CH449734A - Verfahren und Vorrichtung zum Umspritzen einer elektrischen Leiterseele mit mehreren Kunststoffschichten - Google Patents

Description

  
 



  Verfahren und Vorrichtung zum Umspritzen einer elektrischen Leiterseele mit mehreren Kunststoffschichten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umspritzen einer elektrischen Leiterseele mit mehreren Kunststoffschichten, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens.



   Die Erfindung bezweckt' das Umspritzen einer elektrischen Leiterseele mit einer Mehrzahl von Schichten in einem kontinuierlichen Verfahren mit anschliessender Vulkanisation, während alle diese Schichten noch frisch gespritzt und in einem Zustand sind, um während der Vulkanisation die bestmögliche Verbindung zu erhalten.



   Weiterhin ermöglicht die Erfindung, den elektrischen Leiter direkt mit einer dünnen   Innen schicht    zu umspritzen, wobei man die Masse und gute Wärmeleitfähigkeit des Leiters als  Wärmeschlucker  ausnutzt, so dass die Innenschicht rasch auf eine Temperatur abkühlt, die den gleich folgenden Durchgang durch eine anschliessende Spritzmaschine zum gleichzeitigen Aufbringen anderer Schichten über die Innenschicht zulässt.



   Derart erhält man nicht nur eine bessere Verbindung der Schichten sondern auch eine grössere Freiheit von Hohlräumen und eine hohe Fertigungsgeschwindigkeit. Die Erfindung betrifft abgesehen vom   Verb au    ren auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.



   Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher umschrieben.



   Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Anordnung von Spritzmaschinen und einer Vulkanisierkammer zum Aufbringen von Schichten auf einer Leiter;
Fig. 2 einen stark vergrösserten Ausschnitt eines Teils der in Fig. 1 gezeigten ersten Spritzmaschine im Schnitt;
Fig. 3 einen stark vergrösserten Ausschnitt eines Teils der in Fig. 1 gezeigten zweiten Spritzmaschine im Schnitt und
Fig. 4 bis 6 stark vergrösserte Schnitte längs der Linien 4-4, 5-5 bzw. 6-6 der Fig. 1.



   Ein nackter elektrischer Leiter 10, der in Fig. 4 als verseilter Leiter gezeigt ist, wird von einer Leiterzuführung, beispielsweise einer Spule, einer ersten Spritzmaschine 12 zugeführt, in der eine Innenschicht 14 (Fig. 5) auf der Leiter 10 aufgebracht wird. Konstruktion und Arbeitsweise dieser Spritzmaschine 12 werden in Verbindung mit Fig. 2 erläutert.



   Von der Spritzmaschine 12 läuft der Leiter 10 kontinuierlich zu einer zweiten Spritzmaschine 16, deren Konstruktion und   Arbeitsweise    in Verbindung mit Fig. 3 beschrieben werden. In der Spritzmaschine 16 werden zwei weitere Schichten 18 und 20 (Fig. 6) auf die Innenschicht 14 aufgebracht.



   Hinter der Spritzmaschine 16 läuft der Leiter 10 mit seinen übereinanderliegenden Schichten 14, 18 und 20 kontinuierlich durch eine Vulkanisierkammer 22, wo die Schichten auf eine Vulkanisierung bewirkende Temperatur erwärmt werden. Die Kammer 22 ist vorzugsweise eine Kettenlinienkammer, durch die der Leiter ohne Berührung irgendwelcher Führungen oder anderer Oberflächen läuft, während die Aussenschicht   20 weich und leicht t zu beschädigen ist. Die Vulkani-    sierkammer 22 ist von üblicher Bauart, und die Arbeitsweise ist dem Fachmann wohl bekannt. Wenn über die Schicht 20 eine Schutzschicht 23 gespritzt werden soll, wird der Leiter durch eine dritte Spritzmaschine 24 geschickt, die weit genug von der Kammer 22 entfernt ist, um die notwendige Abkühlung der Schichten 18 und 20 vor dem Durchgang durch das Spritzmundstück der Spritzmaschine 24 zu erhalten.



   Fig. 2 zeigt den Aufbau der ersten Spritzmaschine 12. Eine Düsenspitze 32 ist in einer üblichen Spritzmaschinendüsenkörperkammer 31 gehalten. Die Düsenspitze 32 ist mit einer Längsbohrung 33 versehen, durch die sich der Leiter 10, wie in Fig. 2 gezeigt, von rechts nach links bewegt. In der Düsenkörperkammer 31 ist in einem Abstand hinter der Düsenspitze 32 ein Spritzmundstück 35 mit einem Auslauf 36 gehalten, der den endgültigen Gesamtdurchmesser der auf den Leiter 10 aufgespritzten Schicht bestimmt. Der Eintritt  des zur Herstellung der um den Leiter 10 gespritzten
Schicht dienenden Kunststoffmaterials erfolgt durch eine Öffnung 38 im Spritzkopf 30.

   Das mit 39 bezeichnete Kunststoffmaterial wird zweckmässigerweise durch die üblichen   Schneckenfördervorrichtungen,    die nicht gezeigt, jedoch wohl bekannt sind, in die Spritzkopföffnung 38 hinein und durch die Spritzmaschine hindurchgedrückt. Der Durchgang des Kunststoffmaterials 39 durch den entsprechend gestalteten Kanal zwischen dem Düsenende der Düsenspitze 32 und dem Auslauf 36 des Spritzmundstücks 35 zwingt das Material 39, rings um den Leiter 10 eine massive Wand oder Schicht zu bilden.



   Der Kunststoff 39 kann vernetzbares Polyäthylen oder vulkanisierbarer Butylkautschuk oder vulkanisierbare Äthylen-Propylenpolymere sein. Der Kunststoff wird mit leitendem Russ gefüllt, um die durch den Spritzkopf 30 auf den Leiter 10 gespritzte Schicht 14 als leitende Schicht herzustellen.



   Die Dicke der Schicht 14 hängt vom Durchmesser des Auslaufs 36 bezüglich des Durchmessers des Leiters 10 ab. Das Spritzmundstück 35 wird durch einen Halter 40 und Schrauben 42, die in Winkelabständen voneinander rings um den Endteil 44 durch diesen hindurchgeschraubt sind, an seinem Platz festgehalten.



  Verschieden grosse Spritzmundstücke 35 können in den Spritzkopf eingesetzt werden, um eine Innenschicht 14 mit anderer Dicke zu erhalten.



   Die gewünschte Dicke der Innenschicht 14 hängt vom Durchmesser des Leiters 10 und dem Betriebszweck ab, für den dieser bestimmt ist. Für Fernmeldekabel (Schwachstrom) genügt eine dünnere Wandstärke der Schicht 14 als für Starkstromkabel. In jedem Fall hängt die Mindestdicke der Schicht 14 von den physikalischen Eigenschaften des Materials 39 ab, das durch das Spritzmundstück 35 ausgepresst wird, um die Schicht 14 zu bilden. Bevorzugt wird eine Dicke von 0,38 bis   0,51 mm.    Der Kunststoff wird durch die Spritzmaschine 12 und durch die anderen Spritzmaschinen 16 und 24 mit einer Temperatur von ungefähr 204 bis   218     C ausgepresst.



   Fig. 3 zeigt den Aufbau des Spritzmundstücks der Spritzmaschine 16. Dieses Spritzmundstück kann nahe bei der Spritzmaschine 12 angeordnet werden, da die Schicht 14 bei ihrem Austritt aus dem Spritzmundstück 35 rasch abkühlt. Da sie dünnwandig ist und infolgedessen eine geringe Masse besitzt und in Berührung steht mit der verhältnismässig grossen Masse des sehr gut wärmeleitenden Leiters 10, wird die Schicht 14 rasch abgekühlt, wobei der Leiter, wie oben erläutert, als  Wärmeschlucker  bzw. Kühlkörper wirkt.



   In Fig. 3 besitzt ein Spritzkopf 50 eine Düsenkörperkammer 51, die eine Düsenspitze 52 trägt. Diese Düsenspitze 52 hat eine Längsbohrung 53, durch die der mit der Innenschicht 14 überzogene Leiter 10 von rechts nach links läuft, wie in Fig. 3 gezeigt. In der Düsenkörperkammer 51 ist hinter der Düsenspitze 52 ein Spritzmundstück 55 gehalten, das aus zwei Teilen 55a und 55b zusammengesetzt ist. Das Spritzmundstück 55 hat einen Auslauf, der den   Gesamtdurchmes-    ser der in der Spritzmaschine 16 über den Leiter gespritzten Schichten bestimmt.



   Das Spritzmundstück 55 wird an seinem Platz gehalten durch das Zusammenwirken der   Düsenkörper-    kammer 51, eines Halters 60 und eines Endgehäuses 62, das am Spritzkopf 50 mittels Schrauben befestigt ist, die in Winkelabständen rings um den Umfang des Endgehäuses 62 angeordnet sind. Der Halter 60 ist im Endgehäuse 62 durch andere Schrauben 66 zentriert, die in Winkelabständen rings um das Endgehäuse 62 an Stellen zwischen den Schrauben 64 angeordnet sind.



   Kunststoffisoliermaterial 69 wird in den Spritzkopf 50 durch einen Kanal 52 eingeführt, wobei es durch einen Schneckenförderer oder andere übliche Vorrichtungen, um Kunststoff unter Druck einem Spritzkopf zuzuführen, eingepresst wird. Dieses Kunststoffmaterial 69 kann das gleiche wie das oben beschriebene Kunststoffmaterial 39, jedoch ohne Zusatz von Russ sein, da das Material 69 über den Innenschicht 14, die eine leitende Schicht ist, eine elektrische Isolierschicht bilden soll. Durch einen anderen Kanal 76 wird ein anderes Kunststoffmaterial 79 in den Spritzkopf 50 eingeführt.



  Dieses Kunststoffmaterial 79 dient dazu, über der von dem isolierenden Kunststoff 69 gebildeten Schicht eine Isolationsabschirmschicht, d. h. die äussere Schicht 20, zu bilden. Diese äussere Schicht 20 ist vorzugsweise ebenfalls eine leitende Schicht und kann aus dem gleichen Material wie die Innenschicht 14 bestehen.



   Das leitende Kunststoffmaterial 79, das über der dickeren Isolierschicht 18 die äussere Schicht 20 bilden soll, lässt man über die Grenzschicht zwischen dem Kunststoffmaterial 69 und der trichterförmigen Oberfläche des Spritzmundstücks 55 um deren ganzen Umfang herum und vorzugsweise nahe bei der Stelle, wo das Isoliermaterial 69 in das Spritzmundstück 55 eintritt, verlaufen.



   Das hier sog. Verlaufenlassen oder Ausdrücken eines zweiten Kunststoffs in die Grenzschicht zwischen der Hauptmasse des um den fortbewegten Leiter gespritzten Kunststoffmaterials und einer eine Wand bildenden Oberfläche des Spritzmundstücks soll bedeuten, dass man kontinuierlich unter Druck eine verhältnismässig kleine abgemessene Menge des zweiten Kunststoffmaterials in die Grenzschicht zwischen der Hauptmasse des Kunststoffmaterials und dem umgebenden Spritzmundstück in einer Schicht austreten lässt, die sich um den gesamten Umfang der die Wand bildenden Oberfläche erstreckt und die gewünschte Dicke für die aus dem hier als Material 79 bezeichneten zweiten Kunststoffmaterial geformte Schicht besitzt.



   In der gezeigten Ausführungsform ist in der äusseren Oberfläche des Spritzmundstücks 55 zwischen der Vorderkante des Mundstücks und der Wand der Düsenkörperkammer 51 ein Umfangskanal 82 ausgebildet, dem das Kunststoffmaterial 79 unter Druck zugeführt wird. Der Kanal 76 ist in der gezeigten Weise unterschnitten, um dem Durchfluss des Kunststoffmaterials 79 um das Ende des Spritzmundstücks 55 herum einen verhältnismässig geringen Widerstand zu bieten.

   Durch diese Ausbildung ist es möglich auf das Material 79 rings um das Spritzmundstück einen im wesentlichen gleichmässigen Druck auszuüben und damit über den ganzen Umfang einen gleichmässigen Film des leitenden Kunststoffmaterials über eine Vorderkante 84 des Spritzmundstücks 55 zur Grenzschicht zwischen dem isolierenden Kunststoffmaterial 69 und der trichterförmigen wandbildenden Oberfläche des Spritzmundstücks austreten zu lassen.



   Durch   Regelung    des Drucks des Kunststoffmaterials 79 im Kanal 82 kann die über die Kante 84 des Spritzmundstücks in die Zwischenschicht zwischen der wandbildenden Oberfläche des Spritzmundstückes und dem dickeren Körper von Kunststoffmaterial 69 aus  tretende Menge an Kunststoffmaterial 79 genau geregelt werden. Das leitende Kunststoffmaterial 79 wird dem Kanal 82 durch den Kanal 76 mittels üblicher nicht gezeigter Schneckenförderer oder entsprechender Fördervorrichtung zugeführt.



   Der (in der Zeichnung übertrieben dargestellte) Raum zwischen der Vorderkante 84 des Spritzmundstücks 55 und der Wand der Düsenkörperkammer 51 ist eng und regelt die Dicke der Schicht von Kunststoffmaterial 79, die aus dem Kanal 82 in die Grenzschicht zwischen dem Isoliermaterial 69 und der wandbildenden Oberfläche des Spritzmundstückes 55 austritt. Im Endprodukt ist die Schicht 20 ungefähr 0,38 bis 0,51 mm dick. Diese Schicht 20 ist mit der Schicht 18 eng und   gleichmässig    verbunden durch das Verschmelzen der beiden Kunststoffmaterialien 69 und 79, das durch Einwirkung von Druck und Temperatur im Spritzkopf 50 erfolgt. Die aus dem Material 69 gebildete Isolationsschicht 18 besitzt vorzugsweise eine Wandstärke von 3,8 bis 8,9 mm. Alle Schichten bestehen vorzugsweise aus Polyäthylen mit gewissen   Komc    poundierungszusätzen, wie üblich.

   Obgleich die Schicht 23 sich mit der Schicht 20 nicht ebenso eng verbindet wie die Schichten 18 und 20, stört das nicht, da die Schichten 20 und 23 beide leitende Schichten sind und kein Potentialgefälle zwischen ihnen besteht. Die Schicht 23 kann, falls gewünscht, vor dem Vulkanisieren aufgebracht werden.



   Die in begrenzter Menge über die Aussenfläche der dickeren Schicht des Kunststoffmaterials 69 ausgedrückte Schicht aus Kunststoffmaterial 79 wirkt in gewisser Hinsicht, wie man es von einem Schmiermittel erwarten könnte, zwischen der trichterförmigen wandbildenden Oberfläche des Spritzmundstücks 55 und der Aussenfläche des durch das Mundstück hindurchgehenden isolierenden Kunststoffmaterials 69.



   Wegen der Art und Weise, in der das Kunststoffmaterial 79 auf den Leiter aufgebracht wird, ist eine grössere Freiheit bei der Auswahl der Kompoundierungszusätze dieses Materials möglich. Beispielsweise kann das Material 79 60 Gewichtsteile Russ, 50 Gewichtsteile Polyäthylen und 50 Gewichtsteile   Butyl    kautschuk enthalten. Eine solche leitende Masse würde wegen ihres verhältnismässig hohen Russanteils nur eine geringe Zugfestigkeit besitzen und könnte nicht für sich in einer dünnen kontinuierlichen Schicht gespritzt werden. Wenn man versuchen wollte, dieses leitende Material getrennt (für sich) über einen zuvor geformten Isoliermantel zu spritzen, würde die aufgespritzte leitende Schicht diskontinuierlich und ungleichmässig sein und sich von der darunterliegenden Isolation leicht abschälen und trennen.



   Wegen der   irmigen    Verbindung des leitenden Kunststoffmaterials 79 mit dem Isoliermaterial 69, wenn beide gleichzeitig aufgebracht werden, kann die mechanische Schwäche der Abschirmschicht für sich selbst in Kauf genommen werden. Da die Abschirmschicht mit der Isolierschicht fest verbunden ist, wird sie durch die Isolierschicht verstärkt und gehalten, und die tatsächliche Kontinuität und   Gleichmässigkeit    der Abschirmschicht ist gewährleistet.



   Je nach den Erfordernissen besonderer Umstände und Bedingungen können Abwandlungen erfolgen, jedoch zeigen die vorliegenden Erfahrungen, dass man eine allgemeine Beziehung zwischen der Dicke der äusseren Schicht 20 und dem Durchmesser des Leiters 10 in Prozenten ausdrücken kann. Für Kabel mit bis zu 6,35 mm Durchmesser kann man als obere Grenze der Dicke der äusseren Schicht 20 ungefähr   2 0/o    des Durchmessers des Leiters 10 annehmen. Für Leiterdurchmesser von 6,35 bis 12,7 mm kann die maximale Dicke der äusseren Schicht 20 ungefähr 1,5   O/o    und für Leiterdurchmesser über   12,7 mm    ungefähr   1  /o    des Durchmessers des Leiters betragen.   

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH 1 Verfahren zum Umspritzen einer elektrischen Leiterseele mit mehreren miteinander verbundenen Schichten aus Kunststoffmaterial, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterseele (10) kontinuierlich in Richtung ihrer Länge vorgeschoben und dabei in einer ersten Spritzmaschine (12) mit einer Innenschicht (14) aus Kunststoffmaterial umspritzt wird und in einer zweiten Spritzmaschine (16) zwei weitere Schichten (18, 20) aus Kunststoffinaterial über die Innenschicht gespritzt werden, wobei der Abstand der Spritzmaschinen so gewählt wird, dass die Innenschicht bis zu dem Zeitpunkt, wo sie die zweite Spritzmaschine erreicht, auf eine für die Berührung mit der Düse sichere Teinr peratur abgekühlt wird, und die beiden weiteren Schichten von Kunststoffmaterial,

   von denen eine eine elektrisch isolierende Schicht von grösserer Dicke als die Innenschicht ist, praktisch gleichzeitig über die Innenschicht aufgespritzt werden.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht des Isoliermaterials als eine Zwischenschicht (18) über der Innenschicht (14) und die dritte Schicht (20) aus Kunststoffmaterial über die elektrisch isolierende Schicht t mit geringerer Wandstärke als die Isolierschicht t aufgetragen wird.

   2. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (79) der dritten Schicht (20) als eine dünnere Schicht über das Isolationsmaterial (69) ausgedrückt wird, bevor die Innenschicht (14) mit der Isolierschicht (18) umspritzt wird, und zwar während des Spritzvorgangs, so dass die Isolierschicht und die dritte Schicht zusammen und in Berührung miteinander aufgespritzt werden.

   3. Verfahren nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten aus vulkanisierbarem Material bestehen und die Leiterseele mit dem darauf befindlichen übereinanderliegenden Schichten von der zweiten Spritzmaschine (16) durch eine Vulkanisierkammer (22), in der die Schichten vulkanisiert werden, geführt wird.

   4. Verfahren nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht (18) und die dritte Schicht (20) bei höheren Temperaturen gespritzt werden, wodurch die Schichten miteinander verbunden werden, während sie auf die Innenschicht (14) aufgebracht werden.

   5. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenschicht (14) in einer Dicke von 0,38 bis 0,51 mm gespritzt wird und eine der in der zweiten Spritzmaschine (16) gespritzten Schichten eine unmittelbar über die Innenschicht aufgebrachte elektrisch isolierende Schicht t mit einer Dicke zwischen 3,8 und 8,89 mm und die in der zweiten Spritzmaschine aufgebrachte andere Schicht (20) eine äussere Schicht aus elektrisch leitendem Kunststoffmaterial mit 0,38 bis 0,76 mm Dicke ist.

   PATENTANSPRUCH II Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, gekennzeichnet durch eine erste Spritzmaschine (12) mit Vorrichtungen zum Um Spritzen der Seele (10) mit einer Innenschicht t (14) von Kunststoffmaterial, eine zweite Spritzmaschine (16) mit Vorrichtungen zum Aufbringen einer Schicht (18) von grösserer Dicke als die Innenschicht des Materials, und Vorrichtungen an der zweiten Spritzmaschine zum Ausdrücken von Material (79) für eine dritte Schicht (20) um das Material (69) für die Isolierschicht (18) herum, bevor die zweite Schicht (18) auf die erste Schicht (14) aufgebracht ist und als Teil des Spritzvorgangs bei der Aufbringung der Isolierschicht (18) auf die darunter liegende Innenschicht (14).

   UNTERANSPRÜCHE 6. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Spritzmaschine (12) eine Düse (35) mit kleinem Radialspalt (36) um die Seele herum besitzt, um die Innenschicht (14) von Kunststoffmaterial auf die Leiterseele (10) zu spritzen, und dass die zweite Spritzmaschine Vorrichtungen zum Spritzen der zweiten und dritten Schicht (18, 20) bei höherer Temperatur besitzt, um diese zweite und dritte Schicht während des Aufspritzens auf die erste Schicht miteinander zu verbinden.

   7. Vorrichtung nach Unteranspruch 6, gekennzeichnet durch eine hinter der zweiten Spritzmaschine (16) angeordnete Vulkanisierkammer (22), durch die der umspritzte Leiter nach dem Austritt aus der zweiten Spritzmaschine läuft.