DE2907313A1 - Verfahren zum anbringen einer isolierung aus vernetztem polymer auf einem kabelleiter - Google Patents

Verfahren zum anbringen einer isolierung aus vernetztem polymer auf einem kabelleiter

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Description

ASEA AB Västeras/ Schweden
Verfahren zum Anbringen einer Isolierung aus vernetzten! Polymer
auf einem Kabelleiter
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anbringen einer Isolierung aus vernetztem Polymer auf einem Kabelleiter gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Bei der kontinuierlichen Herstellung elektrischer Kabel, deren Isolierung aus vernetztem Polymer besteht, wird das Polymer in vernetzbarer Form um den Kabelleiter extrudiert und das extrudierte Polymer durch Erwärmung unter Druck in einem Vulkanisierrohr vernetzt. Normalerweise werden organische Peroxyde benutzt, um die Vernetzung zu bewirken.
Die Erwärmung kann in bekannter Weise durch Wasserdampf, Gas, geschmolzenes anorganisches Salz oder heiße Wände, mit denen das Polymer in direktem Kontakt steht, geschehen. Allen diesen Erwärmungsverfahren ist gemeinsam, daß die Wärme von der Oberfläche des Kabels zum Inneren des Kabels geleitet werden muß, was eine hohe Oberflächentemperatur und einen Temperaturabfall zur Mitte des Kabels hin mit sich bringt. Da polymere Materialien eine verhältnismäßig niedrige Wärmeleitzahl haben, wird die Produktionsgeschwindigkeit, insbesondere für Kabel
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mit großer Isolationsdicke, dadurch begrenzt, daß der Wärmetransport durch Leitung in den polymeren Materialien nicht weiter erhöht werden kann, wenn die Temperatur an der Oberfläche des Kabels annähernd den Wert erreicht hat, bei dem eine Zerstörung oder Beschädigung des Materials eintreten würde. Der Wärmeleitwiderstand für beispielsweise eine 30 mm Polyäthylenisolierung mit einer Oberflächentemperatur von 250°C beträgt ca. 250 cm°Csek/cal und für eine 5 mm Isolationsschicht ca. 50 cm°Csek/cal. Das Polymer, das die Isolierung des Kabels bilden soll, muß genügend erwärmt werden, damit die inneren Bereiche der Isolierung den erforderlichen Vernetzungsgrad erreichen. Für hohe Betriebsspannungen bestimmte elektrische Kabel werden meistens mit einer um den Leiter extrudierten, elektrisch leitenden Schicht (innerer Halbleiter) sowie mit einer um die Außenfläche der Isolierung extrudierten leitenden Schicht (äußerer Halbleiter) versehen, die beide aus polymeren! Material bestehen, dessen leitenden Eigenschaften durch das Einmischen von elektrisch leitendem Kienruß Zustandekommen. Durch den Kienruß werden die Schichten schwarz. Diese leitenden Schichten werden normalerweise zur gleichen Zeit vernetzt, wie das Polymer in der Isolierung.
Es ist auch bekannt, die für die Vernetzung erforderliche Erwärmung durch Strahlung zu erzeugen. Bei der Anwendung dieses Verfahrens wird der Kabelleiter in dem bekannten Fall mit dem extrudierten vernetzbaren Polymer, jedoch ohne äußere leitende
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Schicht durch ein Vulkanisierrohr aus Stahl geführt, dessen Wände auf 4000C - 5000C erwärmt werden und welches ein inertes Gas enthält, über welches man den erforderlichen Druck auf das extrudierte Polymer ausübt. Dabei wird Wärme durch Strahlung und Konvektion dem Kabel zugeführt. Dieses Verfahren ergibt mit transparenten Polymeren in der Kabelisolierung eine gewisse Erhöhung der Produktionsgeschwindigkeit, weil die Wärmestrahlung das Polymer durchdringen kann, so daß Strahlungsenergie dem Inneren des Kabels zugeführt wird. Der größte Teil der Strahlungsenergie wird Jedoch von der Oberflächenschicht des Kabels aufgenommen.
1 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu entwickeln, welches eine erheblich erhöhte Produktionsgeschwindigkeit gestattet.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welches erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.
Mit dem Verfahren nach der Erfindung ist eine bedeutend höhere Produktionsgeschwindigkeit als mit dem bekannten Verfahren möglich. Dies gilt besonders für Kabel mit einer dicken Isolierschicht. Durch das Verfahren nach der Erfindung wird den inneren
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Teilen des Kabels unmittelbar und wirksam Wärme zugeführt und somit eine schnelle Durchwärmung des ganzen Kabelquerschnittes und eine schnelle Vernetzung des Polymers über den gesamten Querschnitt erzielt. Die Erfindung ermöglicht darüberhinaus - wie nachstehend näher erläutert wird - eine laufende Kontrolle des Leiters hinsichtlich der inneren leitenden Schicht und der Isolierung des Kabels während der Herstellung, so daß bei Bedarf Korrekturen im Produktionsablauf vorgenommen werden können.
Das verwendete Polymer soll gut strahlungsdurchlässig sein bei der Temperatur, die zur Extrusion und Vernetzung erforderlich ist. Als Beispiel für geeignete Polymere können Polyäthylen und Kopolimerisat aus Äthylen mit einem anderen ungesättigten Monomer, wie Äthylakrylat, Butylakrylat und Vinylazetat, genannt werden. Im Kopolimerisat beträgt das Äthylengewicht vorzugsweise mindestens 60 Prozent des Gesamtgewichtes des Äthylens und der anderen ungesättigten Verbindung. Das Polymer ist mit einem Peroxyd oder einer anderen Substanz versetzt, die die Fähigkeit hat, eine Vernetzung zu bewirken. Als Beispiel für geeignete Peroxyde können u.a. Di-oC-Kumylperoxid, Di-tert.Butylperoxyd und 2,5-Dimethyl-2,5-Di(t-Butylperoxi)-Hexin-3 genannt werden· Die Menge Peroxyd beträgt zweckmäßigerweise 0,1 5 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile Polymer. Das Polymer ist normalerweise auch mit einem Antioxidant versetzt, wie beispielsweise polymerisiertes Trimethyldihydochinolin oder
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Aldol-O^-Naphthylamin, zweckmäßigerweise in einer Menge von 0,5-5 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile Polymer.
Die Strahlung, die zumindest überwiegend Wellenlängen zwischen 0,76 yum und 4/um hat, d.h. eine kurzwellige Infrarotstrahlung ist, kann durch infrarote .Strahlungsquellen mit Temperaturen, die 11000C, vorzugsweise 12000C.übersteigen, erzeugt werden. Bei der Strahlung wird Strahlungsenergie an die inneren Teile des Kabels übertragen. Je durchlässiger das Polymer für die Strahlung ist, desto effektiver wird diese Übertragung der Energie. Diese Erwärmung der inneren Teile des Kabels durch die Infrarotstrahlung wird verstärkt, wenn der Kabelleiter mit einer inneren leitenden Schicht versehen ist, die Kienruß enthält.
Das für die Strahlung durchlässige Vulkanisierungsrohr kann u.a. aus Glas, Quarz oder Polytetrafluoräthylen bestehen.
Der Druck auf das Polymer im Vulkanisierungsrohr kann dadurch erzeugt werden, daß die Wärmedehnung des Polymers während der Erwärmung in Verbindung mit dem Druck vom Mundstück der Strangpresse an dem einen Ende des Vulkanisierrohres und dem Druck des Kühlwassers am anderen Ende des Vulkanisierrohres ausgenutzt wird. Vorzugsweise wird auch ein Schmiermittel unter Druckanwendung zwischen die Innenwand des Vulkanisierrohres und das
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extrudierte Polymer ge spritzt. Anwendbare Schmiermittel sind u.a. geschmolzenes Polymermaterial, ein organisches Peroxyd oder ein Öl. Der Druck kann auch mit einem Gas, z.B. Stickstoff oder einem anderen mit dem Polymer nicht reagierenden Gas erzeugt werden, das zwischen das extrudierte Polymer und die Innenwand des Vulkanisierungsrohres geleitet wird.
Dadurch, daß das Vulkanisierrohr und das extrudierte Polymer in der bevorzugten Anwendung transparent sind, können die Leiter des Kabels beziehungsweise die innere leitende Schicht durch Augenschein während der Fertigung kontrolliert werden. Für Hochspannungskabel gilt, daß große Unvollkommenheiten in Form von beispielsweise Spitzen oder Rändern oder anvulkanisierten harten Partikeln in der Grenzfläche zwischen leitender Schicht und Isolierung die Elektrische Beanspruchung erhöhen und die Qualität des Kabels herabsetzen. Die maximale elektrische Beanspruchung tritt an der um den Leiter des Kabels extrudierten, elektrisch leitenden Schicht auf. Die Möglichkeit, diese innere leitende Schicht während der Herstellung laufend kontrollieren zu können, ist ein bedeutender Vorteil.
Bei Hochspannungskabeln können auch Verunreinigungen in der Isolierung des Kabels in Form von Fremdpartikeln die elektrische Festigkeit des Kabels oder seine Lebensdauer stark herabsetzen. Mit Hilfe eines Detektors, beispielsweise in Form einer Fotozellenanordnung, der die Transparenz des Vulkanisierrohres und
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des Isolationsmaterials ausnutzt, kann das Vorhandensein von Verunreinigungen festgestellt werden, so daß bereits während des Fertigungsprozesses entsprechende Maßnahmen ergriffen werden können.
Es ist auch möglich, durch Zugabe eines Farbindikators zu dem Polymer, welcher bei erreichtem Vernetzungsgrad einen Farbumschlag erfährt, direkt während des Prozesses visuell festzustellen, daß der erforderliche Vernetzungsgrad erreicht ist.
Anhand der in den Figuren 1 bis 5 beispielhaft gezeigten Herstellungsanordnungen sollen verschiedene AusfUhrungsformen des Verfahrens nach der Erfindung näher erläutert werden.
In den Figuren ist der Kabelleiter mit 1, die innere leitende Schicht mit 2, die aus extrudiertem Polymer bestehende Isolierschicht des Kabels mit 3» das Vulkanisierungsrohr mit 4, die Strahlenquelle mit 5 und die Strangpresse, aus der extrudiert wird, mit 6 bezeichnet.
Der Leiter 1 ist von herkömmlicher Art und kann aus Kupfer oder Aluminium bestehen. Die innere leitende Schicht 2 kann z.B. aus einem Kopolymer aus Äthylen und Ä'thylakrylat im Gewichtsverhältnis 80:20 bestehen, das 40 Gewichtsteile Kienruß leitender Art pro 100 Gewichtsteile Kopolymer enthält.
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Das Polymer der Isolierschicht 3 kann aas LD-Poljäthylen mit einen Schmelzindes: iron 0,2 - 20 .!se stehen s das 2 Gewicht stelle Di-O^-Kumylperox^rd und. 0,2 Gewichtsteile polymerlsiertea TrI- methyldihydoc&inolin pro 100 Gewichtsteile Polyäthylen enthält. Das ¥iilkanislerungsrohr 4 kann aus Glas bestehen«, Die Strahlenquelle kam aus Mehreren um das ¥ttlkanislenmgsrohr herum angeordaeten Infrarotlampen - mit Wolf ramglühf Idea ■bestehenf die bei einer Temperatur von 21000G arbeiten und dabei eine Strahlung aussende^ deren Intensitätseaxiauii toei einer Wellenlänge von. 1,2/ia liegt. Weins Lampen verwendet werdeiip die bei 2?00°C ip erhält saa das entsprechende Intensitätsmaximiaa bei
einer Uslleniliage iroa 1
1 ΐ'ΐΐτά. entsprechend Figur 1 in -der Strangpresse 6 ztmileiist mit ©iaer innerem leit@ad@a Schicht -2 und darauf mit des= P©lyitliyl@aseiale!it 5 ver seiles* Das Polyäthylen hat beim Strangpressen, ©in© T©ap©ratur iron ungefähr 125°C. Wenn der Leiter mit ü@m SeMcIiteii 2 «ad 5 die Strahlenquelle"!? passiert, wsFdea öl© P@lymer© In äea Schiebten 2 und 3 vernetzt und ansehli@ß©nd Eitt@is ¥©sser od©r"uat©r Brück stsaeadeia Gas in einen aa fias E=©elit@ lad© des ¥ullsasiisierungsr©!ires angeschlossenen, siicht ä.arg©st@llt©a KüMrohr geldihlt9 Infolge seiner Ausdehnung bei ö@f Eifvjli-EijiEsg wird das Polyaer - ia de» ¥MlkanisierroIir unter Brack gesetzt ο lte!#js*©Ea9 «iaS das ¥nlk©aisisrr@lir und das Polyätiiyleia "o©i &G£? FöPEäsigsteiip©ratai0 di©" Icaa^gwoilige infrarote SirsMLtMg h,imäMWotu.B,SB&B.s wird, übv Loiter iä<4 die
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tende Schicht des Kabels schnell erwärmt, was zu einer schnellen Durchwärmung und zu einer schnellen Vernetzung des Polymers über den ganzen Querschnitt führt.
In dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2 wird durch eine Strangpresse 8 eine äußere leitende Schicht 7 aufgebracht. Das Material dieser Schicht 7 kann aus einem Kopolymer aus Äthylen und Vinylazetat im Gewichtsverhältnis 60:40 bestehen, das 20 Gewichtsteile Kienruß leitender Art pro 100 Gewichtsteile Kopolymer enthält.
In dem Ausführungsbeispiel nach Figur 3 wird unter Druckanwendung durch ein Mundstück 9 ein schmierendes Material 10, das beispielsweise aus einem geschmolzenen Polyäthylen mit Schmelzindex 0,2 - 20 oder einem Peroxyd, wie Di-oC-Kumylperoxyd, besteht, zwischen das extrudierte Polymer und das Vulkanisierrohr gepreßt.
In dem Ausführungsbeispiel nach Figur 4 ist ein nichtreagierendes Gas 11, wie z.B. Stickstoff, mit einem Druck von zwischen 0,5 und 3 MPa zwischen dem extrudierten Polymer und den Innenwänden des Vulkanisierungsrohres vorgesehen. Das genannte Gas kann im Vulkanisierungsrohr stehen oder strömen, wobei die Zutrittsöffnung 12 und die Ausströmöffnung 13 am Austrittsende bzw. am Eintrittsende des Vulkanisierrohres angeordnet sind.
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In dem Ausführungsbeispiel nach Figur 5 ist ein Detektor 14 außerhalb des Vulkanisierrohres vorgesehen. Durch diesen Detektor wird das Vorhandensein von etwaigen Fremdkörpern in dem Polymermaterial angezeigt. Dabei wird die Transparenz des Vülkanisierrohres und des Polymers ausgenutzt.
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Claims (4)

  1. Patentansprüche
    1i Verfahren zum Anbringen einer Isolierung aus vernetztem Polymer auf einem Kabelleiter, wobei vernetzbares Polymer um den Kabelleiter extrudiert und danach durch Erwärmung mittels Strahlung vernetzt wird, wobei das Polymer einem Druck in einem Vulkanisierrohr ausgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlung zur Erwärmung des Polymers außerhalb des Vulkanisierrohres erzeugt wird, daß die Wellenlänge der Strahlung wenigstens zum überwiegenden Teil zwischen 0,76 Aim
    und 4jum liegt, und daß ein für die Strahlung durchlässiges Vulkanisierrohr verwendet wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das extrudierte Polymer, eventuell über ein zwischenliegendes Schmiermittel, gegen die Innenwand des Vulkanisierrohres gedrückt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein unter Druck stehendes Gas zwischen dem extrudierten Polymer und der Innenwand des Vulkanisierrohres vorgesehen ist.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kabelleiter vor dem Aufbringen des Polymers mit einer Schicht umgeben wird, die Kienruß leitender Art enthält.
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DE19792907313 1978-03-07 1979-02-24 Verfahren zum anbringen einer isolierung aus vernetztem polymer auf einem kabelleiter Withdrawn DE2907313A1 (de)

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