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Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen einer isolierenden
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Hülle eines elektrischen Kabels Beschreibung Die Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer isolierenden Hülle eines elektrischen
Kabels, aus einem durch Einwirkung von Feuchtigkeit vernetzbaren, thermoplastischen
Polymeren, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1,nach Patentanmeldung P 27 54 877.
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Mit der Hauptpatentanmeldung wird die Aufgabe gelöst, ein in deren
Beschreibungseinleitung näher erläutertes, bekanntes Verfahren dieser Art dahingehend
zu verbessern, daß die Durchvernetzung des Endproduktes durch Feuchtigkeitsanwendung
im letzten Verfahrensstadium in einem ausreichenden Maße gewährleistet, zugleich
aber eine beginnende Vernetzung vor dem Ausformen des Gemisches mit Sicherheit verhindert
ist, und die Fertigungsgeschwindigkeit bei Vermeidung des Erfordernisses einer sehr
genauen, relativ sehr geringen Dosierung des Reaktionsmittels unter Gewährleistung
einer verbesserten Qualität des Gegenstandes zu erhöhen. Dies wird dadurch erreicht,
daß das Erwärmen des Gemisches durch zunächst mäßige Wärmezufuhr mit geringem Gradienten
nur bis unterhalb der Zerfallstemperatur des Reaktionsmittels und sodann mit steilem
Gradienten durch erhöhte Wärmezufuhr in möglichst kurzer Zeit sprunghaft auf die
gewünschte Reaktionstemperatur erfolgt, wobei ein WärmerUckfluß von dem über die
Zerfallstemperatur des Reaktionsmittels erhitzten Reaktionsbereich auf den nur bis
unter diese Temperatur erwärmten Bereich des Gemisches weitgehend verhindert wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen und zusätzliche Einzelheiten dieses Verfahrens sowie
die sich daraus ergebenden Vorteile sind in der älteren Anmeldung geschildert. Ferner
ist dort eine zur Durchführung dieses
Verfahrens geeignete Vorrichtung
angegeben, welche einen Extruder mit einem besonders ausgebildeten, hohlzylindrischen
Gehäuse umfaßt, das zwischen mit unterschiedlicher Intensität beheizbaren Abschnitten
einen thermisch isolierenden Abschnitt sowie am Ausstoßende einen Extrusionskopf
und sonstige, für die Durchführung dieses Verfahrens förderliche Einrichtungen aufweist.
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Die vorliegende Erfindung bezweckt eine weitere Verbesserung dieses
Verfahrens. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, die angestrebte Steilheit des Gradienten
der sprunghaften Erwärmung des Gemisches auf die gewünschte Reaktionstemperatur
durch erhöhung der Erwär mungsintensität bei Verminderung der hierfür erforderlichen
Zeit zu optimieren und unter Gewährleistung der Vollständigkeit der so eingeleiteten
Pfropfungsreaktion in dem Gemisch, dessen Verarbeitungsgeschwindigkeit und somit
die in einem kontinuierlichen Durchgang verarbeitbare Gemischmenge weiter zu erhöhen,
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die erhöhte Wärmezufuhr für
den steilen Temperaturanstieg des Gemisches auf die gew~unschte Reaktionstemperatur
wenigstens teilweise bei bzw unmittelbar vor dessen Ausformung mittels in diesem
durch Scherkraft erzeugter Reibungswärme bewirkt wird, Vorteilhafte Weiterbildungen
dieses Verfahrens sind mit dem Unter anspruch 2 und eine zu dessen Durchführung
geeignete Vorrichtung mit den Unteransprüchen 3-5 angegeben, Die erfindungsgemäßen
Maßnahmen bringen eine Reihe von Vorteilen mit sich, deren wesentlicher in der somit
bewirkten intensiven Erwärmung dieses Gemisches in dessen Inneren liegt0 Durch die
in diesem vor dessen Ausformung erzeugte Reibungswärme kann die angestrebte Reaktionstemperatur
des beigegebenen Reaktionsmittels viel schneller bewirkt und genauer gesteuert werden,
als dies allein mit äußerer Wärmezufuhr möglich ist0 Dadurch ergibt sich eine äußerst
kurze Verweilzeit des Gemisches in dem intensiv beheizten Bereich und die optimale
Möglichkeit, dieses zur Einleitung der Pfropfungsreaktion sprunghaft auf die Reaktionstemperatur
von beispielsweise 200 0C au erhitzen. Diese läßt sich durch Veränderung
der
die Reibungswärme erzeugenden Scherkraft auch während der Verarbeitung des Gemisches,
unabhängig von dessen Durchgangsgeschwindigkeit jederzeit auf höhere oder geringere
Werte einregeln. Dies ist bisher nur beschränkt möglich, da im wesentlichen konstante
Bedingungen eingehalten werden müssen und der beliebigen Steigerung der Intensität
der äußeren Wärmezufuhr gewisse Grenzen gesetzt sind, die sich im wesentlichen aus
der zwar relativ kurzen, jedoch für die Verbreitung der von außen zugeführten Wärme
in dem Gemisch selbst erforderlichen Zeit ergeben.
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Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen ist die Verweilzeit des Gemisches
bei dessen sprunghafter Aufheizung auf Reaktionstemperatur äußerst gering. Daher
ist es vorteilhaft, wenn die Reaktionstemperatur des Gemisches für die Dauer der
Reaktionszeit von wenigstens 60 sek bis nach dessen Ausformung im wesentlichen konstant
gehalten wird, um die restlose Aufpfropfung des ungesättigten Silans auf das Grund'polymer
zu gewährleisten.
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Die Konstakthaltung der hohen Temperatur kann unter entsprechenden,
nachstehend näher erläuterten Bedingungen bei oder nach der Ausformung des Gemisches
erfolgen und ermöglicht in Verbindung mit den vorausgehend geschilderten Maßnahmen
die kontinuierliche Verarbeitung einer wesentlich größeren Menge des Gemisches.
Sie erbringt also den Vorteil einer beachtlichen Erhöhung der Fertigungs-Ausstoßleistung
bei gleicher Pfropfungsqualität und somit Vernetzbarkeit der hergestellten Kabelhülle
durch die Anwendung von Feuchtigkeit.
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Für die Durchführung des Verfahrens ist ein Extruder der geschilderten
Art vorgesehen, der am Ausstoßende mit einem zur Erzeugung von Reibungswärme in
dem Extrudat eingerichteten Extrusionskopf und einer daran unmittelbar angeschlossenen
Nachheizeinriohtung ausgestattet ist, die zur Konstanthaltung der Temperatur des
hindurchbewegten Gemisches für eine durch verschiedene Maßnahmen regelbare Reaktionszeit
eingerichtet ist.
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Eine Vorrichtung mit einem als Scherkopf der beschriebenen Art ausgebildeten
Extrusionskopf ist zoBo aus DT-PS 20 59 496 bekannt, gemäß der eine unabhängig von
der Fördereinrichtung wirksame, durch Scherwirkung in dem zu verarbeitenden Kunststoff
Reibungswärme erzeugenden Einrichtung in Form eines darin bewegbar, insbesondere
rotierbar angeordneten Dornes oder dergleichen vorgesehen ist. Von diesem Stand
der Technik unterscheidet sich die Vorrichtung nach der Erfindung vor allem durch
eine in der Bewegungsrichtung des Gemisches unmittelbar hinter dem als Scherkopf
ausgebildeten Extrusionskopf angeschlossene Nachheizeinrichtung. Diese kann beispielsweise
in Form eines beheizbaren Rohrkörpers mehrfacher Extruderlänge oder eines zusätzlichen
beheizbaren Extrusionskopfes, vorzugsweise Querspritzkopfes, ausgebildet sein.
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Spezielle Ausgestaltungen und weitere Einzelheiten dieser Vorrichtung
sowie deren Vorteile und Wirkungsweise zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
sind nachstehend anhand von in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
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In der Zeichnung zeigen in schematischer Draufsicht Fig. 1 eine Ausführungsform
dieser Vorrichtung und Fig. 2 eine andere Ausführungsform derselben.
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Diese Vorrichtung weist einen Extruder 10 mit einem Extrusionskopf
17 und mit einer an diesen unmittelbar angeschlossent Nachheizeinrichtung 21 sowie
eine Kühleinrichtung 23, z.B. in Form einer offenen Kühlrinne, auf. Diese Vorrichtungsteile
sind einschließlich des Antriebes 38 des Extruders 10 sowie des Antriebes 39 für
eine im Extrusionskopf 17 Reibungswärme erzeugende Pinole sowie eines Steuerpults
41 für die Betätigung und Steuerung des Extruders 10 und seiner Einrichtungen auf
einer gemeinsamen Grundplatte 27 angeordnet, die vorzugsweise auch eine Kühleinrichtung
23 sowie Halterungs- und Antriebsanordnungen von Kabeltrommeln 24 trägt, wie dies
in Fig. 2 gezeigt ist. Der Extruder 10 ist als Schneckenextruder mit einem hohlzylindrischen
Gehäuse 1 ausgebildet, das jedoch - abweichend von jenem der älteren Anmeldung -
nur die dessen ersten Abschnitt 2 entsprechenden Misch-, Plastifizier- und Romogenisierbereiche
umfaßt, während der zweite Abschnitt 3 oder Reaktionsbereich in den Extrusionskopf
17 bzw. die unmittelbar daran
angeschlossene Nachheizeinrichtung
21 verlegt, wobei ein thermisch isolierender dritter Abschnitt 4 dazwischen ausgebildet,
vorzugsweise mit einer thermischen Isolierung 18 versehen ist.
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Ein wesentlicherUnterschied gegenüber der älteren Anmeldung liegt
in der Ausbildung des Extrusionskopfes 17 des Extruders 10 als Scherkopf mit einer
als Scherdorn darin drehbar angeordneten, unabhängig vom Schneckenantrieb 38 mittels
des gesonderten Antriebs 39 mit unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten antreibbaren
Pinole, die zufolge ihrer raschen Umdrehungen in dem durch den Extrusionskopf 17
hindurchgeführten plastifizierten Gemisch durch Scherwirkung Reibungswärme erzeugt
und dieses somit von innen her sehr intensiv aufheizt. Dadurch erfährt das durch
den Beschickungstrichter 7 in den Extruder 10 kalt eingebrachte Gemisch das, wie
zuvor, bei seinem Durchgang durch dessen mäßig beheizbares Gehäuse 1 in der beschriebenen
Weise homogenisierend und plastifizierend verarbeitet, hierbei jedoch nur bis unter
die Reaktionstemperatur des dem Gemisch beigegebenen Reaktionsmittel erwärmt wird,
in kürzester Zeit eine sprunghafte Erhöhung seiner Temperatur bis auf oder ueber
die Reaktionstemperatur des Reaktionsmittels. Dabei wird die Wirkung der beispielsweise
von Heizbändern 5 abgegebenen äußeren Wärme zufuhr so sehr erhöht, daß die angestrebte
Pfropfungsreaktion im Extrusionskopf schlagartig einsetzt.
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Auf diese Weise wird der steile Temperatursprung so schnell bewirkt,
daß mit der so herbeigeführten Zersetzung des Reaktionsmittels, unabhängig vom Anteil
desselben in dem Gemisch die gewünschte Aufpfropfung des Silans auf den Grundpolymeren
ohne Gefahr einer Vernetzung desselben vor oder während der Ausformung erfolgt.
Bei entsprechender Abstimmung der Drehzahlen der das Gemisch in dem Extruder fördernden
und durch den Extrusionskopf formend ausstoßenden Extrusionsschnecke bzw. der die
plötzliche Anhebung der Temperatur des Gemisches bewirkenden Scherkopfpinole läßt
sich das Temperaturprofil gut beherrschen und steuern sowie problemlos auf unterschiedliche
Temperaturbereiche abstellen, z.B. zur Verarbeitung unterschiedlicher Zusammensetzungen
oder Mengen des Gemisches etwa um Isolierhüllen 25 verschiedener Kabeltypen anzufertigen.
Hierzu ist
lediglich das Spritzwerkzeug am Ausgang 43 bzw. 45 des
Extrusionskopfes 17 bzw. 21 auszuwechseln, nebst entsprechender Regelung der Antriebe
38 bzw. 39. Im Hinblick auf die für die Vollendung der Pfropfungsreaktion erforderlichen
Verweilzeit kann hierbei jedoch eine hiervon maßgeblich beeinflußte Durchlaufgeschwindigkeit
nicht ohne weiteres überschritten werden.
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Eine wesentliche Erhöhung der Durchlaufgeschwindigkeit und somit der
Ausstoßleistung der Vorrichtung wird durch den Anschluß der zusätzlichen Nachheizeinrichtung
21 unmittelbar an den Ausgang 43 des als Scherkopf ausgebildeten Extrusionskopf
17 ermöglicht. Die Hachheizeinrichtung 21 ist bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform
als beheizbarer Rohrkörper mehrfacher Extruderlänge, vorzugsweise jedoch ~wie in
Fig. 2 gezeigt, als an den als Scherkopf ausgebildeten und mit einer Kappe 40 versehenen
Extrusionskopf 17 unmittelbar angeschlossener zusätzlicher Extrusionskopf 21>
insbesondere Querspritzkopf ausgebildet. In jeder Ausführungsform erhöht die Nachheizeinrichtung
21 die Ausstoßleistung der Vorrichtung um ein Vielfaches, zufolge der dadurch geschaffenen
Möglichkeit der getrennten Vollendung der im Scherkopf 17 hierbei nur eingeleiteten
Pfropfungsreaktion. Dabei wird nämlich die in der beschriebenen Weise sprunghaft
in den gewünschten hohen Bereich angehobene Reaktionstemperatur des Gemisches bei
dessen Durchlauf durch die Nachheizeinrichtung 21, z.B. den beheizbaren Rohrkörper
für eine ausreichende Reaktionszeit von wenigstens 60 Sekunden konstant gehalten,
so daß bei der Herbeiführung des Temperatursprungs im Scherkopf die Verweilzeit
des Gemisches in diesem unwesentlich ist.
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Da hierbei durch Erhöhung der Bewegungs-, insbesondere Drehgeschwindigkeit
der in dem Extrusionskopf 17 die Scherwärme erzeugenden Pinole, deren Wirkung beliebig
gesteigert, und somit an beliebige Durchgangsmengen des Gemisches zur Herbeiführung
des plötzlichen Anstieges seiner Temperatur angepaßt werden kann, ist die Ausstoßleistung
dieser bevorzugten Ausführungsformen der Vorrichtung letztlich nur noch von der
Förderleistung der Extruderschnecke und somit von deren Geometrie und Antriebsgeschwindigkeit
abhängig. Dadurch daß die Ausstioßleistung demnach nun nicht mehr von den Pfropfungsbedingungen
sondern
allein von der an sich hohen und durch konstruktive Maßnahmen in weiten Grenzen
bestimmbaren Extruderschnekkenleistung abhangig; ist, ergibt sich die so erzielbare,
gegenüber dem Bisherigen wesentlich erhöhte Ausstoßleistung. Die gleiche Wirkung
und entsprechend hohe Ausstoßleistung wird ebenso mit der als zusätzlicher, beheizbarer
Extrusionskopf 21 ausgebildeten, an den Ausgang 43 des Extrusionskopfes 17 angeschlossenen
Nachheizeinrichtung erzielt.
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hrcnd sich die als beheizbarer Rohrkörper ausgebildete Nachheizeinrichtung
21 mit relativ geringem Aufwand herstellen, und zumindest teilweise auf der Grundplatte
27 anordnen läßt, besitzt die Ausführung mit dem zusatzlichen, beheizbaren Extrusionskopf
21 den erheblichen Vorteil wesentlich geringeren Raumbedarfs. Insbesondere bei Ausbildung
des zusätzlichen Extrusionskopfes als Querspritzkopf ist die Anordnung sämtlicher
wesentlicher Einheiten der Vorrichtung nahe beieinander, in paralleler Konipaktanordnung,
auf einer einzigen Grundplatte 27 möglich, welche einschließlich der Halte- und
Antriebsanordnungen für die Kabeltrommeln 24 als kompakte Einheit vorgefertigt werden
kann, wogegen der anderen Ausführungsform zumindest die Kiihlrinne 23 sowie die
Käbeltrommel 24 für die Aufnahme des mit der isolierenden Hülle 25 versehenen Leiters
ll getrennt zugeordnet sind. Das Steuerpult 41 dient für die Bettigung und Steuerung
des Extruders 10, der äußeren Heizeinrichtungen 5, des Antriebes 39 der Pinole des
als Scherkopf ausgebildeten Extrusionskopfes 17 und der sonstigen Einrichtungen
dieser Vorrichtung.
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Zusätzliche Vorteile der Ausfiiilrunasrorm, bei welcher die an den
als Scherkopf ausgebildeten, anderends mit der Kappe 44 verschlossensen Extrusionskopf
17 angeschlossenen Nachheizeinrichtung 21 als das Spritzwerkzeug tragender und somit
die Isolierhülle 25 ausformender, beheizbarer, zusätzlicher Querspritzkopf 21 ausgebildet
ist, ergeben sich aus der unmittelbaren Wärmeübertragung bei der Nachheizung des
Gemisches zwecks Kunstanthaltung seiner Temperatur
und einer dadurch
erhöhten Flexibilität der Temperaturregelung gegenüber der mittelbaren Wärmeübertragung
der anderen Ausführungsform. All dies bedingt einen günstigeren Wärmehaushalt und
entsprechend rationelleren Betrieb der Vorrichtung beim Herstellen qualitativ gleichwertiger
Tsolierhüllen und dergleichen Gegenst4nde nit gegenüber der bisherigen Verfahrensweise
wesentlich erhöhter Ausstoßleistung.
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Zum Herstellen einer isolierenden Kabelhülle 25 oder dergleichen extrudierter
Gegenstände werden die eingangs genannten Mischungsanteile einschließlich des Katalysators,
eines relativ hohen Anteils des Reaktionsmittels sowie ggf. sonstiger Zusätze in
Granulat-Pulver- oder flüssiger Form in den Beschickungstrichter 7 des Extruders
10 eingegeben und in dessen Gehäuse 1 innig miteinander ver mischt, homogenisiert
und plastifiziert und hierbei mäßig bis zu einer Temperatur erwärmt, die jedenfalls
unterhalb der Zerfallstemperatur des Reaktionsmittels liegt. Das von der Extrusionsschnecice
in den Extrusionskopf 17 geförderte Gemisch wird zufolge der dort zugeführten und
zusätzlich darin erzeugten Reibungswärme ganz plötzlich auf oder über die Reaktionstemperatur
erhitzt. Es wird sodann entweder unmittelbar beim Ausformen um den zu umhüllenden
durch den Eingang 42 bzw. 44 des ersten bzw. des zusätzlichen Extrusionskopfes 17
bzw. 22 hindurchgeführten Leiter 11 oder beim Durchgang durch die angeschlossene
Nachheizeinrichtung 21 für die Dauer der Reaktionszeit auf Reaktionstemperatur gehalten
und schließlich zumindest bis zur Formbeständigkeit abgekühlt. Er kann sodann als
Kabel mit vernetzbarer Hülle 25 auf Kabeltrommeln 24 aufgebracht und schließlich
auf diesen für eine ausreichende Vernetzungszeit beispielsweise in einem Feuchtraum
oder dergleichen gelagert werden, in dem die Vernetzung der Hülle 25 des so mit
erhöhter Ausstoßleistung wesentlich rationeller als bisher hergestellten elektrischen
Kabels oder dergleichen erfolgt.