DE2820686A1

DE2820686A1 - Verfahren und vorrichtung zum fortlaufenden umformen eines bandes in ein rohr

Info

Publication number: DE2820686A1
Application number: DE19782820686
Authority: DE
Inventors: Poul Erik Braad; Knud Bundgaard Jensen; Hans Rosendal; Flemming Sevaldsen
Original assignee: Nordiske Kabel OG Traadfabriker AS
Current assignee: Nordiske Kabel OG Traadfabriker AS
Priority date: 1977-05-13
Filing date: 1978-05-11
Publication date: 1978-11-23
Also published as: SE7805478L; NO148734B; NO148734C; NL7805087A; CH629122A5; FI781495A; ATA353278A; AT361065B; NO781674L; JPS541265A; FR2390223B1; FR2390223A1; IT7868095A0; DK210377A; GB1595639A; US4204415A; SE431296B

Description

DR.-ING. WALTER ABITZ DR. DIETER F. MORF DIPL.-PHYS. M. GRITSCHNEDER

Patentanwälte

Mi-nch-H],

11. Mai 1978

Postanschrift / Foetal Address Postfach 8ΘΟ1ΟΒ, 8OOO MüiffifctÖt β* Γ

686

Plenzenauerstrafle 28

Telefon 98 3232

Telegramme: Chemindus München

Telex: (O] 683099

77.293

AKTIESELSKABET NORDISKE KABEL- OG TRAADFABRIKER La Cours Vej 7, DK-2000 Kopenhagen P, Dänemark

Verfahren und Vorrichtung zum fortlaufenden Umformen eines Bandes in ein Rohr

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

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

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grenze des Materials überschritten wird. Diese Unregelmässigkeiten beeinträchtigen wie nachstehend näher erläutert die elektrischen Eigenschaften des Kabels.

Um die Materialstreckung innerhalb des elastischen Bereichs zu halten hat man bereits vorgeschlagen, die Weglängenunterschiede mit Hilfe von sehr langen Faltzonen zu reduzieren, vgl. dies.erhalb die deutsche Patentschrift 919.405. Zur Vermeidung entsprechender, sehr langer Maschinen hat man des weiteren versucht, den Bahnstreifen im voraus so zu verformen, dass das anschliessende Verformen im Faltwerkzeug den Streifen in einem solchen Zustand hinterlässt, dass alle Materialbereiche in der Streifenquerrichtung annähernd gleich stark plastisch verformt warden, vgl. die deutsche Offenlegungsschrift 2 519 462. Dies führt jedoch eine nicht erwünschte Deformationshärtung mit sich, durch welche die Biegsamkeit des fertigen Kabels verringert wird. Die deutsche Auslegeschrift 1 800 981 offenbart eine Technik, bei der man bestrebt ist, die Weglängenunterschiede dadurch aufzuheben, dass man im voraus den mittleren Bereich des Streifens plastisch verformt, wobei -jedoch die unerwünschte Deformationshärtung ebenfalls unvermeidlich ist.

Einen wichtigen Schritt in der Richtung der Verminderung der Weglängenunterschiede offenbart die französische Patentschrift 1 156 636, in der vorgeschlagen wird, dem Streifen während des Verform- oder Faltvorgangs einen in der Längsrichtung gekrümmten Durchlauf zu erteilen. Dieses Prinzip wurde von G. Ditges untersucht, vgl. die Zeitschrift "Bänder Bleche Rohre» I967, Nr. 4, Seiten 213-223, wo angegeben wird, dass man bei der verwendeten

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Werkzeuglänge den relativen Längenunterschied bis auf 1% vermindern kann gegen 1,9% bei geradliniger Förderung durch das Formwerkzeug. Die erwähnte Krümmung in der Längsrichtung wird auch bei der in der deutschen Auslegeschrift 1 087 551 beschriebenen Technik ausgenutzt. Hier geht es jedoch darum, durch gleichmässige Streckung des Streifenbandes in dessen Gesamtbreite gerade Rohre zu erzielen.

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

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plastisch gelängt ist, was jedoch zur bereits erwähnten Deformationshärtung führt, so dass das Kabel bei der Verlegung weniger stark gekrümmt werden kann, als ein Kabel, dessen Abschirmung nicht deformations gehärtet worden ist, indem aus den vorgenannten Gründen durch das Krümmen des Kabels in der Abschirmung keine ■ regelmässig verteilten Falten auftreten dürfen.

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

Die Erfindung betrifft des weiteren eine Vorrichtung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 4 zur Durchführung des Verfahrens.

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Die Vorrichtung weist die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 4 angegebenen Merkmale auf. Die erfindungsgemässe Vorrichtung enthält somit keine Walzen, deren.Rotation in der Abschirmung, periodische Unregelmässigkeiten verursachen könnten. Da die Verformungsbacken stationär sind, entfallen die beispielsweise in den deutschen Auslegeschriften 1 083 207 und 1 087 551 erwähnten, bei beweglichen Verformungsbacken unvermeidbaren periodischen Förder einwirkungen auf das Material.. Infolge der angegebenen Spaltenform erhält man ein "Werkzeug mit kleinen Aus-' massen zum Umformen des Bandes ohne plastische Deformation derselben in der Längsrichtung.

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

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

Insbesondere am Anbringen von Abschirmungen um Kabel ist hinsichtlich des letzten Stücks des mittleren geradlinigen Teils

·.·" ⁵ " 809847/0850

des Bandquer schnitt s die Kompensation des elastischen Spannungsausgleichs undurchführbar. Der sich hieraus ergebende Nachteil (der sogenannte spring-back Effekt) ist bei der im Anspruch 8 angegebenen Ausführungsform der Erfindung vermeidbar, wo das Verformungswerkzeug durch eine Einrichtung ergänzt wird,'die durch Hinzufügung von Mbrmalkräften in radialer Richtung die Abschirmung überall dicht um das Kabel festhält, bis eine anschliessende permanente Halterung beispielsweise durch Schweissen, Bewickelung oder mit Hilfe eines extrudierten Mantels erfolgen kann. Eine solche Einrichtung kann beispielsweise eine Düse mit engen Toleranzen oder ein selbst justierendes elastisches Element sein.

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

Fig. IA und IB die geometrischen Verhältnisse bei einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens,

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Zu diesem Zweck wird anhand der Fig. IA die relative Verlängerung £ des Bandes in der Längsrichtung definiert. Diese Figur

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— *7 — " ' "

zeigt einen Punkt P in einem um die Weglänge ζ vom Beginn der Verformungszone entfernten Bandquerschnitt T, sowie den Punkt P', in dem P übergeht, wenn das Band in der Produktionsrichtung um die Strecke dz weiterbewegt ist und die durch T^f angegebene Form angenommen hat. Wenn das geradlinige Bandstück OA die Strecke dz durchläuft, muss der Punkt P die Strecke

\/22

ydl + dz durchlaufen. Die relative Verlängerung wird hiernach gemäss der Gleichung definiert

dl - dz

dz

In Fig. .1B enspricht die Papier ebene der Ebene y-z in Fig. IA, so dass die kreisbogenförmige Krümmung der Krümmung des teilweise umgeformten Bandausschnittes U in der Förderrichtung mit einem Krümmungsradius R vom Wandboden aus enspricht, wobei die Weglänge des Ausschnittes U gleich ocR ist. In einer Höhe y über dem Boden ist die Weglänge des Ausschnittes U gleich ct(R-y), das um ay kleiner ist als der Bandboden. Setzt man diese Reduktion gleich der Erhöhung der Weglänge aR£- , d.h.

ay = aR£- (2)

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

R = I

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

Der Punkt P hat die Koordinaten

fx = x(z)+r_Qsin 28 y = 2r_Qsin²8

(4)

Die Bogenlänge s von O bis P beträgt

s « χ(ζ)4-2τ_οθ . (5)

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

O = ds = x'(z)dz+2r_od9

X'(z)

di ⁼ - ^

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Die Differentiation von (4) ergibt

dx = x^I(z)dz+2r_ocos29de

dy = 2r_osin26de

Hieraus ergibt sich rechnerisch

dl =\i dx²+dy² = χ¹ (z)dz- 2sin9 (7)

Die Gleichung (l) ergibt mit guter Annäherung durch Reihenent wicklung . ■ -

(8)

Wird darin (7) eingesetzt, erhält man

^2x* (z)²sin²e (9)

Wird dort y aus (4) eingesetzt, erhält man

xii^l² (10)

^ro ^y

Die Gleichung (10) zeigt, dass die in der Gleichung (3) gefor-

r ..

derte Proportionalität zwischen y und £ , wenn R = -γ⁰—y2 gesetzt wird, erzielbar und somit der Zweck der Erfindung erfüllbar ist, was auch durch Versuche in industriellem Massstab nachgewiesen worden ist.

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Durch Berechnungen der vorstehenden Art kann weiterhin gezeigt werden, dass viele bisherige Umformungsverläufe, beispielsweise das Krümmen des Bandes vom Boden aus mit einem dem endgültigen Radius entsprechenden Krümmungsradius, oder ein Formungsverlauf, bei dem man den Querschnitt eine Kreisform mit ständig abneh-

mendem Radius annehmen lässt, die obengenannten Vorteile nicht gewährleisten.

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

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

Das Unterteil 2 hat wie aus Fig. 6 und 7 ersichtlich eine Leitfläche 6, die wie die Fläche 5 zwischen gekrümmten Randbereichen einen im wesentlichen geradlinigen mittleren Bereich aufweist.

Da die Erfindung darauf abzielt, dünne Bänder umzuformen, kann

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dieser Krümmungsradius gleich r gesetzt werden. In Fig. 5 gibt der Abstand zwischen den gestrichelten Linien das geradlinige Stück 2· x(z) an.

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

Wie bereits vorstehend erwähnt kann man den sogenannten springback Effekt durch Ergänzung des Umformungswerkzeugs mit Organen entgegenwirken, welche Normalkräfte in radialer Richtung verursachen und danit die Abschirmung um das Kabel fest haltern.

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

Ende der Beschreibung ,

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Claims

77.293 11. Mai 1978 Patentansprüche:

1.j Verfahren zum fortlaufenden Umformen eines Bandes, vorzugsweise eines Bandes mit geringer Wandstärke, in ein Langrohr, bei

dem ein beliebiger Bandquerschnitt an einer krummen Bahn mit einem Krümmungsradius R(z) entlang durch ein Umformungswerkzeug gefördert und dabei gezwungen wird, in der Mitte eine im wesent- ■ liehen geradlinige Form und in den Randbereichen eine Kreisbogenform mit dem Radius r anzunehmen, wo die Länge 2· x(z) des im wesentlichen geradlinigen Stücks beim Durchlaufen des ¥erkzeugsin der Bandvorschubsrichtung ζ allmählich abnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass der Krümmungsradius R(z) der Bahn ■ in eindeutiger Abhängigkeit von r und vom Differentialquotienten x¹(z) gesteuert wird.

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

O U ■

•x''(z)²

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichn e t, dass der Differentialquotxent x'(z) konstant gehalten wird. ·

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, 2 oder 3, mit einem aus einem oder mehreren Paaren von gleich oder ungleich langen Umformungsbacken (1,2) bestehenden Umfor-

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. ORIGINAL INSPECTED

formungswerkzeug, mit zur Führung des Bandes (4) dienenden Leitflächen (5,6), die eine Umformungsbahn mit dem Krümmungsradius R(z) definieren und zumindest auf einen Teil ihrer Länge paarweise eine zwischen den Flächen liegende Spalte zur Aufnahme des Bandes begrenzen, wobei zumindest eine der Leitflächen quer zur Förderrichtung einen im "wesentlichen geradlinigen mittleren Bereich mit in der Förderrichtung abnehmender Länge 2· x(z) zwischen gekrümmten Randbereichen mit dem Krümmungsradius r aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformungsbacken stationär sind, und dass die Leitflächen so ausgebildet sind, dass der Krümmungsradius R(z) eindeutig vom Radius r und vom Differentialquotienten x'(z) bestimmt wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitflächen so ausgebildet sind, dass der Krümmungsradius R(z) im wesentlichen proportional zu r und um-

gekehrt proportional zu x^r(z)~ ist.

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

7. Vorrichtung nach Anspruch 4-6, dadurch gekennzeichnet, -dass zumindest eine der stationären Umformungsbacken eine in der Längsrichtung verlaufende Ausnehmung zur Aufnahme eines zusammen mit dem Band geförderten länglichen Körpers aufweist, um den das Band anzuordnen ist.

9 84770850

8. Vorrichtung nach Anspruch 4-7, dadurch gekennzeichnet, dass sie des weiteren Organe aufweist, die dem elastischen Spannungsausgleich im Band nach dem Formen desselben um das Kabel entgegenv/irken.

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