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PATENTANSPRÜCHE
1. Apparatur für kontinuierliche Vulkanisierung von langgestreckten zu vulkanisierenden Erzeugnissen, wie z.B. von Kabeln, welche Apparatur ein Vulkanisierungsrohr (11) aufweist, durch welches das zu vulkanisierende Erzeugnis gezogen wird, welches Vulkanisierungsrohr (11) eine Erhitzungszone (A) und eine Abkühlungszone (B) aufweist, welche Apparatur weiter Mittel zum Erhitzen des Erzeugnisses in der Erhitzungszone auf die Vulkanisierungstemperatur sowie Mittel zum Abkühlen des vulkanisierten Erzeugnisses in der Abkühlungszone aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Vulkanisierungsrohr (11) selbst an mindestens eine Spannungsquelle (13, 13a, 13b) angeschlossen ist, so dass die Wandung des Vulkanisierungsrohres als elektrischer Widerstand wirksam ist, damit das Rohrmaterial erhitzt werden kann,
um einen auf das zu vulkanisierende Erzeugnis Wärme strahlenden Erhitzungsmantel zu bilden.
2. Apparatur gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Vulkanisierungsrohr (11) an den einander gegenüber liegenden Enden der Erhitzungszone (A) mit einer Spannungsquelle (13) verbunden ist zwecks Bildung eines sich über die gesamte Erhitzungszone erstreckenden einheitlichen Erhitzungsmantels (4).
3. Apparatur gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Vulkanisierungsrohr (11) im Bereich der Erhitzungszone (A) aus axial aufeinander folgenden Rohrteilen (1 pa, 1 ib) besteht, wobei jeder Rohrteil (1 pa, 1 Ib) für sich mit einer eigenen Spannungsquelle (13a, 13b) verbunden ist zur Bildung von mehreren aufeinander folgenden, voneinander getrennten Erhitzungsmänteln (Al, A2).
4. Apparatur gemäss Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Vulkanisierungsrohr (11) bzw. die Rohrteile (1 pa, 1 lb) im Bereich der Erhitzungszone (A) von einem radial aussenliegenden, gleichachsigen Mantelrohr (12) bzw.
Mantelrohren (12a, 12b) umgeben ist bzw. sind zur Bildung eines ringförmigen Kanals (17) für Kühlungsluft.
5. Apparatur gemäss Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Vulkanisierungsrohr (11) bzw. die Rohrteile (1 pa, 1 lb) über das den Kühlluftkanal (17) aussen begrenzende Mantelrohr (12, 12a, 12b) angeschlossen ist bzw. sind.
6. Apparatur gemäss Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Vulkanisierungsrohr (11) bzw. die Rohrteile (1 pa, 1 lb) im Bereich der Erhitzungszone (A) zur Leitung des Schutzgases in das und aus dem Vulkanisierungsrohr mit Einlauf- und Auslaufstutzen (15, 16) ausgerüstet ist bzw. sind.
7. Apparatur gemäss einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen am Auslaufende der Erhitzungszone (A) gelegenen, das Vulkanisierungsrohr (11) umgebenden Kasten (20), der für die Zirkulation einer das Vulkanisierungsrohr abkühlenden Kühlflüssigkeit mit Einlauf- und Auslaufstutzen (21, 22) ausgerüstet ist.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Apparatur für kontinuierliche Vulkanisierung von langgestreckten zu vulkanisierenden Erzeugnissen, wie z.B. von Kabeln, welche Apparatur ein Vulkanisierungsrohr aufweist, durch welches das zu vulkanisierende Erzeugnis gezogen wird, welches Vulkanisierungsrohr eine Erhitzungszone und eine Abkühlungszone aufweist, welche Apparatur weiter Mittel zum Erhitzen des Erzeugnisses in der Erhitzungszone auf die Vulkanisierungstemperatur sowie Mittel zum Abkühlen des vulkanisierten Erzeugnisses in der Abkühlungszone aufweist.
Für die Vulkanisierung von Kabeln wird allgemein ein Vulkanisierungsrohr verwendet, durch welches das zu vulkanisierende Erzeugnis gezogen wird und in welchem das Erzeugnis zunächst einer Erhitzung unterworfen wird, so dass das ein Vulkanisierungsreagenz enthaltendes Material des Erzeugnisses die Temperatur erreicht, bei welcher die Vulkanisierungsreaktion stattfindet, worauf das vulkanisierte Erzeugnis abgekühlt und aus dem Vulkanisierungsrohr geleitet wird. Als solche zu vulkanisierende Materialien können Niederdruckpolyäthylen (HDPE), Hochdruckpolyäthylen (LDPE), Äthylenpropylengummi (EPR) und andere synthetische Gummi, sowie Naturgummi genannt werden.
Bisher kennt man verschiedene Arten der Erhitzung des zu vulkanisierenden Erzeugnisses, von welchen nachstehend einige genannt werden.
Die Erhitzung des zu vulkanisierenden Erzeugnisses kann im Vulkanisierungsrohr mit Wasserdampf erfolgen, dessen Temperatur gewöhnlich rund 180 bis 210e C beträgt, und der Druck ent sprechenderweise 1,0 bis 2,0 MPa. Die Vulkanisierungsleistung der Apparatur hängt von der Länge des Rohrs und von der Temperatur des Wasserdampfes ab. Eine Erhöhung der Temperatur des Wasserdampfes veranlasst unvermeidlich auch eine Erhöhung des Druckes, und dies setzt wieder Anforderungen an die Festigkeit der mechanischen Teile. Aus diesem Grunde erachtet man es aus wirtschaftlichen Gründen nicht für zweckmässig, die genannten Werte für Temperatur und Druck bei den heute verwendeten Apparaturen zu überschreiten.
Es ist bisher üblich, die Erhitzung des zu vulkanisierenden Erzeugnisses im Vulkanisierungsrohr mit Hilfe von Infrastrahlern auszuführen, die sich innerhalb des Rohrs befinden. Der erforderliche Druck im Rohr wird mit Schutzgas erzeugt. Eine derartige Apparatur wird in der US-Patentschrift 3588954 beschrieben. Die Anordnung der Infrastrahler innerhalb des Rohrs im Bereich der Rohrwand ist technisch beschwerlich, und wegen des von den Strahlern benötigten Raums muss das Rohr mit grossem Durch messer und mit dicker Wandung ausgeführt werden. Wegen der hohen Flächentemperatur der Strahler beschädigen diese leicht die Oberfläche des zu vulkanisierenden Erzeugnisses. Aus diesem Grund kann das Verfahren nur in einem senkrechten Rohr angewendet werden. Die Strahler erhitzen wirksam nur einen kleinen Bereich.
Die Erhitzung des zu vulkanisierenden Erzeugnisses ist nicht gleichmässig, weil die Strahler separate Wärmeelemente sind und weil im Rohr nur eine begrenzte Anzahl von Strahlern angebracht werden kann. Der mit dem Schutzgas gemischte Wasserdampf und die in der Vulkanisierungsreaktion entstehenden Gase werden aus dem Rohr dadurch entfernt, dass man das Schutzgas durch eine komplizierte Reinigungs- und Trocknungsapparatur laufen lässt. Darüber hinaus ist der in diesem Verfahren zu vulkanisierende Rohstoff aus Sonderrohstoff, weil das unter Benutzung von Infrastrahlern zu vulkanisierende Erzeugnis die hohe Flächentemperatur der Strahler sonst nicht aushalten kann. Ausserdem muss wegen der höheren Vulkanisierungstemperatur eine längere Abkühlungszone benutzt werden.
Ausserdem ist es auch aus der US-Patentschrift 3645656 bekannt, die Erhitzung des zu vulkanisierenden Erzeugnisses mit Hilfe von heissem Schutzgas auszuführen, welches Gas mit einer ausserhalb des Vulkanisierungsrohrs gelegenen Erhitzungsapparatur erhitzt wird. Die Wärmeüberführungsfähigkeit von Gasen ist aber bekanntlich gering, zum Beispiel im Vergleich zum Wasserdampf, und somit kann das genannte Verfahren in der Leistung mit dem oben beschriebenen Dampfverfahren nicht konkurrieren.
Alle oben beschriebenen Verfahren weisen Wasserkühlung auf. Eine allgemein bekannte Tatsache ist aber die nachteilige Wirkung von Wasserdampf und Wasser auf zu vulkanisierende Erzeugnisse. Bei hoher Temperatur dringt das Wasser sehr leicht in das zu vulkanisierende Material, und eine porige Struktur ist die Folge. Die unmittelbare Ursache der porigen Struktur sind Mikroblasen, deren Durchmesser im Bereich von 1 bis 20 um variiert. In dieser Hinsicht ist die Dampfvulkanisierung den Schutzgasverfahren klar unterlegen. Die Mikroblasen sind zahlreicher und durchschnittlich grösser als bei im Schutzgas vulkani
sierten Erzeugnissen. Die Reinigung und Trocknung des Schutzgases in einer ausserhalb des Rohrs gelegenen Vorrichtung verbessert die Qualität des Erzeugnisses, aber Mikroblasen kommen immer noch vor.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Vulkanisierungsapparatur zu schaffen, die die Erhitzung des zu vulkanisierenden Erzeugnisses ohne Hilfe von gasförmigem oder flüssigem Medium und ohne Einsatz von separaten Wärmeelementen ermöglicht. Dieses Ziel wird mittels der Apparatur gemäss der Erfindung erreicht, welche Apparatur dadurch gekennzeichnet ist, dass das Vulkanisierungsrohr selbst an mindestens eine Spannungsquelle angeschlossen ist, so dass die Wandung des Vulkanisierungsrohrs als elektrischer Widerstand wirksam ist, damit das Rohmaterial erhitzt werden kann, um einen auf das zu vulkanisierende Erzeugnis Wärme strahlenden Erhitzungsmantel zu gestalten.
Gemäss der Erfindung wird eine Apparatur geschaffen, in welcher die Erhitzung des zu vulkanisierenden Erzeugnisses mittels der vom Vulkanisierungsrohr selbst ausgesandten Wärmestrahlung stattfindet. Das Rohr kann auf die gewünschte Temperatur geheizt werden, indem durch das Rohr ein elektrischer Strom z.B. ein Wechselstrom von niedriger Spannung, geleitet wird. Die Strahlung ist sehr homogen sowohl in der Achsrichtung des Rohres als auch in der Richtung des Umfanges, weil das Rohr einen einheitlichen Erhitzungsmantel bildet und die Oberflächentemperatur des Rohrs niedriger ist als die Oberflächentemperatur der oben beschriebenen Infrastrahler. Weil die Erhitzung bei Widerstandserhitzung gleichmässig stattfindet, kann die durchschnittliche Temperatur beim Erzeugnis niedriger gehalten werden.
Aus diesem Grunde kann ein normales Überzugsnia- terial verwendet werden. Darüber hinaus ist die Länge der Erhitzungszone kürzer als bei den anderen Strahlungsverfahren, und infolge der geringeren Erwärmung des Erzeugnisses kann die Kühlungszone kürzer konstruiert oder bei gleich langen Linien eine grössere Produktionsgeschwindigkeit gefahren werden.
Wegen der niedrigeren Vulkanisierungstemperatur ist das Erzeugnis auch weniger unregelmässig als die bei höheren Vulkanisierungstemperaturen hergestellten Erzeugnisse. Das Rohr kann ausserdem in kleinerer Grösse hergestellt werden, weil darinnen kein Raum für separate Wärmeelemente ausgespart zu werden braucht. Der Durchmesser des Rohrs wird somit allein nach dem Erzeugnis bestimmt, und die Dicke der Wandung des Rohrs je nach dem eventuell erforderlichen Druck. Dieses Erhitzungsverfahren kann ohne Rücksicht auf die Form und Lage des Vulkanisierungsrohrs angewendet werden.
Es ist möglich, das Vulkanisierungsrohr so an die Spannungsquelle anzuschliessen, dass ein für die gesamte Erhitzungszone einheitlicher Erhitzungsmantel erhalten wird, oder das Vulkanisierungsrohr in der Erhitzungszone an Spannungsquellen als separate Rohrteile so zu schalten, dass mehrere aufeinander folgende, voneinander getrennte Erhitzungsmäntel erhalten werden. In dieser Weise kann die Temperaturverteilung in der Längsrichtung des Rohrs jeweils wie gewünscht gewählt werden. Weil die Temperaturverteilung der Erhitzungszone je nach Bedarf programmiert werden kann, gibt es keine Gefahr einer Übervulkanisierung oder Versengung des Erzeugnisses. Die Optimierung der Erhitzung ergibt auch die bestmögliche Vulkanisierungsgeschwindigkeit, die im Vergleich zum konventionellen Dampfvulkanisierungsverfahren höher ist.
Es ist vorteilhaft, das Vulkanisierungsrohr bzw. Rohrteile im Bereich der Erhitzungszone mit Eingangs- und Ausgangsstutzen auszurüsten zwecks Zuführung eines Schutzgases in das Vulkanisierungsrohr. Dabei wird das Schutzgas nicht durch eine teuere Reinigungsapparatur geleitet, sondern das Gas wird am unteren Ende der Erhitzungszone durch eine kleine Düse direkt ausgelassen.
Die Kühlung des vulkanisierten Erzeugnisses kann mit Kühlgas oder mit Flüssigkeit vorgenommen werden. Wenn Kühlwasser verwendet wird, ist es vorteilhaft, nach der Erhitzungszone einen das Vulkanisierungsrohr umgebenden Kasten anzubringen, der für die das Rohr abkühlende Kühlflüssigkeit mit Einlauf- und Auslaufstutzen ausgerüstet ist. Indem der zwischen der Erhitzungszone und der Kühlungszone liegende Teil des Vulkanisierungsrohrs abgekühlt wird, kann der Kühlwasserdampf auf dem gekühlten Teil des Rohrs zum Kondensieren gebracht und somit ein Eindringen des Dampfes in die Erhitzungszone verhindert werden. Auch die eventuelle Anwesenheit eines Schutzgases in der Erhitzungszone verhindert das Eindringen des Wasserdampfes.
Wie oben schon erwähnt wurde, entstehen die Mikroblasen im Vulkanisierungsprozess durch die Wirkung des Wassers. Das Eindringen des Wassers ins Erzeugnis kommt aus der hygroskopischen Natur der verwendeten Rohstoffe, wie z.B. Kunststoff und Gummi. Der Vorgang ist ausserdem sehr schnell, weil die Temperatur des zu vulkanisierenden Erzeugnisses hoch ist, wenn es mit Wasser in Berührung kommt. Ausserdem wird aus der Oberfläche des Kühlwassers Wasser zur eigentlichen Vulkanisierungszone verdampft. Die ungünstigen Wirkungen des Verdampfens können einigermassen reduziert werden, wenn zwischen der Kühlungszone und der Erhitzungszone eine Kaltfalle der genannten Art oder eine Dichtung eingebaut wird, wo ein Teil des Wasserdampfes kondensiert wird.
Zur Vermeidung der von aus dem Wasserdampf herrührenden Mikroblasen entstehenden Nachteile ist es somit zu empfehlen, für das Kühlen ein gasförmiges Kühlungsmedium zu verwenden. Als Kühlungsmedium wird dabei ein Gas verwendet, das keine nachteilige Wirkung auf das zu vulkanisierende Erzeugnis aufweist. Solche Gase sind z.B. Stickstoff, Kohlendioxyd, Schwefelhexafluorid und gewisse Edelgase. Auf diese Weise ist es möglich, die Vulkanisierung der Erzeugnisse unter vollkommen trockenen Verhältnissen auszuführen, d.h. sowohl die Erhitzung als auch die Kühlung in völlig wasserfreiem Raum auszuführen.
Die Erfindung wird nachstehend näher beispielsweise beschrieben, und zwar mit Bezug auf die beiliegende Zeichnung, worin
Figur 1 in Seitenansicht eine günstige Ausführungsform der Vulkanisierungsapparatur gemäss der Erfindung darstellt, in welcher das Vulkanisierungsrohr für die Durchführung des Kabels von oben nach unten senkrecht ist,
Figur 2 schematisch im senkrechten Schnitt das Vulkanisierungsrohr der Apparatur darstellt,
Figur 3 vergrössert den Erhitzungsteil des Vulkanisierungsrohrs darstellt, und
Figur 4 einen alternativen Erhitzungsteil des Vulkanisierungsrohrs schematisch darstellt.
Die Figur 1 stellt eine senkrechte Vulkanisierungslinie dar, die als Hauptbestandteile einen senkrechten Vulkanisierungsteil 1, der mit einem Träger 2 in senkrechter Stellung gestützt ist, und eine auf der Höhe des oberen Endes des Vulkanisierungsteils gelegene Düsenpresse 3, deren Presskopf 4 auf einer Verlängerung des Vulkanisierungsteils gelegen ist, aufweist. Am oberen und unteren Ende des Vulkanisierungsteils sind Triebräder 5, 6 für die Leitung 7 angebracht, welche Leitung aus der Lagerspule 8 auf die Empfangspule 9 gezogen wird. Die Leitung erhält am Presskopf einen Mantel um sich, welcher Mantel zunächst auf die Vulkanisierungstemperatur erhitzt und dann im Vulkanisierungsrohr 1 abgekühlt wird. Der Vulkanisierungsteil list am oberen und unteren Ende mit Dichtungen 10 ausgerüstet, durch welche das Kabel 14 mit Mantel gasdicht läuft.
Die Figur 2 stellt vergrössert den Vulkanisierungsteil 1 dar, der ein Vulkanisierungsrohr 11 aufweist, durch welches das zu vulkanisierende Erzeugnis in der Achsrichtung - in diesem Fall vom oberen Ende des Rohrs nach unten durch das Rohr¯ geleitet wird. Das Rohr ist aus druck- und wärmebeständigem Material, z.B. aus Stahl. Beim Durchlaufen des Rohres wird das Erzeugnis der Vulkanisierungserhitzung und danach der Abkühlung unterworfen. Die Erhitzungszone ist mit A und die Kühlungszone mit B bezeichnet. Im Bereich der Erhitzungszone wird das Vulkanisierungsrohr von einem gleichachsigen aussenseitigen Mantelrohr 12 umgeben, das zum Beispiel aus Kupfer ist.
Dabei ist das Mantelrohr am oberen Ende am einen Pol eines Wechselstromtransformators 13 von niedriger Spannung geschaltet, während das Vulkanisierungsrohr am oberen Ende am anderen Pol des Transformators angeschlossen ist, so dass das Mantelrohr zur Zuführung des Erhitzungsstroms zum Vulkanisierungsrohr dient. Bei eingeschaltetem elektrischem Strom wird das Vulkanisierungsrohr erhitzt und ist im Bereich der Erhitzungszone A als in der Richtung des Rohrumkreises und in der Achsrichtung einheitlicher Heizmantel tätig, aus welchem Mantel Wärme auf das zu vulkanisierende Erzeugnis abstrahlt.
Am Vulkanisierungsrohr gibt es am Beginn der Erhitzungszone einen Eingangsstutzen 15 und am Ende der Erhitzungszone einen Ausgangsstutzen 16 zur Zuführung des Schutzgases an das Vulkanisierungsrohr. In den vom Mantelrohr 12 gebildeten ringlörmigen Kanal 17 kann vom unteren Ende durch einen Eingangsstutzen 18 mit einem Gebläse 19 Kühlluft zugeführt werden.
Unmittelbar nach der Erhitzungszone A ist vor der Kühlungszone B um das Rohr 11 ein Kasten 20 angebracht, der einen Einlaufstutzen 21 und einen Auslaufstutzen 22 für den Umlauf von Kühlwasser um diesen Teil des Rohrs zwecks Kühlung aufweist. Die Umlaufwasserpumpe ist mit 23 bezeichnet und ein Wärmeaustauscher mit 24. In diesem Teil des Vulkanisierungsrohrs wird in dieser Weise eine sogenannte Kaltfallenzone C gebildet.
Am Anfang der Kühlungszone B ist das Vulkanisierungsrohr mit einem Auslaufstutzen 25 und am Ende mit einem Einlaufstutzen 26 für Kühlgas oder Kühlflüssigkeit ausgerüstet, welches Gas bzw. welche Flüssigkeit man mit einer Pumpe 27 durch einen Wärmeaustauscher 28 umlaufen lässt. Kühlgas oder verdampfte Flüssigkeit, dasldie eventuell in die Erhitzungszone laufen will, wird im Kaltfallenbereich C kondensiert und fliesst zurück in die Kühlungszone B. Der Kasten 20 bildet somit eine sogenannte Kaltfalle. Ein Kühlgas wir statt Kühlwassers dann verwendet, wenn Materialien vulkanisiert werden, in welchen die Anwesenheit von Wasser nachteilige Folgen hat. In dieser Weise kann die Vulkanisierung bei Bedarf vollständig ohne jede Berührung des Erzeugnisses mit Wasserdampf oder Wasser ausgeführt werden.
Statt des in Figur 1 dargestellten einen Erhitzungsmantels kann die Erhitzungszone A aus mehreren aufeinanderfolgenden Erhitzungsmänteln bestehen. Dabei besteht der Anfangteil des Vulkanisierungsrohrs aus aufeinanderfolgenden separaten Rohrteilen 11 a, 11 b, von welchen jeder mit einem eigenen Transformator 13a, 13b verbunden ist, so dass die Rohrteile bei eingeschaltetem Strom die obigen Erhitzungsmäntel Al, A2 bilden. Durch geeignete Steuerung der Transformatoren kann die Temperaturverteilung der Erhitzungszone dem am besten geeigneten Vulkanisierungsvorgang des jeweils zu vulkanisierenden Erzeugnisses angepasst werden.
Nachstehend wird ein Beispiel von der Vulkanisierung eines Kunststoflkabels mit der Apparatur gemäss den Figuren 1 und 4 beschrieben. Eine mit Kunststoff zu überziehende Al-Leitung, deren Durchmesser 10,0 mm beträgt, wird mit dem Triebrad 5 durch den Düsenpressenkopf 4 ins Vulkanisierungsrohr und von dort weiter mit Hilfe des Triebrads 6 auf die Empfangspule 9 gezogen. Am Düsenpressenkopf 4 wird auf die Metalleitung eine 12 mm dicke Polyäthylenschicht gepresst. Die Presstemperatur des Kunststoffs beträgt 125 C, und die Erhitzungszone A wurde mit fünf Wechselstromtransformatoren geheizt, von welchen jeder seiner eigenen Zone je rund 2,0 bis 2,5 kA Wechselstrom zuSüh- ren.
Die Temperatur am Beginn des Erhitzungsteils A des Vulkanisierungsrohrs betrug 3500 C auf einer Strecke von 15 Meter und danach 3000 C auf einer Strecke von 23 Meter. Die Temperatur am Anfang der Kühlungszone B wurde bei Zimmertemperatur gehalten, indem in das diese Zone umgebende Mantelrohr Luft geblasen wurde. Das Vulkanisierungsrohr war mit Stickstoffgas gefüllt, dessen Druck 1,4 MPa betrug. Das in der Erhitzungszone umlaufende Schutzgas wie auch das in der Kühlungszone umlaufende Kühlungsgas wurden unter Druck gehalten, um die Entstehung von aus der Vulkanisierung herrührenden Gasblasen zu verhindern.
Das Erzeugnis wurde in diesem Beispiel mit einer Geschwindigkeit von 3,5 m/Min. vulkanisiert, und der erhaltene Vulkanisierungsgrad betrug 90%.
Gemäss der in der Figur 2 dargestellten Kühlungsweise wird das Kühlgas unter Überdruck über die Stutzen 25, 26 durch das Vulkanisierungsrohr 11 geführt, wobei das Kühlgas das vulkanisierte Kabel 14 kühlt und die Wärme dem Kühlgas ausserhalb des Rohrs entnommen wird. Alternativ ist es möglich, das Vulkanisierungsrohr 11 auf der Länge der Kühlungszone mit einem aussenseitigen Mantel auszurüsten, der mit Einlauf- und Auslaufstutzen für die Flüssigkeit oder für das Gas ausgerüstet ist, welche Flüssigkeit bzw. welches Gas man mit Hilfe einer Pumpe durch den Mantel und über einen Wärmeaustauscher umlaufen lässt.
Das Vulkanisierungsrohr 11 ist dabei mit Kühlungsgas gefüllt, an welches Wärme vom vulkanisierten Kabel abgegeben wird und welches Gas seine Wärme der mittels der durch den genannten Mantel umlaufenden Flüssigkeit bzw. des Gases gekühlten Wandung des Vulkanisierungsrohrs 11 übergibt. Um das gasförmige Kühlungsmedium ins Vulkanisierungsrohr zu leiten und in der Kühlungszone B unter Druck zu halten, ist die Kühlungszone mit nicht gezeigten Einlauf- und Auslaufstutzen für das Medium ausgerüstet. Statt dass das ins Vulkanisierungsrohr geblasene Kühlungsgas im Kreislauf nach Kühlung wieder dem Rohr zugeführt wird, ist es in einigen Fällen möglich, das Kühlgas aus dem Rohr z.B. durch den Stutzen 25 direkt in die Aussenluft zu leiten.
Die Zeichnung und die damit verbundene Beschreibung sind nur dazu vorgesehen, den Gedanken der Erfindung zu veranschaulichen. In ihren Einzelheiten kann die Apparatur gemäss der Erfindung sogar beträchtliche Variation im Rahmen der Patentansprüche aufweisen. Obwohl das Vulkanisierungsrohr in der Zeichnung als senkrecht dargestellt ist, kann es auch die Form einer Kettenlinie aufweisen und in jeder beliebigen Stellung angeordnet sein. Obwohl in Figur 2 dargestellt wird, dass das Vulkanisierungsrohr 11 am oberen Ende direkt am einen Pol einer Spannungsquelle und am unteren Ende über das Mantelrohr 12 am anderen Pol der Spannungsquelle angeschlossen ist, ist es selbstverständlich, dass das untere Ende des Vulkanisierungsrohrs mittels irgendeines anderen Zwischenteils oder einer Zwischenschiene mit der Spannungsquelle verbunden werden kann.
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PATENT CLAIMS
1. Apparatus for continuous vulcanization of elongate products to be vulcanized, e.g. of cables, which apparatus has a vulcanization tube (11) through which the product to be vulcanized is drawn, which vulcanization tube (11) has a heating zone (A) and a cooling zone (B), which apparatus further means for heating the product in the heating zone to the vulcanization temperature and means for cooling the vulcanized product in the cooling zone, characterized in that the vulcanization tube (11) itself is connected to at least one voltage source (13, 13a, 13b), so that the wall of the vulcanization tube is effective as an electrical resistance so that the pipe material can be heated
to form a heating jacket radiating heat to the product to be vulcanized.
2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the vulcanization tube (11) is connected at the opposite ends of the heating zone (A) to a voltage source (13) for the purpose of forming a uniform heating jacket (4) extending over the entire heating zone.
3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the vulcanizing tube (11) in the region of the heating zone (A) consists of axially successive tube parts (1 pa, 1 ib), each tube part (1 pa, 1 Ib) with itself A separate voltage source (13a, 13b) is connected to form a plurality of successive, separate heating jackets (A1, A2).
4. Apparatus according to claim 1 or 3, characterized in that the vulcanizing pipe (11) or the pipe parts (1 pa, 1 lb) in the region of the heating zone (A) of a radially outer, coaxial pipe (12) or
Jacket tubes (12a, 12b) is or are surrounded to form an annular channel (17) for cooling air.
5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the vulcanization pipe (11) or the pipe parts (1 pa, 1 lb) is or are connected via the jacket pipe (12, 12a, 12b) which delimits the cooling air duct (17) on the outside.
6. Apparatus according to claim 5, characterized in that the vulcanization pipe (11) or the pipe parts (1 pa, 1 lb) in the region of the heating zone (A) for guiding the protective gas into and out of the vulcanization pipe with inlet and outlet connections ( 15, 16) is or are equipped.
7. Apparatus according to one of claims 1 to 6, characterized by a box (20) which is located at the outlet end of the heating zone (A) and surrounds the vulcanization tube (11) and which for the circulation of a cooling liquid cooling the vulcanization tube with inlet and outlet nozzles (21 , 22) is equipped.
The present invention relates to an apparatus for the continuous vulcanization of elongate products to be vulcanized, e.g. of cables, which apparatus has a vulcanization tube through which the product to be vulcanized is drawn, which vulcanization tube has a heating zone and a cooling zone, which apparatus further means for heating the product in the heating zone to the vulcanization temperature and means for cooling the vulcanized product in the Has cooling zone.
For the vulcanization of cables, a vulcanization pipe is generally used, through which the product to be vulcanized is drawn and in which the product is first subjected to heating, so that the material of the product containing a vulcanization reagent reaches the temperature at which the vulcanization reaction takes place, whereupon the vulcanized product is cooled and passed out of the vulcanization pipe. Low-pressure polyethylene (HDPE), high-pressure polyethylene (LDPE), ethylene-propylene rubber (EPR) and other synthetic rubber, as well as natural rubber can be mentioned as such materials to be vulcanized.
Various types of heating of the product to be vulcanized have hitherto been known, some of which are mentioned below.
The product to be vulcanized can be heated in the vulcanization tube with water vapor, the temperature of which is usually around 180 to 210 ° C., and the pressure accordingly 1.0 to 2.0 MPa. The vulcanization performance of the equipment depends on the length of the pipe and the temperature of the water vapor. An increase in the temperature of the water vapor inevitably causes an increase in the pressure, and this again places demands on the strength of the mechanical parts. For this reason, it is not considered appropriate for economic reasons to exceed the above-mentioned values for temperature and pressure in the apparatus used today.
It has hitherto been customary to carry out the heating of the product to be vulcanized in the vulcanization tube with the aid of infrared lamps which are located inside the tube. The required pressure in the pipe is generated with protective gas. Such an apparatus is described in US Pat. No. 3,588,954. The arrangement of the infra-heater within the tube in the area of the tube wall is technically difficult, and because of the space required by the radiators, the tube must be made with a large diameter and with a thick wall. Because of the high surface temperature of the emitters, they easily damage the surface of the product to be vulcanized. For this reason, the method can only be used in a vertical pipe. The heaters effectively heat only a small area.
The heating of the product to be vulcanized is not uniform because the radiators are separate heating elements and because only a limited number of radiators can be installed in the pipe. The water vapor mixed with the protective gas and the gases formed in the vulcanization reaction are removed from the tube by letting the protective gas run through a complicated cleaning and drying apparatus. In addition, the raw material to be vulcanized in this process is made of special raw material, because the product to be vulcanized using infrared emitters cannot otherwise withstand the high surface temperature of the emitters. In addition, a longer cooling zone must be used due to the higher vulcanization temperature.
In addition, it is also known from US Pat. No. 3,645,656 to heat the product to be vulcanized with the aid of hot protective gas, which gas is heated with a heating apparatus located outside the vulcanization tube. However, the heat transfer capability of gases is known to be low, for example in comparison to water vapor, and thus the process mentioned cannot compete in performance with the steam process described above.
All of the methods described above have water cooling. A well-known fact is the adverse effect of water vapor and water on products to be vulcanized. At high temperatures, the water easily penetrates the material to be vulcanized, resulting in a porous structure. The immediate cause of the porous structure are microbubbles, the diameter of which varies in the range from 1 to 20 µm. In this regard, steam vulcanization is clearly inferior to the protective gas process. The microbubbles are more numerous and larger on average than in the protective gas vulkani
based products. The cleaning and drying of the shielding gas in an external device improves the quality of the product, but microbubbles still occur.
It is the object of the present invention to provide a vulcanization apparatus which enables the product to be vulcanized to be heated without the use of gaseous or liquid medium and without the use of separate heating elements. This goal is achieved by means of the apparatus according to the invention, which apparatus is characterized in that the vulcanization tube itself is connected to at least one voltage source, so that the wall of the vulcanization tube acts as an electrical resistance so that the raw material can be heated to one to design the heat-radiant heating jacket to be vulcanized.
According to the invention, an apparatus is created in which the product to be vulcanized is heated by means of the heat radiation emitted by the vulcanization tube itself. The tube can be heated to the desired temperature by applying an electrical current through the tube e.g. an alternating current of low voltage. The radiation is very homogeneous both in the axial direction of the tube and in the direction of the circumference, because the tube forms a uniform heating jacket and the surface temperature of the tube is lower than the surface temperature of the infrared radiators described above. Because the heating takes place evenly during resistance heating, the average temperature of the product can be kept lower.
For this reason, a normal coating material can be used. In addition, the length of the heating zone is shorter than with the other radiation methods, and due to the lower heating of the product, the cooling zone can be constructed shorter or a higher production speed can be run with lines of the same length.
Because of the lower vulcanization temperature, the product is also less irregular than the products manufactured at higher vulcanization temperatures. The tube can also be produced in a smaller size because there is no need to leave space for separate heating elements. The diameter of the tube is thus determined solely on the basis of the product, and the thickness of the wall of the tube is determined according to the pressure which may be required. This heating method can be used regardless of the shape and location of the vulcanization pipe.
It is possible to connect the vulcanization pipe to the voltage source in such a way that a heating jacket is obtained which is uniform for the entire heating zone, or to connect the vulcanization pipe in the heating zone to voltage sources as separate pipe parts in such a way that several successive, separate heating jackets are obtained. In this way, the temperature distribution in the longitudinal direction of the tube can be selected as desired. Because the temperature distribution of the heating zone can be programmed as required, there is no risk of over-vulcanization or scorching of the product. The optimization of the heating also gives the best possible vulcanization rate, which is higher compared to the conventional steam vulcanization process.
It is advantageous to equip the vulcanization pipe or pipe parts in the area of the heating zone with inlet and outlet connections for the purpose of supplying a protective gas into the vulcanization pipe. The protective gas is not passed through expensive cleaning equipment, but the gas is discharged directly through a small nozzle at the lower end of the heating zone.
The vulcanized product can be cooled with cooling gas or with liquid. If cooling water is used, it is advantageous to install a box surrounding the vulcanization pipe after the heating zone, which is equipped with inlet and outlet connections for the cooling liquid cooling the pipe. By cooling the part of the vulcanization tube lying between the heating zone and the cooling zone, the cooling water vapor on the cooled part of the tube can be condensed and the penetration of the steam into the heating zone can thus be prevented. The presence of a protective gas in the heating zone also prevents the penetration of water vapor.
As mentioned above, the microbubbles in the vulcanization process are created by the action of water. The penetration of water into the product comes from the hygroscopic nature of the raw materials used, e.g. Plastic and rubber. The process is also very fast because the temperature of the product to be vulcanized is high when it comes into contact with water. In addition, water is evaporated from the surface of the cooling water to the actual vulcanization zone. The unfavorable effects of evaporation can be reduced to some extent if a cold trap of the type mentioned or a seal is installed between the cooling zone and the heating zone, where part of the water vapor is condensed.
In order to avoid the disadvantages arising from microbubbles resulting from water vapor, it is therefore recommended to use a gaseous cooling medium for cooling. A gas is used as the cooling medium which has no adverse effect on the product to be vulcanized. Such gases are e.g. Nitrogen, carbon dioxide, sulfur hexafluoride and certain noble gases. In this way it is possible to vulcanize the products under completely dry conditions, i.e. perform both heating and cooling in a completely water-free room.
The invention is described in more detail below, for example, with reference to the accompanying drawings, in which
1 shows a side view of an inexpensive embodiment of the vulcanization apparatus according to the invention, in which the vulcanization tube for the passage of the cable is vertical from top to bottom,
FIG. 2 shows schematically the vulcanization tube of the apparatus in vertical section,
FIG. 3 shows an enlarged view of the heating part of the vulcanization tube, and
Figure 4 schematically illustrates an alternative heating part of the vulcanization tube.
FIG. 1 shows a vertical vulcanization line, the main components of which are a vertical vulcanization part 1, which is supported in a vertical position by a support 2, and a nozzle press 3 located at the level of the upper end of the vulcanization part, the press head 4 of which extends on an extension of the vulcanization part is located. At the upper and lower end of the vulcanization part there are drive wheels 5, 6 for the line 7, which line is drawn from the bearing coil 8 to the receiving coil 9. The line receives a jacket around it at the press head, which jacket is first heated to the vulcanization temperature and then cooled in the vulcanization tube 1. The vulcanization part is equipped at the upper and lower ends with seals 10, through which the cable 14 with the jacket runs gas-tight.
FIG. 2 shows an enlarged view of the vulcanization part 1, which has a vulcanization tube 11 through which the product to be vulcanized is passed through the tube in the axial direction - in this case from the upper end of the tube downwards. The tube is made of pressure and heat resistant material, e.g. from steel. When passing through the tube, the product is subjected to vulcanization heating and then to cooling. The heating zone is labeled A and the cooling zone is labeled B. In the area of the heating zone, the vulcanization tube is surrounded by a coaxial outer jacket tube 12, which is made of copper, for example.
The jacket tube is connected at the upper end to one pole of an AC transformer 13 of low voltage, while the vulcanization tube is connected to the other pole of the transformer at the top end, so that the jacket tube serves to supply the heating current to the vulcanization tube. When the electrical current is switched on, the vulcanization pipe is heated and is active in the area of the heating zone A as a heating jacket which is uniform in the direction of the pipe circumference and in the axial direction, from which jacket radiates heat onto the product to be vulcanized.
At the beginning of the heating zone there is an inlet connection 15 on the vulcanization tube and at the end of the heating zone there is an outlet connection 16 for supplying the protective gas to the vulcanization tube. In the annular channel 17 formed by the tubular casing 12, cooling air can be supplied from the lower end through an inlet connection 18 with a blower 19.
Immediately after the heating zone A, a box 20 is attached in front of the cooling zone B around the pipe 11, which box has an inlet connection 21 and an outlet connection 22 for the circulation of cooling water around this part of the pipe for the purpose of cooling. The circulating water pump is designated 23 and a heat exchanger 24. In this part of the vulcanization pipe, a so-called cold trap zone C is formed in this way.
At the beginning of the cooling zone B, the vulcanization pipe is equipped with an outlet connection 25 and at the end with an inlet connection 26 for cooling gas or cooling liquid, which gas or which liquid is circulated through a heat exchanger 28 with a pump 27. Cooling gas or evaporated liquid, which may want to run into the heating zone, is condensed in the cold trap area C and flows back into the cooling zone B. The box 20 thus forms a so-called cold trap. A cooling gas is used instead of cooling water when vulcanizing materials in which the presence of water has adverse consequences. In this way, the vulcanization can be carried out completely without any contact of the product with steam or water, if necessary.
Instead of the one heating jacket shown in FIG. 1, the heating zone A can consist of several successive heating jackets. The initial part of the vulcanization pipe consists of successive separate pipe parts 11a, 11b, each of which is connected to its own transformer 13a, 13b, so that the pipe parts form the above heating jackets A1, A2 when the current is switched on. By appropriately controlling the transformers, the temperature distribution of the heating zone can be adapted to the most suitable vulcanization process of the product to be vulcanized.
An example of the vulcanization of a plastic cable with the apparatus according to FIGS. 1 and 4 is described below. An Al line to be covered with plastic, the diameter of which is 10.0 mm, is pulled with the drive wheel 5 through the nozzle press head 4 into the vulcanization tube and from there further with the aid of the drive wheel 6 onto the receiving coil 9. At the nozzle press head 4, a 12 mm thick polyethylene layer is pressed onto the metal line. The molding temperature of the plastic is 125 C, and heating zone A was heated with five AC transformers, each of which supplied around 2.0 to 2.5 kA AC current to its own zone.
The temperature at the beginning of heating part A of the vulcanization tube was 3500 C over a distance of 15 meters and then 3000 C over a distance of 23 meters. The temperature at the beginning of cooling zone B was kept at room temperature by blowing air into the jacket tube surrounding this zone. The vulcanization pipe was filled with nitrogen gas, the pressure of which was 1.4 MPa. The protective gas circulating in the heating zone as well as the cooling gas circulating in the cooling zone were kept under pressure in order to prevent the formation of gas bubbles resulting from the vulcanization.
The product was in this example at a speed of 3.5 m / min. vulcanized, and the degree of vulcanization obtained was 90%.
According to the cooling method shown in FIG. 2, the cooling gas is passed under pressure via the connecting pieces 25, 26 through the vulcanization tube 11, the cooling gas cooling the vulcanized cable 14 and the heat being taken from the cooling gas outside the tube. Alternatively, it is possible to equip the vulcanization tube 11 along the length of the cooling zone with an outer jacket which is equipped with inlet and outlet connections for the liquid or for the gas, which liquid or which gas one can pass through the jacket and with the aid of a pump circulates through a heat exchanger.
The vulcanization tube 11 is filled with cooling gas, to which heat is given off by the vulcanized cable and which gas transfers its heat to the wall of the vulcanization tube 11 cooled by means of the liquid or gas circulating through the jacket mentioned. In order to guide the gaseous cooling medium into the vulcanization pipe and to keep it under pressure in the cooling zone B, the cooling zone is equipped with inlet and outlet connections (not shown) for the medium. Instead of the cooling gas blown into the vulcanization pipe being returned to the pipe after cooling, in some cases it is possible to remove the cooling gas from the pipe e.g. to lead through the nozzle 25 directly into the outside air.
The drawings and the description related to them are only intended to illustrate the concept of the invention. In its details, the apparatus according to the invention can even have considerable variation within the scope of the claims. Although the vulcanization tube is shown as vertical in the drawing, it can also have the shape of a chain line and can be arranged in any position. Although it is shown in FIG. 2 that the vulcanization tube 11 is connected at the upper end directly to one pole of a voltage source and at the lower end via the jacket tube 12 to the other pole of the voltage source, it goes without saying that the lower end of the vulcanization tube by means of some other intermediate part or an intermediate rail can be connected to the voltage source.