NO159841B

NO159841B - EXTRUDER-CROSS HEAD.

Info

Publication number: NO159841B
Application number: NO852032A
Authority: NO
Inventors: Arild Botne
Original assignee: Alcatel Stk As
Priority date: 1985-05-22
Filing date: 1985-05-22
Publication date: 1988-11-07
Also published as: NO159841C; NO852032L

Description

Foreliggende oppfinnelse angår et ekstruder-krysshode for kontinuerlig ekstrudering av hule, langstrakte, sylindriske legemer av plastmateriale som f.eks. den konsentriske isolasjon og halvledende lag og kapper til elektriske kabler, hvor plastmaterialet ti 1 føres hodet med en vinkel i forhold til legemets akse, hvor nevnte legemer utformes i et verktøy hvor materi al strømmen begrenses og formes mellom en stasjonær ytre f.latedel og en roterbar indre flatedel og hvor en sylinderisk del av den ytre flate er forsynt med et gjengeformet spor slik at plastmaterialet som skal ekstruderes blir tvunget i en praktisk talt aksiell retning mens det roteres rundt legemets akse. The present invention relates to an extruder-crosshead for continuous extrusion of hollow, elongated, cylindrical bodies of plastic material such as e.g. the concentric insulation and semi-conductive layers and sheaths for electric cables, where the plastic material ti 1 is guided to the head at an angle in relation to the axis of the body, where said bodies are formed in a tool where the material flow is limited and formed between a stationary outer layer part and a rotatable inner surface part and where a cylindrical part of the outer surface is provided with a thread-shaped groove so that the plastic material to be extruded is forced in a practically axial direction while it is rotated about the axis of the body.

Konvensjonell teknikk og utstyr for å ekstrudere slike langstrakte sylindriske legemer er beskrevet i "Principles of Polymer Processing" av Roger T. Fenner, the MacMillan Press Ltd. 1979, kap. 2.1 "Screw Extrusion" og kap- 5.2.2 "Flow in a Cable Covering Crosshead". Conventional techniques and equipment for extruding such elongated cylindrical bodies are described in "Principles of Polymer Processing" by Roger T. Fenner, the MacMillan Press Ltd. 1979, ch. 2.1 "Screw Extrusion" and ch- 5.2.2 "Flow in a Cable Covering Crosshead".

Den konvensjonelle ekstruder omfatter en masse-def1ektor hvis oppgave det er å fordele en strømmende masse til et lag med jevn tykkelse. Hvor vellykket arrangementet blir, avhenger av deflektorens utforming. The conventional extruder comprises a mass deflector whose task is to distribute a flowing mass into a layer of uniform thickness. How successful the event is depends on the design of the deflector.

Hva tråd- og kabel overtrekking angår, er hensikten med foreliggende oppfinnelse å påvirke den ekstruderte masse til å danne en hul sylinder som slutter tett mot et underliggende lag, f.eks. en leder, en halvleder eller et i sol asjons1 ag. As far as wire and cable covering is concerned, the purpose of the present invention is to influence the extruded mass to form a hollow cylinder that closes tightly against an underlying layer, e.g. a conductor, a semiconductor or an i sol ation1 ag.

I den konvensjonelle ekstruder er deflektoren vanligvis utformet slik at den kan dele massestrømmen i to like deler som føres til hver sin side av lederen. De to delene blir utformet til individuelle halvsylindere som til slutt flyter sammen til en kontinuerlig sylinder som blir presset ned pa og rundt lederen. Konvensjonelle ekstrudere av den typen som er beskrevet, har flere svakheter. In the conventional extruder, the deflector is usually designed so that it can divide the mass flow into two equal parts which are led to opposite sides of the conductor. The two parts are formed into individual half-cylinders which eventually flow together into a continuous cylinder which is pressed down onto and around the conductor. Conventional extruders of the type described have several weaknesses.

I enhver konvensjonell ekstruder med konvensjonell trykkfordeling, finnes det vanligvis en sone hvorigjennom massen passerer meget langsomt, en såkalt "dødsone". I slike soner har tverrbindbare masser en tendens til å tverrbinde, og strømveien har en tendens til å bli helt eller delvis tilstop-pet. Videre kan tilstoppende klumper løsne og følge masse-strømmen slik at uønskede klumper oppstår i det ekstruderte rør. In any conventional extruder with conventional pressure distribution, there is usually a zone through which the mass passes very slowly, a so-called "dead zone". In such zones, crosslinkable masses tend to crosslink, and the flow path tends to become completely or partially blocked. Furthermore, clogging lumps can loosen and follow the mass flow so that unwanted lumps occur in the extruded tube.

Det er meget vanskelig å utforme ekstruderens trykkfordeling slik at den tiden som massen oppholder seg i "død-sonen", blir kort nok til å hindre at massen kryssbinder inne i ekstruderen. It is very difficult to design the extruder's pressure distribution so that the time that the pulp stays in the "dead zone" is short enough to prevent the pulp from cross-linking inside the extruder.

Videre omfatter konvensjonelle ekstrudere som nevnt en usymmetrisk massestrøm, og det ekstruderte lag vil kunne få et uønsket ikke-sirkulært, ikke-homogent tverrsnitt. Furthermore, as mentioned, conventional extruders include an asymmetric mass flow, and the extruded layer could have an unwanted non-circular, non-homogeneous cross-section.

Den virkelige massestrøm er svært komplisert, og forsøk på å beregne nye utforminger og bedre ekstrudere er ofte mislyk-kede. Ved norsk søknad nr. 79.3128 er det vist en ekstruder-ingsanordning for rør hvor en stillestående ytre formdel er forsynt med skrue!injeformede spor, mens en dordel roteres. Dordelen er her en forlengelse av ekstruderskruen og material-veien fra den ikke viste materi al innløpsåpning til det ferdige rør vil måtte være lengere enn ønskelig for ekstrudering av kabel. The real mass flow is very complicated, and attempts to calculate new designs and better extruders are often unsuccessful. In Norwegian application no. 79.3128, an extrusion device for pipes is shown where a stationary outer mold part is provided with helical grooves, while a mandrel is rotated. The mandrel is here an extension of the extruder screw and the material path from the not shown material inlet opening to the finished pipe will have to be longer than desirable for extruding cable.

I britisk patent nr. 1.300.211 er det vist en mer vanlig ekstruder for kabel fabrikasjon. Det omtalte krysshode har imidlertid ingen roterbare deler, bare en viss indre form-giving i krysshodet for å endre retning på materi al strømmen. In British patent no. 1,300,211, a more common extruder for cable fabrication is shown. However, the mentioned cross head has no rotatable parts, only a certain internal shaping in the cross head to change the direction of the material flow.

I britisk patent nr. 1.156.727 er det angitt en rørekstru-der med roterbar dor. Det kan ikke ses at den stasjonære del (eller doren) er forsynt med skrueformede spor for befordring av materi al strømmen. In British patent no. 1,156,727, a tube extruder with a rotatable mandrel is specified. It cannot be seen that the stationary part (or the mandrel) is provided with helical grooves for conveying the material flow.

Formålet med oppfinnelsen er å tilveiebringe et ekstruder-krysshode som vil fordele trykket og massestrømmen på en bedre måte. De viktigste trekk ved oppfinnelsen er definert i kravene. The purpose of the invention is to provide an extruder crosshead which will distribute the pressure and mass flow in a better way. The most important features of the invention are defined in the claims.

Et ekstruder-krysshode som definert, vil redusere de nevnte ulemper drastisk og gi flere forbedringer i behand-lingen av massen. An extruder crosshead as defined will drastically reduce the aforementioned disadvantages and provide several improvements in the processing of the mass.

De ovenfor nevnte og andre formål og særtrekk ved oppfinnelsen vil klart fremgå av følgende detaljerte beskrivelse av to utførelser av oppfinnelsens sett i sammenheng med tegningene, hvor: - fig. 1 skjematisk illustrerer prinsippene ved ekstruder-krysshodet, eller snarere trykkforde!eren i foreliggende oppfinnelse, The above-mentioned and other purposes and distinctive features of the invention will be clear from the following detailed description of two embodiments of the invention's set in connection with the drawings, where: - fig. 1 schematically illustrates the principles of the extruder crosshead, or rather the pressure distributor in the present invention,

- fig. 2 viser mer detaljert en alternativ utforming av oppfinnelsen, og - fig. 2 shows in more detail an alternative design of the invention, and

- figurene 3-9 viser detaljer ved utformingen vist i fig. 2, - figures 3-9 show details of the design shown in fig. 2,

- figurene 10 og 11 viser enda en utførelse av oppfinnelsen, mens - figurene 12-21 viser detaljer ved denne utførelsen. - Figures 10 and 11 show yet another embodiment of the invention, while - Figures 12-21 show details of this embodiment.

Fordeleren 1 omfatter en statisk del 2, og en roterbar del 3. Innløpet til fordeleren 1 er vist med pilen 4. Et konvensjonelt ekstruderskrue-arrangement (ikke vist) er ( forbundet til innløpet 4. I denne prinsipp-skisse er den statiske del 2 og den roterbare del 3 vist som to koniske deler, som ved utløpet 5 danner en sylindrisk åpning med en indre diameter 2r og en ytre diameter 2R, slik at tykkelsen på den ekstruderte sylinder er 0,5 x (2R - 2r) = R-r. Den radielle klaring a mellom delene 2 og 3 kan tilsvare denne tykkelse. The distributor 1 comprises a static part 2, and a rotatable part 3. The inlet of the distributor 1 is shown by arrow 4. A conventional extruder screw arrangement (not shown) is connected to the inlet 4. In this schematic diagram, the static part 2 and the rotatable part 3 shown as two conical parts, which at the outlet 5 form a cylindrical opening with an inner diameter 2r and an outer diameter 2R, so that the thickness of the extruded cylinder is 0.5 x (2R - 2r) = R-r. The radial clearance a between parts 2 and 3 can correspond to this thickness.

I innløpsområdet av fordeleren 1 er den statiske del 2 utstyrt med et gjengel ignende spor 6 på sin indre flate. Stigningen av det gjengeformede spor 6 tilsvarer den aksielle bredde av plastmaterialets innløpsåpning. Det gjengeformede spor 6 har bare én omdreining. In the inlet area of the distributor 1, the static part 2 is equipped with a thread-like groove 6 on its inner surface. The pitch of the threaded groove 6 corresponds to the axial width of the plastic material's inlet opening. The threaded groove 6 has only one turn.

Når et langstrakt legeme 7, slik som en kabel eller lignende, føres gjennom ekstruderen mens isolasjons- (eller halvleder-) materiale tilføres ekstruderen, vil trykkfordeleren 1 sikre at plastmaterialet fordeles sylindrisk og jevnt rundt det langstrakte legemet. When an elongated body 7, such as a cable or the like, is passed through the extruder while insulating (or semiconductor) material is supplied to the extruder, the pressure distributor 1 will ensure that the plastic material is distributed cylindrically and evenly around the elongated body.

Den roterbare del 3 kan roteres med en ønsket hastighet ved hjelp av anordninger som ikke er vist. Diameteren ved utløpet 4 så vel som dimensjonene på utløpet må velges nøye ut fra prosessbetingelsene. Andre dimensjonsfaktorer som lengden L til trykk forde1eren, kjegl evink1 ene til den statiske og den roterbare delen (disse kan være forskjellige) og dybden av det gjengeformede spor må også velges i samsvar med prosessbetingelsene. The rotatable part 3 can be rotated at a desired speed by means of devices that are not shown. The diameter at the outlet 4 as well as the dimensions of the outlet must be carefully selected based on the process conditions. Other dimensional factors such as the length L of the pressure distributor, the cone angle of the static and the rotatable part (these may be different) and the depth of the threaded groove must also be selected in accordance with the process conditions.

Det gjengeformede spor 6 tvinger massen i en aksiell retning gjennom den første omdreining og den tvinger derved massen mot utløpet. Massens strømm'ngsl i nj e vil derfor bli spiralformet med størst stigning for de ytre lag ved den statiske delen og minst stigning for de innerste lag ved den roterbare delen. På denne måten får den ekstruderte masse en orientering som ligner den som oppnås med spiralviklet båndi solasjon. The threaded groove 6 forces the mass in an axial direction through the first revolution and thereby forces the mass towards the outlet. The flow mixture of the mass in nj e will therefore be spiral-shaped with the greatest rise for the outer layers at the static part and the least rise for the innermost layers at the rotatable part. In this way, the extruded mass obtains an orientation similar to that obtained with spirally wound tape in solation.

Den roterbare trykk fordel er er relativt enkel å dimensjon-ere og gir stor spennvidde i valg av gjennomstrømnninq og skjærhastighet, oppholdstid for ekstrudat, osv. The rotatable pressure advantage is relatively easy to dimension and gives a large range in choice of flow rate and shear speed, residence time for extrudate, etc.

De forskjellige deler av trykkfordeleren kan fremstilles i en dreiebenk. Delene vil være enkle og billige i forhold til konvensjonelle trykk fordelere. Man kan derfor velge å lage et sett komponenter for hver kabel dimensjon og derved unngå problemene med utskiftbare matriser og nipler i konvensjonelle trykk fordelere. The various parts of the pressure distributor can be manufactured in a lathe. The parts will be simple and cheap compared to conventional pressure distributors. One can therefore choose to make a set of components for each cable dimension and thereby avoid the problems with replaceable matrices and nipples in conventional pressure distributors.

Fig. 2 viser en alternativ utførelse av oppfinnelsen. Den viser en ekstruder som har en trykk fordel er 1 med en statisk del 2, en roterbar del 3,og et ekstruderskrueutløp (ekstruderskruen er ikke vist), som tilsvarer innløpet 4 i trykkfordeleren 1. Ekstruderutløpet indikeres ved 5, mens det gjengeformede spor 6 er indikert med en stiplet linje. Den roterbar del 3 vises med en hul kjerne 18 for å kunne tilpasse et langstrakt legeme som en kabelleder. Fig. 2 shows an alternative embodiment of the invention. It shows an extruder having a pressure advantage of 1 with a static part 2, a rotatable part 3, and an extruder screw outlet (the extruder screw is not shown), which corresponds to the inlet 4 of the pressure distributor 1. The extruder outlet is indicated at 5, while the threaded slot 6 is indicated by a dashed line. The rotatable part 3 is shown with a hollow core 18 in order to accommodate an elongated body such as a cable conductor.

Den statiske del 2 består i denne utførelse av oppfinnelsen av to deler, en sylindrisk del 19 og en konisk del 20. Disse delene vises mer detaljert i figurene 3-9. In this embodiment of the invention, the static part 2 consists of two parts, a cylindrical part 19 and a conical part 20. These parts are shown in more detail in figures 3-9.

Delene 19 og 20 av trykk fordeleren vises i fig. 3. Omrisset 21 til den roterbare del 3 er indikert så vel som den indre koniske flate 22 av den statiske del 20 og omrisset 23 av det gjengeformede spor 6. Utløpet til krysshodet vises som et sirkulært hull 24. Forsiden av krysshodet er vist i fig. 4. Åpningen for plastmaterialet som skal ekstruderes, representeres av klaringen mellom to sirkler 25 og 26. De prikkede linjer 27 og 28 på fig. 4 vises som heltrukne sirkler på fig. 5, som viser delen 19 sett forfra når delen 20 er tatt vekk . Parts 19 and 20 of the pressure distributor are shown in fig. 3. The outline 21 of the rotatable part 3 is indicated as well as the inner conical surface 22 of the static part 20 and the outline 23 of the threaded groove 6. The outlet of the crosshead is shown as a circular hole 24. The face of the crosshead is shown in fig. . 4. The opening for the plastic material to be extruded is represented by the clearance between two circles 25 and 26. The dotted lines 27 and 28 in fig. 4 are shown as solid circles in fig. 5, which shows the part 19 seen from the front when the part 20 has been removed.

På figurene 6-9 vises 4 tverrsnitt av delen 19 som vises på fig. 5. Tverrsnittene er tatt langs linjen A-A på fig. 6, langs B-B på fig. 7, langs C-C på fig. 8 og endelig langs D-D på fig. 9. Det gjengeformede spor 23, fig. 3, dets dybde 29 og dets stigning i forhold til hullet 24 vil klart fremgå av disse figurene. Figures 6-9 show 4 cross-sections of the part 19 shown in fig. 5. The cross-sections are taken along the line A-A in fig. 6, along B-B in fig. 7, along C-C in fig. 8 and finally along D-D in fig. 9. The threaded groove 23, fig. 3, its depth 29 and its pitch in relation to the hole 24 will be clear from these figures.

Som nevnt ovenfor, har ekstruderen i foreliggende oppfinnelse også den fordel fremfor kjente krysshoder og trykkfordelere at det er lett å skifte ut de viktige deler når man går fra én kabel dimensjon til en annen. As mentioned above, the extruder in the present invention also has the advantage over known cross heads and pressure distributors that it is easy to replace the important parts when changing from one cable dimension to another.

Den statiske del 20 og også delen 19 kan skiftes ut med deler som har forskjellig indre flate ved at en festering 40 (fig. 2) skrus løs. The static part 20 and also part 19 can be replaced with parts that have different internal surfaces by unscrewing a fastening ring 40 (fig. 2).

Den roterbare del 3 er som vist laget for å kunne roteres rundt sin akse ved hjelp av et tannhjul 41. Den roterbare del 3, som er forbundet med medfølger 42, kan løsne fra trykk-fordelerens hoveddel 43 v.hj.a. løseskruer 44. Lagre er vist ved 45, 46 og 47. Inspeksjonshul1 48 kan lages i hovedde-len 43 og et væskeavkjøl ende arrangement kan anvendes som indikert ved 49. Det viste arrangement kan med tydelighet i stor grad varieres innenfor rammen av oppfinnelsen. As shown, the rotatable part 3 is made to be able to be rotated around its axis by means of a gear wheel 41. The rotatable part 3, which is connected to the follower 42, can detach from the pressure distributor's main part 43 v.hj.a. release screws 44. Bearings are shown at 45, 46 and 47. Inspection hole 1 48 can be made in the main part 43 and a liquid-cooled end arrangement can be used as indicated at 49. The arrangement shown can clearly be varied to a large extent within the scope of the invention.

En alternativ utførelse av oppfinnelsen er vist på An alternative embodiment of the invention is shown on

fig. 10, hvor den roterbare del 103 og den statiske del med sin koniske del 120 og sin sylindriske del 119 har forskjellig utforming. Den største forskjellen mellom denne utførelsen og den på fig. 2 er at innløpet 104 til trykkfordeleren er tangensielt plassert sammenlignet med det radielle innløp 4 vist på figurene 2-9. Et tverrsnitt tatt langs linjen XI-XI på fig. 10 vises skjematisk på fig. 11. For å tydeliggjøre fig. 10 er det på fig. 11 vist en linje X-X som tilsvarer tverrsnittet av fig. 10. Detaljer av innløpet 104 og den statiske del 119, 120 er vist på figurene 12-21. Fig. 12 fig. 10, where the rotatable part 103 and the static part with its conical part 120 and its cylindrical part 119 have different designs. The biggest difference between this embodiment and that of fig. 2 is that the inlet 104 of the pressure distributor is tangentially positioned compared to the radial inlet 4 shown in figures 2-9. A cross-section taken along the line XI-XI in fig. 10 is shown schematically in fig. 11. To clarify fig. 10 it is in fig. 11 shows a line X-X which corresponds to the cross-section of fig. 10. Details of the inlet 104 and the static part 119, 120 are shown in figures 12-21. Fig. 12

viser som fig. 3 omrisset 121 av den roterbare del, den indre koniske flaten 122 på den statiske delen 120, omrisset 123 av det gjengeformede spor og omrisset 124 av det langstrakte hull i den sylindriske delen 119. Fig. 13 viser klaringen mellom sirklene 125 og 126. Figurene 14-17 viser fire forskjellige orienteringer av den sylindriske statiske del 119 med tverrsnitt tatt langs linjene A-B, B-B, C-C og D-D henholdsvis på figurene 18-21. Disse tegninger tilsvarer figurene 6-9 hvor shows as fig. 3 the outline 121 of the rotatable part, the inner conical surface 122 of the static part 120, the outline 123 of the threaded groove and the outline 124 of the elongated hole in the cylindrical part 119. Fig. 13 shows the clearance between the circles 125 and 126. The figures 14-17 show four different orientations of the cylindrical static part 119 with cross sections taken along the lines A-B, B-B, C-C and D-D respectively in figures 18-21. These drawings correspond to Figures 6-9 where

omrisset av det gjengeformede spor 6 for tydelighets skyld er vist som en rett linje. Mens det er vist en statisk del med én omdreining er det innenfor rammen av oppfinnelsen å utvide den sylindriske statiske delen 119 til å omfatte mer én omdreining eller deler av omdreininger. the outline of the threaded groove 6 is shown as a straight line for clarity. While a single turn static portion is shown, it is within the scope of the invention to extend the cylindrical static portion 119 to include more than one turn or parts of turns.

Claims

1. Extruder-cross head for continuous extrusion of hollow, elongated, cylindrical bodies of plastic material such as the concentric insulation and semi-conductive layers and sheaths for electric cables, where the plastic material is fed to the head at an angle in relation to the axis of the body, where said bodies are formed in a tool where the material flow is limited and shaped between a stationary outer surface part (2) and a rotatable inner surface part (3) and where a cylindrical part of the outer surface is provided with a threaded groove (6, 23, 123) so that the plastic material to be extruded is forced in a practically axial direction while it is rotated around the axis of the body, characterized in that the pitch of the threaded groove corresponds to the axial width of the plastic material inlet opening (4, 24) in the stationary part and that the threaded groove (6 , 23, 123) only consists of one revolution.

2. Extruder crosshead according to claim 1, characterized in that the pitch of the threaded groove corresponds to the axial width of an elongated inlet arrangement (104,124) from an extruder screw which is placed tangentially in relation to the inner surface of the stationary outer surface part (2).