DE102016209624A1

DE102016209624A1 - Verfahren zur Ummantelung eines Kabels, Kabel und Verwendung eines Mantelmaterials zur Ummantelung eines Kabels

Info

Publication number: DE102016209624A1
Application number: DE102016209624.9A
Authority: DE
Inventors: Christian Ernst; Sebastian Goß; Bastian Hitz; Jörg Wenzel
Original assignee: Leoni Kabel GmbH
Current assignee: Leoni Kabel GmbH
Priority date: 2016-06-01
Filing date: 2016-06-01
Publication date: 2017-12-07

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Ummantelung eines Kabels angegeben, wobei eine Kabelseele mit einem Mantel aus einem flüssigen Mantelmaterial ummantelt wird. Es wird weiterhin ein Kabel angegeben sowie eine Verwendung für ein Mantelmaterial.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ummantelung eines Kabels, ein entsprechendes Kabel sowie eine Verwendung eines Mantelmaterials zur Ummantelung des Kabels.
Ein Mantelmaterial für eine Leitungsisolation ist in der DE 10 2012 109 502 A1 beschrieben.
Grundsätzlich ist es möglich, das Mantelmaterial zunächst im Rahmen einer Compoundierung als Granulat zu fertigen und dieses dann einer Extrusionsanlage zuzuführen, um einen Kabelmantel auszubilden. Dabei erfolgt zumindest zweimal eine Erwärmung, nämlich einmal bei der Compoundierung, d.h. bei der Herstellung des eigentlichen Mantelmaterials, und ein weiteres Mal bei der Extrusion, bei welcher das Granulat erwärmt und aufgeschmolzen wird, um das Mantelmaterial überhaupt verarbeiten zu können. Nach der Compoundierung und vor der Extrusion wird das Mantelmaterial getrocknet und abgekühlt. Dadurch ist die gesamte Herstellung des Kabelmantels sehr energieaufwendig.
Das Mantelmaterial in der oben genannten DE 10 2012 109 502 A1 ist ein pastöses PVC, welches derart hergestellt ist, dass sich eine pastöse, schmelzeförmige Masse ergibt. Dies wird durch eine sogenannte Direktcompoundierung erreicht, bei welcher PVC als Ausgangsmasse einem Extruder zugeführt wird, dort mit Zuschlagstoffen, speziell einem Weichmacher vermischt wird und zugleich mit einem speziellen Temperaturprofil temperiert wird. Im Zuge der Temperierung erfolgt bereits eine Gelierung, d.h. Aushärtung des Mantelmaterials, da der Weichmacher vollständig in das PVC diffundiert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ummantelung eines Kabels möglichst einfach und energieeffizient zu gestalten. Dazu soll ein möglichst einfaches und energieeffizientes, verbessertes Verfahren zur Ummantelung eines Kabels, ein Kabel sowie eine Verwendung eines geeigneten Mantelmaterials für das Verfahren angegeben werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1, durch ein Kabel mit den Merkmalen gemäß Anspruch 18 sowie durch eine Verwendung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 19. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Varianten sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei gelten die Ausführungen im Zusammenhang mit dem Verfahren sinngemäß auch für das Kabel sowie für die Verwendung und umgekehrt.
Das Verfahren dient der Ummantelung eines Kabels. Dabei wird eine Kabelseele mit einem Mantel aus einem flüssigen Mantelmaterial, insbesondere PVC, ummantelt. Das Mantelmaterial ist kaltgemischt und wird einer Auftraganlage zugeführt, mittels welcher das Mantelmaterial flüssig auf die Kabelseele aufgetragen wird. Die Zuführung zur Auftraganlage erfolgt insbesondere mittels einer Zuführeinheit, welche auch als Speicher oder Reservoir für das pastöse, kaltgemischte Mantelmaterial dient.
Die Kabelseele ist beispielsweise ein einfacher Leiter, eine Ader, ein Aderverbund, eine Leitung, selbst ein Kabel, eine oder mehrere optische Fasern, ein Medienschlauch, allgemein ein Schlauch oder eine Kombination hiervon.
Der Erfindung liegt insbesondere die Beobachtung zugrunde, dass die Herstellung eines Kabelmantels durch Aufschmelzen und Extrudieren eines Granulats, welches vorher durch Compoundierung hergestellt wurde, sehr energieaufwendig ist. Insgesamt wird hierbei zumindest zweimal jeweils eine Erwärmung und eine Abkühlung vorgenommen, sodass ein solches Verfahren besonders energie- und somit auch kostenintensiv ist.
Ein Kerngedanke der Erfindung besteht nunmehr insbesondere darin, als Mantelmaterial ein modifiziertes und verbessertes Material zu verwenden, welches zuvor vorteilhafterweise in einem Kaltmischverfahren hergestellt wird, d.h. zu dessen Herstellung keine Aufwärmung über die Schmelzetemperatur des Materials und entsprechend keine anschließende Abkühlung benötigt wird, sodass das Mantelmaterial ein kaltgemischtes Mantelmaterial ist. Mit anderen Worten: das Mantelmaterial wird zunächst aus verschiedenen Materialkomponenten oder Stoffen kalt zusammengemischt, wobei unter „kalt“ verstanden wird, dass auf eine insbesondere herkömmliche Temperierung zur Schmelzebildung beim Vermischen verzichtet wird. Dies steht im Gegensatz zu einem herkömmlichen Compoundierungsverfahren, bei welchem zunächst die verschiedenen Materialkomponenten erwärmt werden, um diese miteinander im Rahmen einer Schmelze zu vermischen. Demgegenüber wird eine solche vorgeschaltete Erwärmung zwecks Vermischung ausgelassen.
Des Weiteren wird das Mantelmaterial beim Vermischen auch noch nicht ausgehärtet oder geliert, zumindest nicht vollständig. Die Materialkomponenten werden also bei einer Temperatur, auch als Mischtemperatur bezeichnet, vermischt, welche geringer ist als eine Schmelze- oder Aushärtetemperatur des Mantelmaterials, bevorzugt unterhalb von 100 °C.
Üblicherweise werden zumindest zwei Materialkomponenten miteinander vermischt, nämlich ein Kunststoff, vorzugsweise PVC, und ein Weichmacher. Um ein verarbeitungsfähiges Material zu erhalten muss der Weichmacher zumindest teilweise in den Kunststoff eindringen. Wesentlich beim Vermischen ist dann insbesondere, dass die Temperatur hierbei hoch genug ist, sodass der Kunststoff aufgeschlossen wird und der Weichmacher eindringen kann, jedoch gering genug, sodass das Material nicht vollständig geliert oder ausgehärtet wird und entsprechend einfach und flexibel verarbeitbar ist. Grundsätzlich ist die optimale Temperatur beim Vermischen von der Materialwahl abhängig und kann daher zumindest prinzipiell der Raumtemperatur entsprechen, wobei unter Raumtemperatur insbesondere eine Temperatur im Bereich von 15 bis 25 °C verstanden wird. Typischerweise liegt die Mischtemperatur jedoch oberhalb der Raumtemperatur. Bei der bevorzugten Verwendung von PVC als Materialkomponente wird dieses zweckmäßigerweise bei einer Mischtemperatur im Bereich zwischen 70 und 80 °C, insbesondere bei etwa 75°C mit den übrigen Materialkomponenten vermischt. Dem liegt die Beobachtung zugrunde, dass das PVC Molekülagglomerate bildet, welche zunächst aufgeschlossen werden müssen, um den Weichmacher einzuarbeiten. Ein zugemischter Weichmacher dringt erst ab einer bestimmten Temperatur, nämlich etwa 75°C, in den Kunststoff ein, wodurch dann die Materialkomponenten erst wirksam zu einer Paste oder Flüssigkeit vermischt werden. Das Eindringen des Weichmachers entspricht insbesondere bereits einer Teilgelierung des Mantelmaterials, stellt jedoch noch keine vollständige Aushärtung dar. Eine vollständige Aushärtung liegt erst vor, wenn der Weichmacher vollständig von dem PVC absorbiert worden ist.
Prozessbedingt ist es zudem unter Umständen möglich, dass auch ohne eine aktive Beheizung eine bezüglich der Raumtemperatur erhöhte Temperatur erreicht wird, insbesondere aufgrund parasitärer Effekte, wie beispielsweise Reibung. Solche prozessbedingten Erwärmungen werden im Zusammenhang mit dem Vermischen der einzelnen Materialkomponenten, d.h. der Herstellung des Mantelmaterials an sich nicht weiter berücksichtigt.
Im Gegensatz zum eingangs erwähnten Mantelmaterial der DE 10 2012 109 502 A1 , welches durch Direktcompoundierung hergestellt wird, ist das vorliegende Mantelmaterial beim Zuführen in die Auftraganlage und von dieser auf die Kabelseele demnach noch nicht ausgehärtet. Dadurch ist das Mantelmaterial von flüssiger, allgemein insbesondere pastöser Konsistenz, d.h. als Paste ausgebildet, und besonders einfach verarbeitbar. Dabei wird unter flüssig vorzugsweise verstanden, dass das Mantelmaterial eine Viskosität im Bereich von wenigstens 0,7 mPa·s und höchstens 10^3 mPa·s aufweist.
Das flüssige Mantelmaterial ist insbesondere auch ein vorteilhafterweise lagerbares Zwischenprodukt, d.h. die Herstellung des Mantelmaterials und die Herstellung des Mantels aus diesem Mantelmaterial bilden vorteilhaft zwei voneinander getrennte Schritte. Das in der Auftraganlage zugeführte Mantelmaterial ist somit bereits fertig hergestellt. Eine Vermischung einzelner Materialkomponenten für das Mantelmaterial erfolgt in der Auftraganlage gerade nicht, sondern vielmehr in einem von der Ummantelung separaten Herstellungsverfahren.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, dass vorliegend auch schon bei der Herstellung des Mantelmaterials auf eine Temperierung verzichtet wird, indem die Materialkomponenten kalt vermischt werden. Das Mantelmaterial wird somit insgesamt in einem flüssigen Zustand hergestellt und in diesem dann auch verarbeitet und erst ausgehärtet, nachdem das Mantelmaterial die Zuführeinheit und geeigneterweise auch die Auftraganlage verlassen hat.
Unter „Aushärten“ wird im Rahmen der vorliegenden Anmeldung auch „Gelieren“ verstanden, besonders im Zusammenhang mit PVC als Mantelmaterial. Zur Herstellung des Mantelmaterials wird z.B. pulverförmiges PVC unter anderem mit einem Weichmacher vermischt, welcher sich zwischen die einzelnen PVC-Körner legt, wodurch eine flüssige, allgemein pastöse Masse erzeugt wird. Beim Aushärten diffundiert der Weichmacher dann nach und nach in die PVC-Körner hinein und die Masse wird fester, d.h. deren Viskosität wird erhöht. Das Mantelmaterial wird vorzugsweise durch eine Wärmezufuhr ausgehärtet, und zwar nach dem das Mantelmaterial auf die Kabelseele aufgetragen wurde. Mit anderen Worten: das Aushärten erfolgt vorzugsweise durch eine Erwärmung des Mantelmaterials auf eine Temperatur oberhalb einer Aushärte- oder Schmelzetemperatur des Mantelmaterials.
In einer vorteilhaften Weiterbildung wird bei der Wärmezufuhr lediglich Prozesswärme verwendet, insbesondere durch Scherung und/oder Reibung des Mantelmaterials, wobei die Prozesswärme beim Auftragen des Mantelmaterials auf die Kabelseele entsteht. Diese Ausgestaltung ist besonders energieeffizient, da quasi ohnehin anfallende Energie in Form der Prozesswärme zum Aushärten des Mantelmaterials verwendet wird. Übliche Aushärtetemperaturen liegen zwischen 100 und 200 °C und sind durch Prozesswärme einfach zu erreichen. Auch ein Vorwärmen mittels Prozesswärme und ein Aushärten in Kombination mit einer zusätzlichen Wärmezufuhr stellt eine geeignete Variante dar. Die Prozesswärme entsteht beispielsweise als Reibungswärme an einer Mündungsöffnung der Auftrageinheit, durch welche das Mantelmaterial hindurchgefördert wird. Alternativ oder zusätzlich weist die Auftrageinheit eine Abstreifeinheit oder ein Mundstück, z.B. eine einfache Apertur auf, zur Formung einer Außenkontur des Mantels, wobei an der Apertur überschüssiges Mantelmaterial abgestreift wird und durch Scherung des Mantelmaterials Prozesswärme erzeugt wird.
Alternativ oder zusätzlich wird das Mantelmaterial ausgehärtet, indem das Kabel nach dem Aufbringen des Mantelmaterials auf die Kabelseele einer Heizvorrichtung zugeführt wird und dort insbesondere von außen beheizt wird. Das Aushärten des Mantelmaterials erfolgt dadurch vorrangig auch vorteilhaft räumlich getrennt von dem Aufbringen des Mantelmaterials. Die Heizvorrichtung ist dabei der Auftraganlage in Förderrichtung nachgeschaltet, sodass das Kabel zunächst aus der Auftraganlage ausgegeben wird und danach der Heizvorrichtung zugeführt wird. Die Heizvorrichtung wird derart betrieben, dass das Mantelmaterial auf eine Temperatur oberhalb der Aushärtetemperatur erwärmt wird, z.B. auf 100 bis 200°C, und dadurch das Mantelmaterial geliert. Dabei wird die Temperatur jedoch unterhalb einer Zersetzungstemperatur gehalten, um das Kabel nicht zu beschädigen. Beispielsweise ist die Heizvorrichtung ein Rohrofen, durch welchen hindurch das Kabel gefördert wird. Ein solcher Rohrofen ist besonders für hohe Fertigungsgeschwindigkeiten im Bereich von 1 bis 50 m/s geeignet, insbesondere da die Länge des Rohrofens quasi beliebig wählbar ist und somit ein weiter Bereich an Fertigungsgeschwindigkeiten abdeckbar ist. Als Heizvorrichtung sind auch diverse andere Öfen geeignet, z.B. ein Induktionsofen, ein Mikrowellenofen, ein Infrarotofen oder Ähnliches.
Insgesamt erfolgt eine Erwärmung vorteilhafterweise lediglich zum Aushärten des Mantelmaterials in aufgetragener Form. Zur Verarbeitung des Mantelmaterials, zum Aufbringen desselben sowie zu dessen Herstellung ist lediglich die oben bereits beschriebene geringe Erwärmung oder Temperierung notwendig, sodass zweckmäßigerweise auf eine zusätzliche Erwärmung über die Misch- und/oder Verarbeitungstemperatur hinaus verzichtet wird. Es wird demnach lediglich ein Erwärmungsschritt zwecks Aushärtung des Kabelmantels durchgeführt. Das Verfahren weist somit insgesamt deutlich reduzierte Energiekosten auf.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung wird die Auftraganlage kalt betrieben, d.h. unterhalb der Schmelztemperatur des Mantelmaterials und bei einer Temperatur wie oben im Zusammenhang mit der Kaltmischung beschrieben. Darunter wird dann verstanden, dass die Auftraganlage nicht aktiv beheizt wird oder lediglich auf die Misch- oder Verarbeitungstemperatur beheizt wird. Mit anderen Worten: die gesamte Auftraganlage und insbesondere auch die Zuführeinheit werden kalt betrieben. Dadurch wird vorteilhaft Energie eingespart. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Auftraganlage insgesamt auch betriebssicherer ist, da die Gefahr von Verbrennungen oder Brandunfällen deutlich verringert ist.
Das Mantelmaterial ist bereits unterhalb der Aushärtetemperatur und insbesondere bei Raumtemperatur besonders einfach zu verarbeiten. Das Mantelmaterial lässt sich demnach kalt verarbeiten und ist aufgrund der speziell gewählten Viskosität insbesondere pumpbar. Das im vorliegenden Verfahren vorzugsweise verwendete spezielle Mantelmaterial ermöglicht, insbesondere aufgrund der speziellen flüssigen Konsistenz, – d.h. der Viskosität, welche maßgeblich durch die anteilsmäßig aufeinander abgestimmten Materialkomponenten eingestellt ist – ein Verfahren ohne Temperierung des Mantelmaterials.
Vorzugsweise wird das Mantelmaterial kalt aufgetragen, nämlich bei einer Verarbeitungstemperatur, welche geringer ist als die üblicherweise verwendete Aushärtetemperatur und welche insbesondere der Mischtemperatur entspricht, d.h. derjenigen Temperatur, welche bereits zum Vermischen der einzelnen Materialkomponenten verwendet wurde. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass auf eine energieintensive Temperierung des Mantelmaterials während dessen Verarbeitung und speziell in der Zuführeinheit sowie geeigneterweise auch in der Auftraganlage verzichtet wird und zweckmäßigerweise auch verzichtet wird.
Bei der kalten Verarbeitung des Mantelmaterials ist zudem die Formung des Mantels vorteilhafterweise von dessen Aushärtung getrennt. Die Verarbeitungstemperatur ist insbesondere definiert als die Temperatur des Mantelmaterials in der Auftraganlage, sowie insbesondere am Übergang von der Zuführeinheit zur Auftraganlage. Ein Vorteil des kalten Auftragens ist insbesondere, dass das Mantelmaterial geringeren Temperaturen als herkömmlicherweise ausgesetzt wird und dadurch vorteilhaft thermisch weniger beansprucht wird. Durch die verringerte Energiezufuhr wird eine Degenerierung oder sogar Zersetzung des Mantelmaterials bei der Ummantelung des Kabels effektiv vermieden. Insgesamt weist das Mantelmaterial im fertigen Produkt eine geringere thermische Zersetzung auf.
In einer geeigneten Variante weist die Auftraganlage ein Mundstück auf, welches beheizt wird, wobei die übrige Auftraganlage kalt betrieben wird. Durch das beheizte Mundstück ist bei der Auftraganlage in Förderrichtung eine frontseitige Heizzone ausgebildet, durch welche das Mantelmaterial beim Austreten aus der Auftraganlage bereits vorgewärmt wird. Dadurch wird die nachgeschaltete Aushärtung deutlich vereinfacht. Beispielsweise wird das Mundstück auf eine Temperatur von etwa 200°C geheizt. Durch das Mundstück wird das Mantelmaterial nicht notwendigerweise schon über die Aushärtetemperatur hinaus erwärmt. Das Mundstück ist beispielsweise eine Düse, aus welcher das Mantelmaterial ausgedüst oder ausgespritzt wird.
Die diversen, oben beschriebenen Heizkonzepte können sowohl einzeln verwendet werden, als auch miteinander kombiniert werden. In jedem Fall erreicht jedoch das Mantelmaterial insbesondere erst nach dem Aufbringen auf die Kabelseele eine Temperatur oberhalb der Aushärtetemperatur und wird dann vorteilhaft erst nach einer entsprechenden Formgebung ausgehärtet. Durch entsprechende Auslegung und Dimensionierung der verschiedenen Heizkonzepte wird zudem zweckmäßigerweise die Härte des Mantels und allgemein die Biegeflexibilität des Kabels eingestellt. Alternativ oder zusätzlich erfolgt die Einstellung der Härte und allgemein der Biegeflexibilität über die Rezeptur des Mantelmaterials, insbesondere die verwendeten Polymere und/oder Weichmacher.
Aufgrund der insbesondere thermischen Verbindung diverser Teile der Auftraganlage miteinander ist es möglich, dass z.B. ausgehend von einem beheizten Mundstück ein Temperaturgradient ausgebildet ist, welcher zu einer gegenüber der Raumtemperatur erhöhten Temperatur von anderen Teilen der Auftraganlage führt. Dieser oder allgemein eine thermisch angebundene Komponente weist dann eine entsprechende Temperatur auf, wird aber weiterhin unbeheizt betrieben, d.h. nicht aktiv beheizt. Aufgrund der thermischen Anbindung erfolgt vielmehr lediglich eine passive Beheizung.
Eine Erwärmung des Mantelmaterials ist auch im Rahmen einer Oberflächenvergütung vorteilhaft, d.h. zur Vergütung einer Oberfläche, welche der Mantel ausbildet. Daher wird in einer zweckmäßigen Weiterbildung die Oberfläche nachbehandelt, indem eine Oberflächenvergütung durchgeführt wird, insbesondere ein Aufschmelzen der Oberfläche. Dabei wird das bereits ausgehärtete Mantelmaterial nochmals erwärmt und dabei zumindest oberflächlich aufgeschmolzen. Dadurch werden vorteilhaft Ungleichmäßigkeiten der Oberfläche geglättet. Nach einer nachfolgenden Aus- oder Abkühlung ist die Oberfläche und somit der Mantel deutlich homogener.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Auftrageinheit eine Temperiereinheit auf, mittels welcher das Mantelmaterial vor dem Auftragen erwärmt wird und mittels welcher die Viskosität des Mantelmaterials eingestellt wird. Dadurch lässt sich insbesondere auf einfache Weise die Stärke, d.h. Dicke des Mantels einstellen. Insbesondere führt eine höhere Viskosität hierbei zu einem dickeren Mantel, da das aufgetragene Mantelmaterial dann zähflüssiger ist.
Ein besonderer Vorteil des Verfahrens gegenüber herkömmlichen Verfahren ist insbesondere, dass sich der Mantel auch mit einer vergleichsweise großen Stärke in einem einzelnen Verfahrensschritt auftragen lässt. Dies ist insbesondere aufgrund der speziellen Konsistenz des Mantelmaterials möglich. Grundsätzlich ist es möglich, bei der Verwendung eines flüssigen Mantelmaterials ebendieses in mehreren Verfahrensschritten mehrschichtig aufzutragen und dadurch eine beliebige Stärke des Mantels zu realisieren. Dies ist jedoch aufwendig. Demgegenüber wird vorliegend der Mantel vorteilhafterweise vollständig als lediglich eine Schicht auf die Kabelseele aufgetragen. Die Stärke des Mantels, d.h. die Stärke der Schicht wird dabei wie oben beschrieben zweckmäßigerweise lediglich über die Viskosität des Mantelmaterials eingestellt, welche z.B. mittels einer Teilgelierung im Rahmen einer Vorwärmung des Mantelmaterials und/oder über die konkrete Materialzusammensetzung des Mantelmaterials eingestellt wird.
In einer geeigneten Ausgestaltung, vorzugsweise in Kombination mit der Ausbildung als lediglich eine Schicht, weist der Mantel eine Stärke von wenigstens 0,1 mm auf, bevorzugt wenigstens 0,5 mm und besonders bevorzugt wenigstens 1 mm, sowie höchstens eine Stärke von 2 mm.
In einer geeigneten Ausgestaltung wird das Mantelmaterial aufgetragen, indem die Kabelseele durch ein Tauchbad gefördert wird, welches aus dem Mantelmaterial besteht. Diese Ausgestaltung ist besonders einfach und ermöglicht besonders hohe Fertigungsgeschwindigkeiten, z.B. größer oder gleich 1500 m/min. Das Tauchbad enthält das flüssige, insbesondere kalte Mantelmaterial. Die Kabelseele wird insbesondere kontinuierlich durch das Tauchbad hindurchgefördert, z.B. gezogen. Dabei bleibt das Mantelmaterial an der Kabelseele haften, sodass der Mantel quasi aus dem Tauchbad gezogen wird. Das Tauchbad eignet sich besonders in Kombination mit der Ausbildung des Mantels als lediglich eine Schicht, da sich die Viskosität des Mantelmaterials besonders durch eine vorgeschaltete Teilgelierung desselben besonders einfach einstellen lässt und dann mit dem Tauchbad der Mantel je nach Bedarf in verschiedensten Stärken ausgebildet werden kann. Ein mehrfaches Durchlaufen des Tauchbades ist zur Ausbildung dickerer Mäntel ist nicht notwendig. Vielmehr wird hierzu vorteilhaft lediglich die Viskosität des Mantelmaterials geeignet eingestellt.
Alternativ oder zusätzlich wird das Mantelmaterial aufgetragen, indem dieses auf die Kabelseele aufgedruckt oder aufgesprüht wird. Diese Methoden sind ebenfalls besonders einfach. Ein Aufdrucken erfolgt z.B. mittels Tampondruck oder mittels eines Drucklaufrads. Ein Aufsprühen erfolgt z.B. ähnlich einer Durchlauflackierung. Insgesamt sind bei diesen Methoden wie auch beim Tauchbad besonders hohe Fertigungsgeschwindigkeiten realisierbar.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung weist die Auftraganlage als Zuführeinheit eine kalt betriebene Förderpumpe auf. Dadurch ist insgesamt ein kaltes Auftragen oder auch Kaltauftragen des Mantelmaterials realisiert, durch welches signifikant Energie eingespart wird. Die Materialzufuhr erfolgt also ohne aktive Beheizung des Mantelmaterials. Demgegenüber wird bei herkömmlichen Auftragverfahren die Auftraganlage und/oder die Zuführeinheit mittels eines bestimmten Temperaturprofils beheizt, um das Mantelmaterial überhaupt erst verarbeitbar zu machen. Dies ist vorliegend aufgrund des speziellen flüssigen Mantelmaterials aber nicht notwendig. Vielmehr wird auf eine entsprechend Beheizung vorzugsweise verzichtet. Die Förderpumpe ist beispielsweise eine sogenannte Schmelzepumpe. Mit einer Förderpumpe lassen sich vor allem solche Mantelmaterialien besonders einfach verarbeiten, welche eine besonders geringe Viskosität aufweisen, z.B. in einem Bereich zwischen 0,7 mPa·s bis 10^3 mPa·s, also flüssige Mantelmaterialien.
In einer geeigneten Ausgestaltung ist die Kabelseele ein Leiter. Das Kabel ist dann insbesondere eine Ader. Der Leiter ist beispielsweise ein einfacher Draht oder ein Litzenleiter. Der Leiter besteht z.B. aus Kupfer oder Aluminium.
Da das beschriebene Verfahren aufgrund der speziellen Konsistenz des Mantelmaterials vorteilhafterweise drucklos ist, eignet sich dieses ganz allgemein besonders für in dieser Hinsicht empfindliche Unterbauten, d.h. Kabelseelen.
In einer weiteren geeigneten Ausgestaltung wird die Kabelseele beheizt, insbesondere bevor diese der Auftraganlage zugeführt wird. Wie auch beim Vorwärmen z.B. über ein beheiztes Mundstück wird auch in dieser Ausgestaltung das Aushärten des Mantelmaterials deutlich vereinfacht, in diesem Fall jedoch durch ein Heizen des Mantels vom Inneren des Kabel aus. Die Beheizung der Kabelseele bietet sich besonders bei einem Leiter als Kabelseele an und ist dann z.B. durch eine Drahtheizung realisiert, beispielsweise mittels Induktionsheizung. Die Kabelseele wird beispielsweise auf etwa 200°C vorgewärmt und vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise auf eine Temperatur oberhalb der Aushärtetemperatur.
Wie bereits oben erwähnt, wird das vorliegende Verfahren maßgeblich durch das flüssige Mantelmaterial ermöglicht. Insofern wird die Aufgabe insbesondere auch durch das Mantelmaterial gelöst. Dieses ist vorzugsweise eine Mischung aus 100 Teilen eines PVCs, 25 bis 100 Teilen eines Weichmachers, 3 bis 18 Teilen eines Stabilisators und einem Füllstoff. Im gesamten Mantelmaterial weist der Weichmacher insbesondere einen Gewichtsanteil von 15 bis 50%, insbesondere bis 30% auf. Dadurch ist eine optimale Viskosität für das beschriebene Verfahren realisiert. Insgesamt ist das pastöse Mantelmaterial dann insbesondere nach Art einer Knetmasse ausgebildet und bei Raumtemperatur knetbar. Als Weichmacher sind beispielsweise DPHP oder DEHP geeignet und allgemein Pthalat- oder Trimellitatweichmacher.
Bevorzugterweise besteht das PVC zumindest teilweise aus E-PVC, d.h. durch Emulsionspolymerisation gewonnenes PVC. Dieses ist insbesondere für die flüssige Darstellung des Mantelmaterials charakteristisch. In einer bevorzugten Weiterbildung ist das PVC eine Mischung aus E-PVC und S-PVC, d.h. durch Suspensionspolymerisation gewonnenes PVC.
Der Anteil des Weichmachers am gesamten Mantelmaterial bestimmt insbesondere die Härte und die Reißdehnung des ausgehärteten Mantels. In einer geeigneten Ausgestaltung weist der ausgehärtete Mantel eine im Bereich zwischen Shore-A-Härte 70 und Shore-D-Härte 50 auf. Die Reißdehnung ist geeigneterweise größer als 120%. In nicht-ausgehärtetem Zustand bestimmt der Weichmacher maßgeblich die Viskosität des pastösen Mantelmaterials.
Vorzugsweise ist der Weichmacher ein Hochtemperatur-Weichmacher, welcher bis zu einer Temperatur von 250°C temperaturbeständig ist, sodass das Kabel vorteilhaft für Hochtemperaturanwendungen geeignet ist. Unter Hochtemperaturanwendung wird insbesondere ein Betrieb bei einer Temperatur oberhalb von 100°C und über einen längeren Zeitraum von z.B. mehreren Monaten verstanden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Mantelmaterial frei von Comonomeren, vorzugsweise frei von beidem und dadurch besonders einfach zu verarbeiten.
Comonomere dienen häufig als Weichmacher. In der genannten Ausgestaltung wird dann auf Comonomere als Weichmacher verzichtet und es wird stattdessen ein anderer Weichmacher verwendet.
In einer geeigneten Alternative ist dem Mantelmaterial ein Comonomer als Weichmacher beigemischt und das Mantelmaterial ist frei von einem Hochtemperatur-Weichmacher, welcher bis zu einer Temperatur von 250°C temperaturbeständig ist. Es wird somit ein Niedrigtemperatur-Weichmacher verwendet.
In einer geeigneten Ausgestaltung weist das Mantelmaterial zumindest eine der folgenden Stoffe auf: DPHP als Weichmacher, ein Magnesium-Aluminium-Zink-System als Stabilisator, Kreide oder gecoatete Kreide als Füllstoff. In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Mantelmaterial alle der genannten Stoffe auf. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung besteht das Mantelmaterial lediglich aus den genannten Stoffen und aus PVC, insbesondere in der oben genannten Zusammensetzung.
Das Magnesium-Zink-Aluminium-System wird allgemein auch als Stabilisator-Package bezeichnet und besteht insbesondere aus Magnesium, Zink, Aluminium in Kombination mit einem Gleitmittel, beispielsweise einem Stearat. Alternativ oder zusätzlich ist dem Stabilisator Calcium beigemengt
Ein erfindungsgemäßes Kabel ist insbesondere nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt und mit einem ausgehärteten Kabelmantel, d.h. Mantel ummantelt, welcher aus einem flüssigen und vorzugsweise kaltgemischten Mantelmaterial hergestellt ist. Das Mantelmaterial ergibt sich durch Aushärten des oben beschriebenen flüssigen Mantelmaterials.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen jeweils schematisch:
1 bis 3 jeweils eine Auftraganlage für ein Verfahren zur Ummantelung eines Kabels und
4 eine Heizvorrichtung.
Die 1 bis 3 zeigen jeweils eine Auftraganlage 2 zur Ummantelung eines Kabels 4, d.h. zum Aufbringen eines Mantel 6 auf eine Kabelseele 8. Die Kabelseele 8 ist beispielsweise ein einfacher Leiter, eine Ader, ein Aderverbund, eine Leitung, selbst ein Kabel, eine oder mehrere optische Fasern, ein Medienschlauch, allgemein ein Schlauch oder eine Kombination hiervon. Der Mantel 6 ist üblicherweise ein Außenmantel des Kabels 4. Grundsätzlich wird die Kabelseele 8 jeweils in einer Förderrichtung F durch die Auftraganlage 2 gefördert und mittels dieser ein Mantelmaterial M auf die Kabelseele 8 aufgetragen, um dieser zu ummanteln.
Bei dem Mantelmaterial M handelt es sich um ein flüssiges, kaltgemischtes Material. Dieses wird nach dem Auftragen durch eine Wärmezufuhr ausgehärtet. Hierzu wird beispielsweise die in 4 dargestellte Heizvorrichtung 10 verwendet, welche der Auftraganlage 2 in Förderrichtung nachgeschaltet wird. In einer nicht gezeigten Variante erfolgt insbesondere nach dem Aushärten noch eine Oberflächenvergütung, z.B. wiederum mittels einer Heizvorrichtung wie in 4.
Das Mantelmaterial M besteht aus mehreren Materialkomponenten, nämlich aus einem PVC, welches insbesondere zumindest teilweise aus E-PVC besteht und weiterhin aus einem Weichmacher, insbesondere DPHP, einem Stabilisator, insbesondere einem Magnesium-Aluminium-Zink-System mit einem Gleitmittel, und einem Füllstoff oder gecoateter Kreide. Dabei weist jede der Materialkomponenten einen bestimmten Anteil auf, um eine für das Verfahren geeignete Viskosität einzustellen, vorliegend im Bereich zwischen 0,7 und 10^3 mPa·s. So enthält das Mantelmaterial M für 100 Teile PVC etwa 25 bis 100 Teile des Weichmachers, 3 bis 18 Teile des Stabilisators und 0 bis 200 Teile des Füllstoffs. Diese Materialkomponenten werden zur Herstellung des Mantelmaterials M kalt, d.h. bei einer Mischtemperatur miteinander vermischt. Diese beträgt hier etwa 75°C und ist jedenfalls geringer als eine Aushärtetemperatur des Mantelmaterials, sodass bei der Herstellung des Mantelmaterials M noch kein vollständiges Aushärten und Gelieren erfolgt und das Mantelmaterial M als flüssige, allgemein pastöse und besonders einfach zu verarbeitende Masse vorliegt. Erst nach dem Aufbringen auf die Kabelseele 8 erreicht das Mantelmaterial M beim Aushärten eine Temperatur oberhalb der Aushärtetemperatur und wird dann ausgehärtet. Durch geeignete Dimensionierung der Heizkonzepte lassen sich die Härte des Mantels 6 sowie allgemein die Biegeflexibilität des Kabels 4 einstellen.
Das mittels der Auftraganlage 2 durchgeführte Verfahren ist besonders energiearm, da zum Einen eine energieaufwändige Compoundierung zur Herstellung des Mantelmaterials M entfällt und zum Anderen ebenjenes Mantelmaterial M zur Verarbeitung nicht temperiert werden muss. Die Auftraganlage 2 ist daher unbeheizt und wird kalt betrieben, d.h. unterhalb des Aushärtetemperatur, hier sogar bei Raumtemperatur, d.h. bei einer Temperatur im Bereich von 15 bis 25°C. Insgesamt ist somit ein besonders energieeffizienter, kalter Auftrag realisiert. Dieser wird insbesondere durch das spezielle, flüssige Mantelmaterial M ermöglicht, welches bei der genannten Temperatur besonders einfach verarbeitbar, insbesondere pumpbar ist.
Mittels der Heizvorrichtung 10 wird der Mantel 6 nach der Verarbeitung beispielsweise auf etwa 200°C erwärmt, wohingegen die Aushärtetemperatur lediglich etwa zwischen 60 und 80°C beträgt. Das Auftragen und das Aushärten des Mantelmaterials M erfolgen demnach räumlich getrennt. Vor dem Auftragen wird das Mantelmaterial M im Wesentlichen unterhalb der Aushärtetemperatur verarbeitet und erst nach dem Auftragen dann über diese hinaus erwärmt.
Im Ausführungsbeispiel der 1 ist die Auftrageinheit 2 mit einem Tauchbad 12 realisiert, durch welches die Kabelseele 8 hindurchgefördert wird. Die Auftraganlage 2 weist hier zudem ein Mundstück 14 auf, d.h. eine Apertur, durch welche die Kabelseele 8 mit dem aufgebrachten Mantelmaterial M hindurchläuft. Das Mundstück 14 dient in einer Variante zum Einstellen einer bestimmten Stärke S, d.h. Dicke des Mantels 6. Das Mantelmaterial M wird dem Tauchbad 12 über eine Zuführeinheit 16 zugeführt, welche hier als Förderpumpe zur Förderung des flüssigen Mantelmaterials M ausgebildet ist. Die Zuführeinheit 16 ist insbesondere unbeheizt, sodass das Mantelmaterial kalt zugeführt wird.
Die in 1 gezeigte Auftraganlage 2 weist zusätzlich eine Temperiereinheit 18 auf, mittels welcher das Mantelmaterial M vorgewärmt wird. Dadurch lässt sich auf einfache Weise eine Teilgelierung realisieren und die Viskosität des Mantelmaterials M einstellen, wodurch in einer Variante zum Einstellen über das Mundstück 14 wiederum die Stärke S des Mantels 6 eingestellt wird. Das Konzept der Vorwärmung des Mantelmaterials M mittels der Temperiereinheit 18 ist auch auf andere Auftraganlagen 2, insbesondere diejenigen der 2 und 3 übertragbar.
Alternativ oder zusätzlich wird in einer nicht gezeigten Variante ein Vorwärmen oder Aushärten des Mantelmaterials M durch Beheizen des Mundstücks 14 und/oder der Kabelseele 8 realisiert. Dadurch wird das Mantelmaterial M bereits an entsprechender Stelle vorgewärmt und das nachfolgende Aushärten somit erleichtert. In einer weiteren Variante wird alternativ oder zusätzlich Prozesswärme zum Aushärten oder Vorwärmen verwendet. Solche Prozesswärme entsteht z.B. am Mundstück 14 aufgrund von Scherung des Mantelmaterials M.
In 2 wird das Mantelmaterial M mittels der Auftraganlage 2 auf die Kabelseele 8 aufgesprüht, und zwar im Rahmen einer Durchlauflackierung. In 3 wird das Mantelmaterial mittels der Auftraganlage 2 aufgedruckt, und zwar mittels Drucklaufrädern 20. Alternativ ist auch ein Aufdrucken mittels Tampondruck denkbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012109502 A1 [0002, 0004, 0014]

Claims

Verfahren zur Ummantelung eines Kabels, wobei eine Kabelseele mit einem Mantel aus einem flüssigen Mantelmaterial, insbesondere PVC, ummantelt wird, wobei das Mantelmaterial kaltgemischt ist und einer Auftraganlage zugeführt wird und wobei das Mantelmaterial mittels der Auftraganlage flüssig auf die Kabelseele aufgetragen wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Mantelmaterial auf die Kabelseele aufgetragen wird und anschließend durch eine Wärmezufuhr ausgehärtet wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei bei der Wärmezufuhr lediglich Prozesswärme, insbesondere durch Scherung und/oder Reibung des Mantelmaterials, verwendet wird, welche beim Auftragen des Mantelmaterials auf die Kabelseele entsteht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Mantelmaterial ausgehärtet wird, indem das Kabel nach dem Aufbringen des Mantelmaterials auf die Kabelseele einer Heizvorrichtung zugeführt wird und dort beheizt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Mantel eine Oberfläche ausbildet, welche nachbehandelt wird, indem eine Oberflächenvergütung durchgeführt wird, insbesondere ein Aufschmelzen der Oberfläche.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Mantelmaterial eine Aushärtetemperatur aufweist, insbesondere im Bereich von 60 bis 80°C, und kalt aufgetragen wird, nämlich bei einer Verarbeitungstemperatur, welche geringer ist als die Aushärtetemperatur.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Mantelmaterial eine Viskosität im Bereich von 0,7 bis 1000 mPa·s aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auftrageinheit eine Temperiereinheit aufweist, mittels welcher das Mantelmaterial vor dem Auftragen erwärmt wird und mittels welcher die Viskosität des Mantelmaterials eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Mantel vollständig als lediglich eine Schicht auf die Kabelseele aufgetragen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Mantel eine Stärke von wenigstens 0,1 mm, bevorzugt wenigstens 0,5 mm und besonders bevorzugt wenigstens 1 mm aufweist, und höchstens eine Stärke von 2 mm aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Mantelmaterial aufgetragen wird, indem die Kabelseele durch ein Tauchbad gefördert wird, welches aus dem Mantelmaterial besteht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Mantelmaterial aufgetragen wird, indem dieses auf die Kabelseele aufgedruckt oder aufgesprüht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Auftraganlage eine kalt betriebene Förderpumpe aufweist, mittels welcher das Mantelmaterial gefördert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kabelseele ein Leiter ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kabelseele beheizt wird, insbesondere bevor diese der Auftraganlage zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Mantelmaterial eine Mischung aus 100 Teilen eines PVCs, 25 bis 100 Teilen eines Weichmachers, 3 bis 18 Teilen eines Stabilisators und einem Füllstoff ist.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das PVC zumindest teilweise aus E-PVC besteht.
Kabel, welches mit einem ausgehärteten Mantel ummantelt ist, welcher aus einem kaltgemischten, flüssigen Mantelmaterial, insbesondere PVC, hergestellt ist.
Verwendung eines flüssigen Mantelmaterials zur Ummantelung eines Kabels, wobei das Mantelmaterial eine Mischung aus 100 Teilen eines PVCs, 25 bis 100 Teilen eines Weichmachers, 3 bis 18 Teilen eines Stabilisators und einem Füllstoff ist.
Verwendung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Mantelmaterial kaltgemischt hergestellt ist.