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Vorrichtung zur Herstellung aünnwandiger Rohre Die Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zur Herstellung dünnwandiger und geringe Durchmesser aufweisender
Rohre, bestehend aus einer ein längseinlaufendes Metallband zum Schlitzrohr formenden
Einrichtung, einer die Bandkanten miteinander verschweißenden Schweißeinrichtung,
bei der das Rohr mittels je eines vor und hinter der Schweißeinrichtung angeordneten
Spannzangenabzuges durch die Anlage transportiert wird, dessen das Rohr allseitig
umfassende Zangen über endlose Ketten oder Bänder bewegbar sind und zur Ausübung
der Spannkraft an zum Rohr parallelen Führungsschienen anliegen.
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Es ist bereits bekannt, Metallrohre derart herzustellen, daß ein Band
entsprechender Stärke und Breite in einer Verformstufe kontinuierlich zu einem Schlitzrohr
geformt und dieses Schlitzrohr an einer Schweißvorrichtung vorbeigeführt und dabei
der Schlitz verschweißt wird. Es ist weiterhin bekannt, solche Rohre anschließend
zu wellen.
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Ein wesentlicher Anwendungsbereich solcher Wellrohre liegt in der
Verwendung als Metallmantel für elektrische Kabel und Leitungen. Dabei läuft das
zu ummantelnde Kabel bei der Verformung in das sich bildende Schlitzrohr ein.
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Es bedarf größerer Kräfte, um das Band durch die einzelnen Arbeitsstufen
hindurchzuziehen. Wird das Rohr anschliessend gewellt, so muß dafür Sorge getragen
werden, daß die bei der Wellung auftretenden Torsionskräfte nicht über das noch
ungewellte, bereits verschweißte Rohr bis an die Schweißstelle gelangen und dort
die zu verschweissenden
Bandränder gegeneinander verschieben oder
die noch weiche Schweißnaht aufreißen. Es sind deshalb zu dem vorstehend beschriebenen
Zweck Spannzangen angegeben worden, die zwischen der Schweißeinrichtung und dem
Wellwerkzeug angeordnet sind und die einerseits die Übertragung der Torsionskräfte
verhindern, andererseits aber genügend große Zugkräfte ausüben, ohne das bereits
verformte und geschweißte Rohr durch Pressen oder Knicken zu beschädigen. Solche
Spannzangenabzüge bestehen aus einer Mehrzahl von Spannzangen, deren Backen über
endlose Ketten bewe-gt werden und sich unter dem Einfluß von Führungsschienen an
das abzuziehende Rohr anlegen und es an seinem Umfang umgreifen. (US- Patent 3 023
300).
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Bei dem eingangs beschriebenen Verfahren wird das dem Schlitz benachbarte
Material des Rohres während des Schweißvorganges erhitzt, während das Rohr gleichzeitig
durch eine hinter der Schweißeinrichtung angreifende Kraft durch die angegebenen
Bearbeitungsstationen hindurchgezogen wird. Bei der Herstellung von Rohren geringer
Wandstärke und kleinen Durchmessern, d. h. kleiner Wärmekapazität pro Längeneinheit,
kann nun die Schwierigkeit eintreten, daß die zugeführte Wärme das Rohr über seinen
Umfang derart erwärmt, daß das Rohr sich unter der Einwirkung der ziehenden Kraft
an der erwärmten Stelle verformt oder gar reißt.
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Es ist deshalb schon eine Vorrichtung bekanntgeworden, bei der sowohl
vor der Schweißeinrichtung als auch hinter der Schweißeinrichtung Spannzangenabzüge
vorgesehen sind, die das Rohr im Bereich der Schweißstelle kräftefrei halten. In
einer besonders günstigen Ausführungsform sind
die Spannzangenabzüge
zu einem Spannzangenabzug vereinigt.
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Die Führungsschienen sind dabei so geformt, daß sie das Rohr im Bereich
der Schweißeinrichtung freigeben und hinter der Schweißeinrichtung wieder an dem
Rohr angreifen (DAS 1 285 432).
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Die dem Rohr beim Schweißen zugeführte Wärme verteilt sich über einen
bestimmten Längenabschnitt des Rohres, das sich dabei längt. Da das Rohr sowohl
vor als auch hinter der Schweißeinrichtung fest in den Spannbacken eingespannt ist,
wird es aus seiner Durchlaufachse herausgelenkt, wobei es unzulässigerweise verformt
wird. Diese Verformung kann soweit gehen, daß das Rohr einknickt und somit unbrauchbar
wird. Weitere Schwierigkeiten treten dadurch auf, daß der Wärmeinhalt des Rohrabschnittes
nicht immer konstant ist, beispielsweise durch Stromstärkeänderungen beim Schweissen
bzw. dadurch, daß es äußerst aufwendig ist, mittels Kühlung eine konstante Wärmemenge
abzuführen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die eingangs erwähnte Vorrichtung
a zu verbessern, daß es möglich ist, dünnwandige und kleine Durchmesser aufweisende
Rohre ohne Störungen des Fertigungsablaufs kontinuierlich mit einer hohen Durchläufgeschwindigkeit
zu fertigen.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß gemäß der Erfindung die Spannzangenabzüge
von je einem Antriebsaggregat angetrieben sind und zumindest ein Spannzangenabzug
hinsichtlich seiner Antriebsgeschwindigkeit regelbar ist.
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Da es bei dünnwandigen und kleine Durchmesser aufweisenden Rohren
darauf ankommt, es handelt sich um Rohre mit einer Wandstärke zwischen 0,05 und
0,3 mm und einem Durchmesser
von 1, 2 bis 5 mm, schon geringste
Längenänderungen zwischen den Spannzangenabzügen möglichst schnell auszugleichen,
um ein Abreißen oder Ausknicken der Rohre zu vermeiden, ist es von Vorteil, die
Spannzangenabzüge durch Scheibenläufermotoren anzutreiben. Diese Scheibenläufermotoren
sind zweckmäßigerweise über vollgesteuerte Drehstromthyristorbrücken mit kombinierter
Drehzahlstromregelung mit einer Stromquelle verbunden. Auf diese Weise ist es möglich,
die Spannzangenabzüge auf das genaueste zu regeln. So werden beispielsweise bei
einem Abstand von 600 mm zwischen den Spannzangenabzügen und einem Durchhang des
Rohres von 25 mm weniger als 5 mm des Rohres im durchhängenden Bogen gespeichert.
Bei einer Geschwindigkeit von 30m/min und einer zugelassenen Durchhangschwankung
von - 10 % ist dafür eine Regelgenauigkeit der Antriebe von weniger als 1 %oerforderlich,
die durch die oben angeführte Anordnung erzielt wird. Darüber hinaus ist es möglich,
einen Geschwindigkeitsbereich von 1 - 50 m/min zu erfassen.
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Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, während der Fertigung die Geschwindigkeit
des vor der Schweißeinrichtung angeordneten Spannbackenabzugs konstant zu halten
und den hinter der Schweißeinrichtung angeordneten Spannbackenabzug hinsichtlich
seiner Geschwindigkeit regelbar anzutreiben.
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Die Regelung des Antriebs geschieht mit Vorteil mit einem zwischen
den Spannzangenabzügen, vorzugsweise hinter der Schweißeinrichtung einwirkenden,
den Durchhang abtastenden Tänzerarm.
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Durch eine Bohrung im Tänzerarm wird dabei das Rohr hindurchgeführt,
der dann den Durchhang auf einen regelbaren Widerstand überträgt, der wiederum die
Veränderung der Stromstärken an eine Regelvorrichtung überträgt, die die Geschwindigkeit
des hinter der Schweißeinrichtung angeordneten Spannzangenabzuges verändert.
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Als besonders günstig hat es sich erwiesen, hinter der Schweißeinrichtung,
vorzugsweise unmittelbar vor dem hinteren Spannzangenabzug, eine den Durchmesser
des Rohres verringernde Ziehmatrize vorzusehen. Mit dieser Vorrichtung ist es möglich,
Koaxialleitungen kleinster Querschnitte herzustellen. Der Abstand zwischen dem isolierten
Leiter, beispielsweise einem ballonisolierten Innenleiter und dem Außenleiter, beträgt
0,3 - o,6 mm. Nach dem Kühlen des Aussenleiters wird dieser mittels der Ziehmatrize
auf die Isolierung heruntergezogen. Es ist gelungen, mit dieser Vorrichtung Mikrokoaxialleitungen
mit einem Durchmesser von 1 mm herzustellen. Koaxialleitungen mit solchen geringen
Durchmessern finden bevorzugt Verwendung in der PCM-Technik und in der elektronischen
Datenverarbeitung.
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Die Erfindung ist an Hand des in den Figuren 1 - 3 schematisch dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Figur 1 zeigt die Vorrichtung mit ihren wesentlichen Teilen.
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Mit 1 ist die Spule bezeichnet, von der das zu verformende Metallband
2 abgezogen wird. Zwischen zwei Rundmesserpaaren 3 wird das Band auf Maß geschnitten
und in der Verformstufe mit Hilfe der Rollenpaare 4 zum Schlitzrohr geformt. Das
Schlitzrohr 5 wird nun von dem Spannzangenabzug 6 gefaßt, der das Schlitzrohr 5
einer elektrischen Lichtbogenschweißeinrichtung 7 zuführt, die den Schlitz verschweißt.
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Der Spannzangenabzug 6a ist über ein Getriebe 8 durch einen Scheibenläufermotor
9 angetrieben. Hinter der Schweißeinrichtung 7 ist ein weiterer Spannzangenabzug
9 vorgesehen, der über ein Getriebe 10 von dem Scheibenläufermotor 11 angetrieben
ist. Das Maß des Durchhanges des geschweißten Rohres, das durch die zugeführte Schweißstromstärke
sowie durch die Wärmeabfuhr durch eine nicht dargestellte Kühlvorrichtung hinter
der Schweißeinrichtung 7
bestimmt wird, wird mittels eines Tänzerarms
12 einem regelbaren Widerstand 13 übermittelt, der über eine Regelstufe dem Motor
11 bei zu großem Durchhang höhere Energie zuführt, so daß dieser mit höheren Drehzahlen
läuft und den Spannzangenabzug 6b schneller laufen läßt. Um die Flexibilität der
Rohre zu erhöhen, können diese noch in einer Wellstation 14 gewellt werden, bevor
sie auf eine Auflauftrommel 15 gewickelt werden. Zwischen den Spannzangenabzügen
6a und 6b ist hinter der S&hweißeinrichtung 7 noch ein Ziehring 16 angeordnet,
der das Rohr auf einen noch geringeren Durchmesser herunterzieht. Dies ist insbesondere
dann von Vorteil, wenn mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung Mikrokoaxialkabel
beispielsweise mit einem Durchmesser von ca. 1 mm hergestellt werden sollen.
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Dabei läuft in nicht dargestellter Weise die Seele, d. h., ein mit
Abstandshalter versehener Innenleiter, im Bereich der Verformstufe in das noch offene
Schlitzrohr 5 ein, das um die Seele herumgeformt wird. Der Durchmesser des Rohres
5 sollte hierbei ca. 0,3 - 0,6 mm größer sein als die Seele, um eine Zerstörung
der Seele, beispielsweise einer Ballonisolierung des Innenleiters, durch die Schweißwärme
zu verhindern. Nach dem Abkühlen des Rohres wird dieses dann mittels des Ziehringes
t6 auf die Seele heruntergezogen. Der Geschwindigkeitsunterschied zwischen den Abzügen
6a und 6b ist dann je nach Verformungsgrad 10 , oder mehr.
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Die Figur 2 zeigt den Spannzangenabzug 6a und 6b in der Draufsicht.
Das Schlitzrohr 5 tritt bei 17 in den Abzug 6a ein. Die Spannzangen 18 laufen mit
gleicher Geschwindigkeit und Richtung wie das Rohr 5 und die anderen
Spannzangen.
Sie gelangen daher in Berührung mit den Führungsschienen 19, und zwar über die frei
drehbaren Rollen 20. Dadurch schließt sich die Spannzange i8 in der Weise, wie für
die Spannzange 21 dargestellt, und umgreift das Rohr 5 um seinen Umfang. Vor der
Schweißeinrichtung 7 sind die Führungsschienen 19 so geformt, daß die Spannzangen
das Rohr freigeben. Nach dem Verschweißen ergreifen die Spannzangen des Spannzangenabzuges
6b das Rohr und führen es der Wellvorrichtung 14 bzw.
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der Auflauftrommel 15 zu.
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Das Rohr muß unter dem Schweißpunkt in jedem Fall frei von mechanischen
Spannungen sein, da die vom Lichtbogen eingebrachte Wärme nicht auf einen schmalen
Einflußbereich links und rechts der Schweißnaht beschränkt ist, sndern ausreicht,
das geschweißte Rohr für Bruchteile von Sekunden auf dem gesamten Umfang zum Glühen
zu bringen. Das Metall hat bei den auftretenden hohen Temperaturen keine mechanische
Festigkeit mehr, muß also besonders in diesem Bereich kräftefrei weitergeleitet
werden. Da die zugeführte Wärmemenge wegen in bestimmten Grenzen schwankender Schweißströme
nicht konstant ist und auch die durch das Kühlmittel abgeführtenWärmemengen nicht
immer konstant gehalten werden können, weist der zwischen den Spannzangenabzügen
6a und 6b befindliche Rohrabschnitt wechselnde Temperaturen auf, die unterschiedliche
Wärmedehnungen zur Folge haben. Darüber hinaus weisen die Spannzangen gegenüber
dem Rohr einen mehr oder weniger großen Schlupf auf. Es mußten also an die Regelung
der Spannzangenabzüge 6a und 6b, insbesondere des Spannzangenabzugs 6b, besondere
Anforderungen gestellt werden.
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In der Figur 3 ist die Regelung schematisch dargestellt.
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Der Motor 9 des Spannzangenabzuges 6a ist über einen Stromrichter
22, vorzugsweise eine Thyristorbrücke, mit dem Energienetz verbunden. Der für eine
bestimmte Drehzahl des Motors 9 erforderliche Aussteuerung der Thyristorbrücke 22
geschieht durch einen Sollwertgeber 23, der eine Spannung über einen Drehzahlregler
24 , einen Stromregler 25 und einem Impulssteuersatz 26 der Thyristorbrücke 22 zuführt.
Der Motor 9 treibt eine Tachomaschine 27 an, die nach Art eines Generators eine
drehzahlproportionale Spannung erzeugt, die in den Regelstromkreis bei 28 eingespeist
wird. Drehzahlabweichungen des Motors 9, die beispielsweise durch Veränderungen
im Netz oder durch Laständerungen auftreten können, bewirken eine Differenz zwischen
dem Sollwert des Sollwertgebers 23 und dem Istwert der Tachomaschine 27, die die
Aussteuerung der Thyristorbrücke 22 verändert. Der Drehzahlregelung durch die Tachomaschine
27 und dem Drehzahlregler 24 ist eine Stromregelung durch den Stromwandler 29 und
Stromregler 25 zur genaueren Regelung unterlagert.
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Der Regelkreis des Motors 11 entspricht in seinem Aufbau dem des Motors
9 mit Ausnahme des Sollwertgebers.
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Wegen der erforderlichen Drehzahlverknüpfung mit dem Motor 9 wird
von der Tachomaschine 27 eine Spannung dem Sollwertgeber 30 zugeführt. Bei erforderlicher
Drehzahlverhältnisänderung zwischen den Motoren 9 und 11 wird ein bestimmter Sollwert
am Sollwertgeber 30 eingestellt. Bei Veränderungen des Durchhanges des Rohres zwischen
den Spannzangenabzügen 6a und 6b verändert sich die Lage des Tänzerarms 12 in vertikaler
Richtung. Der Tänzerarm 12, der bei 31 hydraulisch gedämpft ist, betätigt einen
regelbaren Widerstand 13 und verändert dabei den von der Tachomaschine 27 und durch
den Sollwertgeber 30 vorgegebenen Sollwert. Dadurch wird zwangsweise die Drehzahl
des Motors 11 verändert.
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Durch die beschriebenen Maßnahmen kann die Abzugsgeschwindigkeit der
Spannzangenabzüge 6a und 6b, die zwischen 1 und 50 m/min beträgt, mit einer Genauigkeit
von weniger als 1 /ovo geregelt werden.