Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines gewellten Metallrohres, bei dem in kontinuierlicher Arbeitsweise ein Glattrohr durch eine Buchse hindurchgeführt und unmittelbar hinter der Buchse ein Wellwerkzeug an dem Glattrohr angreift, bei welchem eine Wellerscheibe mit einer grösseren lichten Weite als der Glattrohrdurchmesser, frei drehbar und exzentrisch, in einem drehantreibbaren Wellerkopf gelagert ist.
Aus der DE-AS 1 086 314 ist ein Verfahren zur Herstellung von gewellten Rohren bekannt, bei dem dünnwandige Metallrohre, insbesondere solche die aus einem langen Blechstreifen durch kontinuierliche Verformung zum Schlitzrohr und anschliessende Verschweissung der Schlitzfläche hergestellt sind, mittels einer auf dem Umfang des Glattrohres sich abwälzenden ringförmigen Wellerscheibe zu einem Wellrohr verformt werden. Die Wellung erfolgt dabei fortlaufend schraubenlinienförmig mit bestimmter Welltiefe und Steigung dadurch, dass die Wellerscheibe im sie tragenden Wellerkopf exzentrisch zur Rohrachse und in einem bestimmten Winkel zu dieser geneigt angeordnet ist. Mit dieser Einrichtung ist es möglich, Wellrohre in wirtschaftlicher Weise herzustellen; es können allerdings nur Wellrohre mit einer relativ flachen Wellung hergestellt werden.
Solche Wellrohre sind auf übliche Kabeltrommeln aufbringbar und finden beispielsweise Anwendung als Mantel für elektrische Kabel oder aber auch als Leitungsrohre.
Verwendet man bei dem obengenannten Verfahren eine Wellerscheibe mit einer schraubenlinienförmig verlaufenden Verformungsrippe, so können mit dem genannten Verfahren sogenannte parallelgewellte Rohre hergestellt werden [DE-OS 1 916 357].
Um eine tiefere Wellung zu erzeugen, hat man bei dem eingangs erwähnten Verfahren das Wellen unter längsaxialem Druck durchgeführt, indem beispielsweise das Metallrohr in Durchlaufrichtung gesehen nach dem Wellen gebremst wird. Dadurch, dass das Wellwerkzeug, d.h. die Wellerscheibe, frei von Kräften ist, die in axialer Richtung auf sie einwirken, gelangt man zu einer tiefen Wellung. Es hat sich jedoch gezeigt, dass dieses Verfahren in der Praxis zu Schwierigkeiten führt, da das Aufbringen konstanter Bremskräfte - konstante Bremskräfte sind für die Erzielung einer gleichmässigen Wellung unumgänglich - nicht möglich ist [DE-PS 2 400 842].
Die auf dem Markt erhältlichen flexiblen Wellschläuche [Metallschläuche] werden bislang diskontinuierlich hergestellt, indem man von einer Glattrohrlänge ausgehend die Wellung in mehreren Arbeitsgängen einbringt, wobei das Rohr unter axialem Druck steht und während des Wellens zusammengeschoben wird. Grössere Längen sind bei diesem Verfahren nicht herstellbar.
Die Erfindung bezweckt das eingangs erwähnte Verfahren dahingehend auszubilden, dass mit diesem gewellte Metallrohre mit einer tiefen engen Wellung, kontinuierlich, d.h. in grossen Längen hergestellt werden können.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das gewellte Rohr in Richtung auf die Einwirkstelle der Wellerscheibe aus der Fertigungsrichtung ausgelenkt wird.
Untersuchungen des die Gattung bildenden Verfahrens haben ergeben, dass die Wellerscheibe beim Wellvorgang eine "Bugwelle" in der Rohrwandung vor sich herschiebt. Durch das Auslenken des Wellrohres bzw. durch die Biegung des Wellrohres entgegen der Richtung der Einwirkstelle der Wellerscheibe wird die "Bugwelle" unterstützt. Der Auslenk- bzw. Biegevorgang ist so ausgelegt, dass das bereits gewellte Rohr in jedem Augenblick des Wellvorganges so gebogen wird, dass die Wellerscheibe und die "Bugwelle" sich in der Druckzone eines gebogenen Rohres befinden. Durch den umlaufenden Biegevorgang wird der Wellerscheibe zusätzliches Material angeboten, wodurch eine tiefere Wellung problemlos möglich wird.
Nach einer besonders zweckmässigen Weiterbildung gemäss Anspruch 2 greift an dem gewellten Rohr an der der jeweiligen Einwirkstelle der Wellerscheibe gegenüberliegenden Seite eine Kraft an. Diese Kraft sorgt für eine Durchbiegung bzw. Auslenkung des Rohres zwischen der das Glattrohr abstützenden Buchse und der Einwirkstelle der Kraft. Wesentlich ist nach Anspruch 3, dass die Kraft in einem Abstand a von mindestens 0,5 D, vorzugsweise mindestens 0,8 D, an dem Wellrohr angreift, wobei D der Aussendurchmesser des Glattrohres ist. Die Exzentrizität e, mit welcher das gewellte Rohr aus der Fertigungsrichtung ausgelenkt wird, entspricht nach Anspruch 4 der Gesetzmässigkeit e/a kleiner als 1, vorzugsweise kleiner als 0,2.
Die maximale Abweichung des Angriffspunktes der Auslenkkraft in Umfangsrichtung gesehen beträgt nach Anspruch 5 +/- 30 DEG je nach Werkstoff des zu wellenden Rohres mit einem Vor- oder Nachlauf an der der Einwirkstelle der Wellerscheibe gegenüberliegenden Seite des Rohres. So hat es sich beispielsweise nach Anspruch 6 als vorteilhaft erwiesen, dass in Drehrichtung der Wellerscheibe gesehen der Angriffspunkt der Auslenkkraft bei "weichem Werkstoff", z.B. Kupfer, kleiner als 180 DEG , bei "hartem Werkstoff" dagegen, z.B. Stahl oder Edelstahl, grösser als 180 DEG , eingestellt wird.
Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens, die aus einer das Glattrohr abstützenden fest installierten Buchse und einem in Durchlaufrichtung des Rohres hinter der Buchse an dem Glattrohr angreifenden umlaufenden Wellwerkzeug besteht, welches aus einem drehantreibbaren Wellerkopf besteht, in dem eine Wellerscheibe frei drehbar und exzentrisch gelagert angeordnet ist. Diese Vorrichtung zeichnet sich nach Anspruch 7 dadurch aus, dass hinter dem Wellerkopf ein mit gleicher Geschwindigkeit wie der Wellerkopf umlaufendes am gewellten Metallrohr angreifendes und dieses auslenkendes Werkzeug vorgesehen ist. Zweckmässigerweise ist dabei nach Anspruch 8 das Werkzeug an dem Wellerkopf befestigt. Damit eine gute Führung des Rohres während des Auslenkens gewährleistet ist, ist nach Anspruch 9 das Werkzeug ringförmig ausgebildet.
Vorteilhafterweise ist nach Anspruch 10 das ringförmige Werkzeug frei drehbar in einer an dem Wellerkopf befestigten Halterung gelagert. Dadurch werden die Reibungskräfte in Umfangsrichtung gesehen auf ein Minimum reduziert. Das ringförmige Werkzeug ist nippelartig ausgebildet, d.h. die Einlass- und die Auslassöffnung erweitern sich trompetenartig. Damit das Werkzeug optimal an Rohrdurchmesser und Rohrwerkstoff angepasst werden kann, ist das Werkzeug nach Anspruch 11 sowohl in Umfangsrichtung als auch in radialer Richtung verstellbar am Wellerkopf befestigt. Der Abstand des Werkzeuges zur Wellerscheibe kann durch Zwischenlegen von Ringen verändert werden. Die Gleitbuchse ist nach Anspruch 12 vor Beginn des Wellvorgangs in längsaxialer Richtung verstellbar. So wählt man vorteilhafterweise für weiche Werkstoffe einen grösseren Abstand zur Wellerscheibe als für harte Werkstoffe.
Schliesslich betrifft die Erfindung noch die Verwendung des nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten gewellten Metallrohres als Mantel für ein mehradriges elektrisches Energiekabel. Bei diesem sind die gebündelten isolierten Leiter innerhalb des gewellten Metallrohres angeordnet oder die nebeneinanderliegenden Adern sind jede für sich durch ein gewelltes Metallrohr geschützt. Dabei ist die Wellung des Metallrohres bezüglich Welltiefe und Wellsteigung so ausgebildet, dass die Länge des Wellrohres gegenüber dem Glattrohr, aus dem es hergestellt ist, um 33 bis 67% kürzer ist.
Nach Anspruch 14 ist auf dem bzw. jedem Wellrohr eine Armierung angeordnet. Nach Anspruch 15 ist das Verhältnis von Rohraussendurchmesser zu Wanddicke 60 bis 125 und das Verhältnis von Welltiefe zu Wanddicke 8 bis 25. Wach Anspruch 16 ist das Wellrohr doppelwandig ausgebildet. Nach Anspruch 17 besteht die Armierung aus einer Vielzahl wendelartig aufgebrachter Drähte. Nach Anspruch 18 sind die Drähte mit einer Schlaglänge von 2 D bis 6 D aufgebracht, worin D der Aussendurchmesser des Wellrohres ist. Nach Anspruch 19 ist eine Vielzahl fester Drähte mit wechselnder Schlagrichtung auf das Wellrohr aufgebracht und durch mindestens einen festen Draht oder ein festes Band mit kurzer Schlaglänge und mit hoher Vorspannung aufgebracht.
Nach Anspruch 20 besteht die Armierung aus einem wendelartig mit überlappenden Bandkanten aufgebrachten Metallband, wobei das Metallband im Querschnitt gesehen so geformt ist, dass seine Bandkanten im Überlappungsbereich formschlüssig ineinandergreifen. Nach Anspruch 21 besteht das Metallrohr und die Armierung aus dem gleichen Werkstoff, vorzugsweise aus austenitischem Stahl. Nach Anspruch 22 trägt jedes Wellrohr ein Geflecht aus Fäden, vorzugsweise Metalldrähten, z.B. aus Edelstahl. Nach Anspruch 23 sitzen die Wellrohre stramm auf der Isolierung der Adern auf.
Die Erfindung ist anhand der in den Fig. 1 bis 8 schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt die Herstellung eines gewellten Metallrohres,
Fig. 2 zeigt die Welleinrichtung in vergrössertem Massstab,
Fig. 3 zeigt einen Schnitt nach der Linie A-A in Fig. 2,
Fig. 4 zeigt ein Diagramm, und
Fig. 5 bis 8 zeigen je ein Bohrlochkabel mit Wellrohren die nach dem Verfahren gemäss Fig. 1 hergestellt sind.
In der Fig. 1 wird von der Spule 1 ein zu formendes Metallband 2 abgezogen. Zwischen zwei nicht dargestellten Rundmesserpaaren wird das Metallband 2 auf Mass geschnitten und in der Verformstufe mit Hilfe eines Rollenpaares 3 zum Schlitzrohr verformt. Mit Hilfe der Schweisseinrichtung 4, vorzugsweise einer elektrischen Lichtbogenschweisseinrichtung, werden die Bandkanten des Schlitzrohres miteinander verschweisst und das nun geschlossene, aber noch glatte Rohr vom Abzug 5 gefasst und dem Wellwerkzeug 6 zugeführt. Als Abzug 5 wird vorzugsweise ein sogenannter Spannzangenabzug verwendet, wie er aus dem deutschen Patent Nr. 1 164 355 bekannt ist. Das aus dem Wellwerkzeug 6 austretende gewellte Metallrohr 7 wird durch ein umlaufendes Werkzeug 8 aus der Fertigungsrichtung ausgelenkt, wie weiter unten beschrieben.
Das gewellte Metallrohr 7 kann dann auf eine übliche Kabeltrommel 9 aufgewickelt werden.
Die Welleinrichtung und das Auslenkwerkzeug sind in den Fig. 2 und 3 vergrössert dargestellt. Der Wellerkopf 6a stützt sich über ein Kugellager 10 auf der feststehenden Führungsbuchse 11 ab. Die Führungsbuchse 11 besteht aus einer Gleitbuchse 11a, einer Passbuchse 11b und der Aussenbuchse 11c, die fest mit dem Maschinengehäuse verbunden ist.
Der Wellerkopf 6a ist in nicht dargestellter Weise drehangetrieben und trägt an seiner Stirnfläche das Gehäuse 12, in dem die Wellerscheibe 13 befestigt ist. Die Wellerscheibe 13 ist in einer Ringbuchse 14 befestigt, die über das Kugellager 15 drehbar in dem Gehäuse 12 gelagert ist. Dadurch, dass die Wellerscheibe 13 drehbar und zur Rohrachse exzentrisch gelagert ist, wälzt sie sich bei Drehantrieb des Wellerkopfes 6a auf der Oberfläche des Glattrohres ab und erzeugt dabei eine Wellung, die im Falle einer ringartigen Wellerscheibe 13 schraubenlinienförmig verläuft. Verwendet man eine Wellerscheibe 13 mit einer schraubenlinienförmig verlaufenden Verformungsrippe, erhält man eine ringförmige Wellung.
An die Stirnseite des Gehäuses 12 ist ein Werkzeug 8 angebracht, welches das gewellte Metallrohr 7 aus der Fertigungsrichtung auslenkt. Das Werkzeug 8 besteht aus einem flanschartigen Teil 16, welches unter Zwischenlegung einer Scheibe 17 an dem Gehäuse 12 in radialer und im Umfangsrichtung verschiebbar befestigt ist. Im Innern des flanschartigen Teiles 16 ist eine Buchse 18 angeordnet, deren Innenbohrung sich zu den Enden hin trompetenartig erweitert. Der Abstand der Buchse 18 zur Wellerscheibe 13 kann durch Zwischenlegringe 19 verändert werden. Das Werkzeug 8 ist derart an dem Gehäuse 12 befestigt, dass es exzentrisch zur Mittelachse des Wellerkopfes und somit zur Mittelachse des Glattrohres umläuft und dabei das Wellrohr 7 ständig aus der Mittelachse herauslenkt.
Die Exzentrizität der Wellerscheibe 13 ist der Exzentrizität des Werkzeuges 8 genau entgegengesetzt, so dass durch die Biegung des Wellrohres 7 der Wellerscheibe 13 mehr Material für die Wellverformung zur Verfügung steht, so dass eine tiefere Wellung möglich ist. Der Abstand a zwischen der Wellerscheibe 13 und der Buchse 18, d.h. der Abstand zwischen den Mittellinien der Wellerscheibe 13 und der Buchse 18 ist abhängig vom Aussendurchmesser D des Glattrohres und sollte mindestens 0,5 D betragen. Als besonders vorteilhaft hat sich ein Abstand von 1 bis 1,5 D erwiesen. Wesentlich für eine saubere Tiefwellung ist ferner der Winkel, um den das gewellte Metallrohr 7 aus der Mittelachse heraus gelenkt wird.
Da der Winkel selbst sehr schlecht messbar ist, nimmt man für dieses Mass den Quotienten aus der Exzentrizität e des Werkzeuges 8 und dem Abstand a zur Hilfe, wobei dieser Quotient kleiner als 1 sein sollte, vorzugsweise in der Grössenordnung von 0,15. Die Exzentrizität e ist der Abstand der Mittelachse des Werkzeuges 8 zur Mittelachse des Wellerkopfes 6a.
Die Buchse 18 ist zweckmässigerweise im flanschartigen Teil 16 mittels eines Kugellagers frei drehbar gelagert.
In der Fig. 3 ist ein Schnitt entlang der Linie A-A in Fig. 2 dargestellt. Die Eingriffspunkte an dem Wellrohr 7 sowohl der Wellerscheibe 13 als auch der Buchse 18 liegen auf der Achse Z und sind also um 180 DEG versetzt zueinander angeordnet. Die dargestellte Anordnung wäre die Idealanordnung für einen "normal harten Werkstoff". Der Vor- oder Nachlauf der Biegung ist abhängig von folgenden Faktoren:
a) Materialeigenschaften des Rohrwerkstoffes
b) geometrische Abmessungen des Rohres
c) Abstand des Kraftangriffspunktes der Wellerscheibe 13 und des Angriffspunktes der Buchse 18 zueinander (a)
d) Exzentrizität e des Werkzeugs 8 auf die Mittelachse des Wellerkopfes 6a
Für einen "weichen Werkstoff", wie z.B. Kupfer, hat sich ein Nachlauf von 10 DEG als vorteilhaft erwiesen, während für einen relativ "harten Werkstoff " wie Edelstahl sich ein Vorlauf von 15 DEG als vorteilhaft erwiesen hat. Vor- und Nachlauf sind mit plus und minus in der Fig. 3 dargestellt.
Die Wellung des Rohres 7 ist in Fig. 2 nur schematisch dargestellt. Tatsächlich ist die Wellung wesentlich tiefer. So wurde beispielsweise ein Kupferglattrohr mit einem Aussendurchmesser von 40,4 mm und einer Wanddicke von 0,5 mm zu einem Wellrohr verformt, dessen Aussendurchmesser ebenfalls 40,4 mm, dessen lichte Weite, d.h. Innendurchmesser, 25,7 mm betrug. Die Steigung der Wellung betrug 3,1 mm.
In der Fig. 4 ist ein Diagramm dargestellt, in dem auf der Ordinate die Streckgrenze und auf der Abzisse das Verhältnis
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aufgetragen ist. Es wird deutlich, dass die Streckgrenze zwischen den Werten 1 und 1,7 für
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ansteigt. Für austenitischen Stahl (obere Kurve) ist dieser Anstieg am steilsten. Etwas weniger steil verläuft der Anstieg für Kupfer (untere Kurve). Bei einem Verhältnis
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von mehr als 2 ist ein Anstieg der Streckgrenze nicht mehr feststellbar. Die Fig. 5 und 6 sowie 7 und 8 zeigen je ein Bohrlochkabel mit Wellrohren, die nach dem geschilderten Verfahren hergestellt sind. Das Kabel nach einem Ausführungsbeispiel gemäss den Fig. 5 und 6 besteht aus drei nebeneinanderliegenden elektrischen Leitern 21 - entweder massiv oder ein Verseilverband aus einzelnen Drähten -, auf denen eine dünne Schicht 22 aus einem Polyimid aufliegt. Über der Schicht 22 ist die eigentliche elektrische Isolierung 23 angeordnet, die aus einem Ethylen-Propylen-Compound besteht. Dieser Isolierwerkstoff zeichnet sich durch eine hohe Temperatur- und Feuchtigkeitsbeständigkeit aus. Über der Schicht 23 liegt noch eine Schicht 24 aus Nitril-Kautschuk. Dieser Werkstoff ist beständig gegen \l und hat ausgezeichnete mechanische Eigenschaften.
Auf der äusseren Oberfläche der Schicht 24 ist das tiefgewellte Wellrohr 25, welches in kontinuierlicher Arbeitsweise auf jede der Adern aufgebracht wird. Hierbei umhüllt man die kontinuierlich durchlaufende Ader mit einem längseinlaufenden Metallband, formt dieses um die Ader herum zum Rohr, verschweisst die Längsnaht und wellt das Rohr anschliessend. Auf diese Weise lassen sich nahezu beliebig lange bewehrte Adern herstellen, so dass das Spleissen von Kabellängen aneinander am Einsatzort auf ein Minimum reduziert ist. Das Wellrohr 25, welches in vorteilhafter Weise aus austenitischem Stahl besteht, ist noch mit einem Geflecht 26 aus Einzeldrähten, ebenfalls aus austenitischem Stahl, umhüllt. Alle drei Adern sind von einer gemeinsamen Armierung 27 umgeben, die stramm auf dem Metallgeflecht 26 bzw. dem Wellrohr 25 aufliegt.
Die Armierung 27 ist aus einem Metallband gebildet, welches wendelartig auf die Adern aufgebracht ist. Die Bandkanten zweier nebeneinanderliegender Windungen greifen klauenartig ineinander und sorgen so für einen kraft- und formschlüssigen Verbund zwischen den einzelnen Windungen.
Als Werkstoff für die Armierung 27 wird ebenfalls austenitischer Stahl vorgezogen.
Das Wellrohr 25 ist vorteilhaft so gewellt, dass sich eine Rohrverkürzung von etwa 50% ergibt.
Mehrere wie beschrieben aufgebaute Kabel wurden anhand von Druckuntersuchungen geprüft, wobei mit Hilfe der tiefgewellten Rohre Drücke von über 340 bar ohne grossen wirtschaftlichen Aufwand zu bewältigen sind.
Die Fig. 7 zeigt einen Querschnitt, die Fig. 8 eine Schrägdraufsicht auf ein elektrisches Kabel nach einem weiteren Ausführungsbeispiel. Mit 31 sind drei Leiter, vorzugsweise aus Kupfer, bezeichnet, die entweder als Massivleiter oder als Verseilverbund ausgebildet sind. Diese Leiter 31 sind von einer Isolierschicht 32 umgeben, die aus einem Äthylenpropylen-Compound besteht. Die drei isolierten Leiter sind zweckmässigerweise miteinander verseilt. Die verseilten Leiter sind von einer weiteren Isolierschicht 33 umgeben, die zweckmässigerweise aus einem hitze-, öl- und feuchtigkeitsbeständigen Nitrilkautschuk besteht. Auf dieser Isolierschicht 33 sitzt das Wellrohr 34, welches ebenfalls aus einem längseinlaufenden zum Rohr geformten geschweissten und gewellten Metallband besteht.
Fertigungsbedingt lassen sich auch diese Kabel in nahezu unbegrenzter Länge herstellen, so dass ein Spleissen von Kabellängen aneinander weitestgehend vermieden werden kann. Auf den Wellenkuppen des Wellrohres 34 sitzt die Armierung 35, die aus einer Vielzahl von mit grosser Schlaglänge aufgebrachten Drähten besteht. Das Wellrohr 34 besteht ebenso wie die Drähte der Armierung 35 aus austenitischem Stahl. Das Wellrohr 34 ist dabei zweckmässigerweise doppelwandig ausgebildet.
Ein elektrisches Kabel, bei dem das Wellrohr 34 aus Edelstahl einen Aussendurchmesser von 41,5 mm, einen Innendurchmesser von 29,8 mm, eine Wellsteigung von 3,9 mm, eine Wanddicke von 0,5 mm und eine Welltiefe von 5,35 mm aufwies, wurde in einer Druckkammer untersucht. Das Kabel hielt einem Druck bis zu 500 kg/cm stand.
Die Armierung 35 dient dazu, dass beispielsweise bei einer vertikalen Anordnung des Kabels eine Längung des Wellrohrs 34 aufgrund des Eigengewichtes des Kabels vermieden wird. Aus diesem Grunde ist es wesentlich, dass die Armierung 34 stramm auf dem Wellrohr 34 aufsitzt.
The present invention relates to a method for producing a corrugated metal tube, in which a smooth tube is passed through a bushing in a continuous manner and a corrugated tool engages the smooth tube directly behind the bushing, in which a corrugated washer with a larger internal diameter than the smooth tube diameter is freely rotatable and eccentrically, is mounted in a rotatable shaft head.
From DE-AS 1 086 314 a method for producing corrugated tubes is known, in which thin-walled metal tubes, in particular those made from a long sheet metal strip by continuous deformation to the slot tube and subsequent welding of the slot surface, by means of on the circumference of the smooth tube rolling annular corrugated washer are deformed into a corrugated tube. The corrugation takes place continuously in a helical shape with a certain corrugation depth and slope in that the corrugated washer is arranged eccentrically to the pipe axis and inclined at a certain angle to the pipe axis in which it is supported. With this device it is possible to produce corrugated pipes in an economical manner; however, only corrugated pipes with a relatively flat corrugation can be produced.
Corrugated pipes of this type can be applied to conventional cable drums and are used, for example, as sheaths for electrical cables or else as conduits.
If a corrugated disk with a helical deformation rib is used in the above-mentioned process, so-called parallel-corrugated pipes can be produced with the above-mentioned process [DE-OS 1 916 357].
In order to produce a deeper corrugation, the corrugation was carried out under longitudinal axial pressure in the method mentioned at the outset, for example by braking the metal tube in the direction of passage after the corrugation. Because the corrugated tool, i.e. the corrugated disc, free of forces that act on it in the axial direction, leads to a deep corrugation. However, it has been shown that this method leads to difficulties in practice since it is not possible to apply constant braking forces - constant braking forces are essential for achieving a uniform corrugation [DE-PS 2 400 842].
The flexible corrugated hoses available on the market [metal hoses] have hitherto been produced discontinuously by introducing the corrugation from a smooth tube length in several work steps, the tube being under axial pressure and being pushed together during the corrugation. Longer lengths cannot be produced with this method.
The invention aims to develop the above-mentioned method in such a way that corrugated metal tubes with a deep narrow corrugation, continuously, i.e. can be produced in large lengths.
The method according to the invention is characterized in that the corrugated tube is deflected in the direction of the point of action of the corrugated disk from the production direction.
Investigations of the method forming the genus have shown that the corrugated disk pushes a "bow wave" in front of it in the pipe wall during the corrugation process. The "bow wave" is supported by the deflection of the corrugated pipe or by the bending of the corrugated pipe against the direction of the point of action of the corrugated disk. The deflection or bending process is designed in such a way that the already corrugated pipe is bent at every moment of the corrugation process so that the corrugated washer and the "bow wave" are in the pressure zone of a bent pipe. Due to the circumferential bending process, the corrugated washer is offered additional material, which makes deeper corrugation possible without any problems.
According to a particularly expedient development according to claim 2, a force acts on the corrugated tube on the side opposite the respective point of action of the corrugated disk. This force causes the pipe to bend or deflect between the bushing supporting the smooth pipe and the point of action of the force. It is essential according to claim 3 that the force acts on the corrugated tube at a distance a of at least 0.5 D, preferably at least 0.8 D, where D is the outer diameter of the smooth tube. The eccentricity e, with which the corrugated tube is deflected from the production direction, corresponds to the regularity e / a less than 1, preferably less than 0.2, according to claim 4.
The maximum deviation of the point of application of the deflection force seen in the circumferential direction is according to claim 5 +/- 30 ° depending on the material of the pipe to be corrugated with a lead or trailing on the side of the pipe opposite the point of action of the corrugated disk. For example, according to claim 6, it has proven to be advantageous that the point of application of the deflection force in the case of "soft material", e.g. Copper, less than 180 °, on the other hand with "hard material", e.g. Steel or stainless steel, greater than 180 °, is set.
The invention further relates to a device for carrying out the method according to the invention, which consists of a permanently installed bushing supporting the smooth tube and a circumferential corrugating tool engaging the smooth tube behind the bushing in the direction of flow of the tube, which consists of a rotatable shaft head in which a washer disc is free is rotatably and eccentrically mounted. This device is characterized in accordance with claim 7, that behind the corrugating head a tool rotating at the same speed as the corrugating head is provided which engages and deflects the corrugated metal tube. Advantageously, the tool is attached to the well head according to claim 8. So that good guidance of the tube is ensured during the deflection, the tool is ring-shaped according to claim 9.
Advantageously, according to claim 10, the annular tool is freely rotatably mounted in a holder attached to the well head. As a result, the frictional forces seen in the circumferential direction are reduced to a minimum. The annular tool is nipple-shaped, i.e. the inlet and outlet opening expand like a trumpet. So that the tool can be optimally adapted to the pipe diameter and pipe material, the tool is attached to the shaft head so as to be adjustable both in the circumferential direction and in the radial direction. The distance between the tool and the washer can be changed by inserting rings. The sliding bush is adjustable according to claim 12 before the start of the corrugation process in the longitudinal axial direction. It is advantageous to choose a larger distance from the washer for soft materials than for hard materials.
Finally, the invention also relates to the use of the corrugated metal tube produced by the method according to the invention as a jacket for a multi-core electrical power cable. In this case, the bundled insulated conductors are arranged within the corrugated metal tube or the adjacent wires are each individually protected by a corrugated metal tube. The corrugation of the metal tube with respect to corrugation depth and corrugation is designed such that the length of the corrugated tube is 33 to 67% shorter than that of the smooth tube from which it is made.
According to claim 14, a reinforcement is arranged on the or each corrugated tube. According to claim 15, the ratio of the outer tube diameter to the wall thickness is 60 to 125 and the ratio of the corrugated depth to the wall thickness is 8 to 25. According to claim 17, the reinforcement consists of a plurality of helically applied wires. According to claim 18, the wires are applied with a lay length of 2 D to 6 D, where D is the outer diameter of the corrugated tube. According to claim 19, a plurality of solid wires with alternating lay direction is applied to the corrugated tube and applied by at least one solid wire or a solid band with a short lay length and with high pretension.
According to claim 20, the reinforcement consists of a helical metal band applied with overlapping band edges, the metal band being shaped in cross section so that its band edges interlock in the overlapping area. According to claim 21, the metal tube and the reinforcement made of the same material, preferably austenitic steel. According to claim 22, each corrugated tube carries a mesh of threads, preferably metal wires, e.g. made of stainless steel. According to claim 23, the corrugated pipes sit tight on the insulation of the wires.
The invention is explained in more detail with reference to the exemplary embodiments shown schematically in FIGS. 1 to 8.
1 shows the production of a corrugated metal tube,
2 shows the shaft device on an enlarged scale,
Fig. 3 shows a section along the line A-A in Fig. 2,
Fig. 4 shows a diagram, and
5 to 8 each show a borehole cable with corrugated pipes which are produced by the method according to FIG. 1.
In Fig. 1, a metal strip 2 to be formed is drawn off the coil 1. The metal strip 2 is cut to size between two pairs of round knives (not shown) and deformed in the deforming stage with the aid of a pair of rollers 3 to form the slotted tube. With the help of the welding device 4, preferably an electric arc welding device, the band edges of the slotted tube are welded together and the now closed but still smooth tube is gripped by the trigger 5 and fed to the corrugated tool 6. As the trigger 5, a so-called collet trigger is preferably used, as is known from German Patent No. 1 164 355. The corrugated metal tube 7 emerging from the corrugated tool 6 is deflected from the production direction by a rotating tool 8, as described further below.
The corrugated metal tube 7 can then be wound up on a conventional cable drum 9.
The shaft device and the deflection tool are shown enlarged in FIGS. 2 and 3. The well head 6a is supported by a ball bearing 10 on the fixed guide bush 11. The guide bush 11 consists of a sliding bush 11a, a fitting bush 11b and the outer bush 11c, which is firmly connected to the machine housing.
The well head 6a is driven in a manner not shown and carries on its end face the housing 12 in which the washer 13 is fastened. The washer 13 is fastened in an annular bushing 14 which is rotatably mounted in the housing 12 via the ball bearing 15. Due to the fact that the washer 13 is rotatable and is eccentric to the tube axis, it rolls on the surface of the smooth tube when the well head 6a is driven, thereby producing a corrugation which, in the case of a ring-like washer 13, runs helically. If a washer 13 with a helical deformation rib is used, an annular corrugation is obtained.
A tool 8, which deflects the corrugated metal tube 7 from the production direction, is attached to the end face of the housing 12. The tool 8 consists of a flange-like part 16, which is fastened to the housing 12 in a radial and circumferential direction with the interposition of a disk 17. In the interior of the flange-like part 16, a bushing 18 is arranged, the inner bore of which widens like a trumpet towards the ends. The distance between the bushing 18 and the washer 13 can be changed by intermediate rings 19. The tool 8 is fastened to the housing 12 in such a way that it rotates eccentrically to the central axis of the corrugated head and thus to the central axis of the smooth tube and thereby constantly deflects the corrugated tube 7 out of the central axis.
The eccentricity of the corrugated disk 13 is exactly the opposite of the eccentricity of the tool 8, so that more material is available for the corrugated deformation due to the bending of the corrugated tube 7 of the corrugated disk 13, so that a deeper corrugation is possible. The distance a between the washer 13 and the bushing 18, i.e. the distance between the center lines of the washer 13 and the bushing 18 depends on the outer diameter D of the smooth tube and should be at least 0.5 D. A distance of 1 to 1.5 D has proven to be particularly advantageous. Also essential for a clean deep corrugation is the angle by which the corrugated metal tube 7 is steered out of the central axis.
Since the angle itself is very difficult to measure, the quotient of the eccentricity e of the tool 8 and the distance a is used for this measure, this quotient should be less than 1, preferably of the order of 0.15. The eccentricity e is the distance between the central axis of the tool 8 and the central axis of the shaft head 6a.
The bushing 18 is expediently freely rotatable in the flange-like part 16 by means of a ball bearing.
FIG. 3 shows a section along the line A-A in FIG. 2. The points of engagement on the corrugated tube 7 of both the corrugated washer 13 and the bushing 18 lie on the axis Z and are therefore offset from one another by 180 °. The arrangement shown would be the ideal arrangement for a "normal hard material". The lead or lag of the bend depends on the following factors:
a) Material properties of the pipe material
b) geometric dimensions of the tube
c) distance between the force application point of the washer 13 and the application point of the bushing 18 (a)
d) eccentricity e of the tool 8 on the central axis of the shaft head 6a
For a "soft material", e.g. Copper, a lag of 10 ° has proven to be advantageous, while a lead of 15 ° has proven to be advantageous for a relatively "hard material" such as stainless steel. Leading and trailing are shown with plus and minus in FIG. 3.
The corrugation of the tube 7 is shown only schematically in FIG. 2. In fact, the curl is much deeper. For example, a smooth copper pipe with an outside diameter of 40.4 mm and a wall thickness of 0.5 mm was deformed to a corrugated pipe, the outside diameter of which was also 40.4 mm, the inside diameter, i.e. Inner diameter, 25.7 mm. The slope of the corrugation was 3.1 mm.
4 shows a diagram in which the yield strength is shown on the ordinate and the ratio on the abscissa
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is applied. It is clear that the yield strength between the values 1 and 1.7 for
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increases. This rise is steepest for austenitic steel (upper curve). The rise for copper (lower curve) is somewhat less steep. With a relationship
EMI10.3
An increase in the yield strength of more than 2 can no longer be determined. 5 and 6 as well as 7 and 8 each show a borehole cable with corrugated pipes which are produced by the described method. 5 and 6 consists of three adjacent electrical conductors 21 - either solid or a stranding of individual wires - on which a thin layer 22 of a polyimide rests. The actual electrical insulation 23, which consists of an ethylene-propylene compound, is arranged above the layer 22. This insulating material is characterized by its high temperature and moisture resistance. A layer 24 made of nitrile rubber is located above the layer 23. This material is resistant to \ l and has excellent mechanical properties.
On the outer surface of the layer 24 is the deeply corrugated corrugated tube 25, which is applied to each of the wires in a continuous manner. Here, the continuously continuous wire is covered with a longitudinally running metal band, this is formed around the wire into a tube, the longitudinal seam is welded and the tube is then corrugated. In this way, armored cores can be produced for almost any length of time, so that the splicing of cable lengths together at the place of use is reduced to a minimum. The corrugated tube 25, which advantageously consists of austenitic steel, is also covered with a braid 26 made of individual wires, also made of austenitic steel. All three wires are surrounded by a common reinforcement 27, which rests tightly on the metal braid 26 or the corrugated tube 25.
The reinforcement 27 is formed from a metal strip, which is applied to the wires in a helical manner. The band edges of two adjacent turns interlock like claws and thus ensure a non-positive and positive connection between the individual turns.
Austenitic steel is also preferred as the material for the reinforcement 27.
The corrugated pipe 25 is advantageously corrugated in such a way that there is a pipe shortening of approximately 50%.
Several cables constructed as described were tested on the basis of pressure tests, with the aid of the deeply corrugated pipes being able to handle pressures of over 340 bar without great economic outlay.
FIG. 7 shows a cross section, and FIG. 8 shows an oblique plan view of an electrical cable according to a further exemplary embodiment. With 31, three conductors, preferably made of copper, are designated, which are designed either as solid conductors or as stranded composites. These conductors 31 are surrounded by an insulating layer 32, which consists of an ethylene propylene compound. The three insulated conductors are expediently stranded together. The stranded conductors are surrounded by a further insulating layer 33, which expediently consists of a heat, oil and moisture resistant nitrile rubber. The corrugated tube 34 is seated on this insulating layer 33, which also consists of a welded and corrugated metal strip which is formed into the tube and runs longitudinally.
Due to the manufacturing process, these cables can also be produced in almost unlimited lengths, so that splicing of cable lengths together can be largely avoided. The reinforcement 35, which consists of a large number of wires applied with a large lay length, is seated on the shaft tips of the corrugated tube 34. The corrugated tube 34, like the wires of the reinforcement 35, is made of austenitic steel. The corrugated tube 34 is expediently double-walled.
An electrical cable in which the corrugated tube 34 made of stainless steel has an outer diameter of 41.5 mm, an inner diameter of 29.8 mm, a corrugation pitch of 3.9 mm, a wall thickness of 0.5 mm and a corrugation depth of 5.35 mm was examined in a pressure chamber. The cable withstood a pressure of up to 500 kg / cm.
The reinforcement 35 serves to prevent elongation of the corrugated tube 34 due to the weight of the cable itself, for example when the cable is arranged vertically. For this reason, it is essential that the reinforcement 34 sits tightly on the corrugated tube 34.