CH629122A5 - Verfahren und vorrichtung zum fortlaufenden umformen eines bandes in ein rohr. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines endlosen Rohres, insbesondere mit geringer Wandstärke, durch progressives Krümmen eines Bandes um dessen Längsrichtung. Diese Technik hat bei der Herstellung von Abschirmungen aus Metall, u.a. für Koaxialkabel grosse Bedeutung erlangt.

Es ist bekannt, Kabel mit einem sich in der gesamten Kabellänge erstreckenden zylindrischen Schirm herzustellen, und zwar durch Faltung eines dünnen Metallstreifens um das Kabel. Zum Einschlagen des Kabels in das Metallband wird dieses durch ein Formwerkzeug gefördert, welches aus Walzen und/oder Formschablonen verschiedener Art aufgebaut sein kann. Das Hauptproblem bei diesen Formvorgängen besteht darin, dass das Material in einem Streifenquerschnitt beim Verformungsvorgang durch das Formwerkzeug ungleich lange Wegstrecken zurücklegt, so dass im fertigen Schirm Unregelmässigkeiten auftreten, falls die Elastizitätsgrenze des Materials überschritten sind. Diese Unregelmässigkeiten beeinträchtigen wie nachstehend näher erläutert die elektrischen Eigenschaften des Kabels.

Um die Materialstreckung innerhalb des elastischen Bereichs zu halten, hat man bereits vorgeschlagen, die Weglängenunterschiede mit Hilfe von sehr langen Faltzonen zu reduzieren, vgl. dieserhalb die deutsche Patentschrift 919 405. Zur Vermeidung entsprechender, sehr langer Maschinen hat man des weiteren versucht, den Bahnstreifen im voraus so zu verformen, dass das anschliessende Verformen im Faltwerkzeug den Streifen in einem solchen Zustand hinterlässt, dass alle Materialbereiche in der Streifenquerrichtung annähernd gleich stark plastisch verformt werden, vgl. die deutsche Offenlegungsschrift 2 519 462. Dies führt jedoch eine nicht erwünschte Deformationshärtung mit sich, durch welche die Biegsamkeit des fertigen Kabels verringert wird. Die deutsche Auslegeschrift 1 800 981 offenbart eine Technik, bei der man bestrebt ist, die Weglängenunterschiede dadurch aufzuheben, dass man im voraus den mittleren Bereich des Streifens plastisch verformt, wobei jedoch die unerwünschte Deformationshärtung ebenfalls unvermeidlich ist.

Einen wichtigen Schritt in der Richtung der Verminderung der Weglängenunterschiede offenbart die französische Patentschrift 1 156 636, in der vorgeschlagen wird, dem Streifen während des Verform- oder Faltvorgangs einen in der Längsrichtung gekrümmten Durchlauf zu erteilen. Dieses Prinzip wurde von G. Ditges untersucht, vgl. die Zeitschrift «Bänder Bleche Rohre» 1967, Nr. 4, Seiten 213-223, wo angegeben wird, dass man bei der verwendeten Werkzeuglänge den relativen Längenunterschied bis auf 1 % vermindern kann gegen 1,9% bei geradliniger Förderung durch das Formwerkzeug. Die erwähnte Krümmung in der Längsrichtung wird auch bei der in der deutschen Auslegeschrift 1 087 551 beschriebenen Technik ausgenutzt. Hier geht es jedoch darum, durch gleichmässige Streckung des Streifenbandes in dessen Gesamtbreite gerade Rohre zu erzielen.

Der Stand der Technik umfasst somit nicht die eingangs genannte Methode, wo der relative Weglängenunterschied verschiedener Materialbereiche in der Bandquerrichtung auf unter ca. 1% vermindert werden kann, es sei denn, dass das Material im fertigen Rohr im Verhältnis zum Ausgangsmaterial gestreckt ist oder mit sehr langen Faltstrecken gearbeitet wird. Diese Begrenzungen sind bei der Herstellung elektrisch leitender Abschirmungen für Koaxialkabel unzweckmässig. Die für solche Abschirmungen meistbenutzten Materialien werden bei einer relativen Längung von 1 % plastisch stark deformiert, so dass die Materiallänge der fertigen Abschirmung an den Bandkanten entlang grösser ist als in der Bandmitte, wobei sich in der Abschirmung um die Bandkanten in der gleichen Weise regelmässig verteilte Falten bilden, wie es im obenerwähnten Artikel von Ditges, Fig. 1, Seite 223 dargestellt ist. Die Abstände zwischen den Falten sind der gleichen Grössenordnung wie die Länge der elektromagnetischen Wellen im Koaxialkabel, so dass Resonanzschwingungen auftreten, die bewirken, dass selbst kleine Unregelmässigkeiten im Mantel eine Reflektion der elektromagnetischen Wellen bewirken. Die vom Verformungs-prozess herrührenden Falten im Kabel sind bei dem Stand der Technik vermeidbar, wo die Abschirmung gleichartig plastisch gelängt ist, was jedoch zur bereits erwähnten De2

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formationshärtung führt, so dass das Kabel bei der Verlegung weniger stark gekrümmt werden kann, als ein Kabel, dessen Abschirmung nicht deformationsgehärtet worden ist, indem aus den vorgenannten Gründen durch das Krümmen des Kabels in der Abschirmung keine regelmässig verteilten Falten auftreten dürfen.

Zweck der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens wie im Anspruch 1 definiert. Die Krümmung in der Längsrichtung und die Krümmung in der Querrichtung sollen im Verhältnis zueinander so gesteuert werden, dass die Weglängenunterschiede zwischen beliebigen Bereichen in der Bandquerrichtung wesentlich kleiner sind als bisher erreichbar, ohne dass das Material plastisch deformiert wird. Die Erfindung fusst auf der Erkenntnis, dass von den vielen denkbaren Kurvenformen, die eine gekrümmte Formungsbahn definieren, nur gewisse spezielle Kurvenformen den genannten Zweck erfüllen, und dass diese speziellen Kurvenformen gesammelt durch den im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Zusammenhang zwischen den genannten Parametern definierbar sind, was aus dem folgenden Teil der Beschreibung hervorgeht. Das Verfahren wird vorzugsweise gemäss Anspruch 2 durchgeführt, während der Anspruch 3 eine besonders einfache Ausführungsform des Verfahrens kennzeichnet, wo R(z) auch konstant ist.

Die Erfindung betrifft des weiteren eine Vorrichtung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 4 zur Durchführung des Verfahrens. Die Vorrichtung weist die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 4 angegebenen Merkmale auf. Die erfindungsgemässe Vorrichtung enthält somit keine Walzen, deren Rotation in der Abschirmung periodische Unregelmässigkeiten verursachen könnten. Da die Verformungsbak-ken stationär sind, entfallen die beispielsweise in den deutschen Auslegeschriften 1 083 207 und 1 087 551 erwähnten, bei beweglichen Verformungsbacken unvermeidbaren periodischen Fördereinwirkungen auf das Material. Infolge der angegebenen Spaltenform erhält man ein Werkzeug mit kleinen Ausmassen zum Umformen des Bandes ohne plastische Deformation derselben in der Längsrichtung.

Die Ansprüche 5 und 6 kennzeichnen zweckmässige Ausführungsformen, bei denen die Form der Verformungsbak-ken besonders leicht herstellbar ist, so dass das Werkzeug wenig Aufwand erfordert. Die erfindungsgemässe Vorrichtung dient vorzugsweise zur Anbringung einer elektrisch leitenden Abschirmung um ein Kabel. Der Anspruch 7 kennzeichnet eine speziell für diesen Zweck vorgesehene Ausführungsform der Verformungsbacken.

Der Radius r0 wird vorzugsweise so gewählt, dass er dem Radius der fertigen Abschirmung entspricht, kann jedoch auch um ein solches Mass kleiner gewählt werden, dass der Radius des gekrümmten Bandteils nach dem anschliessenden elastischen Spannungsausgleich dem gewünschten Radius der fertigen Abschirmung entspricht.

Insbesondere am Anbringen von Abschirmungen um Kabel ist hinsichtlich des letzten Stücks des mittleren geradlinigen Teils des Bandquerschnitts die Kompensation des elastischen Spannungsausgleichs undurchführbar. Der sich hieraus ergebende Nachteil (der sogenannte spring-back-Ef-fekt) ist bei der im Anspruch 8 angegebenen Ausführungsform der Erfindung vermeidbar, wo das Verformungswerkzeug durch eine Einrichtung ergänzt wird, die durch Hinzufügung von Normalkräften in radialer Richtung die Abschirmung überall dicht um das Kabel festhält, bis eine anschliessende permanente Halterung beispielsweise durch Schweissen, Bewickelung oder mit Hilfe eines extrudierten Mantels erfolgen kann. Eine solche Einrichtung kann beispielsweise eine Düse mit engen Toleranzen oder ein selbstjustierendes elastisches Element sein.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1A und 1B die geometrischen Verhältnisse bei einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens,

Fig. 2 in Seitenansicht zwei Verformungsbacken mit einem oberen Teil und einem unteren Teil zur Bestückung eines Koaxialkabels mit einer Metallabschirmung nach dem erfindungsgemässen Verfahren,

Fig. 3 einen Schnitt durch den oberen Teil nach der gekrümmten Linie B-B in Fig. 2,

Fig. 4 den oberen Teil mit eingelegtem Kabel im Schnitt nach der Linie C-C in Fig. 3,

Fig. 5 einen unteren Teil sowie einen Schnitt durch das Kabel und ein Abschirmungsband nach der gekrümmten Linie A-A in Fig. 2,

Fig. 6 einen Teil des unteren Teils mit eingelegtem Band und eingelegtem Kabel in der Endansicht E in Fig. 2,

Fig. 7 einen Teilschnitt durch die Verformungsbacken mit eingelegtem Band und Kabel nach der Linie D-D in Fig. 2,

Fig. 8 im Schnitt eine Ausführungsform eines Organs, das dem elastischen Spannungsausgleich im Band entgegenwirkt, und

Fig. 9 im Schnitt eine andere Ausführungsform des genannten Organs.

Bevor die erfindungsgemässe Vorrichtung im einzelnen beschrieben wird, soll zunächst veranschaulicht werden, welche Relationen zwischen den Parametern beim Formungsvorgang erforderlich sind, um beim Umformen des Bandes in ein Rohr ohne plastische Deformation in der Längsrichtung jegliche Weglängenunterschiede zwischen Bereichen eines Bandquerschnitts zu vermeiden. Es soll dargelegt werden, wie beim erfindungsgemässen Verfahren mit grosser Annäherung in der Praxis solche Weglängenunterschiede beseitigt werden.

Zu diesem Zweck wird anhand der Fig. 1A die relative Verlängerung e des Bandes in der Längsrichtung definiert. Diese Figur zeigt einen Punkt P in einem um die Weglänge z vom Beginn der Verformungszone entfernten Bandquerschnitt T, sowie den Punkt P', in den P übergeht, wenn das Band in der Produktionsrichtung um die Strecke dz weiterbewegt ist und die durch T' angegebene Form angenommen hat. Wenn das geradlinige Bandstück OA die Strecke dz durchläuft, muss der Punkt P die Strecke |/dl2 + dz2 durchlaufen. Die relative Verlängerung wird hiernach gemäss der Gleichung definiert l/dz2 + dl2 — dz s - ~ dz

In Fig. 1B entspricht die Papierebene der Ebene y-z in Fig. 1A, so dass dieicreisbogenförmige Krümmung der Krümmung des teilweise umgeformten Bandausschnittes U in der Förderrichtung mit einem Krümmungsradius R vom Wandboden aus entspricht, wobei die Weglänge des Ausschnittes U gleich aR ist. In einer Höhe y über dem Boden ist die Weglänge des Ausschnittes U gleich a(R-y), das um ay kleiner ist als der Bandboden. Setzt man diese Reduktion gleich der Erhöhung der Weglänge aRs, d.h.

ay = aRs (2)

wo £ vorstehend ohne Krümmung in der Förderrichtung definiert ist, legt der Bandquerschnitt in der Höhe y die gleiche Wegstrecke zurück wie der Bandboden. Es ist somit möglich, einen Weglängenunterschied in der Längenrichtung ganz zu vermeiden, ohne dem Band plastische Deformationen zu erteilen, falls

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(3)

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In der Praxis kann R von y nicht abhängig gemacht werden, weshalb die Forderung erfüllt sein muss, dass e mit y proportional ist. Die Erfindung fusst auf der Erkenntnis, dass unter den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Voraussetzungen besondere Umformungsverläufe vorliegen, so dass die Gleichung (3) in der Praxis erfüllbar ist, was aus dem nachstehenden Beispiel unter Hinweis auf Fig. 1A hervorgeht.

Der Punkt P hat die Koordinaten

P:

x = x(z) + rosin20

y = 2r°sin20 Die Bogenlänge s von O bis P beträgt s = x(z)+2r0 0

(4)

(5)

Während des Umformens geht der Punkt P in den Punkt P' über, der sich im gleichen Bogenabstand von O befindet. Die Differentiation von (5) ergibt oder

O = ds = x'(z)dz+2r0 d0 x'(z)

d0 dz

2r„

(6)

Die Differentiation von (4) ergibt dx = x'(z)dz+2r0cos 20d0 dy = 2r0sin 2 0d0

Hieraus ergibt sich rechnerisch dl = ]/dx2+dy2 = x'(z)dz • 2 sin0

(7)

Die Gleichung (1) ergibt mit guter Annäherung durch Reihenentwicklung s (8)

Wird darin (7) eingesetzt, erhält man s~2x'(z)2sin20 (9)

Wird dort y aus (4) eingesetzt, erhält man oo)

Die Gleichung (10) zeigt, dass die in der Gleichung (3) geforderte Proportionalität zwischen y und s, wenn x'(z)2

gesetzt wird, erzielbar und somit der

Zweck der Erfindung erfüllbar ist, was auch durch Versuche s in industriellem Massstab nachgewiesen worden ist.

Durch Berechnungen der vorstehenden Art kann weiterhin gezeigt werden, dass viele bisherige Umformungsverläufe, beispielsweise das Krümmen des Bandes vom Boden aus mit einem dem endgültigen Radius entsprechenden io Krümmungsradius, oder ein Formungsverlauf, bei dem man den Querschnitt eine Kreisform mit ständig abnehmendem Radius annehmen lässt, die obengenannten Vorteile nicht gewährleisten.

Die Zeichnungsfiguren 2-7 zeigen ein teilbares Umfor-i5 mungswerkzeug mit zwei Umformungsbacken, nämlich einem oberen Backenteil 1 und einem unteren Backenteil 2, die so geformt sind, dass man eine krumme Formungsbahn mit dem Krümmungsradius R(z) erhält, wo z die Förderrichtung des Bandes 4 bezeichnet. Das Kabel 3 wird vom Ende E aus 20 zusammen mit dem Band 4 eingeführt, das im Werkzeug zu einer das Kabel umgebenden Abschirmung umgeformt wird. Das Kabel verlässt am Ende F das Umformungswerkzeug.

Das Oberteil 1 hat wie aus Fig. 4 und 7 ersichtlich, eine Leitfläche 5, welche im mittleren Teil eine Ausnehmung 7 25 zur Aufnahme des Kabels 3 aufweist. Die Leitfläche 5 hat einen im wesentlichen geradlinigen, in der Förderrichtung z abnehmenden Bereich mit der Länge 2 • x(z) zwischen gekrümmten Randbereichen mit dem Krümmungsradius r0.

Das Unterteil 2 hat wie aus Fig. 6 und 7 ersichtlich eine 30 Leitfläche 6, die wie die Fläche 5 zwischen gekrümmten Randbereichen einen im wesentlichen geradlinigen mittleren Bereich aufweist. Da die Erfindung darauf abzielt, dünne Bänder umzuformen, kann dieser Krümmungsradius gleich r0 gesetzt werden. In Fig. 5 gibt der Abstand zwischen den 35 gestrichelten Linien das geradlinige Stück 2 • x(z) an.

Wie insbesondere aus Fig. 7 ersichtlich, begrenzen die beiden Formteile 1 und 2 eine zwischen diesen befindliche Spalte 8 zur Aufnahme und Umformung des Bandes 4. Auf der Zeichnung erstreckt sich die Spalte in der Gesamtlänge 4o des Werkzeugs. Bei der Herstellung von Kabeln mit Abschirmung ist es jedoch schwierig, die Oberfläche im letzten Teil zu verarbeiten, weil das Gut zwischen der Ausnehmung 7 und dem krummen Teil der Leitfläche 5 sehr dünn wird, weshalb man mit Vorteil mit einem oberen Teil arbeitet, der 45 kürzer ist als der untere Teil. Gegebenenfalls kann man den freiliegenden Bereich des unteren Teils mit einer nach oben verlängerten Leitfläche ausbilden.

Wie bereits vorstehend erwähnt, kann man dem sogenannten springback-Effekt durch Ergänzung des Umfor-50 mungswerkzeugs mit Organen entgegenwirken, welche Normalkräfte in radialer Richtung verursachen und damit die Abschirmung um das Kabel fest haltern.

Zu diesem Zweck dient beispielsweise eine in Fig. 8 dargestellte Düse 9 mit enger Toleranz oder ein in Fig. 9 veran-55 schaulichtes selbstjustierendes elastisches Element 10, das ' eventuell einen oder mehrere Schlitze aufweisen kann.

3 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

629 122 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum fortlaufenden Umformen eines Bandes in ein Langrohr insbesondere mit geringer Wandstärke, bei dem das Band an einer Bahn mit einem Krümmungsradius R(z) durch ein Umformungswerkzeug gefördert und dabei gezwungen wird, in der Mitte eine im wesentlichen geradlinige Form und in den Randbereichen eine Kreisbogenform mit dem Radius r„ anzunehmen, wo die Breite 2 • x(z) des im wesentlichen geradlinigen Teils beim Durchlaufen des Werkzeugs in der Bandvorschubrichtung (z) allmählich abnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass der Krümmungsradius R(z) der Bahn in Abhängigkeit von rc und vom Differentialquotienten x'(z) gewählt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass R(z) annähernd gemäss dem Ausdruck r„

gewählt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Differentialquotient x'(z) konstant gehalten wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem aus einem oder mehreren Paaren von gleich oder ungleich langen Umformungsbacken (1,2) bestehenden Umformungswerkzeug, mit zur Führung des Bandes (4) dienenden Leitflächen (5, 6), die eine Umformungsbahn mit dem Krümmungsradius R(z) definieren und zumindest auf einem Teil ihrer Länge paarweise eine zwischen den Leitflächen liegende Spalte zur Aufnahme des Bandes begrenzen, wobei zumindest eine der Leitflächen quer zur Förderrichtung einen im wesentlichen geradlinigen mittleren Bereich mit in der Förderrichtung abnehmender Breite [2 • x(z)] zwischen gekrümmten Randbereichen mit dem Krümmungsradius r0 aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformungsbacken stationär sind, und dass der Krümmungsradius R(z) der Leitflächen in Abhängigkeit vom Radius rD und vom Differentialquotienten x'(z) bestimmt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Krümmungsradius R(z) der Leitflächen im wesentlichen proportional zu rc und umgekehrt proportional zu x'(z)2 ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitflächen so ausgebildet sind, dass der Differentialquotient x'(z) konstant ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der stationären Umformungsbak-ken eine in der Längsrichtung verlaufende Ausnehmung zur Aufnahme eines zusammen mit dem Band geförderten länglichen Körpers aufweist, um den das Band geformt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie des weiteren Organe aufweist, die dem elastischen Spannungsausgleich im Band nach dem Formen desselben um das Kabel entgegenwirken.