DE1047276B - Verfahren zur automatischen Regelung der Dicke und der Kapazitaet eines mit einem thermoplastischen Kunststoff umspritzten elektrischen Leiters - Google Patents

Description

• Verfahren zur automatischen Regelung der Dicke und der Kapazität eines mit einem thermoplastischen Kunststoff umspritzten elektrischen Leiters Bei der Herstellung von Adern und Adergruppen für Fernmeldekabel geht die Entwicklung immer mehr dahin, die einzelnen Leiter mittels einer Schneckenpresse mit einem thermoplastisdhen Kunststoff, vorzugsweise Schaumstoff, zu umspritzen. Insbesondere an verdrillte Adergruppen, wie Steruvierer, für Trägerfrequenz-Fernmeldekabel werden sehr hohe Anforderungen an die Erzielung kleiner Störkopplungen und damit an die Gleichmäßigkeit der Dicke und der Kapazität der einzelnen Adern gestellt. Es bereitet aber Schwierigkeiten, die erforderliche Gleichmäßigkeit der Adern im Schneckenpreßverfahren aufrecbtzuerhalten. Zur Verbesserung der Längsgleichmäßigkeit der Adern ist es bereits bekannt, den Durchmesser bzw. die Dicke und/oder die Kapazität der Adern nach Verlassen der Schneckenpresse zu messen und auf Grund der gemessenen Werte die Abzuggeschwindigkeit der Adern und damit die Durchlaufgeschwindigkeit des Leiters durch die Schneckenpresse automatisch so zu regeln, daß eine genügende Längsgleichmäßigkeit erreicht wird. Anstatt die Durchlaufgeschwindigkeit des Leiters durch die Schneckenpresse zu steuern, können auf Grund der gemessenen Kapazität eventuell die Ausstoßgeschwindigkeit des plastischen Materials oder die Temperaturen in den verschiedenen Teilen der Strangpresse bzw. Schneckenpresse gesteuert werden.
• Es ist ferner ein Verfahren zur kontinuierlichen temperaturkonstanten Vorheizung des Leiters bei der mittels einer KunststoKpresse, z. B. Schneckenpresse, vorgenommenen Herstellung von kunststoffisolierten Adern bekannt, bei dem der blanke Leiter unmittelbar vor Eintritt in die Kunststoffpresse ein mit einer axialen Durchbohrung versehenes Joch einer mit Wechselstrom betriebenen regelbaren Drosselspule durchläuft. Gegebenenfalls wird zwischen der Drosselspule und der Kunststoffpresse eine Temperaturmeßeinrichtung, z. B. 'rhermoelement, angeordnet, mit deren Hilfe die Temperatur des Leiters überwacht wird. Diese Temperaturmeßeinrichtung soll zweckmäßig dazu verwendet werden, um die Zufuhr der elektrischen Energie zur Drosselspule entweder von Hand oder automatisch zu steuern.
• Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Messung und automatischen Regelung der Dicke und der Kapazität eines mittels einer Schneckenpresse mit einem thermoplastischen Kunststoff, vorzugsweise Schaumstoff, umspritzten Leiters, der vor Einlauf in die Schneckenpresse durch elektrische Stromheizung auf eine bestimmte Temperatur vorgewärmt wird. Bei diesem Verfahren sind die Aderdicke, die Aderkapazität und die Leitertemperatur die Sollwertgrößen, während die Durchlaufgeschwindigkeit des Leiters durch die Schneckenpresse und der Heizstrom zur Vorwärmung des Leiters die Stellgrößen darstellen.
• Die Erfindung berueit auf der Überlegung, daß allein durch die Änderung der Durchlaufgeschwindigkeit und allein durch die Änderung der Heizstromstärke es nicht möglich ist, die gewünschte Längsgleichmäßigkeit der Dicke und der Kapazität der Ader zu erreichen. Dies ist, wie erkannt wurde, in erster Linie eine Folge davon, daß auch die wirksame Dielektrizitätskonstante der um den Leiter gespritzten Kunststoffisolierung schwankt, was sich insbesondere bei der Herstellung von schaum stoffi soli erten Leitern bemerkbar macht. Die alleinige Änderung der Durchlaufgeschwindibalceit genügt deshalb nicht, weil bei Schwankungen der wirksamen Dielektrizitätskonstante sich Dicke und Kapazität nach verschiedenen Gesetzen ändern. Auch die alleinige Änderung des Heizstromes führt nicht zum Ziel, weil sich hiermit nicht alle Störgrößen erfassen lassen.
• Gemäß der Erfindung werden abhängig von der fortlaufend gemessenen Dicke und der Kapazität der Ader automatisch in gegenseitiger Wechselwirkung die Durchlaufgeschwindigkeit des Leiters durch die Schneckenpresse und der Heizstrom zur Vorwärmung des Leiters geregelt.
• Werden durch die Messungen Abweichungen von den Sollwerten der Aderdicke und der Aderkapazität festgestellt, so verändert man zunächst die Durchlaufgeschwindigkeit. Wird einer der Sollwerte nicht erreicht, so verstellt man den Heizstrom. In besonderen Fällen, und zwar insbesondere beim Umspritzen des Leiters mit Schaumstoff, wird der Heizstrom immer dann verstellt, wenn eine bestimmte lineare Kombination aus der Dicken- und Kapazitätsabweichung von Null verschieden ist.
• Die Erfindung wird im folgenden an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
• Die Fig. 1 zeigt zunächst den grundsätzlichen Aufbau einer Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens gemäß der Erfindung. Danach läuft der blanke Leiter 10 über die Rollen 11, 12, 13 zur Vorheizung des Leiters zu dem zur Messung der Leitertemperatur dienenden WIeßfühler 14 und darauf in die Schneckenpresse 15, in der der Leiter mit einem thermoplastischen Kunststoff, vorzugsweise Schaumstoff, umspritzt wird. Nach dem Verlassen der Schneckenpresse wird der isolierte Leiter 10' bzw. die Ader in bekannter Weise durch einen mit einer Kühlflüssigkeit, z. B. Wasser, gefüllten Trog 16, geführt, an dessen Ende eine Meßeinrichtung 17 zur Messung der Aderkapazität vorgesehen ist. Schließlich läuft die Ader 10' durch die Dickenmeßeinrichtung 18 zur Abzugscheibe 19, mittels der der Leiter bzw. die Ader durch die Einrichtung hindurchgezogen wird.
• Die Signale der Meßeinrichtungen 14, 17 und 18 werden dem Regler 20 zugeführt, der die Steuerbefehle einerseits für das Stellglied 21 des Antriebsmotors 22 der Abzugscheibe und andererseits für die Regelvorrichtung 23 des durch den Leiter 10 geschickten und im Strommesser 24 gemessenen Heizstromes gibt.
• Die Einstellung der Heizstromstärke und damit die Regelung der Leitertemperatur wird an Hand der Fig. 2 erläutert. Der aus dem Netz 25 über die Regelvorrichtung 23 zugeführte Heizstrom 1 fließt über die Rolle 12 zu den geerdeten Rollen 11 und 13, so daß zwischen der Rolle 12 einerseits und den Rollen 11 und 13 andererseits im Leiter der Strom J/2 fließt.
• Mit dem Strommesser 24 kann der Heizstrom überwacht werden. Der Temperaturfühler 14 wird zweckmäßig als berührungsfreier Strahlungsmseser -ausgeflihrt. Eine -diesbezügliche vorteilhafte Ausführung ist in den Fig. 5 und 6 dargestellt. Der Regler 23 enthält die notwendigen Verstärkungseinrichtungen für den Meßwert, den Übertrager zur Zuführung des Heizstromes aus dem Netz und die Möglichkeit zur Einstellung des Temperatursoliwertes, der entweder von Hand oder durch getrennt zugeführte Meßsignale verändert werden kann. Ein Ausführungsbeispiel einer Regeleinrichtung unter Verwendung eines Magnetverstärkers mit dessen Hilfe die erforderliche Regelcharakteristik und die gewünschte Sollwertaufschaltung verwirklicht werden können, wird an Hand der Fig. 4 noch näher erläutert.
• Zur Regelung der Durchlaufgeschwindigkeit wird nach der Fig. 3 die von der Kap azitätsmeß einrichtung 17 gemessene Kapazität und die von -der Dickenmeßeinrichtung 18 gemessene Aderdicke herangezogen.
• Aus diesen Größen wird im Regler 20 ein Steuersignal abgeleitet, das dem Stellglied 21 zugeführt t.vird, welches den Antrieb 22 der Abzugscheibe 19 verändert. Die Frequenz -der Änderung ist nach oben durch die Zeit begrenzt, welche die Ader -vom Verlassen der Schneckenpresse bis zum Meßgerät braucht.
• Da diese Zeit -von der Abzuggeschwindigkeit abgängig ist, kann das zwischen dem Regler 20 und dem Stellglied 21 eingeschaltete, als Tiefpaß ausgebildete Zwischengiied 26 von der Abzuggeschwindigkeit rückwärts gesteuert werden.
• Aus dem Regler 20 wird auch das Signal für die Sollwertsteuerung der Drahttemperatur gewonnen.
• Hierzu wird vorzugsweise eine lineare Kombination aus Kapazität und Dickenabweichung ausgewertet, in welcher diese beiden Größen so überlagert werden, daß die Resultierende keine Schwankungen, welche durch veränderte Abzuggeschwindigkeit der Ader und Fördermenge der Schneckenpresse entstehen, sondern nur im wesentlichen die Schwankungen der eftektiven Dielektrizitätskonstante anzeigt. Dies ist möglich, weil die Dicke und die Kapazität der Ader sich bei Veränderung der Durchlaufgeschwindigkeit und der Fördermenge angenähert in gleicher Weise proportional. nur in entgegengesetzter Richtung verändern. Durch diese Art der Sollwertregelung wird eine Kopplung der beiden Reglerkreise, nämlich Heiztemperatur und Aderabzug, verhindert, so daß beide unabhängig und gleichzeitig arbeiten können.
• Wie bereits erwähnt, zeigt die Fig. 4 eine Regelvorrichtung unter Verwendung eines Magnetverstärkers. Bei gegebenem Rollenabstand und Leiterquerschnitt gehört zu jeder Durchlaufgeschwindigkeit des Leiters ein bestimmter Strom 1, wenn die Temperatur des Leiters beim Verlassen der Rolle 13 konstant bleiben soll.
• Vor allem muß dafür gesorgt sein, daß beim Stillsetzen der Presse der Leiter nicht überhitzt wird, d. h. daß der Strom auf einen genügend kleinen Wert zurückgeregelt wird. Die Regelung des Stromes und die Einstellung seines Sollwertes geschieht über einen Magnetverstärker 27 der dem Speisetransformator 28 vorgeschaltet ist. Die als Doublerschaltung bekannte Anordnung des Magnetverstärkers ergibt die Möglichkeit, den durch die Hauptwicklungen 29 der Transduktordrosseln fließenden Strom und damit die Speisespannung über die Steuerwicklungen 30 sowie eventuell über weitere Rückkopplungswicklungen zu steuern. Die Steuerwicklungen 30 werden von einem mit der Abzugscheibe 19 mechanisch gekoppelten Gleichstromgenerator 22 gespeist, dessen Spannung der Drehzahl proportional ist. Auf die Hilfswicklunge 31 wird der Ausgangsstrom einer Brückenschaltung 32 gegeben, die aus den festen Widerständen 33 und den veränderbaren Widerständen 34, 35 besteht. Der veränderbare Widerstand34 wird durch den Temperaturfühler 14 gesteuert; der Widerstand 35 dient der Einstellung des Sollwertes der Temperatur.
• Die Brücke wird verstimmt, wenn die Temperatur von ihrem Sollwert abweicht, und verändert darauf den Arbeitspunkt des Magnetversttärkers. Die Vorgabe des Sollwertes kann von Hand oder automatisch erfolgen. Der Betriebsstrom wird durch einen Stromwandler 36 im Stromanzeiger 24 gemessen.
• Die in den Fig. 5 und 6 dargestellte Einrichtung gestattet es, die Temperatur des Leiters ohne Berührung desselben trägheitslos und ohne Beeinflussung der Drahttemperatur zu itberwachen und anzuzeigen.
• Die Fig. 5 zeigt einen Längsschnitt der Einrichtung nach der Scllnittlinie,4-Z4 der Fig. 6. Mittels des Hohlspiegels 37 mit geeigneter Oberflächenverspiegelung -wird die Wärmestrahlung des erhitzten Leiters 10 auf einen Infrarotstrahlenempfänger 38 konzentriert, der im Strahlengang des Spíegels aufgehängt ist -und der für den Spektralbereich der Wãrmestralilung eine hohe Empfindlichkeit hat. Beispielsweise kann hierfür eine Fotozelle verwendet werden. Der Zellenstrom ist der Leitertemperatur proportional und wird dem Regler 20 für die gewünschte Regelung des Heizstromes zugeführt. Der Infrarotstrahlenempfänger und der - Hohlspiegel sind in einem Metallzvlinder 39 mit den Deckeln 40 und 41 eingeschlossen, so daß Fremdstrahlen die Messungen nicht stören können. Zur mechanischen Befestigung des Infrarotstrahlenempfängers dienen die Bandstreben 42. Eventuell kann die Anordnung mit einem Doppeispiegel arbeiten. um die Empfindlichkeit zu erhöhen.
• Die Erfindung ist nicht auf die angegebenen Ausführungsmöglichlseiten beschränkt. Die Verstellung des Heizstromes ist auch dadurch möglich, daß ein Generator mittel- oder unmittelbar mit der die Durchlaufgeschwindigkeit bestimmenden Abzugscheibe gekuppelt wird. Ferner können die erzeugten Regelströme mittels elektronischer Geräte auf die Regelvorrichtungen übertragen werden.
• PATENT XNSPRUCHE 1. Verfahren zur automatischen Regelung der Dicke und der Kapazität eines mittels einer Schneckenpresse mit einem thermoplastischen Kunststoff. vorzugsweise Schaumstoff, umspritzten Leiters, der vor Einlaufen in die Schneckenpresse durch elektrische Stromheizung auf eine bestimmte Temperatur vorgewärmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß abhängig von der fortlaufend gemessenen Dicke und Kapazität automatisch in gegenseitiger Wechselwirkung die Durchlaufgeschwindigkeit des Leiters durch die Schneckenpresse und der Heizstrom zur Vorwärmung des Leiters verstellt werden.

Claims (1)

1. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizstrom dann verändert wird, wenn durch die Verstellung der Durchlaufgeschwindigkeit die Dicke und Kapazität nicht gleichzeitig auf ihre Sollwerte gebracht werden können.

   3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizstrom dann verstellt wird. wenn eine bestimmte lineare Kombination aus der Dicken- und Kapazitätsabweichung von Null verschieden ist.

   4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Größen Dicke und Kapazität in der linearen Kombination so überlagert sind, daß die Resultierende keine Schwankungen anzeigt, welche durch veränderte Abzuggeschwindigkeit der Ader und Fördermenge der Schneckenpresse entstehen. sondern nur im wesentlichen die Schwankungen der effektiven Dielektrizitätskonstante.

   5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung des Stromes und Einstellung seines Sollwertes ein Magnetverstärker (?7) dient, wobei der durch die Hauptwicklungen (29) der Transduktordrossein fließende Strom und damit die Speisespannung über SteuerwickIungen (30) gesteuert wird, die von einem mit der Abzugscheibe (led) mechanisch gekoppelten Gleichstromgenerator (22) gespeist werden, dessen Spannung der Drehzahl proportional ist.

   6. Verfahren nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch die Anwendung einer Brückenschaltung (32) mit zwei veränderbaren Widerständen (34, 35) in den Brüclienzweigen, von denen der eine (34) von einem die Leitertemperatur messenden Temperaturfühler (14) gesteuert wird und der andere (35) zur Einstellung des Sollwertes der Temperatur dient.

   7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur des Leiters berührungsfrei mittels eines als Strahlungsmesser ausgeführten Temperaturfühlers gemessen wird.

   8. Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen im Wärmestrahlenfeld des Leiters angeordneten Hohlspiegel (37) und einen im Brennpunkt des Hohlspiegels angeordneten Infrarotstrahlenempfänger (38), der die Wärmestrahlen konzentriert aufnimmt und den erzeugten Empfängerstrom dem Regler (20) zur Verstellung der Heizstromstärke zuführt.