NO153078B - Fremgangsmaate for kontinuerlig fremstilling av isolert traad eller leder - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for kontinuerlig fremstilling av isolert tråd eller leder omfattende ende-til-ende skjøting av seksjoner med uisolert tråd/leder, samt anbringelse av minst ett ubrudt isolerende og beskyttende lag/kappe utenpå tråden/lederen.

Foreliggende oppfinnelse angår i særdeleshet en fremgangsmåte for fremstilling av lengder med elektrisk varmekabel, særlig varmekabler med såkalte "kalde ender". Slike kabler er tidligere vel kjente, og hensikten med de kalde endene er at når kabelen er installert, vil avslutningene og forbindel-sene mellom seksjoner av varmekablene ikke bli oppvarmet og kan legges bort fra de oppvarmede områdene. I ferdigmonterte anlegg vil også montasjepartiene fra bryteren eller avslut-ningen på veggen til det oppvarmede gulvet, passere over eller gjennom bygningsdeler som ikke skal oppvarmes, og et annet formål er derfor å ha "kalde ender" på disse partiene.

En vanlig konstruksjon av varmekabel omfatter en fler-trådet leder av elektrisk motstandsmateriale, som f.eks. konstantan eller en lignende kopper/nikkel-legering, et belegg av isolasjonsmateriale, som f.eks. ekstrudert og tverrbundet polyetylen (PEX/XLPE), en metallisk kappe, som f.eks. ekstrudert blykappe, og en ytre beskyttende kappe av et isolasjonsmateriale, som f.eks. ekstrudert PVC. Vanligvis er det også en jordleder plassert mellom blykappen og den ytre kappe.

De "kalde ender" omfatter som regel en leder med høy ledningsevne, slik som f.eks. en vanntrukket, én-trådet eller fler-trådet kopperleder, et belegg av isolasjonsmateriale, som f.eks. varmebestandig PVC, et metallbelegg,

f.eks. i form av en blykappe, og et ytre beskyttelsesbelegg av isolasjonsmateriale som f.eks. PVC. En uisolert jordleder er vanligvis plassert mellom blykappen og den ytre kappe.

I enkelte tilfelle er dessuten en armering, som f.eks. kan bestå av et lag galvaniserte ståltråder, arrangert utenpå den ytre kappen som er nevnt ovenfor. Utenfor stål-armeringen skal det da ytterligere være anbrakt et korrosjons-beskyttende lag, f.eks. i form av ekstrudert PVC. Slike armeringer kan være nødvendig så vel på den varme del av

kabelen som på de kalde ender.

Fremstilling av varmekabler med kalde ender har hittil vært en tidkrevende prosess. Fremstillingsprosessen omfatter, for hver lengde, en fremstilling av to fullstendige skjøter av motstandstråd og leder med høy ledningsevne (nedenfor kalt kald-ende materiale), fullstendiggjørelse av lederisola-sjonen utenpå skjøteområdet, fullstendiggjørelse av blykappen og en skjøting av jordtråden (alternativt kan skjøting av blykappen utelates) og endelig en fullstendiggjørelse av de ytre lagene. Isolasjonslagene kan f.eks. kompletteres ved å krympe på en hylse utenpå skjøten og over de to eksisterende ender av kabelkappen. Vanligvis blir den krympbare hylsen forsynt med en innvendig smeltemasse som fyller alle mellomrom i skjøten når kappen varmes opp og krymper. Resultatet er vanligvis en klumpete skjøt som krever forsiktig behandling,

og som ofte er det første stedet hvor feil oppstår, da det blir stor forskjell i stivhet mellom selve kablene og skjøte-stedet.

Fra tysk patent nr. 12 50 026 er det kjent å fremstille elektriske varmekabler, hvor lengder av elektriske motstands-tråder er loddet eller sveiset til lengder av kobbertråd slik at det frembringes en kontinuerlig lengde varmekabel-leder som er forsynt med et kontinuerlig isolasjonslag, samt andre beskyttende lag og kapper, og som ved et senere produk-sjonstrinn oppdeles i forutbestemte lengder av varmekabel med kalde ender. Det er imidlertid ikke beskrevet noen detaljer med den lodde- eller sveiseprosessen som brukes, og det er svært sannsynlig at man ikke fikk til å lage den beskrevne varmekabel. Alternative eksempler på elektriske varmekabler er beskrevet i tyske patenter nr. 25 20 967 og 20 41 935, svensk patent nr. 219.971 og US patent nr. 3.538.482. De fremgangsmåter som er beskrevet, avviker vesentlig fra fremgangsmåten i henhold til den foreliggende oppfinnelse,

og er lite egnet for automatiske produksjons-linjer.

Fra svensk patent,nr. 111.597 er det kjent en hylsefor-binding for tynne elektriske ledningstråder, hvorved ledningsendene loddes sammen inne i et metallrør. Metallrøret be-holdes over ledningsendene i den ferdige skjøt for å forsterke skjøtestedet. Av dette skrift fremgår det også at som teknikkens stilling er det kjent en skjøteprosess som omfatter innføring av to tråder i en fjernbar skjøtehylse og oppvarming av hylsen og lederne ved ytre oppvarming eller motstandssveising, hvorved hylsen fjernes. Denne teknikk er i patentet påstått å gi upålitelige skjøter.

Fra DE-OS 2 739 418 er det kjent en fremgangsmåte for å danne en elektrisk forbindelse, og som omfatter bruk av høyfrekvensoppvarming av loddestedet. Likeledes er det fra US patent nr. 3 517 150 kjent å bruke høyfrekvensenergi til lodding.

Hovedhensikten med foreliggende oppfinnelse er å tilveie-bringe en fremgangsmåte for automatisk eller halvautomatisk fremstilling av isolert tråd eller leder og særlig varmekabler med kalde ender, og å overvinne ulempene som har vært til stede ved tidligere kjente skjøteteknikker og ferdige skjøter.

Hensikten er også å oppnå en bedre skjøt enn de som tidligere har vært benyttet til vesentlig reduserte produk-sjonskostnader .

Den foreliggende oppfinnelse angår således en fremgangsmåte for kontinuerlig fremstilling av isolert tråd eller leder omfattende ende-til-ende skjøting av seksjoner med uisolert tråd/leder, samt anbringelse av minst ett ubrudt isolerende lag og beskyttende lag og/eller kapper utenpå tråden/lederen, hvor skjøteprosessen omfatter innføring av to tråd/leder-ender, samt loddemetall og eventuelt fluxmiddel i en skjøtehylse, oppvarming av hylsen og lederendene slik at loddemetallet smelter, sammenpressing av trådene/lederne mot hverandre under loddeprosessen slik at når loddemetallet smelter, vil tråd/leder-endene bli ført til kontakt eller nesten kontakt med hverandre, etterfulgt av fjerning av hylsen. Det vesentligste særtrekk ved oppfinnelsen er at det under loddeprosessen anbringes et varmeapparat utenpå den fjernbare hylsen, idet en hylse som inngår i varmeapparatet og den fjernbare hylsen som i og for seg kjent oppvarmes av en høyfrekvenskilde og eventuelt av varmeapparatets varmekilde, og at bevegelsen av tråd/leder-endene til kontakt eller nesten kontakt med hverandre medfører at minst én av varmekildene omkobles til lavere utgangseffekt.

I en foretrukken utførelse brukes en skjøtehylse av kull. I tillegg til høyfrekvensoppvarming benyttes motstands-oppvarming av skjøtestedet ved hjelp av en strømforsyning og klemmer som bringes i kontakt med lederendene.

Ved hjelp av foreliggende oppfinnelse fås en forbedret fremgangsmåte som resulterer i et bedre og mer hensikts-messig produkt. Selve fremgangsmåten reduserer drastisk det manuelle arbeid som kreves for å fremstille isolert tråd eller leder og særlig varmekabelelemehter med kalde ender.

Dette oppnås ved å benytte en fremgangsmåte i overens-stemmelse med de nedenfor fremsatte patentkrav.

For å gi en klarere forståelse av foreliggende oppfinnelse, vises til nedenstående detaljerte beskrivelse av metoder til fremstilling av varmekabel med kalde ender, samt til de ledsagende tegninger, hvor: - fig. 1 viser skjematisk et blokkdiagram som illustrerer en utførelse av oppfinnelsen, og - fig. 2 viser skjematisk en foretrukken utførelse av skjøte-apparatet.

I fig. 1 er på skjematisk måte vist en produksjonslinje som gjør bruk av foreliggende oppfinnelse. Fra et forråd 1 av elektrisk motstandstråd, som kan være én-trådet eller fler-trådet, mates motstandstråd 2 til et måle- og kutteutstyr 3, fra hvilket forutbestemte lengder av motstandstråd 4 mates til et skjøteutstyr 5. På lignende måte mater et forråd 6, en elektrisk leder 7 med god ledningsevne, dvs. et såkalt kald-ende materiale, ut til et måle- og kutteutstyr 8, fra hvilket forutbestemte lengder av kald-ende materiale 9 føres til skjøteutstyret 5. Lengdene med motstandstråd 4 og lengdene av kald-ende materiale 9 føres vekselsvis til skjøte-utstyret 5, idet lengden av hvert stykke som består av kald-ende materiale tilsvarer lengden av to "kalde ender" i ferdige varmekabelelementer.

Skjøteprosessen som utføres i skjøteutstyret 5, foretas ved lodding, og en foretrukken metode vil bli beskrevet mer detaljert nedenfor. En ideell skjøt bør være like sterk som lederen selv, og overgangen fra én leder til en annen bør ikke inneholde noen svake punkter. Videre er det en fordel om skjøten ikke på noe punkt har en diameter som er betydelig større enn diameteren til den største av de to lederne.

Ved serieskjøting av lengder av motstandstråd og lengder av kald-ende materiale blir den kontinuerlige, sammenskjøtte lederen 10 matet til en isolasjonsstasjon 11, hvor et lag isolasjonsmateriale ekstruderes (eller vikles) på lederen. Dersom motstandstråden og lederen av kald-ende materiale har forskjellige tverrsnitt eller diameter, f.eks. 1,5 mm 2 for de kalde ender, og 0,84 mm for motstandstråden, kan det oppstå noen vanskeligheter i forbindelse med påføring av isolasjon i stasjonen 11. Dette gjelder særlig i forbindelse med trykk-ekstrudere. Dette problemet er overvunnet ved konstruksjon av et ekstruderhode som kompenserer for plutse-lige endringer i ekstruderingstrykket og tilveiebringer en isolert, sammensatt leder med en forutbestemt ytre diameter. Ved å gjøre bruk av rør-ekstrudering kan en ekstrudert slange lett tilpasses varierende diametere på lederen. Det antas imidlertid å være fordelaktig, for å forenkle den etterfølgende prosess, å ha en isolert sammensatt leder 12 med en konstant diameter.

For å overvinne, eller ihvertfall redusere problemene som oppstår i forbindelse med isolasjon av en sammensatt leder med forandring i tverrsnitt og/eller diameter, kan flere løsninger velges i kombinasjon eller hver for seg: - Overføringen fra ett tverrsnitt/diameter til et annet kan ha en overgangssone over en viss lengde av skjøten, f.eks.

0,5 cm -10 cm, eller endog over større lengder,

- materialet i motstandslegeringen kan velges slik at diameteren til motstandstråden praktisk talt tilsvarer diameteren til lederen av kald-ende materiale, dog slik at

man fortsatt får den definerte motstand pr. lengdeenhet,

- motstandstråden kan inneholde én eller flere passive hjelpetråder, i form av filamenter eller tråder som gir den samlede, ønskede diameter.

Isolasjonsprosessen kan utføres i tandem med skjøtepro-sedyren ved f.eks. å sikre at tiden som medgår under den kontinuerlige prosessen med mating og kutting av lederne 2 og 7, samt skjøteprosessen, tilsvarer hastigheten ved hvilken den sammensatte lederen 10 mates til ekstruderen 11. Den sammensatte lederen kan selvfølgelig som et alternativ lagres midlertidig på tromler før den føres til ekstruderen 11. Den isolerte, sammensatte leder 12 kan da mates til en eventuell påføringsenhet 13 for et metallbelegg, f.eks. i form av en blyekstruder eller en båndvikler (f.eks. for påvikling av et metall- eller laminatbånd) eller en flette-maskin. Den metallbelagte, isolerte leder 14 mates til en påføringsenhet 15 for påføring av et ytre isolasjonsbelegg sammen med en eventuell jordleder 16 som tilføres fra et forråd 17 for slik leder. Dersom det kreves ytterligere lag med beskyttelse, f.eks. armering- og korrosjonsbeskyttelse, kan slike lag påføres i en eventuell påføringsstasjon 18.

For å være i stand til å kutte den kontinuerlige kabelen 19 i varmekabelseksjoner med forutbestemte lengder av' kalde ender, må det være mulig på én eller annen måte å detektere skjøtepunktene mellom de to typer ledere. Det eksisterer deteksjonsutstyr 20 som er i stand til å detektere posisjonen for en skjøt ved f.eks. å detektere endringer i lederens motstand. Hvis det er nødvendig, kan det festes eller males små områder med magnetisk eller magnetiserbart materiale på skjøtestedet mellom de to ledere i stasjon 5 for å lette muligheten for detektering av skjøtestedet. Deteksjonsutstyret 20 kan også være utstyrt med et merkeut-styr, f.eks. i form av en blekkpåføringsinnretning, slik at hvert skjøtested kan markeres på den ytre kappen. En slik detektering og markering kan også gjøres i to trinn eller to ganger, før og etter den eventuelle påføringsstasjon 18. Detektering og merking kan også være basert på lengdemålinger i stasjon 5 og styringssignaler fra stasjon 5 for å betjene markeringsutstyret i enheten 20.

Den merkede kabelen 21 kan føres til et testutstyr 22, som f.eks. tester den ytre kappe for små hull eller andre defekter. Elektriske tester kan gjøres i en separat teststasjon 23 på hele lengder, som kan omfatte flere hundre eller tusen meter kabel, før kabelen sendes gjennom en kuttestasjon 24 og pakkestasjon 25. Kuttestasjonen 24 omfatter utstyr for detektering av de to skjøtestedene og kapping av den kalde enden midtveis mellom skjøtestedene slik at man får en fullstendig varmekabellengde utstyrt med kalde ender klar for pakking.

Skjøteprosessen bør velges slik at den er godt forenlig med resten av produksjonslinjen, og en spesiell loddeprosess er blitt utviklet for det her beskrevne elektriske varme-kabelanlegg. Dette er skjematisk vist i fig. 2.

Under denne prosessen blir de to lederendene 30 og 31 loddet sammen inne i en liten hylse 32, som fjernes etter at loddingen er fullført. En sølvloddingsprosess er antatt å gi den beste driftsform. Loddemetallet, samt loddefluxen, hvis slik er påkrevet, kan på forhånd være arrangert inne i hylsen før man setter inn de to lederendene, én fra hver side. Skjøtehylsen kan være forsynt med en noe større utboring i den ene ende enn i den andre, slik at loddemetall og flux lettere kan plasseres på et ønsket sted inne i hylsen. Utboringene bør forøvrig være tilpasset diameteren på de trådender som skal føres inn i hylsen. Hylsen, loddemetallet og lederendene blir deretter oppvarmet i løpet av en forutbestemt varmesyklus for å få en skjøt som er jevn og sterk og som ikke krever noen etterbehandling i form av filing eller pussing.

Den nødvendige varme fås ved høyfrekvensoppvarming av skjøtestedet. En kilde for slik oppvarming 36. fører effekt til et spolearrangement 37 med én eller flere viklinger. Tilleggsoppvarming kan oppnås ved f.eks. å sende elektrisk strøm gjennom lederne ved skjøtestedet. Dette er antydet med en strømforsyningsenhet 33, som kan sende strøm til klemmer 34, 35. Tilleggsvarme kan også oppnås ved å varme hylsen ved direkte eller nær mekanisk kontakt med et varmeapparat 38, 39 som er adskilt fra eller kombinert med ett eller flere av de ovennevnte oppvarmingsutstyr. Varmeapparatet omfatter varmekilde 38 og en hylse 39. Tilleggsoppvarming av skjøteområdet kan også fås ved å sende strøm gjennom bare den kalde enden. Dette kan gjøres ved å forbinde en strømgenerator med den venstre hylsen 34 og med et kontaktarrangement som erstatter hylsene 32/39.

Varmearrangementet bør være arrangert slik og være styrt slik at det gir skjøteområdet en oppvarmingssyklus som starter med en rask stigning i temperaturen. Denne temperaturen må være høy nok til å smelte loddemetallet 40, hvor-etter effekten kan reduseres mens loddemetallet holdes i smeltet form og flyter inn til lederendene slik at endeområ-dene blir tilstrekkelig fuktet. Trådene/lederne kan presses mot hverandre under loddeprosessen slik at når loddemetallet smelter, vil tråd/leder-endene bli ført til kontakt eller nesten kontakt med hverandre. Bevegelsen av tråd/lederendene til kontakt eller nesten kontakt med hverandre kan utnyttes til å bevirke at minst én av varmekildene omkobles til lavere utgangseffekt. Oppvarmingssyklusen blir full-stendiggjort ved å slå av tilført effekt så snart tilstrekkelig fukting er oppnådd. Når lederstørrelsen er i området omkring 3 x 0,5 mm for motstandstråden og 1,5 mm for materialet i de kalde ender, vil det føre til en oppvarmingssyklus som vil vare noen få sekunder.

Hensikten med hylsen 32, som kan være av et keramisk eller halvledende materiale, slik som f.eks. kull, er å sikre at lederendene kommer nøyaktig på linje med hverandre under og etter skjøteprosessen. Et ytterligere formål med hylsen er å hjelpe til å konsentrere varmen på skjøtestedet. Varmetilgangen til hylsen kan forbedres ved å belegge den med et godt ledende metall som f.eks. kobber. Det er dessuten viktig at hylsen er laget av et materiale som lett kan knuses/åpnes og fjernes fra skjøtestedet uten at det går ut over skjøtens kvalitet.

Det kan også være anbrakt utstyr for å teste skjøten umiddelbart etter at den er fullført, visuelt v.hj.a. en operatør og/eller elektrisk ved en egen teststasjon ved innføring av skjøten i testområdet hvor en teststrøm føres gjennom skjøten. Dette kan gjøres umiddelbart før lederen føres inn i ekstruderen 11.

I de tilfelle hvor den ene eller begge lederne er av flertrådstypen, kan det være fordelaktig å sno eller for-håndslodde flertrådsenden for å forenkle den påfølgende skjøteprosess. Som nevnt kan det også være praktisk å anbringe eller lodde en liten metallisk hylse av magnetiserbart materiale på den ene eller begge lederendene før skjøtingen finner sted.

Fremgangsmåten som er beskrevet ovenfor og definert i kravene, kan være automatisk og foretas helt kontinuerlig, men det kan også være brudd i produksjonsprosessen eller avbrytelse på nær sagt hvilket som helst punkt, hvis dette er ønsket, for å få en halvautomatisk prosess. Graden av automasjon vil i stor grad avhenge av det tilgjengelige produksjonsutstyr.

Den foreliggende oppfinnelse er blitt beskrevet ovenfor i forbindelse med kontinuerlig eller automatisk fremstilling av én-leder elektriske varmekabler. Det vil være klart at den beskrevne skjøtemetode vil være egnet også for kontinuerlig fremstilling av andre typer isolert tråd eller leder, hvor den uisolerte tråd eller leder tilføres fra sneller med begrensede lengder. I slike tilfelle kan antagelig måle- og kutteutstyret 3 og 8 utelates, og deteksjonsutstyret 20 kan endres eller utelates.

Det vil videre være klart at oppfinnelsen også kan brukes i forbindelse med fremstilling av flerledere ved at det f.eks. anvendes flere grupper med utstyr 1-9, som kan frembringe to eller flere ledere 10 som omgis av felles isolasjon i isolasjons-stasjonen 11. To-leder elektrisk varmekabel kan f.eks. fremstilles på denne måten.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte for kontinuerlig fremstilling av isolert tråd eller leder omfattende ende-til-ende skjøting av seksjoner med uisolert tråd/leder, samt anbringelse av minst ett ubrudt isolerende og beskyttende lag og/eller kapper utenpå tråden/lederen, hvor skjøteprosessen omfatter innfø-ring av to tråd/leder-ender (30, 31), samt loddemetall og eventuelt fluxmiddel i en skjøtehylse (32), oppvarming av hylsen og lederendene slik at loddemetallet (40) smelter, sammenpressing av trådene/lederne mot hverandre under loddeprosessen slik at når loddemetallet smelter, vil tråd/lederendene bli ført til kontakt eller nesten kontakt med hverandre, etterfulgt av fjerning av hylsen (32) , karakterisert ved at det under loddeprosessen anbringes et varmeapparat (38, 39) utenpå den fjernbare hylsen (32), idet en hylse (39), som inngår i varmeapparatet, og den fjernbare hylsen (32) som i og for seg kjent oppvarmes av en høyfrekvenskilde (36, 37) og eventuelt av varmeapparatets varmekilde (38), og at bevegelsen av tråd/lederendene til kontakt eller nesten kontakt med hverandre medfører at minst én av varmekildene omkobles til lavere utgangseffekt.

2. • Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det brukes en skjøtehylse av kull.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at det i tillegg til høyfrekvensoppvarming (36, 37) benyttes motstands-oppvarming av skjøtestedet ved hjelp av en strømforsyning (33) og klemmer (34, 35) som bringes i kontakt med lederendene.