DE2910965C2

DE2910965C2 - Spritzvorrichtung zur Aufbringung einer Umhüllung aus geschäumtem Kunststoff auf langgestrecktes Gut

Info

Publication number: DE2910965C2
Application number: DE2910965A
Authority: DE
Inventors: Hans-Dieter Dr.-Ing. 3000 Hannover Stenzel
Original assignee: Kabelmetal Electro GmbH
Current assignee: Kabelmetal Electro GmbH
Priority date: 1979-03-21
Filing date: 1979-03-21
Publication date: 1985-05-02
Also published as: DE2910965A1; US4376741A; GB2044164A; BE882307A; FR2451817A1; GB2044164B; BR7907026A; FR2451817B1

Description

— daß die Schnecke (5) in ihrem axialen Verlauf mindestens zwei voneinander getrennte Scherteile (12,13) aufweist,

— daß das erste Scherteil (12) in an sich bekannter Weise im Bereich zwischen 'h und ²/j der Schneckenlänge liegt,

— daß das andere Scüerteil (>3) in der Nähe des Mundstücks (7) im 3ereich zwischen Vs der Länge und dem Ende der Set lecke (5) angeordnet ist und

— daß die öffnung (8) für die Gaszuführung im Bereich des ersten Scherteils (12) in dem Gehäuse (1) angebracht ist

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spritzvorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

»Langgestrecktes Gut« im Sinne der Erfindung sollen beispielsweise Drähte, Leitungen, Kabel und Rohre sein. Bei Rohren wird eine geschäumte Umhüllung beispielsweise dann benötigt, wenn dieselben als isolierte Leitungsrohre zum Transport erwärmter Medien eingesetzt werden. Bei Drähten und Leitungen kann es sich beispielsweise um Adern von Nachrichtenkabeln und um elektrische Leitungen allgemein handeln. Insbesondere ist die Vorrichtung nach der Erfindung jedoch zur Herstellung von koxialen Hochfrequenzkabeln (HF-Kabeln) gedacht, bei denen der Innenleiter von einem geschäumten Dielektrikum umgeben ist. Als Materialien für das Dielektrikum werden in der Regel Polyolefine, insbesondere Polyäthylen, verwendet Für alle geschilderten Anwendungsfälle besteht die Forderung, daß für die Umhüllung im fertigen Produkt möglichst wenig Material eingesetzt ist, wobei jedoch insbesondere auch die Eigenschaften der Umhüllung vorgegebene Anforderungen erfüllen müssen. Die folgenden Ausführungen sind der Einfachheit halber nur auf koaxiale HF-Kabel bezogen. Sie gelten prinzipiell jedoch auch für die anderen angegebenen Anwendungsfälle.

Bei koaxialen HF-Kabeln besteht neben der Forderung nach möglichst wenig Materialaufwand und aus reichenden mechanischen Eigenschaften die weitere Notwendigkeit, daß auch die elektrischen Eigenschaften des Dielektrikums so gut sind, daß ein möglichst verlustarmes HF-Kabel hergestellt werden kann. Diese Forderung kann insbesondere dadurch erfüllt werden, daß ein Ausgangsmaterial mit niedrigen dielektrischen Verlusten verwendet wird und daß die Aufschäumung dieses Materials möglichst weit getrieben wird. Hierzu könnte zu dem Ausgangsmaterial beispielsweise ein chemischer

to Schaumbildner beigemengt werden, der bei einer bestimmten Temperatur reagiert und das Material der Umhüllung zum Aufschäumen bringt Unabhängig davon, wie hoch dabei der srzielbare Aufschäumgrad ist, -werden die elektrischen Werte der so hergestellten ge schäumten Umhüllung von den im Material verbleiben den Rückständen des Schaumbildners meist ungünstig beeinflußt

Eine andere Form der Aufschäumung, bei welcher keine störenden Rückstände im Material verbleiben, ist die unter Druck erfolgende Zufuhr von Gas in den aufgeschmolzenen Kunststoff — die sogenannte Gasinjektion —, welche auch bei der vorliegenden Vorrichtung eingesetzt wird. Zur Erfüllung der oben genannten Forderungen müßte hier also möglichst viel Gas in das Di- elektrikum eingebracht werden.

In der DE-OS 20 255.969 ist eine mit Gasinjektion arbeitende Vorrichtung beschrieben, mit der ein Draht mit einer Umhüllung aus einem geschäumten Kunststoff versehen werden kann. Diese Vorrichtung besteht aus zwei um 90° gegeneinander versetzten Spritzvorrichtungen — im folgenden kurz »Extruder« genannt —, von denen der eine zum Aufschmelzen des Kunststoffs dient und an den anderen angeschlossen ist, in welchem das Aufschäumen durch Zuführung des Gases unter Druck durchgeführt wird. Auf diese Weise ist es mit erheblichem apparativem Aufwand möglich, einen Draht mit geschäumtem Kunststoff zu umhüllen, wobei allerdings über die Güte der erzeugten Umhüllung und deren Dichte keine Aussagen gemacht sind. Aus dieser Druckschrift kann somit nur die Lehre entnommen werden, daß zur Herstellung einer geschäumten Umhüllung eines Drahtes mittels des Verfahrens der Gasinjektion zwei als Tandem ineinander arbeitende Extruder zu verwenden sind, da scheinbar nur auf diesem Wege die erforderliche Verweilzeit des Kunststoffs im Extruder erreicht werden kann.

Es ist allerdings inzwischen ein Extruder auf dem Markt erhältlich, dev ebenfalls zur Beschichtung eines Drahtes mit einer geschäumten Umhüllung dient Die ser Extruder ist mit einer Schnecke versehen, bei wel cher das Verhältnis von Länge zu Durchmesser etwa 38 :1 ist Hier wird die erforderliche Verweilzeit des Kunststoffs im Extruder durch einen überlangen Extruder mit überlanger Schnecke erreicht Das in die Kunst- stoffschmelze injizierte Gas hat dadurch genug Zeit, um sich in der Schmelze zu verteilen. Ein solcher Extruder stellt eine Spezialanfertigung dar. Es ergeben sich hier für die zentrische Führung der sehr langen Schnecke beim Anfahren des Extruders und bei der Reinigung des

6ö Schneekenraums erhebliehe Schwierigkeiten. Außerdem ist ein solcher Extruder aus wirtschaftlichen Gründen für andere Anwendungsfälle nicht einsetzbar.

Aus der US-PS 34 40 309 ist eine Vorrichtung zur Herstellung von geschäumtem Kunststoff bekannt, die eine mit einem Scherteil ausgerüstete Schnecke aufweist. Das Scherteil ist etwa in der Mitte der Schnecke angeordnet und soil einen Rückfluß des zwischen Scherteil und Schneckenspitze befindlichen Materials in den

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vor dem Scherteil liegenden Bereich verhindern. Zum Verwendung der speziellen Schnecke mit den von ein-Aufschäumen des im Extruder befindlichen, aufge- ander getrennten Scherteilen erzielt, obwohl die schmolzenen Kunststoffs wird demselben hinter' dem Schnecke nut einem maximalen Verhältnis von Längt-Scherteil im Bereich eines Mischteils flüssiges §chäu- zu Durchmesser (D) von 28:1 (28D-Extruder) relativ mungsmittel zugeführt Da der Druck im Schnecken- 5 kurz ist Derartige »kurze« Schnecken sind bei Extruraum auf der Strecke zwischen Scherteil und Schnek- dem zum Erzeugen von Hüllen aus ungeschäurnten und kenspitze abfällt ist mit dieser bekannten Vorrichtung wenig geschäumten Materialien üblich. Durch die Erfinkein befriedigender Aufschäumgrad für das Endprodukt dung ist es jetzt möglich, derartige in jeder Fertigungserreichbar, ΐ statte von Kabeln vorhandene Extruder auch für die

Die DE-OS 24 37 S98 zeigt eine Vorrichtung zur Her- io Herstellung von hochaufgeschäumten Umhüllungen mit stellung eines koaxialen HF-Kabels mit einer geschäum- einer Dichte von weniger als 0,3 g/cm³ einzusetzen,
ten Isolierung. Bei dieser bekannten Vorrichtung wird Durch die im Verlauf der Schnecke vorhandenen mineine einfache zylindrische Schnecke mit einem Verhält- destens zwei Scherteile wird im Endbereich des Extrunis von Länge zu Durchmesser von wenigstens 16:1 ders ein gleichbleibend hoher Druck erzeugt so daß verwendet Trotz dieser relativ kurzen Schnecke ist es ts eine gegenüber bekannten Vorrichtungen erhöhte Gasgemäß den Angaben in dieser Druckschrift gelungen, menge in die Kunststoffschmelze eingedrückt werden ein Dielektrikum für ein koaxiales HF-Kabel herzustel- kann, die zu dem hohen Aufschäumgrad in der Umhüllen, das bei ausreichend niedrigem Verlustfaktor eine lung führt

Dichte von 0,3 bis 0,6 g/cm³ hat Bei dem angegebenen Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes

Ausgangsmaterial Polyäthylen mit einer Dichte von 20 ist in den Zeichnungen dargestellt Es zeigt
035 g/ciTi³ entspricht das einer Dielektrizitätskonstante F i g, 1 in schematischer Darstel«iTg einen Quer-

von 1,31 bis 1,71 im geschäumten Material, !derartige schnitt durch eine Vorrichtung nach der Ei iindung.
Kabel entsprechen dem heutigen Standard und haben F i g. 2 ein Teil der darin enthaltenen Schnecke in ver-

Dämpfungswerte, die bisher in Kauf genommen wur- größertem Maßstab.

den. Geschäumte Umhüllungen für die Innenleiter von 25 Mit 1 ist das Gehäuse eines Extruders bezeichnet koaxialen HF-Kabeln mit niedrigeren Dichtewerten weiches mit einer Einfüllöffnung 2 zum Einfüllen von zu sind mit dieser bekannten Vorrichtung nicht herstellbar. verarbeitendem Kunststoff und einem zylindrischen Ar-

Eine Vorrichtung, wie sie eingangs beschrieben ist beitsraum 3 versehen ist Die Einfüllöffnung 2 erstreckt geht aus der US-PS 32 51 911 hervor. Diese bekannte sich bis in den Arbeitsraum 3 hinein end ist nach außen Vorrichtung arbeitet nur mit einer Schnecke. Damit 30 zum einfacheren Einfüllen des Kunststoffs trichterförzum Ende der Schnecke hin im Bereich des Mundstücks mig erweitert Der Kunststoff wird vorzugsweise in ein erhöhter Druck aufgebaut werden kann, ist an der Granulatform in Richtung des Pfeiles 4 in den Trichter Schneckenspitze eine »breaker«-PIatte angebracht Vor der Einfüllöffnung 2 eingebracht
dieser Platte herrscht im Arbeitsraum der Vorrichtung In dem sich in Längsrichtung erstreckenden zylindri-

ein niedriger Druck. Es soll dadurch nach Aussage die- 35 sehen Arbeitsraum 3 des Gehäuses 1 ist eine zylindriser Druckschrift durch eine im Gehäuse der Vorrich- sehe Schnecke 5 drehbar angeordnet die in F i g. 1 nur tung angebrachte öffnung ausreichend viel Gas in die schematisch dargestellt ist Sie weist einen schraubenli-Kunststoffschmelze eingebracht werden können, damit nienförmigen Gang auf, durch welchen der Kunststoff in ein hoher Aufschäumgrad erreicht wird. Wie die Praxis Richtung des Pfeiies 6 zum Mundstück 7 des Extruders gezeigt hat &>nd jedoch auch mit dieser Vorrichtung 40 gefördert wird, in welchem sich die Austrittsöffnung des keine ausreichend hohen Aufschäumgrade erreichbar. Extr- ders befindet Außerdem weist das Gehäuse 1 eine

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mit öffnung 8 auf, durch welche unter Druck stehendes Gas nur einer Schnecke ausgerüstete Spritzvorrichtung an- in den Arbeitsraum 3 eingeführt werden kann. Die öffzugeben, mit der es möglich ist langgestrecktes Gut mit nung 8 ist vorzugsweise düsenförmig verengt. Statt nur einer Umhüllung aus einem geschäumten Kunststoff zu 45 einer öffnung 8 können auch zwei oder mehr Öffnunversehen, dw; unter Beibehaltung de.¹ guten mechani- gen vorgesehen werden. Der Einfachheit halber wird im sehen und elektrischen Eigenschaften bekannter Mate- folgenden jedoch von nur einer öffnung 8 ausgegangen, rialien eine Dichte von weniger als 0,3 g/cm³ hat Das Gehäuse 1 ist durch mindestens eine Heizeinrich-

Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung der ein- tung 9 beheizbar. In F i g. 1 ist eine solche beispielsweise gangs geschilderten Art g^mäß der Erfindung entspre- 50 elektrisch zu betreibende Heizeinrichtung 9 schema· chend dem Kennzeichen des Patentanspruchs gelöst tisch angedeutet Heueinrichtungen sind bei Extrudern

Mit einer derartigen Spritzvorrichtung — im folgen- bekannt und brauchen daher nicht genauer beschrieben den nur noch Extruder genannt — ist es möglich, bei- zu weHen.

spielsweise einen Draht mit einer geschäumten Umhül- Die Schnecke 5 fördert den Kunststoff in Richtung

lung beliebigen Durchmessers zu beschichten, die eine 55 des Pfeiles 6 zum Mundstück 7 des Extruders, durch Dichte von weniger als 0ß g/cm³ hat. Durch diesen ho- welches ein zu beschichtender Draht 10 hindurchgehen Aufschäumgrad ergibt sich für das erhaltene Mate- führt wird. Aus dem Mundstück 7 tritt der mit einer rial bei gegenüber bekannten Materialien gleichblei- Umhüllung U versehene Draht 10 aus. Die Umhüllung benden mechanischen und günstigen elektrischen Ei- 11 besteht aus einein hoch aufgeschäumten Kunststoff, genschaften eine Dielektrizitätskonstante ε von etwa 60 der innerhalb des Gehäuses 1 durch die dosierte Zufuhr 1,2. Wenn ein solches Material für das Dielektrikum von eines inerten Gases, wie beispielsweise Stickstoff, in den koaxialen HF-Kabeln eingesetzt wird, ergeben sich HF- aufgeschmolzenen Kunststoff durch die öffnung 8 im Kabel mit extrem niedrigen Verlusten, da die durch die Gehäuse 1 erhalten wird. Durch die öffnung 8 wird Dielektrizitätskonstante direkt mit bestimmte Dämp- beispielsweise bei einem Extruder mit einem Bohrungsfung gegenüber bekennten Konstruktionen erheblich rs durchmesser von 90 mm eine Gasmenge von weniger herabgesetzt ist als 5 Liter pro Minute in den Kunststoff eingedrückt.

Die niedrige Dichte der geschäumten Umhüllung mit Damit überhaupt eine ausreichende Menge Gas

Werten zwischen 0,15 und 0,28 g/cm³ wird durch die durch die öffnung 8 in den Arbeitsraum 3 des Extruders

eingedrückt werden kann, ist die Schnecke 5 speziell ausgebildet Sie weist in ihrem axialen Verlauf mindestens zwei Scherteile 12 und 13 auf, die voneinander getrennt sind und die sonstigen Bereiche einer üblichen Schnecke, wie Förderteil, Meteringteil und Mischteil, unterbrechen. Im Bereich zwischen den beiden Scherteilen 12 und 13 könnte gewttnschtenfalls ein weiteres Scherteil vorhanden sein. An den beiden Scherteilen 12 und 13 wird der Spalt zwischen Schnecke 5 und Gehäuse 1 so weit verengt, daß sich eine erhöhte Reibung für den zu fördernden Kunststoff ergibt Dadurch wird der Kunststoff bereits im Bereich des Scherteils 12 voll aufgeschmolzen, so daß schon in diesem Bereich das Zuführen des Gases unter Druck möglich ist. Die beiden Scherteile 12 und 13 bewirken in dem Arbeitsraum 3 is cine Abdichtung, so daß im Bereich zwischen den beiden Scherteilen 12 und 13 ein hoher Druck aufgebaut werden kann: Wenn d?s Gas durch die öffnung 8 dann in die Kunststoffschmelze gedrückt wird, kann hierfür ein entsprechend hoher Druck angewendet werden und es gelingt auf diese Weise, eine sehr große Menge des Gases in die Kunststoffschmelze einzubringen, ohne daß von dem Gas durch Undichtigkeiten eine wesentliche Menge verloren geht

Die Öffnung 8 ist im Gehäuse 1 an einer Stelle angebracht unter der das Scherteil 12 liegt Der Ort des Einpressens des Gases ist in Fig.2 dementsprechend durch einen Pfeil 14 angedeutet Das Gas wird damit an einer Stelle in die Kunststoffschmelze injiziert, die innerhalb der Zone hohen Drucks am weitesten vom Mundstück 7 entfernt ist

Die beiden Scherteile 12 und 13 haben bestimmte Plätze im Verlauf der Schnecke 5. Das Scherteil 12 ist in einem Bereich angeordnet der zwischen '/2 und V3 der Schneckenlänge liegt während das Scherteil '13 im Bereich der Spitze der Schnecke 5 liegt, und zwar zwischen V₅ der axialen Länge der Schnecke S und dem Ende derselben. Es können durch diesen Schneckenaufbau handelsübliche Extruder mit einem Verhältnis von Länge zu Durchmesser zwischen 20 :1 (TOD) und 28 :1 (28D) eingesetzt werden, wobei vorzugsweise ein sogenannter 25D-Extruder verwendet wird, bei dem sich Länge zu Durchmesser (D) der Schnecke 5 wie 25 :1 verhalten. Durch den Einsatz der mindestens zwei Scherteile 12 und 13 im Verlauf der Schnecke 5 läßt sich « soviel Gas in die Kunststoffschmelze eindrücken, daß sich eine Umhüllung 11 des Drahtes 10 mit einer Dichte von beispielsweise 0,23 g/cm³ ergibt Das entspricht einer Dielektrizitätskonstante ε von etwa 1,2, die in der Größenordnung derjenigen von Luft liegt Ein HF-Kabei mit einem entsprechenden Dielektrikum hat somit extrem niedrige Verluste und Eigenschaften, die bisher nicht erreichbar waren.

Bevor der für die Umhüllung 11 verwendete Kunststoff in die Einfüllöffnung 2 des Extruders eingefüllt wird, ist er in der Regel speziell aufzubereiten. Der Kunststoff selbst wird im allgemeinen in Granulatform in den Extruder eingefüllt Für das Aufschäumen mittels Gasinjektion ist es bekannt daß dem Kunststoff außerdem keimbildende Mittel hinzugegeben werden, die als Nukleierungsmittel bezeichnet werden. Hierfür eignen sich beispielsweise gegenüber dem Material der Umhüllung höher schmelzende Polyolefine oder auch Mineralien, wie beispielsweise GlasmehL Diese Stoffe werden in feinster Verteilung in den Kunststoff eingebracht und dienen zur Bildung des Gases in der Kunststoff schmelze zur Erzeugung der Gasblasen in dem fertig aufgeschäumten Produkt

Weiterhin kann dem Ausgangsprodukt von vornherein ein übliches chemisches Vernetzungsmittel hinzugegeben werden, so daß die fertige Umhüllung 11 auf dem Draht 10 nicht nur aufgeschäumt, sondern auch vernetzt ist und dadurch noch verbesserte mechanische Eigenschaften hat Ein solches Vernetzungsmittel ist beispielsweise Siloxan, bei dem sich eine über den Schmelzpunkt des Isoliermaterials hinausgehende Warmbehandlung erübrigt Der Draht 10 kann vor seiner Einführung in das Mundstück 7 des Extruders erwärmt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Spritzvorrichtung zur Aufbringung einer Umhüllung aus geschäumtem Kunststoff auf langgestrecktes Gut, welche aus einem Gehäuse besteht, in dem eine Einfüllöffnung zur Aufnahme von ungeschäumtem Ausgangsmaterial des Kunststoffs und ein zylindrischer Hohlraum angebracht sind, in weichen die Einfüllöffnung mündet und in welchem eine den Kunststoff bis zu einer in einem Mundstück befindlichen Austrittsöffnung fördernde, drehbar gelagerte und antreibbare zylindrische Schnecke mit einem Verhältnis von Länge zu Durchmesser von wenigstens 16:1 und höchstens 28:1 angeordnet ist, und in dem weiterhin im Bereich zwischen dem Mundstück und der halben axialen Länge des Hohlraums eine in denselben einmündende öffnung zur Zuführung eines unter Druck stehenden, inerten Gases, eine EinricU*ang zur Erzeugung eines erhöhten Drucks innerhalb des Hohlraums in der Nähe des Mundstücks und mindestens eine Heizeinrichtung zum Aufschmelzen des Kunststoffs angebracht sind, dadurch gekennzeichnet,