DE1515752A1

DE1515752A1 - Unterbrochenes Loetverfahren fuer Kabel

Info

Publication number: DE1515752A1
Application number: DE19621515752
Authority: DE
Inventors: Turner Arthur Kenneth
Original assignee: General Cable Corp
Current assignee: General Cable Corp
Priority date: 1961-06-23
Filing date: 1962-06-22
Publication date: 1969-10-09
Also published as: DE1515752B2; US3203085A; GB1003420A

Description

Patentanwalt

g. Wilhelm Reicht.

Frankfuri/Main.l I Dj. HXP*· J 1515752

Parkstraße 13 \

General Cable Corporation, New York, I.Y., USA i

-Ununterbrochenes Lötverfahren für Kabel

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum ununterbrochenen Löten einer überlappenden Verbindung bei einer nicht aus Eisen bestehenden Hülle, die um einen Kabelkern ausgebildet wird.

Bei Kabeln ist ein Leiterkern innerhalb einer oder mehreren gerippten metallischen Hüllen, z.B. einer Stahlhülle eingeschlossen, deren Händer überlappt und zusammengelötet werden, damit der notwendige Schutz gegen einen Eintritt von Feuchtigkeit und die gewünschten elektrischen Abschirmeigenschaften Zustandekommen. Bei den bekannten Alpeth- und Stalpeth-Telefonkabeln liegt diese Konstruktion vor.

Um das Kabel einzuschließen, wird bei der gewöhnlichen Herstellung die Stahlhülle umgebogen, worauf ein Lötstreifen zwischen den sich überlappenden Händern der Hülle eingeführt wird. Schahe, di.e am Saum entlanggleiten, halten dabei einen guten mechanischen Kontakt zwischen den Händern und dem Lötmittel aufrecht.

In der Nähe der Schuhe sind Spulen einer Induktionsheizvorrichtung angeordnet, die den oben liegenden, überlappenden Hand der Hülle durch induzierte Ströme erwärmen. Das Lötmittel und der untere überlappende Hand werden dann durch Wärmeleitung auf die Temperatur gebracht, bei der das Lötmittel schmilzt und den gewünschten verbundenen Saum bildet. Mit Hilfe der Induktionsheizeinrichtung läßt sich in gewünschter Weise die Temperatur genau steuern, die in dem oberen, überlappenden Hand herbeigeführt wird. Um das Lötmittel mit einer Geschwindigkeit zu schmelzen, die mit den normalen Geschwindigkeiten bei der Kabelherstellung vereinbar sind, muß eine hohe Temperatur herbeige-

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führt werden. Die Temperatur muß jedoch unter dom Punkt gehalten werden, "bei dem der Hand der Hülle verbrennen würde.

rfenn die Hülle aber aus einem elektrisch gut leitenden Nichteisenmetall, 2.B. Kupfer oder einer stark leitenden Kupferlegierung ausgebildet wird, kann die induktive Heizung des Randes nicht wirtschaftlich durchgeführt werden.

Die gebräuchlichen Verfahren einer direkten Heizung z.B. mit einem Lötkolben oder mit G-asdüsen lassen nicht die notwendige genaue Einstellung der Temperatur zu und sind daher nicht mit einer normalen kostspieligen Einrichtung zur Herstellung vereinbar.

Ein Ziel der Erfindung sind ein Verfahren und ein uerät zur ununterbrochenen Lötung eines sich überlappenden ttandes einer nicht aus Eisen bestehenden Hülle, bei denen die notwendigen Produktionsgeschwindigkeiten nicht beeinträchtigt werden. Insbesondere soll der überlappende Saum einer nicht aus Eisen bestehenden Hülle fortlaufend so gelötet werden, wie es iüit den an sich hekannten Produktionseinrichtungen vereinbar ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können . mehrere Schuhe längs eines Saumes entlanggleiten, der an einer nicht aus Eisen bestehenden Hülle ausgebildet ist. Der Saum wird dadurch gebildet, dai3 die Ränder der Hülle über einem eingesetzten Lötstreifen in üblicher Form überlappt werden.

Alle Schuhe werden mit dem Saum unter Federdruck in Berührung gebracht, dessen Größe entsprechend dem beabsichtigten Anwen-rdungszweck eingestellt werden kann.

Alle Schuhe enthalten einen einen Übergang herstellenden Halter und einen Arbeitsschuh aus Stahl, der unmittelbar auf den Saum der Hülle drückt. Durch den Halter geht eine Arbeitsspule eines Hochfrequenzgenerators hinduroh, damit ein Feld zustandekommt,

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das die Stahlschuhe durch die elektrischen Ströme aufheizt, die infolge der Kopplung des Hochfrequenzfeldes mit dem Stahlschuh induziert werden.

Der erwärmte ötahlschuh wird mit dem Saum unter Druck in .berührung gebracht, damit die Warme auf den Saum übertragen und das Lötmittel geschmolzen wird; der dabei entstehende Druck ist so grois, daß die überlappten wander des Saumes in einem guten körperlichen Kontakt mit dem dazwischen liegenden geschmolzenen Lötmittel gehalten werden. Der Saum mit dem Lötmittel kann dann gekühlt werden, damit sich das Lötmittel in einer Verbindung verfestigt.

ffegen der Geschwindigkeit, mit der die Bildung des Saumes fortgesetzt werden muß, um mit der Kabelherstellung vereinbar zu sein, sind mehrere Schuhe vorgesehen, die den Saum und das zwischen den sich überlappenden Äändern der Hülle eingelegte Lötmittel allmählich bis zu einem Punkt erwärmen, bei dem das Lötmittel schmilzt.

Die Schuhe sind vorzugsweise mit einer Arbeitsfläche versehen, die mit dem jxaaius aes zusammenzusetzenden Kabels abereinstimmt. Lie Arbeitsflächen sina vorzugsweise mit einen harten Lack, z.B. mit Steliitpolitur bedeckt, um den Abrieb zu vermindern, und können mit einem Stoff, ::.B. . G-raphit geschmiert cein, um die iieibuiii: zwischen dem sich bewegenden Kabel und dem Arbeitsschuh herabzusetzen.

Bei einer anderen Aueführungsform des irfinaun^rsgegenstandes sind mehrere aus eir.ei:. I iolati 01131113 terial, z.5. Jlas, angefertigte ichuäe vorgesehen. Der ochuhhalter und uer Kontaktdruck des ochuhs auf den siel: überlappenden Saum sind ir.it demjenigen der bevorzugten Au : fü::runToferm identisch.

j^in gerippter otahistrelien virü in die richti.re Lage auf den jsu:;. .-:ecr-ac-:t, oevor äas anheilte ivabel untei* den Druckschuhen

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zugeführt wird. Die Wellungen oder Rippen dew Stahlstreifens decken sich mit Wellungen in der Hülle, so daß das umschlossene Kabel als Einheit mit dem darüberliegenden Stahlstreifen unter die Böschung der Druckschuhe geführt werden kann.

Die Generatoren für die Induktionsheizung stellen Hochfrequenzfelder her, die den gewellten oder gerippten Stahlstreifen erwärmen. Der Streifen überträgt die Wärme auf den Saum, bo daß das Lötmittel schmilzt und sich ein gelöteter Saum unter dem Druck der Schuhe ausbildet. Der Saum kann dann gekühlt werden, damit sich das Lötmittel verfestigt, worauf der Stahlstieifen von dem Saum abgenommen wird. Auf diese Weise kann ein erwärmter Schuh zur Lötung des Saums über das Kabel laufen.

Zum besseren Verständnis des Erfindungsgegenstandes seien die^ beigefügten Figuren näher erläutert:

Fig. 1 ist eine Seitenansicht eines Kabels, das gemäß der Erfindung hergestellt wird.

Fig. 2 xst ein Querschnitt längs der Linie 2-2 der Fig. 1.

Fig. 3 ist eine Ansicht des Schuhs der Fig. 2 von oben längs der Linie 3-3 der Fig. 2.

Fig. 4 ist eine Seitenansicht einer anderen Ausführungsform der Erfindung

Fig. 5 ist ein Querschnitt längs der Linie 5-5 der Fig. 4.

Gemäß den Fig. 1-3 weist ein Kabel 10 einen Leiterkern 12 auf, der innerhalb einer nicht aus Eisen bestehenien Hülle 14 eingeschlossen ist. Die Hülle ist gewellt oder geriffelt und umschließt den Kabelkern mit einer undurchdringbaren, metallischen Sperrschicht, die den notwendigen Schutz gegen ein Eindringen von Feuchtigkeit und dergleichen in den Kern bietet. Die metallische Hülse dient auch als elektrische Abschirmung, die eine Wechselwirkung zwischen den benachbarten Kabeln verhindert. Um den*Zusammengesetzten Kabel die gewünschte Biegsamkeit zu verleihen, . ist die Hülle geriffelt oder gewellt.

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Um den Leiter 12 wird die Hülle von einer üblichen, an sich bekannten Ziehform herumgebogen, die den Leiter in der Hülle einschließt. Die Hülle hat eine solche Breite, daß sich ihre bänder überlappen. Zwischen den überlappten bändern wird ein Band eines Lötmittels 16 eingeführt, so daß durch Schmelzen des Lötmittels nach einem Zusammenklemmen der Jtänder unter Druck die sich überlappenden bänder durch einen ununterbrochenen, undurchdringlichen Saum zus::mmengelötet werden.

Das verwendete Lötmittel kann zweckmäßigerweise ein Lötmittel mit der Bezeichnung "30 - 70" sein, das bis zu Temperaturen von etwa 36O⁰P (18O⁰C) fest und bei Temperaturen zwischen 36O⁰P (18O⁰C) und 500⁰P (26O⁰C) klebrig ist und oberhalb etwa 500⁰P .(260⁰C) flüssig wird.

Das Kabel wird dann in einer .Richtung 16 unter mehreren Heizschuhen 18 - 28 hindurchgezogen. Die Schuhe weisen eine Arbeitsfläche 30 auf, die sich etwa dem xtadius des zusammengesetzten Kabels anpaßt. Um einen Abrieb an der Arbeitsfläche zu vermeiden, kann die Arbeitsfläche mit einer harten Verkleidung, z.B. Stellit, bedeckt und mit einem temperaturbeständigen Schmiermittel, z.B. Graphit, geschmiert sein. Alle Schuhe werden von einem Halter 32 aus einem harten, nicht leitenden Keramik oder aus einer Asbest-Kitt-Verbindung, z.B. Transit, getragen. Die gesamte, aus dem Halter und dem Schuh bestehende Anordnung wird in einen innigen Kontakt mit dem Saum von einer feder 34 gepreßt, die innerhalb eines Halters 36 eingeschlossen ist, der an einem starren Arm 38 angebracht ist. Dieser Pederdxuck .virU über einen Zapfen 40 übertragen, der mit der Oberseite des Halters 32 mit einem Stift 42 verbunden ist, der durch eine öse am Halter hindurchgeht. Der Pederdruck ist für den gewünschten Anw&ndungszweck mit einer vorbelasteten Schraube 46 über ein Handstück 48 derart einstellbar, daß der notwendige Lagerdruck auf dem Saum zustandekommt.

Durch den Halter geht eine Arbeitsspule 50 hindurch, die von einem Hochfrequenzgenerator 52 erregt wird, der ein elektromagnetisches Hochfrequenzfeld von etwa 400 kHz herstellt, das mit dem

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Stahlschuh 18 eng gekoppelt ist. Das Hochfrequenzfeld induziert innerhalb des Stahlschuhs elektrische Ströme und erwärmt diesen schnellstens auf eine einstellbare Temperatur, z.B. im Bereich von 1000⁰-1400^oi? (54O°-76O°C). Eine volle Schleife der Arbeitsspule 50 kann verwendet werden, um die Spule am Generator zu erden und Anschlüsse für eine .«asserleitung durch die Spule herzustellen, wenn eine Kühlung notwendig ist. Andererseits kann die Arbeitsspule am ochuh geerdet sein. In allen fallen werden die schuhe vorzugsweise einzeln geerdet, um eine Funkenbildung zwischen den Schuhen zu vermeiden.

Die erwärmten Schuhe drücken gegen den Saum und übertragen die tfärme auf den Saum, wobei sie gleichzeitig das Lötmittel bis zum Schmelzpunkt erwärmen und die mechanische Kraft ausüben, die zur Gewährleistung eines guten Kontaktes zwischen der Hülle, Lötmittel und Hülle notwendig ist. Der mechanische Kontakt wird während der Kühlung des Lötinittels in einer undurchlässigen Bindung zwischen den bändern der Hülle aufrechterhalten.

Da das Kabel mit einer Geschwindigkeit in der Größenordnung von 80 - 100 fuß/min (24 - 31 m/min) bei einer wirtschaftlichen Herstellung weiterbefördert werden muß, muß die »Värmeubertragung auf den Saum derart eingestellt sein, daß das lötmittel richtig schmilzt, wobei eine Beschädigung der Hülle durch eine übermäßige Temperatur zu vermeiden ist. Y/enn z.B. sechs Schuhe angewendet werden, erwärmen die beiden ersten Schuhe bloß das Lötmittel, ohne daß die Temperatur erreicht wird, bei der das Lötmittel schmilzt oder sogar pastenförmig wird. Die Schuhe und 20 können daher auf eine Temperatur in der Größenordnung von 1000⁰F (54O⁰G) erwärmt werden. Hierdurch kommmt der notwendige Wärmeübergang zum Lötmittel 16 über den oberen Hand 54 der Hülle zustande. Versuche, das Lötmittel unmittelbar vom ersten Schuh oder den ersten Schuhen auf den Schmelzpunkt Dei großen -beförderungsgeschwindigkeiten des Kabels zu bringen, führen zu einer Verbrennung des oberen Handes 54 der Hülle. Die nächsten Schuhe, z.B. die Schuhe 22 und 24, setzen die Erwärmung des zu verlötenden Saumes fort, bis das Lötmittel seinen pastenförmigen

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Zustand erreicht. Die am Ende "befindlichen Schuhe 26 und 28 erwärmen den Saum auf etwa 60O⁰G, wobei das lötmittel schmilzt. Die Schuhe halten den Druck aufrecht, der zur Herstellung eines innigen Kontaktes zwischen den überlappten Händern der Hülle mit dem dazwischen liegenden geschmolzenen Lötmittel notwendig ist. Um den Saum einer Lötmittelverbindung schnell abzukühlen, ist ein Kühlschuh 58 vorgesehen, der vorzugsweise von Wasser gekühlt wird, um eine -beschädigung des Schuhs durch die fortgesetzte Erwärmung vom verlöteten Saum aus zu vermeiden. Außerdem werden vorzugsweise Wasserdüsen 64 vorgesehen, um die Saumtemperatur weiter unter diejenige Temperatur abzukühlen, bei der das Lötmittel fest wird. Es ist überaus wichtig, daß der Druck während der Kühlung aufrechterhalten wird, um eine Blasenbildung im Saum zu verhindern, durch die die Einheitlichkeit der Hülle zerstört wird. Der Druck muß sorgfältig beibehalten werden, um ein Auspressen des gesamten geschmolzenen Lötmittels zwischen dem Saum heraus zu verhindern. Zusätzliche Kühlschuhe können vorgesehen sein, wenn die äußeren Umstände es erfordern.

Somit ist eine Vorrichtung zur Lötung eines Saumes in einer ununterbrochenen Hülle aus einem nicht aus Eisen bestehenden Material vorgesehen, die den Kabelkern überlappt. Die Verwendung von Hochfrequenzenergie erlaubt eine ziemlich genaue Steuerung der Temperatur aller Schuhe, damit der maximale Temperaturgradient quer zum baum zustandekommt, ohne daß die maximale temperatur überschritten wird, die für das Material des Saumes noch zulässig ist. Barüberhinaus ist die Kopplung zwischen der Arbeitsspule und dem Stahlschuh sehr eng, so daß die Hochfrequenzenergie voll ausgenutzt wird.

iVenn aue-i im Ausführungsbeispiel· sechs Schuhe gewählt sind, so hängt die Zahl der Schuhe doch von der Kabelgeschwindigkeit und vom Kabeldurchmesser ab. Im allgemeinen beträgt die Zahl der Schuhe sechs bis neun. Die Funktion der Schuhe bei der Erhöhung der Temperatur in einzelnen Schritten weist jedoch annähernd dasselbe Verhältnis wie im Ausführungsbeispiel auf, das also von der tatsächlichen Zahl der verwendeten Schuhe unabhängig ist.

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In den !'ig. 4 und 5 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung zu sehen. Das Kabel 10 ist innerhalb der gewellten, nicht aus Eisen bestehenden Hülle 14 eingeschlossen, in deren überlappenden Saum das Lötmittelband 16 eingelegt ist. Das Kabel wird über mehrere Schuhe 62 zugeführt, die aus Glas mit einer Zusammenstellung hergestellt sind,"die_rdie für den Anwendungszweck geeignete, mechanische Festigkeit aufweist.

Die Schuhhalter 32 und ihre Montage stimmen mit derjenigen in der Anordnung nach i*ig. 1 überein.

""ine Holle aus einem geriffelten Stahlstreifen 64 wird auf einer Speicher- oder Vorratsrolle 66 am Eingang zu mehreren Schuhen getragen. Der Stahlstreifen ist in derselben Weise wie die Hülle geriffelt, so daß sich der Stahlstreifen mit der Hülle deckt·.

Der Stahlstreifen wird über dem Saum eingeführt und läuft mit dem Kabel unter den Schuhen entlang. Die Arbeitsspule 50 erzeugt ein Hochfrequenzfeld, das den Stahlstreifen erhitzt. Die Schuhe 62 halten einen enf.en Kontakt zwischen dem erwärmten Stahlstreifen und ^eir Saum bei, um die sich überlappenden Ränder und das Lötmittel zu erwärmen, bis dieses schmilzt.

Der Druck wird beibehalten und der Saum von dem oder den Kühlschuhen 58 gekühlt, um das Lötmittel zur Bildung des Saumes zu verfestigen. An dieser Stelle kann der St*ahlstreifen vom Saum und der Spule auf der Vorratsrolle 68 abgenommen werdin. Führungsrollen 70 sind vorzugsweise vorgesehen, um den Stahlstreifen &in die richtige Lage zu bringen und zu führen, wenn er auf das Kabel aufgebracht und von diesem entfernt wird. Auf diese Weise ist tatsächlich ein laufender Schuh vorhanden, der sich mit dem Saum zur Erwärmung des Lötmittels bewegt.

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Claims

Patentansprüche

1) Verfahren zur Ausbildung eines zusammenhängenden, geloteten Saums in einer nicht aus üisen bestehenden Hülle, dadurch gekennzeichnet , daß die Hülle (H) rund um einen Kabelleiter (12) mit sich überlappenden Rändern (54) ausgebildet wird, zwischen denen ein Lötmittelstreifen (16) eingelegt wird und daß die £änder (54) von eisenhaltigen Schuhen (20-28) zusammengepreßt werden, die durch ein hochfrequentes Induktionsfeld induktiv das lötmittel bis zum Schmelzpunkt erwärmen, wenn das Kabel unter den Schunen durchläuft.

2) Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet , daß der Saum abgekühlt wird, während er in innigem Kontakt festgehalten wird.

3) Gerät zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß von einer Vorrichtung (34-48) die sich überlappenden Äänder (54) der Hülle (14) in festem Kontakt mit einem Lötmittelband (16) zusainmenpreßbar sind, das zwischen den sich überlappenden Äändern (54) eingelegt ist, daß die Schuhe (20-28) mit dem Saum zwecks Wärmeübergang in Berührung stehen, und daß von einer Vorrichtung (50-52) ein hochfrequentes, elektromagnetisches Feld zur induktiven Heizung der Schuhe und zur Schmelzung des Lötmittelbandes (16) im 3aum herstellbar ist. ' ·

4) Gerät nach Anspruch 3> d a et u r c h . gekennzeichnet, daß die Schuhe (20-28) einen geriffelten Stahlstreifen (64) enthalten, und daß von Vorrichtungen (70) der Stahlstreifen (64) über dem Saum vor der Bewegung des Kabels unter der Handpreßvorrichtung (20-28) entlang in die richtige Lage gebracht wird.

5) Gerät nach Anspruch 3 oder 4,dadurch gekennzeichnet , daß die Schuhe (20-28) aus Stahl bestehen und

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in axialer Längsrichtung des Kabels angeoranet sind, und daß eine Vorrichtung (34 - 4ö) alle Stahlschuhe in Berührung mit. der Hülle (14) längs des Saumes drückt

6) Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Arbeitsspule (50) neben allen Schuhen (20-28) angeordnet ist, und daß eine Vorrichtung (52) die Arbeitsepule (50) mit hochfrequenter elektrischer Energie zur induktiven Heizung der Stahlschuhe auf eine Temperatur bringt, bei der das Lötmittel (16) schmilzt, nachdem der Saum unter allen Schuhen (20-28) entlanggelaufen ist.

7) Gerät nach Ansprüchen 3-6,dadurch gekennzeichnet , daß die Schuhe auf Temperaturen im Bereich von 1000° - 1400⁰P (540° - 76O⁰C) erwärmt werden.

8) Gerät nach Anspruch 6 oder 7,dadurch gekennzeichnet , daß der einzelne Stahlschuh innerhalb eines keramischen Halters (32) getragen wird, und daß die Arbeitsspule (50) sich durch den keramischen Halter (32) erstreckt.

9) Gerät nach Anspruch 8,dadurch gekennzeichnet, daß eine Feder (34) den Halter (32) und den Schuh (20-28) in Eingriff mit dem Kabel drückt und daß an einem Hilfsmittel (4Θ) die Pederspannung zur Veränderung des Druckes einstellbar ist, der von dem Schuh auf den Saum wirkt.

10) Gerät nach Ansprüchen 3 bis 9,dadurch gekennzeichnet , daß eine Kühlvorrichtung (58 "- 64) vorgesehen ist, von der der Saum nach dem Schmelzen des Iiötmittels (16)-gekühlt wird und ein mechanischer Druck auf den Saum ausübbar ist.

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