DE2939608C2 - Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung elektrischer Kabel und Leitungen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung elektric, ier Kabel und Leitungen mit einer Isolierhülle aus durch Temperatureinwirkung vernetzbarem thermoplastischem oder elastomerem Werkstoff, wobei zur Formgebung der Werkstoff durch eine Düse mit langem Fließweg geführt, in der Formgebungszone der Düse der Werkstoff erwärmt, in der anschließenden Vernetzungszone eine weitere Temperaturbehandlung zur Beeinflussung der Vernetzungsreaktion durchgeführt und vor der Vernetzung auf die äußere Oberfläche des geformten Werkstoffes eine zusätzliche konzentrische Schicht aufgebracht wird. Ein solches Verfahren ist aus der DE-PS 21 64 560 bekannt.

In der Kabelindustrie werden bereits seit langem für die elektrische Isolierung vernetzte thermoplastische oder elastomere Werkstoffe wegen der guten Wärmeformbeständigkeiten und elektrischen Isolationseigenschaften eingesetzt Die Vernetzung geschieht in der Regel dadurch, daß beispielsweise dem thermoplastischen Werkstoff, etwa Polyäthylen, Vernetzungsmittel, z. B. Peroxide, zugesetzt werden, die unter Einfluß erhöhter Temperatur Radikalstellen bilden, die die Vernetzung initiieren. Die Einbringung von Wärme in die Kabelisolierung zur Erzeugung geeigneter hoher Temperaturen kann in langen Aufheizstrecken mit Heißdampf oder heißen Gasen als Wärmeübertragungsmedien infolge Wärmeübergangs durch Konvektion oder Strahlung erfolgen (DE-OS 27 32 629) oder durch Wärmeleitung in einer langen beheizten Kabelführung, wobei zur Vermeidung von Haftung an der beheizten Wand ein Gleitmittel in die Grenzfläche gedrückt wird.

Eine andere Möglichkeit, Werkstoffe auf Vernetzungstemperatur zu bringen, ist die (DAS 19 64 895), die Temperatur innerhalb kurzer Zeit im Spritzkopf eines Extruders selbst in einem engen Scherspalt durch innere Reibung (Dissipation) und Wärmeleitung zu bewirken. Hierbei ist es erforderlich, die Geometrie der verwendeten Scherspaltdüse so zu wählen, daß es innerhalb der Düse nicht zu unzulässig hohen Temperaturen und/oder Verweilzeiten kommt, da infolge Anvernetzens der Masse (Scorch-Bildung) mit einem Blockieren des Materialflusses gerechnet werden muß.
Zur Erzielung exakter Dimensionen des durch Extrusion von Polymeren geformten Produktes und zur Erreichung glänzender und glatter Oberflächen ist es aus der erwähnten DE-PS 21 64 560 bereits bekannt, das vernetzbare Polymere durch eine Düse mit langem Fließweg zu führen, die eine Formgebungszone und eine r-nschließende Vernetzungszone aufweist Auf die Innenfläche der Düse wird gleichzeitig ein Formhilfsmittel, etwa auf Basis Polyoxyalkylene und ihrer Derivate, mehrwertiger Alkohole mit 4 bis 50 Kohlenstoffatomen. Ester von Polycarbonsäuren und dergleichen aufgebracht und ein nicht unterbrochener Film zwischen der Innenfläche der Düse und dem Polymerprodukt aufrechterhalten.

Nachteilig hierbei ist, daß zusätzliche Mittel in den Ringspalt z. B. zwischen der Isolieroberfläche eines Kabels und der inneren Düsenoberfläche eingebracht werden müssen. Das kann insbesondere dann Schwierigkeiten bereiten, wenn auf dt-t Isolieroberfläche, wie z. B. bei Kabeln und Leitungen üblich, weitere konzentrische Polymerschichten aufgebracht werden müssen und die Forderung nach ausreichender Haftung auf der jeweils inneren Schicht besteht

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung deshalb die Aufgabe zugrunde ohne Verwendung artfremder Formhilfsmittel eine störungsfreie Herstellung hochwertiger Kabel- oder Leitungsisolierungen zu erreichen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angeführten Merkmale gelöst Durch die Anhebung der Ws'-kstofftemperatur auf Vernetzungstemperatur in der Formgebungszone wird der Peroxidaufbau im Werkstoff schon so weit vorangetrieben, daß eine maßgebliche Beeinflussung der zusätzlichen Schicht unterbleibt. Somit ist eine gleichzeitige Extrusion der vernetzenden Isolierschicht und einer niedrigviskoseren äußeren Deckschicht möglich, bei der eine mehrschichtige Strömung erzeugt wird, was zudem den wesentlichen Vorteil hat, daß ein Haften der zum Kleben neigenden Isolierhülle an den formgebenden Werkzeugen vermieden ist.

Vorteilhaft ist ferner, daß die zusätzliche konzentrische Schicht durch Zugabe von Ruß oder Graphit, z. B. halbleitendem Charakter erhält, so daß diese Schicht gleichzeitig die auf der Oberfläche der Isolierung elektrischer Mittel- oder Hochspannungskabel zur FeIdsteuerung und Abschirmung notwendige äußere Leitschicht bildet.

Zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn ein Spritzkopf mit sog. Scherspaltwerkzeug verwendet wird, der in einer temperierbaren rohrförmigen Düse endet, diese ist ihrerseits mit einem Adapter für das Aufbringen der zweiten Schicht versehen. Durch geeignete Temperierung der Düsenwandung und durch Dissipation in der Düse kann die Vernetzungsreaktion gesteuert werden. Die Temperierung ist beispielsweise mittels einer Heizwicklung möglich, die auf die Düse wendelförmig aufgewickelt ist.

Die Erfindung sei anhand der in den F i g. I bis 6 dar-

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gestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert; dabei leren Größen der inneren Schicht, d. h. der Isolierung, zeigt für verschiedene Betriebsparameter über der Düsenlän-

F i g. 1 in schematischer Darstellung Extruderkopf ge aufgetragen. Es wurde hierbei der Düsenradius und und Düse zur Durchführung des Verfahrens, damit die Verweilzeit sowie die Wand- und Leitertem-

Fig.2 die Abhängigkeit der Fließgeschwindigkeit 5 peraturvariiert vom Radius R in einem Diagramm, Durch Erhöhung des Außenradius, also Vergröße-

F i g. 3 die Abhängigkeit des Vernetzungsgrades vom rung der Wanddicke, wird bei konstantem Durchsatz Radius R in einem Diagramm, die Verweilzeit erhöht Mit der errechneten Geschwin-

Fig.4 die Aohängigkeit der Massetemperatur vom digkeit wurde nun über eine vorgegebene Geometrie Radius R in einem Diagramm, 10 der Massedurchsatz außen bestimmt, so daß die mittle-

F i g. 5 gibt in ei—m Diagramm die mittlere Masse- ren Geschwindigkeiten am Anfang der Düse übereintemperatur über der Düsenlänge wieder und die stimmen. Wie aus der F i g. 5 ersichtlich, nimmt über der

Fi g. 6 stellt ebenfalls w einem Diagramm den mittle- Länge die mittlere Massetemperatur degressiv zu. Bei ren Vernetzungsgrad über der Düsenlänge dar. Erhöhung der Wandtemperatur steigt die Massetempe-

Der Spritzkopf 1 geht wie aus der F i g. 1 ersichtlich, 15 ratur an, der Einfluß wird jedoch größer, wenn die Leiin die Düse 2 über, die ihrerseits schließlich an das Rohr tertemperatur ansteigt, da am Leiter kein Wärmewider-3 z. B. einer Kühlzone angeflanscht ist Der Leiter 4, z. B. stand überwunden werden muß. eines Hochspannungskabels und daher mit einer söge- Zwei weitere Kurven zeigen bei gleichen Temperatu-

nannten inneren Leitschicht versehen, durchläuft den ren von Wand und Leiter den Einfluß der Abzugsge-Spritzkopf 1 und erhält hier die Isolierung 5, etwa aus 20 schwindigkeit Obwohl die Verweilzer. mit dem kleineeinem vernetzbaren Polyäthylen oder einem Copolymer ren Radius abnimmt liegt die mittlere Massetemperatur des Äthylens. Das Material wird im Spritzkopf durch deutlich über der mit höherer Verweilzeit Dies ergibt Hindurchpressen durch einen engen Scherspaft bereits sich durch einen erhöhten Reibungsanteil. Die Schergeauf etwa Vernetzungstemperatur gebracht bevor es um schwindigkeit ist in diesem Fall wesentlich größen Steiden Leiter 4 herumgeformt wird. Ober den Adapter 6 in 25 gert ma/i weiter die Abzugsgeschwindigkeit so ist ein der Düse 2 wird die äußere Schicht 7. z. B. aus einem weiteres Anwachsen der Temperatur durch den Dissilcitfähigen modifizierten Polyäthylen, auf die Umhül- pationsanteil zu verzeichnen.

lung 5 aufgebracht und dort in geeigneter Weise über Die Fig.6 schließlich zeigt den Verlauf des Vernet-

den Umfang des Kabels gleichmäßig verteilt. In dem zuvigsgrades über der Düsenlänge. Charakteristisch ist anschließenden, beispielsweise über eine Heizwicklung 30 hier, daß der Vernetzungsgrad progressiv zunimmt Die 8 temperierbaren Düsenteil erfolgt ohne daß es zu ei- Kurven für verschiedene Temperaturen bei gleicher nem Anhaften der Masse an der Düsenwandung kommt Verweilzeit lassen sich in ihrer Betragslage den mittledie Vernetzung der Schichten 5 und gegebenenfalls ren Massetemperaturen zuordnen. Das gilt jedoch nicht auch 7. In der folgenden Zone 9 kann die Abkühlung auf bei unterschiedlicher Verweilzeit, denn bei größerer Raumtemperatur erfolgen. Der Querschnitt der rohr- 35 Abzugsgeschwindigkeit liegt der Vernetzungsgrad unförmigen Düse 2 wird zweckmäßig durch die Leiterge- ter dem bei kleiner Geschwindigkeit Dies ist offenbar schwindigkeit und die gewünschte Schichtdicken so be- darauf zurückzuführen, daß der Einfluß der Zeitdiffestimmt, daß die Schmelze in der Düse im Mittel die renz in den beiden Fällen wesentlich größer ist als der Leitergeschv indigkeit annimmt Die Länge der Düse 2 des Temperaturunterschiedes.

hängt von den gewünschten Massezuständen am Du- 40

senaustritt ab und ist in der Regel kleiner als zwei Meter Hierzu 6 Blatt Zeichnungen zu wählen.

Die beim Durchlaufen der Düse sich abspielenden
Vorgänge geben die Diagramme wieder, wobei als Materialien für die innere Schicht ein haidelsübliches ver- 45
netzbares Polyäthylen und für die äußere Schicht ein
modiziertes halbleitendes niedrigerviskoses Polyäthylen
verwendet ist. Die Massetemperatur betrage innen
180⁰C und außen 210⁰C. 7m sehen sind jeweils die Anfangsprofile sowie ihre Ausbildung über der Düsenlän- 50
ge. Der Druckabfall beträgt für die 30-cm-Düse etwa
30 bar.

Bei den Scher- und Fließgeschwindigkeiten treten,
wie aus der F i g. 2 ersichtlich, keine wesentlichen Änderungen über dem Fließweg in der Vernetzungszone auf. 55
Wesentlich ist der Sprung der Schergeschwindigkeit an
der Berührungsstelle der beiden Schmelzen. Dies ist bedingt durch die unterschiedlichen Viskositäten der beiden Stoffe.

Wie in der F i g. 4 dargestellt, ändert sich das Tempe- 60
raturprofil sehr stark, wenn die Abweichungen vom vorgegebenen Anfangsprofil berücksichtigt werden. Das
Profil bildet sich unsymmetrisch aus, was durch die
Temperaturdifferenz zwischen Düsenwandung und Leiter hervorgerufen wird. Gleiches gilt für die Entwick- 65
lung des Vernetzungsgradrs, wenn man die Darstellung
in der Fig. 3 beachtet.

Für eine vergleichende Betrachtung wurden die mitt-

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung elektrischer Kabel und Leitungen mit einer Isolierhülle aus durch Temperatureinwirkung vernetzbarem thermoplastischem oder elastomerem Werkstoff, wobei zur Formgebung der Werkstoff durch eine Düse mit langem Fließweg geführt, in der Formgebungszone der Düse der Werkstoff erwärmt, in der anschließenden Vernetzungszone eine weitere Temperaturbehandlung zur Beeinflussung der Vernetzungsreaktion durchgeführt und vor der Vernetzung auf die äußere Oberfläche des geformten Werkstoffes eine zusätzliche konzentrische Schicht aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß in der Formgebungszone der Werkstoff bereits auf Veraetzungstemperatur gebracht wird, und daß die zusätzliche Schicht aus einer extrudierbaren thermoplastischen oder verletzbaren PoIymermischungcat einer niedrigeren Viskosität als die der inneren Schicht besteht

Z Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Spritzkopf mit sogenanntem Scherspaltwerkzeug, der in einer temperierbaren rohrförmigen Düse endet, die ihrerseits mit einem Adapter für das Aufbringen der zusätzlichen konzentrischen Schicht versehen ist