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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von ummantel- ten Kabeln, insbesondere für Koaxialkabel mit einem Innenleiter und einem Aussenleiter, wobei dazwischen ein geschäumtes Polymer als Dielektrikum angeordnet ist, bei welchem Verfahren das mit chemischen und/oder physikalischen Treibmitteln versetzte Polymer mittels eines Werkzeugs, insbesondere mittels eines Extruders, auf den Innenleiter aufgebracht und danach abgekühlt wird.
Die Erfindung betrifft weiters eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit einem
Extruder, der eine Ringdüse zum Austritt des Polymers und eine Öffnung im Zentrum der Ringdüse für den Innenleiter aufweist, sowie mit einem gekühlten Kalibrierrohr.
Das herkömmliche Verfahren zur Aufbringung einer Schaumisolation für Koax-Kabel erfolgt durch Extrusion direkt auf den Leiter und ein freies Aufschäumen des mit chemischen und/oder physikalischen Treibmitteln versetzten Polymers nach aussen (siehe z. B. EP 336 804 A2). Die
Kühlung erfolgt mit Luft und/oder mit Wasser, wie dies in der JP 5002936 A beschrieben ist.
In der EP 89060 B1 ist beschrieben, dass das aufschäumende Polymer in einer Kühlwanne abgekühlt wird. Durch Verändern des Abstandes der Kühlwanne von der Extruderdüse kann der
Durchmesser des aufgeschäumten Polymers verändert werden. Dieses Prinzip ist auch in der
JP 8249958 A beschrieben.
Gemäss der US 4089923 A wird das Dielektrikum zunächst etwas zu gross aufgebracht und dann - nach erfolgter Abkühlung - durch Fräsen auf das Sollmass gebracht.
Aus der EP 224434 A1 ist bekannt, einen zunächst etwas zu gross extrudierten Schlauch nach der Abkühlung auf einen Leiter durch Kaltverformung aufzupressen.
In der JP 9204831 A ist das Prinzip der sogenannten Vakuumkalibrierung beschrieben. Hier wird Material, das allerdings nicht geschäumt ist, auf einen Leiter aufgebracht und dann in einem Kalibrierrohr auf konstanten Aussendurchmesser gebracht. Das Kalibrierrohr hat Löcher, an die man Unterdruck anlegt, so dass das noch flüssige Material an das Rohr angesaugt wird.
Bei freiem Aufschäumen ist es umso schwieriger, eine glatte Oberfläche zu erzielen, je grösser der Durchmesser und je höher der Schaumgrad ist. Eine glatte Oberfläche ist aber Voraussetzung für eine gute Längswasserdichtung zwischen Aussenleiter und der Isolation. Akzeptable, aber nicht unbedingt optimale Oberflächen werden bis dato mittels langwieriger Versuche über Werkzeugaus- legung, Rezeptur und - speziell bei grösseren Durchmessern (etwa ab 25 mm) - bei einer oft fixen Produktionsgeschwindigkeit erzielt. In vielen Fällen ist dann die Produktionsgeschwindigkeit niedri- ger als jene, die auf der Extrusionsanlage möglich wäre. Einige Kabelhersteller losen das Problem der rauen Oberfläche mittels einer am Ende der Kühlstrecke nachgeschalteten, beheizbaren Kalibrierdüse zur Glättung der Oberfläche durch Anschmelzen der äussersten Schaumschicht.
Eine glatte, geschlossene Oberfläche ist aber nicht erreichbar oder jedenfalls nur unter Einbusse des erreichten Schaumgrades, da die Isolierung mittels der Kalibrierdüse unter Druck, d. h. durch Pres- sen, geglättet wird.
Weiters wird von manchen Kabelherstellern eine Aussenskin aus solidem Polymer zur Erhö- hung der mechanischen Festigkeit und/oder zur Erreichung einer glatten Oberfläche mittels eines zusätzlich erforderlichen Extruders im Co-Extrusionsverfahren aufgebracht (s. z.B.
WO 98/01870 A, S 9 oben).
Erschwerend bei Koax-Kabeln sind die hohen Anforderungen an Masshaltigkeit wie Durchmes- ser, Rundheit und Zentrizität, welche vor allem bei grösseren Abmessungen nicht einfach zu reali- sieren sind.
Die zurzeit erreichbaren Schaumgrade bei noch guter Kabelqualität liegen bei 78%. Höhere Schaumgrade verbessern die Dämpfungswerte und somit auch die Übertragungseigenschaften des Kabels.
Der vorliegenden Erfindung, welche sich auf das eingangs vorgestellte Verfahren bezieht, liegt nun die Aufgabe zu Grunde, die Herstellung dieser Produkte zu erleichtern und gleichzeitig auch die Qualitat entscheidend zu verbessern : Polymer soll eine kalibrierte Oberfläche erhalten bei gleichzeitiger Ausbildung einer Aussenskin und gleichzeitiger Erhöhung des Schaumgrades.
Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung bei einem Verfahren der eingangs genannten Art da- durch gelöst, dass das Polymer unmittelbar nach dem Werkzeugaustritt an der Aussenschicht mit einem gekühlten Kalibrierrohr abgekühlt und kalibriert wird, sodass aussen eine gegenüber dem restlichen Polymer dichtere Skin-Schicht entsteht.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Kalibrierrohr im
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Anschluss an die Ringdüse vorgesehen ist.
Durch das Kalibrierrohr sind eine glatte Oberfläche, konstanter Durchmesser, exakte Rundheit und Zentrizität gewährleistet. Mit der hohen Masshaltigkeit verbessern sich auch entscheidend die elektrischen Werte wie Dämpfung und Kapazität. Die Isolation kann in sehr engen Durchmesser-,
Ovalitäts- und Kapazitätstoleranzen extrudiert werden. Durch die schnelle Abkühlung der Rand- schicht der Isolation durch den sofortigen Wandkontakt an dem Kalibrierrohr wird eine noch nicht aufgeschäumte und somit volle Polymerskin geformt. Die Dicke der Skin ist abhängig und somit einstellbar einerseits über die Kühltemperatur in der Kalibrierhülse und andererseits über den
Zeitpunkt der Kühlung in dem Kalibrierrohr. Der Kühlzeitpunkt kann durch das Verhältnis Düsen- durchmesser zu Kalibrierdurchmesser festgelegt werden.
Dementsprechend ist es möglich, dass das Polymer in unmittelbarer Nähe des gekühlten Kalibrierrohrs aufgebracht wird und das Auf- schäumen in Richtung zum Innenleiter erfolgt ; oder dass das Polymer in der Mitte zwischen dem gekühlten Kalibrierrohr und dem Innenleiter aufgebracht wird und das Aufschäumen sowohl in
Richtung zum Innenleiter als auch in Richtung zum Kalibrierrohr erfolgt; oder dass das Polymer in unmittelbarer Nähe des Innenleiters aufgebracht wird und das Aufschäumen in Richtung zum
Kalibrierrohr erfolgt. Bei der erfindungsgemässen Vorrichtung entspricht daher der Durchmesser der
Ringdüse etwa dem Durchmesser des Kalibrierrohrs; oder der Durchmesser der Ringdüse liegt zwischen dem Durchmesser des Kalibrierrohrs und dem Durchmesser des Innenleiters; oder der
Durchmesser der Ringdüse entspricht etwa dem Durchmesser des Innenleiters.
Bei einer gegebenen Vorrichtung ist es zweckmässig, dass man die Dicke der Skin-Schicht durch Änderung der Temperatur des Kühlmediums des gekühlten Kalibrierrohrs regelt.
Vorzugsweise wird in dem Hohlraum zwischen dem Innenleiter und dem aufzubringenden Po- lymer und/oder in dem Hohlraum zwischen dem aufzubringenden Polymer und dem Kalibrierrohr ein Vakuum aufgebaut, z.B. durch ein am Spritzkopf angeschlossenes Vakuumgerät.
Durch Anlegen von Vakuum in den Hohlräumen wird der Aufschäumprozess erleichtert, sodass ein höherer Schaumgrad erzielt werden kann. Je nach Auslegung des Düsen- und Kalibrierdurch- messers entstehen entweder ein Hohlraum zwischen Innenleiter und Polymer, ein weiterer zwi- schen Polymer und Kalibrierrohr oder nur einer zwischen Polymer und Kalibrierrohr, wo jeweils
Vakuum angesetzt werden kann.
Es ist zweckmässig, wenn bei der Vorrichtung zwischen der Ringdüse und dem Kalibrierrohr ein
Spalt zur thermischen Isolierung vorgesehen ist, der ausreichend klein ist, um einen Austritt des
Polymers zu verhindern. Es wurde nämlich im Rahmen der vorliegenden Erfindung überraschender Weise herausgefunden, dass es möglich ist, einen Spalt vorzusehen, der klein genug ist, um einen Austritt des Polymers zu verhindern, aber doch gross genug ist, um das gekühlte Kalibrierrohr von der heissen Ringdüse thermisch zu isolieren. Die Dicke des Spaltes liegt bei einigen Zehntel Milli- meter.
Das Kalibrierrohr kann direkt am Querspritzkopf mit dem erforderlichen Spalt fixiert sein, es kann in einer zur Abkühlung des Polymers nachfolgenden Kühlkammer eingebaut sein, und es kann auch ein Bestandteil des Extrusionskopfes sein, d. h. im Extrusionskopf integriert sein.
Besonders günstig ist es, wenn das Kalibrierrohr in einer unmittelbar nachfolgenden, unter Vakuum stehenden Kühlkammer eingebaut ist. Dadurch wird der Aufschäumvorgang zur Wandung des Kalibrierrohrs erleichtert und somit der Schaumgrad erhöht.
Anhand der beiliegenden Figuren wird die Erfindung näher erläutert. Die Fig. 1-3 zeigen ver- schiedene Ausführungsformen der erfindungsgemässen Vorrichtung.
Über eine Ringdüse 2 eines Extruders wird geschmolzenes Polymer 4 unter Druck zugeführt.
Durch eine mittige Öffnung wird ein Innenleiter 6 durch die Ringdüse 2 geführt. Mit einem Abstand x vor der Öffnung der Ringdüse 2 befindet sich ein Kalibrierrohr 1, das mittels eines Kühlmittels 9 gekühlt ist. Das gesamte Kalibrierrohr 1 befindet sich in einer Kühlkammer 11, von der in den Fig. nur die Vorderwand zu sehen ist. Die Kühlkammer kann evakuiert sein. Das austretende flüssige Polymer 4 schäumt infolge der Druckentlastung auf und bildet das geschäumte Polymer 5. Der Durchmesser D des Kalibrierrohrs 1 entspricht dem Durchmesser d der Ringdüse 2. Das flüssige Polymer 4 kommt daher sofort mit dem Kalibrierrohr 1 in Kontakt und schäumt in Richtung zum Innenleiter 6 auf.
Durch die sofortige Abkühlung wird ein Aufschäumen direkt beim Kalibrierrohr 1 verhindert, sodass sich eine Aussen-Skin 7 bildet, die wesentlich dichter ist als der Rest des ge- schäumten Polymers 5. Es bildet sich eine kalibrierte, sehr glatte Oberfläche aus.
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In dem Hohlraum 10, der sich zwischen dem geschäumten Polymer 5 und dem Innenleiter 6 bildet, kann ein Vakuum angelegt werden, wodurch der Schäumungsgrad gesteigert wird.
Gemäss Fig. 2 liegt der Durchmesser d der Ringdüse 2 zwischen dem Durchmesser D des Kalibrierrohrs 1 und dem Durchmesser des Innenleiters 6. Die Schäumung erfolgt daher sowohl in Richtung zum Innenleiter 6 als auch in Richtung zum Kalibrierrohr 1. Die Abkühlung erfolgt später, die Skin 7 ist daher dünner.
Es bildet sich zusätzlich zum Hohlraum 10 auch ein Hohlraum zwischen geschäumtem Poly- mer 5 und Kalibrierrohr 1 aus, der ebenfalls mit Vakuum beaufschlagt werden kann.
Gemäss Fig. 3 entspricht der Durchmesser d der Ringdüse 2 dem Durchmesser des Innenlei- ters 6. Die Schäumung erfolgt nur in Richtung zum Kalibrierrohr 1. Die Abkühlung erfolgt noch später, die Skin 7 ist noch dünner.
Es bildet sich nur noch ein Hohlraum zwischen geschäumtem Polymer 5 und Kalibrierrohr 1 aus, der mit Vakuum beaufschlagt werden kann.
Dieses Verfahren kann auf alle Arten von Innenleitern angewendet werden: solid, verseilt, glat- tes oder gewelltes Rohr ; Kupfer, Aluminium, Stahl usw. Selbstverständlich kann es auch auf solche Innenleiter angewendet werden, die vor der Schaumisolierung mit einer in Tandem- oder Co- Extrusionsverfahren aufgebrachten Innenskin zur besseren Haftung des Schaums versehen sind.
Das Verfahren lässt sich bei allen Durchmessern der Schaumisolation (des Dielektrikums) anwen- den. Es eignet sich auch für Zwei- und Mehrschichtextrusion (auch bei Extrusion einer Aussenskin).
Es eignet sich auch für beliebige Profilquerschnitte, z. B. Zwillingsleiter, Nutenkabei oder sonsti- ge Konstruktionen.
PATENTANSPRÜCHE:
1.Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von ummantelten Kabeln, insbesondere für Ko- axialkabel mit einem Innenleiter und einem Aussenleiter, wobei dazwischen ein geschäum- tes Polymer als Dielektrikum angeordnet ist, bei welchem Verfahren das mit chemischen und/oder physikalischen Treibmitteln versetzte Polymer mittels eines Werkzeugs, insbe- sondere mittels eines Extruders, auf den Innenleiter aufgebracht und danach abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer unmittelbar nach dem Werkzeugaus- tritt an der Aussenschicht mit einem gekühlten Kalibrierrohr abgekühlt und kalibriert wird, sodass aussen eine gegenüber dem restlichen Polymer dichtere Skin-Schicht entsteht.