DE2624820A1

DE2624820A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines vernetzten kunstharzueberzugs auf einer elektrischen leitung

Info

Publication number: DE2624820A1
Application number: DE19762624820
Authority: DE
Inventors: Kanji Otani
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1975-06-17
Filing date: 1976-06-02
Publication date: 1976-12-23
Also published as: US4111621A; JPS5728170B2; FR2315156A1; FR2315156B1; DE2624820B2; DE2624820C3; JPS51149573A

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines vernetzten Kunstharzüberzugs auf einer elektrischen Leitung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von elektrischen Leitungen mit einem Überzug aus einem Kunstharz, wobei das Kunstharz, etwa Polyäthylen, dem ein Netzmittel, wie ein organisches Peroxid, zugemischt ist, auf einen elektrisch leitenden Draht extrudiert bzw. gespritzt und anschließend zur Alishärtung des Kunstharzes einer Vernetzung unterworfen wird.

Üblicherweise wird bei einem Verfahren zum Umspritzen eines Drahts bzw. einer Leitung mit einem Kunstharz, dem ein Netzmittel wie ein organisches Peroxid zugemischt ist, Hochdruckdampf zur Herbeiführung der Vernetzung angewandt. In bestimmten Fällen werden anstelle des Hochdruckdampfes inaktive bzw«, inerte Gase unter hohem Druck und hoher Temperatur angewandt, um die Produktionsleistung zu erhöhen und die Güte des Erzeugnisses zu verbessern.

Ke/fel/ro

- 2

609852/0691

Diesen bisher angewandten Verfahren haftet der Nachteil an, daß sie eine sehr große Vorrichtung erfordern, die den hohen Druck des Dampfes oder Gases auszuhalten vermag,, Beispielsweise werden Stahlrohre, die Drücke von etwa 10-20 kg/cm² auszuhalten vermögen, als Reaktionsrohre verwendet, in denen das Kunstharz ausgehärtet wird. Zur Überwindung dieses Nachteils wurde bereits vorgeschlagen, den Extruder zum Aufspritzen des ÜberzugsmaterMs auf den Draht unmittelbar mit einem Metallrohr zu verbinden, in welchem die Vernetzungsreaktion erfolgen soll. Bei diesem Verfahren wird ein zweckmäßiges Gleit- oder Schmiermittel sowohl in das Reaktionsrohr als auch in die Spritzform eingeleitet, damit das extrudierte, teilweise erhärtete Kunstharzmaterial kontinuierlich in das Rohr fließen kann, bis die Vernetzungsreaktion unter der von der Außenseite des Rohrs zugeführten Wärme abgeschlossen ist. Dieses zuletzt geschilderte Verfahren ist ebenfalls unzweckmäßig, und zwar deshalb, weil die Länge, über welche hinweg eine Schmierung erforderlich ist, sehr groß ist, da für das Vernetzen und vollständige Aushärten des Kunstharzes unter dem Einfluß der von der Außenseite des Rohrs zugeführten Wärme eine erhebliche Zeitspanne erforderlich ist, so daß sich das Material über eine entsprechend lange Strecke bewegen muß.

Diesem zuletzt genannten Verfahren haften mithin folgende Mängel an:

1· Die zu seiner Durchführung benötigte Vorrichtung ist unwirtschaftlich große

2. Es ist eine komplizierte Einrichtung zur Gewährleistung einer gleichmäßigen Schmierung über die Gesamtlänge des langen Metallrohrs hinweg erforderlich.

3„ Wenn auf ein Produkt mit anderen Abmessungen umgestellt werden soll, ist ein beträchtlicher Zeit- und Arbeitsaufwand

609852/069 1

für das Auswechseln der Spritzform und des langen Metallrohrs gegen eine andere Anordnung erforderlich,

4. Es ist dabei schwierig, den Leitungsdraht bei seiner Bewegung im langen Rohr koaxial zum Überzug zu führen, d.h. ein konzentrisches Produkt zu erhalten, insbesondere dann, wenn eine schwere Leitungsseele mit einer vergleichsweise dünnen Überzugsschicht umspritzt werden soll.

Die Mangel der bisher angewandten Verfahren und Vorrichtungen ergeben sich noch deutlicher aus der folgenden Beschreibung anhand des Längsschnitts gemäß Fig. 1, der eine bisher übliche Vorrichtung zur Durchführung der Vernetzungsreaktion mit einem mit Schmierung arbeitenden Metallrohr zeigt„ Das Kunstharzmaterial mit dem zugemischten Netzmittel wird auf einer Temperatur unterhalb der Zersetzungstemperatur des Netzmittels gehalten, bis es zu einer Spritzform 31 gefördert wird. Infolgedessen wird das Kunstharz in flüssigem bzw. fließfähigem Zustand gehalten. An einer mit A bezeichneten Stelle wird das Kunstharz beispielsweise auf einer Temperatur unter 1JO⁰C gehalten. Während das Material zur Durchführung der Vernetzungsreaktion in ein Rohr 33 eintritt, wird von einem Metallrohr-öler 32 aus ein Gleit- oder Schmiermittel zugeführt. Im Verlauf der Reaktion wird das Kunstharzmaterial durch die mittels eines Heizelements 34 über das Rohr 35 und den· Schmierölfilm zugeführte Wärme allmählich ausgehärtet. Das Rohr 33 wird dabei auf einer Temperatur von 200 - 35O⁰C gehalten. Bei diesem Verfahren hängt die Verarbeitungsgeschwindigkeit vom Wärmeübergang ab, wobei eine beträchtliche Zeitspanne nötig ist, um das mit einer Temperatur von unter 13O⁰C extrudierte Kunstharzmaterial gleichmäßig auf eine Temperatur von etwa 200⁰C zu erwärmen, bei welcher die Reaktion stattfindet, waLl das Kunstharz gewöhnlich eine schlechte Wärmeleitfähigkeit besitzt. Dies bedeutet, daß die Strecke zwischen Punkt A und einem Punkt B, an welchem die Vernetzung abgeschlossen ist, unweigerlich lang ist und somit

609852/0691

ein entsprechend langes Metallrohr benötigt wird,, Beispielsweise müßte das Metallrohr J5j5 für die Herstellung einer Leitung bzw. eines Kabels mit einem Durchmesser von 70 mm und einem 20 - 30 mm dicken Überzug etwa 15 - 20 m lang sein.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Herstellung eines vernetzten Kunstharzüberzugs auf einer elektrischen Leitung, denen die genannten Nachteile nicht mehr anhaften und bei denen insbesondere das lange Metallrohr entfällt.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Herstellung eines vernetzten Kunstharzüberzugs auf einer elektrischen Leitung bzw. einem Leitungsdraht erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Leitungsdraht der Reihe nach durch das Zentrum eines Extruders, das Zentrum eines am Ende des Extruders angeordneten Schneckenkopfes und eine Spritzform zur Formung des Überzugs geführt wird, daß ein Kunstharz mit einem zugemischten Netzmittel längs des Extruders zum Schneckenkopf gefördert wird, daß das Kunstharz zur Einleitung einer Vernetzungsreaktion durch Ausübung von Scher- und Druckkräften auf das Kunstharz bei seinem Austritt aus dem Extruder im wesentlichen gleichmäßig erwärmt wird, daß das erwärmte Kunstharz sodann in der Weise durch die Spritzform geführt wird, daß es den die Spritzform durchlaufenden Leitungsdraht überzieht, und daß der beschichtete Leitungsdraht zur vollständigen Durchführung der Vernetzungsreaktion in ein Vernetzungsreaktionsrohr eingeführt wird.

Mit der Erfindung werden somit ein Verfahren und eine Vorrichtung geschaffen, wobei zwischen einem Kopf- oder Spritzformblock und einem Schneckenkopf eines Schneckenextruders eine spezielle Düse angeordnet ist. Eine die Düse bildende Wand ist drehbar und dafür ausgelegt, das fluidisierte, die Düse durchströmende Kunstharz auf gleichmäßige Temperatur zu

609852/069 1

erwärmen. Das Kunstharz wird hierauf zur Durchführung der Vernetzungsreaktion einem kurzen Rohr zugeführt_o

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der beigefügten Zeichnung näher erläuterte Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein bisher verwendetes, innengeschmiertes Vernetzungsrohr herkömmlicher Bauart,

Figo 2 einen teilweise weggebrochenen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung und

Fig. 3 eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Detaildarstellung des Spritzformkopfes der Vorrichtung gemäß Fig."2„

In der Zeichnung zeigt Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung, während Fig. 5 die Einzelheiten eines bei dieser Vorrichtung zu verwendenden Spritzformkopfes zeigt. Der Zweistufen-Schneckenextruder gemäß den Fig. 2 und j5 weist einen ersten Schneckenextruder A, einen zweiten Schneckenextruder B und ein innengeschmiertes Metallrohr C auf, wobei an einer Übergangsstelle 1 zwischen den beiden Schneckenextrudern eine Verbindungsbohrung 2 vorgesehen ist« Weiterhin umfaßt die Vorrichtung einen Konushalter (point holder) 3 für den zweiten Schneckenextruder B, ein Untersetzungsgetriebe 4, einen Schneckenmantel 5, eine Entlüftungsöffnung 6, eine zweite Schnecke 7, einen Zylindermantel 8, einen Konus (point) 9, einen Schneckenkopf 10, einen Spritzf-ormblock 11, eine spezielle (Spritz-)Formdüse 12, einen Formdüsenkopf-Mantel 1J, einen Spritzformkopf-Mantel 14, eine Spritzform 15* eine Innenflächen-Schmiereinrichtung 16 für das Metallrohr mit einem porösen Körper 1β^!, ein Heizelement 17 für das Metallrohr C und ein Kühlrohr 18„

609852/0691

Ein Leitungsdraht W, der durch eine nicht dargestellte, geeignete Heizeinrichtung auf etwa 90 - 11O⁰C vorgewärmt worden ist, wird zu dem in einer hohlen Hülse des zweiten Schneckenextruders B angeordneten Konushalter 3 geführt und dann durch den Extruder B und den Konus (point) 9 am Ende des Konushalters 3 zur Spritzform 15 gefördert," an welcher ein Kunstharzüberzug auf den Leitungsdraht aufgebracht wird.

Ein Kunstharzmaterial, etwa Polyäthylen in Pulver- oder Granulatform, wird bei seinem Durchgang durch den ersten Schneckenextruder A fluidisiert und über die Verbindungsbohrung 2 in den zweiten Schneckenextruder B eingeführt. Die Temperatur des aufgeschmolzenen bzw. fluidisierten Kunstharzes liegt dabei bei etwa 125 - 127⁰C₀ Das aufgeschmolzene Material fließt dann in die Schnecke 7 des zweiten Schneckenextruders_o

In dem zwischen Schneckenkopf 10 und dem Spritzformblock 11 am Ende der Schnecke 7 gebildeten konischen Durchgang ist eine Düse 12 durch radiale Erweiterung oder Einziehung eines oder beider Elemente 10, 11, welche den konischen Durchgang bilden, festgelegt. Die Temperatur des aufgeschmolzenen Kunstharzmaterials bei seinem Durchgang durch die Schnecke 7 wird auf etwa 130⁰C eingestellt und anschließend durch die übertragene Wärme und die durch die Scherwirkung infolge der Drehung des Schnekkenkopfes 10 beim Durchgang des Materials durch die Düse 12 um etwa 20 - 70⁰C erhöht. Beispielsweise wird das aufgeschmolzene Kunstharzmaterial, das bis auf 130⁰C erwärmt worden ist, nach dem Austritt aus der Schnecke 7 während des Durchgangs durch die Düse 12 auf etwa I50 - 200⁰C weiter erwärmt. Im Fall einiger bestimmter Kunstharzmaterialien erreicht die Temperatur etwa 240°C. Nach dem Durchgang durch die Düse 12 gelangt das auf etwa 150 - 200⁰C erwärmte Material über einen Durchlaß vergrößerten Durchmessers zur Spritzform 15, an welcher es auf den vorgesehenen Durchmesser eingestellt wird. Anschließend werden das geformte Kunstharz und der Leitungsdraht zum Vernetzungs-

609852/0691

reaktionsrohr weitergefördert, das mit dem zweiten Schneckenextruder B verbunden ist und in dessen einem Teil die Vernetzungsreaktion eingeleitet wird.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist ein Metallrohr mit einer geschmierten Innenfläche als Überbrückungs-Formrohr vorgesehen, obgleich es für diejVerwirklichung der Erfindung nicht unbedingt erforderlich ist«, Das vom öler 16 zugeführte Schmieröl begünstigt die Vorwärtsverschiebung des überzogenen Leitungsdrahts W zum KUhlrohr 18_O Zu dem Zeitpunkt, an welchem das Erzeugnis das Kühlrohr 18 erreicht, ist die Vernetzungsreaktion bereits abgeschlossen.

Das unter Druck stehende Kühlrohr 18 bewirkt ein langsames Abkühlen des ausgehärteten Materials· Obgleich die Vernetzungsreaktion hauptsächlich durch die gleichmäßige Wärmeverteilung an der Spritzformkopf-Düse 12 herbeigeführt wird, kann das Metallrohr C durch ein Heizelement 17 beheizt werden, um den vollständigen Ablauf der Vernetzungsreaktion zu gewährleisten· Die Temperatur des Rohrs C wird in Abhängigkeit vom Temperaturanstieg an der Düse 12 bestimmt; typischerweise wird sie auf etwa 200 - 300⁰C eingestellte

Die bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehene Spritzformkopf-Düse kennzeichnet sich durch folgende Merkmale:

1· Da diese Düse unmittelbar vor dem Spritzkopf vorgesehen ist, wird das durch die Düse erwärmte Kunstharzmaterial unmittelbar zum Spritzkopf gefördert, so daß es an diesem leicht und erfolgreich geformt werden kann»,

2. Da diese Düse eine am konischen Teil des Schneckenkopfes angeordnete Doppelrohrdüse mit verhältnismäßig großem Durchmesser ist, vermag sie auch im Fall einer großen Menge des strömenden Materials eine ausreichende Düsen- bzw· Einschnürungswirkung (orifice effect) zu gewährleisten. '609852/0691

3. Da diese Düse zwischen dan Schneckenkopf und dem Spritzform-(kopf)block festgelegt ist, indem mindestens einer dieser Teile zur Verkleinerung der Querschnittsfläche des Strömungsdurchgangs eingezogen bzw_o erweitert ist, ergibt sich eine erhöhte Temperatur aufgrund der kombinierten Scherwirkung infolge der Drehung des Schneckenkopfes und der durch den verkleinerten Querschnitt hervorgerufenen Druckwirkung₀

Wie erwähnt, wird durch die an der Düse 12 erreichte kombinierte Scherwirkung gewährleistet, daß das Kunstharzmaterial gleichmäßig auf die für die Vernetzungsreaktion erforderliche Temperatur erwärmt wird, wodurch die Zeitspanne bis zum Abschluß dieser Reaktion erheblich verkürzt wird. Hierdurch wird eine Verkürzung des Reaktionsrohrs, etwa des innengeschmierten Rohrs, nebst einer Verringerung der Kosten und der erforderlichen Aufstellfläche der Vorrichtung erreicht.

Zusammenfassend werden mit der Erfindung also ein Verfahren und eine Vorrichtung geschaffen, wobei die für die Durchführung der Vernetzungsreaktion beim Umspritzen eines Leitungsdrahts mit einem Kunstharz erforderliche Vorrichtung wesentlich weniger kompliziert aufgebaut sein kann. Dabei ist eine drehbare Düse unmittelbar stromab des Extruders und unmittelbar stromauf des Spritzkopfes angeordnet. Die drehbare Düse übt auf das Kunstharz eine Druck- und eine Scherbelastung aus, wodurch die Temperatur des Kunstharzes gleichmäßig erhöht wird. Diese Temperaturerhöhung begünstigt die Vernetzungsreaktion₀

609852/0691

Claims

- 9 Patentansprüche

»J Verfahren zur Herstellung eines vernetzten Kunstharzüberzugs auf einer elektrischen Leitung bzw. einem Leitungsdraht, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitungsdraht der Reihe nach durch das Zentrum eines Extruders, das Zentrum eines am Ende des Extruders angeordneten Schneckenkopfes und eine Spritzform zur Formung des Überzugs geführt wird, daß ein Kunstharz mit einem zugemischten Netzmittel längs des Extruders zum Schneckenkopf gefördert wird, daß das Kunstharz zur Einleitung einer Vernetzungsreaktion durch Ausübung von Scher- und Druckkräften auf das Kunstharz bei seinem Austritt aus dem Extruder im wesentlichen gleichmäßig erwärmt wird, daß das erwärmte Kunstharz sodann in der Weise durch die Spritzform geführt wird, daß es den die Spritzform durchlaufenden Leitungsdraht überzieht, und daß der beschichtete Leitungsdraht zur vollständigen Durchführung der Vernetzungsreaktion in ein Vernetzungsreaktionsrohr eingeführt wird«,
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunstharz zu seiner im wesentlichen gleichmäßigen Erwärmung bei seinem Austritt aus dem Extruder durch eine konisch geformte, zwischen der Außenseite des Schneckenkopfes und der Innenseite eines Spritzform(kopf)blocks festgelegte Düse gefördert wird, wobei mindestens einer dieser Teile in den zwischen ihnen festgelegten, die Düse bildenden Raum hineinragt«
J5· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur im wesentlichen gleichmäßigen Erwärmung des Kunstharzes der Schneckenkopf oder der Spritzformblock in Drehung versetzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunstharz zu seiner im wesentlichen gleichmäßigen Erwärmung

609852/0691

- ίο -

auf eine Temperatur von 20 - 70⁰C über der Temperatur des Kunstharzes bei seiner Bewegung längs des Extruders erwärmt wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Extruder zum Extrudieren eines Kunstharzes mit einem zugemischten Netzmittel auf einen die Vorrichtung durchlaufenden Leitungsdraht, durch einen Schneckenkopf und einen Spritzform(kopf)-block am Ende des Extruders, die einen konischen Durchgang für das vom Extruder extrudierte Kunstharz bilden, durch einen Spritzkopf mit einem zylindrischen Durchgang zur Aufnahme des Leitungsdrahts und des den konischen Durchgang durchströmenden Kunstharzes zwecks Formung des Kunstharzes um den Leitungsdraht herum, wobei der Körper zumindest des Schneckenkopfes oder des Spritzformblocks in den konischen Durchgang hineinragt und dabei eine Düse bzw. Verengung bildet, in welcher die Temperatur des Kunstharzes zur Begünstigung der Vernetzungsreaktion erhöht wird, und durch ein stromab des Spritzkopfes angeordnetes Vernetzungsreaktionsrohr zur Aufnahme des Leitungsdrahts und des Kunstharzüberzugs .
6. Vorrichtung nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß der Schneckenkopf oder der Spritzformblock relativ zum anderen Teil drehbar ist, um das Kunstharz bei seinem Durchgang durch die Düse einer Scherkraft zu unterwerfen,
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Extruder ein Zweistufenextruder ist und daß die Düse an der Stromabseite der zweiten Extruderstufe angeordnet ist.

8_β Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schneckenkopf in den konischen Raum bzw» Durchgang hineinragt und drehbar ist.

609852/0691

Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Spritzenformblock in den konischen Raum bzw. Durchgang hineinragt und drehbar ist_o

10· Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsrohr ein Metallrohr mit einer Einrichtung zur Schmierung seiner Innenfläche ist»

609852/0691

Leerseite