-
Vorrichtung zur Steuerung der Strangpressung von plastischem Isoliermaterial
Die
Erfindung bezieht sich auf Verfahren und eine Vorrichtung für das Messen der Kapazität
eines isolierten Drahtes und insbesondere auf Verfahren und eine Vorrichtung für
die kontinuierliche Überwachung der Kapazität je Längeneinheit eines Drahtes, der
im Strangpreßverfahren mit einem Mantel aus einer plastischen Masse isoliert wird.
-
Bei der Herstellung von Fernsprechkabeln, die eine Vielzahl von Paaren
einzeln isolierter Drähte enthalten, ist die Gleichmäßigkeit der Kapazität im fertigen
Kabel von großer Wichtigkeit. Die Kapazitätsunsymmetrie gegen Erde oder der Unterschied
in den Teilerdkapazitäten der Drähte eines Paares ist ein Maßstab für die Empfindlichkeit
von Kabelleitungen für Geräusche und Störungen. Es ist daher wünschenswert, daß
die beiden Drähte eines Paares in einem Kabel im wesentlichen die gleiche Kapazität
mit Bezug auf die umgebenden Paare des Kabels und den metallischen Kabelmantel haben.
-
Bisher wurden isolierte Drähte durch Strangpressen von Umhüllungen
aus kompaktem thermo-
plastischem Material um Leiter hergestellt.
Es wurde versucht, die Kapazität solcher isolierter Leiter gegen Erde dadurch auf
einem bestimmten Wert zu halten, daß der Durchmesser der Isolation innerhalb enger
Grenzen gehalten wird. Dieses Verfahren ist jedoch nicht völlig zufriedenstellend,
da die Dielektrizitätskonstante der plastischen Isolation selbst wieder sich bei
Veränderungen in ihrer Zusammensetzung oder aus anderen Gründen ändern kann. Ferner
ergibt sich bei diesem Verfahren die Möglichkeit, daß eine Isolation hergestellt
wird, die einen im wesentlichen gleichbleibenden Durchmesser hat, ohne daß jedoch
die Kapazität gegen Erde innerhalb der gewünschten Grenzen bleibt, da die isolierende
Umhüllung in bezug auf den von ihr umgebenen Draht exzentrisch sein kann.
-
Neuerdings sind Versuche gemacht worden, Leiter mit Schaumstoffen
;su isolieren, von denen zellenförmiges Polyäthylen sehr gute Ergebnisse liefert.
Bei der Herstellung einer solchen Isolation wird das Problem der Aufrechterhaltung
einer bestimmten gleichmäßigen Kapazität eines isolierten Drahtes gegen Erde durch
unbeabsichtigte Veränderungen in der zusammengesetzten Dielektrizitätskonstante
der im Strangpreßverfahren hergestellten Isolation noch weiter kompliziert. Diese
Veränderungen können die Folge von Veränderungen im Expansionsgrad der zellenförmigen
plastischen Isolation sein, der wegen Veränderungen in den Temperaturen, Drücken
und anderen Faktoren, die während des Strangpreßvorgangs eine Rolle spielen, schwierig
zu regeln ist.
-
Es wurde festgestellt, daß die Herstellung eines Drahtes mit einer
kompakten oder zellenförmigen plastischen Isolation und einer im wesentlichen gleichmäßigen
bestimmten Kapazität gegen Erde durch eine kontinuierliche selbsttätige Steuerung
der Strangpresse erzielt werden kann. Die Genauigkeit einer solchen Steuerung hängt
in erster Linie von der Genauigkeit der kontinuierlichen Kapazitätsanzeige ab. Um
diese Anforderung erfüllen zu können, ist eine Kapazitätsmeßvorrichtung erforderlich,
mit der die Kapazität je Längen einheit des ununterbrochen fortbewegten isolierten
Drahtes kontinuierlich gemessen werden kann und die kontinuierlich Abweichungen
der gemessenen Kapazität je Längeneinheit des isolierten Drahtes von einer bestimmten
Normal- oder Vergleichskapazität anzeigt.
-
Demgemäß geht die Erfindung von einer an sich bekannten Vorrichtung
zur Steuerung der Strangpressung von plastischem Isoliermaterial um einen leitenden
Kern aus, bei der die Kapazität aufeinanderfolgender vorbestimmter Längen des isolierten
Kerns unmittelbar nach der Pressung mittels einer Brückenanordnung laufend mit einer
Standardkapazität verglichen wird und die Strangpresse ständig entsprechend der
gemessenen Kapazitätsdifferenz derart gesteuert wird, daß die Kapazität pro Längeneinheit
des umpreßten Kerns im wesentlichen konstant bleibt. Bei dieser bekannten Vorrichtung
finden rotierende Elektroden Anwendung, welche auf der neubeschichteten und noch
relativ weichen Isolierstoffschicht des Kerns anliegen, so daß sich die Bildung
von Fehlstellen und Unvollkommenheiten in der Isolierung praktisch nicht vermeiden
läßt. Dies ist besonders deshalb nicht der Fall, weil eine größere Anzahl von Rollen
benötigt wird, um einen innigen Kontakt zu verwirklichen, der für die Kapazitätsmessung
und den Kapazitätsvergleich erforderlich ist.
-
Diese Mängel werden -nach dem Vorschlag der vorliegenden Erfindung
dadurch vermieden, daß der mit dem Isoliermaterial umpreßte Kern unmittelbar hinter
der Umpressungsstelle und in der Strangpreßnchtung in eine trogförmige, an beiden
Enden offene Elektrode eintritt, welche teilweise in eine leitende, den isolierten
Kern überdeckende Flüssigkeit eintaucht, und zwischen zwei an den Enden offenen,
trogförmigen und mit ihr axial ausgerichteten Schutzelementen liegt, die in der
Längsrichtung im Abstand von den Elektrodenenden gehalten sind, daß die Schutzelemente
und die Elektrode in einem äußeren, an den Enden offenen, trogförmigen Schutzteil
eingebettet sind, gegenüber welchem die Elektrode elektrisch isoliert ist und welcher
seinerseits isoliert in einem trogförmigen, an den Enden offenen Schirm eingesetzt
ist, und daß zwischen die Elektrode und den leitenden Kern eine Wechselspannung
geschaltet ist, während an die Schutzelemente und den Schutzteil eine Wechselspannung
angelegt ist, welche im wesentlichen der der Elektrode aufgeprägten Spannung entspricht.
-
Weitere Merkmale der Vorrichtung sind der nachfolgenden Beschreibung
und dem in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel zu entnehmen. Es zeigt
Fig. I eine Seitenansicht der Vorrichtung für das Strangpressen plastischer Stoffe
mit weggebrochenen Teilen, Fig. 2 eine Teilansicht in vergrößertem Maßstab eines
Kühltrogs, in dem ein Elektrodenkörper angeordnet ist, bei der der Trog von oben
gesehen ist und die. Blickrichtung in Längsrichtung des Trogs verläuft, Fig. 3 in
vergrößertem Maßstab einen senkrechten Schnitt nach der Linie 3-3 der Fig. I, Fig.
4 eine auseinandergezogene Darstellung, welche die verschiedenen Elemente des Elektrodenkörpers
und des Kühltrogs zeigt, Fig. 5 ein elektrisches Schaltbild der Vorrichtung und
Fig. 6 eine graphische Darstellung bestimmter Eigenschaften eines schaumstoffisolierten
Drahtes im Verhältnis zu seiner Kapazität.
-
In Fig. I ist eine Anlage üblicher Art für die Herstellung eines
plastisch isolierten Drahtes 10 im Strangpreßverfahren gezeigt.
-
Diese Anlage weist eine Strangpresse ii für das Aufbringen einer
konzentrischen Schicht I2 einer thermoplastischen Isolation, beispielsweise kompaktes
oder zellenförmiges Polyäthylen od. dgl., auf einen blanken Draht 14 auf. Der Draht
14 wird von einer Zuführungstrommel IS mittels eines durch
einen
Motor I8 angetriebenen Abzugspills I7 ununterbrochen durch die Strangpresse II belegt.
-
Unmittelbar nachdem der isolierte Draht 10 aus der Matrizenöffnung
der Strangpresse 11 ausgetreten ist, tritt er in ein Kühlwasserbad rg ein, das sich
in einem länglichen stählernen V-förmigen Kühltrog 20 befindet, der zwischen der
Strangpresse und dem Abzugspill I7 in paralleler Ausfluchtung mit dem fortbewegten
Draht angeordnet ist.
-
Der Wasserspiegel im Trog wird durch einen geeigneten, nicht gezeigten
Zulauf im wesentlichen konstant auf einer Höhe gehalten, die ausreicht, daß der
isolierte Draht über die ganze Länge des Trogs 20 mit Sicherheit völlig vom Wasserbad
19 umgeben ist.
-
Auf den Seiten des Trogs 20 liegt ein Elektrodenkörper 23 auf, der
einen Teil einer Kapazitätsmeßeinrichtung bildet. Der Elektrodenkörper 23 ist in
der Nähe der Strangpresse angeordnet, jedoch von dieser ausreichend weit entfernt,
so daß gewährleistet ist, daß die Isolation durch das Wasser im Trog 20 ausreichend
weit abgekühlt wird, um weitere wesentliche Veränderungen im Außendurchmesser oder
in der Dielektrizitätskonstante der Isolation zu verhindern. Wie Fig. 2, 3 und 4
zeigen, weist der Elektrodenkörper 23 eine V-förmige, an beiden Enden offene Elektrode
27 aus Kupferbleck auf. Wenn gewünscht, kann die Elektrode 27 auch aus einem anderen
geeigneten leitenden Material, beispielsweise aus Messingblech od. dgl., hergestellt
sein. Die Elektrode 27 ist von einer berechneten Länge und so ausgebildet, daß sie
in eine längliche, an beiden Enden offene V-förmige Schutzrinne 29 eingelegt werden
kann, die aus einem ähnlichen leitenden Blechmaterial besteht und die Außenfläche
der Elektrode 27 völlig abdeck. Die Schutzrinne 29 ist etwas länger als die Elektrode
27 und erstreckt sich ein kurzes Stück über die Enden der Elektrode hinaus. Zwischen
der eingelegten Elektrode27 und der Schutzrinne 29 ist ein isolierender Abstandskörper
30 angeordnet, der aus einer Schicht aus plastischem Isolationsmaterial, wie Polyäthylen
od. dgl., besteht und dazu dient, die Elektrode 27 und die Schutzrinne 29 elektrisch
voneinander zu isolieren.
-
An den Enden der Elektrode 27 und im Längsabstand von dieser sind
zwei V-förmige Endschutzbügel 3 I und 32 mit offenen Enden aus leitendem Blechmaterial,
beispielsweise Kupfer, Messing od. dgl., angeordnet. Die Endschutzbügel 3I und 32
sind in die Schutzrinne 29 in Ausfluchtung mit der Elektrode 27 eingelegt und starr
an der Schutzrinne 29 durch leitende Metallbolzen 34 befestigt, welche die Schutzbügel
31 und 32 in axialer Ausfluchtung mit der Elektrode halten und sie elektrisch mit
der Schutzrinne 29 verbinden. Die Schutzbügel 31 und 32 sind miteinander durch zwei
sich in Längsrichtung erstreckende Schutzstreifen 35 und 36 verbunden, welche in
Abstand und parallel zu den entsprechenden Kanten der Längsseiten der Elektrode
27 angeordnet sind. Die Schutzstreifen 35 und 36 bestehen ebenfalls aus einem leitenden
Blechmaterial, wie z. B. Kupfer, Messing od. dgl.
-
Die ineinandergelegten Teile, nämlich die Elektrode 27, die Schutzrinne
29, die Endschutzbügel 3I und 32 und die Schutzstreifen 35 und 36, sind ihrerseits
wieder in eine längliche, an ihren Enden offene, metallische und V-förmige äußere
Abschirmund 37 eingelegt. Die Abschirmung 37 wird von der Schutzrinne 29 durch ein
isolierendes Zwischenstück 38 aus plastischem Isolationsmaterial, wie z. B. Polyäthylen
od. dgl., in Abstand gehalten, welches dazu dient, die Schutzrinne 29 von der Abschirmung
37 elektrisch zu isolieren. Wenn der V-förmige Elektrodenkörper 23 richtig in den
Kühltrog 20 eingelegt ist, ruht die äußere Abschirmung 37 auf den Seiten des Kühltrogs
zwischen den konvergierenden Trogseiten abgestützt auf, so daß das Wasser im Trog
über die Elektrode 27 fließt. Der Spiegel des im Kühltrog 20 befindlichen Wassers
19 ist derart, daß die Elektrode 27 nur teilweise mit Wasser bedeckt ist, wie in
Fig. 3 gezeigt. Wenn sich die Elektrode in der beschriebenen Lage befindet und ein
isolierter Draht 10 hindurchbewegt wird, bilden der Draht 14 und die Wassersäule
in der Elektrode 27, welche den isolierten Draht umgibt, zwei konzentrische Beläge
eines Kondensators, bei welchem das Dielektrikum der Mantel 12 aus Isolierstoff
ist.
-
In Fig. 5 ist eine allgemein mit 40 bezeichnete Wechselstrom - Scheinwiderstandsmeßbrücke
gezeigt, welche die Klemmen A, B, C und D aufweist.
-
Die ZweigeA-B und B-C der Brücke 40 enthalten Spulen 42 und 43 von
niedriger Impedanz, die einander genau gleich und nahezu ideal gekoppelt sind.
-
Diese feste Kopplung ist dadurch bedingt, daß die einzelnen Leiter
der Spulen 42 und 43 geringen Abstand voneinander haben und auf einem gemeinsamen
ringförmigen Kern 45 aus einem Material von hoher Permeabilität, beispielsweise
aus »Permalloy«-Pulver, bifilar gewickelt sind.
-
Die Spulen 42 und 43 wirken als mit einer Mittelanzapfung versehene
Primärwicklung eines Transformators 47, dessen Sekundärwicklung 48 ebenfalls um
den ringförmigen Kern 45 gewickelt ist. Infolge des hohen Kopplungsgrades zwischen
den Spulen 42 und 43 hat eine Impedanz von einer Größe, durch die jede der Spulen
geshuntet wird, eine vernachlässigbare Wirkung auf die in der Sekundärwicklung 48,
die als der Meßzweig der Brücke 40 dient, induzierte Spannung.
-
Zwischen den Klemmen A und D der Brücke 40 ist eine veränderliche
Normalkapazität 50 angeordnet und die Klemme D geerdet. Die Elektrode 27 ist mittels
einer abgeschirmten elektrischen Leitung 52 mit der Klemme C der Brücke 40 verbunden.
-
Die Schutzrinne 29, die Endschutzbügel 31 und 32 und die Schutzstreifen
35 und 36 sind mit der Klemme B durch eine gemeinsame abgeschirmte elektrische Leitung
54 verbunden. Zwischen die Klemmen B und D ist ein Niederfrequenzoszillator 56 geschaltet,
der als Spannungsquelle für die 5 cheinwiderstandsmeßbrücke 40 dient. Die Abschirmung
37 und der Kühltrog 20 sind durch eine
gemeinsame Verbindung über
eine elektrische Leitung 60 mit der geerdeten Klemme D geerdet. Der blanke Draht
14 ist ebenfalls geerdet.
-
Der IVIeßzweig der Scheinwiderstandsmeßbrücke 40, welcher die Sekundärwicklung
des Transformators 47 enthält, ist mit den Eingangsklemmen eines schematisch dargestellten
Verstärkers 65 verbunden. Der Verstärker 65 verstärkt in der Sekundärwicklung 48
induzierte Brückendifferenzspannungen und gibt die verstärkte Signalspannung an
eine schematisch dargestellte Servosteuerung 67 weiter, die den das Abzugspill 17
antreibenden Motor 18 beeinflußt, um die Drehzahl des Spills und damit die lineare
Geschwindigkeit, mit welcher der Leiter I4 durch die Strangpresse II gezogen wird,
zu regeln. Ein schematisch dargestelltes optisches Anzeigegerät 69 (beispielsweise
ein Oszillograph) ist für die Anzeige der Richtung und des Betrags der sich aus
einem unabgeglichenen Zustand der Brücke ergebenden Differenzspannung vorgesehen.
-
Arbeitsweise Während des Preßvorgangs wird der blanke Draht Iq durch
das Abzugspill I7 ununterbrochen durch die Strangpresse hindurchbewegt. In der Strangpresse
wird die Schicht 12 der plastischen Isolation auf den Draht 14 in der Matrize zur
Bildung des isolierten Drahtes 10 aufgebracht. Nach seinem Austritt aus der Strangpresse
tritt der isolierte Draht 10 sofort in das im Kühlwassertrog 20 befindliche Kühlwasserbad
I9 ein. Bei der Fortbewegung des unter dem Wasserspiegel befindlichen Drahtes 10
längs des Kühltrogs 20 bewegt er sich durch den ineinandergefügten Elektrodenkörper
23, wobei er in Längsrichtung zwischen den Seiten der V-förmigen Elektrode 27 und
der V-förmigen Endschutzbügel 3I und 32 verläuft.
-
Die Scheinwiderstandsmeßbrücke 40 wird ständig durch einen Oszillator
56 erregt, der mit einer Frequenz von etwa 10 kHz arbeitet. Wie in Fig. 2 gezeigt,
werden die Schutzrinne 29, die Endbügel 31 und 32 und die Schutzstreifen 35 und
36, welche mit der Klemme B verbunden sind, unmittelbar durch den Oszillator 56
erregt. Die Impedanz des Brückenzweiges B-C ist von vorneherein vernachlässigbar
klein gehalten im Vergleich zur Impedanz des Zweiges C-D, der beispielsweise bei
einer Elektrode von einer Länge von 60 cm bei 10 kHz eine Impedanz von I50 ooo Ohm
haben kann. Daher ist das Vektorpotential der Elektrode 27 im wesentlichen gleich
dem Vektorpotential der Schutzrinne 29, der Endschutzbügel 3I und 32 und der Schutzstreifen
35 und 36. Auf diese Weise wird die Längspotentialdifferenz zwischen der von der
Elektrode 27 berührten Wassersäule und den durch die Schutzbügel 3I und 32 berührten
Wassersäulen wirksam ausgeschaltet, da die Endschutzbügel3I und 32 die ihnen zugeordneten
Wassersäulen im wesentlichen auf das gleiche Potential erheben wie das an der Elektrode
27 liegende. Dies hat zur Folge, daß die Elektrode 27 und die ihr zugeordnete Wassersäule
in Längsrichtung wirksam von dem übrigen Wasser im geerdeten Kühltrog 20 isoliert
sind. Die Schutzrinne 29, welche zwischen der Elektrode 27 und der geerdeten, an
der Außenseite des Elel<trodenkörpers befindlichen Abschirmung 37 angeordnet
ist und annähernd das gleiche Vektorpotential wie die Elektrode besitzt, verhindert,
daß die Elektrode eine Kapazität gegen die geerdete Abschirmung 37 oder gegen den
geerdeten metallischen Kühltrog 20 besitzt.
-
Das dem Trog 20 zugeführte Wasser ist gewöhnliches Leitungswasser
und ist für die Zwecke der Erfindung ausreichend leitend. Die sich innerhalb der
Elektrode 27 befindende Wassersäule ist von dem übrigen Wasser im Kühltrog 20 wirksam
isoliert und dient als äußerer konzentrischer leitender Flüssigkeitsmantel, der
den Umfang der Isolation 12 des Drahtes 14 umgibt. Für die Zwecke der Kapazitätsmessung
ist die wirksame Länge dieses durch die Wassersäule in der Elektrode 27 gebildeten
leitenden Flüssigkeitsmantels annähernd gleich der Länge der Elektrode plus der
Hälfte der Summe der Längen der Spalte zwischen der Elektrode 27 und den Endschutzbügeln
3I und 32, da die Endschutzbügel 3I und 32 Wirkungen des elektrischen Streufeldes
dadurch im wesentlichen ausschalten, daß sie zwischen den Enden des leitenden Flüssigkeitsmantels
und der Erde einen Spannungsabfall bewirken, der fast genau gleich der an den Mittelteil
der sich innerhalb der Elektrode befindenden Wassersäule gelegten Spannung ist.
Da der Abstand der Endbügel von der Elektrode 27 klein gehalten ist, kann die wirksame
Länge der Elektrode annähernd gleich ihrer gemessenen Länge angenommen werden. Der
durch die Wassersäule in der Elektrode 27 gebildete leitende Flüssigkeitsmantel
wirkt dabei als der eine Belag eines Zylinderkondensators, da sich dieser Belag
in Kontakt mit einer bestimmten Länge der Isolation 12 auf dem Draht 14, die annähernd
gleich der Länge der Elektrode ist, befindet. Der geerdete Draht 14 bildet den anderen
Belag des Kondensators. Hierbei bildet die Isolation 12 auf dem Draht das Dielektrikum,
das den durch den Draht 14 gebildeten Belag von dem äußeren, durch den leitenden
Flüssigkeitsmantel gebildeten, konzentrischen Belag trennt.
-
Da die Schutzstreifen 35 und 36 und die zwischen der Elektrode 27
und der geerdeten Abschirmung 37 angeordnete Schutzrinne 29 mit annähernd dem gleichen
Potential wie die Elektrode erregt werden, ist zwischen der Elektrode und der Abschirmung
praktisch keine kapazitive Kopplung vorhanden.
-
Daher kann die mit der Elektrode 27 in Kontakt befindliche leitende
Wassersäule eine bei Gleichstrom gemessene Kapazität Cx nur gegen den geerdeten
Leiter 14 haben. Das Wasser schafft zwischen der Elektrode 27 und der Außenfläche
des isolierten Drahtes I4 einen Weg von einem solch hohen Scheinleitwert gegen Erde,
daß die Kapazität Cx als ganz in der verteilten Kapazität des isolierten geerdeten
Leiters enthalten betrachtet werden kann. Daher wird der Wert der Kapazität Cx durch
die dielektrischen Eigenschaften und durch die Dicke der aufeinanderfolgenden Längen
der je-
weils zwischen den Enden der Elektrode liegenden plastischen
Isolation bestimmt.
-
Wie bereits erwähnt, kann die Impedanz des Brückenzweiges B-C als
vernachlässigbar betrachtet werden. Dies ist hauptsächlich dadurch bedingt, daß,
wenn die Brücke 40 abgeglichen ist und gleiche Ströme in den gegenüberliegenden
Spulen 42 und 43 von niedriger Impedanz fließen, der magnetische Fluß in dem gemeinsamen
ringförmigen Kern 45 Null ist. Wenn der Fluß im Kern 45 Null ist, wird die Impedanz
in jeder Spule nur auf den Ohmschen Spannungsabfal! im Leiter der Spule herabgesetzt,
was vernachlässigbar ist. Die Kapazitäten C1, C2 und C3 zwischen der Elektrode 27
und der Schutzrinne 29 bzw. den Endschutzbügeln 3I und 32 haben zwischen ihren Klemmen
infolge der gleichen Potentiale der Elektrode und der Schutzkörper keine Spannungsdifferenz
aufgeprägt, so daß sie aus dem Brückenglied hinsichtlich ihrer Wirkung auf den Abgleich
der Brücke 40 verschwinden. Da der Oszillator 56 unmittelbar die Schutzrinne 29
und die Endschutzbügei 31 und 32 beliefert, wird durch den Stromfluß vonden Schutzkörpern
durch das Wasser der Brückenabgleich nicht beeinträchtigt und diese Ströme völlig
über den Oszillator 56 geshuntet.
-
Die Kapazität Cx, welche durch die dielektrischen Eigenschaften und
die Dicke der eine bestimmte Länge des Leiters umgebenden plastischen Isolation
bestimmt wird, wird in den Brückenzweig C-D eingebracht und kontinuierlich mit der
Normalkapazität Cs im BrückenzweigA-D verglichen.
-
Zwischen der gemessenen Kapazität Cx und der Normal- oder Vergleichskapazität
Cs auftretende Abweichungen verursachen daher einen Unsymmetriezustand in der Scheinwiderstandsmeßbrücke
und induzieren eine Signalspannung in der Sekundärwicklung 48 des Transformators
47. Diese Signalspannung, die sich in Betrag und Phase mit dem Betrag und der Richtung
der Unsymmetrie ändert, wird durch den Verstärker 65 verstärkt und an die Servosteuerung
67 zur Regelung der Drehzahl des Motors I8 und des von diesem angetriebenen Spills
I7 weitergegeben, um den Abgleich der Brücke wiederherzustellen.
-
Veränderungen in der Drehzahl des Spills 17 verursachen Veränderungen
in der linearen Geschwindigkeit des Drahtes bei seiner Bewegung durch die Strangpresse
und bewirken Veränderungen der Dicke der Isolation als Ausgleich für normale, unkontrollierbare
Veränderungen in der Dielektrizitätskonstante der plastischen Isolation in der Weise,
daß die Kapazität je Längeneinheit des Drahtes im wesentlichen konstant gehalten
wird.
-
Obwohl die Kapazität zwischen dem Draht I4 und dem den Außenumfang
der Isolation umgebenden leitenden Wassermantel nicht die gleiche ist wie die Kapazität
gegen Erde in einem Kabel, ist der Zusammenhang so eng, daß eine Regelung der ersteren
praktisch eine Regelung der letzteren bedeutet.
-
Es sei angenommen, daß auf einen blanken Kupferdraht mit einem Durchmesser
von o,g mm eine zellenförmige Polyäthylenisolation im Strangpreßverfahren mit einem
Sollaußendurchmesser von 1,73 min und einem Gehalt von in der Isolation eingeschlossenem
Gas von 350/0 aufgebracht werden soU. In Fig. 6 ist in graphischer Darstellung das
Verhältnis zwischen dem Außendurchmesser der zellenförmigen Polyäthylenisolation
und dem Prozentsatz des in dieser eingeschlossenen Gases für mehrere konstante Kapazitätswerte
für 30 cm Länge des isolierten Drahtes gezeigt. Aus Fig. 6 ergibt sich. daß die
Kapazität für jede solche Längeneinheit eines isolierten Drahtes mit den vorerwähnten
Sollabmessungen annähernd 47 pF beträgt. Daher ist die der Kapazitätsmeßeinrichtung
zugeordnete Impedanzmeßbrücke für die Anzeige Null auf 47 pF je 30 cm Drahtlänge
einzustellen: Die für die Herstellung des isolierten Drahtes verwendete Strangpresse
muß daher so beschaffen sein, daß sie einen konzentrischen Isolationsmantel mit
einem Sollaußendurchmesser von I,73 mm bei einer bestimmten linearen Geschwindigkeit
des Drahtes erzeugt. Temperatur, Druck und die Mischungsverhältnisse der plastischen
Masse müssen so beschaffen sein, daß der Sollgasgehalt des expandierten zellenförmigen
Polyäthylens innerhalb des normalen Schwankungsbereichs gehalten wird.
-
Beim Strangpreßvorgang treten normale Schwankungen von etwa + 50/0
des Sollwertes von 35 ovo eingeschlossenem Gas in der zellenförmigen Polyäthylenisolation
auf. Beispielsweise kann infolge von Ursachen, die außerhalb der Kontrolle der Bedienungsperson
liegen, der Expansionsgrad allmählich auf einen Punkt abfallen, bei welchem der
Gehalt an eingeschlossenem Gas 300/0 beträgt. Aus Fig. 6 ergibt sich, daß ein solcher
Abfall im Gasgehalt heim Fehlen jeder Korrekturmaßnahme eine Erhöhung der Kapazität
auf 48,5 pF je 30 cm Drahtlänge zur Folge hat. Die erste geringfügige Erhöhung der
Kapazität je Drahtlängeneinheit wird jedoch sofort durch die Kapazitätsmeßeinrichtung
festgestellt.
-
Dies hat zur Folge, daß die Impedanzmeßbrücke 40 aus dem Gleichgewicht
gebracht wird und eine Signalspannung, die proportional der Unsymmetrie ist und
das richtige Phasenverhältnis hat, der Servosteuerung 67 zugeführt wird. Die Servosteuerung
spricht sofort auf die Unsymmetriesignalspannung an eind vermindert die Geschwindigkeit
des Abzugspills I7, so daß der Außendurchmesser der auf den Draht aufgebrachten
zellenförmigen Polyäthylenisolation vergrößert wird. Aus Fig. 6 ergibt sich, daß
zur Aufrechterhaltung einer konstanten Kapazität von 47 pF je 30 cm Drahtlänge,
wenn die Menge des von der Isolation eingeschlossenen Gases 300/01beträgt, der Außendurchmesser
der Isolation auf annähernd 1,74 mm vergrößert werden muß.
-
In ähnlicher Weise bewirkt, wenn aus irgendeinem unkontrollierbaren
Grund die Menge des eingeschlossenen Gases auf 40 0/o ansteigt, die Servosteuerung
67 auf Grund einer Unsymmetriesignalspannung von der Kapazitätsmeßeinrichtung eine
Korrektur im Sinne einer Beschleunigung des Spills I7 zur Erhöhung der linearen
Geschwindig-
keit des Leiters, so daß der Außendurchmesser der Isolation
auf r,7I mm verringert wird. Hieraus ergibt sich, daß, obwohl der Expansionsgrad
während des kontinuierlichen Strangpreßvorganges schwanken kann, die Kapazität je
30 cm Länge des isolierten Drahtes im wesentlichen konstant auf einem gewünschten
Wert, in diesem Falle auf 47 pF je 30 cm Drahtlänge, gehalten werden kann.
-
Die Abweichungen von einem bestimmten Kapazitätswert werden durch
die Verstärkung und die Stabilität der Servosteuerung, die. leicht so ausgebildet
werden kann, daß sie die Kapazitätsveränderungen auf wenige Zehntel eines Pikofarads
hält, begrenzt. Das Erzielen einer solch hohen Präzision bei unabhängiger Regelung
des Außendurchmessers der Isolation und des Expansionsgrades war bei -dem bisherigen
Stand der Technik nicht möglich.
-
Beispielsweise würde die Aufrechterhaltung der Kapazität je 30 cm
Drahtlänge mit einer Präzision von 1 0,5 pF erfordern, daß der Expansionsgrad mit
+ 1 °/o gehalten wird und der Durchmesser mit 1 o,I3 mm. Die Schwierigkeiten, die
sich bei der Aufrechterhaltung einer solch genauen Regelung bei unabhängiger Regelung
des Außendurchmessers der Schaumstoffisolation und des Expansionsgrades auftreten,
ergeben sich aus dem Umstand, daß bei unabhängiger Regelung der kleinere Durchmesser
gleichzeitig mit dem niedrigeren Expansionsgrad auftreten kann. Versuche haben gezeigt,
daß dieser Zustand sehr leicht eintreten kann, da aus den Versuchsergebnissen hervorgeht,
daß ein geringerer Durchmesser fast immer von einem niedrigeren Expansionsgrad begleitet
ist. Ein weiterer Faktor, der zur Folge hat, daß jede Regelung der Kapazität je
Längeneinheit des Drahtes bei unabhängiger Regelung des Außendurchmessers der Schaumstoffisolation
und des Expansionsgrades unzuverlässig ist, ist das Auftreten von Schwankungen in
der zusammengesetzten Dielektrizitätskonstante infolge ungleichmäßiger Verteilung
des eingeschlossenen Gases über den Querschnitt der Schaumstoffisolation.
-
Die vorangehende Beschreibung bezieht sich nur auf eine beispielsweise
Ausführungsform der Erfindung, und es können innerhalb des Rahmens der Erfindung
beliebige Abänderungen vorgenommen werden.
-
Beispielsweise können der Trog 20 sowie die Elektrode 27, die Schutzrinne
29, die Endschutzbügel 31 und 32, der Abstandskörper 30 und das Zwischenstück 38
des Elektrodenkörpers 23 in Form eines runden oder viereckigen, unten geschlossenen
U-förmigen statt V-förmigen Profils mit zufriedenstellenden Ergebnissen gestaltet
werden.
-
Wenn gewünscht, kann die Servosteuerung dem die Preßschraube in der
Strangpresse II antreibenden Motor so zugeordnet werden, daß die Drehzahl dieser
Schraube und damit die Ausstoßgeschwindigkeit der plastischen Isolation entsprechend
den durch die Kapazitätsmeßeinrichtung gemäß der Erfindung vorgenommenen Kapazitätsmessungen
verändert wird. In gleicher Weise ist es möglich, die Temperaturen in den verschiedenen
Teilen der Strangpresse oder die relative Lage der Mantelbildungselemente in der
Strangpresse zur Veränderung des Charakters und der Dicke des im Strangpreßverfahren
hergestellten Isolationsmantels in Übereinstimmung mit diesen Messungen zu regeln.
-
Die vorangehende Beschreibung bezieht sich in erster Linie auf die
Isolation von Drähten mit Polyäthylen entweder in kompakter oder in Zellenform.
Selbstverständlich kann jedoch die Vorrichtung gemäß der Erfindung auch zur Überwachung
der Kapazität je Längeneinheit von mit anderen plastischen IsolierstoKen, wie Polyvinylchlorid,
Kopolymere von Vinylchlorid und Vinylacetat, Nylon, weichgemachte Polystyrole od.
dgl., sowohl in kompakter als auch in Form eines Schaumstoffs, isolierten Drähten
verwendet werden.
-
Statt Wasser können auch andere elektrisch leitende Flüssigkeiten
benutzt werden.