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JP2609300B2 - 小径肉厚管材を製造する方法とその装置 - Google Patents

小径肉厚管材を製造する方法とその装置

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JP2609300B2
JP2609300B2 JP63194723A JP19472388A JP2609300B2 JP 2609300 B2 JP2609300 B2 JP 2609300B2 JP 63194723 A JP63194723 A JP 63194723A JP 19472388 A JP19472388 A JP 19472388A JP 2609300 B2 JP2609300 B2 JP 2609300B2
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continuously
metal tape
cooling
longitudinal direction
hollow tubular
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ゲルハルト・ツイーメーク
ハリー・シユタシエウスキー
エーウアルト・グニア
Original Assignee
カーベルメタル・エレクトロ・ゲゼルシヤフト・ミト・ベシユレンクテル・ハフツング
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Publication date
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    • G—PHYSICS
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、長手方向に継ぎ目溶接された管材の製造方
法及びその装置に関する。
〔従来の技術〕
光波導体によって情報を伝達するために、光波導体ケ
ーブルは公知である。この光波導体ケーブルは、長手方
向に継ぎ目溶接された波形模様の金属管材から成り、こ
のケーブル内に光波導体が配置されている。このような
ケーブルは、ほとんど任意の長さに製造され得る（ドイ
ツ特許第2743260号明細書）。水面下に敷設するために
は、このケーブルは適さない。なぜなら、波付した外装
が通常1000バールを越える圧力に耐えることができない
からである。
光波導体による情報の大洋横断の伝達に関連して、そ
の目的で新しいタイプのケーブルが必要不可欠である。
このケーブルによって、一方で、壊れやすい光波導体が
圧力と振動に対して保護されており、この新しいタイプ
のケーブルは、長距離の区間にわたって敷設することが
できる。光パルスに変換された情報は、減衰を受けるの
で、一定の間隔で増幅器を配置することが必要である。
この増幅器は、減衰した光パルスを元の状態に戻す。こ
の増幅器に電気が供給されなければならない。この課題
に関して適合するために、銅又はアルミニウムのような
電気的に良好な導電性金属から成る肉厚管材が考えられ
る。この肉厚管材は、一方において、深海で1000バール
まで達する外部圧力に対して光波導体を保護することが
でき、他方において、広い横断面を介してこの管材の横
断面が禁じられた方法で熱くなることなく増幅器に電気
を供給するという可能性を提供している。それによっ
て、光波導体は、損傷され得ることはない。
高圧力に耐えるために、光波導体のまわりを囲む管材
が壁厚に対して直径と一定な比を有しなければならな
い。そのような管材は、溶接手段によってのみ製造され
る。この溶接法により、光波導体が溶接する前にこの管
材内にじかに挿入される。極端に高い圧力負荷が加わる
ので、比較的小さい管材径を基本とする。特に、ケーブ
ルでの継ぎ目部分を避けるために、一区画あたり何キロ
にもなる長さが要求される。これらの記述された理由か
ら、外径が５〜10mmの間でそれらに相当する厚さが0.2
〜1.0mmである管材が考えられる。
これらの寸法から成る管材の連続的な製造は、多大な
困難をもたらす。排出装置から生成される肉薄の管材で
発生する力に比べて、肉厚の管材で発生する力は、遥に
大きい。まず初めに、テープは、有機溶媒によって洗浄
されてから引き続きテープの縁の所を縁取りされる。そ
れとともに、管材の径が正確に調整され、それととも
に、溶接によって酸化していないテープの縁が生成す
る。引き続きそれによって、テープは、幾つかの成形段
において割れ目付管材に生成される。縁取りにしても、
管材成形にしても肉厚の管材で発生する力は、肉薄の管
材で発生する力よりも遥に大きいということは容易に考
えられる。
同時に小さい直径を有する管材の場合、この管材の横
断面は、これらの大きなエネルギーを伝達するためには
不充分である。その結果、管材は切れる。小さい直径の
管材は、溶接時、全範囲の表面に沿って熱くなり、その
結果溶接部分において管材が引っ張り強さに関して著し
く失うという困難が更にある。非常に厚い隔壁のため
に、溶接に大電流が必要不可欠であるので、極端な場
合、管材の全断面が赤熱に熱せられる。この高熱によっ
て管材の内側にある光波導体に損害が与えられる。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明の課題は、製造時に破損や切断を発生させるこ
となく小径肉厚管材を製造できる方法及びその装置を提
供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記の課題は、金属テープを長手方向に以下のように
駆動制御し、連続的に、金属テープを長手方向に押し出
しながらこの金属テープの両側の縁を縁取りし、連続的
に、縁取りした金属テープを長手方向に押し出しながら
中空管状体に形成し、連続的に、中空管状体の長手方向
に隣接する縁を溶接し、連続的に、形成された長手方向
に延びた溶接継ぎ目を冷却剤で直接冷却しないで、冷却
剤で中空管状体の周囲表面の少なくとも60％を取り巻く
ことによって溶接部の付近を冷却し、連続的に、冷却し
た中空管状体を前記長手方向に引出すことによって達成
される。
更に、上記の課題は、金属テープを長手方向に以下の
ように駆動させるように制御する手段と、連続的に、金
属テープを長手方向に押し出しながらこの金属テープの
両側の縁を縁取りする手段と、連続的に、縁取りした金
属テープを長手方向に押し出しながら中空管状体に形成
する手段と、連続的に、中空管状体の長手方向に隣接す
る縁を溶接する手段と、連続的に、形成された長手方向
に延びた溶接継ぎ目を冷却剤で直接冷却しないで、冷却
剤で中空管状体の周囲表面の少なくとも60％を取り巻く
ことによって溶接部の付近を冷却する手段と、連続的
に、冷却した中空管状体を前記長手方向に引出す手段と
を備えていることによって達成される。
この発明による他の有利な構成は、従属請求項に記載
されている。
〔作用〕
この方法によって、金属テープが連続的にテープ巻枠
から引き出され、金属テープの長手方向に縁取りされて
から順次、割れ目付管材に成形される。その際、成形ロ
ーラから成る第一成形段において、先ず金属テープの端
部のみに製造するための管材の湾曲が与えられる。その
際、割れ目付管材は、長手方向に継ぎ目溶接されてから
この溶接された管材は、溶接個所前方の管材を取り込む
排出装置を経由し、この製造設備を経由して搬出され
る。
幅の割りには非常に肉厚な金属テープの移動によっ
て、溶接個所の後方で発生する力の大部分は、既に溶接
個所の後方で受け止められるか、又は、調整される。
溶接個所の範囲内にある管材が激しく冷却されるの
で、発生する溶接エネルギーのために管材の熱い部分
は、ただ、溶接継ぎ目の部分だけになる。有利に管材の
少なくとも80％の周囲表面が冷却される。しかしなが
ら、溶接継ぎ目は冷却剤で直接冷却すべきではない。な
ぜなら、この場合、溶接の欠陥によるリスク、例えば溶
接継ぎ目内におけるガス泡の形成が生じるからである。
冷却は、水を管材に噴射することにより、又は、特に有
利であるが、管材を水槽に通すことによって行われ得
る。両方の冷却法を組み合わせることもできる。
付加的な複合機械が溶接個所の後ろに必要としないた
め、テープは、この発明の特に有利な構成により縁取り
している時点で送り出されている。縁取りのためにいわ
ゆるローラ鋏が使用される場合、その様なローラ鋏に対
する駆動が特に簡単に実行できる。この場合、ローラ鋏
の１つのローラだけか、両方のローラが駆動され得る。
肉厚金属テープの場合には、このテープを管材に成形
する過程で、先ず金属テープの縁部が成形されることが
溶接する金属テープの前額面の平行性を保証するために
無条件に必須である。この成形には、目的に達した成形
ローラを使用する。
この発明の他の構成では、成形ローラの少なくとも１
個を駆動することが有効であることを証明している。設
備の効率を高めるために、管材を溶接後更に引っ張って
延ばして製造する、すなわち、直径を小さくすること
は、有利である。管材の直径／壁厚が同じ比の場合、作
業行程は、より広いテープ幅から出発できる。
この発明は、同じ様に前記の方法を実行する装置にも
関係している。それ自体公知のその様な装置は、金属テ
ープのための排出装置、縁取り装置、金属テープを管材
に成形する多数の第一成形段から成る成形装置、割れ目
付管材を溶接する溶接個所、及び溶接した管材に噛み合
う排出装置から成る。その様な装置では、この発明によ
り縁取り装置がローラ鋏から成る。その場合、少なくと
も１つのローラが制御できる直流モータによって駆動さ
れる。更に、少なくとも第１成形段は、ローラ工具であ
り、このローラ工具から少なくとも一個のローラが制御
される直流モータによって駆動される。溶接個所の直ぐ
前には、冷却剤槽が配設されており、この冷却剤槽を通
って管材が通り抜けることができる。その際、冷却剤の
位置は、この冷却剤が管材の全周の少なくとも60％を取
り巻くように調節される。
管材の異なった寸法に適応するために、冷却剤槽は、
目的にかなうように高さの調節ができる。
冷却剤槽には蓋がある。その際、蓋の所に吸引ポンプ
の末端部が配置されている。それによって、冷却剤の上
部の蒸気室には減圧が生じる。それによって、冷却剤の
蒸気が冷却剤槽の直前にある溶接個所に達することを阻
止している。溶接個所と排出装置の間、特に冷却剤槽と
排出装置の間には、引き抜きリングが配設されている。
この引き抜きリングは、前述したように、管材の直径を
細くする特に有利であるのは、溶接個所が少なくとも２
個の電極を有するタングステン・稀ガス溶接機である。
多数の電極を使用することによって、溶接電流が長い溶
接継ぎ目上に配分され得る。
本発明に応じた方法は、特に有利な方法において金属
外装を有する光ケーブルの製造に応用できる。この工学
ケーブルの内側には壊れ易い光波導体が設置されてい
る。壁厚に対する直径の比は５から30の間にある。材料
としては、銅又はアルミニウム及びそれ等の合金の様な
良好な導電性の金属が導入される。
この方法により、例えば、直径15mm以下、隔壁の厚さ
0.3mm以上のパイプを製造できる。また、パイプの中に
場合によっては存在する電気的又は光学的導体の溶接熱
を回避できる。
〔実施例〕
この発明を第１〜６図に模式的に示す実施例に基づき
より詳しく説明する。
第１図は、本発明に適した方法を導入できる様な装置
の側面図を示している。
テープ巻枠１から、例えば幅25mm、肉厚1.1mmのアル
ミニウムテープ２が引き出される。テープ洗浄槽３内
で、このテープ２は、脱脂され、洗浄される。縁取り装
置４では、テープの縁が裁断され、詳しく言うとつまり
21mmに裁断される。こうして、割れ目付管材の直径が常
時同じく維持される。更に、溶接装置は、任意の処理の
ため酸化しない表面にする。縁取り装置４の前では、テ
ープ２が複数の段から成る成形装置５内で割れ目付管材
６に形成される。第一成形段７は、ローラ工具であって
−後で更に説明する様に−これに対して、次の成形段
は、円錐状に成形した円管と、その次に配設されたリン
グである。第一成形段７の後では、光波導体８がまだ開
いている割れ目付管材に挿入される。
成形装置５の次には、溶接装置９がある。この溶接装
置９は、目的に適したタングステン・稀ガス溶接機であ
る。
溶接された管材10は、溶接装置の直ぐ前の水槽11に導
入され、そこで冷却される。冷却後この管材10は、引き
抜きリング12を経由して製造される。この引き抜きリン
グは、溶接した管材10の外径を細くする。制御される排
出装置として、目的に適した所謂、圧力鋏引出装置13が
役にたっている。この引出装置は、管材10を掴み、再び
解放する多数の圧力鋏の対から成る。この圧力鋏の対
は、エンドレス駆動される鎖に固定されている。成形品
は、次いで貯蔵巻枠14に巻き付けられる。このような装
置は、冷却装置11を除けばそれ自体公知である。この公
知の実施の場合、アルミニウムテープ２又は溶接された
管材は、圧力鋏引出装置13から発生する力だけでこの設
備を通って伸ばされて加工される。
肉厚小径管材の場合、この装置は、決定的な変更なし
には使用できない。なぜなら、肉厚のテープの場合、成
形時の力がとても大きいので、定義する管材の小径断面
が溶接個所９′の後で生じる力を受け取るのに充分でな
いからである。この管材の溶接口が切れる。
本発明による装置は、縁取り装置４及び第一成形段７
が駆動されると言う点で公知の装置と区別される。それ
によって、金属テープ２に溶接個所９′の後でテープの
力の大部分を引き受ける送りを援助している。この援助
は、力の大部分を受け止めている。更に、冷却装置11
は、管材の全断面が導通される溶接電流によって熱せら
れないで、溶接継ぎ目部分の加熱のみに限定するために
ある。
第２〜５図は、実施例を示す。
第２図には、縁取り装置４の側面図が示されている。
この装置は２つのローラ15と16から成り、両方のローラ
の間にアルミニウムテープ２が通り抜けるように導入さ
れる。ローラ15は、２つの切断縁部17と切断縁部18を備
えており、テープ２からテープ側方細部19とテープ側方
細部20を切り落とす。前記テープ側方細部は、それ自体
公知の方法で巻き取られる。ローラ16は、一方の側にピ
ニオン21を備えている。このピニオン21とラック22を介
して、このローラ16が制御直流モータ23によって駆動さ
れる。第３図は、金属テープの進行方向における縁取り
装置４の平面図を示す。第４図は、テープ２の方向から
眺めた第一成形段７を示す。この第一成形段は、１つの
寸法決めローラ24及び２つの支持ローラ25と支持ローラ
26から成る。寸法決めローラ24は、断面から眺めて端部
で湾曲した領域27と28を有する。その曲率半径は、溶接
した管材10の曲率半径にほぼ合致する。支持ローラ25と
26の表面は、それに応じて湾曲して形成される。寸法決
めローラ24の外周面の中間にある窪み24aは、成形装置
５の後の光波導体８を挿入されることを可能にしてい
る。金属テープ２が第一成形段を通過するとき、寸法決
めローラ24並びに支持ローラ25及び26は、金属テープ２
の縁部29と30に所望の曲面を与える。溶接時には、切断
された金属テープ２の両端面が互いに平行になる。すな
わち、それ等の全表面で相接する。金属テープの肉厚が
非常に厚い場合、上記の最適状態は、達成され得ない。
これ故、縁取り装置４の前でテープの縁を図示していな
い方法で面取りしてなんとかしている。
肉厚の大きいテープの縁部29と30を小さい曲率半径に
成形するには、大きな力を必要とするので、寸法決めロ
ーラ24は、制御される直流モータ31によって制御されて
駆動される。モータ23と31の制御は、応力鋏引張部の駆
動速度を介して行われる。微調整して、駆動ローラ15又
は24と金属テープ２との間に相対運動が発生しないよう
にしている。
第５図は、溶接装置９と後続する冷却装置11を示す。
溶接装置として、３個の連続配置された電極9a,9b及
び9cを備えたタングステン・稀ガス溶接バーナーが特に
有利に使用される。そのような電極配置は、肉厚の部材
の溶接のために必要な大電流を三個の電極に分配する。
その結果、縦長の溶接部分が発生する。溶接された管材
10は、それから、水槽32内に突っ込まれる。この水槽32
は、新鮮な水用の導入口33と加熱された冷却水用の排出
口34を備えている。排出口34を経由して流れる冷却水
は、他の冷却槽35に送られる。この冷却槽35から水は、
温度に応じて水槽32に戻されるか、排出口36を通って排
出される。水槽32の蓋に管材端部37がある。この管材端
部37の所に、図示されていないポンプが連結されてい
る。そのポンプは、水槽32の冷却剤の上部に弱い低圧を
発生されている。それによって、導入口38から蒸気が電
極9a,9b,9cの部分に達っせられることを阻止している。
管材10の冷却のために、この管材のできる限り広い範
囲を冷却水に触れさせることが重要である。その際、し
かしながら溶接継ぎ目を冷却水から離しておくことを考
えなければならない。冷却水の水面の正確な調整を可能
とするために、水槽32は、高さ調整できる。代わりに、
排出口34が高さ調整できるように形成されることもでき
る。
更に、管材10が電極9a〜9cの領域で最適に冷却される
ために、水槽32は、電極9cにできる限り近く配設される
ことが重要である。水の位置は、主として管材10の少な
くとも80％の周囲の表面が冷却水に取り巻かれるように
調節されている。
第６図は、長手方向の溶接継ぎ目40を有する肉厚管材
39から成る電気導体を示す。この管材39は、アルミニウ
ムから成り、肉厚が0.8mmの場合、直径が8mmである。管
材39の内部には、多数の光波導体41がある。この多数の
光波導体41は、図示した実施例ではフォイル42に相並ん
で配設されている。この様な多数のフォイルは、重ねて
配設されている。その際、この配置は、長手方向の軸の
回りによじってある。その結果、光波導体は、加熱時又
は冷却時に自由に膨張又は収縮できる。本実施例のため
に、この目的に適した方法は、大いに有利である。なぜ
なら、光波導体41の過度の加熱を心配することがないか
らである。このような実施形状で、管材39は、高応力安
定性、高引張安定性のような機械的な要求の外に、光パ
ルス用の増幅器に電気を供給する役目を有する。この管
材39の目には、図示していない方法で更に補強外装と合
成樹脂外装が塗布される。同軸ケーブルの場合、この管
材39は、内部導体として働き、合成樹脂被覆と他の金属
外部導体で取り巻かれている。
説明したケーブルは、ほとんど無限な長さに製造で
き、大きな困難なしに敷設され得るような引張強度を有
している。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明の小径肉厚管材を製造す
る方法とその装置は、応力鋏引張部13のような引張り装
置により管材に長手方向の大きな引張り力が働いても縁
取り装置４と第一成形段７が金属テープをしっかりと挟
持しながら管材に成形すべき金属テープを長で方向の前
方に押出すことで、これらの縁取り装置４と第一成形段
７による押出し力が引張り装置から管材に働く引張り力
と相殺しているので、製造時の小径肉厚管材の長手方向
に加わる力が減少し、その結果小径肉厚管材の破損や切
断の発生を除去できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、この発明による方法を実施する装置の外観
図。 第２図は、管材製造装置中の縁取り装置の側面図。 第３図は、縁取り装置のテープ側から見た側面図。 第４図は、管材製造装置中のテープ側から見た第一成形
段の側面図。 第５図は、管材製造装置中の溶接装置及びそれに後続す
る冷却装置の一部を断面図にした側面図。 第６図は、この発明による肉厚管材製の電気導体の斜視
図。 図中引用記号： １……テープ巻枠、２……アルミニウムテープ、３……
テープ洗浄部、４……縁取り装置、５……成形装置、６
……割れ目付管材、７……第一成形段、８……光波導
体、９……溶接装置、９′……溶接個所、9a,9b,9c……
電極、10……溶接した管材、11……水槽、12……引き抜
きリング、13……応力鋏引張部、14……貯蔵巻枠、15…
…ローラ鋏、16……ローラ鋏、17……切断縁部、18……
切断縁部、19……横側テープ、20……横側テープ、21…
…ピニオン、22……ラック、23……直流モータ、24……
寸法決めローラ、24a……窪み、25……支持ローラ、26
……支持ローラ、27……湾曲部、28……湾曲部、29……
縁部、30……縁部、31……直流モータ、32……水槽、34
……排出口、35……冷却槽、36……排出口、37……末端
部、38……導入口、39……管材、40……長手方向溶接継
ぎ目、41……光波導体、42……フォイル。
フロントページの続き (72)発明者 エーウアルト・グニア ドイツ連邦共和国、ハノーバー、ウイッ スマン ストラーセ、２ (56)参考文献 特開 昭49−81246（ＪＰ，Ａ) 特公 昭62−14804（ＪＰ，Ｂ２) 鈴木春義「改訂版 最新溶接ハンドブ ック」改訂２版（1978−６−30）山海堂 Ｐ．69−70

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】金属テープを長手方向に以下のように駆動
    制御し、 連続的に、金属テープを長手方向に押し出しながらこの
    金属テープの両側の縁を縁取りし、 連続的に、縁取りした金属テープを長手方向に押し出し
    ながら中空管状体に形成し、 連続的に、中空管状体の長手方向に隣接する縁を溶接
    し、 連続的に、形成された長手方向に延びた溶接継ぎ目を冷
    却剤で直接冷却しないで、冷却剤で中空管状体の周囲表
    面の少なくとも60％を取り巻くことによって溶接部の付
    近を冷却し、 連続的に、冷却した中空管状体を前記長手方向に引出
    す、 工程から成ることを特徴とする小径肉厚管材を製造する
    方法。
  2. 【請求項２】前記金属テープは、モータ駆動の縁取り装
    置（４）によって駆動制御されることを特徴とする請求
    項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】前記金属テープは、モータ駆動の成形装置
    （７）によって駆動制御されることを特徴とする請求項
    １に記載の方法。
  4. 【請求項４】連続冷却後、連続的に中空管状体の直径を
    減少させる工程を更に有することを特徴とする請求項１
    に記載の方法。
  5. 【請求項５】縁取りした金属テープの長手方向の縁を連
    続的に面取りする工程を更に有することを特徴とする請
    求項１に記載の方法。
  6. 【請求項６】金属テープを長手方向に以下のように駆動
    させるように制御する手段と、 連続的に、金属テープを長手方向に押し出しながらこの
    金属テープの両側の縁を縁取りする手段と、 連続的に、縁取りした金属テープを長手方向に押し出し
    ながら中空管状体に形成する手段と、 連続的に、中空管状体の長手方向に隣接する縁を溶接す
    る手段と、 連続的に、形成された長手方向に延びた溶接継ぎ目を冷
    却剤で直接冷却しないで、冷却剤で中空管状体の周囲表
    面の少なくとも60％を取り巻くことによって溶接部の付
    近を冷却する手段と、 連続的に、冷却した中空管状体を前記長手方向に引出す
    手段と、 を備えていることを特徴とする小径肉厚管材を製造する
    装置。
  7. 【請求項７】前記連続的に縁取りする手段は、複数のロ
    ーラ鋏（15,16）から成り、前記駆動制御する手段は、
    前記ローラ鋏（15,16）の少なくとも１つに連結した第
    １駆動モータ（23）を有することを特徴とする請求項６
    に記載の装置。
  8. 【請求項８】前記連続的に形成する手段は、複数の形成
    ローラ（５）を有し、前記駆動制御する手段は、前記成
    形ローラ（５）の少なくとも１つに連結した第２駆動モ
    ータ（31）を有することを特徴とする請求項６に記載の
    装置。
  9. 【請求項９】前記連続的に縁取りする手段と前記形成す
    る手段は、前記駆動制御する手段によって各々モータ駆
    動されることを特徴とする請求項６に記載の装置。
  10. 【請求項１０】前記連続的に冷却する手段は、溶接した
    管状外装が連続的に引き出される水槽（35）を有し、前
    記水槽（35）が前記連続的に溶接する手段の出力側に直
    ちに隣接するように位置決めされ、水位を調節するため
    の高さ調節機構を有することを特徴とする請求項６に記
    載の装置。
  11. 【請求項１１】前記連続的に冷却する手段は、更に前記
    水槽（35）の上に位置し、真空源に接続する真空蓋（3
    7）を有することを特徴とする請求項10に記載の装置。
  12. 【請求項１２】管状外装の外径を減少させるための引き
    下ろし手段を更に備え、前記引き下ろし手段が前記連続
    的に冷却する手段と前記連続的に引き出す手段との間に
    位置することを特徴とする請求項６に記載の装置。
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