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Verfahren zum kontinuierlichen Vulkanisieren oder Vernetzen von mit
Natur- oder Synthesekautschuk oder Kunststoff uminanteltem langgestrecktem Gut Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Vulkanisieren
oder Vernetzen von mit Natur- oder Synthesekautschuk oder auch Kunststoff ummanteltem
lang#.-strecktem Gut, insbesondere elektrische Kabel und Leitungen, bei "dem das
Isoliermaterial mit einer Spritzmaschine aufgebracht, in einer nachgeordneten Vulkanisierstrecke
erwärmt und anschließend in einer über einen Umlenkbehälter angeschlossenen Kühlstrecke
wieder abgekühlt wird.
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Bei der Kabel- und Leitungsherstellung ist es allgemein üblich, die
Umhüllungen aus Natur- oder Synthesekautschuk vorzugsweise in den bekannten kontinuierlichen
rulkanisationsanlagen (CV-Anlagen) unter Dampf zu vulkanisieren. Hierbei ist es
auch bekannt, daß für die volle Erwärmung, d.h. für den Wärmetransport durch die
gesamte Umhüllung eine verhältnismäßig lange Zeit benötigt wird, da die Temperaturleitfähigkeit
der isolierenden Schicht verhältnismäßig gering ist. Die Zeit für die Vulkanisierung
oder Vernetzung steigt weiter an wenn man zu dickeren Isolierhüllen übergeht. Hinzu
kommt, daß in all den Fällen, wo die Isolierung unmittelbar auf ein Material hoher
Wärmeleitfähigkeit, z.B.
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auf den [upferleiter eines elektrischen Kabels, aufgebracht wird,
eine ständige Wärrasableitung in den Kupferleitor nicht
verhindert
werden kann. Das kann gegebenenfalls so weit führen, daß die an den Kupferleiter
angrenzende Schicht bei zu knapp gewählter Heizzeit nicht die gewünschte Endtemperatur
erreicht und damit auch die maximalen Festigkeitswerte der Umhüllung zumindest an
dieser Stelle nicht zu erwarten sind.
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Alle diese Schwierigkeiten haben dazu geführt, daß, um die volle Durchvulkanisation
des Isoliermaterials zu erreichen, eine bestimmte Verweilzeit eingehalten werden
muß, d.h. je nach der Länge der gewählten Anlage darf eine bestimmte Fertigungsgeschwindigkeit
nicht überschritten werden. Man hat bereits die Fertigungsgeschwindigkeit dadurch
zu erhöhen versucht, daß man den Pampfdruck, d.h. die Vulkanixsxr sationstemperatur
stark anhebt. Hierbei besteht jedoch die Gefahr daß die äußeren Schichten der Umhüllung
durch die lange Verweilzeit überheizt und damit an diesdr Stelle die gewünschten
Werte der Festigkeit und Dehnung überschritten werden.
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Die Erfindung geht deshalb zur Überwindung der genannten Schwierigkeiten
einen anderen Weg. Gemäß der Erfindung wird das langgestreckte metallische Gut mindestens
nach dem Aufbringen der Umhüllung während der Vulkanisation zusätzlich erwärmt.
Dieser mindestens in der Vulkanisierstrecke erfolgende Wärmetransport vo#metallische$tGut
Gut.
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nach außen bewirkt, daß die Fertigungsgeschwindigkeit wesentlich,
dh. bis zum doppelten der üblichen Geschwindigkeiten erhöht werden kann. Dabei hat
es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, entsprechend der Wärmeableitung durch
das metallische Gut in entsprechenden Abständen eine neue Temperaturbeaufschlagung
vorzunehmen.
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In Durchführung der Erfindung wird man zur zusätzlichen Erwärmung
längs der Vulkanisierstrecke in Abständen Hoch-oder Mittelfrequenzspulen anordnen,
mittels dex'&as metallische Gut unterhalb der Umhüllung erwärmt werden kann.
Als Frequenzen sind beispielsweise solche von ca. 1 bis ca. 20 KHz geeignet. J.
nach der Geometrie, massiv er aus Einzeldrähten bestehend, und dem Leitwert des
Leiters läßt sich eine Frequenz in bekannter Weise bestimmen, mit der ein optimaler
Wirkungsgrad erreicht wird.
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Besonders vorteilhaft ist es auch, das hnggestreckte metallische Gut
bereits vor dem Eintritt in die Spritzmaschine zusätzlich zu erwärmen. So hat sich
beispielsweise eine Erwärmung von 60 bis 9o° C vor dem Einlauf in die Spritzmaschine
und eine Erwärmung auf etwa 180 bis 2200 C längs der Vulkanisierstrecke als zweckmäßig
erwiesen. Das gilt insbesondere dann, wenn man zu dickeren Umhüllungen übergehen
und dennoch hohe Fertigungsgeschwindigkeiten erzielen will. Von Innen nach Außen
läßt sich bei hohen Fertigungsgeschwindigkeiten leicht die gewünschte Endtemperatur
der Umhüllung erreichen, so daß maximale Festigkeitswerte erreichbar sind.
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In Durchfifiirung des Verfahrens nach der Erfindung werden im Bereich
der Vulkanisierstrecke Heizelemente angeordnet, die sich1 beispielsweise in Form
von Hoch- oder Mittelfrequenzenspulen, im Innern des Dampfrohres befinden.
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Vom Dampfrohr sind diese Spulen vorteilhaft durch eine isolierende
Führungsbuchse und zum durchlauf enden Gut hin durch eine isolierende Führungshülse
getrennt.
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Aus Gründen der konstruktiven Veninfachung der Einrichtung ist es
auch möglich, das Dampfrohr in Abständen mit vergrößertem Querschnitt auszubilden
und an diesen Stellen
des vergrößerten Querschnittes die zusätzlichen
Heizelemente, beispielsweise die Hoch- oder Mittelfrequenzenspulenso anzuordnen,
daß sie an das durchlaufende Gut heran oder auch von diesem weg bewegt werden können.
Vorteilhaft kann es hier auch sein, die zum durchlaufenden Gut konzentrischen Spulen
als Halbschalen auszubilden, die das Gut umfassen.
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Die Erfindung sei an Hand der in den Figuren 1 bis 4 als Ausführungsbeispiel
dargestellten CV-Anlagen mit raumsparendem Druckumlenlcb ehälter näher erläutert.
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Eine solche Anlage besteht, wie aus der Figur 1 ersichtlgichX aus
einem Raupenabzug 1 für das zu ummantelnde langgestreckte Gut, einer Spritzeinrichtung
2 und einem unmittelbar mit der Spritzeinrichtung 2 verbundenen sogenannten Teleskoprohr
3, das den Übergang zur Heizzone 4 bildet. Das Teleskoprohr 3 gestattet es, die
Umhüllung des langgestreckten Gutes mittels der Spritzeinrichtung unmittelbar im
Heizraum vorzunehmen, so daß der Spritzkopf mit seinen Werkzeugen gleichzeitig als
Abdichtung der Druckheizzone dient. Damit sind die Schwierigkeiten vermieden, die
sich bei der Kabel ein führung wegen der leichten Deformierbarkeit des unvulkaniserten
Gummis ergeben. Wird, wie hier vorgesehen, die Umhüllung im Druckraum aufgebracht,
dann dient das am Extrudierwerkzeug ausfließende Material gleichzeitig als Abdichtung
an der Einlaufseite zwischen dem Innen-und dem Außendruck. Am Ende der Heizzone
4 ist der Druckumlenkbehälter 5 angeordnet, in dem das Wasser-Niveau liegt. Durch
diese Anordnung kann die zur Verfügung stehende Hallenlänge voll für die Heizzone
ausgenutzt werden. Bei gleichem Raumbedarf kann danach eine höhere
Fertigungsgeschwindigkeit
erzielt ~bzw0 bei gleichbleibender Fertigungsgeschwindigkeit wesentlich an Platz
eingespart werden. Der Druckumlenkbehälter 5 dient zum Übergang zwisden der Heizzone
4 und der sich an den Druckumlenkbehälter anschließenden Kühlzone 6. Die Kühlzone
6 kann ohne Raumverlust verhältnismäßig lang ausgelegt werden; als Übergang von
dieser~ Zone zum Außenraum dient eine Mehrfach- bzw.
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Labyrinthdichtung 7. Mit 8 ist ein Umlenkrad bezeichnet, mittels dem
das umhüllte strangförmige Gut der Abzúgsvorrichtung 9 zugeführt wird.
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Der Arbeitsablauf bei der oben tbeschriebenen Einrichtung geht im
wesentlichen so vor sich, daß das langgestreckte metallische Gut lo, beispielsweise
die Kabelseele eines elektrischen Kabels oder der Leiter einer elektrischen Leitung,
von einem beliebigen Vorrat mittels der Abzugsvorrichtung 1 abgezogen und der Spritzeinrichtung
2 zugeführt wird. In dieser Spritzeinrichtung wird die Umhüllung beispielsweise
aus einem Natur- oder Synthesekautschuk oder auch aus einem geeigneten thermoplastischen
Kunststoff aufgebracht und anschließend das so ummantelte Gut über das Teleskoprohr
3 der Heizzone 4 zugeführt, wo es; durch Dampfeinwirkung bei erhöhten Temperaturen
vulkanisiert wird.
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Anschließend wird das Gut dem Druckumlenkbehälter zugeführt, wo es
ohne Dichtungen von der Heizzone in die anschließende Kühlzone überführt werden
kann. Die Regelung des Wasserniveaus ist bei der großen Wassermenge im Umlenkbehälter
sehr einfach, eine liöhenverschiebung wirkt sich auf die Länge der lleizzone praktisch
nicht aus. Die Kabel tauchen heim Umlenken gleichmäßig in die Kühlzone ein, wobei
die Kühlzone ohne Raumverlust verhaltnismäßig lang ausgelegt werden kann. Nach Durchlaufen
der Kühlzone gelangt das ummantelte Gut durch die Mehrfach- bzw. Labyrinthdichtung
7
zum Außenraum, wo es mittels der Abzugsvorrichtung 9 über das
Umlenkrad 8 abgezogen und einer nichtdargestellten Aufwickeltrommel zugeführt werden
kann.
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Um nun bei einer solchen Anlage die Fertigungsgeschwindigkeiten auch
dann erhöhen zu können, wenn man zu größeren Dicken der Umhüllung übergeht, ist
gemäß der Erfindung zumindest im Bereich der Vulkanisierstrecke eine zusätzliche
Aufheizung des metallischen langgestreckten Gutes vorgesehen. Zu diesem Zweck befinden
sich, wie aus der Figur 1 ersichtlich, über den Bereich zwischen Spritzeinrichtung
2 und Umlenkbellälter i verteilt, Heizelemente, beispielsweise in Form von Hochfrequenz-
oder Mittelfrequenzspulen 11 12 und 13, die dafür Sorge tragen, daß gleichzeitig
während der Wärmeübertragung durch den Dampf von Außen nach Innen eine Erwärmung
der Umhüllung von Innen nach Außen erfolgt. So wird mittels des Heizelementes 11
bereits die erste Erwärmung des langgestreckten Gutes unmittelbar nach dem Spritzvorgang
auf Vulkanisationstemperatur vorgenommen, während die Heizelemente i2 dafür sorgen,
daß nach einer gewissen Wärmeableitung die Temperatur erneut aufgefrischt und auf
den Stand des Heizelementes 11 gebracht wird. Das Heizelement 13 bewirkt noch einmal
eine weitere Aufheizung von Innen her, während unmittelbar daran anschließend von
Außen die bereits ausvulkanisierte äußere Zone gekühlt wird. Das hat den besonderen
Vorteil, daß eine -Überheizung der äußeren Schichten durch eine zu lange Verweilzeit
im Dampfrohr vermieden ist. / Als vorteilhaft hat es sich auch erwiesen, bereits
vor der Spritzeinrichtung 2 ein zusätzliches Heizelement 14 vorzusehen, mit dessen
Hilfe das langgestreckte Gut lo auf die Massetemperatur des Vulkanisats gebracht
wird. Wärmeverluste vom Seil (20 C) zum Gummi (80 C) werden ausgeglichen.
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In der Figur 2 ist in schematischer Form der Temperaturverlauf des
langgestreckten Gutes lo, beispielsweise des Leiters einer elektrischen Leitung,
der Temperatur der äußeren Randzone sowie der Temperatur innerhalb der Isolierung
dargestellt. Die Leitertemperatur stellt sich als durchgezogene1 ~die Temperatur
an der äußeren Randzone als gestrichelte und die Temperatur innerhalb der Randzone
als strichpunktierte Linie dar. Die Leitertemperatur betrage beim Abzug von einer
Vorratstrommel etwa 200 C, dann wird mittels des Heizelementes 14 eine Aufheizung
auf beispielsweise 800C vorgenommen, mit der der zu ummantelnde Leiter lo in die
Spritzeinrichtung 2 einläuft. Im Bereich des Heizelementes 11 wird der Leiter aufgeheizt
auf Temperaturen bei etwa 200°, die dann entprechend der Wärmeabgabe abfallen und
durch die Heizelemente 12 wieder auf diesen Temperaturbereich gebracht werden. Die
Temperatur in der äußeren Randzone der gespritzten Umhüllung6, die eine Spritztemperatur
von zunächst etwa 80°C aufweist, steigt dann in der Heizzone auf 200 C an und wird
dort durch den vorhandenen Heißwasserdampf auf dieser Temperatur gehalten. Die Temperatur
innerhalb der Isolierung wird durch die sich wiederholende Aufheizung des Leiters
noch innerhalb der Heizzone durch die von außenbund innen wirkende Erwärmung auf
die Vulkanisationstemperatur gebracht, so daß auch bei erhöhter Dicke der Umhüllung
eine einwandfreie Ausvulkanisation errecht ist. Die Temperatur an der äußeren Ranzone
der Umhüllung fällt dann während bzw.
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nach Durchlaufen des Druckumlenkbehälters exponentiell ab, während
durch die noch erfolgte kurzzeitige Aufheizung des Leiters die Leitertemperatur
und die Temperatur # innerhalb der Isolierung allmählich abfallen. Beim Austritt
des umhüllten Gutes aus der Labyrinthdichtung haben dann Leiter und Umhüllung praktisch
wieder Raumtemperatur angenommen.
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Die Vulkanisation der Umhüllung ist bis auf den Leiter hindurcherfolgt,
so daß ohne Gefahr für die Umhüllung das Aufwickeln und der Transport des umhüllten
Gutes erfolgen kann0
Abweichend von den Ausführungsbeispielen nach
den Figuren 1 und 2 ist in der Figur 3 in einem gegenüber Figur 1 und 2 vergrößerten
Maßstab ein Hezelement 15 in Form einer gewicke ten Spule schematisch dargestellt.
Dieses Heizelement ist innerhalb des Dampfrohres 16 angeordnet und von diesem durch
eine isolierende Führungsmuffe 17 getrennt0 Zur Führung des in Pfeilrichtung durchlaufenden
Gutes dient das Führungs- und Isolierrohr i8. Die Eingänge und Ausgänge zur Stromzuführung
für das Heizelement sind mit 19 und ig) bezeichnet.
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Die Figur 4 schließlich zeigt ein Dampfrohr 20 im Querschnitt, das
nach unten eine Erweiterung 21 aufweist. Diese Erweiterung nimmt eine Hebevorrichtung
22 auf, die eine offene Spule 23 wahlweise in die Arbeitsstellung zu dem durchlaufenden
Gut 24, beispielsweise ein elektrisches Kabel, heben kann. Aus wirtschaftlichen
Gründen ist es vorteilhaft die Spule 23 möglichst eng an das Kabel anzupassen, um
bei kleiner Leistung der Spule eine größtmögliche Wirkung zu erzielen. Für verschiedene
Abmessungen bzw. Abmessungsbereiche sind dann entsprechend ausgebildete Spulen zu
verwenden. Die Spule kann selbstverständlich auch beliebig anders ausgebildet sein,
beispielsweise in Form zweier Halbschalen, wobei eine Hälfte von oben und die andere
Hälfte von unten dem Kabel entgegen bzw. vom Kabel weggeführt wird.
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Abweichend von den in den AusfüIii#ungsbeispielen dargestellten Anordnungen
kann die Erfindung auch dort Anwendung finden, wo es sich um CV-Anlagen ohne Druckumlenkbehälter
sowie solche mit Doppelumlenkung oder auch um vertikale odet Kettenlinien-CV-Anlagen
handelt. Wesentlich ist in allen diesen Fällen, daß neben der von außen herangebrachten
Erwärmung der Isolierung bzw. Umhüllung von Innen eine Erwärmung der Umhüllung erfolgt,
um auch bei größeren Wanddicken eine einwandfreie Vulkanisation bzw. Vernetzung
des die Umhüllung bildenden Werkstoffes zu erzielen.