DE2555906C3

DE2555906C3 - Verfahren zur Ermittlung der Verweilzeit von mehrschichtig aufgebauten elektrischen Kabeln oder Leitungen in Vulkanisationsstrecken

Info

Publication number: DE2555906C3
Application number: DE19752555906
Authority: DE
Inventors: Günther 3002 Wedemark Müller
Original assignee: Individual
Current assignee: Kabelmetal Electro GmbH
Priority date: 1975-12-12
Filing date: 1975-12-12
Publication date: 1982-05-27
Also published as: DE2555906A1; DE2555906B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Verweilzeit von mehrschichtig aufgebauten elektrischen Kabeln oder Leitungen mit im Schichtenaufbau vorgesehenen vernetzbaren Materialien auf der Basis von Elastomeren oder thermoplastischen Kautschuken (TPR) in einer kontinuierlichen Vulkanisationsstrecke (CV-Anlage).

Bekannt ist es bereits, elektrische Kabel und Leitungen im kontinuierlichen Durchlauf durch Vernetzungsstrecken (CV-Anlagen) hindurchzuführen und unter Zuhilfenahme von gesättigtem Wasserdampf als Wärmeübertrager zu vernetzen. Hierbei werden die im Kabel- oder Leitungsaufbau verwendeten Schichten auf der Basis von Elastomeren oder thermoplastischen Kautschuken vom verarbeitbaren plastischen Zustand in den elastischen Zustund überführt, also vulkanisiert bzw. vernetzt. Die Zeit, die bei einer bestimmten Temperatur zum Vernetzen erforderlich ist, hängt von der Reaktionsgeschwindigkeit, der Vernetzung, aber auch sehr wesentlich vom Kabelaufbau und von der zu vulkanisierenden Isolier- oder Mantelwandstärke ab. Maßgeblich sind also zwei Parameter, nämlich einmal die Aktivierungsenergie der Vulkanisation und zum anderen die Wärmedurchgangscharakteristik.

Um einen ausreichenden Vernetzungsgrad der in einem Kabel vorgesehenen Schichten aus elastomerem Material zu erreichen, ist es üblich, vorab eine Reihe von Versuchen durchzuführen, wobei anhand von vorwies gend mechanischen Prüfungen der maximal mögliche Dampfdruck und die Fertigungsgeschwindigkeit für jede Kabeltype und für jede Vulkanisierstrecke einzeln optimiert werden. Dieses Verfahren ist verständlicherweise sehr aufwendig, die gewünschten Werte lassen

ίο sich lediglich empirisch ermitteln, die optimalen Bedingungen können auf diese Weise erst aufgrund langwieriger Erfahrungen festgestellt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art anzugeben, das es ermöglicht, auch bei kompliziertem Aufbau z. B. eines Mehrleiterstarkstromkabels, exakte Aussagen darüber zu machen, welche Verweilzeiten in einer Vernetzungsanlage notwendig sind, um die in jeder der vernetzbaren Schichten geforderten Vernetzungswerte zu erreichen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an einem dem Schichtenaufbau des Kabels oder der Leitung entsprechenden Muster kurzer Länge der Wärmedurchgang in radialer Richtung gemessen, daraus der Temperaturverlauf im Kabel oder in der Leitung in Abhängigkeit von der Zeit des Durchganges ermittelt und schließlich bei diesen ermittelten Temperaturwerten der Vernetzungsgrad der für die einzelnen Schichten verwendeten Mischungen bestimmt wird.

Dieses Verfahren ermöglicht unabhängig von im Kabelaufbau vorgesehenen metallischen oder nichtmetallischen Schichten, wie Bewehrungen, unvernetzte leitfähige Isolierstoffschichten o. a., eine exakte Angabe über die bei bestimmten Temperaturen erzielbaren Vernetzungswerte bzw. bei Vorliegen von gewünschten Vernetzungswerten über die Dauer der Verweilzeit in einer Vulkanisierstrecke. Bei Vorgabe einer bestimmten Vernetzung in Abhängigkeit von der radialen Entfernung zum Außenmantel kann die kürzeste Verweilzeit und damit die optimale Abzugsgeschwindigkeit in einer Fertigungsstraße eingestellt werden. Abgesehen von der Abkürzung des Optimierungsverfahrens und der hierdurch erzielten Einsparungen lassen sich die Fertigungsanlagen entsprechend auslegen und damit insgesamt hohe Fertigungsgeschwindigkeiten erreichen.

Die Verknüpfung des Temperaturverlaufes im Kabel

in Abhängigkeit von der Zeit des Durchganges mit der Vulkanisationskinetik erfolgt zweckmäßig mit Hilfe der Vulkametrie. Zu diesem Zweck kann man die Heizung der an sich bekannten Vulkameter z. B. manuell so einstellen, daß sie dem zeitlichen Temperaturverlauf an den unterschiedlichen Stellen des Kabels anspricht. Besonders vorteilhaft ist es in Durchführung der Erfindung jedoch, wenn man diese Programmierung automatisch ablaufen läßt, indem der Kurvenverlauf der Temperatur in Abhängigkeit von der Zeit des Wärmedurchganges unmittelbar einer Vorrichtung zur Bestimmung des Vernetzungsgrades (Vulkameter) zugeführt wird. Hierzu kann es vorteilhaft sein, das Vulkameter an einen Temperaturgeber anzuschließen, der das Vulkameter unmittelbar beeinflußt.

Der Wärmedurchgang durch den Schichtenaufbau des Kabels oder der Leitung läßt sich in Weiterführung der Erfindung vorteilhaft so durchführen, daß in das Kabelmuster an der entsprechenden Stelle Thermoelemente eingeführt werden und das Kabelmuster anschließend in einem temperierten Ölbad aufgewärmt wird. Wird, wie es sich als besonders vorteilhaft

erwiesen hat, das Öl ständig umgewalzt, dann ist verhindert, daß sich irgendwelche Trennschichten an der Oberfläche des Kabels bilden, die zu einer Verzögerung des Wärmedurchgangs führen könnten, und damit die tatsächlichen Verhältnisse verfälschen.

Zur Durchführung der Erfindung geht man zweckmäßig so vor, daß nach der Temperierung des Musters eines Kabels oder einer Leitung in einem ölbad, das die Temperatur der bei der Extrusion üblichen Materialtemperatur aufweist, in ein zweites ölbad eingegeben wird, in dem die öltemperatur der Dampftemperatur bei der Vulkanisation entspricht Auf diese Weise läßt sich der tatsächliche Verlauf einer Fertigung nachbilden, so daß exakt die Voraussetzungen geschaffen werden, unter denen auch in der Praxis die Herstellung der _!5 Kabel und die anschließende Vernetzung erfolgt

Anhand der F i g. 1 bis 4 sei ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert

Das in der F i g. 1 dargestellte Kabel besteht aus den drei isolierten Adern 1, die von dem 'nnenmantel 2 ,₀ umgeben sind. Zur Erhöhung der Biegewechselfestigkeit ist über dem Innenmantel 2 ein Gittergewebe 3 angeordnet, über das schließlich der Außenmantel 4 aufgebracht ist Soll für diese Kabeltype die Verweilzeit in einer Vulkanisierstrecke bestimmt werden zum ,.-, Zwecke der Vernetzung oder Teil vernetzung des Innenbzw, des Außenmantels, dann geht man zunächst so vor, daß Thermoelemente 5 und 6 an die angedeuteten Stellen in das Muster eines solchen Kabels eingebracht werden. Das Kabelmuster sei etwa 15 mm lang. Die _J0 Thermoelemente 5 und 6 werden etwa bis zur Probenmitte in das Kabelmuster eingeführi, sie sind z. B. mit einem Temperaturschreiber verbunden. Um zu verhindern, daß beim Eintauchen dieses Musters in ein ölbad zur Temperaturbeaufschlagung Öl in das _S5 Kabelmuster gelangt und der Wärmedurchgang nur radial erfolgt, wird das Kabelende zweckmäßig, z. B. mittels einer nicht dargestellten Schrumpfkappe, verschlossen.

Wärmedurchgangsmessungen haben das Ziel, den ₄„ Wärmedurchgang von der äußeren Schicht des Mantels 4, die bei der Fertigung dem Dampf bzw. der Dampfwärme ausgesetzt ist, zur inneren Schicht des Mantels und schließlich den Wärmedurchgang von der inneren Oberfläche des Außenmantels bzw. der äußeren Oberfläche des Innenmantels 2 zur inneren Schicht des Innenmantels, die den Adern 1 zugekehrt ist, exakt zu erfassen. Zu diesem Zweck wird das in der F i g. 1 angedeutete Muster, wie in der F i g. 2 dargestellt, in ein Ölbad 7 eingebracht. Die Leiter sind wiederum mit 1 bezeichnet die eingeführten Thermoelemente tragen die Ziffern 5 und 6, und die Schrumpfkappe ist mit 8 bezeichnet. Die Ölbadtemperatur beträgt im Ausführungsbeispiel z. B. 90° C, diese Temperatur entspricht der für die Austragung des Innenmantels 2 und des Außenmantels 4 gewählten Extrusionstemperatur.

Sobald sich im Kabelmuster eine konstante Temperatur eingestellt hat, wie sich leicht durch die Thermoelemente ermitteln läßt, wird das Muster in ein zweites entsprechend ausgebildetes ölbad eingebracht, dessen Temperatur abweichend von dem ersten ölbad 7 allerdings jetzt der Dampftemperatur in einer CV-Anlage entspricht. Sie kann im Beispiel etwa 185° C betragen, selbstverständlich sind auch andere Temperaturen möglich, wenn sie nur geeignet sind, zur Vernetzung des durchlaufenden Gutes beizutragen.

Die Ölbäder selbst werden ständig in Bewegung gehalten, vorteilhaft wird das erwärmte öl durch eine ständig laufende Pumpe umgewälzt das hat zur Folge, daß sonst an der Kabeloberfläche entstehende kältere Schichten vermieden sind, die zu einer Verfälschung der Wärmeübergangsverhältnisse führen würden.

Bei dem im ölbad höherer Temperatur befindlichen Kabelmuster wird nun je nach der Wärmeleitfähigkeit der Mischung, des Kabelunterbaus und des vorliegenden Leiterquerschnittes die außen durch das ölbad anliegende Wärme unterschiedlich schnell in die Innenschichten des Kabels eindringen. Durch die im Kabel befindlichen Thermoelemente wird dieser Temperaturverlauf mittels des erwähnten Temperaturschreibers aufgezeichnet so daß hiermit die in den einzelnen Schichten zu unterschiedlichen Zeiten anliegende Materialtemperatur erfaßt und mit dem kinetischen Verlauf der Vulkanisationsreaktion in Beziehung gebracht wird

Der Verlauf einer solchen Kurve ist in der F; g. 3 dargestellt. Hier ist für den Außenmantel 4 und den Innenmantel 2 getrennt der Temperaturverlauf über der Wärmedurchgangszeit angegeben. Die auf diese Weise ermittelten, mittels der Thermoelemente gemessener. Temperatur-Zeitfunktionen werden nun dazu benutzt, ein Vulkameter von Hand oder auch automatisch vorzuprogrammieren, so daß die Heizung der Vulkameterkammer entsprechend dem zeitlich veränderbaren Temperaturverlauf an verschiedenen Stellen des Kabels gefahren wird. Wird nun eine sog. Vulkameterkurve ermittelt, bei der die Aufheizrate identisch mit der in der F i g. 3 angegebenen Temperaturzeitkurve ist, so kann zu jedem beliebigen Zeitpunkt der relative Vernetzungsgrad in Prozenten mittels des Vulkameters bestimmt werden. Es kann also am Vulkameterendausschlag abgelesen werden, wie hoch der jeweilige Vernetzungsg:ad des Außenmantels 4 oder des Innenmantels 2 ist.

Geht man davon aus, daß ein bestimmter Vulkanisationsgrad des Innenmantels bzw. des Außenmantels für die Verwendungszwecke des Kabels oder der Leitung ausreicht, dann kann man auf diese Weise umgekehrt bei Berücksichtigung der durch eine bekannte Vulkanisierstrecke gegebenen Parameter die Verweilzeit im Dampfrohr, die für die gewünschte Vernetzung notwendig ist, bzw. daraus resultierend, die Fertigungsgeschwindigkeit eines bestimmten Kabeltyps ermitteln.

In der F i g. 4 sind Beispiele von mittels des Vulkameters gemessenen Vernetzungsverläufe für Innenmantel 2 und Außenmantel 4 aufgrund der sog. Wärmedurchgangskurven nach der F i g. 3 dargestellt. Der Unterschied im Kurvenverlauf ist begründet in der unterschiedlichen Vernetzungskinetik und in den unterschiedlichen Materialien. So ist z. B. für den Außenmantel 4 eine Polychloroprenmischung gewählt, während der Innenmantel 2 aus einem schwefelbeschleunigten Naturkautschuk besteht Wird nun ein bestimmter Vernetzungsgrad für Innenmantel und Außenmantel gefordert, läßt sich aus dem Kurvenverlauf leicht die Vulkanisationszeit und daraus bei vorgegebener Anlagen-Abmessung, die Abzugsgeschwindigkeit ermitteln.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Ermittlung der Verweilzeit von mehrschichtig aufgebauten elektrischen Kabeln oder Leitungen mit im Schichtenaufbau vorgesehenen vernetzbaren Materialien auf der Basis von Elastomeren oder thermoplastischen Kautschuken in einer kontinuierlichen Vulkanisationsstrecke (CV-Anlage), dadurch gekennzeichnet, daß an einem dem Schichtenaufbau des Kabels oder der Leitung entsprechenden Muster kurzer Länge der Wärmedurchgang in radialer Richtung gemessen, daraus der Temperaturverlauf im Kabel oder in der Leitung in Abhängigkeit von der Zeit des Durchgangs ermittelt und schließlich bei diesen ermittelten Temperaturwerten der Vernetzungsgrad der für die einzelnen Schichten verwendeten Mischungen bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurvenverlauf »Temperatur« in Abhängigkeit von der Zeit des Wärmedurchganges unmittelbar einer Vorrichtung zur Bestimmung des Vernetzungsgrades (Vulkameter) zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Temperaturfühler verwendet werden, die an einen Programmgeber angeschlossen, die Vorrichtung zur Bestimmung des Vernetzungsgrades unmittelbar beeinflussen.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmedurchgang durch Einführen von Thermoelementen in den Schichtenaufbau und Lagerung des Musters in einem ölbad bestimmt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster zunächst in ein ölbad eingebracht wird, dessen Temperatur der Extrusionstemperatur entspricht und anschließend in ein zweiten Bad eingebracht wird, dessen Temperatur der Temperatur in der Vernetzungsanlage entspricht.