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Verfahren zum Längsschweißen von Kabehnänteln aus Metall Die Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren zum Längsschweißen von Kabelmänteln aus Metall, bei
dem ein den Kabelmantel bildendes, langgestrecktes Metallband um das Kabel herumgelegt
und mit diesem unter Oflenhaltung eines V-förmigen Schlitzes schnell vorwärts bewegt
wird, dessen gegenüberliegende Ränder dabei durch konduktive Zuführung von Hochfrequenzstrom
unter Konzentrierung des Stromflusses auf die äußerste Oberfläche der Schlitzränder
elektrisch erhitzt und an dem durch die Spitze des Schlitzes gebildeten Schweißpunkt
zusammengepreßt werden. Bei den auf diesem Gebiet bekannten Verfahren erfolgt das
Erhitzen der Schlitzränder des Kabelmantels im Schweißbereich auf induktivem Wege
unter Anwendung einer den Kabelmantel vollständig umgebenden Induktionsspule. Hierbei
treten jedoch die nachstehend angeführten Schwierigkeiten auf: Die Schlitzränder
werden zwar auf eine sehr kleine Länge lokalisiert erhitzt, wobei die Erhitzung
in der Hauptsache auf den Bereich der gegenüberliegenden Ränder beschränkt werden
soll. Der Stromfluß kann aber innerhalb der durch die Länge der Induktionsspule
bestimmten Länge der Schlitzränder nicht auf die äußersten Oberflächen dieser Ränder
konzentriert werden, da bei Anwendung der Induktionserhitzung der sogenannte Streueffekt
eintritt. Dies hat zur Folge, daß die Hauptkonzentration des Stromes und damit die
Haupterhitzung an der Spitze des Schlitzes stattfinden, daß aber vor dieser Stelle
der Strom sehr schnell von den Schweißrändern weg abwandert, so daß ein erheblicher
Teil des Stromes für die wirksame Erhitzung der Schweißränder verlorengeht.
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Beim Erhitzen mit Hochfrequenzinduktionsstrom muß ferner der gesamte
Strom den Kabelmantel auf dessen gesamten Umfang umkreisen und erhitzt somit auch
den Kabehnantel auf seinem gesamten Umfang, so daß, welches Metall auch immer in
dem Kabel enthalten ist, ein großer Anteil des Stromes zum induktiven Erhitzen dieses
Metalls verschwendet wird, wobei auch die Kabelisolierung erhitzt und unter Umständen
beschädigt werden kann. Bei Anwendung eines zwischen der Schweißnaht und dem Kabel
anzuordnenden Schutzstreifens, der bei den bekannten Verfahren der Länge des Kabels
entspricht, muß dieser Schutzstreifen mit seiner gesamten Länge am Schweißpunkt
vorbeibewegt und in dem durch die Schweißhitze und die Emanationen am Schweißpunkt
hervorgerufenen Zustand in das ; Kabel als dessen dauernder Bestandteil eingearbeitet
werden. Hierdurch wird, da der Schutzstreifen nur einseitig angeordnet ist, die
Symmetrie der elektrischen Eigenschaften des Kabels nachteilig zerstört, und außerdem
werden in das Kabel Metallteilchen, Oxyde und/oder metallische Absonderungen am
Schweißpunkt eingebracht, welche beim fertigen Kabel wesentliche Beanstandungen
hervorrufen können. Ein weiterer erheblicher Nachteil der Anwendung eines durchgehenden
Schutzstreifens besteht darin, daß der Aufwand für das Kabel merklich erhöht wird.
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Ein weiterer schwerwiegender Nachteil der bekannten Induktionserhitzung
der Schlitzränder der Kabelmäntel besteht darin, daß der Kabelmantel, wenn seine
Schlitzränder mit großer Vorschubgeschwindigkeit erhitzt werden, wegen der Erweichung
auf nahezu seinem gesamten Umfang zum Flattern neigt. Infolgedessen wird von Punkt
zu Punkt der Abstand zwischen dem Kabelmantel und der Induktionsspule in unregelmäßiger
Weise geändert, wodurch eine ausgesprochen unterschiedliche Erhitzung des Kabelmantels
und der Schlitzränder hervorgerufen und eine gleichmäßige Schweißung
mit
symmetrisch angeordnetem Kabelmantel in Frage gestellt ist.
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Die Erfindung geht daher einen anderen Weg zur Hochfrequenzerhitzung
der Schweißränder und geht hierbei davon aus, daß es beim Längsschweißen von Rohren
aus einem Metallband unter Offenhaltung eines V-förmigen Schlitzes an sich bekannt
ist, den Hochfrequenzstrom den Schlitzrändern unter Konzentrierung auf die äußersten
Oberflächen dieser Ränder konduktiv zuzuführen. Zur Anwendung dieses bekannten Rohrschweißverfahrens
für die Herstellung von Kabelmänteln ist gemäß der Erfindung vorgesehen, zwischen
dem Kabel und den Schlitzrändern in deren Erhitzungsbereich ein etwas über den Schweißpunkt
hinausreichendes, als Wärmeschranke wirkendes starres Zwischenglied unbeweglich
in geringem Abstand von dem Kabelmantel zu halten, hinter dem der Kabelmantel zur
engen Umschließung des Kabels in an sich bekannter Weise im Durchmesser verringert
wird.
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Durch die Anwendung der konduktiven Hochfrequenzerhitzung werden die
vorstehend angegebenen Schwierigkeiten der Induktionserhitzung vermieden und unter
anderem erreicht, daß Stromverluste infolge Streuwirkung nicht mehr erfolgen, da
der Stromfluß nunmehr auf die äußersten, gegenüberliegenden Oberflächen der Schlitzränder
auf deren gesamte Höhe konzentriert wird. Dabei wird der Stromfluß auf eine sehr
dünne äußerste Schicht des Metalls von der Höhe der Ränder des V-förmigen Schlitzes
beschränkt, so daß Strom- und Wärmeverluste nur in unbedeutendem Umfang auftreten
können. Von großer Bedeutung ist dabei, daß bei dem Verfahren nach der Erfindung
während des Schweißens zwischen dem Kabel und der Schweißnaht ein starres Zwischenglied
unbeweglich, d. h. ortsfest an einer Stelle gehalten wird, wodurch nicht nur das
Kabel gegen die Schweißhitze, sondern auch gegen die am Schweißpunkt auftretenden
Absonderungen und Emanationen geschützt wird, ohne daß es eines auf der ganzen Länge
des Kabels durchgehenden Schutzstreifens bedarf, der als Bestandteil des Kabels
in diesem verbleibt. Dabei werden rauhe und nach innen vorspringende Teile bzw.
Gratbildungen an der Schweißnaht bei der Vorbeibewegung des Kabelmantels an dem
ortsfesten starren Zwischenglied durch dieses geglättet, so daß solche inneren Vorsprünge,
die bei der Anwendung eines durchgehenden Streifens, z. B. aus Aluminiumfolie, ohne
weiteres den Streifen durchdringen und schwerwiegende Beschädigungen der Kabelisolierung
hervorrufen können, mit Sicherheit vermieden sind. Während bei den bekannten Verfahren
solche inneren Grate der Schweißnaht spätestens bei der Verringerung des geschweißten
Kabelmantels auf seine ; endgültige Größe Beschädigungen der Kabelisolierung zur
Folge haben, können somit bei dem Verfahren nach der Erfindung solche Grate erst
gar nicht entstehen. Dazu kommt, daß beim konduktiven Hochfrequenzschweißen innere
Grate an der Schweißnaht schon an sich in wesentlich geringerem Umfang auftreten
als beim Hochfrequenzinduktionsschweißen, da bei dem konduktiven Schweißen die magnetischen
Bedingungen am Schweißpunkt derart sind, daß Emanationen an der Schweißnaht mehr
nach außen als nach innen erfolgen.
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Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform des Verfahrens nach der
Erfindung ergibt sich, wenn das starre Zwischenglied in seinem über den Schweißpunkt
hinausreichenden Teil unter Druck gegen die Schweißnaht gepreßt wird.
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Wenn das Verfahren nach der Erfindung zum Ummanteln von Kabeln angewendet
wird, die magnetisches Material enthalten, so wird das Kabel vorzugsweise mit solcher
Vorschubgeschwindigkeit vorwärts bewegt, daß das magnetische Material im Kabel im
Schweißbereich des Mantels nur auf eine unter dem Curie-Punkt liegende Temperatur
erhitzt und dadurch verhindert wird, daß der den Schweißrändern zugeführte Hochfrequenzstrom
in der Umfangsrichtung des Kabels abfließt.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der
nachstehenden Beschreibung der in der Zeichnung als Beispiele dargestellten Ausführungsformen.
Es zeigt F i g. 1 eine schaubildliche Darstellung einer zur Durchführung des Verfahrens
nach der Erfindung dienenden Einrichtung, F i g. 2 einen senkrechten Querschnitt
nach der Linie 5-5 der F i g. 1, F i g. 3 einen senkrechten Längsschnitt nach der
Linie 6-6 der F i g. 1 und F i g. 4 eine schaubildliche Ansicht einer bevorzugten
Ausführungsform des Zwischengliedes, bei der dieses zugleich zum Glätten und Beseitigen
von Unregelmäßigkeiten an der Schweißnaht dient.
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Nach F i g.1 wird ein flaches Metallband, das mit S bezeichnet ist,
durch eine Formvorrichtung 40
hindurchgezogen und dabei als Mantel um ein
Kabel 12 herumgelegt, das mit dem Metallband S vorwärts bewegt wird. Das Kabel 12'
kann isoliert oder nicht isoliert sein und mit demselben Ausmaß vorwärts bewegt
werden wie das Metallband S. Es ist jedoch nicht erforderlich, daß die Bewegungsgeschwindigkeiten
gleich sind.
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Die Formvorrichtung 40 kann wenigstens in ihrem inneren Teil
ein aus Preßstoff bestehendes Glied enthalten, durch welches das in das Formglied
40 eintretende Metallband S schnell in der Querrichtung aufgebogen und zu dem Mantel
gestaltet wird, der einen V-förmigen Schlitz 11' aufweist und unter Offenhaltung
dieses Schlitzes vorwärts bewegt wird.
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Das Formglied 40 kann beispielsweise aus Phenol-Formaldehyd-Kunstharz
bestehen, das gegebenenfalls mit aus Glasfasern bestehenden Lagen oder Papier geschichtet
ist. Die Vorrichtung 40 kann einstellbar an Lagerarmen 41 angeordnet und durch eine
Stellschraube 42 in ihrer Lage gehalten werden. Die Anordnung kann derart
sein, daß Formvorrichtungen verschiedener Art, Form und Größe auswechselbar verwendet
werden können. Bei der Anwendung einer solchen Formvorrichtung ist es möglich, die
sehr kostspieligen Rohrwalzen, die im allgemeinen für den genannten Zweck verwendet
werden, zu vermeiden, wobei die zeitraubenden Einstellungen der Rohrwalzen durch
die sich dabei ergebenden Schwierigkeiten für die Einstellung der Rohrwalzen zur
Herstellung von Rohren verschiedener Querschnittsgrößen ebenfalls vermieden sind.
Die beschriebene Formvorrichtung ist besonders geeignet, um verhältnismäßig dünnwandige
Metallbänder zu einem Mantel zu formen, der das vorwärts bewegte Kabel umhüllt.
Das Kabel 12' verhindert dabei unerwünschte Verformungen des Mantels. Um den in
dem Mantel 10' gebildeten Schlitz 11' in seinen richtigen Abmessungen zu halten,
ist bei 45 ein Spreizglied angeordnet,
das sich in den Schlitz hinein
nach unten kurz hinter der Formvorrichtung 40 erstreckt, so daß die Schlitzränder
15', 16' hinter der Vorrichtung durch diese in dichter Anlage an die Seiten des
unteren Endes des Spreizgliedes 45 gebracht werden. Auf diese Weise wird in Verbindung
mit der Formvorrrichtung durch das Spreizglied 45 ein gleichmäßiger Schlitz gebildet
und aufrechterhalten.
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Zum Vorwärtsbewegen des Mantels 10' mit dem Kabel 12' können angetriebene
Druckrollen 13',14' angeordnet sein. Diese Rollen greifen an gegenüberliegenden
Seiten des Mantels 10' in der Nähe der Spitze des V-förmigen Schlitzes 11' an und
pressen die Schlitzränder an dem durch diese Spitze gebildeten Schweißpunkt W fest
gegeneinander. Die Schlitzränder 15', 16' werden durch die Rollen 13', 14' an Kontaktglieder
bzw. Elektroden 17',18' vorbeibewegt, die an eine Hochfrequenzquelle angeschlossen
sind. Die Frequenz soll etwa 100 Kilohertz oder vorzugsweise mehr betragen. Die
besten Ergebnisse werden bei einer Frequenz von 300 bis 500 Kilohertz erreicht.
Die elektrischen Kontaktglieder 17' und 18' sind vorzugsweise als durch Flüssigkeit
gekühlte Kontakte ausgebildet. Sie sind ferner als Schleifkontakte ausgebildet,
.die in einem bestimmten Abstand vor dem Schweißpunkt W angeordnet sind.
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Bei der dargestellten Ausführungsform wirkt das Kabel als magnetischer
Kernwiderstand zur Steigerung der Impedanz des Umfangsstromweges des Metalls des
Rohres. Der Strom wird hierdurch auf die Stelle konzentriert, an der er erforderlich
ist, d. h. auf die Ränder 15',16' des V-förmigen Schlitzes 11'. Der Schweißstrom
wird daher mit hohem Wirkungsgrad ausgenutzt.
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Der Mantel 10' besitzt einen Durchmesser, der etwas größer
ist als der Außendurchmesser des Kabels 12'. Infolge des Eigengewichtes des Kabels
liegt dieses bei der Vorwärtsbewegung auf der unteren Innenfläche des Mantels auf,
hat aber keine Berührung mit den stromführenden oberen Teilen des Mantels beiderseits
des Schlitzes 11'.
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Durch die Beibehaltung des Schlitzes 11' in gleichmäßiger Form werden
die Bedingungen der gegenseitigen Induktivität des an den Schlitzrändern entlangfließenden
Hochfrequenzstromes bei der Annäherung der Ränder zum Schweißpunkt hin gleichmäßig
gestaltet und so eine gleichmäßige Erwärmung und ein gleichmäßiger Schweißvorgang
an dem Schweißpunkt W kurz nach der Bildung des Mantels 10' in der Formvorrichtung
40 gewährleistet.
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Wenn vermieden werden soll, daß der Hochfrequenzstrom von den Kontaktgliedern
bzw. Elektroden 17',18' teilweise längs der Schlitzränder von den Elektroden aus
nach vorn fließt, so kann der untere Teil des Spreizgliedes 45 an seinen Seiten
mit keramischen Einlagen 46 versehen sein, oder es können andere Isoliermittel angeordnet
sein, durch die das Kurzschließen der Schlitzränder in diesem Bereich vermieden
wird.
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Bei dem neuen Verfahren ist zwischen dem Kabel 12' und der Unterkante
der Ränder 15',16' des Schlitzes 11' eine Wärmeschranke in Gestalt eines starren
Zwischengliedes 50 angeordnet. Dieses Zwischenglied, das gegenüber dem vorwärts
bewegten Mantel 10' und dem Kabel 12' ortsfest gehalten wird i und zugleich
zum Glätten oder Beseitigen von irgendwelchen Graten oder sonstigen Unregelmäßigkeiten,
die von der Schweißnaht in das Rohrinnere vorstehen, dienen kann, ist ein in Form
eines Schuhanziehers ausgebildetes Metallglied und erstreckt sich im. Innern des
Mantels 10' oberhalb des Kabels 12'. Das eine Ende des Zwischengliedes 50
ragt durch den Schlitz 11' nach oben heraus und wird dort z. B. durch das Spreizglied
45 gehalten, an dem es angeschweißt sein kann. Das erhöhte innere Ende 50a des Zwischengliedes
50 reicht etwas über den Schweißpunkt W hinaus nach vorn. Da der durch das Formglied
40 geformte Mantel 10' einen etwas größeren Durchmesser als das Kabel 12' hat, besteht
vor dem Schweißpunkt ein entsprechender Zwischenraum zwischen dem Mantel
10' und dem Kabel 12' für die Anordnung des Gliedes 50. Zum Anpressen des
oberen Teiles des Mantels 10' gegen den erhöhten Teil 50 a des Zwischengliedes
50 entlang der Schweißnaht 51 ist eine Druckrolle 52 vorgesehen. Gegebenenfalls
kann auf der gegenüberliegenden Rohrseite eine weitere Druckrolle 53 angebracht
sein, die in diesem Bereich den Gegendruck der Druckrolle 52 aufnimmt.
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Das Zwischenglied 50 besteht vorzugsweise aus einem Metall, das den
beim Schweißpunkt auftretenden Temperaturen gegenüber beständig ist. Zur Kühlung
des Gliedes 50 kann gegebenenfalls das Spreizglied 45 in ähnlicher Weise wie die
Elektroden 17' und 18' mit Hohlräumen zum Durchlaß einer Kühlflüssigkeit versehen
sein.
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Der Durchmesser des Mantels 10' in dem vor dem Schweißpunkt liegenden
Bereich soll so groß sein, daß das Glied 50 noch einigen Abstand von dem Metall
der Schlitzränder hat, damit das Kurzschließen derselben verhindert wird.
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Zur Beseitigung von vorstehenden Unregelmäßigkeiten auf der Außenfläche
der Schweißnaht ist ein Schaber 55 angeordnet, der eine geschärfte Kante 56 aufweist
und kurz hinter dem Schweißpunkt unter Druck auf die Schweißnaht aufgesetzt ist.
Der Anpreßdruck für den Schaber 55 kann ebenfalls durch eine an der Unterseite der
rohrförmigen Hülle 10'
angeordnete Gegenrolle aufgenommen werden, die gegebenenfalls
durch die Rolle 53 gebildet werden kann.
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Der vorwärts bewegte Mantel kann anschließend mit dem umhüllten Kabel
zwischen einem oder zwei Paaren von angetriebenen Druckrollen 60, 61, 62
und
63 hindurchgeführt werden. Schließlich kann das umhüllte Kabel bei weiterem Vorschub
durch beliebige bekannte Mittel hindurchgeführt werden, die den Durchmesser des
Mantels entsprechend der gewünschten engen Umschließung des Kabels verringern, wie
dies bei Einziehverfahren von Kabelseelen in Kabelummantelungen mit größerem Durchmesser
allgemein bekannt ist.