EP1465285A1 - Koaxialleitung mit Zwangskühlung - Google Patents

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EP1465285A1
EP1465285A1 EP04007218A EP04007218A EP1465285A1 EP 1465285 A1 EP1465285 A1 EP 1465285A1 EP 04007218 A EP04007218 A EP 04007218A EP 04007218 A EP04007218 A EP 04007218A EP 1465285 A1 EP1465285 A1 EP 1465285A1
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EP
European Patent Office
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coaxial line
inner conductor
line according
insulating material
tube
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EP04007218A
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English (en)
French (fr)
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EP1465285B1 (de
Inventor
Franz Dr. Ing. Pitschi
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Spinner GmbH
Original Assignee
Spinner GmbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P3/00—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type
    • H01P3/02—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type with two longitudinal conductors
    • H01P3/06—Coaxial lines

Definitions

  • the invention relates to a coaxial line with a tubular Inner conductor, an outer conductor, insulating material supports between the inner conductor and the outer conductor and connections for passing a cooling medium through the Management.
  • the invention has for its object a coaxial line to create with improved cooling.
  • Coolant can be passed through the inner conductor.
  • the cooling of the thermally much less stressed Outer conductor is not the subject of the invention. she can by means of cooling fins and cooling coils on the outer conductor or similar measures known per se.
  • the cooling medium is preferably in at least some of the Insulated supports designed channels can be added and removed (Claim 2).
  • These insulating material supports can be as through the outer conductor pipes to the outside can be formed (claim 3). Three or are usually sufficient per radial plane four insulated supports that are offset by 120 ° or 90 ° are arranged. Depending on the coolant flow required it may be sufficient to use only a part of these insulating material supports to use for the supply and discharge of the cooling medium. With a suitable design of the insulating material supports then make sure there are no additional Distortions of the RF field arise in the circumferential direction.
  • the insulating material supports can also be used as hollow disks be formed with radial channels 4), e.g. to divide the line into longitudinally dense sections.
  • the channels of the insulating material supports preferably open into one Chamber in an inner conductor connector at the end of the tubular inner conductor (claim 5).
  • the inner conductor connector at the same time forms the warehouse for the respective End of the tubular inner conductor.
  • a preferred embodiment of the coaxial line draws is characterized in that in the tubular inner conductor tube sealed on both ends at its ends smaller diameter is arranged coaxially and that the Annulus between this tube and the tubular inner conductor communicates with the channels in the insulation supports (Claim 6). Then the cooling medium only flows through the annular gap or annulus between the tubular Inner conductor and the one enclosed and functional also at its ends on the relevant inner conductor connectors stored pipe of smaller diameter. If the ring cross-section is sufficiently dimensioned, the Cooling effect practically unchanged, while at the same time considerable lower cable weight and less effort for the auxiliary units required for coolant circulation.
  • the tube is on the end face of one Inner conductor connector trained flange closed (Claim 7).
  • the pipe can also have flanges on the face be closed on the respective inner conductor connector are axially and radially floating (Claim 8).
  • the play in the axial direction avoids the creation of axial constraining forces, be it as a result of manufacturing tolerances, be it because of different ones heat-dependent changes in length of the pipe and this enclosing, tubular inner conductor.
  • the outer circumference of the tube can counteract supporting the inner wall of the tubular inner conductor Have centering elements (claim 9). This ensures that the cross section of the annulus or annulus between the tubular inner conductor and the one enclosed by it Pipe remains constant in the circumferential direction, etc. even if the coaxial line as a whole in the longitudinal direction describes a slight curve.
  • the centering elements can be along a helix, i.e. be arranged helically around the tube (claim 10), uzw. also as individual, spaced apart elements.
  • centering elements can be axially extending Bridges exist (claim 11). This is fluidic cheaper than the arrangement along a spiral.
  • the centering elements can be used be in one piece with the pipe. (Claim 12). This is manufacturing technology especially advantageous if the pipe is not made of metal but plastic.
  • tubular inner conductor in its jacket have axial channels that support the channels in the insulating material communicate (claim 13).
  • Such one Inner conductor can be used, for example, as an extruded profile be made inexpensively from aluminum.
  • the coaxial line consists of separate coolable from each other, electrically and mechanically connected sections (claim 14).
  • tubular inner conductors are against one another bordering sections of the line are best complementary Plug connections can be connected to one another (claim 15).
  • Such a complementary connector can be made from a the chamber of the respective inner conductor connector final flange plate with an axially extending first ring collar exist, the second ring collar on the flange plate of the subsequent line section overlaps and itself a wreath axially extending contact springs overlapped that concentrically surrounds the second collar (claim 16).
  • the first ring bundle forms one Plug, the second collar together with the contact spring ring the complementary coupler.
  • the ring bundles bearing the contacting are expedient Flange plates with the associated inner conductor connectors screwed (claim 18). This makes it easier Retrofitting the connection points from pins to domes and vice versa. Furthermore, the contact spring ring as Single part made of the most suitable material getting produced. It will then be at its root with the Flange plate welded.
  • the insulating material supports can be in the axial direction floating through the outer conductor (claim 19).
  • each of the tubular insulating material supports can also be used with its inner end in the inner conductor connector and with its outer end in the Outer conductor wall mounted tiltable in an axial plane be (claim 21).
  • the tiltable storage can be e.g. by ring beads on the relevant ends of the insulating material supports in connection with spherical counter bearings in the relevant receptacles on the inner conductor connector and on a bushing through the wall of the outer conductor realize.
  • Figure 1 shows - shortened in the longitudinal direction - a section a coolable coaxial line for the transmission of very high RF powers.
  • the line comprises an outer conductor tube 1, equipped at both ends with connecting flanges 2 is.
  • the diameter of the outer conductor tube 1 can are in the range of 120 mm and more.
  • the outer conductor 1 coaxially encloses a tubular inner conductor 3 which both ends with inner conductor connectors 4 Is provided.
  • Each of the inner conductor connectors 4 is made of a suitable dielectric via insulating material supports 5, preferably a ceramic material in which Corresponding connecting flanges 2 stored, etc. in this example with four insulated supports 5, as can be seen from FIG. 2.
  • the insulation supports 5 are tubular and through the connecting flanges 2 sealed to the outside. Your inner Sealed ends are sealed (see Grooves for receiving O-rings) in the recesses of the inner conductor connecting pieces 4th
  • Chambers 6 are formed in the inner conductor connecting pieces 4, which have holes like 6.1 with channels 5.1 in the insulating material supports 5 are connected.
  • the inner conductor connectors 4 have a first flange 4.1, overlapped by the respective end of the inner conductor tube 3 becomes.
  • End of the inner conductor tube 3 preferably continuously a peripheral seam welded.
  • an O-ring can be provided (not shown).
  • liquid cooling medium e.g. Water
  • the tubular Inner conductor 3 and the inner conductor connectors 4 from cooled inside.
  • each chamber 6 On their facing away from the tubular inner conductor 2 Is each chamber 6 by a flange plate 10 or 11 connected to the inner conductor connector 4 via screws 9 is connected, completed.
  • the flange plate 10 on one (left in Fig. 1) end of the line section has an axially oriented collar 10.1 with an inner diameter d1.
  • the flange plate 11 on the other (in Fig. 1 right) end of the line section has an annular collar 11.1 with the smaller outside diameter d2 ⁇ d1.
  • With a flange 11.2 is connected to the flange plate 11, which coaxially surrounds the collar 11.1.
  • the free The ends of the contact springs lie in a radial plane from the radial plane, which is the end face of the collar 11.1 contains an axial distance a is reset.
  • Fig. 3 illustrates that when two such line sections A and B of the collar 10.1 a plug element and the collar 11.1 together with the Contact spring ring 11.2 a coupler element for implementation the contacting connection between the tubular Inner conductors 3 of the line pieces A placed against one another and B forms.
  • contacting connection the outer conductor 1 is between the connecting flanges 2 the ring 20 shown in Fig. 4 from a feathered Sheet inserted.
  • Fig. 5 the line sections A and B are together connected state shown.
  • the outer conductor connection flanges 2 are with each other as usual via tie rods 21 screwed.
  • In order to also in the area of these inner conductor plug connections 10.1, 11.1, 11.2 ensures adequate cooling is, these are short in the axial direction, from good thermally conductive materials and in sufficient material thickness manufactured.
  • ⁇ 1 in FIG. 1 A first way this stretch, which is symbolically denoted by ⁇ 1 in FIG. 1 is to collect the insulation supports 5 floating through the wall of the outer conductor pass therethrough.
  • Fig. 8 shows such a sealed and HF-tight bushing.
  • the tubular insulation support 5 is sealed with an axial play ⁇ 2 an O-ring 52 received in a guide sleeve 51, the with a foot flange 53 in a recess 2.1 in the wall of the outer conductor connection flange 2 is seated.
  • the fat of the foot flange 53 is slightly smaller than the depth of the Recess. In a groove of the foot flange 53, a so-called.
  • Worm contact 54 recorded in the radial direction is elastic.
  • the worm contact is in turn from one O-ring 55 enclosed.
  • the Foot flange 53 of the guide sleeve 51 is by means of a Pressure plate 56 secured in the recess 2.1.
  • Perpendicular to the drawing level, i.e. in the longitudinal direction of the line the recess 2.1 is elongated, so that the Insulation support 5 including the guide sleeve 51 heat-related changes in length ⁇ 1 of the tubular inner conductor 3 can follow relative to the outer conductor 1 and none Coercive forces occur. Leaves at the same time. this kind of Also carry out heat-related changes in length of the insulating material support 5 in the radial direction.
  • the insulating support 5 is in the inner conductor connector 4 and in the guide sleeve 51 pivoted, either by spherical cap-shaped formation of their two ends in connection with sufficiently large recesses in the inner conductor connector 4 and in the wall of the Outer conductor connection flange 2 (Fig. 9) or, complementary for this, by forming corresponding ring beads in the recordings of the ends of the insulating support 5 on the one hand in the inner conductor connector 4 and on the other hand in the guide sleeve 51 (Fig. 10). In both cases, the Tilt the insulating sleeve around the point M by a small angle ⁇ .
  • the inner conductor can be a thick-walled one Tube 30 with numerous, closely adjacent, axial Channels 31 can be executed.
  • Fig. 11 shows the corresponding one Cross-section.
  • made of aluminum Pipes made very easily using the extrusion process become.
  • FIG. 12 shows an embodiment modified from FIG. 1 shown. That of the tubular inner conductor 3 enclosed tube 7 is through at both ends Flanges 71 closed, each of which has a central one Has journal 71.1, with which he in a recess 41.1 in the inner conductor connector 41 with play in particular sits in the axial but also in the radial direction. The radial clearance is exaggerated for clarity drawn.
  • the tube 7 is thus between the inner conductor connectors 41 floating.
  • the space 8 between communicates the tubular inner conductor 3 and the tube 7 with the respective chamber 6 in the inner conductor connector 41 via recesses 71.2 (see FIG.

Abstract

Eine Koaxialleitung, über die durch verbesserte Kühlung HF-Leistungen von mehr als 1 MW auch im Dauerbetrieb übertragen werden können umfasst einen Innenleiter (3), durch den das Kühlmedium hindurchleitbar ist. Das Kühlmedium kann über hohle Isolierstoffstützen (5) zu- und abgeführt werden. Insbesondere bei Verwendung eines flüssigen Kühlmediums wird eine erhebliche Gewichtseinsparung praktisch ohne Verringerung der Effizienz der Kühlung erreicht, wenn in dem Innenleiter (3) ein Rohr (7) kleineren Durchmessers angeordnet ist und das Kühlmedium nur durch den Ringraum (8) zwischen diesem Rohr (7) und dem Innenleiter (3) strömt. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Koaxialleitung mit einem rohrförmigen Innenleiter, einem Außenleiter, Isolierstoffstützen zwischen dem Innenleiter und dem Außenleiter und Anschlüssen zum Hindurchleiten eines Kühlmediums durch die Leitung.
Bestimmte Anwendungen, z.B. auf dem Gebiet der Plasmaphysik, erfordern die Einspeisung von HF-Leistungen von mehr als 1MW mittels Koaxialleitungen, deren Durchmesser aus mechanischen und/oder HF-technischen Gründen nicht beliebig groß gemacht werden kann. Insbesondere im Dauerstrichbetrieb entsteht deshalb am Innenleiter vor allem infolge Ohm'scher Verluste und im Bereich der Isolierstützen vor allem infolge dielektrischer Verluste eine so große Wärmemenge je Zeiteinheit, dass eine Zwangskühlung notwendig ist. Nach dem Stand der Technik wird zur Zwangskühlung ein gasförmiges Medium durch den Ringraum zwischen dem Innenleiter und dem Außenleiter hindurchgeleitet. Die auf diese Weise abführbare Verlustwärmemenge ist jedoch begrenzt, zumal sich der Druck und damit die Strömungsgeschwindigkeit des gasförmigen Kühlmediums aus mehreren Gründen nicht beliebig erhöhen lässt. Zur Kühlung von supraleitenden Koaxialkabeln wurde auch schon flüssiges Helium benutzt, wofür jedoch umfangreiche und kostspielige Nebeneinrichtungen notwendig sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Koaxialleitung mit verbesserter Kühlmöglichkeit zu schaffen.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Kühlmedium durch den Innenleiter hindurchleitbar ist.
Infolgedessen können über die Leitung bei gegebenem Leitungsdurchmesser sowohl im Puls- als auch im Dauerstrichbetrieb erheblich höhere HF-Leistungen als bisher übertragen werden, dies insbesondere bei Benutzung eines flüssigen Kühlmediums.
Die Kühlung des thermisch wesentlich geringer belasteten Außenleiters ist nicht Gegenstand der Erfindung. Sie kann mittels auf dem Außenleiter angebrachter Kühlrippen, Kühlschlangen oder ähnlichen an sich bekannten Maßnahmen erfolgen.
Bevorzugt ist das Kühlmedium über in mindestens einigen der Isolierstoffstützen ausgebildete Kanäle zu- und abführbar (Anspruch 2).
Diese Isolierstoffstützen können als durch den Außenleiter hindurch nach außen geführte Rohre ausgebildet sein (Anspruch 3). Je Radialebene genügen in der Regel drei oder vier Isolierstoffstützen, die um 120° bzw. um 90° versetzt angeordnet sind. Abhängig von dem benötigten Kühlmitteldurchfluss kann es genügen, nur einen Teil dieser Isolierstoffstützen zum Zu- und Abführen des Kühlmediums zu benutzen. Durch geeignete konstruktive Ausbildung der Isolierstoffstützen ist dann sicherzustellen, dass keine zusätzlichen Verzerrungen des HF-Feldes in Umfangsrichtung entstehen.
Alternativ können die Isolierstoffstützen auch als Hohlscheiben mit radialen Kanälen ausgebildet sein (Anspruch 4), z.B. um die Leitung in längsdichte Abschnitte zu gliedern.
Bevorzugt münden die Kanäle der Isolierstoffstützen in eine Kammer in einem Innenleiterverbindungsstück am Ende des rohrförmigen Innenleiters (Anspruch 5). Das Innenleiterverbindungsstück bildet gleichzeitig das Lager für das jeweilige Ende des rohrförmigen Innenleiters.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Koaxialleitung zeichnet sich dadurch aus, dass in dem rohrförmigen Innenleiter ein an seinen beiden Enden stirnseitig verschlossenes Rohr kleineren Durchmessers koaxial angeordnet ist und dass der Ringraum zwischen diesem Rohr und dem rohrförmigen Innenleiter mit den Kanälen in den Isolierstoffstützen kommuniziert (Anspruch 6). Dann strömt das Kühlmedium lediglich durch den Ringspalt oder Ringraum zwischen dem rohrförmigen Innenleiter und dem von diesem umschlossenen und zweckmäßig ebenfalls an seinen Enden an den betreffenden Innenleiterverbindungsstücken gelagerten Rohr kleineren Durchmessers. Bei ausreichender Bemessung des Ringquerschnitts bleibt die Kühlwirkung praktisch unverändert, bei gleichzeitig erheblich geringerem Gewicht der Leitung und geringerem Aufwand für die zur Kühlmittelzirkulation erforderlichen Nebenaggregate.
Zweckmäßig ist das Rohr stirnseitig durch einen an dem Innenleiterverbindungsstück ausgebildeten Flansch verschlossen (Anspruch 7).
Stattdessen kann das Rohr stirnseitig auch über Flansche verschlossen sein, die an dem jeweiligen Innenleiterverbindungsstück axial und radial schwimmend gelagert sind (Anspruch 8). Insbesondere das Spiel in axialer Richtung vermeidet die Entstehung axialer Zwangskräfte, sei es infolge von Fertigungstoleranzen, sei es wegen unterschiedlicher wärmeabhängiger Längenänderungen des Rohrs und des diesen umschließenden, rohrförmigen Innenleiters.
Zusätzlich kann das Rohr an seinem Außenumfang sich gegen die Innenwand des rohrförmigen Innenleiters abstützende Zentrierelemente haben (Anspruch 9). Dadurch wird sichergestellt, dass der Querschnitt des Ringspalts oder Ringraums zwischen dem rohrförmigen Innenleiter und dem von ihm umschlossenen Rohr in Umfangsrichtung konstant bleibt, uzw. auch dann, wenn die Koaxialleitung insgesamt in Längsrichtung einen leichten Bogen beschreibt.
Die Zentrierelemente können längs einer Wendel, d.h. schraubenförmig um das Rohr angeordnet sein (Anspruch 10), uzw. auch als einzelne, voneinander beabstandete Elemente.
Stattdessen können die Zentrierelemente aus axial verlaufenden Stegen bestehen (Anspruch 11). Dies ist strömungstechnisch günstiger als die Anordnung längs einer Wendel.
In allen Ausführungsformen können die Zentrierelemente mit dem Rohr einstückig sein. (Anspruch 12). Dies ist herstellungstechnisch besonders dann vorteilhaft, wenn das Rohr nicht aus Metall sondern aus Kunststoff besteht.
Alternativ kann der rohrförmige Innenleiter in seinem Mantel axiale Kanäle haben, die mit den Kanälen in den Isolierstoffstützen kommunizieren (Anspruch 13). Ein derartiger Innenleiter kann beispielsweise als Strangpressprofil aus Aluminium preiswert hergestellt werden.
Bei größerer Länge besteht die Koaxialleitung aus getrennt voneinander kühlbaren, elektrisch und mechanisch miteinander verbundenen Abschnitten (Anspruch 14).
In diesem Fall sind die rohrförmigen Innenleiter aneinander grenzender Abschnitte der Leitung am besten über komplementäre Steckverbindungen miteinander verbindbar (Anspruch 15).
Eine solche komplementäre Steckverbindung kann aus einer die Kammer des jeweiligen Innenleiterverbindungsstücks abschließenden Flanschplatte mit einem sich axial erstreckenden ersten Ringbund bestehen, der einen zweiten Ringbund an der Flanschplatte des anschließenden Leitungsabschnitts übergreift und seinerseits von einem Kranz sich axial erstreckender Kontaktfedern kontaktierend übergriffen wird, der den zweiten Ringbund konzentrisch umgibt (Anspruch 16). Der erste Ringbund bildet gewissermaßen einen Stecker, der zweite Ringbund zusammen mit dem Kontaktfederkranz den komplementären Kuppler.
Zweckmäßig liegen die freien Enden der Kontaktfedern des Kontaktfederkranzes in einer radialen Ebene, die gegenüber der die Stirnfläche des zweiten Ringbundes enthaltenden, radialen Ebene axial zurückgesetzt ist (Anspruch 17). Dadurch wird beim Aneinandersetzen von zwei Leitungsstücken eine Vorzentrierung erreicht, bei der der erste Ringbund den zweiten Ringbund übergreift, bevor die Stirnfläche des ersten Ringbundes unter die Kontaktfedern zu liegen kommt. Dadurch wird vermieden, dass es infolge von Fluchtungsfedern zu einer Beschädigung der Kontaktfedern und daher zu einer über den Umfang ungleichmäßigen Kontaktierung kommt, die sowohl zur Entstehung von Reflexionen und Intermodulationsprodukten führen würde als auch bei den zu übertragenden Strömen von mehreren 1000 Ampere eine Überhitzung und gegebenenfalls Verbrennung der Kontaktflächen zur Folge hätte.
Zweckmäßig sind die die kontaktierenden Ringbunde tragenden Flanschplatten mit den zugehörigen Innenleiterverbindungsstücken verschraubt (Anspruch 18). Dies erleichtert die Umrüstung der Verbindungsstellen von Stecken auf Kuppeln und umgekehrt. Des weiteren kann der Kontaktfederkranz als Einzelteil aus dem dafür am besten geeigneten Werkstoff hergestellt werden. Er wird dann an seiner Wurzel mit der Flanschplatte verschweißt.
Da der rohrförmige Innenleiter trotz Kühlung thermisch wesentlich höher belastet ist als der Außenleiter, müssen die auftretenden Wärmedehnungen berücksichtigt werden. Hierzu können die Isolierstoffstützen in axialer Richtung schwimmend durch den Außenleiter hindurchgeführt sein (Anspruch 19).
Eine Möglichkeit hierfür besteht darin, dass das durch den Außenleiter hindurchgeführte Ende der Isolierstoffstütze von einem Führungsflansch umschlossen ist, der in axialer Richtung schwimmend in einer Ausnehmung des Außenleiters gehalten, gegenüber diesem radialelastisch abgedichtet und mit ihm radialelastisch kontaktiert ist (Anspruch 20). Die radialelastische Abdichtung kann mittels O-Ringen erfolgen und die radialelastische Kontaktierung kann mittels eines schraubenförmig gewickelten und ringförmig geschlossenen Kontaktelementes, einem sogenannten Wurmkontakt, realisiert werden.
Statt dessen kann auch jede der rohrförmigen Isolierstoffstützen mit ihrem innenliegenden Ende in dem Innenleiterverbindungsstück und mit ihrem außenliegenden Ende in der Außenleiterwandung in einer axialen Ebene verkippbar gelagert sein (Anspruch 21). Die verkippbare Lagerung läßt sich z.B durch Ringwulste an den betreffenden Enden der Isolierstoffstützen in Verbindung mit kalottenförmigen Gegenlagern in den betreffenden Aufnahmen am Innenleiterverbindungsstück und an einer Durchführung durch die Wandung des Außenleiters verwirklichen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Koaxialleitung nach der Erfindung dargestellt. Es zeigt:
Fig. 1
einen verkürzt dargestellten Leitungsabschnitt im Längsschnitt;
Fig. 2
eine teilweise im Schnitt gehaltene Stirnansicht;
Fig. 3
die zur Verbindung miteinander bestimmten Endbereiche von zwei aufeinander folgenden Leitungsabschnitten;
Fig. 4
eine Ansicht des in den Fig. 3 und 5 dargestellten Dichtungs- und Kontaktierungsrings zwischen den Verbindungsflanschen der Aussenleiter;
Fig. 5
die gleichen Endbereiche wie in Fig. 3 nach Herstellung der Verbindung;
Fig. 6
eine teilweise im Schnitt gehaltene Seitenansicht eines als 90°-Bogen ausgeführten Leitungsabschnittes;
Fig. 7
den Endbereich eines Leitungsabschnitts im Längsschnitt mit einer alternativen Ausführung der Isolierstoffstützen;
Fig. 8
die Durchführung einer Isolierstoffstütze durch den Außenleiter, überwiegend im Schnitt und in vergrößertem Maßstab als Stirnansicht;
Fig. 9
eine andere Ausführungsform der Durchführung der Isolierstoffstütze im Längsschnitt und in vergrößertem Maßstab;
Fig. 10
eine zu Fig. 9 alternative Ausführungsform;
Fig. 11
eine Stirnansicht einer anderen Ausführungsform des Innenleiterrohrs;
Fig. 12
einen Leitungsabschnitt ähnlich Fig. 1, jedoch in einer anderen Ausführungsform;
Fig. 13
einen Schnitt längs der Linie XIII-XIII in Figur 12.
Figur 1 zeigt - in Längsrichtung verkürzt - einen Abschnitt einer kühlbaren Koaxialleitung zur Übertragung sehr hoher HF-Leistungen. Die Leitung umfaßt ein Außenleiterrohr 1, das an seinen beiden Enden mit Verbindungsflanschen 2 ausgestattet ist. Der Durchmesser des Außenleiterrohrs 1 kann im Bereich von 120 mm und mehr liegen. Der Außenleiter 1 umschließt koaxial einen rohrförmigen Innenleiter 3, der an seinen beiden Enden mit Innenleiterverbindungsstücken 4 ausgestattet ist. Jedes der Innenleiterverbindungsstücke 4 ist über Isolierstoffstützen 5 aus einem geeigneten Dielektrikum, vorzugsweise einem keramischen Werkstoff, in den korrespondierenden Verbindungsflanschen 2 gelagert, uzw. in diesem Ausführungbeispiel über je vier Isolierstoffstützen 5, wie aus Fig. 2 hervorgeht. Die Isolierstoffstützen 5 sind rohrförmig ausgebildet und durch die Verbindungsflansche 2 abgedichtet nach außen geführt. Ihre innenliegenden Enden sitzen abgedichtet (vgl. die dargestellten Nuten zur Aufnahme von O-Ringen) in Vertiefungen der Innenleiterverbindungsstücke 4.
In den Innenleiterverbindungsstücken 4 sind Kammern 6 ausgebildet, die über Bohrungen wie 6.1 mit den Kanälen 5.1 in den Isolierstoffstützen 5 in Verbindung stehen. Die Innenleiterverbindungsstücke 4 haben einen ersten Flansch 4.1, der von dem jeweiligen Ende des Innenleiterrohrs 3 übergriffen wird. Mit diesem Flansch 4.1 ist das betreffende Ende des Innenleiterrohrs 3 vorzugsweise durchgehend über eine Umfangsnaht verschweißt. Alternativ kann zwischen dem Umfang des Flansches 4.1 und dem Ende des Innenleiterrohrs 3 ein O-Ring vorgesehen sein (nicht dargestellt).
Dann ist zusätzlich eine HF-technisch einwandfreie Kontaktierung zwischen dem Flansch 4.1 und dem Innenleiterrohr 3 notwendig. Axial beabstandet von dem ersten Flansch 4.1 haben die Innenleiterverbindungsstücke 4 einen zweiten Flansch 4.2 kleineren Durchmessers. Dieser wird von dem jeweiligen Ende eines koaxial in dem Innenleiterrohr 3 angeordneten Rohres 7 kleineren Durchmessers übergriffen. Dieses Rohr 7 liegt nicht im felderfüllten Raum und muss daher nicht aus Metall bestehen. Der koaxiale Ringraum 8 zwischen dem rohrförmigen Innenleiter 3 und dem Rohr 7 kommuniziert über Bohrungen 6.3 Durchbrüche 6.2 mit der Kammer 6 in dem jeweiligen Innenleiterverbindungsstück 4, siehe auch Fig. 2.
Über die herausgeführten Anschlüsse der Isolierstoffstützen 5 wird am einen Ende des Leitungsabschnitts ein vorzugsweise flüssiges Kühlmedium, z.B. Wasser, eingespeist, das dann den Ringraum 8 durchströmt und über die Isolierstoffstützen 5 am anderen Ende des Leitungsabschnitts abgezogen wird. Auf diese Weise werden der rohrförmige Innenleiter 3 und die Innenleiterverbindungsstücke 4 von innen gekühlt.
Auf ihrer von dem rohrförmigen Innenleiter 2 abgewandten Seite ist jede Kammer 6 durch eine Flanschplatte 10 bzw. 11, die mit dem Innenleiterverbindungsstück 4 über Schrauben 9 verbunden ist, abgeschlossen. Die Flanschplatte 10 an dem einen (in Fig. 1 linken) Ende des Leitungsabschnitts hat einen axial orientierten Ringbund 10.1 mit einem Innendurchmesser d1. Die Flanschplatte 11 an dem anderen (in Fig. 1 rechten) Ende des Leitungsabschnitts hat einen Ringbund 11.1 mit dem kleineren Außendurchmesser d2 < d1. Mit der Flanschplatte 11 ist ein Kontaktfederkranz 11.2 verbunden, der den Ringbund 11.1 koaxial umgibt. Die freien Enden der Kontaktfedern liegen in einer Radialebene, die von der Radialebene, die die Stirnfläche des Ringbundes 11.1 enthält, um einen Axialabstand a zurückgesetzt ist.
Fig. 3 veranschaulicht, dass beim Aneinandersetzen von zwei derartigen Leitungsabschnitten A und B der Ringbund 10.1 ein Steckerelement und der Ringbund 11.1 zusammen mit dem Kontaktfederkranz 11.2 ein Kupplerelement zur Realisierung der kontaktierenden Verbindung zwischen den rohrförmigen Innenleitern 3 der aneinander gesetzten Leitungsstücke A und B bildet. Zur querdichten, kontaktierenden Verbindung der Außenleiter 1 ist zwischen die Verbindungsflansche 2 der in Fig. 4 dargestellte Ring 20 aus einem gefiederten Blech eingefügt.
In Fig. 5 sind die Leitungsabschnitte A und B im miteinander verbundenen Zustand dargestellt. Die Außenleiterverbindungsflansche 2 sind wie üblich über Zuganker 21 miteinander verschraubt. Die Ringbunde 10.1 und 11.1 bilden zusammen dem Kontaktfederkranz 11.2 eine komplementäre Steckverbindung für die rohrförmigen Innenleiter. Damit auch im Bereich dieser Innenleitersteckverbindungen 10.1, 11.1, 11.2 eine ausreichende Kühlung sichergestellt ist,sind diese in axialer Richtung kurzbauend, aus gut wärmeleitenden Werkstoffen und in ausreichender Materialstärke hergestellt.
Richtungsänderungen im Verlauf der Leitung werden mittels Krümmern oder Leitungsbögen realisiert, die prinzipiell den gleichen Aufbau wie die geraden Leitungsabschnitte in Fig. 1 haben. In Fig. 6 ist ein 90°-Bogen dargestellt. Zur Erzielung eines weiteren Freiheitsgrades sind in diesem Fall die Außenleiterverbindungsflansche 2 zusätzlich, in an sich bekannter Weise mit Kugellagern 21 ausgestattet. An der Innenleitersteckverbindung sind keine weiteren Maßnahmen erforderlich, weil das Steckerteil (10.1) und das Kupplerteil (11.1, 11.2) relativ zueinander beliebig verdrehbar sind.
Wenn der felderfüllte Raum zwischen dem Außenleiter und dem Innenleiter im Betrieb der Leitung mit Gas, z.B. N2, bedrückt werden soll oder muss, sind an bestimmten Stellen der Leitung längsdichte Verbindungen notwendig. Dann werden statt der rohrförmigen Isolierstoffstützen Vollscheiben 57 aus Keramik verwendet, wie in Fig. 7 dargestellt. Diese haben eine ausreichende Anzahl von radialen Kanälen 57.1 zur Ein- oder Ausleitung des Kühlmediums. Die Kanäle 57.1 kommunizieren am Außenumfang mit einem Ringkanal 57.2 und am Innenumfang mit einem Ringkananl 6.4 der über die Bohrungen 6.3 mit der Kammer 6 in dem Innenleiterverbindungsstück 4 kommuniziert.
Im Betrieb der Leitung dehnt sich deren Innenleiter trotz Kühlung stärker als der Außenleiter. Eine erste Möglichkeit, diese Dehnung, die in Fig. 1 symbolisch mit Δ 1 bezeichnet ist, aufzufangen, besteht darin, die Isolierstoffstützen 5 schwimmend durch die Wandung des Außenleiters hindurchzuführen. Fig. 8 zeigt eine solche, abgedichtete und HF-dichte Durchführung. Die rohrförmige Isolierstoffstütze 5 ist mit einem axialen Spiel Δ 2 abgedichtet über einen O-Ring 52 in einer Führungshülse 51 aufgenommen, die mit einem Fußflansch 53 in einer Ausnehmung 2.1 in der Wandung des Außenleiterverbindungsflansches 2 sitzt. Die Dicke des Fußflansches 53 ist etwas kleiner als die Tiefe der Ausnehmung. In einer Nut des Fußflansches 53 ist ein sog. Wurmkontakt 54 aufgenommen, der in radialer Richtung elastisch ist. Der Wurmkontakt wird seinerseits von einem O-Ring 55 umschlossen. Es verbleibt ein Spalt Δ 3. Der Fußflansch 53 der Führungshülse 51 ist mittels einer Druckplatte 56 in der Ausnehmung 2.1 gesichert. Senkrecht zur Zeichenebene, d.h. in Längsrichtung der Leitung, ist die Ausnehmung 2.1 langlochartig ausgebildet, so dass die Isolierstoffstütze 5 einschließlich der Führungshülse 51 wärmebedingten Längenänderungen Δ 1 des rohrförmigen Innenleiters 3 relativ zum Außenleiter 1 folgen kann und keine Zwangskräfte auftreten. Gleichzeitig läßt. diese Art der Durchführung auch wärmebedingte Längenänderungen der Isolierstoffstütze 5 in radialer Richtung zu.
Eine andere und einfachere Möglichkeit, das Auftreten von Zwangskräften durch wärmebedingte Längenänderungen des Innenleiters relativ zum Außenleiter zu verhindern, veranschaulichen die Fig. 9 und 10. Die Isolierstoffstütze 5 ist im Innenleiterverbindungsstück 4 und in der Führungshülse 51 schwenkbar aufgenommen, und zwar entweder durch kugelkalottenförmige Ausbildung ihrer beiden Enden in Verbindung mit ausreichend groß dimensionierten Ausnehmungen im Innenleiterverbindungsstück 4 und in der Wandung des Außenleiterverbindungsflansches 2 (Fig. 9) oder, komplementär hierzu, durch Ausbildung entsprechender Ringwulste in den Aufnahmen der Enden der Isolierstoffstütze 5 einerseits in dem Innenleiterverbindungsstück 4 und andererseits in der Führungshülse 51 (Fig. 10). In beiden Fällen kann die Isolierstoffhülse um kleine Winkel α um den Punkt M kippen.
Bei den bisher beschriebenen Ausführungsformen wird der relativ dünne, rohrförmige Innenleiter 3 durch ein Kühlmedium gekühlt, das durch den mittels des Rohres 7 kleineren Durchmessers geschaffenen Ringraum 8 strömt (vgl. Fig. 1). Alternativ hierzu kann der Innenleiter als dickwandiges Rohr 30 mit zahlreichen, eng benachbarten, axialen Kanälen 31 ausgeführt sein. Fig. 11 zeigt den entsprechenden Querschnitt. Insbesondere aus Aluminum können solche Rohre sehr einfach im Strangpressverfahren hergestellt werden.
In Figur 12 ist eine gegenüber Fig. 1 abgewandelte Ausführungsform dargestellt. Das von dem rohrförmigen Innenleiter 3 umschlossene Rohr 7 ist an seinen beiden Enden durch Flansche 71 verschlossen, von denen jeder einen zentralen Lagerzapfen 71.1 hat, mit dem er in einer Ausnehmung 41.1 in dem Innenleiterverbindungsstück 41 mit Spiel insbesondere in axialer aber auch in radialer Richtung sitzt. Das radiale Spiel ist der Deutlichkeit halber übertrieben groß gezeichnet. Das Rohr 7 ist somit zwischen den Innenleiterverbindungsstücken 41 schwimmend gelagert. Der Raum 8 zwischen dem rohrförmigen Innenleiter 3 und dem Rohr 7 kommuniziert mit der jeweiligen Kammer 6 in dem Innenleiterverbindungsstück 41 über Ausnehmungen 71.2 (vgl. Fig. 13) in dem Zapfen 71.1 und den sich in radialer Richtung anschließenden Umfangsspalt zwischen dem jeweiligen Flansch 71 und der diesem zugewandten Stirnfläche des Innenleiterverbindungsstücks 41. Damit der Querschnitt des Ringraums 8 über den Umfang konstant bleibt, sind zwischen dem Rohr 7 und dem rohrförmigen Innenleiter 3 Abstandsstücke oder Zentrierelemente 72 angeordnet. Diese können in der in Fig. 12 angedeuteten Weise das Rohr 7 wendelförmig umgeben. Dann verläuft die Strömung des Kühlmediums in dem Raum 8 ebenfalls wendel- oder schraubenförmig. Wenn dies vermieden werden soll, sind die Zentrierelemente 72 nicht durchgehend sondern nur in Form kurzer Abschnitte angeordnet. Stattdessen können die Zentrierelemente auch aus axial verlaufenden Stegen 72.1 bestehen, wie in Fig. 13 angedeutet, damit die Strömung des Kühlmediums axial gerichtet bleibt.

Claims (21)

  1. Koaxialleitung mit einem rohrförmigen Innenleiter (3), einem Außenleiter (1), Isolierstoffstützen (5) zwischen dem Innenleiter und dem Außenleiter und Anschlüssen zum Hindurchleiten eines Kühlmediums durch die Leitung, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium durch den Innenleiter (3) hindurchleitbar ist.
  2. Koaxialleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium über in mindestens einigen der Isolierstoffstützen (5) ausgebildete Kanäle (5.1) zu- und abführbar ist.
  3. Koaxialleitung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierstoffstützen als durch den Außenleiter (1) hindurch nach außen geführte Rohre (5) ausgebildet sind.
  4. Koaxialleitung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierstoffstützen als Vollscheiben (57) mit radialen Kanälen (57.1) ausgebildet sind.
  5. Koaxialleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (5.1; 57.1) der Isolierstoffstützen (5; 57) in eine Kammer (6) in einem Innenleiterverbindungsstück (4) am Ende des rohrförmigen Innenleiters (3) münden.
  6. Koaxialleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem rohrförmigen Innenleiter (3) ein an seinen beiden Enden stirnseitig verschlossenes Rohr (7) kleineren Durchmessers koaxial angeordnet ist und dass der Ringraum (8) zwischen diesem Rohr (7) und dem rohrförmigen Innenleiter (3) mit den Kanälen (5.1; 57.1) in den Isolierstoffstützen (5; 57) kommuniziert.
  7. Koaxialleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (7) stirnseitig durch einen an dem Innenleiterverbindungsstück (4) ausgebildeten Flansch (4.2) verschlossen ist.
  8. Koaxialleitung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (7) stirnseitig über Flansche (71) verschlossen ist, die an dem jeweiligen Innenleiterverbindungsstück axial und radial schwimmend (41.1, 71.1) gelagert sind.
  9. Koaxialleitung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (7) an seinem Aussenumfang sich gegen die Innenwand des rohrförmigen Innenleiters (3) abstützende Zentrierelemente (72) hat.
  10. Koaxialleitung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierelemente (72) längs einer Wendel (schraubenförmig) um das Rohr (7) angeordnet sind.
  11. Koaxialleitung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierelemente aus axial verlaufenden Stegen (72.1) bestehen.
  12. Koaxialleitung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentrierelemente mit dem Rohr (7) einstückig sind.
  13. Koaxialleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der rohrförmige Innenleiter (30) in seinem Mantel axiale Kanäle (31) hat, die mit den Kanälen in den Isolierstoffstützen kommunizieren.
  14. Koaxialleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus getrennt voneinander kühlbaren, elektrisch und mechanisch miteinander verbundenen Abschnitten (A, B) besteht.
  15. Koaxialleitung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die rohrförmigen Innenleiter (3, 30) aneinandergrenzender Abschnitte (A, B) der Leitung über komplementäre Steckverbindungen miteinander verbindbar sind.
  16. Koaxialleitung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die komplementäre Steckverbindung aus einer die Kammer (6) des Innenleiterverbindungsstücks (4) abschließenden Flanschplatte (10) mit einem sich axial erstreckenden ersten Ringbund (10.1) besteht, der einen zweiten Ringbund (11.1) an der Flanschplatte (11) des anschließenden Leitungsabschnitts übergreift und seinerseits von einem Kranz (11.2) sich axial erstreckender Kontaktfedern kontaktierend übergriffen wird, der den zweiten Ringbund (11.1) konzentrisch umgibt.
  17. Koaxialleitung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die freien Enden der Kontaktfedern des Kontaktfedernkranzes (11.2) in einer radialen Ebene liegen, die gegenüber der die Stirnfläche des zweiten Ringbundes (11.1) enthaltenden, radialen Ebene axial zurückgesetzt ist.
  18. Koaxialleitung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanschplatten (10, 11) mit dem Innenleiterverbindungsstück (4) verschraubt sind.
  19. Koaxialleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierstoffstützen (5) in axialer Richtung schwimmend durch den Außenleiter (1) hindurchgeführt sind.
  20. Koaxialleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das durch den Außenleiter (1) hindurchgeführte Ende jeder Isolierstoffstütze (5) von einem Führungsflansch (51) umschlossen ist, der in axialer Richtung schwimmend in einer Ausnehmung des Außenleiters gehalten, gegenüber diesem radialelastisch abgedichtet und mit ihm radialelastisch kontaktiert ist.
  21. Koaxialleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass jede der rohrförmigen Isolierstoffstützen (5) mit ihrem innenliegenden Ende in dem Innenleiterverbindungsstück (4) und mit ihrem außenliegenden Ende in der Außenleiterwandung (1) in einer axialen Ebene verkippbar gelagert ist.
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