DE4308262A1 - Biegsame Umhüllung eines Kabels o. dgl. und Vorrichtung zu deren Erzeugung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine biegsame Umhüllung kontinuierlich transportierter bei der Herstellung, im Querschnitt hauptsächlich kreisförmiger Erzeugnisse (z. B. elektrische Schirme von Kabeln und Leitungen, mechanische Bewehrung von Kabeln und Schläuchen, usw.), die ihre geometrische Konfiguration bei der Herstellung, Installation und während des Betriebs durch Biegungen und andere mechanische Einwirkungen vielfach ändern.

Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Erzeugung dieser und ähnlicher Umhüllungen.

Es ist eine biegsame Umhüllung von Kabeln, Leitungen und Schläuchen bekannt, die ein Geflecht aus einzelnen Elementen oder Gruppen von Elementen (Stränge, Litzen) darstellt (1-3). Jedes der Elemente des Geflechts hat eine Konfiguration, die sich der Schraubenlinie annähert. Durch die Fähigkeit der Spiralen, eine große makroskopische Deformation bei einer kleinen spezifischen Deformation des Stoffes aus zuhalten, kann das Geflecht als eine biegsame Bedeckung oder Umhüllung dienen, auch wenn es aus Stoffen hergestellt ist, die unelastisch sind und relativ niedrige Werte der Bruchdeformation haben. Zu den Nachteilen des Geflechts gehört seine aufwendige Erzeugung als auch beschränkte Bedeckungsmöglichkeit. Obwohl man in ihm eine sehr große Zahl der einzelnen Bauelemente (Spiralen) verbraucht, kann der relative Teil der mit dem Geflecht bedeckten Oberfläche des Kabels o. dgl. nicht mehr als 95-98% erreichen (Flächendeckung). Es ist dadurch hervorgerufen, daß in den Punkten des Flechtens praktisch unvermeidlich Lücken (Fenster) entstehen, die die Qualität des Erzeugnisses oft verschlechtern. Beispielsweise können diese Lücken die Wirksamkeit elektromagnetischer Schirme von Kabeln und Leitungen verringern (2). Je biegsamer das Geflecht ist, desto größer ist normalerweise der Anteil an Lücken. Anderseits vergrößert sich wesentlich das Gewicht und der Aufwand, wenn man die Flächendeckung erhöht. Um diesen Nachteilen zu entgehen, benutzt man oft andere Konstruktionen der biegsamen Umhüllung, z. B. aus überlappenden Bändern oder Strängen, die um das bedeckte Erzeugnis (Kern) herumgewickelt sind (1, 4-6). Abgesehen davon, daß diese Konstruktionen im Vergleich mit dem Geflecht normalerweise niedrigere Biegsamkeit haben, bevorzugt man sie oft wegen ihrer relativen Preisgünstigkeit und voller (d. h. ohne Lücken) Bedeckung der Oberfläche des Kerns.

Diese Art der Umhüllung hat keine eigene Befestigung und braucht ergänzendes Auftragen von den Schichten, die ein spontanes Auflösen der Umhüllung verhindern. Das ist ein Nachteil dieser Umhüllung.

In der deutschen Patentanmeldung P 41 32 022.0 wurde eine Vorrichtung für die Erzeugung einer Umhüllung vorgeschlagen, die als ein Geflecht aus Bändern und Drähten hergestellt werden kann. Die Zahl der Elemente, aus welchen dieses Geflecht besteht, kann wesentlich niedriger sein, als im üblichen Geflecht aus Drähten. Dadurch und durch die verkleinerte Zahl der Punkte des Flechtens und durch die dynamischen Eigenschaften der Vorrichtung ist diese Umhüllung billiger als ein herkömmliches Geflecht. Aber diese Umhüllung, wie auch ein übliches Geflecht, hat Lücken zwischen den Elementen, was ein Nachteil ist im Vergleich mit der Umhüllung, die als Umwickelung aus überlappenden Bändern hergestellt wird.

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die erwähnten Nachteile sowohl des Geflechts als auch der Umwickelung zu beseitigen und eine biegsame Umhüllung zu schaffen, die bei hundertprozentiger Bedeckungsmöglichkeit keine ergänzende Befestigung braucht und mit der Vorrichtung nach der Deutschen Patentanmeldung P 41 32 022.0 hergestellt werden kann. In Weiterbildung ermöglicht die Erfindung nach Ansprüche 4 bis 14, die vorteilhaften Eigenschaften der Vorrichtung zur Lösung der obengenannten Aufgabe besser zu nutzen.

Die Anordnung eines Teils der Spiralen von einer Gruppe (1, 3) über den benachbarten Spiralen (2, 4) derselben Gruppe schafft die Möglichkeit dazu, die erwähnten Lücken, auch im gebogenen Zustand der Umhüllung, zu beseitigen, wie in üblicher Umwickelung von überlappenden Bändern. Gleichzeitig dienen die Spiralen (5, 6) der anderen Gruppe dazu, die allgemeine Befestigung der Umhüllung zu verwirklichen, weil sie alle anderen Spiralen halten und von ihnen selbst gehalten werden, was das spontane Auflösen der Umhüllung verhindert. Da alle Elemente in dieser Konstruktion sowohl aus gleichen als auch aus verschiedenen Stoffen mit gewünschten Eigenschaften gemacht werden können, setzt ihre Anwendung die Möglichkeit voraus, die Wirksamkeit und Preisgünstigkeit der Umhüllung höher zu erreichen, als in den Fällen der bislang bekannten Konstruktionen. Bei der Anwendung als elektrische Abschirmung weist die aus leitfähigem Stoff erzeugte Umhüllung die besten elektrischen Eigenschaften auf, weil sie im Vergleich mit dem herkömmlichen Geflecht keine Lücken haben kann und im Vergleich mit der Umwickelung aus Bändern keine ergänzende, oft aus Nichtmetall hergestellte Befestigung braucht. Diese Befestigung leistet normalerweise keinen oder nur einen niedrigen Beitrag zur Haupteigenschaft der Umhüllung (z. B. zur elektrischen Leitfähigkeit), vergrößert aber die Dicke der Umhüllung, ihr Gewicht und den Aufwand bei ihrer Erzeugung und verringert oft die Biegsamkeit. Das letzte geschieht wegen der Verhinderung gegenseitiger Verschiebungen der einzelnen Windungen des Bandes durch dabei entstehende relativ starke Reibkräfte zwischen den erwähnten Elementen. Falls man diese ergänzende Befestigung aus leitfähigem Stoff herstellt (z. B. ein dünnes Geflecht aus Drähten (1)), vergrößern sich die Kosten, die Dicke und das Gewicht der Umhüllung. Aufgrund dieser Überlegungen ist es vorteilhaft, die Spiralen einer Gruppe (1-4), die die "Bedeckungsfunktion" verwirklichen, aus relativ breiten Bändern zu verfertigen, und die Spiralen der anderen Gruppe (5, 6), die die "Befestigungsfunktion" ausführen, aus relativ dünnen fadenförmigen Strängen zu erzeugen. Für die Umhüllungen, die als elektrische Abschirmungen oder Außenleiter von Kabeln und Leitungen arbeiten sollen, ist es zweckmäßig, die Spiralen der ersten Gruppe aus metallischen oder metallisierten Bändern und die Spiralen der anderen Gruppe aus Strängen von metallischen Drähten zu produzieren (Anspruch 2). Das Verhältnis zwischen den geometrischen Größen dieser Elemente wird durch die gewünschten elektrischen und mechanischen Eigenschaften des Erzeugnisses bestimmt.

Besonders einfach und günstig zu realisieren ist die Konstruktionsvariante, bei der die Zahl der Spiralen in jeder Untergruppe einer Gruppe und in der anderen Gruppe gleich zwei ist (Anspruch 3). Die gemeinsame Zahl der Spiralen in der ersten Gruppe ist dabei gleich vier und in der zweiten Gruppe gleich zwei. Wie noch weiter erläutert wird, ergibt sich in diesem Fall die beste Kombination der Parameter sowohl der Umhüllung als auch der Vorrichtung zu ihrer Erzeugung.

Für die Erzeugung der Umhüllung kann man die modifizierte Vorrichtung nach der deutschen Patentanmeldung P 41 32 022.0 verwenden. Um die mechanische Stabilität der Vorrichtung und die Kapazität der Spulen (7) zu vergrößern, ist es zweckmäßig, die im Anspruch 4 beschriebenen Merkmale zu realisieren. Dabei können die statischen und dynamischen Belastungen, die auf die zentrale Tragkonsole (8) der Vorrichtung wirken, vermindert werden, und dadurch kann man sowohl die Massen der Spulen (7) als auch deren zulässige Unwucht auf dem Block (9) und dessen Winkelgeschwindigkeit vergrößern. In Anspruch 5 ist vorgesehen, daß man die Lager (10) für die Unterstützung des genannten Blocks sowohl auf dem Gehäuse (11) der Vorrichtung als auch auf der zentralen Tragkonsole (8) installiert. Dadurch kann die Tragkonsole (8) ergänzend stabilisiert werden, da sich ihre Länge vom freien Ende bis zum ersten Stützpunkt auf dem Lager verkleinert und somit auch das in ihr wirkende Biegemoment.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Drehachse des Blocks (9) nicht mit der Längsachse des Kalibers (12) zusammenfällt und die Zahnkrone (13) für die Steuerung der Speichereinrichtung keine Durchschnitte hat, die sie auf die Segmente verteilen (Anspruch 6). Die Anordnung der Spulenträger, die exzentrisch zur Längsachse des Kalibers (12) geführt werden, auf einem gemeinsamen Block (9), der vom Kaliber (12) weiter als die anderen Träger (14, 15) entfernt ist, hat einige wesentliche Vorteile im Vergleich mit den anderen möglichen Lösungen, und zwar:

• - stellt die Möglichkeit der Installierung auf dem drehbaren Block (9) der Spulen (7) von praktisch beliebigen, unbegrenzten Größen und Massen sicher, weil die Belastungsfähigkeit von Bauteilen in diesem Teil der Vorrichtung wesentlich größer ist als näher zum Kaliber (12). Da der Wechsel der exzentrisch geführten Spulen (7) wegen der Speichereinrichtung (16) zeitaufwendiger ist als der von anderen Spulen oder Bandscheiben (17) (Rollen des Bandes (1-4)), ist es besonders vorteilhaft, hier Spulen von möglichst großer Kapazität einzusetzen, um den Spulenwechsel möglichst selten durchzuführen;
• - die Installierung der Speichereinrichtungen (16) auf dem drehbaren Block (9) ist einfacher als an den Stirnseiten (18) der einzelnen Spulenträger, auf denen die Größe dieser Speichereinrichtungen streng beschränkt ist. Dadurch ist es möglich, die einfachsten Konstruktion der Speichereinrichtung (16) anzuwenden, die die minimale Quantität von Umlenkeinrichtungen (Ösen oder Rollen) und Antriebszahnrädern (s. Anmeldung P 41 32 022.0) hat und mit der ungeschnittenen Zahnkrone (13) ausgerüstet wird. Letzteres ist möglich, weil es keine Bauteile gibt, die diese Zahnkrone durchschneiden;
• - da die Abzugsgeschwindigkeit des Materials von den exzentrisch geführten Spulen (7) wegen der Wirkung der Speichereinrichtungen (16) praktisch genauso stabil ist wie die von den anderen, konzentrisch geführten Spulen oder Bandscheiben (17), ist es möglich, den großen freien Raum auf dem drehbaren Block (9) durch die Installation mehrerer ergänzender Spulen (7) besser zu nutzen. Jede der installierten Spulen (7) kann eine niedrigere Zahl von Fäden oder Drähten tragen, als für einen Strang (5, 6) erforderlich ist. Diese von den Spulen (7) getragenen einzelnen Komponenten jedes Stranges können während der Funktion der Vorrichtung zusammengelegt werden, woraufhin sie den für das Flechten benutzten Strang (5, 6) bilden. Weil die Länge des Materials auf jeder Spule (7) in diesem Fall größer als sonst ist, vergrößert sich entsprechend der mittlere Zeitabstand zwischen den Spulenwechseln. Darüber hinaus verbessert sich bei der Zunahme der Spulenzahl der Massenausgleich (weitere Erläuterungen s. bezüglich des Anspruchs 11);
• - die Träger (14) mit den Zahnstangen (19) sind zum Transport der relativ flachförmigen Bandscheiben (17) räumlich besser geeignet, als zum Transport der Spulen (7) mit dem fadenförmigen Material;
• - da die exzentrisch geführten Spulen (7) hauptsächlich das fadenförmige Material tragen, das einen kleineren Querschnitt als das von anderen Spulen oder Bandscheiben (17) getragenen Material aufweist, ist die Konstruktion der Konsolen (20) bei Installierung dieser Spulen auf dem drehbaren Block (9) einfacher als sonst. In diesem Fall ist es zweckmäßig, Konsolen (20) mit variablem Querschnitt einzusetzen (weitere Erläuterung s. bezüglich des Anspruchs 13).

Für die Erzeugung der Umhüllung gemäß der Ansprüche 1 bis 3 ist die Vorrichtung mit dem zusätzlichen drehbaren Block (15) ausgerüstet. Dabei entstehen die neuen erfindungsmäßigen Merkmale, die in Anspruch 7 gekennzeichnet sind. Die Installierung eines Teiles von den Spulen oder Bandscheiben (17), die die gleiche Drehrichtung haben, auf einem gemeinsamen Block (15), dessen Drehachse mit der Längsachse des Kalibers (12) und des bedeckten Kerns (21) kongruent ist, hat bestimmte Vorteile. Sie stellt die Möglichkeit sicher, daß die entsprechende Untergruppe (2, 4) von Spiralen in den Vorgang des Flechtens nicht eingezogen wird. Dabei können die auf diese Spiralen mit der konstanten axialen Verschiebung aufgelegten anderen Spiralen (1, 3) derselben Gruppe die beiden Ränder (22, 23) der darunter gelegten Spiralen (2, 4) so überlappen, daß gleichzeitig zwei Ziele erreicht werden:

• 1) alle Lücken, die sich zwischen einzelnen Windungen innerer Spiralen befinden und die Biegsamkeit der Umhüllung sicherstellen, werden völlig bedeckt;
• 2) alle Spiralen (5, 6) der anderen Gruppe werden zwischen den überlappenden Rändern (22, 23 und 24, 25) geklemmt, d. h. die ganze Umhüllung wird eigenstabil.

Mit solchem Auflegen der Spiralen ist es möglich, die unerwünschten Biegungen der Stränge (5, 6) und/oder Bänder (1-4) zu vermeiden, die die Kontinuität des Materialabzugs und die Dichte der Umhüllung stören können. Dabei kann man die Vorteile der Vorrichtung nach der Anmeldung P 41 32 022.0 völlig ausnutzen (große Geschwindigkeit und kleine Zahl der Bauelemente der Umhüllung).

In Anspruch 8 ist vorgesehen, daß die Zahlen von Spulen (7) und/oder Bandscheiben (17) auf beiden drehbaren Blöcken (9, 15) und auf anderen Spulen- oder Bandscheibenträgern (14) gleich sind. Dadurch kann die völlige Bedeckung des Kerns (21) technologisch einfacher erreicht werden, als bei anderen Verhältnissen zwischen diesen Zahlen. In diesem Fall wird jeder Abstand (26) zwischen den einzelnen Windungen zuerst aufgelegter Spiralen (2, 4) einer ersten Gruppe von einer anderen Spirale (1 oder 3) dieser Gruppe, aber einer anderen Untergruppe, bedeckt, und letztere wird mit einer Spirale (5 oder 6) einer anderen Gruppe verflochten (Fig. 1, 2). Die Variante dieser Konstruktion, bei der diese Zahlen gleich zwei sind, vereinigt die relative Einfachheit der Vorrichtung mit der Möglichkeit, eine Biegsamkeit der Umhüllung zu erreichen, die sich dem üblichen Geflecht annähert (Anspruch 9). Wenn die Zahl der Träger auf einer Führung kleiner zwei ist, verschlechtern sich die dynamischen Eigenschaften der Vorrichtung, wenn wesentlich größer, - vergrößert sich die Häufigkeit des Spulenwechselns.

Oben wurde bezeichnet, daß die Abzugsgeschwindigkeit des Materials von exzentrisch geführten Spulen (7) durch die Wirkung der Speichereinrichtung (16) praktisch genauso stabil ist, wie die Abzugsgeschwindigkeit von allen anderen Spulen und/oder Bandscheiben (17). Deshalb ist es möglich, den Raum auf dem Block (9) besser zu nutzen, und zwar mittels Installierung ergänzender Spulen (7). Wegen der Stabilität der Abzugsgeschwindigkeit (ohne wesentliche tangentiale Komponente der Beschleunigung) hängt die mechanische Spannung in den Fäden oder Drähten von der Masse der Spule (7) schwach ab, und in diesem Fall läßt sich entweder diese Masse vergrößern, oder die Festigkeit des Fadens oder des Drahtes vermindern. In Anspruch 10 ist vorgesehen, die Vorrichtung mit den ergänzenden Einrichtungen (27) für das Zusammenlegen einzelner fadenförmiger Elemente (28), die von Spulen (7) abgezogen werden können und die Stränge (5, 6) aufbauen, auszurüsten. Dabei ist es möglich, die Länge des Materials auf jeder Spule (7) (auch mit unveränderter Masse) zu vergrößern und dadurch die Häufigkeit des Spulenwechsels zu verringern. In diesem Fall müssen diese Bauelemente des Stranges (5 oder 6) vor dessen Eintritt in die Speichereinrichtung (16) zusammengelegt werden und die üblichen Sensoren für die automatische Selbstabstellung, die bei der Beendigung oder bei einem Bruch des fadenförmigen Materials wirkt, müssen zwischen den Spulen (7) und den erwähnten Einrichtungen (27) für das Zusammenlegen installiert werden (Anspruch 11).

Da es praktisch keine räumliche Beschränkung für die Installierung der Spulen (7) gibt, ist es zweckmäßig, das Verhältnis zwischen der Dicke der Materialschicht auf der Spule (7) und ihrem Durchmesser zu vermindern. Dabei kann man die Vergrößerung der Abzugskraft und entsprechend der mechanischen Spannung im fadenförmigen Material während des Verbrauchs verringern (was bei dem konstanten Bremsmoment an der Spule geschieht).

In Anspruch 12 wird vorgeschlagen, die relativ langen und dünnen und dadurch gegen mechanische Belastung empfindlichen Konsolen (20) mit variablem Querschnitt zu versehen, um ihre Festigkeit zu vergrößern. Der Faktor, der diese Vergrößerung behindert, besteht in der Notwendigkeit, das Vorbeigehen der Konsolen (20) an den Trägern (14) mit den Zahnstangen (19) bei ihren gegenseitigen Annäherungen sicherzustellen, weil die Größen beider Bauteilen voneinander abhängig sind. Deswegen wäre es nötig, für die Vergrößerung des Querschnitts der Konsolen die Bogenlänge der Träger (14) mit den Zahnstangen (19) zu vermindern. Im allgemeinen ist diese Verminderung nachteilig, denn sie erfordert die Installierung ergänzender Antriebszahnräder (29) und die Verkleinerung der maximalen Größe von getragenen Spulen oder Bandscheiben (17). Die in Anspruch 12 vorgeschlagene Vergrößerung des Querschnitts der Konsolen (20), die abhängig von der Entfernung dieses Querschnitts von den Enden der Konsolen (20) ist, ermöglicht sowohl die größere Belastung der Konsolen (20) als auch die Beibehaltung der Bogenlängen der Träger (14) in den­ jenigen Abschnitten, in denen diese Beibehaltung aufgrund obengenannter Überlegungen von Bedeutung ist. Bei der Verwirklichung dieser technischen Lösung muß man die Antriebszahnräder (29) möglichst in der Nähe der freien Enden der Konsolen installieren oder auf einer Welle zwei Zahnräder (29) und dementsprechend zwei Zahnstangen (19) einsetzen.

Das Auflegen von Spiralen (1, 3) einer der Untergruppen auf die Abstände (Lücken 26) zwischen den Windungen der Spiralen (2, 4) einer anderen Untergruppe ist dadurch realisiert, daß die bedeckenden Spiralen (1, 3) aus den Bändern oder anderen Material formen gemacht werden, die man auf die schon liegenden Spiralen (2, 4) dieser zweiten Untergruppe auflegt, d. h. mit einer gewissen Verzögerung. Die Beständigkeit des Winkelabstandes zwischen den aufgelegten Materialien, die die Spiralen (1-4) beider Untergruppen gestalten, stellt die Beständigkeit der gegenseitigen Stellung der Spiralen (1-4) dieser Untergruppen sicher, wenn alle geometrischen Parameter konstant bleiben. Bei dieser Technologie muß die Zone des ersten Kontakts des mit der Verzögerung aufgelegten Bandes (o. dgl.) (1 oder 3) und der schon auf dem Kern (21) liegenden Spiralen (2, 4) der anderen Untergruppe bezüglich der jeweils solchen Zone vom vorangehenden Band (o. dgl.) (2 oder 4) und dem Kern (21) nicht nur um einen bestimmten Winkel δ, sondern auch um einen Abstand C in axialer Richtung verschoben sein (Fig. 1, 2). Es ist vorteilhaft, daß diese Verschiebungen solche Werte haben, daß die überlappenden Ränder (22-25) der Spiralen (1-4) auf beiden Seiten vom bedeckten Abstand (26) zwischen den benachbarten Windungen gleiche Breiten haben. Dabei werden sie unter entsprechend gleichen Bedingungen stehen, wenn die Umhüllung Biegungen unterliegt.

Da die Winkelabstände vorgegebene und von der Konstruktion der Vorrichtung abhängige Werte haben, nach denen die Spulenträger (oder Bandscheibenträger) (14, 15) regelmäßig entlang der entsprechenden Führung verteilt sind, ist die obengenannte axiale Verschiebung der einzige in dieser Regelung variable Parameter. Die Verhältnisse zwischen den Parametern der erzeugten Umhüllung und dieser Verschiebung sind in Anspruch 13 wiedergegeben. Die Parameter ρ₁, ρ₂ und δ sind durch die Konstruktion der Vorrichtung bestimmt, die Winkel β₁ und β₂, die Steigung h und die Verschiebung C sind von der Umhüllungskonstruktion abhängig. Die normalerweise kleine Differenz zwischen den Werten von β₁ und β₂ basiert auf der Bedingung der Gleichheit von h für alle überlappenden Spiralen (1-4). Diese Differenz kann man vernachlässigen, wenn der Durchmesser des Kerns (21) vielfach größer ist als die gemeinsame Dicke Δ′ der Umhüllung. Im allgemeinen Fall können die Werte β₁, β₂ aufgrund einfacher geometrischer Betrachtung erfaßt werden (s. Fig. 1-3):

h(cotβ₁-cotβ₂)=πΔ′ (1);

cotβ₁=ρ¹/_(E-A) (2);

A=B+C-D (3);

B=^{h δ}/_{2 π} (4);

D=ρ₁tanβ₁-ρ₂tanβ₂ (5);

Die gemeinsame Lösung der Gleichungen 1-3, 5 ergibt die folgende Formel:

A={ρ₁h(D+C)+E[πΔ′(E-B-C)-h(ρ₁-ρ₂)]}:[πΔ′(E-B-C)+ρ₂h].

Da der Wert von h nur durch das Verhältnis zwischen der Lineargeschwindigkeit des Kerns (21) und der Winkelgeschwindigkeit der konzentrisch geführten Träger (14, 15) bestimmt ist, korrigiert die Vorrichtung automatisch die Stellungen der Spiralen (1-4) im Fall, wenn die Werte von β₁ und β₂ nicht genau aufgestellt worden sind (das wird durch verschiedene Ausdehnungskräfte an den beiden Rändern (22, 23 und 24, 25) des entsprechenden Bandes (o. dgl.) verwirklicht). Es kann die Möglichkeit einer axialen Verschiebung des Blocks (15) vorgesehen werden. Beispielsweise können seine Lager auf einer Büchse mit Schlitzen installiert werden, deren Position während des Betriebs mittels eines Antriebs gesteuert werden kann.

Es ist zweckmäßig (und in der Praxis oft realisiert), daß die Breite der überlappenden Ränder (22-25) der Bänder (o. dgl.) (1-4) gleich 1/3 der Bandbreite ist. Dies bedeutet äquivalente Deformationsbedingungen der Spiralen (1, 3) und (2, 4) bei Biegungen. In Anspruch 14 ist die Möglichkeit vorgesehen, die Ausgangsösen oder Ausgangsrollen in axialer Richtung des Kalibers (12) verstellbar zu installieren. Dadurch kann man die Umhüllung bei den verschiedenen Werten des Durchmessers des Kerns (21), der Bandbreite und der Steigung h der Spiralen verwirklichen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Die Zeichnung zeigt in:

Fig. 1 eine Ansicht der Umhüllung gemäß Anspruch 3 sowie eine Darstellung des Herstellungsvorgangs;

Fig. 2 eine schematische Darstellung der gegenseitigen Positionen der Spiralen bei abgewickelter Umhüllung gemäß Anspruch 3;

Fig. 3 das Schema des Auflegens der Spiralen;

Fig. 4, 5 schematische Darstellungen der bekannten biegsamen Umwickelung aus überlappenden Bändern (Fig. 4 - Längsschnitt; Fig. 5 - Querschnitt);

Fig. 6, 7 schematische Darstellungen der biegsamen Umhüllung gemäß Anspruch 3 (Fig. 6 - Längsschnitt; Fig. 7 - Querschnitt);

Fig. 8 eine schematische Darstellung der kinematischen Verbindungen zwischen einzelnen Bauteilen der Vorrichtung gemäß Anspruch 9;

Fig. 9, 10 prinzipielle Schemata der Vorrichtung gemäß Anspruch 7 (Fig. 9 - Seitenansicht; Fig. 10 - Vorderansicht);

Fig. 11 das Schema der statischen Verbindungen zwischen den lasttragenden Bauteilen der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 14.

Die in Fig. 1 gezeigte einfachste Umhüllung besteht aus vier Spiralen einer ersten Gruppe (Bänder 1-4) und zwei Spiralen einer zweiten Gruppe (Stränge 5, 6). Die Bänder (1, 3) und (2, 4) bilden zwei Untergruppen, wobei die Bänder (2, 4) von den Bändern (1, 3) teilweise so bedeckt werden, daß die Abstände (26) zwischen den einzelnen Windungen der Bänder (2, 4) völlig geschlossen sind. In diesem Fall ist der Winkel δ gleich ^π/₂. Jede der Spiralen (5, 6) verläuft während einer halben Umdrehung um den Kern (21) herum (bezüglich des Gehäuses) jeweils einmal unter der Spirale (1) oder (3) und über die Spiralen (2, 3, 4) bzw. (1, 2, 4). Bei der nächsten halben Umdrehung bedecken die Spiralen (5, 6) alle Spiralen der ersten Gruppe. Daher werden nach jeder Umdrehung alle Spiralen gegenseitig blockiert. Die Biegsamkeit der Umhüllung ist durch die Beweglichkeit der Ränder (22-25) der Bänder (1-4) innerhalb der Abstände (26, 31) zwischen den Spiralen (1, 3) und (2, 4) sichergestellt. Die Breite dieser Abstände ist von der axialen Verschiebung C der Spiralen beider Untergruppen in Bezug zu einander bestimmt. Bei der Vergrößerung der Zahl der Spiralen in jeder Gruppe nimmt die Biegsamkeit der Umhüllung zu, aber gleichzeitig vergrößern sich auch die Kosten der Umhüllung und die Kompliziertheit der Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 bis 14. Deswegen kann die Konstruktion nach Anspruch 3 als optimal bezeichnet werden.

Aufgrund einer einfachen geometrischen Betrachtung ist es möglich festzustellen, daß die vorgeschlagene Umhüllung im Vergleich mit den bekannten Umhüllungen gleicher Biegsamkeit, die auch hundertprozentige Bedeckungsfähigkeit haben, die niedrigsten Werte von den Dicke Δ′ und Gewicht aufweist.

Z.B. erreicht diese Differenz ca. 20% in dem Fall, wenn die neue Umhüllung eine bekannte Umwickelung aus Bändern mit gleicher Breite und Überlappung ersetzt. Das ist durch die Entfernung eines Randes (32) vom Band (33) von der bedeckten Oberfläche hervorgerufen, die normalerweise bei der Umwickelung mit den überlappenden Rändern des Bandes (33) auftritt (Fig. 4). Auf der Zeichnung ist zu sehen, daß für die gezeigte Umwickelung d≈Δ[1+¹/_(1-K)] und bei k=1/3: dF2,5D; D=d+S=f(k); hingegen für die vorgeschlagene Umhüllung d≈2,0Δ, Δ′≠f(k) (k ist der Grad der Überlappung der Windungen, S ist die Dicke der befestigenden Schicht, d ist die Dicke der Umhüllung ohne Befestigung). Das gilt auch für den Fall, daß man eine bekannte biegsame Umhüllung ersetzt, die aus zwei nacheinander mit den Abständen umgewickelten Bändern erzeugt wird. Obwohl in diesem Fall die Größe d genauso klein ist wie bei der neuen Umhüllung, benötigt die bekannte Umhüllung aus Bändern eine ergänzende Schicht für die Befestigung (diese Schicht kann sich sowohl über als auch unter den Bändern befinden), was oben genannte Nachteile aufweist. Wenn man in Betracht zieht, daß der Querschnitt der Stränge (5, 6) wesentlich kleiner sein kann als der Querschnitt der bei den bekannten Umhüllungen notwendigen Befestigungsschicht (s. Fig. 5, 7) und daß die Stränge (5, 6) auch andere wichtige Funktionen einschließlich der Hauptfunktion der Umhüllung ausüben können (z. B. durch die Vergrößerung der elektrischen Leitfähigkeit der Umhüllung, ihrer Zugfestigkeit usw.), treten die Vorteile der neuen Umhüllung deutlich hervor (Fig. 4-7).

Die Vorrichtung für die Erzeugung der Umhüllung nach Anspruch 3 enthält einen auf den Lagern (10) installierten drehbaren Block (9), dessen Drehachse nicht mit der Längsachse des Kalibers (12) und des bedeckten Kerns (21) zusammenfällt (Fig. 8-10). Auf dem Block (9) sind zwei (oder mehr, wenn man die Einrichtung nach Ansprüche 10 oder 11 realisiert) Spulen (7) für das Auflegen der Spiralen (5, 6) angeordnet. Das von diesen Spulen abgezogene Material läuft durch die (nicht gezeigten) Sensoren des automatischen Selbstabstellers einer der bekannten Konstruktionen und tritt als Strang (5) oder (6) in die Speichereinrichtung (16) ein. Danach wird dieser Strang durch die Konsolen (20) in die Zone (34) des Auflegens der Spiralen hineingezogen.

Die Spulen oder Bandscheiben (17) der anderen Drehrichtung sind auf den Trägern (14), die sich entlang der Führung (35) mit dem Radius R bewegen können, und auf dem ergänzenden drehbaren Block (15) installiert. Die Führung (35) und der Block (15) sind zu dem Kaliber (12), der zentralen Tragkonsole (8) und dem bedeckten Kern (21) konzentrisch. Der Antrieb der Träger (14) und der beiden drehbaren Blöcke (9, 15) erfolgt durch das Zahngetriebe vom Elektromotor (36) aus, wobei die Übertragungsverhältnisse so gewählt sind, daß die Werte der Winkelgeschwindigkeit der beiden Blöcke (9, 15) und der Träger (14) in Bezug auf die jeweiligen Drehachsen gleich sind. Die Zahl der im unmittelbaren Eingriff mit den Zahnstangen (19) stehenden Zahnräder (29) wird aufgrund der notwendigen kinematischen Verhältnisse und der Bedingung gewählt, daß die Konsolen (20) beim Umlaufen des Blocks (9) unbehinderten Durchgang haben.

Die statischen Verbindungen zwischen den einzelnen tragenden Elementen der Vorrichtung sind in Fig. 11 gezeigt. Zur Befestigung eines im Vergleich mit der Vorrichtung nach der Anmeldung P 41 32 022.0 neuen Segments (37), das von den Ausgangsösen oder Ausgangsrollen des Blocks (15) aus der stromab gelegenen Tragplatte (38) ausgeschnitten wird, dienen Balken (39). Diese Balken können als zylindrisches Rohr (oder als Segmente des Rohrs) im Abstand zwischen der Führung (35) und dem Block (15) angeordnet werden (d. h. zwischen ρ₁ und ρ₂), wobei das Segment (37) und die stromauf gelegene Tragplatte (40) je mit einer der beiden Stirnseiten dieses Rohrs starr verbunden ist. Im mittleren Teil dieses Rohrs sind die Fenster (41) für die Anordnung der Bandscheiben (17) oder der Spulen vorgesehen.

Literaturverzeichnis

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• 4. B. Demoulin, S. El Assad, P. Degauque: Analysis of the behavior of a two-wire shielded line in a disturbing environment: Electromagnetic compatibility 1987, 7th international symposium and technical exhibition, Zürich, 3-5, March 1987, p. 181-185.
• 5. Schutz vor magnetischen Feldern, Markt und Technik, No. 4, vom 18 Januar 1991, S. 18.
• 6. Marktübersicht: Kabel für die Elektronik, Markt und Technik, No. 14 vom 3 April 1992, S. 55.

Claims (14)

1. Biegsame Umhüllung von langen, im Querschnitt hauptsächlich runden Erzeugnissen, die aus zwei Gruppen spiralförmig auf einen Kern aufgelegter Bänder und/oder Stränge aus Fäden oder Drähten besteht, die miteinander so verflochten sind, daß mindestens eine von den dabei entstehenden Spiralen sich periodisch unter und über mindestens einer anderen Spirale der anderen Gruppe befindet, dabei hat jede der Gruppen von Spiralen ihre spezifische Richtung des Drehens um den Kern herum, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiralen (1-4) einer Gruppe, abhängig von ihrer gegenseitigen räumlichen Stellung, wenigstens zwei Untergruppen (1, 3; 2, 4) bilden, wobei wenigstens eine Spirale einer Untergruppe mit ihren beiden Rändern (24, 25) die benachbarten Spiralen (2, 4) wenigstens einer der anderen Untergruppe so überlappt, daß die räumlichen Stellungen von beiden genannten Rändern bezüglich der Oberfläche des Kerns (21) und der benachbarten Spiralen (2, 4) gleich sind und die Spiralen (5, 6) von der anderen Gruppe sich in den Flechtpunkten zwischen wenigstens einem der beiden genannten Ränder (24, 25) und einer von ihnen überlappten Spiralen (2, 4) befinden.

2. Umhüllung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiralen (1-4) von einer Gruppe aus metallischen und/oder metallisierten Bändern und die Spiralen (5, 6) von der anderen Gruppe aus metallischen Drähten ausgeführt werden.

3. Umhüllung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Spiralen in jeder Untergruppe einer Gruppe und in der anderen Gruppe gleich zwei ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 17 der Anmeldung P 41 32 022.0, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenträger, die der Führung zugeordnet sind, die sich weiter vom Kaliber (12) in Richtung seiner Längsachse befindet als die anderen Führungen, als ein gemeinsamer drehbarer Block (9) ausgeführt werden, der sich auf die Lager (10) stützt, die auf dem äußeren Gehäuse (11) der Vorrichtung befestigt sind, in welchem dieser Block (9) installiert wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der drehbare Block (9) sich ergänzend auf die Lager (10) stützt, die auf der zentralen Tragkonsole (8) der Vorrichtung installiert werden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse des Blocks (9) mit der Längsachse des Kalibers (12) nicht zusammenfällt und die Zahnkrone (13) für die Steuerung der Speichereinrichtung (16) keine Durchschnitte hat, die sie auf die Segmente verteilen.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6 für die Erzeugung an der Umhüllung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß sie mit einem ergänzenden drehbaren Block (15) ausgerüstet ist, dessen Drehachse mit der Längsachse des Kalibers (12) zusammenfällt und auf welchem Spulen oder Rollen (17) des Bandes installiert sind, von welchen abgezogenes Material nur von anderen Spiralen (1, 3) bedeckten Spiralen (2, 4) bildet,
daß das dabei entstehende in der stromab gelegenen Tragplatte (38) ergänzende Segment (37) mit der stromauf gelegenen Tragplatte (40) statisch verbunden ist, wobei diese Verbindung (39) im Abstand zwischen genanntem Block (15) und den Trägern (14) mit den Zahnstangen (19) verwirklicht wird, und die Projektionen von den Flugbahnen der Ausgangsösen oder Ausgangsrollen (20, 30) von beiden drehbaren Blöcken (9, 15) auf die senkrechte zu ihren Drehachsen Ebene einander durchqueren nicht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahlen von Spulen (7) und/oder Rollen (17) des Bandes auf beiden drehbaren Blöcken (9, 15) und auf anderen Spulen- oder Rollenträgern (14) gleich sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl von Spulen (7) und/oder Rollen (17) des Bandes auf Trägern (9, 14, 15) jeder der drei Arten gleich zwei ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9 und einem der Ansprüche 2 bis 17 der Anmeldung P 41 32 022.0, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit den Einrichtungen für das Zusammenlegen in Stränge der von Spulen (7) abgezogenen Fäden oder Drähte (28) ausgerüstet ist, die als führende Ösen oder Rollen (27) auf den Spulenträgern (9, 14, 15) so befestigt sind, daß die von ihnen geführten Fäden oder Drähte (28) im Raum äquidistant orientiert werden.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie ergänzende Sensoren für die Kontrolle des Vorhandenseins mechanischer Spannung in Fäden oder Drähten (28) aufweist, die als die zwischen den Spulen (7) und den Einrichtungen (27) für das Zusammenlegen von Fäden oder Drähten installierten Ösen oder Rollen verwirklicht sind, welche mit dem automatischen Selbstabsteller der Vorrichtung kinematisch oder elektrisch verbunden sind.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 11 und einem der Ansprüche 2 bis 17 der Anmeldung P 41 32 022.0, dadurch gekennzeichnet, daß die Konsolen (20), die das von entfernten vom Kaliber (12) in Richtung seiner Längsachse Spulen (7) abgezogene Material stützen und führen, variablen Querschnitt haben, dessen Fläche mit der Vergrößerung der Entfernung vom Kaliber (12) zunimmt, und der von jedem Träger (14) mit Zahnstange (19) gebildete Winkel mit dem Scheitel auf der Drehachse des Trägers (14) entsprechend abnimmt, wobei die Abstände zwischen benachbarten Trägern (14) mit Zahnstangen (19) die Möglichkeit ungehinderten Vorübergehens von ihnen und den Konsolen (20) bei den gegenseitigen Annäherungen sicherstellen.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ösen oder Rollen, die das von Trägern (14) mit Zahnstangen (19) abgezogene Material unterstützen, auf einer Ebene installiert sind, die zu der Längsachse des Kalibers (12) senkrecht ist und von ihm auf A=B+C-D weniger entfernt ist, als ihr parallele Ebene von der Installation der Ausgangsösen oder Ausgangsrollen des nächsten zum Kaliber (12) drehbaren Blocks (15), wo B=^{h δ}/_{2 π},
h- die Steigung der Spiralen von der betroffenen Gruppe;
δ- der kürzeste bezüglich der Drehachse gemessene
Winkelabstand zwischen der Ausgangsöse oder der Ausgangsrolle (30) vom Träger (14) mit der Zahnstange (19) und der nächsten in Drehrichtung der Spiralen dieser Gruppe Ausgangöse oder der Ausgangsrolle vom genannten drehbaren Block (15), rad;
C- von der Umhüllungskonstruktion bestimmte axiale Verschiebung jeder bedeckten Spirale (2,4) einer Untergruppe bezüglich der bedeckenden und sich gegen Drehrichtung befindenden benachbarten Spirale (1, 3) der anderen Untergruppe; D=ρ₁tanβ₁-ρ₂tanβ₂,ρ₁,ρ₁- die Radien der Flugbahnen von den Ausgangsösen oder Ausgangsrollen, die jeweils auf den Trägern (14) mit den Zahnstangen (19) und auf dem genannten drehbaren Block (15) installiert sind;
β₁,β₂- die spitzen Winkel zwischen den Tangenten zu den Schraubenlinien, die die jeweils betroffenen Spiralen aufweisen und einer Ebene, die zur Längsachse des Kalibers (12) senkrecht ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsösen oder Ausgangsrollen der Träger (9, 14, 15) in axialer Richtung des Kalibers (12) verstellbar sind.