Verfahren und Vorrichtung zum Umhüllen eines Kabels mit einem Metallmantel Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Umhüllen eines Kabels mit einem Metallmantel.
Bei den bisher bekannten Herstellungsverfahren für Metallrohre wird ein endloses Metallband durch ein Rohrherstellungswerkzeug gezogen und hierbei zu einem rohrförmigen Gebilde mit einem längs verlau fenden Spalt geformt. Im weitern Verlauf des Durch ganges durch das Röhrenwerk sind Mittel vorhanden, welche auf das Rohr einen Druck ausüben, welche Mittel, währenddem der Längsspalt verschweisst wird, diesen Spalt zusammenpressen.
In den schweizerischen Patenten Nm. -331299 und 347590 ist ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zum Schweissen von Rohren beschrieben, bei welchen der Längsspalt im Metallrohr während dessen Längs bewegung verschweisst wird, wobei auf das Rohr ein Druck ausgeübt wird, um im Bereiche der Schweiss stelle die Spalte zuschliessen. Hierbei erfolgt das Er wärmen der Spaltflächen mittels an eine Wechsel stromquelle angeschlossener Elektroden, wobei der Strom im Bereiche der Spaltstellen in Punkten ange setzt wird, welche kurz vor dem Schweisspunkt liegen. Die Stromfrequenz ist dabei so hoch, dass sich ein Weg möglichst geringen Widerstandes zwischen den Elektroden an den Spaltflächen entlang über den Schweisspunkt ergibt. In diesen Patenten ist dargelegt, dass in gewissen Fällen, z.
B. bei relativ kleinen Rohr durchmessern, eine gewisse Neigung besteht, dass gewisse Teilströme rund um das Rohr herum fliessen, anstatt längs der Flächen des V-förmigen Spaltes. Es kann eine gewisse Tendenz eintreten, dass der Schweiss punkt seine Lage unter Einbusse am Wirkungsgrad und mit Unregelmässigkeiten in der Schweissnaht stän dig ändert.
Wie weiterhin in diesen Patenten dar gelegt wird, können solche Schwierigkeiten durch Er- höhung des Widerstandes des Stromweges von einer Kontaktfläche um das Rohr herum zur andern ver ringert werden, indem im Rohr oder unmittelbar in dessen Bereich Massenkerne angeordnet werden, wel che den Zweck haben, auf Grund des vergrösserten Widerstandes dieses Weges den Strom massgeblich dort zusammenzudrängen, wo -dies erwünscht ist, das heisst längs der V-förmigen Spaltflächen.
Dabei wird auch die Lage des Schweisspunktes besser an einem bestimmten Ort fixierbar, so dass die Schweiss geschwindigkeit der Rohre stark erhöht und die Quali tät und Gleichmässigkeit der Schweissung verbessert wird.
Wie in diesen Patenten dargelegt ist, weisen die Massenkerne vorzugsweise Stäbe aus gesintertem, magnetischem, isolierendem Oxydmaterial bekannter Art auf, welches einen niedrigen Verlustfaktor und einen hohen spezifischen Widerstand besitzt, wie z. B. das unter der Handelsmarke Ferramic bekannte Material der General Ceramics and Steatite Corpo ration. Dieses Material ist ein elektrischer Nichtleiter und besitzt einen Curiepunkt in der Grössenordnung zwischen 90 und 150 C.
Da jedoch .die heissen, längs des Spaltes liegenden Rohrteile an der Schweissstelle nur einen sehr geringen Abstand von diesem Material haben, so kann, insbesondere bei kleinen Rohrdurch messern, genügend Strahlungswärme auf derartige Massenkerne übergehen und diese beschädigen oder deren Curiepunkt so erhöhen, dass keine richtige Funktion mehr eintritt.
Wie im schweizerischen Patent Nr. 347590 aus geführt ist, können diese Aufgaben dadurch befrie digend gelöst werden, dass die Massenkerne mit einer Hülle umgeben werden, beispielsweise einem Kupfer rohr, welche Hülle ihrerseits im vorwärtsgeschobenen, zu schweissenden Rohr angeordnet ist, wobei diese Hülle vorzugsweise derart ausgeführt ist, dass sie ständig flüssigkeitsgekühlt werden kann.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch ge kennzeichnet, dass man das Kabel ununterbrochen vorwärts bewegt und gleichzeitig einen Metallstreifen fortlaufend zu einer rohrförmigen Umhüllung formt, wobei diese das Kabel umschliessend sich ebenfalls vorwärts bewegt, dass man die Längskanten des Strei fens so zusammenbringt, dass ein V-förmiger Spalt gebildet wird, und man die Spaltflächen zusammen drückt derart, dass die entstehende Rohrumhüllung einen grösseren Durchmesser aufweist als das Kabel und dieses beim Vorwärtsbewegen in dem Metall mantel nicht an den Spaltflächen anliegt,
dass man ferner die Spaltflächen mittels im Bereiche dieser Spaltflächen unmittelbar vor einer Schweissstelle ange ordneter Kontaktorgane erhitzt, die mit einer Strom quelle verbunden sind, welche einen Hochfrequenz strom liefert, dessen Frequenz mindestens 100 000 sec beträgt, wobei dieser Strom von diesen Kontakten aus längs den Spalträndern zu der Schweissstelle hin und von der Schweissstelle weg fliesst und die Ränder des Spaltes beim Erreichen der Schweissstelle auf Schweiss temperatur erhitzt, und dass man ferner das Kabel mit der Umhüllung mit derartiger Geschwindigkeit bewegt, dass Hitzeschäden an Kabel vermieden wer den.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass zum Einführen zwi schen das Kabel und die Innenfläche des Mantels unmittelbar anschliessend an die Schweissstelle eine Glättungsvorrichtung für die im Rohrinnern gelege nen Teile der Schweissnaht vorhanden ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindungsgegenstände werden anschliessend anhand von Figuren eingehend erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer Vorrichtung, Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung gemäss Fig. 1, Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer andern Ausführungsform einer Vorrichtung mit Mitteln zum Formen der Metallstreifen in die gewünschte Röhren form sowie Mitteln zum Glätten oder Ausmerzen von Unregelmässigkeiten längs der Schweissnaht sowohl in dem Rohr als aussen auf dem Rohr, Fig. 4 einen Querschnitt gemäss der Linie 5-5 der Fig. 3, Fig. 5 einen Längsschnitt gemäss der Linie 6-6 der Fig. 3, Fig.
6 eine perspektivische Ansicht, mit wegge brochenen Teilen, von Mitteln zum Glätten oder Aus merzen von Unregelmässigkeiten längs der Schweiss naht.
In den Fig. 1 und 2 ist eine zu schweissende Um hüllung mit 10 bezeichnet. Diese Umhüllung ist be reits in der Art, wie dies links in Fig. 3 dargestellt ist, ausgehend von einem Metallstreifen in die ungefähre Form des gewünschten Rohrdurchmessers gebogen gezeigt, wobei sie nur einen V-förmigen Längsspalt 11 aufweist, welcher die Spaltflächen 15, 16 des Rohrkörpers voneinander trennt. Im Rohrkörper ist ein mehrlitziges Stahlkabel 12 angeordnet. Dieses Kabel besteht aus einer Vielzahl schraubenlinienförmig gewundener Drähte, wie diese oftmals zur Herstellung von Kernen für Fernmeldekabel oder von Fernmelde kabeln selbst benützt werden. Jede Litze oder das Kabel als Ganzes kann für gewisse Fälle isoliert sein.
Das ganze Rohr 10, welches als Schutzhülle wirkt, und das Kabel 12 werden in Längsrichtung gemäss den Pfeilen in Fig. 1 in bekannter Weise vorwärts bewegt, wobei die Hülle mit dem darin gelagerten Kabel schlussendlich mittels eines angetriebenen Haspels (nicht dargestellt) zu einer Spule gewunden werden. Die Vorschubmittel weisen angetriebene, druckerzeugende Rollen 13 und 14 auf. Diese Rollen drücken auf einander gegenüberliegende Seiten des Rohres in der Nähe der Schweissstelle w und drücken die sich gegenüberliegenden Spaltflächen 15 und 16 fest gegeneinander.
Diese Spaltflächen werden mittels -der Rollen 13 und 14, welche hinter den Kontakten oder Elektroden 17 und 18 angeordnet sind, vorwärts bewegt. Diese Kontakte 17 und 18 sind an eine Hoch frequenzstromquelle angeschlossen. Die Frequenz muss in der Grössenordnung von mindestens 100 000; sec liegen oder vorzugsweise höher. Beste Resultate wer den mit Frequenzen von 300 OOO,fsec., 500 000 sec oder mehr erreicht. Die elektrischen Kontakte 17 und 18 werden vorzugsweise mit Flüssigkeit gekühlt, wie in den vorstehend erwähnten Patenten dargelegt ist. Die Kontakte 17 und 18 sind verschiebbar ange ordnet, um sie in einen wählbaren Abstand von der Schweissstelle w einstellen zu können.
Da das Kabel 12 und das Rohr gleichzeitig nach dem Durchgang durch die Kontakte vorgeschoben werden, wird kein Oberflächenteil des Kabels für längere Zeit der Hitze des Schweissprozesses ausgesetzt. Das Kabel kann daher ohne Nachteil diese Hitze ertragen, welche es im raschen Durchgang durch die Schweissstelle w auf nimmt.
In der in Fig. 1 dargestellten Anordnung wirkt das Kabel 12 als Massenkernwiderstand und erhöht den Widerstand des rund um das Rohr herumfüh renden Stromweges. Daher wird der Strom an der jenigen Stelle konzentriert, an welcher dies gewünscht wird, das heisst längs der Spaltflächen des V-förmigen Spaltes. Dies verbürgt einen guten Wirkungsgrad des Schweissens. Damit werden die Vorteile der in den vorstehend angeführten schweizerischen Patenten be schriebenen Verfahren- auch bei der Herstellung eines von einer nahtgeschweissten Umhüllung umgebenen Kabels erreicht.
Es sei hervorgehoben, dass der Innendurchmesser der Hülle oder des Rohrkörpers 10, wie dargestellt, etwas grösser ist als der äussere Kabeldurchmesser. Daher liegt das Kabel 12 infolge seines Gewichts beim Vorschieben auf der untern Rohrfläche auf und be rührt die stromtragenden Teile des Rohres längs der Spalte nicht. Der zwischen Rohr und Kabel entste hende Zwischenraum ist mit 19 bezeichnet. Wenn im fertigen Produkt die Hülle das Kabel eng umfassen soll, so kann dies dadurch erreicht wer den, dass man nach dem Schweissen das umhüllte Kabel durch eine Stauchvorrichtung schickt.
Wie die im Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 beschriebene Vorrichtung zeigt, kann auf diese Weise das Material des Massenkernes kontinuierlich durch den Heizbereich gezogen werden. Dank dieser Mass nahme nimmt kein Teil des Massenkernes eine unzu lässig grosse Wärmemenge auf.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Ausführung ist besonders gut geeignet zum Schweissen von Metall umhüllungen aus Kupfer, Aluminium oder deren Legierungen zur Umhüllung von Stahlkabeln. Sie sichert eine gleichmässige Schweissnaht längs der Um hüllung und vermeidet gleichzeitig jede Gefahr einer Beschädigung des Kabels durch Hitze.
In den in den Fig. 4 bis 6 dargestellten Ausfüh rungen sind diejenigen Teile mit gleichen Bezugs zeichen versehen, welche in der Vorrichtung nach Fig. 1 verwendet sind, jedoch mit einem zusätzlichen Beistrich gekennzeichnet. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, wird ein mehr oder weniger flacher Blechstreifen s durch eine Matrize 40 gezogen, um diesen Streifen zu einem rohrförmigen Körper 10' zu biegen, wäh rend dieser gegen :die Schweissstelle bewegt wird, wie dies im Zusammenhang mit der Fig. 1 erklärt wurde. Dabei umfasst der rohrförmige Körper 10' ein Kabel 12', welches isoliert oder unisoliert ist und praktisch mit derselben Geschwindigkeit wie der Rohrkörper 10' in Längsrichtung bewegt wird.
Die Matrize 40 oder zumindest ihre innern Teile weisen vorzugsweise ein Kunststoffteil auf, welches derart geformt ist, dass der eintretende Blechstreifen s schnell zu einem rohrförmigen Körper 10' zusammen gebogen wird, welcher einen Spalt 11' aufweist, wobei an den gegenüberliegenden Spaltflächen 15' und 16' Elektroden 17' und 18' angeordnet sind. Die Matrize kann beispielsweise aus Phenolformaldehyd-Kunstharz bestehen und vorzugsweise mit einem Füllmaterial, wie Glasfaser- oder Papierbogen, versehen sein. Die Matrize ist mittels Klammern 41 befestigt und mittels Setzschrauben 42 in ihrer Stellung gehalten. Diese Matrize 40 kann verschiedene Formen und Grössen aufweisen und ist auswechselbar.
Durch eine derartige Bildung des Rohrkörpers 10' aus einem Streifen s werden die schweren, teuren Rohrherstellungswerk zeuge, welche normalerweise zur Herstellung derar tiger Rohre verwendet werden, überflüssig. Auch die Schwierigkeiten zum Einstellen dieser Werkzeuge bei Änderung des Rohrquerschnittes und der Rohrwand stärken fällt dahin.
Die beschriebene Vorrichtung zur Herstellung von Rohren ist speziell geeignet zurr Formen von Rohren aus relativ dünnen Blechen, welche ein sich fort bewegendes Kabel oder ein ähnliches Gebilde um fassen, wobei letztere mithelfen, eine unvorherge sehene Deformation des Streifens während der Rohr bildung zu verhüten. Um den Spalt 11' im Rohrkörper 10' bezüglich Breite gleichmässig zu gestalten, ist ein Abstands stück 45 vorgesehen, welches kurz nach der Matrize 40 derart in den Spalt 11' hineinragt, dass die Spalt flächen des Metallrohres durch die Matrize fest gegen die Seiten des untern Endes des Spreizorganes ge presst werden.
Auf diese Weise dient das Abstands stück 45 zusammen mit der Matrize 40 dazu, eine gleichmässige Spaltbreite 11' sicherzustellen, wobei die Widerstände bezüglich des Hochfrequenzstromes, der längs den Spaltflächen 15', 16' fliesst, wenn sich diese dem Schweisspunkt w nähern, gleich gehalten werden. Dies sichert ein gleichmässiges Erhitzen und eine gleichmässige Schweissung im Punkt w, wobei die Schweissung zeitlich sehr kurz nach der Bildung des Rohrkörpers 10' in der Matrize 40 erfolgt.
Oftmals ist es nicht erwünscht, dass der Hoch frequenzstrom aus den Elektroden 1<B>7</B> und 18' teil weise über den Spalt 11' vor den Elektroden kurz geschlossen wird. In diesem Falle wird vorteilhafter- weise der in den Spalt 11' hineinragende Teil des Abstandsstücks 45 seitlich mit keramischen Einlagen 46 oder mit einem andern Isolierstoff versehen, um in diesem Bereiche ein Kurzschliessen der Spaltflächen 15', 16' zu vermeiden, wie dies beispielsweise im USA-Patent Nr. 2 818 489 dargelegt ist.
Um Grate und Unregelmässigkeiten längs der Schweissnaht, welche auch in das Rohrinnere vor stehen können, zu glätten oder auszumerzen, ist ein Organ in Form eines verlängerten Schuhlöffels 50 vorgesehen, welches sich im Rohr über dem Kabel 12' in Längsrichtung erstreckt, wobei das eine Ende durch den Spalt 11' hindurch gehalten und vorteilhafterweise am Abstandsstück 45 angeschweisst ist. Das nach aussen verdickte innere Ende 50a des Organes 50 erstreckt sich vorteilhafterweise über die Schweiss stelle w hinaus nach vorn.
Dabei muss natürlich die Umhüllung l0', wie diese in der Matrize 40 geformt wird, einen Durchmesser aufweisen, welcher um so viel grösser ist als d erjenige des Kabels 12', dass min destens vor der Schweissstelle w ein Zwischenraum zwischen Kabel und Rohr geschaffen wird, welcher die Aufnahme des Organes 50 erlaubt. Um die obere Seite der Umhüllung 10' längs der Schweissnaht 51 fest nach unten und :gegen die Fläche 50a des Organes 50 zu drücken, ist eine Druckrolle 52 angeordnet. Als Gegenhalter ist eine Rolle 53 an der Unterseite des Rohres 10 vorgesehen.
Das Organ 50 wird vorteilhafterweise aus einem hochtemperaturfesten Metall hergestellt, welches den im Bereich der Schweissstelle w auftretenden Tem peraturen widersteht. Um das Organ 50 zusätzlich zu kühlen, kann das Abstandsstück 45 flüssigkeitsauf nehmende Ausnehmungen aufweisen, wie dies bei spielsweise für die Elektroden 17' und 18' gemäss den Darlegungen in den vorerwähnten Patenten Nrn. <B>331299</B> und 347590 vorgesehen ist.
Im Bereich vor der Schweissstelle w muss der Durchmesser der Umhüllung 10' stets genügend gross sein, so dass das Organ 50 immer einen vorbestimm en Mindestabstand von den Spaltflächen 15', 16' des Metallrohres 10' aufweist, zum Zwecke, die Kurz schlussbildung zu verhüten.
Um irgendwelche Grate und Unregelmässigkeiten von der Aussenfläche längs der Schweissnaht zu ent fernen, ist ein Schlichteisen 55 mit einer Schneidkante 56, welches unter Druck steht, längs der Schweissnaht unmittelbar anschliessend an die Schweissstelle w an geordnet. Der entstehende Druck dieses Schlicht eisens gegen das Rohr bedingt einen Gegenhalter in Form der Rolle 53 in Fig. 6 an der Unterseite des Rohres. Das Rohr, welches das geschobene Kabel umschliesst, wird von zwei oder mehreren Paaren von sich gegenüberliegenden, angetriebenen Druckrollen 60, 61 und 62, 63 gezogen.
Anschliessend kann das Rohr durch Pressorgane durchlaufen, welche, wie vor stehend dargelegt wurde, den Rohrdurchmesser so verringern, dass er das Kabel in gewünschtem Aus mass enger umfasst. Die gewöhnlichen Formen von Rohrherstellungs werkzeugen, welche dazu dienen, aus Streifen Rohre herzustellen und diese während ihres Vorschubes zu schweissen, sind sehr weitgehend ausgeklügelt und teuer, da sie zahlreiche Rollenständer und andere Ausrüstungsteile schwerer und relativ komplizierter Art benötigen.
Anstelle einer Rohrherstellungsein richtung kann, wie beschrieben, eine bedeutend bil ligere und einfachere Anordnung in Form einer Matrize oder mehrerer sich folgender Matrizen ver wendet werden, durch welche der Metallstreifen durchgezogen und hierbei unmittelbar vor der Schweissvorrichtung zum Verschweissen der Längs spalte zu einem Rohrkörper geformt wird. Damit wird es möglich, auch sehr lange elektrische Kabel oder ähnliches mit einer Metallumhüllung im kontinuier lichen Verfahren herzustellen.
Durch die bisher bekannten Verfahren zum Er hitzen des Metalles beim Schweissen mittels Induk tionsheizung war es im allgemeinen nicht möglich, praktisch befriedigende Schweissnähte an Umhüllun gen aus Nichteisenmetallen wie Kupfer, Aluminium oder deren Legierungen herzustellen. Auch war es nicht möglich, derartige Umhüllungen mit schon ein gelagertem Kabel herzustellen, und zwar weder durch Induktionserwärmungsmethoden noch durch ge wöhnliche Niederfrequenz-Wechselstromheizung oder Gleichstrom-Widerstandsheizung. Der freie Raum im Rohr ist bei diesen Verfahren notwendigerweise durch einen Massenkern oder andere Teile ausgefüllt, welche die Gegenwart eines vorgeschobenen Kabels im sich bildenden Rohrkörper nicht erlauben.
Auch wenn es bei diesen Methoden möglich wäre, in der Umhüllung während des Schweissens ein Kabel unterzubringen, so würde dieses Kabel wegen Überhitzung gefährdet sein.