DE2630977B2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines gewellten Kabelmantels - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren der im

Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zur Herstellung eines gewellten Kabelmantels.

Das Hauptproblem stellt sich bei der Verformung des Bandes beim Formen des Rohres. Die mittlere Faser des Bandes (die seine Symmetrieachse bildet) wird nämlich nicht verformt, während die beiden Seiten des Bandes zu den Bandrändern hin immer weiter aus ihrer ursprünglichen Ebene herausbewegt werden. Bei der Formgebung des Bandes erfolgt eine Verformung des Metalls, die symmetrisch von der mittleren Faser aus zunimmt Die plastische Verformung hat eine Streckung zur Folge, was bedeutet, daß die Randstreifen des Mantels nach dem Formen eine größere Länge haben als die mittlere Faser. Es entstehen dann in der Überlappangszone der beiden Randstreifen Verwerfun-

jo gen, die sich aus dem Längenunterschied zwischen der mittleren Faser und den zusammengefügten Randstreifen ergeben, was unannehmbar ist Zu seiner Beseitigung sind bereits mehrere Lösungen vorgeschlagen worden.

π In der FR-PS 11 56 636 ist ein Formungswerkzeug beschrieben, das so ausgebildet ist, daß alle Teile des Metallbandes auf der gesamten Breite im wesentlichen gleiche Strecken durchlaufen. Diese Lösung erfordert jedoch sehr umfangreiche und teuere Maschinen.

Eine andere bekannte Lösung, die in der FR-PS 15 01238 beschrieben ist, erfordert die Verwendung eines quergerillten Bandes. Die dafür benötigte Maschine ist sehr kompliziert, verhältnismäßig langsam und besitzt sehr große Abmessungen, da sie eine große

Vi Anzahl von Rollenpaaren zur Formung erfordert.

Ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art ist Gegenstand des älteren deutschen Patents 25 19 462. Dieses ältere Patent befaßt sich aber ausschließlich mit einer besonderen Ausbildung der Längswellungen, deren Tiefe von der Längsachse des Bandes zu beiden Rändern hin symmetrisch zunimmt. Dadurch sollen Verformungen und mechanische Spannungen vermieden werden, die sich daraus ergeben, daß die Fasern des Metallbandes

->^r) beim Formen zum Rohr unterschiedlich gedehnt werden.

Zur Erzielung eines hohen Reduktionsfaktors (d. h. eines wirksamen Schutzes gegen Spannungen, die durch äußere elektrische Felder im Kabel induziert werden) ist

bo es notwendig, die elektrische Kontinuität des Kabelmantels insbesondere in der Zone der Überlappung der beiden Randstreifen des Bandes zu gewährleisten. Das kann durch eine Schweißung erreicht werden, deren Zuverlässigkeit um so größer ist, je genauer die Profile

h^r> der beiden Randstreifen einander angepaßt sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, mit welchen dem Metallband Querwellungen erteilt werden können, die ein exaktes Ineinanderpassen

der Profile der beiden Randstreifen gewährleisten, wenn das Band zum Rohr geformt wird, ohne daß Verwerfungen entstehen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst

Der wesentliche Vorteil dieses Verfahrens beruht in einer merklichen Verringerung des Reduktionsfaktors. Ferner gewährleistet das genaue Ineinanderpassen der Profile der sich überlappenden Randstreifen in mechanischer Hinsicht eine feste Verbindung der Ränder des Kabelmantels, wodurch es in bestimmten Fällen sogar möglich ist, auf die Längsschweißung zu verzichten.

In der Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß Anspruch 5 sind die beiden Walzen, bei denen sich die Profilhöhe der Rillen entlang der Walze ändert, konisch.

Bei der Vorrichtung in der Ausgestaltung gemäß Anspruch 6 sind die Rillen in die Walzen direkt so eingearbeitet, daß sich ihre Profilhöhe entlang der Walzen ändert Die zylindrische Form der Walzen bleibt also erhalten.

Mit der Vorrichtung in der Ausgestaltung gemäß Anspruch 7 ist es in bestimmten Fäilen möglich, Bänder unterschiedlicher Breite mit Hilfe einer einzigen Wellungsvorrichtung zu wellen.

Die Gesetzmäßigkeit der Änderung des Profils der Rillen in der Längsrichtung der Walze muß ausschließlich der Bedingung gehorchen, daß die Profile an den beiden Flächen des Bandes in der Nähe der Bandränder gleich sind. Wegen der einfacheren Verarbeitung ist diese Gesetzmäßigkeit in den meisten Fällen linear. Bei der Vorrichtung in der Ausgestaltung gemäß Anspruch 10 ist sie stufenförmig.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen die

F i g. 1 bis 5 Darstellungen zur Erläuterung des Problems bei der Verbindung der Wellungen der Ränder nach dsr Formung des Bandes zu einem Rohr,

F i g. 6 eine erste Ausführungsform der Wellungsvorrichtung mit einem Profil, das in F i g. 7 in größerem Maßstab dargestellt ist,

F i g. 8 und 9 die wirkliche Verformung des Bandes unter Berücksichtigung seiner Dicke und der mechanischen Eigenschaften des Metalls, aus dem das Band besteht,

Fig. 10 eine andere Ausführungsform der Wellungsvorrichtung von F i g. 6, die deren Anpassung an Bänder unterschiedlicher Breiten ermöglicht,

F i g. 11 eine schematische Darstellung der Ränder eines mit Hilfe des Werkzeuges von Fig. 10 gewellten Bandes,

F i g. 12 eine andere Ausführungsform der Wellungsvorrichtung mit einer stufenförmigen Änderung des Rillenprofils,

Fig. 13 eine schematische Darstellung des Verfahrens zum Herstellen dps Kabelmantels, und

Fig. 14 ein Diagramm zum Vergleich der Reduktionsfaktoren eines Kabelmantels bekannter Art mit einem Kabelmantel der oben beschriebenen Art

F i g. 1 zeigt einen Kabelmantel aus einem Metallband 1, das so zu einem zylindrischen Rohr geformt ist, daß sich seine Randstreifen 2 und 3 überlappen. F i g. 1 dient insbesondere zur Definition der Bezugszeichen, die anschließend verwendet werden. F i g. 2 zeigt den gleichen Kabelmantel vor der Formung zu dem Rohr, d. h. einen Schnitt durch das flache Metallband, aus dem der Kabelmantel hergestellt wird. In den Figuren untenscheidet man den Randstreifen 2, welcher der außenliegende Randstreifen ist, und den Randstreifen 3, der nach dem Formen des Mantels den innenliegenden Randstreifen bildet Die Fläche A des Bandes ist nach dem Formen des Rohres die nach außen gerichtete Flache, und die Fläche B ist die nach innen gerichtete Räche des Rohres. F i g. 3 zeigt eine Schnittansicht eines Mantels, der aus einem quergewellten Band 1 geformt ist das gegenüber dem Band 1 von F i p. I eine geringere

Dicke hat Bei C sind die Querwellungen dargestellt, deren Scheitel bei D liegen.

F i g. 4 zeigt eine Schnittansicht entlang der SchnittJinie X-X' von F i g. 3 in der Überlappungszone für den Fall, daß das Profil der Querwellungen konstant ist wobei die Wellungen des außenliegenden Randstreifens 2 in Kontakt mit den Wellungen des innenliegenden Randstreifens 3 gebracht sind. Infolge der Dicke e des Metallbandes können die Wellungen der beiden Randstreifen nicht vollständig ineinander eintreten, so daß zwischen den beiden Randstreifen nach dem Formen des Mantels Hohlräume 4 bestehen. Wenn nämlich das Profil der Querwellungen gleichförmig ist, sind die Krümmungsradien der Flächen A und B des Bandeis (die in der Überlappungszone aufeinanderliegen) voneinander verschieden, wie bei RA und RB dargestellt ist Die Berührung zwischen den Wellungen erfolgt entlang den Linien 5, die parallel zu den

Mantellinien des zylindrischen Rohres liegen. Fig.5 zeigt aufeinanderliegende Wellungen der

in beiden Randstreifen, die nach dem hier beschriebenen Verfahren erhalten worden sind. Wie zu erkennen ist, sind die Hohlräume 4 zwischen dem Randstreifen 2 und dem Randstreifen 3 praktisch vollkommen beseitigt Infolge der Bearbeitungstoleranzen sind sie in Wirklichst keit auf ein sehr geringes Volumen konstanter Dicke in der gesamten Überlappungszone der beiden Randstreifen beschränkt. Die Wellung des Bandes erfolgt so, da3 der Krümmungsradius der Fläche B der Wellungen des Randstreifens 2 gleich dem Krümmungsradius der

4(i Wellungen an der Fläche A des Randstreifens 3 ist Dieser Krümmungsradius ist in F i g. 5 bei R 2 dargestellt. Zur Vereinfachung der Zeichnung ist angenommen, daß die Wellungen durch Kreisbögen gebildet sind. Diese Annahme ist der klareren

4ί graphischen Darstellung wegen gemacht worden. Unabhängig von dem Krümmungsradius R₂ und seiner Änderung ist er an der Fläche fldes Randstreifens 2 und an der Fläche A des Randstreifens 3 gleich. Die Krümmungsradien der Wellungen der Flächen B des

)(i Bandes sind in folgender Weise definiert:

— Für den kleinsten Krümmungsradius R\ gilt:

— für den gemeinsamen Krümmungsradius R₂ gilt:
Ri + e= R₂

— für den größten Krümmungsradius R3 gilt:
R₂+e=R₃ = Ri+2e

für Ri = 1,25 e gilt R₂ = 2,25 e
A3 = 3,25 e

dabei ist edie Dicke des Bandes vor dem Wellen.

Zur Vereinfachung der Zeichnung sind die sich aus dc^r Längsverformung des Bandes 1 ergebenden Wellungen nicht dargestellt.

F i g. 6 zeigt schematisch eine Ausführungsform einer Wellungsvorrichtung 10—11, mit der die Querwellungen erhalten werden können. F i g. 7 zeigt schematisch

die Ränder des Bandes 1 nach dem Wellen sowie eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie X-X' von F i g. 3 nach dem Formen des Bandes zum Rohr. Wie aus F i g. 6 hervorgeht, enden die Rillen 12 der Wellungswalzen am Umfang in einer Abflachung, die eine Trapezform aufweist, deren parallel zu den beiden Stirnflächen 13 und 13' liegende Abmessung sich in der Längsrichtung der Walze linear ändert; diese Gesetzmäßigkeit der Änderung ist jedoch nicht zwingend. Die beiden Walzen sind gegensinnig angeordnet, so daß die Basis 13' bei der oberen Walze 10 in der Figur hinten und bei der unteren Walze 11 in der Figur vorn liegt.

In der Praxis werden die Walzen 10 und 11 durch Bearbeitung von zylindrischen Walzen mit gleichförmigen Rillen erhalten, d. h. von Walzen, deren Zähne gleich sind und entlang des Zylinders einen konstanten Querschnitt haben. Die F i g. 8 und 9 zeigen Schnittansichten in zwei senkrecht zu den Achsen der Walzen liegenden Ebenen in der Nähe der Enden der beiden Walzen zur Darstellung der wirklichen Verformung des Metallbandes 1 beim Durchgang zwischen den Rillen der Walzen, wodurch es möglich ist, deren Profil zu definieren. In Wirklichkeit weist nämlich das Metallband 1 keine scharfen Kanten auf, wie sie in F i g. 7 dargestellt sind. Das Metall verformt sich so, daß eine kontinuierliche Kurve gebildet wird, deren Scheitel annähernd Kreisbögen folgen.

Der Durchmesser der Walzen auf der Höhe der Schnittansichten, die Formungsfacetten aufweisen, die durch das Bezugszeichen 13 von F i g. 8 und 9 definiert sind, deren Breiten von dem doppelten Wert des an dieser Stelle gebildeten Krümmungsradius, also von 2R\, sehr wenig verschieden sind, hängt offensichtlich von dem gewählten Zahnwinkel sowie von der Zähnezahl jeder Walze ab; wenn man annimmt, daß er sehr nahe bei 45° liegt, gilt:

013 = 0/7- 2 ■ 2/?l

Entsprechend gilt für den Durchmesser, der sich auf die Facetten 13' bezieht:

0,3 = 0p—2 ■ 2R₂

Da die Walzen dadurch erhalten worden sind, daß gleichförmig gerillte Zylinder mit dem Scheiteldurchmesser 0p nach dem angegebenen Änderungsgesetz konisch bearbeitet worden sind, gilt für die Konizität Γ:

' e
also /' = 2 Are tg

Dabei entspricht L der in Fig. 10 definierten Breite des Bandes.

Fig. 10 zeigt eine andere Ausführungsform der Walzen 10 und 11, welche das Wellen von Metallbändern beliebiger Breite ermöglichen. Bei dieser Ausführungsform hat jede Walze drei Teile 21, 22, 23. Die mittleren Teile 22 jeder Walze sind in gleicher Weise wie die ganzen Walzen 10 und 11 von F i g. 6 ausgebildet und gegensinnig angeordnet Die äußeren Teile 21 und 23 sind jeweils durch Zylinder mit gleichförmigen Rillen gebildet Der mittlere Teil 22 ist so berechnet wie unter Bezugnahme auf F i g. 6 erläutert worden ist Die jeweils von den Enden des Teils 22 bedingten Profile werden in den Endteilen 21 und 23 beibehalten. Man erhält somit, wie in F i g. 11 schematisch dargestellt ist ein vollständiges Ineinanderpassen der Ränder des Bandes, unabhängig von der Länge der Endteile 21 und 23 der Walzen Man kann also mit Hilfe einer solchen Vorrichtung Bänder unterschiedlicher Breite L dadurch wellen, daß an den mittleren Teil 22 Endteile 21 und 23 verschiedener Länge angebaut werden. Es ist offensichtlich, daß die Bearbeitung der Endteile 21 und 23 mil gleichförmiger Rillung einfacher als die Bearbeitung des mittleren Teils 22 ist.

ι» Es können auch Wellungsvorrichtungen verwendet werden, die zwei zusammengesetzte Walzen enthalten von denen jede durch zwei Teile einer Walze nach An der Walze 10 gebildet ist, und zwischen die ein Zylinder veränderlicher Länge eingefügt ist, dessen Rillen über

ι -, die ganze Länge gleichförmig sind und sich an die Rillen in der Stirnebene der Walze 10 anschließen. Mit Hilfe eines Satzes von Mittelzylindern unterschiedlicher Länge kann man dann gleichfalls eine Walze erhalten die das Wellen von Bändern beliebiger Breite

in ermöglicht.

Gemlß einer weiteren, in Fig. 12 dargestellter Ausführungsform der Vorrichtung dient zum Querwel· len des Bandes 1 ein Walzenpaar, bei dem jede Walze durch die beiden Endteile 21 und 23 der in Fig. IC dargestellten Walze gebildet ist Es besteht dann eine Unstetigkeit in der Verbindungsebene der beiden Teile was im allgemeinen bei den für die Herstellung vor Kabelmänteln verwendeten dünnen Bändern zulässig ist Diese Ausführungsform besteht darin, daß einfach

jo der mittlere Teil 22 der Wellungswerlczeuge vor F i g. 10 fortgelassen wird.

Fig. 12 zeigt noch eine andere Abänderung der Walzen 10,11. Im Gegensatz zu der Darstellung in den Fig.6 und 10 wird die Änderung des Rillenprofiis

5ö dadurch erhalten, daß die Tiefe der Einarbeitung der Rillen in einen Zylinder in der Längsrichtung des Zylinders verändert wird. F i g. 12 entspricht der zuletz) erwähnten Ausführungsform, bei welcher die Walze zwei Teile hat von denen jeder gleichförmige Riller aufweist Die Walzen bleiben zylindrisch und sine gegensinnig angeordnet

In Fig. 13 sind schematisch die verschiedenen Stufer des Verfahrens zur Herstellung eines gewellter Kabelmantels dargestellt Dem zur Bildung des Kabelmantels bestimmten Metallband wird in einet Bearbeitungsstufe 25 eine Querwellung mit veränderlichem Profil in der zuvor beschriebenen Weise erteilt Ir einer zweiten Bearbeitungsstufe 26 wird dem Metallband eine Längswellung in dem mittleren Bereich de«

-,o Bandes erteilt jedoch mit Ausschluß der beider Randstreifen über einer Breite, die wenigstens gleich der Überlappungsbreite nach dem Formen des Rohres ist Auch die Längswellungen weisen ein Profil auf, das sich symmetrisch zu beiden Seiten der mittleren Fasei ändert, und die Längswellungen an den Randstreifer sind in der Oberlappungszone fortgelassen. Diese zweite Vorverformung des Bandes hat im wesentlicher den Zweck, das anschließende Formen des Rohres in der Bearbeitungsstufe 27 zu erleichtern. Dieser Bearbeitungsvorgang verursacht dann kein besonderes Problem. Im Fall von doppelt gewellten Stahlbändern vor 0,25 mm Dicke erfolgt das Formen durch eine an sich bekannte Vorrichtung mit Formrollen geeigneter Form Das Kabel kann dann dadurch fertiggestellt werden, daD

_b5 durch Strangpressen eine Isolierhülle um den Mantel gelegt wird, wie es bei 28 gestrichelt angedeutet ist Je nach dem Anwendungszweck kann diese letzte Stufe auch fortgelassen werden. Der Kabelmantel muß dann

dicht verschlossen werden, beispielsweise durch Längsschweißen.

Die vorstehende Beschreibung betrifft Kabelmäntel, die auschließlich Querwellungen in der Überlappungszone der beiden Ränder aufweisen. Diese Bedingung ist jedoch keineswegs zwingend. Sie vereinfacht die Berechnung der Wellungsvorrichtung, und im Fall von dünnen Kabelmänteln kann das Formen zum Rohr noch ausreichend einfach erfolgen. Wenn jedoch das Rohr aus Bändern mit größerer Steifigkeit geformt werden muß, kann es angebracht sein, die Längswellungen bis zu den Rändern des Bandes auszudehnen, damit alle Vorteile dieser Vorverformung erhalten werden. Unter diesen Bedingungen muß das Profil der Längswellungen so bestimmt werden, daß das genaue Aufeinanderlegen der Längswcüungcn durch Umkehrung der Profile an den Flächen A und B(Fig. 1) gleichfalls gewährleistet ist

Es sind Messungen des Reduktionsfaktors bei Kabeln gleichen Aufbaus vorgenommen worden, deren Kabelmäntel einerseits Querwellungen gemäß Fig.4 und andererseits Querwellungen gemäß Fig.5 aufwiesen. Die Meßergebnisse sind in Fig. 14 dargestellt. Die gestrichelte Kurve entspricht den Kabeln mit Querwellungen gemäß F i g. 4, während die ausgezogene Kurve dem nach dem hier beschriebenen Verfahren hergestellten Kabel mit Querwellungen gemäß F i g. 5 entspricht. Diese Kurven zeigen den Reduktionsfaktor, d. h. eine Zahl, die dem Verhältnis der in einem Kabelleiter induzierten Spannungen mit und ohne Mantel proportional ist, als Funktion einer Größe, die dem elektrischen Störfeld bei 50 Hz proportional ist. Die Meßbedingungen sind genormt und bekannt. Es ist zu erkennen, daß die zu dem Kabel mit den Querwellungen gemäß F i g. 5 gehörende Kurve unter der Kurve des bekannten Kabels mit den Querwellungen gemäß F i g. 4 liegt. Das Minimum der Kurve des Kabels mit den Querwellungen gemäß Fig.5 liegt um 10% unter dem Minimum der Kurve des bekannten Kabels.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines gewellten Kabelmantels, bei welchem einem Metallband geringer Dicke Quer- und Längswellungen erteilt werden, bei dem das auf diese Weise vorgeformte Metallband der Länge nach um die Kabelseele zu einem Rohr geformt wird und bei dem die beiden Bandränder sich überlappend übereinander gelegt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die aus Wellentälern und Wellenbergen bestehenden Querwellungen des Bandes (1) beiderseits seiner Längsmittelebene und nach außen hin unsymmetrisch geformt werden, derart, daß in den zur Überlappung kommenden Randstreifen (2, 3) des Bandes die Profile der Querwellungen an der nach außen gerichteten Fläche (A) des innenliegenden Randstreifens (3) in die Profile der Querwellungen pji der nach innen gerichteten Fläche (B) des außenliegenden Randstreifens (2) genau eingepaßt sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Überlappungszone der beiden Randstreifen (2, 3) keine Längswellungen gebildet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Bitdung von Längswellungen in den zur Überlappung kommenden Randstreifen (2,3) die sich aus den Querwellungen und den Längswellungen ergebenden Gesamtprofile ineinander eingepaßt sind.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der Querwellungen des Bandes (1) zwei Walzen (10,11) mit zur Walzenachse parallel verlaufenden Rillen (12) von sich ändernder Profilbreite vorgesehen sind, die miteinander in Eingriff sind und zwischen denen das Band (1) hindurchgeführt ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Walzen (IQ₁- 11) konische Walzen sind, die durch Bearbeitung der Zähne von in ein zylindrisches Teil eingearbeiteten Rillen von unveränderter Profilbreite gebildet und mit parallelen Achsen gegensinnig angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Walzen (10, U) Rillen (12) von sich in der Walzenlängsrichtung ändernder Profiltiefe aufweisen und gegensinnig angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzen aus mehreren Teilen (21, 22, 23) bestehen, von denen wenigstens ein Teil (22) Rillen von sich in der Walzenlängsrichtung änderndem Profil aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Walze drei Teile (21, 22, 23) aufweist, von denen nur der mittlere Teil (22) Rillen von sich änderndem Profil aufweist, während die beiden äußeren Teile (21,23) Zylinder mit Rillen von unverändertem Profil sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede Walze aus drei Teilen besteht, von denen der mittlere Teil Rillen von in der Walzenlängsrichtung unverändertem Profil aufweist, während die beiden Endteile Rillen von sich in der Walzenlängsrichtung änderndem Profil aufweisen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Walze aus zwei Teilen (2Ϊ, 23) besteht, daß die Rillen jedes Teils ein In Walzenlängsrichtung unverändertes Profil haben und die beiden Rillenprofile von unterschiedlicher Breite sind, daß die beiden Teile einer Walze den Teilen der anderen Walze gleich sind, und daß die beiden Walzen gegensinnig angeordnet sind.