DE69414895T2

DE69414895T2 - Exzentrizitätslehre

Info

Publication number: DE69414895T2
Application number: DE69414895T
Authority: DE
Inventors: John Ealing London W5 1Hh Kyriakis
Original assignee: Beta Lasermike Ltd
Current assignee: Beta Lasermike Ltd
Priority date: 1993-02-26
Filing date: 1994-02-28
Publication date: 1999-07-08
Anticipated expiration: 2014-03-01
Also published as: EP0612975A2; GB2275537A; GB9403827D0; EP0612975B1; US5528141A; DE69414895D1; GB2275537B; GB9303978D0; EP0612975A3

Description

Bereich der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Herstellung eines elektrischen Kabels durch Extrusionstechniken und dabei speziell auf ein Verfahren sowie auf eine Vorrichtung zur Überwachung der Position des Leitungs- oder Leiterkernes des Kabels in Bezug auf den äußeren extrudierten Überzug, so daß der Extrusionsprozeß gesteuert werden kann, um den Kern im Bereich der Mittelachse des Kabels zu halten.

Hintergrund der Erfindung

Während der Herstellung eines elektrischen Kabels mit Hilfe einer kontinuierlichen Extrusion wird ein innere, leitender Draht, beispielsweise aus Kupfer, Aluminium, Stahl oder einem anderen elektrisch leitendem Material mit einem isolierenden Material aus Kunststoff, Gummi usw. ummantelt, wobei die Ummantelung bzw. Umhüllung z.B. durch Extrusion mit einem Extruder aufgebracht wird, durch welchen der innere Leiter mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit hindurchgeführt wird.
Das fertiggestellte Produkt, welches den Extruder verläßt, wird dann einem Kühlprozeß unterzogen, der den heißen Kunststoff- oder Gummiüberzug, hergestellt durch den heißen Extruder, abkühlt, worauf dann das Produkt auf eine Trommel oder Spule aufgewickelt wird. Um die elektrischen und mechanischen Charakteristiken bzw. Eigenschaften zu gewährleisten, ist es wichtig, daß der innere Leiter in der Mittelachse des Kabels angeordnet ist. Exzentritätsmessungen von elektrischen Kabeln basierend auf eine Kombination von optischen Messungen zur Feststellung der Lage des Überzugs und von induktiven Messungen zur Feststellung der Lage des Kernes sind beispielsweise in der EP-A- 0 457 316, in der US-A-4 086 044 und in der GB-A- 2160654 beschrieben.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Bestimmung der Position des Leiterkernes eines elektrischen Kabels während eines Extrusionsprozeßes aufzuzeigen, um so sicherzustellen, daß der Kern während des Prozesses in der Position der zentralen Kabelachse gehalten wird.
Entsprechend einem Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zur Bestimmung der Position des leitenden Kernes oder Leiterkernes eines elektrischen Kabels geschaffen, welches in einem Extrusionsprozeß hergestellt wird, und zwar mit optischen Mitteln zum Aussenden eines Lichtstrahles quer zum Kabel, mit Detektormitteln zum Empfang des vom Kabel nicht abgedeckten oder abgedunkelten Teils des ausgesandten Lichtstrahles und zur Erzeugung von Ausgangssignalen, die die Position der Außenfläche des Kabels entlang einen vorgegebenen Querschnitts in Längs- oder Laufrichtung des Kabels repräsentieren, mit elektrischen induktiven Mittel, die an beiden Seiten des Kabels am erwähnten, vorgegebenen Querschnitt angeordnet sind, um im aktivierten Zustand induzierte magnetische Felder in der Umgebung des Kabels zu erzeugen, mit Mittel zur Feststellung der Stromänderung in den induktiven Mitteln in Abhängigkeit von der Bewegung des Leiterkernes durch die Felder, und zwar in Abhängigkeit von einer Änderung der Position des Leiterkernes von einer gewünschten Lage bzw. Postition innerhalb des Kabels, um dadurch eine Messung der Position des Leiterkernes an dem vorgegebenen Querschnittsabschnitt zu schaffen, sowie mit Mitteln, um die Position des Leiterkernes und die Position der Außenfläche des Kabels in Relation zu bringen und um dadurch die Exzentrizität bzw. den Versatz des Leiterkernes in Bezug auf die gewünschte Lage innerhalb des Kabels zu bestimmen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nun in einem bevorzugten Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen
Fig. 1 ein Meßsystem in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung zeigt, und zwar in einer Stirnansicht;
Fig. 2 illustriert, wie die Induktionsspulen des Meßsystems der Fig. 1 um das sich bewegende elektrische Kabel angeordnet sind;
Fig. 3 und 4 zeigen, wie die Exzentrizität des Leiterkernes des sich bewegenden elektrischen Kabels berechnet werden kann, und zwar unter Verwendung des Meßsystems der Erfindung und relativ zu einer mittleren Position oder Lage;
Fig. 5 eine perspektivische Darstellung einer vereinfachten Illustration des Meßsystems ist, wie es in der Fig. 1 gezeigt ist.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung

Das in der Fig. 1 dargestellte Meßsystem 1 ist für die Bestimmung der Exzentrizität oder der Abweichung von der mittleren axialen Lage des Kernes eines sich bewegenden elektrischen Kabels bestimmt, und zwar in einem Extrusionsprozeß und unter Verwendung von optischen und elektrischen Meßtechniken.
Es umfaßt eine erste Lichtquelle 2 zum Aussenden eines Lichtstrahles, der auf das sich bewegende Kabel 3, welches mit dem Leiterkern 4 versehen ist, gerichtet wird. Ein Lichtdetektor oder Fotosensor 5 ist im Weg des Lichtstrahles der Lichtquelle 2 angeordnet, und zwar derart, daß der Detektor 5 den Teil des Lichtstrahles der Lichtquelle 2 empfängt, der nicht durch das Kabel 3 abgedeckt ist.
Eine zweite Lichtquelle 6 überträgt einen Lichtstrahl quer zum Kabel 3, wobei der Lichtstrahl der Lichtquelle 6 eine Achse aufweist, die um 90º gegenüber der Achse des Lichtstrahles der Lichtquelle 2 versetzt ist. Eine Fotosensoreinrichtung 7 ist auf der Achse des Lichtstrahles der Lichtquelle 6 angeordnet und dieser Fotosensoreinrichtung 7 empfängt den Teil des Lichtstrahles der Lichtquelle 6, der nicht durch das Kabel 3 abgedeckt ist.
Die Ausgangssignale der Fotosensoreinrichtungen 5 und 7 können dazu verwendet werden, um den Durchmesser oder die Dicke des Kabels 3 zu bestimmen und damit auch die Position der Außenfläche des Kabels an den entsprechenden Enden des Durchmessers oder der Dicke.
Das Meßsystem 1 umfaßt weiterhin ein Paar von Induktionsspulen 8 und 9, die an beiden Seiten des Kabels 3 angeordnet sind, und zwar auf der gleichen Achse wie die des parallelen Abtaststrahles, der von der Lichtquelle 2 ausgesandt und von dem fotoempfindlichen Detektor 5 empfangen wird.
Weitere Induktionsspulen 10 und 11 können an beiden Seiten des Kabels 3 vorgesehen sein, und zwar auf der Achse, die der Achse des parallelen Abtaststrahles entspricht, der von der Lichtquelle 6 ausgesandt und von dem Fotosensor bzw. Detektor 7 empfangen wird.
Magnetische Felder, die während des Durchflusses eines Stromes, vorzugsweise eines Wechselstromes, durch die Induktionsspulen 8, 9, 10 und 11 erzeugt werden, werden dazu verwendet, um die Lage des inneren Kernes 4 des Kabels 3 zu bestimmen.
Fließt beispielsweise ein Strom I&sub1; durch die Spule 8 und ein Strom I&sub2; durch die Spule 9, so führt dies zu Magnetfeldern 12 bzw. 13 die gegenläufig zueinander sind, und zwar in Abhängigkeit von der Flußrichtung des Stromes I&sub1; bzw. I&sub2; durch die Spulen.
Das System ist so ausgebildet, daß dann, wenn der Leiter 4 sich in der Mitte zwischen den Spulen 8 und 9 befindet, die Ströme I&sub1; und I&sub2; gleich sind.
Falls der Leiterkern 4 sich aus seiner Position herausbewegt und entlang der Achse zwischen den Spulen 8 und 9 bewegt, d.h. entlang der optischen Achse zwischen der Lichtquelle 2 und dem Detektor 5, ändern sich die Ströme I&sub1; und I&sub2; relativ zueinander.
Durch die Messung dieser Differenzen ist es möglich, die Änderung der Position des Leiters 4 entlang der Achse des von der Lichtquelle 2 ausgesandten Lichtstrahles zu bestimmen.
Eine ähnliche Bewegung in der Achse des optischen Strahles, der von der Lichtquelle 6 ausgesandt wird, kann mit Hilfe der Induktionsspulen 10 und 11 bestimmt werden.
Die Fig. 3 und 4 zeigen den Weg bzw. die Methode, in der die Bestimmung der Position des äußeren Kabels durch das optische System der Fig. 1 und die Bestimmung der Position des Leiterkernes 4 des Kabels 3 durch das System der Fig. 2 verwendet wird, um die Exzentrizität des Kabelkernes 4 zu messen.
Die gewünschte korrekte Position des Leiterkernes entlang der Mittelachse des Kabels 14 ist somit in der Fig. 3 wiedergegeben.
Die Exzentrizität des Kabels ist definiert durch jede Lage außerhalb der zentralen Achse, wie dies in der Fig. 3 dargestellt ist, nämlich an der Position 16 in Bezug auf die Außenfläche des Kabels 15.
Unter Bezugnahme auf Fig. 4 beachte ein elektrisches Kabel 17, welches sich in einem Extrusionsprozeß bewegt, wobei der innere Leiter 21 aus der Mitte verlaufen ist.
Die Position der Außenfläche des elektrischen Kabels 17 wird optisch durch eine optische Messung der Abstände "a" und "b" bestimmt, d. h. der Abstände zwischen der Induktionsspule 19 an der einen Seite des Kabels und der Induktionsspule 20 an der anderen Seite des Kabels und liegend auf der optischen Achse des beispielsweise von der Lichtquelle 2 der Fig. 1 ausgesandten Lichtstrahles.
Die Lage des inneren Kernes 21 des elektrischen Kabels wird durch die Induktionsspulen 19 und 20 gemessen, wie dies unter Bezugnahme auf die Fig. 2 erläutert wurde, und dies sind Unterschiede "f" und "c", wie dargestellt.
Die Exzentrizität "e" des inneren Kernes 21 ist durch die Gleichung bestimmt:
e = (f-a)/(c-b).
Das optische und elektrische Meßsystem 1, wie es unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 beschrieben wurde, ist nochmals in perspektivischer Ansicht in der Fig. 5 gezeigt.
Die Messungen der Exzentrizität des Leiterkernes 4 des Kabels 3 werden auf kontinuierlicher Basis durchgeführt und in einer Anzeigeeinheit 22 verarbeitet, die eine Kathodenstrahlröhre 23 aufweist, welche zur Darstellung einer Querschnittsansicht des Kabels 3 mit dem Leiterkern 4 ausgebildet ist, wie dargestellt.
Durch Verwendung einer Rückkoppelschlaufe ist es möglich, den Extrusionsprozeß durch Einstellung des Form- oder Werkzeugkopfes zu regeln, durch welchen der Kabelüberzug auf den Leiterkern 4 extrudiert wird, und so auch eine Korrektur der Exzentrizität des Kernes innerhalb des Kabels 3 vorzunehmen.
Die Erfindung, wie sie vorstehend unter Bezugnahme auf die bevorzugte Ausführungsform beschrieben wurde, kann insgesamt darin gesehen werden, daß sie ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Messen und Anzeigen bzw. Darstellen der Exzentrizität eines metallischen Leiters innerhalb eines isolierenden Überzugs während eines Extrusionsprozesses betrifft. Die Vorrichtung und das Verfahren verwenden optische Mittel zum Feststellen der Position der Außenfläche des sich bewegenden Kabels sowie induktive Mittel zum Feststellen der Position des leitenden Kabels, wobei durch das Lösen von mathematischen Gleichungen das Ausmaß der Exzentrizität des Leiters innerhalb des Kunststoffs oder des isolierenden Überzuges ermittelt werden kann.
Die optische Abtasttechnik bestimmt die Position der Außenfläche des Kabels innerhalb der optischen Grenzen der Vorrichtung, und die induktive Technik, die einen entgegengesetzten Stromfluß in induktiven Spulen verwendet, sieht eine Nullmethode bzw. ein Nullpunktverfahren vor, durch welches die Position des elektrischen Leiters innerhalb des optischen Feldes bestimmt wird.
Die optischen Mittel, die die Position der Außenfläche des Kabels bestimmen, sowie die induktiven Mittel, die den inneren Leiter des Kabels bestimmen, können in zwei rechtwinklig zueinander angeordneten Ebenen arbeiten.
Ein äußeres Balance- oder Steuersignal kann in diesen beiden Ebenen erhalten werden, und zwar für Rückkoppelzwecke, um die Kabelexzentrizität zu steuern bzw. zu kontrollieren.

Claims

1. Vorrichtung zur Bestimmung der Position eines Leiters oder Leiterkerns (4) relativ zur Außenfläche einer extrudierten Umhüllung, die den Kern (4) eines elektrischen Kabels (3) abdeckt und in einem Extrusionsverfahren hergestellt ist, gekennzeichnet durch optische Mittel (2, 6) zur Aussendung eines Lichtstrahles quer zum Kabel (3), durch Detektormittel (5, 7) zum Empfang des von dem Kabel (3) nicht abgedeckten oder abgedunkelten Teils des ausgesandten Lichtstrahls und zur Erzeugung von Ausgangssignalen, die die Position der Außenfläche des Kabels entlang eines vorgegebenen Querschnitts in Längs- bzw. Laufrichtung des Kabels repräsentieren, durch eine Wechselstromquelle und durch Spulenmittel (8 - 11), die durch die erwähnte Wechselstromquelle ansteuerbar sind, um an dem vorbestimmten Querschnitt Magnetfelder an unterschiedlichen, in Umfangsrichtung beabstandeten Bereichen um das Kabel (3) zu erzeugen, durch Mittel (22) zur Feststellung der Stromänderung in den erwähnten Spulenmitteln, die (Änderungen) durch eine Änderung der Position des Kerns (4) innerhalb der Magnetfelder aus einer gewünschten Position innerhalb des Kabels (3) erzeugt werden, um einen Hinweis auf die Position des Kerns (4) in dem vorgegebenen Querschnitt zu erzeugen, und durch Mittel um die Position des Kerns (4) und die Position der Außenfläche des Kabels (3) in Relation zu bringen und um dadurch die Exzentrizität oder den Versatz des Kerns (4) in Bezug auf die gewünschte Position innerhalb des Kabels (3) zu bestimmen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnten Mittel zur Feststellung der Stromänderung in den Spulenmitteln dazu geeignet sind, um einen Nullwert zu liefern, wenn sich der Kern in der gewünschten Position innerhalb des Kabels (3) befindet.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenmittel (8 bis 11) eine Vielzahl von Induktionsspulen aufweisen, wobei jede Induktionsspule ihre Achse senkrecht zu der Achse der Spulen hat, die auf der Achse des optischen Abtaststrahles liegt, und wobei eine genannte Spule und ein optischer Abtaststrahl an in 90º versetzten Positionen um das sich bewegende Kabel (3) angeordnet sind.

4. Verfahren zur Bestimmung der Position des Leiters (4) relativ zu der Außenflächen eines extrudierten Überzuges, der den Leiter (4) eines elektrischen Kabels (3) abdeckt und der durch Extrusion erzeugt ist, wobei das Verfahren umfaßt das Aussendung eines Lichtstrahles quer zum Kabel (3), das Erzeugen von Ausgangssignalen, die die Position der Außenfläche des Kabels (3) entlang eines vorgegebenen Querschnittes in Längs- bzw. Laufrichtung des Kabels repräsentieren und dem Teil des ausgesandten Strahles entsprechen, der nicht durch das Kabel (3) abgedunkelt ist, das Bereitstellen eines Wechselstromes durch Spulenmittel (8 - 11), um wenigstens zwei in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Magnetfelder an dem vorgegebenen Querschnitt zu erzeugen, das Bestimmen der Änderungen im Strom in den Spulenmitteln (8 - 11), die durch Änderungen der Position des Kerns (4) beim Herausbewegen aus einer gewünschten Position innerhalb des Kabels (3) bestimmt sind, durch die induzierten Magnetfelder, um eine Positionsmessung des leitenden Kerns oder Kerns (4) zu erhalten, und das Bestimmen der Position des Kerns (4) in Bezug auf die gewünschte Position durch Bildung einer Relation zwischen der Position der Außenfläche des Kabels (3) und der Position des Kerns (4).

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom, der durch die Spulenmittel (8 - 11) fließt so gewählt ist, daß die induzierten Magnetfelder einander entgegengesetzt sind.