DE2702182C3 - Verfahren zur Herstellung elektrischer Kabel mit Zugentlastung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung elektrischer Kabel mit Zugentlastung, bei dem die Kabelseele durch einen Extruder zum Aufspritzen des Mantelwerkstoffes geführt wird und dabei endlose hochzugfeste Zugentlastungsorgai& mit Abstand voneinander in konzentrischer Anordnung zur Kabelseele rundum von Mantelwerkstoff umgr^en in den noch viskosen Kabelmantel eingelagert und nach Verlassen des Extruders mit einer Wellung versehen werden.

Ein solches Kabel ist Gegenstand der DE-PS 16 40 929. Die DE-PS 23 44 577 beschreibt ein entsprechendes Herstellungsverfahren. In beiden Druckschriften wird davon ausgegangen, daß die Zugentlastungsorgane aus Bündeln aus unimprägnierten Glasseidenfasern bestehen, und in der DE*PS 2344577 wird als Mantelwerkstoff Polyäthylen vorgeschlagen. Dieses Material hat die Eigenschaft, nach dem Verlassen des Extruders bei schroffer Abkühlung unmittelbar eine Schrumpfspannung in Kabellängsrichtung zu entwikkeln, welche zur Ausbildung einer Wellung (Ondulation) der endlosen Zugentlastungsorgane führt Die Wellung verbessert die kraftschlüssige Verbindung zwischen den Glasfasern und dem Mantelwerkstoff. Die betreffenden Kabel, vornehmlich selbsttragenden Luftkabel haben sich im praktischen Einsatz bewährt und gelangen in großem Umfang zur Anwendung.

Der Werkstoff Polyäthylen hat jedoch den Nachteil, daß er leicht brennbar i3t, und deshalb ist dieser Werkstoff beispielsweise im Bergbau unter Tage nicht zugelassen. Gerade hier werden aber auch elektrische Kabel mit Zugentlastung benötigt, beispielsweise in Schächten oder in Abbauen der steilen oder auch halbsteilen Lagerung. Far solehe Zwecke zugelassene Kabelmantelwerkstoffe sind z. B. Polyvinylchlorid sowie gewisse schwer entflammbare Kautschuk· Elastomere. Diese Werkstoffe zeigen aber nicht das Schrumpfverhalten von Polyäthylen und bewirken damit auch keine Wellung der Zugentlastungsorgane durch die erwähnte Schrumpfspannung im Kabelmantel.

Wie die Erfahrung gezeigt hat, ist die Wellung der

Zugentlastungsorgane ein so gut geeignetes Mittel zur Herstellung einer möglichst innigen, kraftschlüssigen Verbindung zwischen den Zugentlastungsorganen und dem Mantelwerkstoff, daß auf ihre Vorteile nicht verzichtet werden kann. Dies gilt nicht nur für den Bereich der selbsttragenden Luftkabel mit ihrer besonderen Problematik der Abspannung im Stangenfeld und für die erwähnten Grubenkabel mit ihrer Feuersicherheit, sondern auch für spezielle KabeLauarten, bei denen die Zugentlastungseinrichtung als Einziehhilfe dient, wodurch es möglich ist, Kabel in größeren Längen als bisher ohne nachteilige Aniswirkungen auf die Kabelseele beispielsweise in Rohre oder Schächte einzuziehen.

Insbesondere auch beim Einpflügen von Kabeln in den Erdboden treten Zugkräfte am Kabel auf, die der komplizierten Konstruktion moderner Kabelseelen nicht zumutbar sind. Zugentlastungsorgane gemilß der DE-PS 16 40 929 können deshalb auch für Graben- und

Erdkabel sowie für weitere Kabelbauarten zweckmäßig

sein, wobei es darauf ankommt, die Zugaufnahmeorgane durch Wellung mit dem Kabelmantel kraftschlüssig zu verklammern.

Angesichts dessen liegt der Erfindung die Aufgabe

zugrunde, ein. Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welchem ganz allgemein in praktisch jedem beliebigen Kabelmantelwerkstoff eine Wellung der Zugentlastungsorgane erreichbar ist Dabei soll die Größe der einzelnen Wellen zur Erzielung einer optimalen Verklammerungswirkung und Biegsamkeit des Kabels bei gleichzeitiger Erhaltimg einer einwandfreien Oberfläche des Kabelmantels einstellbar sein.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegebenen Maßnahmen.

Beim Aufbringen von Kabelmänteln in einer Extrusionsmaschine ist die als »Strangaufweitung« bezeichnete Erscheinung zu beobachten, daß der Kabelmantel hinter der Außenmatrize des Extruders leicht aufquillt (BASF «Kunststoff-Physik im Gespräch«, 1966, Seiten 97 -102). Diese Erscheinung wird in bestimmten Fällen unterstützt, indem die Außenmatrize kleiner als der geplante Kabeldurchmesser gewählt wird, um beispielsweise zu erreichen, daß Zwickel im Verlauf der Seelenoberfläche ohne Beeinträchtigung der im Querschnitt kreisförmigen Gestalt der Außenfläche des fertigen Kabels vollständig mit Mantelwerkstoff ausgefüllt werden.
Die Erfindung m&cht sich dies zunutze und baut gewissermaßen das Maß der Bewegung der zugeführten Zugentlastungsorgane in das Bewegungsspiel von Kabelseele und viskoser Mantelmasse im Innern des Extruders und unmittelbar danach mit der Zielsetzung ein, durch Abstimmung der Bewegungsvorgänge unmit-

ss telbar im Anschluß an den Extruder, nachdem das Kabel die Außenmatrize verlassen hat, eine Art Stauchung im

Kabelmantel hervorzurufen, welche die Wellung der Zugentlastungsorgane bewirkt Dabei muß beachtet werden, daß diese Stauchung

so nicht, wie bei der Verwendung des Werkstoffes Polyäthylen, spontan erfolgt, vielmehr ist die Stauchung eine Folge gewollter und in überraschend weiten Bereichen einstellbarer Vorgänge im Spritzkopf bzw. im Bereich des Spritzkopfausganges. Es kommt also darauf

<>5 an, die Geschwindigkeiten der verschiedenen Konstruktionselemente des Kabels derart einzurichten, daß sich die gewünschte Wellung einstellt, und zwar unabhängig davon, welcher Mantelwerkstoff extrudiert wird.

Das erfindungsgeraftße Verfahren erlaubt somit die Verarbeitung von beliebigen Thermoplasten und Elastomeren zu Kabelmänteln mit eingebetteten, ondulierten Zugentlastungsorganen.

Anhand der Zeichnung wird nachfolgend ein Ausfuhrungsbeispiel des erftndungsgemäßen Verfahrens beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 schematisch einen -axialen Längsschnitt durch den Spritzkopf einer Kabelextrudiermaschine mit einem darin in der Herstellung begriffenen Kabel,

Fig.2 schematisch schaubildlich einen Kabelabschnitt mit teilweise freigelegten Zugentlastungsorganen, wobei deren gewellter Verlauf zu erkennen ist

Der Spritzkopf 10 hat eine öffnung 11 zum Anschluß an den nicht dargestellten Schneckenteil der Extrusionsmaschine. In Richtung der, Pfeiles 12 läuft eine vorgefertigte Kabelseele 13 aus isolierten elektrischen Leitern in den Spritzkopf 10 ein, wird darin mit einem Außenmantel 14 umspritzt, und das fertige Kabel 15 verläßt den Spritzkopf, um anschließend in üblicher Weise abgekühlt zu werden.

Aus Fig.2 ergibt sich, wie das fertige Kabel 15 querschnittsmäßig aussehen kann. Insbesondere ist darauf die Kabelseele zu erkennen, bestehend aus Leitern 16 mit Isolierung 17, fünf Sternvierern aus je zwei Doppeladern 19 und einem Kern 21 aus Kunststoff. Ober den verseilten Elementen 19 befindet sich noch eine übliche Bewicklung 22 aus Kunststoffbändern.

Im Spritzkopf 10 wird über die Bewicklung 22, die mit der Kabelseele 13 in den Spritzkopf einläuft, der Außenmantel 14 aufgespritzt, in den eine wechselnde Anzahl von Zugentlastungsorganen 23 eingelagert ist Diese Organe können aus Bündeln von Garmen oder Zwirnen verschiedener Fadenfeinheit aufgebaut sein, wobei die Anzahl der Bündel einerseits und die Anzahl der je Bündel vorhandenen Garne oder Zwirne andererseits in Abhängigkeit von der Anzahl der Doppeladern 19, der geforderten Mindestbruchlast des Kabels und der Fadenfeinheit, ferner der Abstand der Bündel untereinander und der Abstand der Bündel zum inneren Mantelumfang nach bestimmten Gesichtspunkten bemessen werden.

Wesentlich ist, daß die Zugentlastungsorgane 23 nicht absolut geradlinig parallel zur Kabelachse (Kern 21) durch den Außenmantel 14 verlaufen, sondern mehr oder weniger gleichmäßig gewellt, wie as sich aus F i g. 2 entnehmen läßt Hierdurch ergibt sich eine innige, kraftschlüssige Verklammerung zwischen den Zugentlastungsorganen und dem Mantelwerkstoff.

Im SpritzKopf 10 durchläuft die KabeUeele 13 einen Innennippel 25 und tritt dann in einen Hohlraum ein, in den außerdem die vorderen Enden von Kanälen 26 münden, die konzentrisch zur einlaufenden Kabelseele 13 angeordnet sind und von denen in F i g. 1 nur zwei Kanäle dargestellt sind. Vor der äußeren (hinteren) Einlauföffnung jedes Kanals 26, und zwar in einem gewissen Abstand davon, ist eine Bevorratungsstelle für die Zugentlastungsorgane angeordnet, vorzugsweise in Gestalt von in einem nicht dargestellten Gestell aufgehängten Spulen 27 mit Garnen oder Zwirnen 28. Den vorderen Abschluß des Spritzkopfes bildet eine Außenmatrize 29, auch Mundstück genannt, durch die das fertige Kabel 15 aus dem Spritzkopf 10 austritt

Der erwähnte Hohlraum zwischen Innennippel 25 und Außenmatrize 29 ist mit 30 bezeichnet; er hat trichterförmige Gestalt, und in ihm findet die Einbringung der Zugentlastungsorgane 23 in den Mantelwerkstoff statt Dieser Werkstoff — l&srmoplast oder Elastomer — strömt hier, von der Schncckenteil-Anschlußöffnung 11 kommend, in Richtung zum Mundstück 29 und durchläuft dieses mit einer bestimmten Geschwindigkeit, die abhängig ist vom Innendurchmesser der Außenmatrize und vom Massedruck, während die Laufgeschwindigkeit der Kabelseele 13 gleich der Abzugsgeschwindigkeit des fertigen Kabels 15 ist Die Zugentlastungsorgene 23 hingegen haben eine Laufgeschwindigkeit, welche von der Abzugsgeschwindigkeit des Kabels 15 und damit von der Laufgeschwindigkeit der Seele 13 abweicht, nämlich ein wenig größer ist und im wesentlichen der Fließgeschwindigkeit der Mantelmassc im Bereich der Außenmatrize 29 gleicht Auf diese Weise ist die Länge der Zugentlastungsorgane 23 pro Längeneinheit des Kabels 15 größer als dieses Einheitsmaß, was dadurch ausgeglichen wird, daß die Organe 23 unmittelbar nach Verlassen der Außenmatrize 29 im Kabelmantel 14 gewellt werden (F i g. 2).

Diese Wellung der Zugentlastungsorgane 23 kommt durch eine Abstimmung der Größen- und Geschwindigkeitsverhältnisse im Spritzkopf 10, insbesondere im Bereich der Außenmatrize 29, zustande. Die Abmessungen der Weilen können durch diese Abstimmung

unmittelbar beeinflußt und gesteuert werden, wie es die nachstehende Tabelle zeigt:

Versuch Nr.	Probe Nr.	Werk stoff	Innen· nippel	Mund stück Außen matrize	Drehzahl der Ex truder· schnecke	Strom- auf- nahme	Masse druck	Abzugs- gesckw. des Kabels	AuBen-0 des erhaltenen Kabels	Wellung
			0 mm	mm	min"1	A	kp/cm2	m/min	mm
1	53fr	PVC	7,7	12,1	20	65	25	12	12,9	mittlere Wellung
2	583	PVC	7,7	12,1	20	65	25	20	11,9	feine Wellung
3	826	PVC	7,7	12,1	20	65	25	22	11,6	feine Wellung
4	809	PVC	7,7	12,1	20 ■	65	25	10	14,5	starke Wellung
5	654	PVC	7,7	12,1	20	65	25	10	14,5	starke Weisung

In dieser Tabelle sind fünf Versuche aufgezeichnet, wobei aus Vereinfachungsgründen die Maße für das Mundstück 29 und für die Strömungsgeschwindigkeit der viskosen Kabelmantelrnasse in allen Fällen konstant sind, während die Abiugsgeschwindigkeit des fertigen Kabels 15 variiert. Entsprechende Ergebnisse können aber auch erzielt werden, wenn der Mundstückdurchmesser und/oder die Masseeeschwindiekeit verändert

werden. Als wichtiges Ergebnis ist aus den Versuchen abzuleiten, daß der Außendurchmesser des ummantelten Kabels 15 unmittelbar nach seinem Austritt aus der Außenmatrize 29 größer als der Mundstück-Innendurchmesser zu sein hat, wenn eine optimale Weilung der Zugentlastungsorgane 23 in Erscheinung treten soll. Die Ursache hierfür ist die für die Strangaufweitung typische Erscheinung des Aufquellens der Mantelmasse unmittelbar im Anschluß an das Passieren der Mundstücköffnung. Dieses Aufwuellen ist eine Folge ι ο des Spritzdruckes und damit der Massegeschwindigkeit im Verhältnis zur Abzugsgeschwindigkeit des Kabels im Bereich der Außenmatrize 29.

Durch die relativ verschiedenen Geschwindigkeiten am Kabel im Augenblick der Bildung des Kabelmantels ergibt sich eine Art retardierende Komponente für die gewissermaßen eiliger als die Kabelseele 13 laufenden Zugentlastungsorgane 28, 23, wodurch diese zur Wellung gezwungen werden. Hierbei kommt es nun auf die sorgfältige Abstimmung der Faktoren an, um zu vermeiden, daß sich die Zugentlastungsorgane gewissermaßen selbst überholen wollen oder über sich selbst stolpern und dadurch S-förmige Schleifen aus sich selbst in das Innere des Kabelmantels 14 legen, wobei es unweigerlich auch zu entsprechenden Verdickungen an der Oberfläche des Kabels 15 kommen würde. Das entgegengesetzte Extrem wäre der Wegfall jedes zurückhaltenden Momentes, so daß die Zugentlastungsorgane 23 stramm in den Mantel 14 eingezogen werden, was ebenfalls unerwünscht ist, weil dadurch beispielsweise die Biegsamkeit des Kabels herabgesetzt wird. Gerade diese -vichtige Eigenschaft eines Kabels mit Zugentlastung wird durch die Wellung erheblich verbessert, weil durch die Wellung eine ziehharmonikaartige Wirkung entsteht, welche entsprechend starke Biegungen ermöglicht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Herstellung elektrischer Kabel mit Zugentlastung, bei dem die Kabelseele durch einen Extruder zum Aufspritzen des Mantelwerkstoffes geführt wird und dabei endlose hochzugfeste Zugentlastungsorgane mit Abstand voneinander in konzentrischer Anordnung zur Kabelseele rundum von Mantelwerkstoff umgeben in den noch viskosen Kabelmantel eingelagert und nach Verlassen des Extruders mit einer Wellung versehen werden, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Polyvinylchlorid oder schwer entflammbaren Kautschuk-Elastomeren als Mantelwerkstoff die Geschwindigkeit des Mantelwerkstoffes sowie die der darin eingebetteten Zugentlastungsorgane im Spritzkopf des Extruders größer ist als die Geschwindigkeit der Kabelseele, so daß sich nach Verlassen <ks Extruders durch den an sich bekannten Effekt der Strangaufweitung des Kabelmantels und gleichzeitige Stauchung der eingebetteten Zugentlastungsorgane die Wellung derselben ergibt