DE10344681B4

DE10344681B4 - Anlage zur Herstellung von Kabeln mit speziell ausgebildetem Teleskoprohr

Info

Publication number: DE10344681B4
Application number: DE2003144681
Authority: DE
Inventors: Gerhard Werner
Original assignee: Maschinenbau Scholz GmbH and Co KG
Current assignee: Maschinenbau Scholz GmbH and Co KG
Priority date: 2003-09-25
Filing date: 2003-09-25
Publication date: 2006-10-19
Anticipated expiration: 2023-09-26
Also published as: DE10344681A1

Abstract

Anlage zur Herstellung von Kabeln mit einer Extrusionsvorrichtung, die einen oder mehrere Extruder und einen von dem Leiter oder den Leitern des Kabels durchlaufenen Spritzkopf aufweist, und einem dem Spritzkopf nachgeschalteten Vulkanisationsrohr, das ein zum Spritzkopf benachbartes Teleskoprohr mit einem dem Spritzkopf zugewandten beweglichen Rohr und einem festen Rohr, in das das bewegliche Rohr hinein beweglich ist, umfaßt, wobei im beweglichen Rohr des Teleskoprohres eine Induktionserhitzungsanlage in Form einer das Kabel umgebenden stromdurchflossenen Spule angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der die stromdurchflossene Spule (7) umgebende Teil des beweglichen Rohres (6) des Teleskoprohres aus einem elektrisch nichtleitenden oder gering leitenden Material besteht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlage zur Herstellung von Kabeln mit einer Extrusionsvorrichtung, die einen oder mehrere Extruder und einen von dem Leiter oder den Leitern des Kabels durchlaufenden Spritzkopf aufweist, und einem den dem Spritzkopf nachgeschalteten Vulkanisationsrohr, das ein zum Spritzkopf benachbartes Teleskoprohr mit einem dem Spritzkopf zugewandten beweglichen Rohr und einem festen Rohr, in das das bewegliche Rohr hinein beweglich ist, umfaßt, wobei im beweglichen Rohr des Teleskoprohres eine Induktionserhitzungsanlage in Form einer das Kabel umgebenden stromdurchflossenen Spule angeordnet ist.

Eine derartige Anlage ist in der nichtvorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 103 11 512 vom 15.03.2003 "Anlage zur Herstellung von Kabeln" der Firma Troester GmbH & Co.KG vorgeschlagen worden. Bei einer derartigen Anlage muß das den Spritzkopf verlassende, frisch hergestellte Kabel in dem dem Spritzkopf nachgeschalteten Vulkanisationsrohr über eine bestimmte Zeit auf einer über der Vulkanisationstemperatur der extrudierten Schichten liegenden Temperatur gehalten werden. Das erfolgt von außen her durch das im Vulkanisationsrohr befindliche heiße, meist gasförmige Medium. Mit der dem Spritzkopf nachgeschalteten Induktionserhit zungsanlage wird die Seele des Kabels auf eine Temperatur über der Vulkanisationstemperatur erhitzt, so daß die für die Vulkanisation benötigte Wärme auch von innen her in die Isolierschichten eingetragen wird. Diese durch Induktion eingetragene Wärme verkürzt somit die Zeit, welche für das Durchwärmen des gesamten Querschnittes des Kabels auf die Vulkanisationstemperatur benötigt wird, und verkürzt damit die Baulänge des Vulkanisationsrohres.

In der erwähnten nichtvorveröffentlichten Patentanmeldung wird vorgeschlagen, die dem Spritzkopf nachgeschaltete Induktionserhitzungsanlage fest in das bewegliche Rohr des Teleskoprohres einzubauen, so daß die Induktionserhitzungsanlage zusammen mit diesem Rohr bewegbar ist. Diese Anordnung erbringt den Vorteil einer besonders kurzen Länge des Vulkanisationsrohres. Das Teleskoprohr wird benötigt, um einen Zugang zum Spritzkopf für Reinigungs-, Wartungs- und Werkzeugtauscharbeiten zu erzielen. Durch den Einbau der Induktionserhitzungsanlage in das bewegliche Rohr des Teleskoprohres gelingt es somit, das aus dem Spritzkopf tretende Kabel unmittelbar nach Verlassen des Kabels auf die über der Vulkanisationstemperatur der extrudierten Schichten liegende Temperatur zu bringen.

Die vorgeschlagene Lösung führt zu den erwähnten Vorteilen. Bei der Anmelderin intern mit derartigen Anlagen durchgeführte Versuche haben jedoch gezeigt, daß durch derartige Induktionserhitzungsanlagen eine zu starke Erhitzung des beweglichen Rohres des Teleskoprohres stattfindet, die zu Beschädigungen des Vulkanisationsrohres bzw. des Teleskoprohres führt bzw. führen kann. Derartige Teleskoprohre werden üblicherweise aus Edelstahl hergestellt. Findet nunmehr eine Erhitzung der Kabelseele über die eingebaute Induktionserhitzungsanlage statt, um auf diese Weise die die Kabelseele umgebenden Isolationsschichten auf eine Temperatur über der üblichen Vulkanisationstemperatur zu erhitzen, findet eine zu starke Erhitzung des das bewegliche Rohr des Teleskoprohres bildenden Edelstahlrohres statt, mit der die zulässigen Temperaturen für derartige Druckbehälter überschritten und Rohrteile, Dichtungen und sonstige Einrichtungen in Mitleidenschaft gezogen werden. Allgemein hat man die Erhitzung der Rohre auf ca. 300 °C begrenzt, um starke Beschädigungen zu vermeiden. Bei der in das bewegliche Rohr des Teleskoprohres eingebauten Induktionserhitzungsanlage wird jedoch das bewegliche Rohr, wenn es aus Edelstahl besteht, auf mehr als 300 °C erhitzt, was mit den vorstehenden geschilderten Nachteilen verbunden ist, ja sogar im Extremfall zum Schmelzen des Rohrmateriales führen kann.

Aus der DE 21 10 358 A ist eine Anlage zur Herstellung von Kabeln bekannt, die eine Extrusionsvorrichtung, die einen Extruder und einen vom Leiter des Kabels durchlaufenen Spritzkopf aufweist, und ein dem Spritzkopf nachgeschaltetes Vulkanisationsrohr, das ein zum Spritzkopf benachbartes Teleskoprohr umfasst, aufweist. Unmittelbar nach dem Spritzkopf ist eine Induktionserhitzungsanlage in Form einer das Kabel umgebenden stromdurchflossenen Spule angeordnet. Die Darstellung der 3 dieser Veröffentlichung, wonach zwischen einem Dampfrohr und der Induktionsspule der Induktionserhitzungsanlage eine elektrische Isolierung vorgesehen ist, deutet darauf hin, dass das Dampfrohr (also auch das Teleskoprohr) elektrisch gut leitend ausgestaltet ist.

Die DE 29 39 346 A1 beschreibt ein Vulkanisationsrohr, das aus einem relativ schlecht elektrisch leitenden Material besteht. Bei dem vorgesehenen Heizelement handelt es sich um eine Widerstandsheizung, und das Heizelement ist nicht innerhalb des Teleskoprohres angeordnet.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage der angegebenen Art zu schaffen, bei der eine Beeinflussung des Vulkanisationsrohres selbst, insbesondere des Teleskoprohres, durch die im beweglichen Rohr des Teleskoprohres angeordnete Induktionserhitzungsanlage weitgehend ausgeschaltet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Anlage der angegebenen Art dadurch gelöst, dass mindestens der die stromdurchflossene Spule der Induktionsanlage umgebende Teil des beweglichen Rohres des Teleskoprohres aus einem elektrisch nichtleitenden oder gering leitenden Material besteht.

Die von der Anmelderin durchgeführten Versuche haben ergeben, dass durch Einsatz eines speziellen Materiales für das bewegliche Rohr des Teleskoprohres, in dem die Induktionserhitzungsanlage angeordnet ist, bei dem es sich um ein elektrisch nicht leitendes oder gering leitendes Material handelt, unerwünschte Temperaturbeeinflussungen des beweglichen Rohres bzw. Teleskoprohres oder Vulkanisationsrohres durch den Betrieb der Induktionserhitzungsanlage weitgehend ausgeschaltet werden können. Mit diesen Materialien für das bewegliche Rohr gelingt es, ein Überschreiten der zulässigen Temperaturen für Druckbehälter im Außenrohr zu vermeiden, so daß Beschädigungen des Rohres selbst, der entsprechenden Dichtungen oder sonstigen Einrichtungen vermieden werden können.

Mit der in Form einer stromdurchflossenen Spule ausgebildeten Induktionserhitzungsanlage wird daher auf erfindungsgemäße Weise gezielt die aus elektrisch leitenden Materialien bestehende Kabelseele erhitzt und dann das die Kabelseele umgebende Isolationsmaterial erwärmt, d.h. auf die gewünschte Temperatur oberhalb der Vulkanisationstemperatur dieses Materiales gebracht. Weil der Außenmantel des beweglichen Rohres nicht aus einem elektrisch leitenden Material oder nur aus einem elektrisch gering leitenden Material besteht, wird dieser Außenmantel nicht oder nur geringfügig erhitzt, so daß die vorstehend geschilderten Nachteile vermieden werden.

Der bisher für derartige Rohre verwendete Edelstahl wird daher erfindungsgemäß durch elektrisch nichtleitende oder gering leitende Materialien ersetzt. Diese Materialien müssen die für die Erstellung von Druckbehältern geeigneten Eigenschaften besitzen, insbesondere eine hohe Festigkeit aufweisen. Als bevorzugtes Material hierfür schlägt die Erfindung Kohlefaserverbundwerkstoffe vor, die die nötigen, für die Erstellung von Druckbehältnissen erforderlichen Eigenschaften aufweisen, jedoch nur eine geringe elektrische Leitfähigkeit besitzen. Andere geeignete Materialien sind Glas, Keramik oder Kunststoffe, die einen relativ hohen Schmelzpunkt und eine hohe Festigkeit besitzen. Die Erfindung schließt nicht aus, daß auch andere Materialien zur Anwendung gelangen können, die die erforderlichen Eigenschaften aufweisen.

Bei der elektrischen Leitfähigkeit eines Materiales handelt es sich um den Kehrwert des spezifischen Widerstandes dieses Materiales, der in der Einheit von Ωcm gemessen wird. Erfindungsgemäß sollen somit Materialien zum Einsatz gelangen, die einen möglichst hohen spezifischen Widerstand besitzen. So weist Keramik beispielsweise einen spezifischen Widerstand von 10¹² Ωcm auf, Glas einen solchen von 10¹⁴ Ωcm. Bestimmte Kunststoffe besitzen noch höhere spezifische Widerstände. Zwischen den mechanischen Eigenschaften und den elektrischen Leitfähigkeitseigenschaften der Materialien muß hierbei eine geeignete Optimierung stattfinden, die der Fachman anhand von Versuchen durchführen kann. Dabei haben sich Kohlefaserverbundwerkstoffe für den hier in Rede stehenden Zweck als besonders geeignet erwiesen.

Ein derartiges Kohlefaserverbundmaterial ist dem Fachmann bekannt, und er kann dieses für die vorliegende Bestimmung in optimaler Weise auswählen.

In Weiterbildung der Erfindung wird die stromdurchflossene Spule von einer von einem Kühlmittel durchflossenen Rohrschlange gebildet. Die Rohrschlange besteht aus einem Material mit guter elektrischer Leitfähigkeit, vorzugsweise Kupfer. Sie wird von einem Kühlmittel, vorzugsweise Wasser, durchflossen, um eine zu starke Aufheizung der Spule zu verhindern.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist zwischen dem das bewegliche Rohr passierenden Kabel und der stromdurchflossenen Spule eine Schutzhülle angeordnet. Die Schutzhülle besteht ebenfalls aus einem elektrisch nichtleitenden oder gering leitenden Material, beispielsweise Keramik. Die Schutzhülle verhindert, daß Material der Isolierung des das Rohr passierenden Kabels in die Spule eindringt und diese verunreinigt. Sie verhindert somit einen direkten Kontakt zwischen der Spule und der Außenfläche des Kabels.

Ferner ist vorzugsweise zwischen der stromdurchflossenen Spule und dem Rohrmantel des beweglichen Rohres eine Abschirmung angeordnet, die die Wärmeübertragung auf den Außenmantel des Rohres einschränkt. Diese Abschirmung kann aus geeigneten Kunstharzen, beispielsweise Epoxidharzen, bestehen. Die stromdurchflossene Spule kann auch in eine derartige Abschirmung, die sich zwischen dem Kabel bzw. der Schutzhülle und dem Außenmantel erstreckt, eingebettet sein.

Die Ausbildung des beweglichen Rohres des Teleskoprohres aus einem elektrisch nichtleitenden oder gering leitenden Material ist vorzugsweise an die Länge der stromdurchflossenen Spule angepaßt. Erstreckt sich diese über die gesamte Rohrlänge, ist auch das gesamte Rohr vorzugsweise aus dem elektrisch nichtleitenden oder gering leitenden Material ausgebildet. Um Materialübergänge entlang dem Rohr zu vermeiden, dürfte es aber auch zweckmäßig sein, bei einer gegenüber der gesamten Rohrlänge kürzeren Spule das gesamte Rohr aus dem elektrisch nichtleitenden oder gering leitenden Material auszubilden.

Zweckmäßigerweise weist das bewegliche Rohr des Teleskoprohres an seinem zum Spritzkopf benachbarten Ende einen Flansch auf, in dem die Strom- und Kühlmittelzuführungen und -abführungen angeordnet sind.

Auf diese Weise kann die Spule zweckmäßig und bequem mit Wechselstrom versorgt werden, der beispielsweise von einem zugehörigen Generator erzeugt werden kann. Ferner kann über diesen Flansch das die die Spule bildende Rohrschlange durchströmende Kühlwasser zu- und abgeführt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit der Zeichnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht einer Anlage zur Herstellung von Kabeln im Betriebszustand;
2 eine schematische Ansicht der Anlage der 1 im Wartungszustand; und
3 einen Längsschnitt durch das bewegliche Rohr des Teleskoprohres, das bei der Anlage der 1 und 2 Verwendung findet.
Die in den Figuren dargestellte Anlage zur Herstellung von Kabeln weist eine nichtdargestellte Abwickeltrommel auf, von der die Kabelseele 1 abgewickelt und einem Querspritzkopf 2 zugeführt wird, in den nichtdargestellte Extruder Isolationsmaterial hinein extrudieren, welches in dem Querspritzkopf 2 zu einer Ummantelung der Kabelseele 1 ausgeformt wird. Das auf diese Weise im Querspriztkopf 2 geformte Kabel muß nunmehr einer Vulkanisation seiner Isolierschichten unterzogen werden. Diese Vulkanisation erfolgt in dem an den Querspritzkopf 2 anschließenden Vulkanisationsrohr, welches mit einem heißen gas- oder dampfförmigen Medium gefüllt ist. Der dem Querspritzkopf 2 nächstgelegene Teil des Vulkanisationsrohres wird von einem Teleskoprohr gebildet, das aus einem festen Rohr 3 und einem in dieses hinein beweglichen beweglichen Rohr 6 besteht. Die Lagerung des festen Rohres 3 ist bei 10 dargestellt. Ferner ist unmittelbar hinter dem Querspritzkopf 2 eine Kontrollvorrichtung 9 angeordnet, die die Lage der Kabelseele 1 im ummantelnden Extrudat prüft. Diese Kontrollvorrichtung 9 ist an der dem Querspritzkopf zugewandten Stirnseite des beweglichen Rohres 6 angebracht.
Das bewegliche Rohr 6 des Teleskoprohres weist eine Induktionserhitzungsanlage zur Erhitzung der Isolation des das bewegliche Rohr 6 passierenden Kabels über die Vulkanisationstemperatur dieser Isolationsschichten auf. Die Induktionserhitzungsanlage ist in der Form einer stromdurchflossenen Spule 7 ausgebildet, die das Kabel umgibt. Die Spule wird von einem Generator 8 über schematisch dargestellte Stromzuführungen mit Wechselstrom versorgt. Das Wirkungsprinzip einer derartigen Induktionserhitzungsanlage ist bekannt. Durch den Stromfluß durch die Spule 7 wird in der elektrisch leitenden Kabelseele ein Sekundärstrom induziert, der einen Temperaturanstieg bewirkt. Durch diesen Temperaturanstieg wird die Isolationsschicht des Kabels erhitzt.
2 zeigt die Anlage in einem Zustand, in dem das bewegliche Rohr 6 des Teleskoprohres in das feste Rohr 3 des Teleskoprohres hinein bewegt worden ist, um Wartungsarbeiten bzw. Austauscharbeiten am Spritzkopf 2 durchführen zu können. Man erkennt, daß durch die Bewegung des beweglichen Rohres 6 die Induktionserhitzungsanlage im beweglichen Rohr mitbewegt worden ist, was durch flexible Anschlußleitungen ermöglicht wird.
Die in den 1 und 2 gezeigte Induktionsanlage 4 zu Vorerhitzungszwecken, die stromauf des Spriztkopfes 2 angeordnet ist und von einem Generator 5 gespeist wird, hat für die vorliegende Erfindung keine Bedeutung.
3 zeigt einen Längsschnitt durch das bewegliche Rohr 6 des Teleskoprohres. Das Rohr weist auf der linken Seite der Figur einen Flansch 12 auf, an den sich beispielsweise die Kontrolleinrichtung 9 anschließen kann. Es besteht aus einem geeigneten Kohlefaserverbundwerkstoff, bei dem es sich um ein Material mit geringer elektrischer Leitfähigkeit handelt. Wenn daher ein elektrischer Strom durch die Induktionsanlage, d.h. Spule 7, fließt, wird zwar in der Kabelseele ein Sekundärstrom induziert, jedoch nicht im beweglichen Rohr 6 selbst (bzw. es werden hierin relativ geringe Sekundärströme induziert). Bei der stromdurchflossenen Spule 7 handelt es sich um eine Rohrschlange aus Kupfer, die von einem geeigneten Kühlmittel (insbesondere Wasser) durchflossen wird. Die Kühlmittelzuführung ist bei 11 dargestellt. Die Kühlmittelabführung ist nicht gezeigt. Des weiteren sind die Stromzuführ- und -abführleitungen nicht dargestellt.
Das das bewegliche Rohr 6 passierende Kabel (Kabelseele mit Isolierung) ist bei 15 dargestellt. Man erkennt, daß zwischen dem Kabel 15 und der Spule 7 eine Schutzhülle 13 aus einem geeigneten elektrisch nichtleitenden Material, beispielsweise Keramik, angeordnet ist, um einen direkten Kontakt der Spule mit der Kabeloberfläche und somit eine Verunreinigung der Spule zu vermeiden. Die Schutzhülle 13 ist über einen Flansch an der Innenseite des Rohres 6 befestigt.
Ferner ist die Spule 7 in ein geeignetes Kunstharz, beispielsweise Epoxidharz (Araldith), eingebettet, das eine zusätzliche Abschirmung zur Rohrwandung 6 hin bildet.
Die Stromzuführ- und -abführleitungen sowie die Kühlwasserzuführ- und -abführleitungen sind über den Flansch 12 des beweglichen Rohres 6 nach außen geführt.
Bei mit einer derartigen Ausgestaltung des beweglichen Rohres des Teleskoprohres durchgeführten Versuchen hat sich ergeben, daß im Betrieb der Spule nur eine geringfügige Erwärmung des beweglichen Rohres 6 aus Kohlefaserverbundwerkstoff auftrat. Durch die zusätzliche Abschirmung 14 aus Kunstharz wurde diese Erwärmung weiter reduziert.

Claims

Anlage zur Herstellung von Kabeln mit einer Extrusionsvorrichtung, die einen oder mehrere Extruder und einen von dem Leiter oder den Leitern des Kabels durchlaufenen Spritzkopf aufweist, und einem dem Spritzkopf nachgeschalteten Vulkanisationsrohr, das ein zum Spritzkopf benachbartes Teleskoprohr mit einem dem Spritzkopf zugewandten beweglichen Rohr und einem festen Rohr, in das das bewegliche Rohr hinein beweglich ist, umfaßt, wobei im beweglichen Rohr des Teleskoprohres eine Induktionserhitzungsanlage in Form einer das Kabel umgebenden stromdurchflossenen Spule angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der die stromdurchflossene Spule (7) umgebende Teil des beweglichen Rohres (6) des Teleskoprohres aus einem elektrisch nichtleitenden oder gering leitenden Material besteht.
Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrisch nichtleitende oder gering leitende Material ein Kohlefaserverbundmaterial ist.
Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die stromdurchflossene Spule (7) von einer von einem Kühlmittel durchflossenen Rohrschlange gebildet ist.
Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem das bewegliche Rohr (6) passierenden Kabel (15) und der stromdurchflossenen Spule (7) eine Schutzhülle (13) angeordnet ist.
Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der stromdurchflossenen Spule (7) und dem Rohrmantel des beweglichen Rohres (6) eine Abschirmung (14) angeordnet ist.
Anlage nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Rohr (6) an seinem zum Spritzkopf benachbarten Ende einen Flansch (12) aufweist, in dem die Strom- und Kühlmittelzuführungen und -abführungen angeordnet sind.