DE2707297B1 - Verfahren zur Herstellung einer isolierenden Umhuellung aus vernetztem Isolierstoff - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer isolierenden Umhüllung aus vernetztem Isolierstoff, insbesondere Polyäthylen, durch Extrusion um einen elektrischen Leiter, beispielsweise als Ader eines Starkstromkabels, wobei der Isolierstoff kontinuierlich mit einem hitzeaktivierbaren Peroxid-Vernetzungsmittel versetzt, entlüftet, unter Anstieg von Druck und Temperatur homogenisierend und plastifizierend mechanisch durchgearbeitet, unter Extrusionsdruck zur Ausformung gefördert und vor der Ausformung mittels durch steuerbare mechanische Reibung erzeugter Scherwärme auf Vernetzungstemperatur erhitzt, bei dieser als konzentrische Hülle um den kontinuierlich zugeführten Leiter extrudiert, kurzzeitig ohne äußere Anwendung von Überdruck oder eines stofflichen Wärmeübertragungsmediums auf Vernetzungstemperatur gehalten und vernetzt wird.

Ein bekanntes Verfahren dieser Art, bei dem die Vernetzungstemperatur einer auszuformenden Masse aus hitzhärtbarem polimeren Material durch kräftiges mechanisches Bearbeiten derselben mit einer rotierbaren Schnecke bei bzw. unmittelbar nach dem Durchmischen und homogenisierenden bzw. plastifizierenden Verarbeiten des Materials erreicht wird, und das also erhitzte Material im wesentlichen bei Vernetzungstemperatur kontinuierlich fortschreitend durch ein Formwerkzeug befördert und schließlich durch Anwendung weiterer Wärme aus einer äußeren Quelle ausvernetzt wird, ist bereits in der DE-OS 24 54 478 beschrieben. Hierbei handelt es sich um ein Verfahren, das auch zur Herstellung von Kabeln oder Kabeladern mit einer Isolierung aus vernetzten! Polyäthylen Anwendung finden kann, wobei das fortschreitend beförderte, härtbare polymere Material konzentrisch um den Leiter herumgeformt und unmittelbar nach seiner Formung durch weitere Wärmeanwendung ausvernetzt wird. Bei diesem bekannten Verfahren erfolgt die kräftige mechanische Bearbeitung des Materials mit Hilfe von Extruderschnecken in zwei getrennten Stufen, wobei in der ersten Bearbeitungsstufe das Material plastifiziert und homogenisiert und in diesem Zustand der zweiten Stufe zugeführt wird, wo es zugleich zur Ausformung gefördert und etwa auf Vernetzungstemperatur gebracht, bei dieser ausgeformt und durch eine Heizeinrichtung hindurchgeführt wird, in der die bereits in der zweiten Bearbeitungsstufe eingeleitete Vernetzung des Gegenstandes, beispielsweise einer Kabelisolierung vervollständigt wird.

Die hierzu verwendete Vorrichtung besteht aus zwei miteinander verbundenen Extrudern, deren Ausstoßleistung derart aufeinander abgestimmt sein muß, daß in der zweiten Stufe die von der Reaktionstemperatur des Vernetzungsmittels abhängige Vernetzungstemperatur der Masse allein oder vorwiegend durch die in dieser bei deren Durchbearbeitung mittels der Schnecke entstehende Scherwärme erreicht werden kann, so daß die Masse die zweite Stufe in einem bereits weitgehend vernetzten Zustand verläßt und der Vernetzungsvorgang in der anschließenden Nachheizstufe nur abgeschlossen zu werden braucht. Daraus ergibt sich aber, daß bei einer gegebenen Schneckengeometrie beider Stufen, trotz unterschiedlich regelbarer Drehzahl der

Extruderschnecken, die eine ausreichende Durchvernetzung des Produktes gewährleistenden Betriebsbedingungen nur bei einer bestimmten vorgegebenen Ausstoßleistung der Vorrichtung erzielt werden können oder mit anderen Worten: durchvernetzte Extrudate können nur mit einem bestimmten, vorgegebenen Querschnitt optimal hergestellt werden. Wenn nämlich die Förderleistung der ersten Stufe erhöht wird, muß aus Gründen der Kontinuität des Materialflusses zugleich auch die Förderleistung der zweiten Stufe erhöht werden, wobei jedoch die erforderliche Vernetzungstemperatur nicht mehr erreicht werden kann. Eine verringerte Förderleistung, z. B. bei der Herstellung einer dünnen Isolierung, kann jedoch zur Überhitzung der vernetzbaren Masse in der zweiten Bearbeitungsstufe führen, weil dann die Fördermenge der Masse nicht mehr derjenigen entspricht, für die die zweite Bearbeitungsstufe zur Bewirkung der gewünschten Vernetzungstemperatur durch Scherwärme ausgelegt ist. Dies bringt jedoch die Gefahr einer vorzeitigen Ausvernetzung und Verfestigung dieser Masse bereits in der zweiten Bearbeitungsstufe und — dadurch bedingt — des Betriebsausfalles der Vorrichtung mit sich.

Zufolge des geringen Durchgangsleistungsparameters ist dieses bekannte Verfahren ebenso wie die hierfür konstruierte Vorrichtung unwirtschaftlich. Da ferner der Extrusionsdruck, mit dem das Produkt ausgeformt wird, von der zu erreichenden Vernetzungstemperatur und somit von der Schneckendrehzahl in der zweiten Bearbeitungsstufe abhängt, ist sowohl die in vielen Fällen bevorzugte Ausformung des Extrudates mittels eines Schlauchwerkzeuges als auch die Ausformung mittels eines aus Fertigungsgründen wesentlich aufwendigeren, jedoch für bestimmte Produkte notwendigen Druck-Formwerkzeuges wegen der Schwierigkeit der Einhaltung eines konstanten, von der Vernetzungstemperatur unabhängigen Formungsdruckes schwierig, wenn nicht gar unmöglich zu bewerkstelligen. Darüber hinaus hat sich gezeigt, daß, selbst unter strenger Einhaltung der vorgegebenen Bearbeitungsbedingungen und trotz der Bemühungen, eine Entgasung der bereits plastifizierten Masse nach deren Eintritt in die zweite Bearbeitungsstufe zu bewirken, ein absolut blasenfreies Produkt, wie dies für die Isolierung elektrischer Kabel, Kabeladern und Leitungen unbedingt erforderlich ist, nicht gewährleistet werden kann, sowie auch, daß bei Anwendung dieses Verfahrens zur Herstellung der Umhüllung elektrischer Leiter die Vernetzung der Isolierung in Leiternähe mangelhaft ist und dem allgemein üblichen Erfordernis eines Vernetzungsgrades von wenigstens 75%, gemessen nach dem Solvent-extruxtion-Test, nicht zu entsprechen vermag.

Diese Erscheinung ist vermutlich auf die relativ große Wärmeabfuhr durch den zu umhüllenden elektrischen Leiter, und die in Leiternähe besonders häufig auftretende Blasenbildung unter anderem auf die Beschaffenheit der Leiteroberfläche zurückzuführen.

Ferner ist die zur Durchführung dieses bekannten Verfahrens erforderliche Vorrichtung wegen der komplizierten Konstruktion mit zwei zu einer Einheit zusammengefaßten, kompletten, getrennt regelbaren und mit verschiedenen zusätzlichen Einrichtungen ausgestatteten Extrudern sowie speziellen Schneckenkonstruktionen aufwendig, so daß der hiermit angestrebte Vorteil einer wesentlichen Verringerung der Investitionskosten durch Erübrigung der bisher üblichen langen Vernetzungsdruckrohre und zugehörigen Anlagen nur in einem bescheidenen Maße zum Tragen kommt.

Andererseits ist, beispielsweise aus DE-OS 22 04 655, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von elektrischen Kabeln oder Leitungen mit einer Isolierung auf der Basis eines vernetzten Polyäthylens bekannt geworden, bei dem ebenfalls Polyäthylen im unvemetzten Zustand auf den elektrischen Leiter konzentrisch extrudiert und im gleichen Arbeitsgang kontinuierlich

ίο unter Wärmeeinwirkung mittels Peroxiden vernetzt wird. Auch dieses bekannte Verfahren bezweckt eine Verringerung der bei den üblichen Herstellungsverfahren für Kabel mit einer Isolierung aus einem vernetzten Polyäthylen bisher unvermeidbaren hohen Investitionskosten für die erforderliche Vorrichtung mit einem an den Extruder anschließenden, entsprechend der erforderlichen Verweilzeit langen Druckrohr, in dem die Vernetzung unter Anwendung von Temperatur und Druck mittels eines temperaturübertragenden Mediums, beispielsweise Dampf, erfolgt, und soll ferner wirtschaftlichere und verfahrenstechnisch günstigere Fertigungsmöglichkeiten schaffen, die zugleich gute dielektrische Eigenschaften der so hergestellten und vernetzten Isolierung gewährleisten.

2^r> Dieses bekannte Verfahren sieht vor, daß ein von nichtlöslichen Anteilen und von Feuchtigkeit befreites Polyäthylen mit bestimmten vorgegebenen Eigenschaften verwendet wird, das nach der Extrusion auf den eine Temperatur von mindestens 80° C aufweisenden Leiter in einem Salzbad od. dgl. fluidisierten Bett bei oder annähernd bei Atmosphärendruck vernetzt wird, sowie, daß die metallene Oberfläche des Leiters, auf die das zu vernetztende Material extrudiert wird, vor der Extrusion gesäubert und gegebenenfalls von Metalloxidationsprodukten befreit und auf eine Temperatur von 80 bis 220° C vorgewärmt wird, sowie ferner auch, daß die Leiteroberfläche vor dem Aufbringen des vernetzbaren Kunststoffes mit einem Haftvermittler überzogen wird.

Nach diesem bekannten Verfahren lassen sich auch elektrische Leiter mit unrundem Querschnitt, beispielsweise vordrallierte Sektorleiter, nach dem sogenannten »Schlauchstreckverfahren« isolieren, bei dem zunächst ein den Leiter mit Abstand umgebender Schlauch ausgepreßt, der Leiter mit einer größeren Geschwindigkeit als der Austrittsgeschwindigkeit des Schlauches abgezogen und durch Reckung zum allseitigen Anliegen an den Leiter gebracht wird. Eine der Voraussetzungen hierfür ist allerdings, daß die anschließende Vernetzung des Kunststoffes ohne Anwendung eines äußeren Überdruckes erfolgt, etwa — gemäß der genannten Schrift — durch die Einwirkung eines wärmeübertragenden, ungespannten flüssigen Mediums der vorerwähnten Art, sowie auch die Vorerhitzung des zu isolierenden Leiters, wofür die aus der genannten Schrift bekannte Vorrichtung mit einem in der Extruderspritzkopf vorrangenden, beheizbaren Dorn ausgestattet ist

Dieses bekannte Verfahren ermöglicht zwar eine drucklose Vernetzung des Isolierstoffes und somit die

·>·· Anwendung des wirtschaftlicheren Schlauch-Spritzverfahrens, wobei jedoch die Kosten und der Platzbedarf einer solchen Anlage ebenfalls hoch sind, wegen des Erfordernisses der Zufuhr der für die Vernetzung des Isolierstoffes erforderlichen Reaktionswärme nach

<>'■> dessen Extrusion. Hierzu ist nämlich trotz der Vorwärmung des Leiters, wegen der langen Verweilzeit eine entsprechend lange Einwirkungsstrecke des flüssigen Wärmeübertragungsmediums unbedingt notwen-

dig, zur vollständigen Durchvernetzung der Isolierung bis zum gewünschten hohen Vernetzungsgrad von wenigstens 75%, wobei jedoch Kosten und Raumbedarf etwa eines heißen, fluidisierten Bades entsprechender Länge kaum geringer sind, als bei den bisher üblichen Druckvernetzungsanlagen.

Hierzu kommt als weiterer Nachteil, daß dieses bekannte Verfahren nur bei Verwendung bestimmter Sorten von Hochdruckpolyäthylenen, die den angegebenen Bedingungen entsprechen, in Verbindung mit bestimmten Vernetzern durchführbar ist, wobei zusätzlich stützende Maßnahmen erforderlich sind, um die so hergestellte Kabel- oder Leitungsisolierung bei der drucklosen Vernetzung blasenfrei zu halten. Ein weiterer Nachteil sind die relativ hohen Betriebs-Energiekosten wegen des Erfordernisses der Erhitzung und Warmhaltung einer großen Quantität des Wärmeübertragungsmediums in dem notwendigerweise eine beträchtliche Länge aufweisenden Flüssigkeitsbad oder fluidisierten Bett.

Der wesentliche Nachteil dieses bekannten Verfahrens ergibt sich jedoch daraus, daß die für den Vernetzungsvorgang erforderliche beträchtliche Wärmemenge erst — so wie bisher üblich — nach der Extrusion des vernetzbaren Polyäthylens und nicht etwa — so wie bei dem vorausgehend beschriebenen Verfahren — bereits während der Plastifizierung bzw. Homogenisierung des Isolierstoffes im Spritzkopf des Extruders durch gezielte Erzeugung von Reibungswärme in der Masse selbst zugeführt wird. Dieses Verfahren vermag daher, trotz der hierdurch erzielten Möglichkeit der drucklosen Vernetzung, die Wirtschaftlichkeit der Herstellung von Leitern, Kabeln oder Kabeladern mit einer Isolierung aus vernetztem Polyolefin gegenüber den bisher üblichen Verfahren nicht wesentlich zu verbessern und stellt somit keine echte Alternative zu diesen dar.

Andererseits ist aus DE-PS 20 59 4% eine Vorrichtung zum Plastifizieren von Kunststoffen mit einer Fördereinrichtung und zwei unabhängig voneinander arbeitenden Einrichtungen zur Erzeugung von Plastifizierwände bzw. Scherwärme bekannt geworden, bei welcher eine von der Fördereinrichtung unabhängig wirksame, von einem in einem ringförmigen Arbeitsraum rotierbaren Dorn gebildete Schereinrichtung vorgesehen ist In Nähe ihrer Austrittsöffnung für das also durch Rotation dieses Domes und die hierbei mechanisch eingebrachte Scherwärme auf die erforderliche Verarbeitungstemperatur gebrachte Kunststoffmaterial ist diese Vorrichtung mit zusätzlichen Heizeinrichtungen ausgestattet, zur Feineinregelung der Temperatur des Kunststoffstromes. Diese bekannte Vorrichtung ist für verschiedene Arten der Kunststoffbearbeitung, beispielsweise für Spritzguß, geeignet, kann jedoch auch wesentlich unkomplizierter zum Plastifizieren von Kunststoffen beim kontinuierlichen Extrudieren verwendet werden. Hierzu wird beispielsweise der Dorn nicht längsverschiebbar ausgeführt und ein kontinuierlich arbeitendes Fördermittel, beispielsweise eine Förderschnecke, vorgesehen, die zwischen Einfüllöffnung und dem Arbeitsraum angeordnet ist und an der Gehäusewand dicht anliegt

Diese Vorrichtung bietet die Möglichkeit, den Kunststoff — unabhängig von der Leistung der Fördereinrichtung, also im Falle der kontinuierlichen Extrusion der Extrudierschnecke, — allein durch Veränderung der Rotationsgeschwindigkeit des im Spritzkopf angeordneten Scherdorns, gegebenenfalls im Zusammenwirken mit der zugleich von der zusätzlichen äußeren Heizeinrichtung zugeführten Wärme, auf jede beliebige Temperatur, beispielsweise die Reaktionstemperatur, eines dem Kunststoff zuvor beigegebenen Vernetzungsmittels zu erhitzen, um somit in einem kontinuierlichen Vorgang aus plastifizierbarem bzw. vernetzbarem Kunststoff langgestreckte Gegenstände herzustellen. Der genannten Schrift ist jedoch nicht zu entnehmen, wie mit Hilfe einer solchen to Vorrichtung eine den hohen Anforderungen entsprechende, isolierende Umhüllung eines elektrischen Leiters hergestellt werden kann, unabhängig davon, ob es sich hierbei um eine Leiterisolierung aus unvernetztem oder vernetzbarem Kunststoff handelt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer isolierenden Umhüllung aus vernetztem Isolierstoff, insbesondere Polyäthylen, anzugeben, wie es eingangs beschrieben ist, bei dem die erforderliche Reaktionswärme für das Vernetzungsmittel in den vernetzbaren Kunststoff im wesentlichen bei dessen Verarbeitung durch hierbei erzeugte Scherwärme eingebracht wird. Die in der Zeiteinheit verarbeitete Menge des vernetzbaren Materiales soll unabhängig von der gewünschten Austrittstemperatur desselben regelbar, die vernetzbare Masse durch Scherwärme beliebig aufheizbar und nach der Ausformung ohne äußere Druckanwendung, blasenfrei, bis zu einem hohen Vernetzungsgrad von wenigstens 75% vernetzbar sein, wobei die Wirtschaftlichkeit der Fertigung gegenüber dem bisher üblichen Vernetzungsverfahren wesentlich erhöht, und der zur Durchführung des Verfahrens erforderliche Platzbedarf und Investitionsaufwand wesentlich verringert sein sollen. Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß der zu isolierende Leiter im vorgewärmten und oberflächenbehandelten Zustand zugeführt wird, wobei der Leiter wenigstens bis über die Reaktionswärme des Vernetzungsmittels erhitzt und seine Oberfläche umfänglich mit einem Blasenkeimbildung verhindernden Mittel behandelt wird, daß dem Isolierstoff eine erhöhte Menge des Vernetzungsmittels zugesetzt wird, und daß der Isolierstoff bei gleichzeitiger Evakuierung des die Leiteroberfläche umgebenden Bereiches sowie etwaiger Hohlräume des Leiters um diesen extrudiert, und nach Ausvernetzung bei konstanter Temperatur der äußersten Zone oder Außenschicht der hierbei gebildeten Leiterhülle von außen gekühlt wird bei gleichzeitiger Durch- und Endvernetzung der Leiterhülle in deren gesamten Querschnittsbereich.

so Dieses Verfahren ermöglicht auf äußerst wirtschaftliche Weise und bei sehr geringem Platzbedarf die Herstellung isolierter elektrischer Leiter beliebiger Querschnittsgröße und -form mit einer Isolierung aus vernetztem Isolierstoff, insbesondere Polyäthylen, wobei es sich sowohl um Massivleiter als auch um Litzenleiter, beispielsweise vorgeformte Segmentleiter, handeln kann, und wobei je nach der gewünschten Dicke der Isolierung sowohl das bekannte Schlauchspritzverfahren — für dünne Isolierungen wie etwa bei ω 1 kV-Segmentleiterkabeladern — als auch die übliche Art der konzentrischen Ausformung der Isolierung mittels eines Durckformwerkzeuges, beispielsweise bei dickeren Isolierungen für Rundleiterkabeladern höher Spannung, anwendbar ist Die hohe Wirtschaftlichkeit des Verfahrens ergibt sich einerseits aus den geringen Anlagenkosten, da sich ja hierbei die nachträgliche Wärmezufuhr zwecks Bewirkung der Vernetzung der isolierenden Hülle erübrigt, und andererseits aus der

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hierbei insbesondere durch die unabhängige Regelbarkeit der Massetemperatur ermöglichten hohen Fertigungsgeschwindigkeit, wobei die Blasenfreiheit und die hohe Qualität der Isolierung sowie die erforderliche Durchvernetzung bis zum gewünschten hohen Vernetzungsgrad durch die hierzu angegebenen Maßnahmen vor und während des Extrusionsvorganges sowie die gezielte Steuerung des Vernetzungsvorganges während und nach der Extrusion des vernetzbaren Isolierstoffes gewährleistet sind.

Es ist vorteilhaft, den zu isolierenden Leiter — unter Berücksichtigung seines Querschnittes, der Fertigungsbzw, der Abzugsgeschwindigkeit und des verwendeten Isolierstoffes bzw. Vernetzers — auf eine Temperatur zwischen 150 und 200⁰C, vorzuerwärmen, wobei die Temperatur des Leiters unmittelbar vor dessen Umspritzen gemessen und die Vorwärmung des zugeführten Leiters in Abhängigkeit vom Meßwert gesteuert, und der plastifizierte Isolierstoff vor der Extrusion auf eine Temperatur zwischen 160 und 220⁰C, erhitzt wird, und die mit bis zu vier Gew.% des Vernetzungsmittels versetzte, extrudierte Isolierhülle in Leiternähe nur bis zur Bewirkung eines geringeren Vernetzungsgrades als jenes der äußersten Zone oder Außenschicht der Isolierhülle, gemessen nach dem sogenannten »Sollvent-extraction-Test«, drucklos auf gleicher Temperatur gehalten, und schließlich in wenigstens zwei, vorzugsweise drei Kühlstufen, beginnend mit höchstens 120° C gekühlt, hierbei durchvernetzt und bis zu wenigstens 75% ausvernetzt wird.

Die hierbei zu überwindenden Schwierigkeiten lagen vor allem in der Unterdrückung der Blasenbildung ohne Anwendung eines äußeren Überdruckes sowie in der Erzielung der erforderlichen Durchvernetzung bis zu dem angestrebten hohen Vernetzungsgrad, trotz der hohen Fertigungsgeschwindigkeit, die die mit den üblichen Vernetzungsverfahren erreichbare Kabelfertigungsgeschwindigkeit übertrifft. Von wesentlicher Bedeutung ist hierbei neben dem hohen Vernetzeranteil der Masse deren Extrusion in einem bereits anvernetzten Zustand über einen auf Reaktionstemperatur erhitzten Leiter derart, daß die Vernetzung bis zum gewünschten Vernetzungsgrad während und unmittelbar nach der Ausformung derselben im wesentlichen von außen nach innen erfolgt, so daß also die äußeren Schichten bereits ausvernetzt sind und gekühlt werden können, während sich die Vernetzung des Isolierstoffes bei bereits erhärtender und bis zu einem gewissen Grad abgekühlter Außenschicht der Isolierung gegen den Leiter zu aufgrund der in der Masse vorhandenen bzw. vom Leiter an diese abgegebenen Restwärme erfolgt.

Im Hinblick auf die Steuerung des Vernetzungsvorganges ist es insbesondere zur Ausformung relativ dicker Isolierhüllen, wie sie bei für höhere Spannungen bestimmten Kabeln oder Kabeladern Verwendung finden, vorteilhaft, wenn die extrudierte Isolierhülle durch äußere Wärmestrahlung bzw. Rückstrahlung bei gleichzeitiger Abschirmung auf etwa gleicher Temperatur wie vor der Extrusion des Isolierstoffes gehalten, anschließend mit einer vorzugsweise hochsiedenden Flüssigkeit, beispielsweise auf 110⁰C erhitzte Sole oder auf Überdruck gebrachtes Wasser, bis unter die Entfestigungstemperatur des Isolierstoffes vorgekühlt und hierbei aufgrund der in der Masse vorhandenen bzw. vom Leiter abgegebenen Restwärme innerhalb der bereits mechanisch festen, durchvernetzten Außenschicht unter einem sich im Inneren derselben bildenden Überdruck ausvernetzt und schließlich in wenigstens zwei weiteren unterschiedlichen Temperaturstufen, vorzugsweise in Wassergekühlt wird.

Hierbei wird jedoch zum Unterschied von den bekannten Vernetzungsverfahren keine Vernetzungswärme zugeführt, sondern lediglich die Kühlung insbesondere der bereits vernetzten Außenschicht der Isolierhülle im Sinne der vorausgehenden Ausführungen, z. B. in überhitztem Wasser so weit gebremst, daß trotz der erhöhten Fertigungsgeschwindigkeit die

ίο Ausvernetzung im Innern der bereits vernetzten und nach erfolgter Kühlung eine druckfeste Außenhaut bildenden Außenschicht der Isolierhülle unter einem darin sich bildenden Überdruck erfolgt, der jegliche Blasenbildung durch das beim Vernetzungsvorgang freiwerdende bzw. vom Vernetzungsmittel abgegebene Gas verhindert. Die gleiche Art der Temperatursteuerung bzw. Abkühlung der extrudieren Hülle von außen empfiehlt sich im Sinne der Erfindung auch bei schlauchgespritzten dünnen Isolierhüllen etwa von Niederspannungskabeladern, wobei jedoch die Hülle auch in der ersten Kühlstufe drucklos mit hochsiedender Flüssigkeit oder mit Wasser unter 100° C gekühlt wird, um zunächst die Vernetzung und Erhärtung ihrer Außenschicht bei möglichst geringer Wärmeabfuhr zu bewirken und den sich darunter bis zur Leiteroberfläche forsetzenden Vernetzungsvorgang nicht vorzeitig abzubrechen, zugleich aber die zunächst auch außen noch weiche Hülle nicht zu verletzen oder einzudrücken.
Blasenbildung während des Vernetzungsvorganges läßt sich nach der weiteren Erfindung noch besser dadurch vermeiden, daß vor der Extrusion des Isolierstoffes um den Leiter eine die Unregelmäßigkeiten seiner Oberfläche ausgleichende, mit dem Leiter und dem Isolierstoff verträgliche, wärmebeständige dünne Folie, z. B. aus einem Polyterephtalsäureester, geschlagen wird oder auch dadurch, daß vor der Extrusion des Isolierstoffes auf die Oberfläche des Leiters eine zähflüssige, leiter- und isolierstoffverträgliche, hitzebeständige Masse, beispielsweise Silikonöl, aufgetragen wird.

Diese Maßnahmen beruhen auf der Erkenntnis, daß Unregelmäßigkeiten der Leiteroberfläche die Blasenbildung beim Vernetzungsvorgang begünstigen können und bringen überdies den Vorteil mit sich, daß sich die Isolierung für Montagezwecke, beispielsweise zur Herstellung eines Leiteranschlusses bzw. einer Leiterverbindung, leicht vom Leiterende entfernen läßt

Es ist ferner vorteilhaft, wenn zur Bildung des Isolierstoffes ein Granulat eines Polymeren oder

Copolymeren, vorzugsweise eines Äthylen-Poly- oder Copolymeren mit einem trockenen, vorzugsweise pulverförmiger! oder ebenfalls granulierten, Vernetzungsmitte), wie Dicumylperoxyd, od. dgl., unter Luftabschluß bei gleichzeitiger Evakuierung versetzt wird, wobei als zusätzliche Blasenkeimbindungshemmer 1 bis 5 Gew.% eines Füllstoffes, beispielsweise pulverisierte Kreide, Aluminiumoxyd, Titanoxyd od. dgl., sowie gegebenenfalls ein Vernetzungsbeschleuniger, z. B. Triallylcyanurat, zugegeben werden. Die durchgeführten Versuche haben ergeben, daß gerade solche Isolierstoffe in Verbindung mit den angegebenen Vernetzern sich nicht nur in hervorragender Weise für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignen sondern auch gut lagerfähig, relativ wohlfeil und vor allem gut eingebbar sind, wobei sich komplizierte Aufbereitungs- oder Eingabeanlagen erübrigen.

Für bestimmte Fertigungsparameter hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn ein flüssiges Vernetzungs-

mittel, beispielsweise eine Lösung bzw. Mischung von Dicumylperoxyd in bzw. mit Ditertiärbythylperoxyd und/oder Tertiärbuthylcumylperoxyd, gegebenenfalls in Verbindung mit einem Vernetzungsbeschleuniger wie Triallylcyanurat, dem Isolierstoff unmittelbar vor oder während seiner Verarbeitung zugesetzt wird.

Von wesentlicher Bedeutung für die Wirtschaftlichkeit ist es ferner, wenn hierbei eine Dosis von wenigstens zwei % des Gewichtes des Isolierstoffes diesem als Vernetzer bzw. Vernetzer in Kombination ι ο mit einem Vernetzungsbeschleuniger zugesetzt, und die Extrusions- bzw. Leiterabzugsgeschwindigkeit erhöht wird. Diese im Vergleich mit den üblichen Vernetzungsverfahren übergroße Vernetzer- bzw. Vernetzungsbeschleunigerdosis gestattet — im Gegensatz zur is herkömmlichen Meinung der Fachleute — ohne Beeinträchtigung der Qualität des Produktes eine beachtliche Erhöhung der Fertigung bzw. Abzugsgeschwindigkeit, unter Voraussetzung der sorgfältigen Beachtung der vorausgehend dargelegten übrigen Fertigungsbedingungen.

Eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung des vorausgehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens besteht aus einem Schneckenextruder, in dessen Spritzkopf ein drehbarer und mit von der Schneckendrehzahl unabhängig regelbarer Geschwindigkeit antreibbarer Dorn derart angeordnet ist, daß er zufolge seiner Rotation in der ihn umgebenden, im Spritzkopf befindlichen Masse diese durch die hierbei erzeugte und an sie abgegebene Scherwärme steuerbar aufheizt, sowie aus einem Fülltrichter, einem Extrudereingang für den zu isolierenden Leiter und einem mit dem Spritzwerkzeug versehenen Extruderausgang eines beheizbaren Extrudergehäuses.

Das besondere besteht darin, daß dem Extruderein- « gang eine der Leitervorwärmung dienende Vorheizeinrichtung und dem Extruderausgang eine rohrförmige Nachheizeinrichtung, sowie der letzteren wenigstens eine Kühleinrichtung zugeordnet sind, wobei die Länge der Vorheizeinrichtung etwa gleich der Hälfte bis zum 4u Zweifachen der Länge des Extruders, jene der Nachheizeinrichtung gleich dem Fünf- bis Zehnfachen der Extruderlänge und die Länge der gesamten Kühleinrichtung etwa gleich dem Zwei- bis Dreifachen der Länge der Nachheizeinrichtung bemessen ist, und daß die Nachheizeinrichtung als rohrförmiger Körper ausgebildet ist, mit abschnittsweise regelbare, umfänglichen Heizelementen ausgestattet, mit einer äußeren Wärmeisolierung versehen und mit einer Wärmeregeleinrichtung gekoppelt ist, die von über die Länge der ^r>o Nachheizeinrichtung verteilten Temperaturfühlern gesteuert wird.

Eine solche, relativ einfache Vorrichtung, die mit allen zur erfolgreichen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens notwendigen Einrichtungen ausgestattet ist, läßt sich mit vergleichsweise geringem Aufwand auf relativ kleinem Raum erstellen, da sie weder einen Vulkanisier- oder Vernetzungsturm noch ein üblicherweise bis zu 150 m langes, vorzugsweise kettenförmig gekrümmtes Vernetzungsdruckrohr, noch die hierfür benötigten Dampferzeuger samt Zubehör, Druckkühlwasserpumpen und sonstigen üblicherweise erforderlichen Einrichtungen aufweist. Trotz ihrer Kompaktheit und relativen Einfachheit des Aufbaues ist diese Vorrichtung äußerst wirksam.

Weitere Ausgestaltungen der Vorrichtung, gemäß Anspruch 9 sind in den Ansprüchen 10 bis 16 beschrieben.

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

F i g. 1 in Draufsicht eine vollständig eingerichtete Fertigungsanlage;

F i g. 2 in vergrößerter Ansicht und teilweise geschnitten bzw. abgebrochen den Extrudereingang mit diesem zugeordneten Einrichtungen, wobei die Leitervorheizeinrichtung aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen ist und

F i g. 3 und 4 im Längsschnitt verschiedene Abschnitte der Kühleinrichtung.

Wie F i g. 1 erkennen läßt, umfaßt die Fertigungsanlage am Anfang der Fertigungsstrecke einen Abwickler 17 und am Ende desselben einen Aufwickler 18, wobei dem gegebenenfalls antreibbaren Abwickler 17 eine den zu umhüllenden Leiter 1 durch eine Vorheizeinrichtung hindurch einem Schneckenextruder 4 zuführende Schubraupe 19, und dem Aufwickler 18 eine den mit der aufgebrachten Isolierhülle 2 aus vernetztem Isolierstoff versehenen Leiter 1, beispielsweise eine Kabelader, zuführende Zugraupe 20 zugeordnet sind. Zwischen der Schubraupe 19 und einer dem Extrudereingang 7 zugeordneten, vorzugsweise mit dem Extruder 4 zu einer transportablen Einheit zusammengefaßten Leitervorheizeinrichtung 14 kann ein Ausrichter 21 zum Geraderichten des abgewickelten Leiters 1 angeordnet, und vor bzw. am Extrudereingang 7 eine Absaugeeinrichtung 26 sowie eine Folieneinlaufeinrichtung bzw. Benetzerauftrageeinrichtung 31 vorgesehen sein.

Wesentliches Teil dieser Fertigungsanlage ist der Schneckenextruder 4 mit einem Extrudergehäuse 9 und einem Fülltrichter 6 sowie mit einem Querspritzscherkopf 5, in dem ein hier nicht gezeigter, von der Extruderschnecke unabhängig antreibbarer und in einem sehr weiten Drehzahlbereich regelbarer Scherdorn angeordnet ist. Dem Ausgang 8 des Extruderspritzscherkopf 5 ist eine Nachheizeinrichtung 15 zugeordnet, vorzugsweise angeschlossen, dem eine mehrstufige Kühleinrichtung 10 nachgereiht ist. Diese weist eine Anzahl, beispielsweise drei, unterschiedlicher Kühlstufen U₁ 12, 13 auf, die entweder in einer kontinuierlichen Reihe oder auch, wie hier gezeigt, aus Platzersparnisgründen, gegebenenfalls auch nebeneinander angeordnet sein können. Im letztgenannten Falle sind Umlenkrollen 16 vorgesehen, über die der umhüllte Leiter, dessen Hülle 2 bereits vernetzt und wenigstens in der Außenschicht 3 ausreichend verfestigt ist, umgelenkt werden kann, zur Rückführung an den neben dem Abwickler 17 angeordneten Aufwickler 18 bei gleichzeitigem Durchlauf der Kühlrinne 13 als letzte Kühlphase.

Die der Leitervorwärmung dienende Vorheizeinrichtung 14 sowie die rohrförmige Nachheizeinrichtung 15 können mit dem Schneckenextruder 4 zu einer transportablen Einheit zusammengefaßt, vorzugsweise an die betreffenden Ein- und Ausgänge 7 bzw. 8 des Extruderspritzscherkopfes 5 unmittelbar angeschlossen sein. Aus Gründen der besseren Zugänglichkeit sowie auch aus Gründen des Raumbedarfes zusätzlicher Einrichtungen, wie etwa der Benetzerauftrageeinrichtung 31, können jedoch auch ohne Beeinträchtigung des Fertigungsverfahrens zwischen den genannten, wesentliche Teile der erfindungsgemäßen Vorrichtung bildenden Einrichtungen sowie auch zwischen der Nachheizeinrichtung 15 und den nachgereihten Stufen der Kühleinrichtung 10 Abstände vorgesehen sein. Diese gegebenenfalls sehr nützlichen Abstände sind unwe-

sentlich für die Gesamtlänge dieser Vorrichtung, die sehr gering ist, im Vergleich mit den bisher erforderlichen Längenabmessungen der Heiz- und Kühlstrecken der bisher üblichen Fertigungsanlagen für die Herstellung von Leitern und Kabeln mit einer Isolierung aus vernetzten) Polyolefin. Da bei einer Fertigungsanlage nach der Erfindung, je nach Art der gewählten Einrichtungen und der vorgesehenen Parameter der Durchlaufgeschwindigkeiten und Extruder-Ausstoßleistungen, die Länge der Vorheizeinrichtung etwa 1,5 bis 7 m, jene der Nachheizeinrichtung 17,5 bis 35 m und jene der gesamten Kühlstrecke zwischen 30 und 60 m betragen kann, bei einer Extruderlänge, gemessen am Schneckenzylinder einschließlich der Querschnittsabmessung des Spritzkopfes von 3,5 bis 5,5 m, liegt ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung in deren vergleichsweise sehr geringem Raumbedarf. Dieser ist besonders gering bei der in F i g. 1 gezeigten Anordnung der Kühlstrecke zur parallelen Rückführung des umhüllten Leiters bzw. Kabels oder einer Kabelader an den neben dem Abwickler 17 angeordneten Abwickler 18. Diese lediglich beispielhaften Richtwerte der Längenangaben können bei Beachtung bestimmter Betriebsbedingungen noch unterschritten, jedoch gegebenenfalls für gewisse Fertigungserfordernisse auch überschritten werden.

Die Leitervorheizeinrichtung 14 ist so ausgelegt, daß sie den Leiter bei allen in Betracht gezogenen Durchlaufgeschwindigkeiten auf eine Temperatur von wenigstens 150° C, vorzugsweise bis zu über 200° C, aufzuheizen vermag. Die Nachheizeinrichtung 15, die der umhüllte Leiter 1 unmittelbar nach Ausformung der sich bereits auf Vernetzungstemperatur befindlichen und teilweise ausvernetzten Hülle 2 durchläuft, ist mit abschnittsweise regelbaren Heizelementen 23 ausgestattet und mit einer äußeren Wärmeisolierung 22 versehen, um die Temperatur im Innern möglichst gleichmäßig zu halten und deren Absenkung zu verhindern. Zur genauen Steuerung des Temperaturverlaufes in der Nachheizeinrichtung 15 sind die Heizelemente 23 mit einer Wärmeregeleinrichtung gekoppelt, die in einem Bedienungs- und Steuerpult 25 für die gesamte Vorrichtung angeordnet sein kann und von über die Länge der Nachheizeinrichtung 15 verteilten Temperaturfühlern 24 automatisch steuerbar ist.

Wie sich besonders gut aus F i g. 2 erkennen läßt, ist am Scherspritzkopf 5 des Extruders 4 in Nähe des Spritzkopfeinganges 7 eine Absaugeeinrichtung 26 angeordnet, die vorzugsweise über ein Regelventil 27 mit einer Vakuumquelle 28, beispielsweise einem Vakuumbehälter und/oder Vakuumpumpe, verbunden ist. Der Eingang 7 des für den Anschluß der Absaugeinrichtung 26 mit einem speziellen Fortsatz versehenen Spritzkopfes 5 ist hierbei mittels einer nachgiebigen Eingangsdichtung, z. B. in Form einer Filzscheibe 39, die von einer Überwurfmutter 40 gegen eine Dichtungsabstützung 38 gehalten ist, wirksam gegen die Atmosphäre abgedichtet. Die in unmittelbarer Nähe der Leiteroberfläche sowie gegebenenfalls, z. B. bei Litzenleitern, auch im Innern des Leiters 1 wirksame Absaugeinrichtung 26 schafft ein Vakuum im Spritzkopf, das bis zu dessen Ausgang 8 und darüber hinaus in das Innere des dort ausgeformten Schlauches reicht und zu dessen fester Anlage an der Leiteroberfläche beiträgt bzw. diese bewirkt Zugleich entzieht die Absaugeinrichtung 26 der auf Vernetzungstemperatur erhitzten, plastifizierten Isoliermasse einen wesentlichen Teil der sich hierbei als Vernetzungsnebenprodukt der beigegebenen Vernetzungsmittel bildenden Gase wie Methan, Azetophenon u. ä., so daß allein durch die Wirkung der Absaugeinrichtung 26 die Blasenbildung in der vernetzten Isolierung weitgehend verhindert werden kann.

Es kann ferner zwischen der Leiterheizeinrichtung 14 und dem Extrudereingang 7 ein Folienbandeinlauf bzw. eine Benetzerauftrageeinrichtung 31 mit einem gegen die Leiteroberfläche drückbaren aus einem Vorratsbe-

to hälter 33 gespeisten Benetzungsgerät 32, beispielsweise in Form einer gelochten oder einer geschlitzten Filzscheibe od. dgl., angeordnet sein. Ebenfalls in F i g. 2 ist eine solche Benetzerauftrageeinrichtung 31 schematisch gezeigt. Sie dient dazu, Unebenheiten der Leiteroberfläche auszugleichen bzw. diese zu glätten, welche Maßnahme zur Verhinderung der Bildung von Blasen während des Vernetzungsvorganges beiträgt und darüber hinaus das Abziehen von Teilen der Isolierung zu Montagezwecken erleichtert.

Zur Erzielung der gewünschten Leitertemperatur vor dem Aufbringen der zu vernetzenden Isolierhülle 2 ist die Leitervorheizeinrichtung 14 mit wenigstens drei etwa gleichmäßig verteilten, einzeln hintereinandergeschalteten und regulierbaren, den zentralen Bereich der Heizeinrichtung 14 sternförmig bestrahlenden Gasleistenbrennern 29 ausgestattet (Fig. 1). Diese Ausführungsform der Leitervorheizeinrichtung 14 ist mit geringem Aufwand erstellbar und erreicht bei einer Verweilzeit bzw. Durchlaufgeschwindigkeit des Leiters 1 entsprechenden Länge derselben die erforderliche Heizleistung in einem ausreichenden Maße. Der Wirkungsgrad und somit die Wirtschaftlichkeit der Vorrichtung kann dadurch erhöht werden, daß die Gasleistenbrenner 29 innerhalb eines rohrförmigen

J5 Gehäuses 30 angeordnet sind, dessen Innenfläche hochglanzpoliert und/oder mit einer spiegelnden reflektierenden Schicht versehen ist. Gemäß einer anderen leistungsintensiveren und raumsparenderen Ausführungsform der Vorrichtung ist die Leitervorheizeinrichtung 14 mit einer Induktionsheizung mittlerer Frequenz ausgestattet, wobei die Länge der Heizeinrichtung 14 höchstens gleich der Länge des Extruders 4 bemessen ist. Diese Ausführungsform, die so ausgelegt werden kann, daß ihre Länge nicht mehr als 1 '/2 bis 2 m beträgt, wird für die Vorheizung von Leitern großen Querschnittes und/oder für die Kabel- bzw. Kabeladerfertigung mit erhöhter Durchlaufgeschwindigkeit bevorzugt.
Der Anordnung und Ausbildung der Kühleinrichtung

so 10 sowohl hinsichtlich der Qualität der gefertigten Isolierhüllen 2 als auch hinsichtlich der erzielbaren Fertigungsgeschwindigkeiten sowie des benötigten Raumes für die gesamte Fertigungsanlage wird sehr große Bedeutung zugemessen. Dementsprechend weist die Kühleinrichtung 10 wenigstens zwei vom Ausgang der Nachheizeinrichtung 15 gegebenenfalls im Abstand angeordnete Kuhlabschnitte U, 12, 13 mit darin vorgesehenen bzw. diesen zugeordneten Führungseinrichtungen 36, z. B. Stützrollen, auf, von welchen Kühlabschnitten der der Heizeinrichtung nachgeschaltete erste Abschnitt U beheizbar bzw. zum Füllen mit einem aufgeheizten Kühlmedium eingerichtet ist, z. B. mit einem Durchlauferhitzer an der Fülleitung.
Zufolge der Kühlung der anvernetzten jedoch nicht ausvemetzten Leiterhülle, nach einem wenigstens der für die Ausvernetzung der äußeren Schicht 3 der Isolierhülle 2 erforderlichen Verweilzeit entsprechenden Durchlauf durch die Nachheizeinrichtung 15, in dem

aufgeheizten Kühlmedium des ersten Kühlabschnittes 11 wird mit geringstmöglichem Aufwand der gewünschte Vernetzungsgrad des Isolierstoffes der Leiterhülle 2 bewirkt: Die Aushärtung der Außenschicht 3 der Isolierhülle 2 erfolgt nämlich hierbei mit so geringem $ Wärmeverlust, daß bei kontinuierlicher Weiterführung des isolierten Leiters 1 mit hoher Durchlauf- bzw. Abzugsgeschwindigkeit, die Durchvernetzung des Isolierstoffes der Leiterhülle 2 über deren ganzen Querschnitt bis zur Leiteroberfläche aufgrund der in der ι ο noch plastischen Masse vorhandenen bzw. vom erhitzten Leiter 1 an diese abgegebenen Restwärme ohne weitere Wärmezufuhr von außen erfolgt Die bereits durchvernetzte und hinreichend erhärtete Außenschicht 3 erfüllt bei diesem Vorgang eine doppelte Funktion. Sie schafft einerseits eine genügend tragfähige feste Anlagefläche der Leiterhülle 2 für die diese im teilweise noch nicht ausgehärteten Zustand tragenden, in den Fig.3 und 4 als Stützrollen 36 dargestellten Führungseinrichtungen und bildet zugleich auch eine gegen innen relativ druckfeste Außenhaut innerhalb der die Durchvernetzung des Isolierstoffes der Hülle 2 bis zur Leiteroberfläche ohne jegliche äußere Druckanwendung, im Innern jedoch unter jeglicher Blasenbildung mit Sicherheit verhindernden Druckbedingungen erfolgt.

Von wesentlicher Bedeutung ist hierzu die Wahl des Abstandes der ersten Führungseinrichtung 36 vom Ausgang der Nachheizeinrichtung 15 derart daß die Außenschicht 3 der Isolierhülle 2 bei der ersten Auflage bereits ausreichend verfestigt ist um eine Verformung derselben auszuschließen.

Um dies mit noch größerer Sicherheit zu erreichen, ist zwischen dem Ausgang der Nachheizeinrichtung 15 und dem dieser nachgeschalteten ersten Abschnitt 11 der 3S Kühleinrichtung 10 eine Kühlmittel-Auffangeinrichtung 34, vorzugsweise in Verbindung mit einer Berieselungseinrichtung 35 angeordnet, wobei der erste Kühlabschnitt 11 als geschlossener, vorzugsweise rohrförmiger Behälter, gegebenenfalls als Druckrohr, ausgebildet ist. Hierbei ist der rohrförmige erste Abschnitt U der Kühleinrichtung 10 mit etwa Abstand vom Ausgang der Nachheizeinrichtung 15 angeordnet wie dies in F i g. 3 gezeigt ist. Die Kühlmittel-Auffangeinrichtung 34 dient hierbei sowohl zur Aufnahme von aus der Einführungsöffnung des ersten Abschnittes U der Kühleinrichtung 10 gegebenenfalls auftretendem Kühlmittel, wie Leckwasser oder einer sonstigen Kühlflüssigkeit als auch zur Abfangung des aus der Berieselungseinrichtung 35 über die Oberfläche 3 der an dieser Stelle noch weichen so Isolierhülle 2 rieselnden Kühlmittels.

Der umhüllte Leiter ist im wesentlichen freischwebend über diesen Bereich geführt und die Einführungsöffnung des rohrförmigen ersten Abschnittes 11 der Kühleinrichtung 10 kann mit einer geeigneten, gegenüber dem Querschnitt der Isolierhülle 2 gegebenenfalls ein gewisses Übermaß aufweisenden Längsabdichtung 37, beispielsweise einer etwa konisch vorgeformten, zentral gelochten Gummimanschette, versehen sein, die an einer ausreichend formstabilen Dichtungsstütze 38, z. B. aus Metall, anliegt. Für die Fertigung von dickwandigen Isolierhüllen mit hoher Geschwindigkeit kann die Kühlung der bereits ausvernetzten Außenschicht 3 der Isolierhülle 2 nicht nur unter erhöhter Temperatur sondern zugleich auch unter erhöhtem es Druck mit Kühlwasser erfolgen, dessen Siedepunkt demzufolge auf die gewünschte Kühltemperatur von mehr als 100⁰C angehoben ist. Der rohrförmige erste Abschnitt 11 der Kühleinrichtung 10 kann auch an seinem ausgangsseitigen Ende in ähnlicher Weise wie am Eingang mittels einer Längsabdichtung 37 mit konischer Stütze 38 abgedichtet, und ebenfalls mit einer Kühlmittel-Auffangeinrichtung 34 ausgestattet sein, wie dies aus F i g. 4 ersichtlich ist. Der nachfolgende zweite Abschnitt 12 der Kühleinrichtung 10 ist, ebenso wie auch der dritte Kühlabschnitt 13 vorzugsweise als offene Kühlrinne ausgebildet und ebenfalls mit Führungseinrichtungen 36, z. B. in Form von Stützrollen sowie an den Enden mit Längsabdichtungen 37 ausgestattet, die beispielsweise als zwischen entsprechend ausgenommenen Stützwänden einschiebbare, geschlitzte Schaumstoff- oder Filzscheiben od. dgl. ausgebildet sein können. Die Längsabdichtung dieser Kühlabschnitte 12,13 kann jedoch auf andere Weise, z. B. mittels um die Isolierhülle 2 herumgelegter, an ihren Enden gewichtsbelasteter Dichtschnüre, beispielsweise Asbestschnüre, erfolgen.

Die Länge der einzelnen Abschnitte U, 12, 13 der Kühleinrichtung 10 sind so bemessen, daß die bereits im Extruder 4 eingeleitete und beim Durchgang des isolierten Leiters 1 durch die Nachheizeinrichtung 15 fortgesetzte Vernetzung des Isolierstoffes der Isolierhülle 2 bis zum Austritt derselben aus dem auf diese mit erhöhter Temperatur einwirkenden Kühlmittel des rohrförmigen ersten Abschnittes 11 der Kühleinrichtung 10 weitgehend abgeschlossen ist, so daß in den nachfolgenden Kühlabschnitten 12 und 13 die endgültige Verfestigung und Abkühlung der Isolierhülle bis auf Raumtemperatur erfolgen kann. Hierbei ist eine Teilung der Kühleinrichtung in eine etwa 15 m lange, warme Vorkühlstrecke 11 und eine insgesamt beispielsweise 50 m lange Nachkühlstrecke für die erfolgreiche Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens von großer Bedeutung, wogegen die Unterteilung der Nachkühlstrecke vor allem der raumsparenden Anordnung der Fertigungsanlage dient. Hierbei ist jedoch zu beachten, daß der in der Bewegungsrichtung der zu kühlenden Leiterisolierung 2 vordere Abschnitt 12 der Nachkühlstrecke 12, 13 vor den Umlenkrollen 16 eine ausreichende Länge, beispielsweise 15 m, aufweist, damit die Umlenkung des isolierten Leiters ohne Beschädigung seiner eben erhärtenden Hülle 2 erfolgen, und diese im rinnen- oder trogförmigen, an den Enden etwa mittels je eines geschlitzten Schaumstoffeinsatzes 37 abgedichteten letzten Kühlabschnitt 13 bis zur vollständigen Erhärtung auf Raumtemperatur abgekühlt werden kann. Die Länge des letzteren braucht nicht mehr als etwa 20 m zu betragen, wobei der mit der nunmehr ausvernetzten, erhärteten und abgekühlten Isolierhülle 2 versehene Leiter 1 bis zur Zugraupe 20 freischwebend dem Aufwickler 18 zugeführt und auf diesen aufgebracht wird.

In den Fülltrichter 6 des Extruders 4 wird ein Granulat eines geeigneten Isolierstoffes, insbesondere eines Polymeren, Copolymeren oder Pfopfpolymeren, vorzugsweise eines Athylenpoly- oder Copolymeren, zusammen mit einem geeigneten Vernetzungsmittel eingebracht Dieses kann in flüssiger, pulverisierter oder ebenfalls granulierter Form getrennt zugegeben werden oder auch Bestandteil des entsprechend aufbereiteten Isolierstoffgranulates sein. Wesentlich ist im Hinblick auf die angestrebte kurze Verweilzeit und entsprechend hohe Fertigungsgeschwindigkeit eine relativ hohe Dosis des Vernetzungsmitteis, dessen Anteil an der Gesamtmenge des zugeführten Granulates, gegebenenfalls in Verbindung mit Vernetzungsbeschleunigern, bis zu 4 Gew.% betragen kann. Zugleich wird dem Eingang 7

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des Spritzscherkopfes 5 des Extruders 4 der zu umhüllende Leiter 1 im vorerhitzten und vorzugsweise oberflächenbehandelten Zustand mit einer der Förderleistung des Extruders entsprechenden Durchlaufgeschwindigkeit zugeführt. Die Temperatur des zugeführten Leiters 1 soll jedenfalls höher als die Reaktionstemperatur des Vernetzungsmittels sein und somit mehr als 150° C betragen. Mit zunehmender Fertigungsgeschwindigkeit empfehlen sich erhöhte Leitertemperaturen bis zu über 200⁰Q beispielsweise bei einer Fertigungsgeschwindigkeit von 30 m/min und einer Ausstoßleistung des Extruders von 200kg/Std eine Leitertemperatur zwischen 160 und 170⁰C.

In dem hierfür speziell ausgebildeten Extruder wird das eingegebene Granulat gut durchgearbeitet, plastifiziert, homogenisiert und unter erheblichem Druckanstieg gegen den Ausgang 8 des Extruderspritzkopfes 5 gefördert, in dessen Nähe die nun plastische Masse zufolge der in dieser durch Reibung mittels des gesondert antreibbaren Scherdornes erzeugten Scherwärme auf die jeweils optimale Vernetzungstemperatur gebracht wird. Obgleich es ohne Schwierigkeiten möglich ist, die Masse auf diese Weise bis weit über 200⁰C zu erhitzen, wird die Massetemperatur unter Berücksichtigung der maßgeblichen Bestimmungsgrößen wie Leiterquerschnitt, Abzugsgeschwindigkeit, Isolierdicke, Länge und Temperatur der Nachheizstrekke 15 und des ersten Warm-Kühlabschnittes U und anderer Faktoren, so, beispielsweise auf 18O⁰C, eingeregelt, daß die Vernetzung des Isolierstoffes bereits im Extruder einsetzt. Dies erbringt den Vorteil einer maximalen Wärmeenergieverwertung und gewährleistet darüber hinaus in Verbindung mit den nachfolgenden Maßnahmen die Blasenfreiheit des Extrudates und somit eine sehr hohe Qualität der so gefertigten Isolierhülle 2. Hierzu bedarf es aber der mit dem hierfür verwendeten Extruder gegebenen Möglichkeit der von Fördermenge und -druck unabhängigen Regelbarkeit der Massetemperatur mittels steuerbarer Scherwärme.

Wie eingangs erwähnt, kann die Extrusion an sich auf beliebige Weise erfolgen. Aus Gründen der erhöhten Wirtschaftlichkeit wird die Extrusion mittels eines Schlauchwerkzeuges, insbesondere zum Umhüllen von Sektorleitern od. dgl, bevorzugt Der mit der extrudierten Hülle 2 versehene Leiter 1 durchläuft sodann die Nachheizeinrichtung 15 mit einer — unter Berücksichtigung der Länge derselben — der zur Ausvernetzung der äußeren Randschicht 3 der Isolierhülle 2 erforderlichen Verweilzeit angepaßten Geschwindigkeit, die für die Leiterabzugsgeschwindigkeit maßgeblich ist Die Verweilzeit ist von der Halbwertzeit des verwendeten Vernetzers, der Vernetzerdosis und der Temperatur im Innern der Nachheizeinrichtung 15 abhängig, die üblicherweise gleich der Massetemperatur im Extruderspritzkopf 5, z. B. auf 190⁰C, eingeregelt wird Hierbei verläuft die Intensität des Vernetzungsvorganges zunächst von außen nach innen, so daß also die Außenschicht 3 der Isolierhülle zuerst einen hohen Vernetzungsgrad von wenigstens 75% erreicht

Von der an ihrem Ende völlig offenen Nachheizeinrichtung 15, deren Querschnittsabmessungen so gewählt sind, daß der mit der Hülle 2 versehene Leiter 1 bis zur Auflage auf der nächstgelegenen Führungseinrichtung 36 der Kühleinrichtung 10 ohne Schaden ein wenig durchhingen kann, wird der mit der nun bereits teilvernetzten Hülle 2 versehene Leiter 1 mit der aus

is den vorausgehend angeführten Erwägungen sich ergebenden Abzugsgeschwindigkeit kontinuierlich durch die wenigstens zwei, vorzugsweise drei unterschiedliche Temperaturen aufweisenden Abschnitte U, 12,13 der Kühlvorrichtung 10 hindurchgezogen, wobei er von den darin vorgesehenen Führungseinrichtungen 36, beispielsweise Stützrollen, geführt und in der gewünschten Höhe gehalten wird. Von wesentlicher Bedeutung für den gesteuerten Ablauf des Vernetzungsvorganges ist die Temperatur und Länge des ersten

Kühlabschnittes 11, dessen Länge unter Berücksichtigung aller übrigen Bedingungen so mit jener der übrigen Teile der Vorrichtung abgestimmt ist, daß die bereits teilvernetzte Isolierhülle 2 während ihres Durchlaufes durch das darin auf einer Temperatur von nahezu oder mehr als 100⁰C gehaltene Kühlmittel zur Gänze durchvernetzt und — bis Umkehrung der Richtung der Intensität des Vernetzungsvorganges — nunmehr vom Leiter her gegen außen bis zu einem Vernetzungsgrad von wenigstens 75% ausvernetzt wird

Dieser Vorgang erfolgt — wie bereits erwähnt — innerhalb der zu diesem Zeitpunkt bereits ausreichend erhärteten und druckfesten Außenschicht 3, die ohne äußere Druckanwendung etwaige Neigungen zur Blasenbildung zufolge der hierbei vom Vernetzungsmittel abgegebenen bzw. sich beim Vernetzungsvorgang bildenden Gase mit Sicherheit unterdrückt und eine sehr gute Qualität des Produktes gewährleistet Schließlich durchläuft der nunmehr mit einer ausvernetzten und äußerlich erhärteten Hülle 2 versehene Leiter 1 die nachgereihten, mit einem auf Raumtemperatur oder wenig darüber gehaltenen Kühlmittel, üblicherweise einfaches Leitungswasser, gefüllten trog- oder rinnenförmigen Nachkühlabschnitte 12 und 13, wobei der

so Vernetzungsvorgang abgeschlossen, die Isolierhalle auf Raumtemperatur abgekühlt und durchgehend verfestigt wird ehe sie von der Zugraupe erfaßt und auf den Aufwickler aufgebracht wird

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (16)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer isolierenden Umhüllung aus vernetztem Isolierstoff, durch Extrusion um einen elektrischen Leiter, wobei der ^r> Isolierstoff kontinuierlich mit einem hitzeaktivierbaren Peroxyd-Vernetzungsmittel versetzt, entlüftet, unter Anstieg von Druck und Temperatur homogenisierend und plastifizierend mechanisch durchgearbeitet, unter Extrusionsdruck zur Ausformung ι ο gefördert und vor der Ausformung mittels durch steuerbare mechanische Reibung erzeugter Scherwärme auf Vernetzungstemperatur erhitzt, bei dieser als konzentrische Hülle um den kontinuierlich zugeführten Leiter extrudiert und kurzzeitig ohne π äußere Anwendung von Überdruck oder eines stofflichen Wärmeübertragungsmediums auf Vernetzungstemperatur gehalten und vernetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der zu isolierende Leiter (1) im vorgewärmten und oberflächenbehandelten Zustand zugeführt wird, wobei der Leiter wenigstens bis über die Reaktionstemperatur des Vernetzungsmittels erhitzt und seine Oberfläche umfänglich mit einem Blasenkeimbildung verhindernden Mittel behandelt wird, daß dem χ Isolierstoff eine erhöhte Menge des Vernetzungsmittels zugesetzt wird, und daß der Isolierstoff bei gleichzeitiger Evakuierung des die Leiteroberfläche umgebenden Bereiches sowie etwaiger Hohlräume des Leiters (1) um diesen extruiert, und nach Jo Ausvernetzung bei konstanter Temperatur der äußersten Zone oder Außenschicht (3) der hierbei gebildeten Leiterhülle (2) von außen gekühlt wird, bei gleichzeitiger Durch- und Endvernetzung der Leiterhülle in deren gesamten Querschnittsbereich. r>

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zu isolierende Leiter (1) — unter Berücksichtigung seines Querschnittes, der Fertigungs- bzw. Abzugsgeschwindigkeit und des verwendeten Isolierstoffes bzw. Vernetzers — auf eine -> <> Temperatur zwischen 150 und 20O⁰C vorgewärmt wird, wobei die Temperatur des Leiters unmittelbar vor dessen Umspritzen gemessen, und die Vorwärmung des zugeführten Leiters (1) in Abhängigkeit vom Meßwert gesteuert, und der plastifizierte Isolierstoff vor der Extrusion auf eine Temperatur zwischen 160 und 220°C erhitzt wird, und die mit bis zu vier Gew.% des Vernetzungsmittels versetzte, extrudierte Isolierhülle (2) in Leiternähe nur bis zur Bewirkung eines geringeren Vernetzungsgrades als so jenes der Außenschicht (3) der Isolierhülle, gemessen nach dem sogenannten »Solvent-extraction-Test«, drucklos auf gleicher Temperatur gehalten und schließlich in wenigstens zwei, vorzugsweise drei Kühlstufen (U₁12,13), beginnend mit höchstens « 120° C gekühlt, hierbei durchvernetzt und bis zu wenigstens 75% ausvernetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die extrudierte Isolierhülle (2) durch äußere Wärmestrahlung bzw. Rückstrahlung wi bei gleichzeitiger Abschirmung auf etwa gleicher Temperatur wie vor der Extrusion des Isolierstoffes gehalten, anschließend mit einer vorzugsweise hochsiedenden Flüssigkeit, beispielsweise auf 110° C erhitzte Sole oder auf Überdruck gebrachtes Wasser ""> bis unter die Entfestigungstemperatur des Isolierstoffes vorgekühlt und hierbei aufgrund der in der Masse vorhandenen bzw. vom Leiter (1) abgegebenen Restwärme innerhalb der bereits mechanisch festen, durchvernetzten Außenschicht (3) unter einem sich im Innern derselben bildenden Überdruck ausvernetzt, und schließlich in wenigstens zwei weiteren unterschiedlichen Temperaturstufen (12,13), vorzugsweise Wasser, gekühlt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Extrusion des Isolierstoffes um den Leiter (1) eine die Unregelmäßigkeiten seiner Oberfläche ausgleichende, mit dem Leiter und dem Isolierstoff verträgliche, wärmebeständige, dünne Folie, z. B. aus einem Polyterephthalsäureester, geschlagen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Extrusion des Isolierstoffes auf die Oberfläche des Leiters (1) eine zähflüssige, leiter- und isolierstoffverträgliche, hitzebeständige Masse, beispielsweise Silikonöl, aufgetragen wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Isolierstoffes ein Granulat eines Polymeren oder Copolymeren, vorzugsweise eines Athylen-Poly- oder Copolymeren, mit einem trockenen, vorzugsweise pulverförmigen oder ebenfalls granulierten Vernetzungsmittel, wie Dicumylperoxyd od. dgl. unter Luftabschluß bei gleichzeitiger Evakuierung versetzt wird, wobei als zusätzlicher Blasenkeimhemmer ein bis fünf Gew.% eines Füllstoffes, beispielsweise pulverisierte Kreide, Aluminiumoxyd, Titandioxid od. dgl., sowie gegebenenfalls ein Vernetzungsbeschleuniger, z. B. Triallylcyanurat, zugegeben werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein flüssiges Vernetzungsmittel, beispielsweise eine Lösung bzw. Mischung von Dicumylperoxyd in bzw. mit Ditertiärbythylperoxyd und/oder Tertiärbutylcumylperoxyd, gegebenenfalls in Verbindung mit einem Vernetzungsbeschleuniger wie Triallylcyanurat, dem Isolierstoff unmittelbar vor oder während seiner Verarbeitung zugesetzt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dosis von wenigstens zwei % des Gewichtes des Isolierstoffes diesem als Vernetzer bzw. Vernetzer in Kombination mit einem Vernetzungsbeschleuniger zugesetzt, und die Extrusions- bzw. Leiterabzugsgeschwindigkeit erhöht wird.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit einem Schneckenextruder, in dessen Spritzkopf ein drehbarer und mit von der Schneckendrehzahl unabhängig regelbarer Geschwindigkeit antreibbarer Dorn derart angeordnet ist, daß er zufolge seiner Rotation in der ihn umgebenden, im Spritzkopf befindlichen Masse diese durch die hierbei erzeugte und an sie abgegebene Scherwärme steuerbar aufheizt, sowie mit einem Fülltrichter, einem Extrudereingang für den zu isolierenden Leiter und einem mit dem Spritzwerkzeug versehenen Extruderausgang eines beheizbaren Extrudergehäuses, dadurch gekennzeichnet, daß dem Extrudereingang (T) eine der Leitervorwärmung dienende Vorheizeinrichtung (14) und dem Extruderausgang (8) eine rohrförmige Nachheizeinrichtung (15) sowie der letzteren, wenigstens eine Kühleinrichtung (10) zugeordnet sind, wobei die Länge der Vorheizeinrichtung (14)

ORIGINAL INSPECTED

etwa gleich der Hälfte bis zum Zweifachen der Länge des Extruders (4), jene der Nachheizeinrichtung (15) gleich dem Fünf- bis Zehnfachen der Extruderlänge und die Länge der gesamten Kühleinrichtung (10) etwa gleich dem Zwei- bis Dreifachen der Länge der Nachheizeinrichtung (15) bemessen ist, und daß die Nachheizeinrichtung (15) als rohrförmiger Körper ausgebildet ist, mit abschnittsweise regelbarem, umfänglichen Heizelementen (23) ausgestattet, mit einer äußeren Wärmeisolierung ι υ versehen und mit einer Wärmeregeleinrichtung (25) gekoppelt ist, die von über die Länge der Nachheizeinrichtung (15) verteilten Temperaturfühlern (24) gesteuert wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß am Scherspritzkopf (5) des Extruders (4) in Nähe des Spritzkopfeinganges (7) eine Absaugeinrichtung (26) angeordnet ist, die über ein Regelventil (27) mit einer Vakuumquelle (28), beispielsweise einem Vakuumbehälter und/oder einer Vakuumpumpe, verbunden ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitervorheizeinrichtung (14) mit wenigstens drei etwa gleichmäßig verteilten, einzeln hintereinander geschalteten und regulierbaren, den zentralen Bereich der Heizeinrichtung (14) sternförmig bestrahlenden Gasleistenbrennern (29) ausgestattet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasleistenbrenner (29) so innerhalb eines rohrförmigen Gehäuses (30) angeordnet sind, dessen Innenfläche hochglanzpoliert und/oder mit einer spiegelnden reflektierenden Schicht belegt, und das außen mit einer wärmeisolierenden Schicht versehen ist. J >

13. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitervorheizeinrichtung (14) mit einer Induktionsheizung mittlerer Frequenz ausgestattet ist, wobei die Länge der Heizeinrichtung (14) gleich der Länge des Extruders (4) ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Leitervorheizeinrichtung (14) und dem Extrudereingang (7) ein Folienbandeinlauf bzw. eine Benetzerauftrageeinrichtung (31) mit einem gegen die Leiteroberfläche drückbaren, aus einem Vorratsbehälter (33) gespeisten Benetzungsgerät (32), beispielsweise in Form einer gelochten oder geschlitzten Filzscheibe od. dgl. angeordnet ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis w 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung (10) wenigstens zwei vom Ausgang der Nachheizeinrichtung (15) gegebenenfalls im Abstand angeordnete Kühlabschnitte (11, 12, 13) mit daran vorgesehenen bzw. diesen zugeordneten Führungseinrichtungen (36), z. B. Stützrollen aufweist, von welchen Kühlabschnitten der der Nachheizeinrichtung nachgeschaltete erste Abschnitt (11) beheizbar bzw. zum Füllen mit einem aufgeheizten Kühlmedium eingerichtet ist m>

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang der Nachheizeinrichtung (15) und dem dieser .lachgeschalteten ersten Abschnitt (11) der Kühleinrichtung (10) eine Kühlmittel-Auffangeinrichtung (34), vor- "~> zugsweise in Verbindung mit einer Berieselungseinrichtung (35), angeordnet ist, wobei der erste Kühlabschnitt (11) aus einem geschlossenen, vorzugsweise rohrförmigen Behälter gegebenenfalls Druckrohr, besteht.