КАБЕЛЬНЫЙ СОЕДИНИТЕЛЬ ДЛЯ КОАКСИАЛЬНОГО КАБЕЛЯ И СПОСОБ КРЕПЛЕНИЯ ТАКОГО КАБЕЛЬНОГО СОЕДИНЕНИЯ
CABLE CONNECTOR FOR COAXIAL CABLE AND METHOD FOR FIXATION OF SUCH CABLE CONNECTOR

Область техники
Данное изобретение относится к области техники штекерного соединения коаксиальных линий. Оно касается кабельного соединителя или штекера для коаксиального кабеля согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения, а также способа монтажа такого кабельного штекера.
Кабельный штекер вышеуказанного типа известен, например, из патентного документа ЕР-А2-0901200.
Уровень техники
В коаксиальных кабелях, применяемых в настоящее время, например, для базовых станций сетей мобильной телефонии, имеются концентрически расположенные внутренний проводник и внешний проводник, изолированные друг от друга расположенным между ними диэлектриком. Внешний проводник обычно окружен защитным внешним кожухом из пластмассы. Внешний проводник коаксиального кабеля выполняется (при не слишком высоких частотах) в виде металлической оплетки. Однако он может быть выполнен и в форме сплошной трубки. Если не требуется повышенная гибкость кабеля, трубка внешнего проводника может быть гладкостенной. Чтобы достичь повышенной гибкости, в качестве внешнего проводника используются, как правило, гофрированные трубы или шланги из металла, причем гофрировка может выполняться либо в виде отдельных колец, либо в виде бесконечной спирали.
Во многих случаях для упрощения монтажа и обслуживания желательно иметь разъемные соединения для таких коаксиальных кабелей. Для этого в прошлом разработано и предложено множество кабельных соединителей, называемых также штекерами, которые отличаются друг от друга в зависимости от типа кабеля и от принципа крепления. Такой кабельный штекер должен в принципе соответствовать следующим требованиям:
- кабельный штекер должен осуществлять хороший электрический контакт между корпусом штекера, который в штекере, как правило, представляет собой внешний проводник, и внешним проводником кабеля;
- кабельный штекер должен обеспечивать прочность механической связи между корпусом штекера и внешним проводником кабеля на разрыв, чтобы гарантировать достаточную механическую прочность штекерного соединения;
- кабельный штекер - в особенности, если штекерное соединение, как в случае базовых станций, подвержено погодным воздействиям, - должен плотно примыкать к внешней втулке коаксиального кабеля, чтобы предотвращать проникновение влаги, грязи и других воздействий на внутреннюю часть кабеля;
- другие неизменные требования касаются простоты конструкции, как можно более простого монтажа, а также минимизации затрат на изготовление и хранение.
Известная конструкция кабельного штекера заявителя, которая особенно приспособлена для коаксиального кабеля с внешним проводником, гофрированным в виде колец, представлена на фиг.1 в продольном разрезе. Кабельный штекер 10 имеет корпус 18, который служит в качестве внешнего проводника и в котором при помощи изолятора 15 поддерживается в концентрическом положении электрически изолированный внутренний проводник 16. На вставляемом конце корпуса 18 упругим стопорным кольцом 13 закреплена с возможностью вращения накидная гайка 11, при помощи которой кабельный штекер 10 после вставления его в соответствующее гнездо может привинчиваться к гнезду. Для направления при вставлении предусмотрена кольцеобразная вставка 14, вокруг которой расположено уплотнение 12. На кабельной стороне кабельного штекера 10 внутренний проводник 16 переходит в уплотнение 21, которое находится во внутреннем проводнике 19 и обеспечивает его электрический контакт с внутренним проводником (не показанного) коаксиального кабеля. Со стороны кабеля резьбовое соединение, которое служит для создания контакта, крепления и уплотнения, включает в себя множество различных частей: для создания контакта и крепления внешнего проводника коаксиального кабеля предусмотрена контактная втулка 24, которая аксиально проходящими разрезами 23, распределенными по окружности, разделена на отдельные язычки, упругие в радиальном направлении. Со вставляемой стороны контактная втулка 24 имеет бортик, с утолщением внутрь в форме ребра, которым контактная втулка 24 прилегает к круговому выступу 22, сформированному во внутренней части корпуса 18. Между утолщенным бортиком контактной втулки 24 и выступом 22 зажимается при монтаже отогнутая кромка внешнего проводника кабеля, чтобы осуществлять электрический контакт между корпусом 18 и внешним проводником и способствовать механическому креплению кабеля. Крепление внешнего проводника подробно представлено, например, в чертежах упомянутого в начале патентного документа ЕР-А2-0901200.
Контактное кольцо 24 при помощи первого пустотелого винта 20, завинчиваемого в корпус 18, закрепляясь, прижимается к выступу 22. Одновременно внутреннее уплотнение 17 сжимается для уплотнения пространства между первым пустотелым винтом 20 и корпусом 18. Для уплотнения зазора между первым пустотелым винтом 20 и внешнем проводником кабеля предусмотрено еще одно уплотнение 25, которое окружает внешний проводник и при аксиальном сжатии посредством еще одного пустотелого винта 26 вжимается радиально внутрь, прижимаясь к внешнему проводнику. Наконец, во втором пустотелом винте 26 предусмотрено еще одно уплотнение 17, которое уплотняет зазор с внешней оболочкой кабеля.
Из-за различных резьбовых соединений и уплотнений сооружение и монтаж известного кабельного штекера из фиг.1 сложны и дороги. Одну из причин этих недостатков следует искать в контактной втулке 24: контактная втулка 24, если бы она была выполнена как втулка без прорезей, в принципе могла бы прижимать к выступу 22 отогнутую кромку внешнего проводника кабеля равномерно по всей окружности и таким образом не только осуществлять необходимый электрический и механический контакт, но одновременно также и играть роль уплотнения внешнего проводника относительно корпуса. При этом можно было бы отказаться от дальнейших уплотнений и получить существенно упрощенный и легче монтируемый кабельный штекер. Однако контактная втулка 24 имеет прорези потому, что в случае кольцеобразно гофрированного внешнего проводника необходимо, с одной стороны, насаживать ее на внешний проводник кабеля, несмотря на гофры, а с другой стороны, попадать утолщением ее бортика в первую ложбину гофрировки за отогнутой кромкой проводника, чтобы надежно прижимать край проводника к выступу 22. Такие конфигурации известны не только из ЕР-А2-0901200, но и из патентных документов US-A-4046451 или ЕР-А1-0938165.
Несколько другая ситуация получается, если коаксиальный кабель имеет гофрированный внешний проводник со спиральной гофрировкой, как в патентных документах ЕР-А1-0599602 или US-A-5518420 или US-A-6032358. Здесь в качестве контактной втулки в принципе может применяться закрытая, т.е. не снабженная прорезями втулка, которая на внутренней стороне имеет винтообразную структуру, приспособленную к спиральной гофрировке внешнего проводника, и может навинчиваться на внешний проводник, как гайка. Даже в этом случае уплотнение по отогнутой кромке внешнего проводника, очевидно, не учитывается, так как во всех вариантах предусматриваются дополнительные уплотняющие средства - например, О-образные кольца или аналогичные - для уплотнения кабельного штекера относительно наружного пространства.
Раскрытие изобретения
Поэтому задачей изобретения является создание кабельного соединителя, называемого далее штекером, для коаксиального кабеля, в частности, с кольцеобразно гофрированным внешним проводником, в котором (штекере) устранены недостатки известных кабельных штекеров и который отличается, в частности, упрощенной, недорогой конструкцией и упрощенным монтажом, а также создание способа его монтажа.
Задача решена совокупностью признаков пунктов 1 и 21, 23 формулы изобретения. Идея изобретения состоит в том, что средства для крепления внешнего проводника кабеля в кабельном штекере выполнены таким образом, что при его креплении одновременно возникает уплотняющее соединение между внешним проводником коаксиального кабеля и корпусом кабельного штекера. Вследствие этого имеется возможность отказаться от дальнейших уплотняющих средств и дополнительных резьбовых соединений, в результате чего получается особенно простой и легко монтируемый кабельный штекер, который в принципе подходит также для всех видов кабельных внешних проводников.
Предпочтительное исполнение изобретения отличается тем, что средства для крепления включают в себя уплотнительное прижимное кольцо, которое надевается на конец внешнего проводника коаксиального кабеля и кольцеобразной первой уплотняющей поверхностью плотно прижимает кромку на конце внешнего проводника к сплошной кольцеобразной второй уплотняющей поверхности, расположенной в корпусе кабельного штекера, и что уплотнительное прижимное кольцо расположено внутри корпуса и перемещается в аксиальном направлении.
Для эффективного применения уплотнительного прижимного кольца предусмотрено, что в состав средств для крепления входит также резьбовой элемент, который завинчивается в корпус кабельного штекера и при завинчивании в корпус оказывает силовое воздействие на уплотнительное прижимное кольцо в аксиальном направлении. В частности, резьбовой элемент выполнен в виде гайки или пустотелого винта, внутри которого имеется упорное кольцо, которым он при завинчивании, погружаясь в корпус, нажимает в аксиальном направлении на уплотнительное прижимное кольцо.
Чтобы применять уплотнительное прижимное кольцо без трудностей на гофрированных и негофрированных внешних проводниках всех видов, удобно, когда уплотнительное прижимное кольцо выполнено замкнутым и кольцеобразным, когда уплотнительное прижимное кольцо имеет коническую часть, сужающуюся к уплотняемой стороне, когда в корпусе расположена соответствующая коническая направляющая поверхность, по которой уплотнительное прижимное кольцо своей конической частью направляется к оси, когда первая уплотняющая поверхность выполнена сплошной, и когда обе уплотняющие поверхности ориентированы по существу перпендикулярно к конической направляющей поверхности.
Деформация уплотнительного прижимного кольца при завинчивании облегчается, если уплотнительное прижимное кольцо на удаленной от уплотняемого участка стороне выполнено цилиндрическим и на цилиндрическом участке в зоне, смежной с конической частью, содержит часть кольца с уменьшенной толщиной стенки.
Уплотнительное прижимное кольцо может быть выполнено из металлического материала, в частности из высококачественной стали. Однако оно может выполняться также из пластмассы или из композитного материала.
Изготовление кабельного штекера упрощается, если вторая уплотняющая поверхность и при необходимости коническая направляющая поверхность выполнены на металлическом установочном кольце, которое вставлено в корпус кабельного штекера и находится в электрическом контакте с корпусом.
Вариант исполнения кабельного штекера согласно изобретению, альтернативный варианту с замкнутым уплотнительным прижимным кольцом, отличается тем, что уплотнительное прижимное кольцо выполнено в виде разомкнутого открытого кольца с зазором или кольца, состоящего из нескольких сегментов. Таким его можно без труда передвигать в слегка приоткрытом состоянии через гофры внешнего проводника и после закрытия легко фиксировать в аксиальном направлении в ложбине гофрировки. Благодаря открытому зазору при зажимании и уплотнении требуются гораздо меньшие усилия, чтобы их радиальной составляющей прижать конец внешнего проводника к соответствующей уплотняющей поверхности.
Далее, в состав средств для крепления предпочтительно входит также резьбовой элемент, который завинчивается в корпус кабельного штекера и при завинчивании в корпус оказывает на уплотнительное прижимное кольцо силовое воздействие в аксиальном направлении, причем в уплотнительном прижимном кольце и в резьбовом элементе предусмотрены направляющие средства, которые предотвращают перекашивание уплотнительного прижимного кольца.
К направляющим средствам относится, в частности, V-образный направляющий паз в торцевой поверхности резьбового элемента и соответствующая этому V-образная форма края уплотнительного прижимного кольца.
Уплотнительное прижимное кольцо может быть выполнено по существу цилиндрическим. Тогда оно предпочтительно имеет на внутренней стороне по всей окружности кольцевое утолщение, которым оно прижимает внешний проводник ко второй уплотняющей поверхности. Использование уплотнительного прижимного кольца еще больше упрощается, если оно выполнено зеркально симметричным относительно центральной плоскости, проходящей через кольцевое утолщение.
Однако уплотнительное прижимное кольцо может быть выполнено и коническим.
При осуществлении способа согласно изобретению зажимание отбортованной кромки может происходить, в частности, при помощи резьбового соединения.
Краткий комментарий к чертежам
Ниже изобретение более подробно поясняется на основе различных вариантов исполнения в сочетании с чертежами. На них показано:
фиг.1: продольный разрез кабельного штекера для кабеля с гофрированным внешним проводником согласно уровню техники;
фиг.2: продольный разрез кабельного штекера согласно предпочтительному варианту исполнения изобретения;
фиг.3: частичный разрез установочного кольца кабельного штекера из фиг.2;
фиг.4: частичный разрез уплотнительного прижимного кольца кабельного штекера из фиг.2;
фиг.5: кабельный штекер из фиг.2 с кабелем с кольцеобразно гофрированным внешним проводником незадолго до завинчивания;
фиг.6: упрощенный продольный разрез другого предпочтительного варианта исполнения изобретения с открытым (незамкнутым) уплотнительным прижимным кольцом, представленным в фиг.7;
фиг.7: в различных частичных фигурах а-с уплотнительное прижимное кольцо из фиг.6 в разрезе (фиг.7, а), во фронтальном виде (фиг.7, b) и в смонтированном состоянии на конце внешнего проводника (фиг.7, с); и
фиг.8: упрощенный продольный разрез еще одного предпочтительного варианта исполнения изобретения с открытым (незамкнутым) уплотнительным прижимным кольцом, которое выполнено коническим.
Осуществление изобретения
Предпочтительный пример исполнения кабельного штекера согласно изобретению в изображении, сравнимом с фиг.1, показан на фиг.2.
Кабельный штекер 30 включает в себя корпус 33, концентрически окружающий внутренний проводник 31, который поддерживается изолированным в корпусе при помощи изолятора 32. На вставляемом конце корпуса 33 при помощи стопорного кольца 29 закреплена с возможностью вращения накидная гайка 27. Для уплотнения штекера в сочетании с гнездом предусмотрено уплотнение 28. Для закрепления, обеспечения контакта и уплотнения внешнего проводника коаксиального кабеля предусмотрено резьбовое соединение, которое состоит из трех элементов: вставленного в корпус 33 и опирающегося на уровне изолятора 32 установочного кольца 34 из металла, например латуни, уплотнительного прижимного кольца 35 и гайки 36. Гайка 36 может навинчиваться на корпус 33 со стороны кабеля, причем кабель проводится через центральное отверстие в гайке 36. Внутри гайки 36 образовано упорное кольцо 37, которое при навинчивании гайки 36 на корпус 33 углубляется в центральное отверстие корпуса 33 и нажимает на расположенную со стороны кабеля кольцевую поверхность уплотнительного прижимного кольца 35.
Установочное кольцо 34 и уплотнительное прижимное кольцо 35, по отдельности представленные в фиг.3 и 4, своими соответствующими друг другу уплотняющими поверхностями 39 и 42 образуют прижимной механизм, который при завинчивании кабельного штекера 30 зажимает отбортованную кромку 52 внешнего проводника 50 введенного коаксиального кабеля 47 (см. фиг.5). Чтобы уплотнительное прижимное кольцо 35 легко передвигалось через гофры кольцеобразно гофрированного внешнего проводника 50 (как это показано на фиг.5), но в то же время при свинчивании надежно захватывало отбортованную кромку 52, оно состоит из нескольких частей 43, 44 и 45 кольца, из которых расположенная на вставляемой стороне часть 43 кольца конически сужается в направлении вставления, а обе другие части 44 и 45 кольца - цилиндрические. Напротив конической части 43 кольца расположена соответствующая коническая направляющая поверхность 41 установочного кольца 34, которая при завинчивании кабельного штекера 30 и при соответствующем вдвигании уплотнительного прижимного кольца 35 в корпус 33 заставляет коническую часть 43 кольца все больше сужаться. Это сужение ведет к тому, что уплотнительное прижимное кольцо прижимает достаточно широкий край внешнего проводника 50 к уплотняющей поверхности 39 установочного кольца 34 и тем самым обеспечивает надежное уплотнение.
Чтобы обеспечить надежный зажим при конически расширяющейся отбортованной кромке 52 и при направленном внутрь сужении уплотнительного прижимного кольца 35, обе уплотняющих поверхности 39 и 42, на установочном кольце 34 и на уплотнительном прижимном кольце 35, ориентированы по существу перпендикулярно к конической направляющей поверхности 41. Так как обе уплотняющих поверхности 39, 42 образуют одинаковые по форме замкнутые кольца, зажатая между обеими уплотняющими поверхностями 39, 42 отбортованная кромка 52 действует как металлическое прокладочное кольцо.
Уплотнительное прижимное кольцо 35 как замкнутое (неразрезное) кольцо подвержено значительным механическим нагрузкам при завинчивании из-за связанного с ним сужения. Поэтому оно должно быть изготовлено из подходящего материала, чтобы выдерживать эти нагрузки. В частности, материал уплотнительного прижимного кольца 35 должен выбираться также таким образом, чтобы интермодуляции внутри кабельного штекера 30 при передаче сигнала были минимальными. Зарекомендовал себя металлический материал, например, алюминий или, в особенности, высококачественная сталь (V2A, номер материала 4301). Но он должен быть немагнитным, чтобы не ухудшать проводящие свойства кабельного штекера. Однако могут использоваться и другие материалы, как, например, пластмассы или композитные материалы. Такой подходящий композитный материал - это, например, ПТФЭ (политетрафторэтилен), наполненный мелкими металлическими частицами. Уплотнительное прижимное кольцо 35 может иметь дополнительное покрытие с низким коэффициентом трения.
При монтаже кабельного штекера 30 согласно фиг.5 сначала на коаксиальный кабель 47 надевают гайку 36. Затем на освобожденный (разделанный) конец внешнего проводника 50 коаксиального кабеля 47 надевают уплотнительное прижимное кольцо 35.
После этого край внешнего проводника 50 на его конце отгибают наружу, образуя отбортованную кромку 52. Затем кабель с освобожденным внутренним проводником 48 вводят в снабженную прорезью втулку внутреннего проводника 31 в кабельном штекере 30. Наконец, гайку 36 навинчивают на корпус 33 до тех пор, пока отбортованная кромка не будет зажата между обеими уплотняющими поверхностями 39, 42 равномерно по всей окружности, удерживая, уплотняя и обеспечивая электрический контакт. При этом освобожденную часть изоляции 49 кабеля принимает установочное кольцо 34. Сзади коаксиальный кабель 47 дополнительно уплотняют относительно наружного пространства прокладочным кольцом, которое вкладывают в соответствующий кольцевой паз 38 гайки 36.
Применение уплотняющего зажима отбортованной кромки 52 в кабельном штекере 30 согласно фиг.5 не ограничивается коаксиальными кабелями с кольцеобразно гофрированным внешним проводником, оно возможно также для кабелей со спирально гофрированным внешним проводником или для кабелей с прямым внешним проводником в форме трубы, так что, помимо преимуществ простоты конструкции и простоты монтажа, можно использовать единственный тип штекера для многих типов кабелей. Даже для кабелей с плетеным внешним проводником новый кабельный штекер позволяет достичь соответствующего зажима, однако без одновременного обеспечения достаточного уплотнения.
Рассматривавшийся до сих пор вариант исполнения согласно фиг.2-5 основывался на замкнутой конструкции уплотнительного прижимного кольца, которое из-за своего неизменного внутреннего диаметра не только накладывает ограничения при надевании его на внешний проводник коаксиального кабеля, но и требует значительных сил при зажиме и уплотнении.
Улучшение в этом отношении достигается, если в рамках изобретения используется уплотнительное прижимное кольцо, которое выполнено не полностью замкнутым, а открытым, т.е. по меньшей мере в одном месте разрезано или снабжено прорезью, либо вообще составлено из нескольких независимых кольцевых сегментов. При конструкции в виде открытого кольца внутренний диаметр уплотнительного прижимного кольца временно увеличивается путем его разгибания для облегченного надевания на внешний проводник, так что после этого уплотнительное прижимное кольцо легко передвигается через гофры внешнего проводника. После надевания внутренний диаметр снова уменьшается путем сжимания. Тогда положение уплотнительного прижимного кольца гарантированно защищено от аксиального перемещения, например, между двумя соседними гофрами.
Первый пример исполнения кабельного штекера с открытым уплотнительным прижимным кольцом изображен на фиг.6 и 7, причем без штриховки частей, изображаемых в разрезе. Кабельный штекер 60 из фиг.6 имеет конструкцию, аналогичную конструкции кабельного штекера 30 из фиг.5. Корпус 56 концентрически окружает внутренний проводник 53, который поддерживается в корпусе 56 изолированным. Для штекерного соединения предусмотрена накидная гайка 55, для уплотнения штекерного соединения служит кольцеобразное уплотнение 54. С противоположной стороны в кабельный штекер 60 вводится конец коаксиального кабеля 65 с гофрированным внешним проводником 61 и окружающей его внешней оболочкой 64. Присоединение внутреннего проводника коаксиального кабеля 65 к внутреннему проводнику 53 кабельного штекера 60 на фиг.6 не показано.
Для уплотняющего зажима внешнего проводника 61 в корпусе 56 предусмотрено открытое (снабженное прорезью или разделенное) уплотнительное прижимное кольцо 58, представленное отдельно на фиг.7. Металлическое уплотнительное прижимное кольцо 58 выполнено по существу цилиндрическим. Оно зеркально симметрично относительно средней плоскости 74, перпендикулярной оси кольца. На средней плоскости 74 на внутренней стороне уплотнительного прижимного кольца 58 по всей окружности имеется кольцевое утолщение 68, выступающее внутрь, которое при затягивании резьбового соединения 59, 63 прижимает внешний проводник 61, уплотняя и зажимая его, к слегка конической уплотняющей поверхности 57, сформированной в корпусе 56. Так как уплотнительное прижимное кольцо 58 имеет радиальную прорезь 69 (фиг.7, b), при завинчивании кабельного штекера 60 оно сравнительно легко сжимается с уменьшением внутреннего диаметра и таким образом оказывает необходимое давление на внешний проводник 61.
Резьбовое соединение включает в себя пустотелый винт 63 (с расположенным внутри него уплотняющим пазом 62) и соответствующую винтовую резьбу 59. В торцевой поверхности пустотелого винта 63, обращенной к уплотнительному прижимному кольцу 58, имеется V-образный направляющий паз 73, в который входит соответствующий V-образный край 66, 67 уплотнительного прижимного кольца и который таким образом направляет уплотнительное прижимное кольцо 58 при завинчивании и предотвращает его перекашивание. Уплотнительное прижимное кольцо 58 входит в аксиальном направлении в соответствующую канавку в корпусе 56, которая изнутри ограничивается конической уплотняющей поверхностью 57. Кольцевое утолщение 68, которое фиксирует уплотнительное прижимное кольцо 58 в ложбине между гофрами внешнего проводника 61 (см. также фиг.7, с), в то же время, уплотняя и зажимая внешний проводник 61, прижимает его внутрь к уплотняющей поверхности 57.
Несколько другое исполнение открытого уплотнительного прижимного кольца осуществляется в кабельном штекере 70 из фиг.8. Здесь уплотнительное прижимное кольцо 72 имеет коническую форму, при которой кольцо своим торцом прижимает внешний проводник 61, уплотняя и зажимая его, к соответствующей уплотняющей поверхности 71.
Открытое уплотнительное прижимное кольцо имеет следующие свойства и преимущества.
Уплотнительное прижимное кольцо разъединено и позволяет достичь уплотнения путем проведения его (кольца) в корпусе кабельного штекера.
С открытым уплотнительным прижимным кольцом уплотнение достигается почти без издержек, связанных с деформацией. Примененная сила непосредственно и без потерь передается на уплотняющие поверхности внешнего проводника.
Благодаря тому, что прилагается меньшее усилие, возможно сокращение монтажной длины кабельного штекера на величину до 25%.
Уплотнительное прижимное кольцо может повторно использоваться до 30 раз, так как оно не подвергается пластической деформации.
Уплотнительное прижимное кольцо открыто настолько, что его легко перемещать через гофры внешнего проводника.
Уже при введении в корпус кольцо закрыто настолько, что оно больше не может выскользнуть из гофрировки внешнего проводника.
Перекашивание кольца предотвращается при помощи V-образной направляющей в гайке.