DE2240705A1

DE2240705A1 - Verfahren zur herstellung elektrischer kabel mit vernetzter umhuellung

Info

Publication number: DE2240705A1
Application number: DE2240705A
Authority: DE
Inventors: Hans Joachim Dipl Chem Dr Bode
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1972-08-15
Filing date: 1972-08-15
Publication date: 1974-02-28

Description

Verfahren zur Herstellung elektrischer Kabel mit vernetzter Umhüllung Der steigende bedarf an elektrischer Energie setzt leistungsfähig Verteilernetze voraus. Hierzu ist man an einer stärkeren Belastbarkeit der Übertragungsstrecken interessiert und daher bemüht, für elektrische Kabel ud Leitungen Isolierungen mit hoher Wärmebeständigkeit einzusetzen. Dies bedeutet für elektrische Kabel mit einer Kunstatoffisolierung, daß die bisher üblichen thermoplastischen Kunststoffe wie Polyvinylchlorid und Polyäthylen in zunehmendem Maße durch wärmeformbeständigere und gegen Spannungsrißbildung weniger anfällige Kunststoffe, sogenannte Thernioelaste und Blastomeres beispielsweise vernetzte polymerisierte Olefine, insbesondere vernetztes Polyäthylen, sowie vernetzte Copolymerisate auf Olefinbasis, insbesondere vernetzte Copolymere des ethylens, und synthetische Kautschuke, ersetzt werden.
Zur Herstellung von elektrischen Kabeln mit einer Isolierung aus einem vernetzten Kunststoff, beispielsweise aus einem vernetzten Polyäthylen, und ganz allgemein zur Herstellung von langgestrecktem Gut aus einem solchen Kunststoff haben sich Verfahren durchgesetzt, bei denen das aus einer vernetzbaren Thermoplast- oder Elastomermischung geformte Gut auf chemischem Wege vernetzt wird. Hierzu werden Vernetzungsmittel, bevorzugt organische Peroxyde, verwendet,- die in die thermoplastische oder elastomere Mischung eingearbeitet werden und die bei erhöhten Temperaturen zerfallen und dabei die chemische Vernetzung des Kunststoffes bewirken.
Diese Vernetzung erfolgt in der Regel bei Temperaturen um 200°C und bei hohem Druck. Bei einem insbesondere bei der Herstellung elektrischer Kabel mit einer Umhüllung oder Isolierung aus einem Thermoplast oder Elastomer üblichen Vernetzungsverfahren durchläuft das langgestreckte Gut hierzu eine gespannte Wasserdampfatmosphäre bei Drücken von etwa 160 bis 200 N/cn.2. Die hierbei erreichbaren Vernetzungstemperaturen liegen wegen des hohen Wasserdampfdruckes bei maximal etwa 200°C. Bei der kontinuierlichen Durchführung dieses Verfahrens betragen daher die Verweilzeiten des langgestreckten Gutes, insbesondere der umhüllten Leiter oder Kabel, je nach Isoliermaterial (Mischungsaufbau) und Isolierwanddliche in der Wasserdampfatmosphäre etwa eine bis mehrere Minuten. I)ie Durchlaufgeschwindigkeit ist dabei wesentlich kleiner als die bei der Extrusion der Umhüllungen an ich erreichbaren Geschwindigkeiten. Im übrigen muß bei diesen Vcrnetzun sverfahren das langgestreckte Gut in dc rr der Wasserdampfatmosphäre möglichst berührungsfrei in einer Kettenlinie geführt werden, um eine Verformung des zunächst noch thermoplastischen Materials infolge von diskreten Druckeinwirkung oder durch Reibung an der Rohrwand zu verhindern. Zur Aufrechterhaltung dieser Kettenlinie ist eine Zugspannungsregelung erforderlich.
Neben der bekannten Vernetzung in einer gespannten l/asserdampfatmosphäre sind in neuerer Zeit Verfahren bekannt geworden, bei denen die Vernetzung von Elastomeren mit Hilfe eines Flüssigkeitsbades, beispielsweise eines Salzbades, erfolgt.
Bei diesem Vernetzungsverfahren wird auf das langgestreckte Gut während der Vernetzung kein Druck ausgeübt, d.h. der Vernetzungsyorgang erfolgt drucklos, also bei oder annähernd bei Atmosphärendruck. Um hierbei eine Porenbildung in dein langgestreckten Gut zu verhindern, werden zur Extrusion der vernetzt baren Elastomermischung sogenannte Entgasungsextruder verwendet. Urn im übrigen beim Durchlaufen des Flüssigkeitsbades ein stcndiges Untertauchen des langgestreckten Gutes im Flüssigkeitsbad sicherzustellen, wobei das Gut den Boden des Salzbades nicht berWlren darf, ist bei diesem Verfahren ebenfalls eine Zugspannungsregelung des langgestreckten Gutes erforderlich, oder es werden Umlenkrollen vorgesehen, mit denen das langgestreckte Gut unter die Oberfläche des Flüssigkeitabades gedrückt wird (deutsche Offenlegungsschriften 1 729 710, 1 939 134, britische Patentschriften 906 139 und 1 012 562).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur Herstellung von langgestrecktem Gut aus einem Thermoelast oder Elastomer, insbesondere zum Herstellen von elektrischen Kabeln oder Leitungen mit einer Umhüllung und/oder einer Isolierung aus einem Thermoplast oder einem Elastomer, durch kontinuierliches Vernetzen einer Thermoplast- oder Elasteinermischüng ein Verfahren mit vereinfachter Zugspannuflgsregelung während des Vernetzungsvorganges zu schaffen.
Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von einem Verfahren aus, bei dem die vernetzbare Miscfrjng zunächst extrudiert und das extrudierte Gut anschließend ein Flüssigkeitsbad durchläuft und dabei vernetzt wird. Gemäß der Erfindung wird das extrudierte Gut beim Durchlaufen des Flüssigkeitsbades durch Einwirkung von Auftriebskräften in horizontaler oder annähernd horizontaler Lage geführt.
Bei einem gemäß der Erfindung ausgebildeten Verfahren wird infolge der Einwirkung von Auftriebskräften ein kontinuierlich über die Länge des langgestreckten Gutes verteilter Kraftangriff zur Führung des langgestreckten Gutes in horizontaler oder annähernd horizontaler Lage erreicht. Dadurch erübrigt sich die Anwendung einer besonderen Zugspannungsregelung, mit der eine bestimmte Führung des langgestreckten Gutes, insbesondere in Form einer Kettenlinle, erreicht werden soll. Die neue Führung mit Hilfe von Auftriebskräften wirkt sich besonders günstig bei der Verarbeitung von zugspannungsempfindlichem langgestrckten Gut, also beispielsweise von elektrischen Kabeln mit zugspannungsempfindlichen Leitern oder zugspannungsempfindlicher Kabelseele, aus. Die horizontale Führung des langgestreckten Gutes ermöglicht im übrigen, die gesamte Fertigungsstraße, also den gegebenenfalls vorhandenen Ablauf eines zu umhüllenden langgestreckten Gutes, den Extruder, das Vernetzungsbad, die Kühlstrecke sowie die Abzug- und Aufwickelvorrichtung, horizontal aufzubauen. Schließlich wird durch die horizontale Führung des langgestreckten Gutes während der Vernetzung mit Hilfe von Auftriebskräften die Qualität solchen langgestreckten Gutes.
wesentlich verbessert, bei dem die extrudierte Schicht sehr dick ist, beispielsweise eine Wanddicke von mehr als 5 mm hat. Eine solche Schicht kann sich nämlich dann, wenn das langgestreckte Gut in Form einer Kettenlinie geführt wird, im thermoplastisclaen Zustand unter dem Einfluß von Schwerkräften leicht deformieren.
Zur Durchführung des neuen Verfahrens ist eine Vorrichtung besonders geeignet, bei dem das für die Vernetzung vorgesehene Flüssigkeitsbad aus zwei Flüssigkeiten besteht, wobei die Dichte der einen Flüssigkeit großer und die Dichte der anderen Flüssigkeit kleiner als die mittlere Dichte des langgestreckten Gutcs ist. Durch diese Auswahl der Flüssigkeiten im Hinblick auf ihre Dichte wird erreicht, daß das langgestreckte Gut stets im Grenzbereich zwischen der Flüssigkeit höherer Dichte und der Flüssigkeit niederer Dichte schwimmt, wobei das langgestreckte Gut je nach dem Verhältnis der Dichten zueinander mehr oder weniger stark in die eine bzw. die andere Flüssigkeit eintaucht. Als Flüssigkeit höherer Dichte kommt beispielsweise ein tiefschmelzendes Metall oder eine tiefschmelzende Metallegierung in Frage und als Flüssigkeit niederer Dichte ein flüssiges Salz oder Salzgemisch oder ein wärmebeständiges Öl. Dabei befindet sich die Flüssigkeit höherer Dichte im unteren Teil eines entsprechenden Behälters und die Flüssigkeit niederer Dichte im oberen Teil dieses Behälters. Die Menge der infolge ihrer Dichten somit in zwei Schichten übereinander befindlichen Flüssigkeiten muß dabei selbstverständlich so bemessen werden, daß das langgestreckte Gut vollständig in das Flüssigkeitsbad eintaucht.
Um bei der Vernetzung eines langgestreckten Gutes unter Anwendung des neuen Verfahrens eine porenfreie Vernetzung sicherzustellen, empfiehlt es sich, das Flüssigkeitsbad gegebenenfalls mit einem mit einem Druckgas gefüllten Behälter zu umgeben, der über ein von dem langgestreckten Gut durchlaufenes Dichtungsrohr mit dem Extruder und getebenenfalls mit einer anschließenden Kühleinrichtung verbunden ist, die ebenfalls unter Druck steht. Eine derartige Maßnahme ist bereits vorgeschlagen worden und Gegenstand der Patentanmeldung P 22 34 066.5.
Das neue Verfahren wird an Hand eines Ausführungsbeispieles einer Vorrichtung zur Durchführung des neuen Verfahrens näher erläutert.
Die in Figur 1 dargestellte Vorrichtung zeigt schematisch eine Fcrtigungsstrecke zur Herstellung einer Ader eines elektrischen Kabels, bei dem als Aderisolierung ein vernetztes Polyäthylen vorgesehen ist. Hierbei .läuft der Kupferleiter 2 von einer Ablauftrommel 1 ab und lird über die Umlenkeinrichtung 3 dem Extruder 4 zugeführt, in dessen- Querspritzkopf 5 der Leiter mit einer vernetzbaren Polyäthylenmischung umspritzt wird. Unmittelbar anschließend gelangt der umspritzte Leiter, also die Ader, über das teleskopartig ausgebildete Dichtl1ngsrohr 6 in den Vernetzungsbehälter 7, der ein auf 29000 aufgeheiztes Flüssigkeitsbad enthält. Dieses Flüssigkeitsbad besteht aus einer Flüssigkeit 8, deren Dichte größer als die mittlere Dichte des Leiters 2 einschließlich seiner Umhüllung ist, und aus einer Flüssigkeit 8a, deren Dichte kleiner als die mittlere Dichte des Kupferleiters 2 einschließlich der extrudierten Umhüllung ist. Dadurch wird erreicht, daß der umspritzte Leiter beim Durchlaufen des Flüssigkeitsbades in horizontaler Lage geführt wird und dabei im Grenzbereich zwischen der Flüssigkeit höherer Dichte und der Flüssigkeit niederer Dichte schwimmt,)Dadurch erübrigt sich die Verwendung von Umlenkrollen, mit denen z.B. der umhüllte Leiter unter dic Oberfläche des Flüssigkeitsbades gedrückt wird, sowie die Verwendung einer speziell für die Führung des umhüllten Leiters im Flüssigkeitsbad erforderlichen Zugspannungsregeiung.
Der Behälter 7 ist nach außen hin dicht abgeschlossen, wobei der über dem Flüssigkeitsbad befindliche freie Raum 11 mit einem unter einem Druck von 50 N/cm2 stehenden Gas, beispielsweise mit Druckluft oder mit einen Inertgas wie Stickstoff, gefüllt ist. Hierzu ist der Behälter über das Ventil 10 an einem nicht nadler dargestellten Kompressor angeschlossen, mit dem der Druck in dem Behälter 7 auf den jeweils gewünschten Wert erhöht werden kann. Zur Druckverminderung kann ein weiteres Druckventil angeordnet sein, über das ein gegebenenfalls zu hoher Druck des in dem Raum 11 befindlichen Druckgases abgebaut werden kann. Mit Hilfe des Ventiles 10 und des gegebenenfalls vorhandenen Uberdruckventils ist es möglich, das FlüssiCkeitsbad unter einem genau definierten und dem jeweils extrudierten Serial angepaßten Druck zu stellen. Dieser Druck braucht dabei nur so groß bemessen zu werden, daß in der auf den Leiter 2 extrudierten Umhüllung beim Vernetzungsvorgang keine Poren entstehen.
ITach turchlaufen des Flüssigkeitsbades wird der umhüllte Leiter über das Dichtungsrohr 12 und die sogenannte Trennstation der Hochdruckku: station 14 zugeführt und gelangt über das Auffangbecken 15 als fertige Ader zur Abzugvorrichtung 17 und wird aischließend mit der Aufwickelvorrichtung 18 auf die *) wie insbesonzere aus den Figuren 2 und 3 zu ersehen ist, in denen der Vernetzungsbehälter im vergrößerten Maßstab im Längs-und Querschnitt dargestellt ist.
Trommel 19 aufgewickelt. Für den Vernetzungs- und Kühlvorgang ist dabei zur Erzielung einerporenfreien Isolierung wichtig, daß das im Flüssigkeitsbad vernetzte langgestreckte Gut unter Aufrechterhaltung des äußeren Druckes in das ebenfalls unter Druck stehende Kühlbad einlaufen kann.
3 Figuren 3 Ansprüche

Claims

PatentansprUche 1 Verfahren zum Herstellen von langgestrecktem Gut aus einem ermoelast oder Elastomer, insbesondere zum Herstellen von elektrischen Kabeln oder Leitungen mit einer Umhüllung und bzw. oder einer Isolierung aus einem Thermoelast oder einem Elastomer, durch kontinuierliches Vernetzen einer Thermoplast-oder Elastomermischung, bei dem die vernetzbare Mischung zunächst extrudiert wird und bei dem das extrudierte Gut anschließend ein Flüssigkeitsbad durchläuft und dabei vernetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das extrudierte Gut beim Durchlaufen des Flüssigkeitsbades (8, 8a) durch Einwirkung von Auftriebskräften in horizontaler oder annähernd horizontaler Lage geführt wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bei der in Ablaufrichtung des langgestreckten Gutes gesehen hinter einem Extruder zum Extrudieren der vernetzbaren Mischung ein Vernetzungsbad und eine Kühlvorrichtung angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkeitsbad aus zwei Flüssigkeiten (8, 8a) besteht, wobei die Dichte der einen Flüssigkeit (8) größer und die Dichte der anderen Flüssigkeit (8a) kleiner als die mittlere Dichte des langgestreckten Gutes ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Flüssigkeit höherer Dichte ein tiefschmelzendes Metall oder eine Metallegierung und als Flüssigkeit niederer Dichte ein flüssiges Salz bzw. Salzgemisch oder ein wärmebeständiges Öl dienen.