DE2328683C3 - Vorrichtung zum Ummanteln eines drahtförmigen Kerns mit einem thermoplastischen Kunststoff durch Extrudieren - Google Patents
Vorrichtung zum Ummanteln eines drahtförmigen Kerns mit einem thermoplastischen Kunststoff durch ExtrudierenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Ummanteln eines drahtförmigen Kerns mit einem
thermoplastischen Kunststoff durch Extrudieren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (US-PS 20 249) verzweigt sich der Anschlußkanal in der
Weise, daß die Teilkanäle jeweils in Umfangrichtung quer zur Bewegungsrichtung des Kerns auseinanderstreben und die Enden entweder in Bewegungsrichtung
des Kerns oder in radialer Richtung umbiegen, wonach eine erneute Aufteilung quer zur Bewegungsrichtung
des Kerns erfolgt usw. bis schließlich eine große Anzahl von Teilkanälen in die Extrudierkammer mündet In
jedem Fall besteht die Vorrichtung aus einzelnen, durch Schrauben zusammengehaltenen Scheiben, in deren
ebene Flächen der Anschlußkanal mit seinen Teilkanälen eingearbeitet ist. Nachteilig an der geschilderten
Bauweise dieser Vorrichtung ist, daß die Ströme des geschmolzenen Kunststoffes ein unsymmetrisches Strömungsprofil wegen der notwendigerweise vorhandenen
Krümmungen aufweisen und sich so ungleichmäßige Teilmengen mit unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten und Drücken in die Teilkanäle ergießen. Bei
der Herstellung von Adern für nachrichtentechnische Zwecke kommt es aber sehr darauf an, daß der
drahtförmige Kern genau zentrisch und gleichmäßig
ummantelt wird.
Vorrichtungen zum Ummanteln eines drahtförmigen Kerns durch Extrudieren, bei denen die in die
Extrudierkammer mündenden Teilkanäle unter einem spitzen Winkel in Bewegungsrichtung des Kerns
angeordnet sind, sind an sich bekannt (US-PS 34 41 660). Für diese Merkmale des Anspruchs 1 wird jedoch für
sich kein gesonderter Schutz begehrt, sondern nur in Zusammenhang mit den übrigen Merkmalen des
Anspruchs.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Ummanteln eines drahtförmigen
Kerns durch Extrudieren so auszubilden, daß ein besonders gleichförmiger und zu dem Kern zentrisch
liegender Kunststoffmantel erzielt wird, wobei auch hochviskose oder nachgiebig zusammendrückbare geschmolzene Kunststoffmaterialien gleichmäßig zu dem
Kern zugeführt werden können.
Die gestellte Aufgabe wird auf Grund der im Hauptanspruch angegebenen Gestaltung des Extruderkopfes gelöst, und die Unteransprüche geben weitere
Einzelneren hierüber an.
Durch die besondere Führung des geschmolzenen Kunststoffes gelingt es, diesen gleichmäßig hinsichtlich
Strömungsgeschwindigkeit, Druck und Volumen aufzuteilen, obwohl infolge der Krümmungen unsymmetrische Strömungsprofile auftreten. Diese Vorrichtung
nach der Erfindung ist deshalb besonders zum Beschichten von elektrischen Leitungen für Nachrichtenzwecke geeignet, bei denen es auf Konzentrizität,
Rundheit und Gleichförmigkeit der Isolierung ankommt Gerade die Isoliermaterialien sind häufig
hochviskos oder stark nachgiebig, wenn es sich um Schaumstoffe handelt, und bei diesen Materialien sind
die Auswirkungen eines unsymmetrischen Strömungsprofils besonders gravierend. Um zu einer besonders
gleichförmigen Verteilung der einzelnen Kunststoffströme in den Teilkanälen zu gelangen, werden nicht nur
die Umlenkebene und die darauf folgende Aufteilebene als senkrecht aufeinanderstehend gewählt, es werden
auch die Stromabschnitte relativ lang gewählt, damit sich das unsymmetrische Strömungsprofil ausgleichen
kann. Obwohl die Teilkanäle deshalb insgesamt ziemlich lang sind, braucht die Vorrichtung nicht besonders lang
zu sein, weil gewissermaßen in Schalen um den Kern herum die Fließrichtung der einzelnen Ströme in den
Teilkanälen einander entgegengesetzt gewählt ist.
Der Gegenstand der Erfindung wird an Hand der Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigt
F i g. 1 eine Schrägansicht eines ummantelten elektrischen Leiters, der aus einem drahtförmigen Kern aus
Kupferdraht und einem Mantel aus Kunststoff besteht,
Fig.2 einen Schnitt durch eine Vorrichtung zum
Ummanteln eines Kerns in kleinerer Darstellung als in Fig.l,
F i g. 3 eine Schrägansicht einer Hülse der Vorrichtung nach F i g. 2 in größerer Darstellung als in F i g. 2,
Fig.4 eine Schrägansicht einer weiteren Hülse der
Vorrichtung nach Fig.2 in größerer Darstellung als in
Fig. 2,
Fig.5 eine Schnittansicht der Vorrichtung nach F i g. 2 entlang der Linie V-V,
F i g. 6 eine schematische Darstellung eines Stromes fließenden Kunststoffes, der durch einen engen Kanal
mit einer 90°-Krümmung fließt,
F i g. 7 eine schematische Darstellung des aufgeteilten Stromes gemäß Fig.6, und zwar ir« einem kurzen
Abstand, nachdem die Ströme der 90" -Krümmung in
F i g. 6 unterzogen worden sind,
F i g. 8 eine perspektivische Ansicht des Anschlußkanals und der Teilkanäle der Vorrichtung gemäß F i g. 2,
Fig.9, SO, 11 und 12 alternative Ausführungsformen
der Vorrichtung nach F i g. 2.
Ein isolierter Leitungsdraht 21 wird durch Ummanteln
eines leitenden drahtförmigen Kernes 22 aus Kupferdraht mit einem Durchmesser im Bereich
zwischen 0,4 bis 1,14 mm mit einem Mantel 23 aus Polypropylen mit einer Dicke zwischen 0,2 und 0,05 mm
hergestellt
Der Mantel 23 wird direkt auf den Kern 22 aufgespritzt, wenn dieser durch die Vorrichtung läuft.
Die Vorrichtung ist über ein Zwischenstück 27 mit einem Extruder 28 verbunden.
Die Querbohrung 41 der Vorrichtung weist drei Abschnitte auf, nämlich einen zylindrischen Teil 43,
einen weiteren zylindrischen Teil 46 größeren Durchmessers und ein koaxiales Gewinde 47. Eine im
wesentlichen zylindrische Hülse sitzt in der Querbohrung 41 des Zwischenstücks 27 und ist austauschbar
durch einen Gewindestopfen 51 gehalten. Die Hülse 48 umfaßt einen Teil 52 größeren Durchmessers und einen
Teil 53 kleineren Durchmessers, zwischen denen eine Schulter 54 gebildet ist, die an einer Stufe 56 der
Querbohrung 41 anliegt.
Am Umfang des Teiles 52 der Hülse 48 ist eine E-förmige Nut 57 mit halbkreisförmigem Querschnitt
eingearbeitet (F i g. 3), deren mittlerer »Querbalken« als Zufuhrkanal 58, deren »Längsbalken« als Teilkanäle 61
und deren obere und untere »Querbalken« als weitere Teilkanäle 62 dienen. Der Zufuhrkanal 58 und die
Teilkanäle 62 laufen axial, die Teilkanäle 61 quer auf
dem Umfang des Teils 52. Die Teilkanäle 62 sind etwa doppelt so lang wie der Zufuhrkanal 56 und liegen an
entgegengesetzten Seiten des Teils 52. Die E-förmige Nut 57 ist symmetrisch zu der Ebene ausgebildet, die
durch die Längsachse der Hülse 48 und den Zufuhrkanal 58 gelegt ist
Die Hülse 48 ist mit einer axial durchgehenden Bohrung 63 versehen, welche ein Stück 66 geringen
Durchmessers und ein Stück 67 mittleren Durchmessers in dem Teil 53 sowie ein Stück 68 großen Durchmessers
in dem Teil 52 enthält. Das Stück 68 steht mit dem Stück 67 über ein sich verjüngendes Bohrungsstück 71 in
Verbindung. Die Bohrung 63 ist mit den Enden der Teilkanäle 62 über eine radiale Bohrung 72 verbunden,
die selbst Zufuhrkanäle für weiter abzweigende Teilkanäle darstellen.
Die Hülse 48 ist so in der Querbohrung 41 eingefügt, daß der Zufuhrkanal 58 mit einem zylindrischen
Zufuhrkanal 73 des Extruders 28 fluchtet. Die richtige Lage der Hülse 48 wird mittels einer Senkkopfschraube
74 gewährleistet, die in das Zwischenstück 27 eingeschraubt ist und einen Anschlagstift 76 aufweist, welcher
in eine Längsnut 77 in dem Teil 53 der Hülse 48 eingreift.
Eine Hülse 78 (F i g. 2 und 4) in der Hülse 48 dient zum Halten eines Kernführungsrohres 93 und weist einen
konischen Teil 81, einen zylindrischen Teil 82 und einen Flansch 83 auf. Die Hülse 78 ist in die Bohrung 63 dicht
aber austauschbar eingesetzt, wobei das Behrungsstück
71 bzw. das Stück 68 mit den Teilen 81 bzw. 82 zusammentreffen.
Am Außenumfang und zu beiden Seiten der Hülse 78 ") ist je eine U-förmige Nut 86 eingearbeitet deren
Schenkel als Teilkanäle 87 und deren Bogen als Teilkanäle 88 dienen. Die radialen Bohrungen 72 der
Hülse 48 münden als Zufuhrkanäle radial in den zentralen Teil der bogenförmigen Teilkanäle 88. Die
ι» Teilkanäle 87 sind auf dem zylindrischen Teil 82 im
wesentlichen parallel ausgerichtet, konvergieren auf dem konischen Umfang des Teils 81 und erweitern sich
trichterartig auf einen Konus 91 zu. Die trichterartigen Erweiterungen schließen konische Flächen 92 ein, deren
ι ·"> Begrenzungswinkel etwa 45° beträgt und die ungefähr
8 mia vor dem Ende des Konus 91 enden. Die Teilkanäle
87 sind im gleichen Winkelabstand, d. h„ mit jeweils 90°
versetzt am Umfang der Hülse 78 angeordnet
Ein zylindrisches Kernführungsrohr 93 mit einem
>o axialen Durchgang 96 für die Führung des Kerns 22 ist in
das Innere der Hülse 78 eingesteckt, wobei diese bis auf die freibleibenden Kanäle ganz ausgefüllt wird und ein
Ende 94 aus der Hülse 78 herausragt Die Hülse 78 weist eine Stufenbohrung 97 und das Kernführungsrohr 93
_'··> eine Schulter 98 auf, die aufeinander zu liegen kommen.
Das Ende 94 des Kernführungsrohres 93 erstreckt sich in einen Düjeneinlauftrichter 102 einer Matrize 103, die
herausnehmbar in dem Stück 66 und 67 sitzt und eine Schulter 106 besitzt, die an der Stufe 107 zwischen den
κι Stücken 66 und 67 anliegt. Der Düseneinlauftrichter 102
der Matrize 103 konvergiert in einem Winkel von etwa 60° und mündet koaxial in eine konische Düse 108, die
mit einem Winkel von etwa 5" konvergiert. Die Düse 108 hat etwa die doppelte Axiallänge des Düseneinlauf-
r> trichters 102. Das Kernführungsrohr 93 wird vorn in der
Hülse 78 mit einem Kernrohrhalter 111 gehalten, der
mit einem Flansch 112 von dem Gewindestopfen 51 gesichert wird.
Die F i g. 6 zeigt die Strömung einer nicht kompres-
M) siblen Flüssigkeit 116 in einer Kanalkrümmung 117.
Bezüglich der Druck- und Geschwindigkeitsgradienten der Strömung in der Nähe der Kanalkriimmung 117
stellt es eine vereinfachte Annahme dar, daß die Flüssigkeit 116 zwei angrenzende parallele Halbströme
i". A und B aufweist, deren Teilungsgrenze die gestrichelte
Linie bildet Zum Zweck der Erklärung sei angenommen, daß der Halbstrom A einen Durchschnittsdruck
von P, und eine Durchschnittsgeschwindigkeit von V8
aufweist, und daß der zweite Halbstrom B einen
■io Durchschnittsdruck von Pb und eine Durchschnittsgeschwindigkeit
von Vi, aufweist. Infolge der Kurvenströmung von etwa 90° und gemäß den bekannten
Prinzipien der Strömungsmechanik unterscheiden sich die Durchschnittsdrücke und die -geschwindigkeiten der
vi beiden Halbströme A und B in dem Bogen und längs
eines bestimmten Abschnittes danach, bis die Scherkräfte in den Strömen für Ausgleich sorgen und wieder ein
gleichmäßiges Strömungsprofil angetroffen wird. Diese Erscheinung tritt bei Flüssigkeiten mit erhöhter
no Viskosität oder größerer Elastizität noch deutlicher
zutage.
Wenn die Flüssigkeit 116 in zwei gleiche Ströme aufgeteilt wird, bevor das gleichmäßige Slrömungsprofi!
erre'^ht worden ist, können die Druck- und Geschwin-
ii digkeitsgradienten in den Teilströmen nur dann gleich
sein, wenn jeder Teilstrom aus gleichen Teilen A', £>'der
Halbströme A und B besteht. Dieses Prinzip wird in der Vorrichtung angewendet, wenn ein Sirom eeschmoize-
nen Kunststoffes in zwei Teilströme hinter einer Kanalkrümmung aufgeteilt wird.
Als Beispiel dieser Lehre wird an Hand Fig. 7 gezeigt, wie die Flüssigkeit 116 in F i g. 6 in zwei gleiche
Ströme 118 und 121 aufgeteilt wird, die in entgegengesetzten
Richtungen in Teilkanäle 122 und 123 quer zu derr. Strom der Flüssigkeit 116 abströmen. Die
Flüssigkeit 116 hat gemäß Fig. 7 gerade die Kanalkrümmung 117 durchflossen und noch nicht ein
gleichmäßiges Strömungsprofil erreicht (das gleichmäßige Strömungsprofil wird erreicht, wenn eine Beruhigungsstrecke
durchflossen ist, die von dem Verhältnis der Kanallänge zum effektiven Durchmesser abhängt,
d. h., wenn das L : D-Verhältnis gleich oder größer als
eine bestimmte Zahl ist. Für Polyäthylen und Poiyvinylchlorid wurde diese Zahl empirisch in dem Bereich
zwischen fünf und zehn gefunden). Wenn also angenommen wird, daß die Teilung der Flüssigkeit 116
stattfindet, bevor die Flüssigkeit eine Beruhigungsstrekke
oberhalb des L: /^Verhältnisses zurückgelegt hat,
dann weist jeder Strom 118 und 121 nur dann gleiche Verhältnisse auf, wenn er gleiche Teile A'. ß'aus beiden
Halbströmen A und ö bezieht. Dann sind die Ströme 118
und 121 nicht bloß volumetrisch gleich, sondern haben auch gleiche Druck- und Geschwindigkeitsprofile. Das
trifft zu, wenn die Teilung symmetrisch in bezug zur Umlenkebene verläuft Wenn solche gleichen Ströme
118 und 121 symmetrisch um den drahtförmigen Kern
22 vereinigt werden, wird der Mantel 23 gleichmäßig rohrförmig und zeigt eine verbesserte Rundheit und
eine verbesserte Konzentrizität in bezug zum Kern 22.
F i g. 8 zeigt den Fluß des Kunststoffs für den Mantel
23 in der Vorrichtung. Die verschiedenen Abschnitte sind mit apostrophierten Bezugsziffern versehen, die
den entsprechenden Teilkanälen der Vorrichtung entsprechen.
Während des Ummanteins wird der Kern 22 axial durch die Vorrichtung gezogen, wobei er durch eine
Trichteröffnung 126 in dem Gewindestopfen 51, einen axialen Durchgang 127 in dem Kernrohrhalter 111, den
axialen Durchgang 96 des Kernführungsrohres 93 und durch die Matrize 103 hindurchläuft Der im geschmolzenen
Fließzustand befindliche Kunststoff gelangt durch den Zufuhrkanal 73 in den Zufuhrkanal 58. Auf
dem Weg zu dem Zufuhrkanal 58 unterliegt der Primärstrom 73' (F i g. 8) einer Umlenkung um 90° und
fließt dann etwa 2,54 cm parallel zu der Zugrichtung des Kerns 22 weiter. Dahinter wird der Kunststoffstrom für
den Mantel 23 symmetrisch, d. h, quer in bezug zur Umlenkebene, geteilt, in der die Ströme 73' und 58'
fließen und die die Umlenkung enthält. Es bilden sich zwei gleiche, entgegengesetzt fließende symmetrische
Teilströme 61' in den Teilkanälen 61. Jeder der Teilströme 61' unterliegt einer weiteren Umlenkung um
90° und fließt in einen zugehörigen Teilkanal 62 als zwei gleiche Ströme 62' entgegengesetzt zu der Transportrichtung
des Kerns 22. Nach einer weiteren 9O°-Umlenkung
fließt der Kunststoff durch die radialen Bohrungen 72 einwärts und wird wieder quer und symmetrisch in
bezug zur Umlenkebene geteilt, die durch die Ströme 6^ und 72" definiert ist, und zwar in gleiche
entgegengesetzt gerichtete Teilströme 88', die in den Teilkanälen 88 etwa 13 mm zurücklegen.
Die vier Teilströme 88' streben nach einer weiteren Umlenkung um 90° als vier gleiche Teilströme 87' dem
Konus 91 zu, und zwar in gleichem Winkelabstand zueinander bezüglich der Achse des Kerns 22. Zwischen
den Flächen des Konus 91, des Endes 94 und der Matrize
102 erfolgt der Zusammenfluß der vier Teilströme 87'
die nunmehr vereinigt, durch die Düse 108 der Matrize
103 austreten und den Mantel 23 des Kerns 22 bilden.
·> Aus F i g. 8 ist ersichtlich, daß die jeweiligen Teilströme 61', 62' und 87' in bezug auf ihren effektiven
Querschnitt lang genug sind, Beruhigungsstrecken zu bilden. Der an der Kanalkrümmung zwischen dem
Teilkanal 62 und der Bohrung 72 ankommende
ic Kunststoff zeigt somit ein gleichmäßiges Strömungsprofil, das durch die Kanalkrümmung in der Umlenkebene
gestört wird, aber nicht in einer hierzu senkrecht stehenden Ebene. Quer zur Umlenkebene bleibt also die
Symmetrie des Strömungsprofils erhalten, was Voraus-■>
Setzung dafür ist, daß gleiche Strömungsanteiie A', B'm
jeden Teilstrom gelangen (F i g. 7).
Die Querschnitte der Teilkanäle werden hinter jeder durchgeführten Stromteilung enger.
Nachfolgend sollen vier weitere Ausführungsbeispie-
Nachfolgend sollen vier weitere Ausführungsbeispie-
jo Ie der Vorrichtung beschrieben werden. Einander
entsprechende Teile tragen Bezugszeichen mit Unterschieden lediglich in der Hunderterposition. Es werden
nur die Unterschiede zur ersten Ausführungsform erläutert.
Die Vorrichtung gemäß F i g. 9 zeigt eine Hülse 178, die vollständig ein Kernführungsrohr 193 einschließt
und austauschbar in einer Hülse 148 eingesetzt ist. Die Hülse 178 umfaßt einen wesentlich kürzeren konischen
Teil 181, ein längeres zylindrisches Teil 182 sowie einen
iii Konus 191 am Zusammenfluß der Teilströme. Der
Übergang zwischen dem konischen Teil 181 und dem Konus 191 erfolgt wie in Fig.4 dargestellt. Im Konus
191 ist ein Hohlraum 131 untergebracht, der sich in einer Führungsbohrung 132 fortsetzt. Die Führungsbohrung
j ■> 132 bildet eine zusätzliche Stütze für den Kern 22, der
axial durch das Kernführungsrohr 193 und eine Matrize 203 hindurchläuft.
Bei der Vorrichtung nach Fig. 10 ragt ein konisches Ende 294 wieder in einen Düseneinlauftrichter 302
4(i hinein und das vordere Ende der Hülse 278 weist zwei
einander anschließende Konusse 136 und 137 auf, wobei der Konus 137 am Beginn des konischen Endes 294
endet. Das Volumen des Düseneinlauftrichters 302 ist größer als in den anderen Ausführungsformen und die
■»-. Matrize 303 ist langer.
In der Ausführungsform der Vorrichtung nach Fig. 11 weist eine Hülse 348 einen konischen Innenraum
363 zur Aufnahme einer Matrize 403 und einer Hülse 378 auf, deren konische Außenflächen mit etwa
ν· 15° konvergieren. Das Innere 341 der Hülse 378 ist
konisch, bis auf eine zylindrische Bohrung 379 für die Aufnahme einer Matrize 138 aus Diamant die zur
Führung des Kerns 22 dient Die Kanäle sind ähnlich, wie in F i g. 4 dargestellt, ausgebildet der Konus 391 ist
« etwas verlängert Die Matrize 403 weist einen abgerundeten Einlauf 402 auf.
Fig. 12 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung,
insbesondere zum Ummanteln von Kabeln als Kern 22, d. h. von verseiltem Material. Der Mantel 23
mi verläßt die Vorrichtung als Rohr und legt sich
anschließend auf den Kern 22 unter Schrumpfung an. Aus diesem Grunde bildet die Matrize 403 mit einer
Verlängerung 495 des Kernführungsrohres 493 eine Ringdüse 408. Bei dieser Art von Spritzkopf kann die
**< Dicke des Kerns 22 schwanken, bzw. es können Kerne
22 mit unterschiedlichen Durchmessern verarbeitet werden.
Hierzu 5 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Vorrichtung zum Ummanteln eines drahtförmigen Kerns mit einem thermoplastischen Kunststoff
durch Extrudieren, die eine Extrudierkammer >
aufweist, welche über einen Anschlußkanal mit einem Extruder verbunden ist und durch welche der
zu ummantelnde Kern axial führbar ist, wobei der Anschlußkanal mittels jeweils einer Aufteilstelle in
Teilkanäle aufgeteilt ist und dieser sowie die m Teilkanäle als Zuführkanäle der nachgeordneten
Teilkanäle dienen und der Anschlußkanal vor seinem Einmünden in die Extrudierkammer zunächst in
einer Richtung parallel zu der Bewegungsrichtung des Kerns in einer Umlenkebene umgelenkt und ir>
darauf symmetrisch in zur Umfangsrichtung des Kerns parallel verlaufende Teilkanäle aufgeteilt ist,
dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Teilkanäle (61,88,188,288,388,488) symmetrisch in
bezug zu der vor der Aufteilstelle angeordneten -'(> Umlenkebene des Zufuhrkanals (58,73) verläuft und
daß die in der Extrudierkammer mündenden Teilkanäle (87, 187, 287, 387, 487) unter einem
spitzen Winkel in Bewegungsrichtung des Kerns (22) angeordnet sind. -">
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilkanäle (61, 62; 88, 87) jeweils
auf dem Umfang von ineinandersteckbaren Hülsen (48,89) als Nuten (57,86) ausgebildet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn- »<·
zeichnet, daß die auf. dem Umfang der innersten steckbaren Hülse (78) angeordneten Teilkanäle (87,
88) über radiale Bohrungen (72) mit den Teilkanälen (62,61) der darüber gesteckten Hülse (48) und die auf
dem Umfang dieser Hülse (48) angeordneten >~>
Teilkanäle (62, 61) über einen Zufuhrkanal (58, 73) mit dem Extruder (28) verbunden sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zufuhrkanal (73)
und die Teilkanäle (62) vor ihrer jeweiligen ■»» Umlenkstelle mit nachfolgender Aufteilung zur
Strömungsberuhigung ein Verhältnis der Länge des Kanals zum effektiven Durchmesser von mindestens
fünf aufweisen.
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