DE3442243C2

DE3442243C2 -

Info

Publication number: DE3442243C2
Application number: DE3442243A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Baeuerlein; Wolfgang 8520 Erlangen De Krueger; Dieter 8521 Uttenreuth De Uhl
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1984-11-19
Filing date: 1984-11-19
Publication date: 1988-06-01
Also published as: DE3442243A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Strahlenvernetzung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein Beispiel einer derartigen Vernetzungsvorrichtung ist in der Veröffentlichung der International Atomic Energy Agency mit dem Titel "Large Radiation Sources for Industrial Processes" (IAEA-SM-123/20), Vienna 1969, Seiten 289 bis 299 beschrieben.

Vernetzte Strangprodukte aus Kautschuk, Polyolefinen oder anderen vernetzbaren Polymeren bzw. sonstigen Kunststoffen finden verbreitete technische Anwendung wie z. B. für Warm wasserrohre, Schrumpfrohre und -schläuche, für Isolierungen elektrischer Leitungen bzw. Kabeladern oder für Mäntel von Lei tungen und Kabeln. Vernetzte Rohre aus Polylefinen oder anderen Kunststoffen können mittels einer Wärmebehandlung auf geweitet werden. Dieser Zustand läßt sich dann beim Erkalten einfrieren. Ein Wiedererwärmen bewirkt ein Rückschrumpfen und damit verbunden ein Anschmiegen des Rohres an ein durch dieses gestecktes Werkstück oder anderes Produkt.

Die Vernetzung wird im allgemeinen nach der Herstellung bzw. dem Strangpressen der rohrförmigen Produkte entweder durch einen chemischen Prozeß oder insbesondere durch die Bestrahlung mittels energiereicher Strahlung wie z. B. Elektronenstrahlen erzeugt ("technica", Band 15/16, 1983, Seiten 1247 bis 1250). Entsprechende Vorrichtungen weisen außer einer die Elektronen strahlen erzeugenden Beschleunigeranlage eine nachgeordnete Ablenkeinheit auf, mit der die Strahlen sektorförmig aufge fächert werden. Unter einem Strahlaustrittsfenster dieser Ablenkeinheit wird das zu vernetzende rohrförmige Produkt durch das Strahlenfeld hindurchgeführt.

Bei derartigen Elektronenstrahlvernetzungsvorrichtungen stellt jedoch die gleichmäßige Rundumbestrahlung, die bei Schrumpf rohren für eine einheitliche Wanddicke nach der Aufweitung wichtig ist, ein technisch schwer befriedigend zu lösendes Problem dar. Man hat deshalb versucht, das zu vernetzende rohr förmige Produkt während der Bestrahlung in eine Rotationsbe wegung zu versetzen oder mehrfach durch das Strahlenfeld zu führen, wobei das Produkt sukzessiv um einen vorbestimmten Win kel gedreht ist (vgl. z. B. Forschungsbericht T 81-124 des Bun desministeriums für Forschung und Technologie mit dem Titel "Vernetzung von Kabel- und Leitungsisolierungen aus Polyole finen durch energiereiche Strahlung, Teil 3: Fertigungs technik", Juli 1981). Beide Verfahren führen jedoch in der praktischen Ausführung zu Schwierigkeiten. So ergibt sich im ersteren Fall besonders bei großen Querschnitten ein erheb licher apparativer Aufwand. Außerdem führt eine gleichzeitige translatorische Bewegung zu Dosis- und damit zu Vernetzungsin homogenitäten in axialer Richtung. Aufgrund der dabei ver hältnismäßig geringen Ausnutzung des Strahlungsfeldes sind zu dem keine hohen Fertigungsgeschwindigkeiten erreichbar. Im zwei ten Falle ist eine gleichmäßige, reproduzierbare Drehung nur mit erheblichem Aufwand zu realisieren. Außerdem sind entspre chende Einrichtungen verhältnismäßig störanfällig. Man hat deshalb Vorrichtungen zur Strahlenvernetzung entwickelt, mit denen eine Vierseitenbestrahlung ermöglicht wird (vgl. DE-OS 30 14 399). Der apparative Aufwand einer derartigen Vorrichtung ist jedoch ebenfalls verhältnismäßig hoch.

Aus der eingangs genannten Veröffentlichung IAEA-SM-123/20 ist zwar bekannt, die Vernetzung eines rohrförmigen Produktes auf dessen dem Strahlaustrittsfenster einer Elektronenstrahlver netzungsvorrichtung abgewandten Seite dadurch zu verbessern, daß man dort einen die Strahlen reflektierenden Körper z. B. aus Blei anbringt. Jedoch ist auch mit dieser Vorrichtung eine hinreichend gleichmäßige Rundum-Vernetzung ohne zusätzliche Maßnahmen wie z. B. das vorerwähnte sukzessive Verdrehen des zu vernetzenden Produktes im allgemeinen nicht zu erreichen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend auszugestalten, daß mit ihr eine verhältnismäßig gleichmäßige Rundum-Vernetzung von langge streckten rohrförmigen Produkten aus vernetzbaren Materialien mit verhältnismäßig geringem apparativen Aufwand ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen dem Strahlaustrittsfenster und dem zu vernetzenden Produkt eine Folie aus einem die Strahlen streuenden Material vorgesehen ist.

Die mit dieser Ausgestaltung der Vernetzungsvorrichtung verbun denen Vorteile sind insbesondere darin zu sehen, daß bereits bei nur einmaligem Passieren des Strahlenfeldes einer gebräuch lichen Elektronenbestrahlungsanlage eine hinreichend gleich mäßige Rundrum-Vernetzung des rohrförmigen Produktes erreichbar ist. Mehrmaliges Durchlaufen des Produktes ist zwar möglich, um beispielsweise zu einer noch besseren Strahlungsausnutzung und damit verbunden zu höheren Fertigungsgeschwindigkeiten zu ge langen, aber prinzipiell nicht erforderlich. Voraussetzung ist lediglich, daß die Reichweite der Strahlung merklich größer als die insgesamt zu durchstrahlende Materialdicke ist. Diese Forde rung läßt sich bei nicht zu dicken Produkten mit gebräuchlichen Bestrahlungsanlagen erfüllen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Strahlenvernetzungsvorrichtung nach der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dar gestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch eine erfin dungsgemäße Strahlenvernetzungsvorrichtung.

Fig. 2 zeigt schematisch einen hierzu senkrechten Schnitt durch diese Vorrichtung. Die

Fig. 3 und 4 zeigen den Vernetzungsgrad von nicht-er findungsgemäß bzw. erfindungsgemäß bestrahlten Produkten.

Bei der in den Fig. 1 und 2 angedeuteten Strahlenvernetzungs vorrichtung wird beispielsweise von einer Vorrichtung ausgegan gen, wie sie der genannten Veröffentlichung "technica" (vgl. deren Bild 2) zu entnehmen ist. Dabei zeigen die Figuren einen Längs- bzw. Querschnitt bezüglich mehrerer zu vernetzender strangförmiger Produkte wie z. B. Warmwasserrohre, Schrumpfrohre und -schläuche, aber auch Isolationen elektrischer Leitungen, elektrischer Kabelmäntel, Kabeladern oder sonstiger, ähnlich geformter Strangprodukte, die ein- oder mehrfach durch eine Elektronenbestrahlungsvorrichtung 2 hindurchgeführt werden sollen. Diese Vorrichtung umfaßt eine vertikal ausgerichtete Beschleunigeranlage 3 mit einer Elektronenstrahlquelle und einer vertikalen Beschleunigerstrecke, an deren unterem Ende sich Magnetspulen als Ablenkeinheit befinden, um das von der Strahlenquelle erzeugte Elektronenstrahlbündel sektorförmig aufzufächern. Dieser Teil der Anlage wird auch als Scanner be zeichnet, dessen sogenanntes Scan-Horn 5 nach unten durch ein im allgemeinen etwa rechteckiges Fenster 6 abgeschlossen ist, durch das das aufgefächerte Strahlenbündel 7 austritt. Als Strahlaustrittsfenster mit einer Breite oder Längsausdehnung 1 von z. B. 1 m und einer Tiefe s von 5 bis 10 cm kann beispiels weise eine 50 µm dicke Titanfolie dienen.

Das Bestrahlungsgut 8 wird quer zu dem Strahlaustrittsfenster 6, d. h. etwa senkrecht zu dessen Längsausdehnung 1 durch das Feld 9 der aus dem Fenster 6 ausgetretenen Strahlen bewegt. Ge gebenenfalls kann aber auch das Bestrahlungsgut 8 schräg bzgl. der Längsausdehnung 1 geführt werden. Gemäß der Fig. 1 ist dabei angenommen, daß dieses Bestrahlungsgut 8 aus einem Rohr bsteht, welches in neun Windungen 8 a bis 8 i um zwei in der Figur nicht dargestellte Trommeln oder Radsätze gelegt ist, so daß diese Windungen 8 a bis 8 i annähernd parallel nebeneinander durch das Strahlenfeld 9 zu führen sind. Diese Windungen, die beispielsweise in einer gemeinsamen Ebene liegen, können ge gebenenfalls auch so durch das Strahlenfeld 9 hindurchgezogen werden, daß sie statt in einer parallelen Lage zu der durch das Strahlaustrittsfenster 6 aufgespannten Ebene einem Winkel <180° mit dieser Ebene einschließen. Unterhalb des Bestrah lungsgutes 8 sind meist gekühlte Metallplatten, sogenannte Re flektorplatten 15 angebracht, mit denen die durchgehende Strah lung gestoppt werden soll. Eine derartig gestaltete Ver netzungsvorrichtung liegt dem Diagramm der Fig. 3 zugrunde.

Wie aus diesem Diagramm zu entnehmen ist, zeigt ein einmal durch das Strahlenfeld bewegtes Rohr eine starke Schwankung der Vernetzung in Umfangsrichtung. In dem Diagramm ist auf der Ab szisse der Umfangswinkel ϕ in Grad angegeben, der zwischen dem jeweiligen Ortsradius und der Einstrahlrichtung des Elek tronenstrahls gemessen wird. Auf der linken Ordinate ist als Maß für den Vernetzungsgrad der Elastizitätsmodul E in N/mm² bei 200°C angegeben. Dieser E-Modul ist aus der Wärmedehnung W (Hot-set-Dehnung) von ringförmigen, dem Produkt entnommenen Probekörpern mit einer Zugspannung von 0,2 N/mm² ermittelt, die auf der rechten Ordinate in Prozent der Ausgangslänge aufge tragen ist (durchgezogene, treppenartige Kurve). Dem Ausfüh rungsbeispiel ist ein Polyäthylen-Rohr mit 11 mm Durchmesser und 2 mm Wandstärke zugrundegelegt, das mit 2,5-MeV-Elektronen von der Oberseite her bestrahlt wurde. Wie aus diesem Diagramm der Kurvenverlauf für den E-Modul (gestrichelte Linie) zeigt, treten bei einer Bestrahlung nach herkömmlicher Art erhebliche winkelabhängige Schwankungen des E-Moduls von einem Mittelwert E _m auf.

Es ist deshalb vorgesehen, daß, wie den Fig. 1 und 2 ferner zu entnehmen ist, zwischen dem Strahlaustrittsfenster 6 und dem Bestrahlungsgut 8 eine dünne Folie 10 aus einem die Elektronen strahlung streuenden Material angeordnet ist. Diese Streufolie kann insbesondere aus dünnem Edelstahlblech bestehen. Um eine gute Streuwirkung zu gewährleisten, kann auch eine Folie vor gesehen werden, die mit einem Material hoher (spezifischer) Dichte von insbesondere mindestens 10 000 kg/m³ beschichtet ist. Da die Folie bei den üblicherweise in Fertigungsanlagen ange wendeten hohen Strahlleistungen in verhältnismäßig kurzer Zeit überhitzt werden würde, ist sie vorteilhaft als ein längs zum Strahlaustrittsfenster 6 und damit quer zur Bewegung des Be strahlungsgutes 8 bewegtes Band gestaltet, das über Führungs rollen 11 bis 13 geführt wird. Außerdem ist, wie in der Fig. 1 durch Pfeile 14 angedeutet sein soll, zweckmäßigerweise eine zusätzliche Kühlung der Folie 10 vorgesehen. Es sind jedoch auch andere Ausführungen der Folie denkbar. Die Dicke der Folie richtet sich nach der Beschleunigungsspannung und den Dimen sionen des Bestrahlungsgutes und liegt im allgemeinen zwischen 0,05 und 0,5 mm. Anstelle einer Folie können auch Einzel bleche, die an einer Transportkette befestigt sind, vorgesehen werden. Ferner besteht auch die Möglichkeit, mit Löchern oder sonstigen Aussparungen versehene perforierte oder auch struk turierte Bänder, Drahtnetze oder sonstige Gewebe zu verwenden. Hiermit läßt sich gegebenenfalls eine Bestrahlung des Bestrah lungsgutes 8 sowohl mit gestreuten Elektronenstrahlen als auch direkt mit nicht-gestreuten Strahlen vornehmen. Dieser Effekt läßt sich bei einer Mehrfachdurchführung eines zu vernetzenden Produktes auch dadurch erzielen, daß man in dem Strahlenfeld 9 eine verhältnismäßig schmale bandförmige Streufolie 10 vor sieht, die nur einen Teil des Bestrahlungsgutes 8 abdeckt. Hierzu könnte die in den Fig. 1 und 2 gezeigten Führungs einrichtung für die zu bewegende Streufolie 10 so angeordnet werden, daß die Folie nicht senkrecht, sondern schräg bzgl. der Längsausdehnung 1 des Strahlaustrittsfensters 6 durch das Strahlenfeld 9 verläuft.

Gemäß dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbei spiel ist ferner angenommen, daß die Streufolie 10 im Bereich des Strahlaustrittsfensters 6 bzw. des Strahlenfeldes 9 in einer Ebene verläuft, die parallel zu der durch das Strahlaus trittsfenster 6 aufgespannten Ebene und/oder parallel zu dem Bestrahlungsgut 8 liegt. Gegebenenfalls kann man aber auch die Streufolie 10 geneigt gegenüber der in den Figuren angenommenen Streufolienebene anordnen.

Außerdem soll bei der Vorrichtung auf der der Einstrahlung abgewandten Seite des Bestrahlungsgutes 8 mindestens ein die Strahlung reflektierender Körper vorgesehen sein. Beispiels weise kann man hierfür eine an sich bekannte Reflektorplatte 15 verwenden. Diese Platte ist mit einem die Strahlung stark re flektierenden Material, insbesondere aus einem schweren Metall wie beispielsweise Blei, Wolfram, Gold oder Tantal beschichtet. Die Dicke dieser Schicht sollte dabei mindestens 0,2 mm be tragen. Mehr als 1 mm dicke Schichten sind im allgemeinen nicht erforderlich. Die Reflektorplatte 15 kann eben gestaltet oder auch mit einem derartigen Profil versehen sein, daß die re flektierte Strahlung auf das Bestrahlungsgut hin konzentriert wird. In Fig. 1 ist die reflektierte Strahlung durch Pfeile 17 angedeutet.

Wendet man nun die Maßnahmen bei einer Bestrahlungsanlage an, wie sie für das dem Diagramm nach Fig. 3 zugrundegelegte Aus führungsbeispiel gewählt wurde, so erhält man bei einer Fig. 3 entsprechenden Darstellung einen Kurvenverlauf für den E-Modul, der wesentlich geringere Schwankungen um den Mittelwert E _m′ in Abhängigkeit vom Umfangswinkel ϕ zeigt. Dieser dem Diagramm der Fig. 4 entnehmbare Kurvenverlauf für den E-Modul (gestri chelte Kurve) bzw. für die entsprechende Wärmedehnung (treppen artige, durchgezogene Kurve) ergibt sich bei Verwendung einer 0,2 mm dicken Streufolie 10 aus Edelstahl und einer Reflektor platte 15 mit einer etwa 1 mm dicken Bleischicht. Durch einen Vergleich entsprechender Kurven der Diagramme nach den Fig. 3 und 4 ist somit ohne weiteres ersichtlich, daß mit den Maß nahmen eine wesentlich gleichmäßigere Rundum-Vernetzung eines rohrförmigen Produktes zu erreichen ist.

Diese Vergleichmäßigung läßt sich erforderlichenfalls noch ver bessern, wenn bei mehrfachem Durchlauf das zu vernetzende Pro dukt wie Rohre, Kabel usw. jeweils axial um einen geeigneten Winkel gedreht zwischen der Streufolie und der Reflektorplatte hindurchgeführt wird.

Claims

1. Vorrichtung zur Strahlenvernetzung mindestens eines aus einem vernetzbaren Material bestehenden, rohrförmigen Produktes mittels energiereicher Strahlen, insbesondere Elektronenstrah len, die in einer Beschleunigeranlage erzeugt und in einer nachgeordneten Ablenkeinheit sektorförmig aufgefächert sind, mit Einrichtungen zum ein- oder mehrfachen Hindurchführen des zu vernetzenden Produktes durch die aus einem Fenster austre tenden Strahlen und mit mindestens einem die Strahlen zumindest weitgehend reflektierenden Körper, der auf der dem Strahlaus trittsfenster abgewandten Seite des zu vernetzenden Produktes angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Strahlaustrittsfenster (6) und dem zu ver netzenden Produkt ( 8; 8 a bis 8 i) eine Folie (10) aus einem die Strahlen streuenden Material vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Streufolie (10) so angeordnet und/ oder ausgebildet ist, daß nur ein Teil des zu vernetzenden Produktes ( 8; 8 a bis 8 i) bzgl. der aus dem Strahlaustritts fenster (6) austretenden Strahlen (Strahlenfeld 9) durch die Streufolie (10) abgedeckt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß im Bereich des Strahlaustritts fensters (6) die durch die Streufolie (10) aufgespannte Ebene parallel oder geneigt ist bzgl. der durch das Strahlaustritts fenster (6) aufgespannten Ebene und/oder bzgl. der Führungs richtung des zu vernetzenden Produktes ( 8; 8 a bis 8 i).

4. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß im Bereich des Strahlaustrittsfensters (6) die bandförmig gestaltete Streu folie (10) parallel oder geneigt bzgl. der Richtung der Längs ausdehnung (1) des Strahlaustrittsfensters (6) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß die Streufolie (10) aus einem endlosen Band besteht, das über Rollen (11 bis 13) parallel zur Richtung der Längsausdehnung (1) des Strahl austrittsfensters (6) und quer zur Führungsrichtung des zu vernetzenden Produktes ( 8; 8 a bis 8 i) zu bewegen ist.

6. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, da durch gekennzeichnet, daß ein als Streu folie (10) dienendes Band aus einem Edelstahlblech besteht, dessen Dicke zwischen 0,05 und 0,5 mm liegt.

7. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, da durch gekennzeichnet, daß als Streufolie (10) an einer Transportkette befestigte Einzelbleche vorgesehen sind.

8. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, da durch gekennzeichnet, daß die Streufolie (10) perforiert und/oder strukturiert ist.

9. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, da durch gekennzeichnet, daß als Streufolie (10) ein Netz oder Gewebe vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, da durch gekennzeichnet, daß die Streufolie (10) aus einem Material mit hoher Dichte besteht oder von einer Trägerfolie gebildet ist, die mit einer Schicht aus diesem Material versehen ist.

11. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, da durch gekennzeichnet, daß eine Kühlung (14) der Streufolie (10) vorgesehen ist.

12. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, da durch gekennzeichnet, daß im Bereich des Strahlaustrittsfensters (6) das zu vernetzende Produkt ( 8; 8 a bis 8 i) parallel oder geneigt bzgl. der durch die Streufolie (10) aufgespannten Ebene oder bzgl. der durch das Strahlaus trittsfenster (6) aufgespannten Ebene zu führen ist.

13. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, da durch gekennzeichnet, daß im Bereich des Strahlaustrittsfensters (6) das zu vernetzende Produkt ( 8; 8 a bis 8 i) quer oder schräg bzgl. der Richtung der Längsausdehnung (1) des Strahlaustrittsfensters (6) zu führen ist.

14. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 13, da durch gekennzeichnet, daß der reflektie rende Körper (Reflektorplatte 15) mit einer 0,2 bis 1 mm dicken Schicht aus schwerem Material wie beispielsweise Blei oder Tan tal oder Gold oder Wolfram beschichtet ist.

15. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14, da durch gekennzeichnet, daß der reflektie rende Körper (Reflektorplatte 15) derart profiliert ist, daß die reflektierte Strahlung (17) mindestens zu einem Teil auf das zu vernetzende Produkt ( 8; 8 a bis 8 i) konzentriert ist.