FI65340C

FI65340C - FOERFARANDE FOER VULKANISERING AV ISOLERSKIKTET PAO EN ELEKTRISK KABEL

Info

Publication number: FI65340C
Application number: FI783994A
Authority: FI
Inventors: Sven Gunnar Wretemark
Original assignee: Ericsson Telefon Ab L M
Priority date: 1977-12-30
Filing date: 1978-12-27
Publication date: 1984-04-10
Also published as: FI783994A; DK332179A; FI65340B; DK144609B; SE417655B; NL7812591A; WO1979000463A1; NO149122C; SE7714979L; GB2036034A; NO149122B; JPS55500029A; GB2036034B; DK144609C; NO784439L

Description

2 65340 i vilken kabeln fritt hängande mätäs fram längs tubens centrumlin-je utan att vidröra dess väggar. Tubens inmatningsöppning, som är placerad högre än utmatningsöppningen, är direkt och trycktätt ansluten till munstycket pä en sprutpressmaskin. Polymermassan pa-sprutas kabeln vid en temperatur av ca 130°C, varefter temperatu-ren vid den direkt efterföljande vulkaniseringsprocessen i hög-tryckstuben höjes till ca 200°C. Innan kabeln när utmatningsöppningen, mäste dess isolerskikt nedkylas till en temperatur, som medger att kabeln kan passera ut ur tuben utan risk för bläsbild-ning i isolerskiktet till följd av den trycksänkning kabeln utsät-tes för, när den lämnar tuben.2 65340 in which the cable is freely suspended measuring along the center line of the tube without touching its walls. The inlet opening of the tube, which is located higher than the outlet opening, is directly and pressure-tightly connected to the nozzle of an extruder. The polymer mass is sprayed on the cable at a temperature of about 130 ° C, after which the temperature in the directly following vulcanization process in the high-pressure tube is raised to about 200 ° C. Before the cable reaches the discharge opening, its insulating layer must be cooled to a temperature which allows the cable to pass out of the tube without the risk of blow formation in the insulating layer due to the pressure drop the cable is exposed to when leaving the tube.

Under processens första skede i tryckkammaren antar polymer-materialet en halvsmält, trögflytande konsistens innan tvärbind-ningsreaktionen hunnit sätta in, vilket sker vid ca 150°C. Härvid kan en besvärande formförändring av och excentricitet hos isolerskiktet kring ledaren uppkomma. En känd metod att undvika detta problem är att läta hela processen ske i vertikalled. Mycket höga bygghöjder mäste dä tillgripas och detta ställer sig dyrbart. Vid en horisontell process gäller i princip att ju snabbare man kan värma isoleringen ju mindre blir den skadliga formförändringen ge-nom flytning. Värmningen sker enligt nägra nu kända metoder med bl.a. cirkulerande gas, strälvärme, kondenserande vattenänga eller vätska under tryck, upphettad tili över 200°C.During the first stage of the process in the pressure chamber, the polymeric material assumes a semi-molten, viscous consistency before the cross-linking reaction has begun, which occurs at about 150 ° C. In this case, a troublesome shape change and eccentricity of the insulating layer around the conductor can occur. One known method of avoiding this problem is to let the whole process take place vertically. Very high building heights must be resorted to, and this is expensive. In a horizontal process, it is basically the case that the faster you can heat the insulation, the less the harmful shape change is caused by flow. The heating is carried out according to some now known methods, including circulating gas, radiant heat, condensing water vapor or liquid under pressure, heated to above 200 ° C.

De senare metoderna är tveklöst effektivast vad beträffar snabbheten men har den nackdelen att vattenänga eller kondens av annan för härdningsprocessen använd vätska under det höga trycket och den höga temperaturen det här är fräga om, tränger in i isolerskiktet och där bildar sk. mikrobläsor, vilka bedömes nedsätta den elektriska kvaliteten pä isolerskiktet, speciellt för höga spän-ningar.The latter methods are undoubtedly most effective in terms of speed but have the disadvantage of water vapor or condensation of other liquid used for the curing process under the high pressure and the high temperature this is concerned, penetrates into the insulating layer and forms so-called. microbubbles, which are considered to reduce the electrical quality of the insulating layer, especially for high voltages.

Enligt moderaa metoder förses kabelisoleringen i en och sam-ma sprutoperation med elektriskt ledande beläggningar av polymer-plast pä säväl inner- som ytteryta. Dessa ledande ytskikt av nägon millimeters tjocklek har tili uppgift att utjämna det elektriska fältet i isoleringen. Ledningsförmägan i dess skikt kan varieras inom vida gränser. Kännetecknande för skiktet är att motständet har negativ temperaturkoefficient vid temperaturer över ca 130°C. Detta räkar vara just den temperatur, vid vilken plasten lämnar sprutans munstycke.In modern methods, the cable insulation is provided in one and the same spray operation with electrically conductive coatings of polymer-plastic on both inner and outer surface. These conductive surface layers of a few millimeters thick have the task of leveling the electric field in the insulation. The conductivity of its layers can be varied within wide limits. Characteristic of the layer is that the resistor has a negative temperature coefficient at temperatures above about 130 ° C. This seems to be precisely the temperature at which the plastic leaves the syringe nozzle.

3 653403 65340

Frän US-patentskriften 3,479,419 är känt ett förfarande, vid vilket det elektriskt ledande skiktet utgöres av ett skikt av lätt-smältbar metall, t.ex. bly, som päförs kabeln genom doppning efter att denna i en extruderingsdys har blivit försedd med den isoleran-de beläggningen av vulkaniserbart men ännu inte vulkaniserat material. Den päförda metallmanteln ges möjlighet att stelna innan kabeln med metallmantel förs genom en induktionsuppvärmningsanordning, med vilken elektrisk ström induceras i metallmanteln, som därvid uppvärms och avger värme tili den isolerande beläggningen och vulka-niserar denna. Vid detta förfarande avlägsnas metallmanteln tili sist, i det dess enda uppgift är att utföra uppvärmningen av det vulkaniserbara materialet och att skydda detta emot deformering under vulkaniseringen, och den färdiga kabeln har säledes inte nä-got yttre skikt av elektriskt ledande material. Vid detta kända förfarande sker ätminstone pä den övre ytan av det isolerande skiktet av vulkaniserbart material en upprepad avkylning och uppvärm-ning, och själva doppningen i den smälta metallen innebär, att kabeln böjs ganska kraftigt omkring styrrullar, som styr kabeln ner i och upp ur metallbadet.From US Patent 3,479,419 there is known a method in which the electrically conductive layer is a layer of easily meltable metal, e.g. lead, which is applied to the cable by dipping after being provided in an extrusion die with the insulating coating of vulcanizable but not yet vulcanized material. The metal sheath applied is allowed to solidify before the metal sheath cable is passed through an induction heater by which electrical current is induced in the metal sheath, which thereby heats and releases heat into the insulating coating and cures it. In this process, the metal sheath is finally removed, the only task of which is to perform the heating of the vulcanizable material and to protect it from deformation during the vulcanization, and thus the finished cable does not have any outer layer of electrically conductive material. In this known process, at least on the upper surface of the insulating layer of vulcanizable material, repeated cooling and heating takes place, and the actual dipping in the molten metal means that the cable is bent quite strongly around guide rollers which guide the cable down and out of the metal bath.

Föreliggande uppfinning avser ett förfarande för tillföring av den för vulkanisering erforderliga processvärmen pä ett sätt, som eliminerar de ovan pätalade nackdelarna. Genom den snabbhet i värmetillförseln, som förfarandet medger, undvikes eller reduceras formförändringar av och excentricitet hos isolerskiktet och genom avsaknaden av vätskor och vattenänga förhindras uppkomsten av micro-bläsar i isolerskiktet. Förfarandet, som bygger pä ett utnyttjande av det utanpä isolerskiktet sprutade ledande skiktet, känneteck-nas därav, att säsom skikt av elektriskt ledande material användes ett elektriskt ledande formmaterial, som extruderas pä den isolerande beläggningen samtidigt med eller i omedelbar anslutning tili dennas extrudering pä kabelns inre del, och att den elektriska strömmen för ätminstone den inledande uppvärmningen av skiktet av elektriskt ledande material tillföres med hjälp av antingen den extruderingsdys, med vilken det elektriskt ledande skiktet pä-extru-deras, som en första elektrod, och ett släpkontaktorgan som stär i beröring med det elektriskt ledande skiktet pä ett ställe, som lig-ger pä ett avständ frän extruderingsdysen, som en andra elektrod, eller ett kapacitivt organ som är anbragt pä ett kort avständ frän 4 65340 det elektriskt ledande skiktet pä ett ställe, som ligger pä ett avständ frän extruderingsdysen, varvid kabelns metalledare bildar en av elektroderna.The present invention relates to a method for supplying the process heat required for vulcanization in a manner that eliminates the above mentioned drawbacks. Due to the speed of the heat supply that the process allows, the shape changes and eccentricity of the insulating layer are avoided or reduced and the absence of liquids and water vapor prevents the formation of micro-bubbles in the insulating layer. The method, which is based on the utilization of the conductive layer sprayed conductive layer outside the insulating layer, is characterized in that as an electrically conductive layer, an electrically conductive molding material which is extruded on the insulating coating simultaneously with or in immediate connection to its extrusion on the cable is used. and that the electric current for at least the initial heating of the layer of electrically conductive material is supplied by means of either the extrusion nozzle with which the electrically conductive layer is extruded, as a first electrode, and a drag contact means which stays in the contacting the electrically conductive layer at a location located at a distance from the extrusion nozzle, such as a second electrode, or a capacitive means located at a short distance from 4 65340, the electrically conductive layer at a location located at a distance from the extrusion nozzle, the metal conductor of the cable forming one of the electrodes.

Uppfinningen skall närmare förklaras under hänvisning tili bifogade ritning, i vilken fig. 1 visar överdelen av en tubformad tryckkairanare jämte ett förfarande i enlighet med uppfinningen för överförande av elektrisk Ström tili det ledande ytskiktet pä en genom tuben pas-serande kabel och fig. 2 visar överdelen av en tubformad tryckkammare jämte ett andra förfarande enligt uppfinningen för överförande av elektrisk Ström tili en genom tuben passerande kabels ytskikt.The invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawing, in which Fig. 1 shows the top of a tubular pressure gauge and a method according to the invention for transmitting electric current to the conductive surface layer of a cable passing through the tube and Fig. 2 shows the upper part of a tubular pressure chamber as well as a second method according to the invention for transferring electric current to a surface layer of the cable passing through the tube.

I fig. 1, som visar överdelen av en tubformad tryckkammare, betecknar 1 tuben, vars ändparti övergär i en fläns och är ansluten tili ett munstycke 2 pä en ej visad sprutpressmaskin. Genom mun-stycket 2 föres en kabel 3 in i tuben 1. Kabeln 3 omfattar en me-tallträdskärna, ett tunnt närmast kärnan liggande halvledande skikt, ett tjockare isolationsskikt och ytterst ett isolationsskiktet om-givande tunnt ledande ytskikt. I väggen tili tuben 1 är en eller flera av isolatorer uppburna elektroder 4, 5 anordnade, vilka i det visade utföringsexemplet är utformade som mjuka metallborstar, vilka ligger an mot det ledande ytskiktet. Via elektroden 4 till-föres ytskiktet elektrisk ström, vilken ledes i skiktet fram mot munstycket 3, som är jordförbundet och säledes fungerar som en andra elektrod. Vid lämpligt vald spanning och lämpligt avständ mellan munstycke och elektrod kan en optimal effekt tillföras kabelkroppen, varvid den högsta effekten per längdenhet inträffar i omrädet med det högsta motständet per längdenhet, dvs. närmast sprutan där tem-peraturen är lägst. Man uppnär med andra. ord snabbast möjliga vär-metillförsel tili isolerskiktet i tidigast möjliga skede, vilket är en betydelsefull fördel vid speciellt tjocka isolerskikt. Efter-som genomvärmningen av polymermaterialet vid tjockare skikt tar läng tid, kan det vara fördelaktigt att placera in ytterligare nä-gon elektrod 5, som matar in effekt i en längre bort belägen punkt, varvid spänningen relativt mellanelektroden 4 fär avpassas med hän-syn tili det motständsvärde, som gäller inom detta intervall. Ali värmeeffekt behöver inte tillföras genom det elektriskt belastade ytskiktet. Trycktubens vägg kan ävenledes värmas utifrän och skall 5 65340 i varje fall vara värmeisolerad, varigenom gastemperaturen i tuben kan förutsättas hällas vid en sä hög temperatur att visst konvek-tionsvärrae kan överföras till kabelkroppen. TemperaturkontrolIen under processen kan ske med t.ex. en optisk strälningsmätare 6, som avkänner temperaturen pä kabelns yta och lämpligen är anbrin-gad intill den sista elektroden, där temperaturen när sitt högsta värde.In Fig. 1, which shows the upper part of a tubular pressure chamber, 1 denotes the tube, the end portion of which protrudes into a flange and is connected to a nozzle 2 of an extruder not shown. Through the nozzle 2, a cable 3 is inserted into the tube 1. The cable 3 comprises a metal tree core, a thin semiconducting layer closest to the core, a thicker insulating layer and an insulating layer surrounding a thin conductive surface layer. In the wall of the tube 1 are arranged one or more electrodes 4, 5 supported by insulators, which in the illustrated embodiment are formed as soft metal brushes which abut the conductive surface layer. Via the electrode 4, the surface layer is supplied with electric current, which is passed in the layer towards the nozzle 3, which is grounded and thus functions as a second electrode. At the appropriate selected voltage and the appropriate distance between nozzle and electrode, an optimum power can be applied to the cable body, with the highest power per unit length occurring in the range with the highest resistance per unit length, ie. closest to the syringe where the temperature is lowest. You achieve with others. words as fast as possible heat supply to the insulating layer at the earliest possible stage, which is a significant advantage in particularly thick insulating layers. As the heating of the polymeric material at thicker layers takes a long time, it may be advantageous to place additional electrode 5 which feeds power at a further away point, whereby the voltage relative to the intermediate electrode 4 may be adjusted with respect to the resistance value that applies within this range. Any heat effect need not be supplied through the electrically charged surface layer. The wall of the pressure tube can also be heated from the outside and must in any case be heat insulated, whereby the gas temperature in the tube can be assumed to be poured at such a high temperature that a certain convection heat can be transferred to the cable body. The temperature control during the process can be done with e.g. an optical radiation meter 6, which senses the temperature on the surface of the cable and is conveniently positioned adjacent the last electrode, where the temperature reaches its highest value.

Fig. 2 visar även den överdelen av en tubformad tryckkamma-re 1, som Sr ansluten tili ett munstycke 2 pä en ej visad sprut-maskin, frän vilken en kabel 3 av samma typ som den i anslutning tili fig. 1 beskrivna kabeln mätäs in i tuben. Strömtillförseln sker här via diametralt anbringade elektrodpar 7, varvid strömba-nan gär transversellt frän ena sidan tili den andra av kabelkroppen. För att fördela värmen pä tillräckligt läng sträcka krävs ett flertal ytterligare elektrodpar 8-10 längs kabeln. Fördelen med detta system Sr att den pätryckta spänningen kan hällas betydligt lägre pä grund av de korta strömbanorna. I figuren visas elektrod-paren vertikalt orienterade, men för att fä en jämnare värmeför-delning i isolerskiktet kan lämpligen varannat par orienteras hori-sontellt.Fig. 2 also shows the upper part of a tubular pressure chamber 1, which is connected to a nozzle 2 of an extruder not shown, from which a cable 3 of the same type as the cable described in Fig. 1 is measured. in the tube. The current supply is here via diametrically arranged electrode pairs 7, the current path being transverse from one side to the other of the cable body. In order to distribute the heat sufficiently long, a number of additional electrode pairs 8-10 are required along the cable. The advantage of this system is that the printed voltage can be lowered considerably due to the short current paths. In the figure, the electrode pairs are shown vertically oriented, but to obtain a more even distribution of heat in the insulating layer, preferably every other pair can be oriented horizontally.

Elektrodanordningarna kan utgöras pä ett flertal olika sätt. Den yta som skall mottaga den överförda strömmen är relativt hög-ohmig, varför det Sr ändamälsenligt att uppdela kontaktelementet i ett flertal delelement, ett slags borste, där varje enskilt borst svarar för en liten del av övergängsströmmen, som därvid blir fördelad pä en lämpligt stor yta med motsvarande läg ström-täthet. Polymerytan är dessutom ömtälig för tryck och repor vid höga temperaturer, varför materialvalet och anläggningstrycket hos elektroden mäste ägnas särskild omsorg. En gynnsaira omständighet enligt anordningen i fig. 1 är att elektroden 4 (liksom 5) arbe-tar i omräden där polymeren hunnit tvärbinda och säledes antagit stabilare mekaniska egenskaper. Den "elektrod" som arbetar pä icke tvärbunden polymer, dvs. pä halvplastiskt ytskikt, utgöres av spru-tans munstycke 2, som därmed kan betraktas som problemfri.The electrode devices can be formed in a variety of ways. The surface to receive the transmitted current is relatively high-ohmic, so it is expedient to divide the contact element into a plurality of sub-elements, a kind of brush, with each individual brush accounting for a small portion of the transition current, which is then distributed over a suitably large surface with corresponding low current density. Furthermore, the polymer surface is susceptible to pressure and scratches at high temperatures, so special care must be taken to select the material and the plant pressure of the electrode. A favorable circumstance of the device of Fig. 1 is that the electrode 4 (as well as 5) operates in areas where the polymer has crosslinked and thus assumed more stable mechanical properties. The "electrode" which works on non-crosslinked polymer, i.e. on semi-plastic surface layer, consists of spray nozzle 2, which can thus be considered problem-free.

överföringen av för uppvärmningen erforderlig elektrisk Ström tili det ledande ytskiktet kan även ske utan direkt galva-nisk kontakt med ytan. Man kan sälunda anordna kapacitiva elektro-der i närheten av ytskiktet pä kabeln. Om man härvid använder för- 6 65340 höjd frekvens är det möjligt att överföra den effektmängd, som krä-ves för värmningen av polymerskiktet. Elektroderna utformas da lärapligen som ringar, vilka omger kabeln. Dessa ringar kan vara mer eller mindre integrerade i tryckkammarens vägg. Den inmatade kapacitiva strömmen gär i detta fall huvudsakligen som kapacitiv läckström tili kabelns metalledare, som har jordpotential. Värmen utvecklas i det ledande ytskiktet vid strömmens fördelning longi-tudinellt fran den ringformade elektroden.The transfer of electrical current required for heating to the conductive surface layer can also occur without direct galvanic contact with the surface. Capacitive electrodes can thus be arranged in the vicinity of the surface layer of the cable. In this case, if increased frequency is used, it is possible to transmit the amount of power required for the heating of the polymer layer. The electrodes are then designed as rings, which surround the cable. These rings may be more or less integrated into the wall of the pressure chamber. The input capacitive current in this case mainly acts as a capacitive leak current to the metal conductor of the cable, which has ground potential. The heat is generated longitudinally from the annular electrode in the conductive surface layer at the distribution of the current.

Man kan även tillämpa tekniken med magnetiskt alstrat vir-velströmsvärme i det halvledande ytskiktet. Även i dessa fall sker överföringen utan direktkontakt med kabelytan. Frekvensen bör i detta fall likaledes valjas hög.It is also possible to apply the technique of magnetically generated eddy current heat in the semiconducting surface layer. In these cases, too, the transmission takes place without direct contact with the cable surface. In this case, the frequency should also be chosen high.

Av de beskrivna metoderna för att i enlighet med uppfinningen tillföra en kabel processvärme ger den förstnämnda, longitudinella strömvärmningen den lämpligaste effektfördelningen, dvs. högst effekt i det kallaste partiet av kabeln. Den kapacitiva metoden ger likaledes mera effekt i kallare zoner. Den transversella strömge-nomgcingen i ytskiktet vid diametralt anordnade elektrodpar ger däremot lägre effekt i de kallare zonerna. Detta gäller även den magnetiska virvelströmsmetoden.Of the described methods for applying a cable process heat in accordance with the invention, the first mentioned longitudinal current heating gives the most suitable power distribution, ie. highest power in the coldest part of the cable. The capacitive method also gives more effect in colder zones. The transverse current flow in the surface layer by diametrically arranged electrode pairs, on the other hand, gives lower power in the colder zones. This also applies to the magnetic eddy current method.

Processen enligt den beskrivna anordningen har dessutom ett par ytterligare fördelar. Den erforderliga totala energin blir den minsta möjliga eftersom värme alstras just i det omräde där det erfordras. Extra överföringsförluster orsakade av ofördelaktiga emissions- eller konvektionskoefficienter har eliminerats. Vidare kan gasmediet i omradet närmast sprutans munstycke hällas vid lag temperatur, vilket visat sig speciellt viktigt för att undvika för-höjd temperatur i sprutans munstycke med materialvidhäftning som följd.In addition, the process of the described device has a couple of additional advantages. The required total energy becomes the smallest possible since heat is generated precisely in the area where it is required. Extra transmission losses caused by unfavorable emission or convection coefficients have been eliminated. Furthermore, the gas medium in the area closest to the nozzle of the syringe can be poured at low temperature, which has been found to be especially important in order to avoid the elevated temperature in the nozzle of the syringe, as a result of material adhesion.

Claims

65340 A method of producing an electric cable, in which method a) the inner part of the cable is drawn through an extrusion die and thereby provided with an insulating coating of vulcanizable material, b) an insulating coating of the electrically conductive material consisting of vulcanizable material and c) the layer of electrically conductive material is heated by means of electric current, so that it gives off heat to the coating consisting of vulcanizable material and thereby vulcanizes it, characterized in that, d) that as an electrically conductive layer an electrically conductive material is used. e) that the electric current for at least the initial heating of the layer of electrically conductive material is supplied by either the extrusion nozzle with which the extrusion die is extruded onto the insulating coating simultaneously or immediately adjacent to its extrusion; the electrically conductive s the layer is extruded, as a first electrode, and a tow contact means which contacts the electrically conductive layer at a location located at a distance from the extrusion nozzle, as a second electrode, or a capacitive member disposed on a a short distance from the electrically conductive layer at a location located at a distance from the extrusion nozzle, the metal conductor of the cable forming one of the electrodes.