls denkbar, die Zuführgeschwindigkeit in Abhängigkeit von dem gemessenen Temperaturprofil zu regeln. Das gemessene Temperaturprofil kann auch zu Qualitätsmanagements- und Dokumentationszwecken gespeichert werden.

Bei Ausgestaltungen des Verfahrens wird die Schweißnaht mit Ultraschall, Röntgen, einer Wirbelstrommessung oder anderen zerstörungsfreien Messverfahren überprüft. Die Ergebnisse der Überprüfung können bspw. zur Steuerung der in die Schweißstelle eingebachten Energie und/oder der Zuführgeschwindigkeit genutzt werden.

Bei Ausgestaltungen des Verfahrens wird eine auf das flache Band aus NE-Metall und/oder auf das verschweißte Koaxialkabel wirkende Zugkraft bestimmt, und anhand der zuvor bestimmten Zugkraft werden Antriebe geregelt, die das flache Band dem Umformen und/oder dem Schweißen zuführen und/oder das verschweißte Koaxialkabel einer Well- oder Aufnahmevorrichtung zuführen. Eine zu große Zugkraft kann insbesondere bei zugeführten Bändern mit sehr kleiner Dicke zum Reißen des Bandes führen, wodurch der Prozess unterbrochen würde. Ähnliches gilt für die auf das verschweißte Koaxialkabel wirkende Zugkraft.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Koaxialkabeln mit einem dünnwandigen, radial geschlossenen äußeren Leiter aus NE-Metall umfasst eine zum Zuführen eines flachen Bandes des NE- Metalls eingerichtete Zuführeinrichtung. Die Zuführeinrichtung kann bspw. eine Halterung für ein auf einer Spule oder einem Coil aufgewickeltes flaches Band des NE-Metalls umfassen. Das Band wird von der Spule abgewickelt und einer Umformvorrichtung zugeführt, welche das flache Band aus NE-Metall so in das Profil des den äußern Leiter des Koaxialkabels bildenden Hohlprofils umformt, dass die gegenüberliegenden Kanten des flachen Bandes des NE-Metalls bündig stumpf aneinanderstoßen. Die Umformvorrichtung kann bspw. mehrere Rollen und Profile aufweisen, bspw. Ziehsteine, welche das Band beim Durchlaufen in Längsrichtung zu dem gewünschten Hohlprofil umformen. Die Umformvorrichtung kann außerdem zwei oder mehr in Längsrichtung des umgeformten Bandes bzw. Hohlprofils voneinander beabstandete Führungsmittel aufweisen, zwischen welchen die Kanten zumindest an einer zu verschweißenden Stelle bündig aneinander anliegend gehalten werden. Ggf. kann das Band an ein oder mehreren Stellen vor und im Werkzeug seitlich geführt werden um seitliche Bewegung des Bandes zu minimieren. Die Vorrichtung umfasst außerdem eine zum Zuführen eines auf die

Abmessungen des Hohlprofils abgestimmten Kabelkerns eingerichtete Zuführeinrichtung. Der Kabelkern umfasst einen mit einem Dielektrikum ummantelten inneren Leiter und ggf. weitere Schichten. Die Zuführeinrichtung führt den Kabelkern in einer auf die Vorschubgeschwindigkeit des verschweißten Hohlprofils abgestimmten Geschwindigkeit zu.

Die Vorrichtung umfasst ferner eine Schweißvorrichtung, welche die zwischen den Führungsmitteln bündig aneinander liegenden Kanten miteinander verschweißt. Die Schweißvorrichtung umfasst einen Laser, der Licht einer Wellenlänge kleiner 600 nm mit einer Energie ausstrahlt, die ein lokales Schmelzen des NE-Metalls zu beiden Seiten der Kanten bewirkt. Durch den kontinuierlichen Vorschub des umgeformten und verschweißten Hohlprofils bzw. des Koaxialkabels gelangen Bereiche, in denen das Material geschmolzen ist, aus dem Bereich heraus, in welchem der Laser das Material erhitzt, und das geschmolzene Material erstarrt wieder. Die in das Material zu dessen Erhitzung eingebrachte Energie ist auf das Material, dessen Dicke sowie die Geschwindigkeit abgestimmt, mit der das Hohlprofil bzw. das Koaxialkabel an der Schweißstelle vorbeigeführt wird, so dass das Material in einem unmittelbar an die bündig aneinander liegenden Kanten liegenden Bereich zwar geschmolzen wird, aber kein flüssiges Material in das Innere des Hohlprofils hineinläuft. Über die Führungsmittel kann der Abstand zwischen einer Optik des Lasers und den zu verschweißenden Kanten des Hohlprofils konstant gehalten werden. Um die Position der aneinander liegenden Kanten in Bezug auf die Optik des Lasers konstant zu halten kann vor den Führungsmitteln, die den Längsschlitz schließen, ein sogenanntes Schwert in dem zwischen den Kanten liegenden Längsschlitz angeordnet sein, um ein spiralförmiges Verdrehen zu verhindern. Die Vorrichtung umfasst zudem eine oder mehrere Vorschubein richtungen, welche das verschweißte Koaxialkabel zu einem Weller oder Corrugator weiterbefördern, der eine Schrauben- oder Parallelwellung in den Außenleiter des Koaxialkabels einbringt, bevor es zu einer Aufnahmeeinrichtung weiterbefördert wird, die das Koaxialkabel aufnimmt. Die Vorschubeinrichtung kann beispielsweise einen oder mehrere Spannzangen abzüge, Stollenabzüge, Scheibenabzüge oder Bandabzüge bekannter Bauart umfassen, wobei auch unterschiedliche Vorschubeinrichtungen kombiniert sein können. Vorschubeinrichtungen können sowohl vor als auch hinter dem Corrugator angeordnet sein.

Bei einer oder mehreren Ausgestaltungen der Vorrichtung ist vor der Umformvorrichtung eine Messvorrichtung zur Ermittlung der Zugkraft vorgesehen. Die ermittelte Zugkraft kann einer Regelung als Istwert zugeführt werden und mit einem Sollwert zur Regelung der Antriebe der Vorrichtung eingesetzt werden, etwa um die Geschwindigkeit der Zuführung des Bandes aus NE-Metall zu regeln. Außerdem kann eine Mess- und/oder Regelvorrichtung hinter der Schweißeinrichtung angeordnet sein, welche die auf das verschweißte Hohlprofil bzw. Koaxialkabel ausgeübte Zugkraft misst und/oder den Antrieb der Vorschubeinrichtung regelt, welche das verschweißte Hohlprofil der Aufnahmeeinrichtung zuführt. Die Regelung der Ziehkraft zwischen der Vorschubeinrichtung und der Aufnahmeeinrichtung kann bspw. durch einen Tänzer erfolgen, der ein Durchhängen des verschweißten Hohlprofils bzw. Koaxialkabels erfasst und einer Antriebssteuerung der Aufnahmeeinrichtung entsprechende Signale zuführt.

Bei einer oder mehreren Ausgestaltungen umfasst die Vorrichtung außerdem eine vor der Umformeinrichtung angeordnete Schneideeinrichtung, mittels derer eine oder beide Kanten des zugeführten flachen Bandes aus NE- Metall beschnitten werden, wobei die Breite des beschnittenen Bandes dem Umfang des den äußeren Leiter des Koaxialkabels bildenden Hohlprofils entspricht. Bei diesen Ausgestaltungen können ohne großen Aufwand Hohlprofile für Koaxialkabel mit unterschiedlichen Umfängen hergestellt werden, indem das zugeführte Metallband auf die erforderliche Breite zugeschnitten und die weiteren Werkzeuge der Vorrichtung angepasst werden.

An einer oder beiden Kanten des Bandes abgeschnittene Teile können bei einer oder mehreren Ausgestaltungen einer zur Aufnahme von Schnittresten vorgesehenen Vorrichtung zugeführt werden.

Bei einer oder mehreren Ausgestaltungen der mit einer Schneideeinrichtung ausgestatteten Vorrichtung ist hinter der Schneideeinrichtung eine Messeinrichtung zur Messung der Breite des zugeschnittenen Bandes vorgesehen. Anhand der Messwerte kann die Schneideeinrichtung angesteuert werden, um eine gewünschte Breite des NE- Metallbandes über einen langen Zeitraum einzuhalten. Der Schneideeinrichtung können entsprechende Vorgabewerte zugeführt werden, mit denen die gemessene Breite des NE-Metallbandes verglichen werden um ein Steuersignal für die Einstellung der Schneideeinrichtung zu erzeugen. Die Breite entspricht etwa dem Umfang des den äußeren Leiter des Koaxialkabels bildenden Hohlprofils entlang der neutralen Faser.

Die Schweißvorrichtung kann dazu eingerichtet sein, auch bei langsamen Zuführgeschwindigkeiten des NE-Metallbandes die Kanten mit der geforderten Qualität zu verschweißen.

Bei einer oder mehreren Ausgestaltungen umfasst die Vorrichtung außerdem eine Messeinrichtung zur Bestimmung eines Temperaturprofils quer zu der Schweißnaht. Das gemessene Temperaturprofil kann der Schweißvorrichtung zur Steuerung der abgegebenen Energie, der Zuführeinrichtung und/oder der Vorschubeinrichtung zur Steuerung der Zuführgeschwindigkeit zugeführt werden.

Bei einer oder mehreren Ausgestaltungen umfasst die Vorrichtung außerdem eine Messeinrichtung zur Messung mindestens einer Abmessung des Koaxialkabels nach dem Verschweißen. Diese Messeinrichtung kann zur integrierten Qualitätskontrolle eingesetzt werden, genauso wie eine bei einer oder mehreren Ausgestaltungen vorgesehene Messeinrichtung zur Prüfung der Schweißnaht und/oder von Materialfehlern bzw. Inhomogenitäten des Materials. Die Abmessungen können vorzugsweise berührungslos gemessen werden, bspw. mittels Laser.

Bei einer oder mehreren Ausgestaltungen kann das gewellte Koaxialkabel nach dem Durchlaufen des Corrugators mit einer elektrischen Isolierung umhüllt werden, bspw. durch Umspritzen oder Umwickeln.

Mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren, bei dem Laserlicht mit Wellenlängen kleiner als 600 nm zum Verschweißen von dünnwandigem NE- Metallblechen genutzt wird, können auf einfache Weise Hohlprofile mit Wandstärken unter 0,15 mm und Durchmessern bzw. Abmessungen kleiner als 4 mm auf einem hohen Qualitätsniveau ohne aufwendige Nachbearbeitung hergestellt werden, die im selben Arbeitsgang durch Einbringen eines Kabelkerns zu Koaxialkabeln weiterverarbeitet werden. Durch die Nutzung von Fokusdurchmessern des Laserstrahls von unter 400 gm wird beim kontinuierlichen Verschweißen eine ausreichend kleine Wärmeeinflusszone im Verhältnis zu den Abmessungen des Hohlprofils gewährleistet, so dass keine Materialabrisse auftreten und eine Schweißnaht erzeugt wird, die keine ausgeprägte Wulst auf der Rohrinnenseite aufweist. Wegen der direkten Herstellung des Hohlprofils aus NE-Metallbändern mit einer geringen

Wandstärke kann auf ein anschließendes Ziehen des Rohres zur Verringerung der Wandstärke verzichtet werden, was wegen des bei Koaxialkabeln im Inneren des Hohlprofils liegenden Kabelkerns problematisch wäre.

Mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren können ohne einen sich an das Verschweißen anschließenden Ziehprozess Koaxialkabel mit äußeren Leitern mit einer Wandstärke von 0,10 mm bei Schweißgeschwindigkeiten größer 6 m/min hergestellt werden, wobei die Schweißnahtqualität über mehrere Stunden konstant gehalten werden kann, so dass Koaxialkabel großer Längen herstellbar sind. Die geringere Wandstärke des Außenleiters des Koaxialkabels führt zur

Einsparung von Kupfer und anderen Legierungselementen und somit zur Schonung wertvoller Ressourcen. Eine Verringerung der Wandstärke reduziert die zur Schweißung erforderlichen Laserleistung, was wiederum Energieeinsparungen nach sich zieht oder alternativ eine Erhöhung der Prozessgeschwindigkeit bei gleicher Laserleistung ermöglicht.

In Hinblick auf das fertige Produkt erweist sich die dünnere Wandstärke des Außenleiters ebenfalls als Vorteil, führt sie doch zu einem geringeren längenbezogenen Gewicht, was den Transport und die Verlegung erleichtert.

Die dünnere Wandstärke ermöglicht außerdem kleinere Durchmesser in der Formung des äußeren Leiters. Hierdurch lässt sich der Außendurchmesser des Kabels bei gleicher Bauweise reduzieren. Dies führt neben der weiteren Gewichtsreduzierung zu geringeren Mindest-Biegeradien und damit zu mehr Flexibilität im Hinblick auf die Verlegung.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren exemplarisch näher erläutert. Alle Figuren sind rein schematisch und nicht maßstäblich. Es zeigen:

Fig. 1 ein exemplarisches Beispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zur kontinuierlichen Herstellung von dünnwandigen radial geschlossenen Hohlprofilen, Fig. 2 ein exemplarisches Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von dünnwandigen radial geschlossenen Hohlprofilen,

Fig. 3 Bilder einer Schweißnaht eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Hohlprofils, und Fig. 4 zwei beispielhafte Koaxialkabel mit Schrauben- bzw. Parallelwellung.

Gleiche oder ähnliche Elemente sind in den Figuren mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen.

Ausführunqsbeispiel

Figur 1 zeigt Schritte eines Verfahrens 100 zur Herstellung von Koaxialkabeln mit einem dünnwandigen, radial geschlossenen äußeren Leiter gemäß einem Aspekt der Erfindung. In Schritt 102 des Verfahrens wird ein flaches Band aus NE-Metall mit einer ersten Zuführgeschwindigkeit einer Umformvorrichtung zugeführt. Bspw. wird ein flaches Kupferband von einem Coil abgewickelt. In der Umformvorrichtung wird das zugeführte flache Band in Schritt 108 in eine dem gewünschten Hohlprofil des äußeren Leiters entsprechende Form umgeformt. Das Umformen kann bspw. mittels eines Roll- Formwerkzeugs erfolgen. Während des Umformens, bevor das den äußeren Leiter bildende Hohlprofil vollständig geschlossen ist, wird ein Kabelkern zugeführt, der einen von einem Dielektrikum ummantelten Innenleiter und ggf. weitere Schichten umfasst. Der Kabelkern kann bspw. bereits in Schritt 107 unmittelbar vor der ersten Umformstufe zugeführt werden.

Vor dem Umformen kann in einer Schneideinrichtung ein optionaler Schritt 104 ausgeführt werden, in welchem eine oder beide Kanten des Bandes aus NE-Metall beschnitten oder auf andere Weise vorbereitet werden. Hierdurch kann auch bei schlechter Kantenqualität des Bandes aus NE-Metall die Breite des Bandes gleichmäßig und präzise eingestellt und ggf. und die Kanten für den anschließenden Schweißvorgang vorbereitet werden. Der Schneideinrichtung können Messwerte einer Messvorrichtung zugeführt sein, welche die Breite des NE-Metallbandes nach dem Beschneiden erfasst. Die Schnittreste können in einer entsprechenden Aufnahmevorrichtung aufgenommen werden.

Beim Umformen werden die Kanten des Bandes mittels Führungselementen so geführt, dass ein Verdrehen vor dem Verschweißen verhindert wird, und die bündig aneinander liegenden Kanten in einer definierten Lage und einem definierten Abstand an einer Schweißvorrichtung vorbeigeführt werden. Die Führungselemente können bspw. ein oder mehrere Finnpassscheiben oder Führungsschwerter sowie ein oder mehrere an die Geometrie des Hohlprofils angepasste Führungsbuchsen umfassen, welche an die zu fertigende Hohlgeometrie angepasst sind. Das Schließen der Geometrie kann bspw. mittels Ziehsteinen, Schließringen oder Seitenrollentufen erfolgen. Nach dem Umformen liegen zwei gegenüberliegende Kanten des flachen Bandes in einem Kontaktbereich bündig aneinander an. In Schritt 110 werden die in dem Kontaktbereich bündig aneinander anliegenden Kanten kontinuierlich miteinander verschweißt. Das Verschweißen erfolgt mittels eines Lasers, der Licht einer Wellenlänge kleiner als 600 nm ausstrahlt. Ggfs kann angepasst an die erforderliche Schweißnahtqualität eine Abdeckung der Schweißnaht mittels Schutzgas erfolgen. Nach dem Verschweißen wird das Koaxialkabel mit dem nunmehr radial geschlossenen äußeren Leiter aus dem Schweißbereich abgezogen, Schritt 114, und in Schritt 119 eine Schrauben- oder Parallelwellung in den äußeren Leiter eingebracht, bevor das nun gewellte Koaxialkabel in Schritt 122 einer Aufnahmeeinrichtung zur Aufnahme zugeführt wird. Das Abziehen erfolgt mittels einer Vorschubeinrichtung, bspw. mittels Spannzangenabzug, Stollenabzug oder Bandabzug. Die Vorschubeinrichtung kann vor oder hinter dem Weller oder Corrugator angeordnet sein, es ist auch möglich zwei Vorschubeinrichtungen vorzusehen, jeweils eine vor dem Weller oder Corrugator und eine dahinter.

Zur Überwachung der Qualität der Schweißnaht kann in einem optionalen Schritt 112 das Temperaturprofil quer zur Schweißnaht bestimmt werden. Das ermittelte Temperaturprofil kann einer Steuerung des Lasers und anderer Elemente einer das Verfahren implementierenden Vorrichtung zugeführt werden, insbesondere auch einem oder mehreren Antrieben, welche die Zuführgeschwindigkeit des Bandes aus NE-Metall bzw. die Geschwindigkeit regeln, mit der das verschweißte Koaxialkabel aus dem Schweißbereich abgezogen wird.

Das Verfahren kann optional auch eine Ermittlung der Zugkraft auf das Band vor dem Umformen, Schritt 106, und/oder auf das Koaxialkabel nach dem Verschweißen, Schritt 120, umfassen. Die ermittelte Zugkraft kann ebenfalls den einem oder mehreren Antrieben als Messgröße zur Regelung zugeführt werden.

Das Verfahren kann außerdem einen optionalen Schritt 116 umfassen, in welchem eine oder mehrere Abmessungen des verschweißten Koaxialkabels bestimmt werden. Die ermittelten Abmessungen können vor allem als Eingangsgrößen zur Regelung des Umformvorgangs und des Schneidvorgangs zur Einstellung der Breite des Bandes zugeführt werden.

Das Verfahren kann außerdem einen optionalen Schritt 118 umfassen, in dem die Qualität der Schweißnaht und/oder das Schweißgut zerstörungsfrei auf Materialfehler überprüft werden, bspw. mittels Wirbelstromprüfung, Ultraschall oder Röntgen.

In der Figur nicht dargestellt sind anschließende Prozesse mittels derer das Hohlprofil in Teilstücke geschnitten wird, eine Ummantelung des Koaxialkabels mit einer Isolierschicht erfolgt oder Kabel mit Steckern konfektioniert werden.

Figur 2 zeigt ein exemplarisches Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Koaxialkabeln mit einem dünnwandigen, radial geschlossenen äußeren Leiter. Von einem Wickel oder Abwickler 202 wird ein dünnes Band 204 aus NE-Metall abgewickelt, bspw. ein Band aus Kupfer. Das Band 204 wird einem Roll-Formwerkzeug 212 zugeführt, mittels dessen es in die Form des gewünschten Hohlprofils des äußeren Leiters gebracht wird, bspw. zu einem längsgeschlitzten Rundrohr geformt wird. Zwischen dem Wickel oder Abwickler 202 und dem Roll-Formwerkzeug 212 kann eine Schneidvorrichtung 208 vorgesehen sein, welche das Band 204 auf eine benötigte Breite zuschneidet bzw. eine oder beide Kanten des Bandes 204 zuschneidet, um saubere und glatte Kanten zu erhalten. Zur Aufnahme abgeschnittener Teile des Bandes 204 kann eine Aufnahmevorrichtung 205 vorgesehen sein. Die Breite des zugeschnittenen Bandes 204 kann in einer Bandbreiten-Messvorrichtung 210 überprüft werden. Die Messergebnisse können der Schneideeinrichtung 208 zur Regelung zugeführt sein. Außerdem kann zwischen dem Wickel oder Abwickler 202 und dem Roll-Formwerkzeug 212 eine Messvorrichtung 206 zur Ermittlung der Zugkraft angeordnet sein, deren Messwerte bspw. zur Regelung von Antrieben der Vorrichtung verwendet werden können. Vor dem Schließen des den äußeren Leiter bildenden Hohlprofils wird von einer Zuführvorrichtung 207 ein Kabelkern 209 zugeführt, der nach der Umformung des flachen Bandes aus NE-Metall in dem Hohlprofil aufgenommen ist. Die nach dem Formen des den äußeren Leiter bildenden Hohlprofils aneinander liegenden Kanten des Bandes können mit einem oder mehreren Führungselementen 214 vor der Laser-Schweißvorrichtung 216 so geführt werden, dass ein Verdrehen des Hohlprofils vor dem Schweißen verhindert wird und der Durchlaufabstand unterhalb einer Optik der Laser- Schweißvorrichtung 216 eingehalten wird. Die Führungselemente können ein oder mehrere Finpassscheiben oder Führungsschwerter und ein oder mehrere an das den äußeren Leiter bildende Hohlprofil angepasste Führungsbuchsen umfassen. Die Geometrie des zu verschweißenden Hohlprofils wird mittels Ziehsteinen, Schließringen, Seitenrollenstufen oder Führungsbuchsen 218 geschlossen, so dass die Kanten des zu dem Hohlprofil umgeformten Bandes 204 im Bereich der Laser-Schweißvorrichtung 216 aneinander anliegen. Die Laser-Schweißvorrichtung 216 strahlt hochenergetisches Licht bei einer Wellenlänge kleiner als 600 nm aus, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 550 und 450 nm. Auch Wellenlängen in einem Bereich unterhalb 450 nm können erfindungsgemäß vorteilhaft genutzt werde. Der Schweißbereich kann über eine in der Figur nicht dargestellte Schutzgasvorrichtung mit einem Schutzgas, bspw. Argon, abgedeckt werden, um Reaktionen des Schweißgutes mit der Atmosphäre zu unterbinden. Der Vorschub des verschweißten Koaxialkabels 224 erfolgt mittels einer Vorschubeinrichtung 219. Die

Vorschubeinrichtung 219 kann bspw. einen oder mehrere Spannzangenabzüge, Stollenabzüge, Scheibenabzüge oder Bandabzüge umfassen, oder Kombinationen davon. Vor dem Aufwickeln des verschweißten Koaxialkabels 224 auf einem Aufwickler 226 können eine oder mehrere Abmessungen des Koaxialkabels 224 mittels eines Messgeräts 220 erfasst werden, vorzugsweise berührungslos, und eine Schrauben- oder Parallelwellung mittels eines Wellers oder Corrugators 223 in das Koaxialkabel eingebracht werden. Zur Erfassung der auf das Koaxialkabel 224 wirkendenden Zugkräfte kann eine weitere Zugkraft-Messvorrichtung 222 vor dem Aufwickler 226 vorgesehen sein. Figur 3 zeigt Bilder einer Schweißnaht eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Hohlprofils. Das Hohlprofil ist ein Kupferrohr mit einer Wanddicke von 0,1 mm, das bei einer Vorschubgeschwindigkeit von 6 m/min kontinuierlich aus einem Kupferband umgeformt und verschweißt wurde. Die Schweißstelle war dabei mit Argon abgedeckt. Figur 3 a) zeigt die Schweißnaht an der Außenseite des Hohlprofils, die eine Breite zwischen 140 und 150 pm aufweist. Figur 3 b) zeigt eine Aufnahme der Innenseite des Hohlprofils, auf der die Schweißnaht eine Breite von etwa 242 pm aufweist. Gut zu erkennen ist auch, dass die Schweißnähte sowohl innen als auch außen sehr gleichmäßig ausfallen, so dass eine Nachbearbeitung für die meisten Anwendungsfälle nicht erforderlich sein dürfte.

Figur 4 zeigt zwei beispielhafte Koaxialkabel 500, 502 mit Schraubenwellung bzw. Parallelwellung. Die Koaxialkabel 500, 502 sind ansonsten von konventionellem Aufbau mit einem von einem Dielektrikum 506 umgebenen inneren Leiter 504 und einem schraubenförmig bzw. parallel gewellten äußeren Leiter 508 bzw. 510. Die äußeren Leiter 508, 510 sind von einer äußeren Isolierschicht 512 umgeben.

Bezuqszeichenliste

1 Rohr 214 Führungselement

2 Form 216 Laser-Schweißvorrichtung

3 Stopfen 218 Ziehstein/Führungsbuchsen 100 Verfahren 219 Vorschubeinrichtung 102 Band zuführen 220 Messgerät

104 Zugkraft bestimmen 222 Zugkraft-Messvorrichtung

106 Kanten beschneiden 223 Weller/Corrugator

107 Kabelkern zuführen 224 Koaxialkabel

108 Hohlprofil formen 226 Aufwickler 110 Verschweißen 500 Koaxialkabel

(Schraubenwellung)

112 Temperaturprofil bestimmen 502 Koaxialkabel

(Parallelwellung)

114 Hohlprofil abziehen 504 innerer Leiter 116 Abmessungen bestimmen 506 Dielektrikum

118 Qualität bestimmen 508 äußerer Leiter

119 Wellen 510 äußerer Leiter

120 Zugkraft bestimmen 512 Isolierschicht

122 zur Aufnahmeeinrichtung zuführen

200 Vorrichtung 202 Wickel/Abwickler

204 Band aus NE-Metall

205 Aufnahmevorrichtung für Verschnitt

206 Zugkraft-Messvorrichtung

207 Zuführvorrichtung

208 Schneideeinrichtung

209 Kabelkern

210 Bandbreiten-

Messvorrichtung 212 Roll-Formwerkzeug