DE2131253A1

DE2131253A1 - Herstellung von gummi- oder kunststoffisolierten Kabeln

Info

Publication number: DE2131253A1
Application number: DE19712131253
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Hoshii; Yoshikazu Kurita; Kaoru Saito
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 1970-06-25
Filing date: 1971-06-24
Publication date: 1971-12-30
Also published as: JPS5546010B1; CA964820A; GB1337802A; FR2096479A1

Description

DR.-INa HANS H. PONTANI Patentanwalt

8752 KleiBoslheim bei ksMntan - „ « _Λ ~ «, ~

Hirschpfad 3 - Tel. 06027/326 / | O I 4 O

21. Juni 1971 Bl/Am

THE PUJIKURA CABLE WORKS, LTD., 5-1, Kiba 1-chome, Koto-ku,

Tokyo, Japan

"Herstellung von gummi- oder kunststoffisolierten Kabeln"

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Kabeln, die mit härtbarem oder vernetzbarem Gummi oder Kunststoff isoliert sind.

Es ist bekannt, zur kontinuierlichen Herstellung eines mit Gummi oder Kunststoff isolierten Kabels, wobei ein Härten oder Vernetzen erforderlich ist, ein Härtungsrohr zu verwenden, das aus einem Heiz- und aus einem Kühlbereich bzw. -teil besteht und unterhalb oder in der Ebene des Extruderkopfes angeordnet ist. Dabei wird auf eine durch den Extruderkopf gezogene Kabelader ein noch nicht gehärteter oder vernetzter Gummi bzw. Kunststoff aufgetragen. Anschliessend wird das nunmehr isolierte Kabel durch ein Heizrohr geführt, wodurch das Härten oder Vernetzen erreicht wird. Danach erfolgt die Abkühlung.

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Um ein Schäumen des Gummis oder Kunststoffs infolge des bei dem Härten oder Vernetzen entstehenden Gases oder infolge der in dem Gummi oder Kunststoff enthaltenen Luft- und Wasseranteile zu verhindern, wird bei einem solchen bekannten Verfahren die Erhitzung unter geeignetem Druck durchgeführt, wobei Dampf als Wärmeträger verwendet wird und sowohl zur Erhitzung als auch zur Druckausübung dient. Um ein Kabel

W nach einem derartigen herkömmlichen Verfahren kontinuierlich und mit hoher Geschwindigkeit herstellen zu können, muß die Hartwigs- bzw. Vemetzungstemperatur oder die Einwirkzeit dieser Temperatur hoch gewählt werden. Dampftemperatur und -druck hängen jedoch derartig voneinander ab, daß bei 200⁰C ein Druck von 16 kg/cm erforderlich wäre. Wird die Temperatur auf über 200⁰C erhöht, wäre eine außerordentliche Steigerung des Druckes notwendig. Polglich müssen die Vorrichtungen zum Härten oder Vernetzen auf hohen Druck ausgelegt werden. Der Druck des als Wärmeträger dienenden Dampfes muß dann ebenfalls hoch sein. Die gesamte Vorrichtung zur Herstellung eines Kabels wird aus diesen Gründen voluminös.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese beschriebenen Nachteile bekannter Vorrichtungen zu beseitigen, jedoch das Schäumen der Isoliermaterialien während des Härtens oder Vernetzens zu verhindern und ein Verfahren zu

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ermitteln, mit dem gummi- oder kunststoffisolierte Kabel mit hoher Geschwindigkeit hergestellt werden können· Ferner ist es Gegenstand der vorliegenden Erfindung, eine kompakte und wirtschaftliche Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu entwickeln. Desweiteren wird mit der Erfindung ein Verfahren zum Härten oder Vernetzen vorgeschlagen, das auch zur Herstellung von Gummi- oder Kunststoffrohren geeignet ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren bezieht sich also auf die Herstellung von Kabeln und ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Kabelader oder Litze o.a., die mit aushärtbarem Gummi oder vernetzbarem Kunststoffisoliermaterial versehen wurde, durch ein Heizmedium in Form einer Säule aus einem niedrig schmelzenden, flüssigen, metallischen Material (Metall oder Legierung) hindurchgeführt wird, wobei das metallische Material bei der Härtungs- oder Vernetzungstemperatur des Isoliermaterials vollständig geschmolzen ist. Anschließend wird dieses Kabel durch ein in Form einer Säule angeordnetes Kühlmittel, z.B. durch Wasser, geleitet. Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht (1.) aus einem Extruder, mit dem der härtbare oder vernetzbare Gummi oder Kunststoff auf die Kabelader aufgebracht wird, (2.) aus einem Heizrohr, das einseitig mit dem Kreuzkopf des Extruders verbunden und mit dem niedrig schmelzenden, flüssigen, metallischen Material gefüllt ist, und aus (3.) ·

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einem Kühlrohr, das auf der anderen Seite des Heizrohres angeschlossen und mit einem Kühlmittel gefüllt ist, sowie schließlich (4,) aus einem Regulator, der sowohl die Temperatur als auch den Druck des niedrig schmelzenden Materials in dem Heizrohr und des Kühlmittels in dem Kühlrohr einstellt.

" Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten gehen aus der folgenden Darstellung sowie aus der beigefügten Abbildung eines Ausführungsbeispieles der Erfindung hervor.
Es zeigt

Fig. 1 in schematischer Vereinfachung einen Schnitt durch eine Vorrichtung zur Herstellung eines gummi- oder kunststoffbeschichteten Kabels, und Fig. 2 den Temperaturgradienten in jeder Herstellungsstufe des Kabels.

In Fig. 1 ist ein Extruder mit 1 und dessen Kreuzkopf mit bezeichnet, über dem sich ein Heizrohr 3 und ein Kühlrohr 4, die untereinander verbunden sind, in vertikaler Anordnung befinden. Mit 5 ist ein metallisches Material (Metall oder Legierung) mit niedrigem Schmelzpunkt beziffert, mit dem das Heizrohr 3 gefüllt ist. 6 ist. das Kühlwasser in dem Kühlrohr 4 und 7 eine Heizvorrichtung, die im wesentlichen aus

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Heizdrähten besteht, welche um das Heizrohr J5 und um den unteren Teil des Kühlrohres sowie um ein flexibles Rohr 9 gewunden sind. 8 ist ein Ofen, in dem das metallische Material geschmolzen und das schmelzflüssige Material aufbewahrt wird. Der Ofen besteht aus gegen hohe Temperaturen und hohe Drücke beständigen Werkstoffen und ist mit einer (in der Abbildung nicht gezeigten) Druck-Reguliereinrichtung ausgerüstet, so daß das schmelzflüssige metallische Material in dem Ofen 8 auf einer konstanten Höhe unabhängig von Druckänderungen des Kühlmittels gehalten werden kann. Der Ofen 8 ist mit dem unteren Ende des Heizrohres j5 mit Hilfe eines flexiblen Rohres 9 verbunden und kann durch eine Einrichtung mit einer Mutter 10 und einem Halter 23 auf und ab bewegt werden, der mit einer rotierenden Schraubenwelle 24 verbunden ist. Dadurch läßt sich die Menge des metallischen Materials 5 in dem Heizrohr j5 steuern. Ein Warmwasserbehälter 11 enthält ein Medium (im allgemeinen Wasser), das auf eine Temperatur über dem Schmelzpunkt des Materials 5, jedoch unter dem Siedepunkt des Kühlwassers erhitzt ist. Dies ist vorgesehen, um zu gewährleisten, daß sich das metallische Material 5 beim Kontakt mit dem Kühlwasser 6 nicht verfestigt. Wird ein Ventil 26 geöffnet, fließt warmes Wasser in das Kühlrohr 4, was jedoch nur beim Beginn der Kabelherstellung notwendig ist. 12 ist ein Abflußrohr. Das kühlende Wasser 6 wird durch ein Abflußrohr IJ

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mit Hilfe eines Motors 14 und einer Pumpe 15 befördert und nach Druckänderung, verursacht durch das Pulsieren der Pumpe I5, von einem Drucküberwachurigsbehälter 16 aufgenommen und durch den Druckregulator I7 in das Kühlrohr 4 geleitet. Der Druck in dem Kühlrohr 4 und in dem Heizrohr 3 wird mit Hilfe der Wasserversorgungseinrichtung und der Wasser abdichtenden Teile 18 ( z.B. Gummidichtungen) auf dem gewünschten Niveau gehalten. 19 ist ein Behälter, der überfließendes Wasser auffängt, und 20 ein Abflußrohr für das Kühlwasser. 25, 26 und 27 sind Ventile.

Wenn ein Kabel hergestellt werden soll, wird zunächst eine blanke Ader A von unten in die Vorrichtung durch den Kreuzkopf 2 des Extruders 1 eingeführt und dort mit dem noch nicht gehärteten bzw. noch nicht vernetzten Isoliermaterial (z.B. eine Polyäthylen-Verbindung) beschichtet. Danach wird die Ader durch das mit flüssigem, niedrig schmelzendem Material gefüllte Heizrohr geführt, so daß der Überzug aus Isoliermaterial durch die Hitze härten oder vernetzen kann. Anschließend erfolgt der Durchgang des Kabels durch das fließende Wasser in dem Kühlrohr. Schließlich wird das Kabel über eine Führungsrolle 22 auf eine (nicht gezeigte) Trommel aufgewickelt.

Bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung eines gummi- oder kunstjaboffisolierten Kabels

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kann das Schäumen des Isoliermaterials, das häufig durch das

a
Vergasen einer in dem Isoliermaterial enthaltenen Komponente verursacht wird, in dem Zeitraum zwischen dem Härten oder Vernetzen unter Einwirkung der Hitze und der Verfestigung nach dem Abkühlen auf eine bestimmte Temperatur durch den Druck verhindert werden, der durch das Gewicht des niedrig schmelzenden Materials 5 und des Kühlwassers 6 entsteht. In diesem Fall muß zum vollständigen Ausschalten eines Schäumens des noch nicht gehärteten oder vernetzten Isolier materials das niedrig schmelzende Material in einer solchen Höhe angeordnet werden, daß der erforderliche Druck zum Verhindern des Schäumens tatsächlich entsteht· Sobald der Druck richtig eingestellt ist, wird die Temperatur des Metalles auf einem Niveau gehalten, bei dem das Isoliermaterial niemals schäumt; erfahrungsgemäß auf unter 100°C· In der Praxis hat sich, beispielsweise bei der Verwendung von Polyäthylen in Mischung mit einem organischen Peroxyd als Isoliermaterial, ein Druck

2 2

von 2 kg/cm als ausreichend, ein Druck von 5 kg/cm als völlig zufriedenstellend erwiesen. Wenn jedoch ein anderes Zusatzmittel als organisches Peroxyd mit Polyäthylen gemischt wird, ist es möglich, daß das Gemisch auch unter einem Druck von 2 kg/cm oder weniger nicht schäumt.

Das Gewicht des niedrig schmelzenden metallischen Materials und des Kühlwassers 6 hält in Verbindung mit der Ausgleichs-

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wirkung des Wasserversorgungssystems, das heißt des Motors 14, der Pumpe 15 und der Wasser abdichtenden Teile, den Druck in dem Heizrohr 3 und in dem Kühlrohr 4 auf einem geeigneten Wert. Polglich muß das Härtungs- oder Vernetzungsrohr zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens keinen besonderen hitzebeständigen Aufbau besitzen.

Unter Berücksichtigung solcher Paktoren, wie der Anordung jeder Heizquelle 7, der Anbringungsweise und Anordnung des Heizrohres relativ zu dem Kühlrohr, zeigt der Temperaturgradient in den verschiedenen Bereichen des Härtungsrohres - Heizbereich, Temperturabfallbereich und Kühlbereich den in Fig. 2 wiedergegebenen Verlauf. Die blanke Kabelader wird in dem Kreuzkopf durch Extrudieren mit dem Isoliermaterial beschichtet, und zwar bei einer Temperatur, die so niedrig ist, daß kein Verschmoren möglich ist. Das Aushärten oder Vernetzen in dem mit niedrig schmelzendem Material gefüllten Heizrohr erfolgt bei einer vergleichsweise hohen Temperatur und kurzen Zeit. Ih dem Bereich des Rohres, durch den der beschichtete Draht anschließend geführt wird, verringert sich die Temperatur stufenweise, bis der Überzug aus Gummi- oder Kunststoff völlig verfestigt ist. Somit ist eine kontinuierliche Kabelherstellung möglich.

Als niedrig schmelzendes Material für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Metall oder eine Le-

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gierung gewählt, die bei der Temperatur, bei der der Gummi oder der Kunststoff härtet oder vernetzt, geschmolzen ist und die außerdem keinen ungünstigen Einfluß auf das Isoliermaterial ausübt. Geeignet sind beispielsweise Legierungen folgender Zusammensetzung:

	A	Tabelle	C	1	D	E	P
Legierungszu sammensetzung	44,7	B	50		50	21	/
Bi	22,6	50	25		31,2	42	/
Pb	8,3	24	12		18,8	37	/
Sn	5,3	14	12	,5	/	/	/
Cd	19,1	12	/	,5	/	/	100
In	47	/	72		94	152	156
Sghmelzpunkt	65

Die härtbare oder vernetzbare Gummi- oder Kunststoffverbindung besteht aus ungehärtetem natürlichen oder synthetischen Gummi oder Harz, z.B. aus Polyäthylen, Butadien, Polyvinylchlorid, Äthylen-Propylen-Copolymeres, also aus Materialien, wie diese üblicherweise zum Beschichten von Draht verwendet werden, und aus einem Härtungs- oder Vernetzungsmittel sowie aus einem Antioxidationsmittel, ferner aus einem Farbstoff und einem Streckmittel; diese Verbindung bzw. dieses Gemisch

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kann durch Hitze gehärtet oder vernetzt werden.

Bisher wurde Dampf zum Erhitzen verwendet. Erfindungsgemäß dient dagegen ein niedrig schmelzendes metallisches Material als Wärmeträger. Die Temperaturen und die erforderlichen Härtungs- oder Vernetzungszeiten sind für beide Fälle der nachstehenden Tabelle 2 zu entnehmen.

Tabelle 2

Wärmeträger bzw« Heizmedium

Heiztemperatur

Dampf; niedrig schmelz, met. Material

200⁰C 58 see 55 see

250 - 25

500 - 10

520 - 7

Ein Isoliermaterial aus 100 Gewichtsteilen Polyäthylen (Schmelzindex « 2,0), 20 Gewichtsteilen Dicumylperoxyd und 0,5 Gewichtsteilen eines Antioxidationsmittels wurde in das Heizmedium eingefü hrt und die für eine 8C#lge Gelatteferung

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(Vernetzung) erforderliehe Zeit gemessen; das Ergebnis ist in der vorstehenden Tabelle enthalten.

Wenn in diesem Fall der Dampf über 200°C erhitzt worden wäre, hätte sich ein zu hoher Druck ergeben. Die für die 80#ige Gelatinierung notwendige Zeit war bei der Verwendung eines niedrig schmelzenden metallischen Materials geringer als bei der Benutzung von Dampf, und zwar sogar bei gleicher Temperatur; dies ist wahrscheinlich darauf zurückzuführen, daß das metallische Material eine höhere Wärmeleitfähigkeit als Dampf besitzt. Dies beweist, daß durch Erhöhen der Vernetzungstemperatur sich die für das Isoliermaterial zur Erreichung des gewünschten Vernetzungsgrades erforderliche Zeit verringern würde. Es ist Jedoch selbstverständlich, daß dann, wenn die zur Erwärmung verwendete Säule aus geschmolzenem Material mit der Wassersäule In Berührung kommen würde, eine besondere Temperaturkontrolle bzw. Regelung erfolgen müßte. Liegt die Temperatur des geschmolzenen metallischen Materials beispielsweise bei 150⁰C, muß eine Schicht aus geschmolzenem Metall von etwa 100⁰C zwischen der Material- und der Wassersäule angeordnet werden.

Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus den folgenden Ausführungsbeispielen hervor.

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Beispiel 1

Eine Ader (Durchmesser 2,0 mm) wurde durch Extrudieren mit verschiedenen Gummiverbindungen und Kunststoffen, die isolieren, beschichtet. Die behandelte Ader wurde zur Aufheizung durch ein Härtungs- und Vernetzungsrohr geführt, " das aus einem 2 m langen Heizbereich, einem 1 m langen Temperaturgradientbereich und einem J5 m langen Kühlbereich (also insgesamt 6m) bestand· Der Druck in den Heiz- und Kühlbereichen der verwendeten Vorrichtung betrug 5 kg/cm und als niedrig schmelzendes Material wurde die Legferung B nach der Tabelle 1 verwendet. Es ergaben sich folgende Ergebnisse, wobei die nachstehenden Isoliermaterialien verwendet wurden:

a = natürlicher Gummi
b = Buty!gummi
c = Äthylen-Propylen-Gummi
d = vernetzbares Polyäthylen
e = Äthylen-Propylen-Terpolymeres
f = chlorosulfoniertes Polyäthylen
g - Silikon
h = Chloropren

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Isolier material	Dicke der Isolier	Heiztemperatur ⁰C	nach	Durchlauf geschwind, d. Kabels durch Rohr	7	nach St. d. T.
	schicht	nach	St.d.T,	(m/min.)	10	7,5
	(mm)	Erfind.	200	nach Erfind.	10	4,0
a	1,1	250	200	16	10	4,5
b	1,1	270	200	6	10	3,0
C	1,0	270	200	16	3
d	0,8	300	200		3
e	1,1	300	200	3
f	1,1	300	200	7,5
g	1,1	300	200
h	1,1	250

	Eigenschaften des	nach St. d. T.	Überzuges	(#)
Isolier material	Zugfestigkeit (kg/mm²)	1,3	Dehnbarkeit	nach St.d.T.
a	nach Erfindung	0,8	nach Erfindung	450
b	1,3	0,7	4^0	630
C	0,8	2,2	610	560
d	0,7	0,7	560	510
e	2,1	1,1	520	510
f	0,7	0,6	500	320
g	1,2	1.4	300	350
h	0,7	350	330
1.4	■530

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In allen vorgenannten Fällen wurde mindestens eine 80#ige Gelatinierung des Isoliermaterials durch die Hitzeeinwirkung erreicht. Die dabei erforderlichen Zeitspannen zeigen, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine kontinuierliche Produktion von gummi- oder kunststoffisolierten Kabeln mit einer höheren Geschwindigkeit als mit bisherigen Verfahren möglich ist.

Beispiel 2

Ein einziger verdrillter Leiter (2,0 mm Durchmesser; 7 Drähte mit je 0,7 mm Durchmesser) wurde durch Extrudieren mit Isoliermaterialien aus verschiedenen Gummiverbindungen und Kunststoffen beschichtet, und zwar wiederum mit den verschiedenen Materialien wie in Beispiel 1. Die einzelnen Bereiche des Härtungs- oder Vernetzungsrohres hatten die gleiche Länge wie im Beispiel 1. Wiederum wurde die Legierung B gemäß Tabelle 1 als niedrig schmelzendes metallisches Material verwendet. Der Druck im Inneren des Heiz- und des Kühlbereiches der Vorrichtung betrug ebenfalls 5 kg/cm . Es ergaben sich in allen Fällen im wesentlichen die gleichen Ergebnisse wie im Beispiel Ij vergl. die tabellierten Versuchsergebnisse des Beispiels 1.

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Claims

Patentansprüche

1· Verfahren zur Herstellung eines Kabels, das aus einer oder mehreren Adern, Litzen o.dergl. besteht, die mit einem Isoliermaterial aus härtbarem oder vernetzbarem Gummi oder Kunststoff beschichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das mit noch nicht gehärtetem oder vernetztem Isoliermaterial beschichtete Kabel zunächst durch eine Säule aus flüssigem, niedrig schmelzendem metallischen Material (Metall oder Legierung) und sodann durch ein Kühlmittel geführt wird, wobei das niedrig schmelzende metallische Material bei der Temperatur, bei der das Härten oder Vernetzen des Isoliermaterials durchgeführt wird, vollständig geschmolzen ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Isoliermaterial natürlichen oder synthetischen Gummi, Polyäthylen, Polybutadien, Polyvinylchorid oder ein Äthylen-Propylen-Copolymeres enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als niedrig schmelzendes metallisches Material eine Legierung verwendet wird, die zumindest zwei der Metalle Bi, Pb, Sn, Cd und In enthält.

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4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis j5, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Verhinderung des Schäumens des Isoliermaterials erforderliche Druck durch Regulierung der Säulenhöhe des flüssigen, niedrig schmelzenden Materials eingestellt wird.
5· Verfahren nach einem derAnspruche1 bis 4, dadurch ge- ψ kennzeichnet, daß das Härten oder Vernetzen unter einem

Druck von maximal 5 kg/cm durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung der Verfestigung von geschmolzenem metallischen Material infolge der Berührung mit Kühlmittel eine Wassermenge oder ein anderes Medium, das über den Schmelzpunkt des flüssigen metallischen Materials, aber unter seinen Siedepunkt erhitzt ist, in den unteren Teil des Kühlrohres eingeführt wird.
7. Vorrichtung zur Durchführung desVerfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß diese einen Extruder (1) aufweist, mit dem das Isoliermaterial auftragbar ist, und ein mit dem flüssigen, niedrig schmelzenden metallischen Material (5) gefülltes Heizrohr (3) besitzt,, das auf einer Seite mit dem Kreuzkopf (2) des Extruders (1) und auf seiner anderen Seite mit einem mit Kühlmittel (6) gefüllten Kühlrohr (4) verbunden

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ist, und daß ferner ein Regulator zur Einstellung der Temperatur und des Druckes des metallischen Materials (5) und des Kühlmittels (6) in dem Heizrohr (3) bzw. in dem Kühlrohr (4) vorhanden ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß diese für das metallische Material (5) einen Ofen (8) aufweist, der über ein flexibles Rohr (9) mit dem Heizrohr (3) in Verbindung steht und mit einem Elevator ausgerüstet ist, mit dem der Ofen (8) hebbar und senkbar ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß diese zum Einleiten von Kühlwasser (6) in das Kühlrohr (4) mit einem Einlaß versehen ist, der über der Ebene eines Einlasses für warmes Wasser angeordnet ist.

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