DE2110358A1

DE2110358A1 - Verfahren zum kontinuierlichen Vulkanisieren oder Vernetzen von mit Natur- oder Synthesekautschuk oder Kunststoff ummanteltem langgestrecktem Gut

Info

Publication number: DE2110358A1
Application number: DE19712110358
Authority: DE
Inventors: Hans-Dieter Dipl-Ing Stenzel; Lothar Werwitzke
Original assignee: KM Kabelmetal AG
Current assignee: KM Kabelmetal AG
Priority date: 1971-03-04
Filing date: 1971-03-04
Publication date: 1972-09-14

Description

Verfahren zum kontinuierlichen Vulkanisieren oder Vernetzen von mit Natur- oder Synthesekautschuk oder Kunststoff uminanteltem langgestrecktem Gut Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Vulkanisieren oder Vernetzen von mit Natur- oder Synthesekautschuk oder auch Kunststoff ummanteltem lang#.-strecktem Gut, insbesondere elektrische Kabel und Leitungen, bei "dem das Isoliermaterial mit einer Spritzmaschine aufgebracht, in einer nachgeordneten Vulkanisierstrecke erwärmt und anschließend in einer über einen Umlenkbehälter angeschlossenen Kühlstrecke wieder abgekühlt wird.
Bei der Kabel- und Leitungsherstellung ist es allgemein üblich, die Umhüllungen aus Natur- oder Synthesekautschuk vorzugsweise in den bekannten kontinuierlichen rulkanisationsanlagen (CV-Anlagen) unter Dampf zu vulkanisieren. Hierbei ist es auch bekannt, daß für die volle Erwärmung, d.h. für den Wärmetransport durch die gesamte Umhüllung eine verhältnismäßig lange Zeit benötigt wird, da die Temperaturleitfähigkeit der isolierenden Schicht verhältnismäßig gering ist. Die Zeit für die Vulkanisierung oder Vernetzung steigt weiter an wenn man zu dickeren Isolierhüllen übergeht. Hinzu kommt, daß in all den Fällen, wo die Isolierung unmittelbar auf ein Material hoher Wärmeleitfähigkeit, z.B.
auf den [upferleiter eines elektrischen Kabels, aufgebracht wird, eine ständige Wärrasableitung in den Kupferleitor nicht verhindert werden kann. Das kann gegebenenfalls so weit führen, daß die an den Kupferleiter angrenzende Schicht bei zu knapp gewählter Heizzeit nicht die gewünschte Endtemperatur erreicht und damit auch die maximalen Festigkeitswerte der Umhüllung zumindest an dieser Stelle nicht zu erwarten sind.
Alle diese Schwierigkeiten haben dazu geführt, daß, um die volle Durchvulkanisation des Isoliermaterials zu erreichen, eine bestimmte Verweilzeit eingehalten werden muß, d.h. je nach der Länge der gewählten Anlage darf eine bestimmte Fertigungsgeschwindigkeit nicht überschritten werden. Man hat bereits die Fertigungsgeschwindigkeit dadurch zu erhöhen versucht, daß man den Pampfdruck, d.h. die Vulkanixsxr sationstemperatur stark anhebt. Hierbei besteht jedoch die Gefahr daß die äußeren Schichten der Umhüllung durch die lange Verweilzeit überheizt und damit an diesdr Stelle die gewünschten Werte der Festigkeit und Dehnung überschritten werden.
Die Erfindung geht deshalb zur Überwindung der genannten Schwierigkeiten einen anderen Weg. Gemäß der Erfindung wird das langgestreckte metallische Gut mindestens nach dem Aufbringen der Umhüllung während der Vulkanisation zusätzlich erwärmt. Dieser mindestens in der Vulkanisierstrecke erfolgende Wärmetransport vo#metallische$tGut Gut.
nach außen bewirkt, daß die Fertigungsgeschwindigkeit wesentlich, dh. bis zum doppelten der üblichen Geschwindigkeiten erhöht werden kann. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, entsprechend der Wärmeableitung durch das metallische Gut in entsprechenden Abständen eine neue Temperaturbeaufschlagung vorzunehmen.
In Durchführung der Erfindung wird man zur zusätzlichen Erwärmung längs der Vulkanisierstrecke in Abständen Hoch-oder Mittelfrequenzspulen anordnen, mittels dex'&as metallische Gut unterhalb der Umhüllung erwärmt werden kann. Als Frequenzen sind beispielsweise solche von ca. 1 bis ca. 20 KHz geeignet. J. nach der Geometrie, massiv er aus Einzeldrähten bestehend, und dem Leitwert des Leiters läßt sich eine Frequenz in bekannter Weise bestimmen, mit der ein optimaler Wirkungsgrad erreicht wird.
Besonders vorteilhaft ist es auch, das hnggestreckte metallische Gut bereits vor dem Eintritt in die Spritzmaschine zusätzlich zu erwärmen. So hat sich beispielsweise eine Erwärmung von 60 bis 9o° C vor dem Einlauf in die Spritzmaschine und eine Erwärmung auf etwa 180 bis 2200 C längs der Vulkanisierstrecke als zweckmäßig erwiesen. Das gilt insbesondere dann, wenn man zu dickeren Umhüllungen übergehen und dennoch hohe Fertigungsgeschwindigkeiten erzielen will. Von Innen nach Außen läßt sich bei hohen Fertigungsgeschwindigkeiten leicht die gewünschte Endtemperatur der Umhüllung erreichen, so daß maximale Festigkeitswerte erreichbar sind.
In Durchfifiirung des Verfahrens nach der Erfindung werden im Bereich der Vulkanisierstrecke Heizelemente angeordnet, die sich1 beispielsweise in Form von Hoch- oder Mittelfrequenzenspulen, im Innern des Dampfrohres befinden.
Vom Dampfrohr sind diese Spulen vorteilhaft durch eine isolierende Führungsbuchse und zum durchlauf enden Gut hin durch eine isolierende Führungshülse getrennt.
Aus Gründen der konstruktiven Veninfachung der Einrichtung ist es auch möglich, das Dampfrohr in Abständen mit vergrößertem Querschnitt auszubilden und an diesen Stellen des vergrößerten Querschnittes die zusätzlichen Heizelemente, beispielsweise die Hoch- oder Mittelfrequenzenspulenso anzuordnen, daß sie an das durchlaufende Gut heran oder auch von diesem weg bewegt werden können. Vorteilhaft kann es hier auch sein, die zum durchlaufenden Gut konzentrischen Spulen als Halbschalen auszubilden, die das Gut umfassen.
Die Erfindung sei an Hand der in den Figuren 1 bis 4 als Ausführungsbeispiel dargestellten CV-Anlagen mit raumsparendem Druckumlenlcb ehälter näher erläutert.
Eine solche Anlage besteht, wie aus der Figur 1 ersichtlgichX aus einem Raupenabzug 1 für das zu ummantelnde langgestreckte Gut, einer Spritzeinrichtung 2 und einem unmittelbar mit der Spritzeinrichtung 2 verbundenen sogenannten Teleskoprohr 3, das den Übergang zur Heizzone 4 bildet. Das Teleskoprohr 3 gestattet es, die Umhüllung des langgestreckten Gutes mittels der Spritzeinrichtung unmittelbar im Heizraum vorzunehmen, so daß der Spritzkopf mit seinen Werkzeugen gleichzeitig als Abdichtung der Druckheizzone dient. Damit sind die Schwierigkeiten vermieden, die sich bei der Kabel ein führung wegen der leichten Deformierbarkeit des unvulkaniserten Gummis ergeben. Wird, wie hier vorgesehen, die Umhüllung im Druckraum aufgebracht, dann dient das am Extrudierwerkzeug ausfließende Material gleichzeitig als Abdichtung an der Einlaufseite zwischen dem Innen-und dem Außendruck. Am Ende der Heizzone 4 ist der Druckumlenkbehälter 5 angeordnet, in dem das Wasser-Niveau liegt. Durch diese Anordnung kann die zur Verfügung stehende Hallenlänge voll für die Heizzone ausgenutzt werden. Bei gleichem Raumbedarf kann danach eine höhere Fertigungsgeschwindigkeit erzielt ~bzw0 bei gleichbleibender Fertigungsgeschwindigkeit wesentlich an Platz eingespart werden. Der Druckumlenkbehälter 5 dient zum Übergang zwisden der Heizzone 4 und der sich an den Druckumlenkbehälter anschließenden Kühlzone 6. Die Kühlzone 6 kann ohne Raumverlust verhältnismäßig lang ausgelegt werden; als Übergang von dieser~ Zone zum Außenraum dient eine Mehrfach- bzw.
Labyrinthdichtung 7. Mit 8 ist ein Umlenkrad bezeichnet, mittels dem das umhüllte strangförmige Gut der Abzúgsvorrichtung 9 zugeführt wird.
Der Arbeitsablauf bei der oben tbeschriebenen Einrichtung geht im wesentlichen so vor sich, daß das langgestreckte metallische Gut lo, beispielsweise die Kabelseele eines elektrischen Kabels oder der Leiter einer elektrischen Leitung, von einem beliebigen Vorrat mittels der Abzugsvorrichtung 1 abgezogen und der Spritzeinrichtung 2 zugeführt wird. In dieser Spritzeinrichtung wird die Umhüllung beispielsweise aus einem Natur- oder Synthesekautschuk oder auch aus einem geeigneten thermoplastischen Kunststoff aufgebracht und anschließend das so ummantelte Gut über das Teleskoprohr 3 der Heizzone 4 zugeführt, wo es; durch Dampfeinwirkung bei erhöhten Temperaturen vulkanisiert wird.
Anschließend wird das Gut dem Druckumlenkbehälter zugeführt, wo es ohne Dichtungen von der Heizzone in die anschließende Kühlzone überführt werden kann. Die Regelung des Wasserniveaus ist bei der großen Wassermenge im Umlenkbehälter sehr einfach, eine liöhenverschiebung wirkt sich auf die Länge der lleizzone praktisch nicht aus. Die Kabel tauchen heim Umlenken gleichmäßig in die Kühlzone ein, wobei die Kühlzone ohne Raumverlust verhaltnismäßig lang ausgelegt werden kann. Nach Durchlaufen der Kühlzone gelangt das ummantelte Gut durch die Mehrfach- bzw. Labyrinthdichtung 7 zum Außenraum, wo es mittels der Abzugsvorrichtung 9 über das Umlenkrad 8 abgezogen und einer nichtdargestellten Aufwickeltrommel zugeführt werden kann.
Um nun bei einer solchen Anlage die Fertigungsgeschwindigkeiten auch dann erhöhen zu können, wenn man zu größeren Dicken der Umhüllung übergeht, ist gemäß der Erfindung zumindest im Bereich der Vulkanisierstrecke eine zusätzliche Aufheizung des metallischen langgestreckten Gutes vorgesehen. Zu diesem Zweck befinden sich, wie aus der Figur 1 ersichtlich, über den Bereich zwischen Spritzeinrichtung 2 und Umlenkbellälter i verteilt, Heizelemente, beispielsweise in Form von Hochfrequenz- oder Mittelfrequenzspulen 11 12 und 13, die dafür Sorge tragen, daß gleichzeitig während der Wärmeübertragung durch den Dampf von Außen nach Innen eine Erwärmung der Umhüllung von Innen nach Außen erfolgt. So wird mittels des Heizelementes 11 bereits die erste Erwärmung des langgestreckten Gutes unmittelbar nach dem Spritzvorgang auf Vulkanisationstemperatur vorgenommen, während die Heizelemente i2 dafür sorgen, daß nach einer gewissen Wärmeableitung die Temperatur erneut aufgefrischt und auf den Stand des Heizelementes 11 gebracht wird. Das Heizelement 13 bewirkt noch einmal eine weitere Aufheizung von Innen her, während unmittelbar daran anschließend von Außen die bereits ausvulkanisierte äußere Zone gekühlt wird. Das hat den besonderen Vorteil, daß eine -Überheizung der äußeren Schichten durch eine zu lange Verweilzeit im Dampfrohr vermieden ist. / Als vorteilhaft hat es sich auch erwiesen, bereits vor der Spritzeinrichtung 2 ein zusätzliches Heizelement 14 vorzusehen, mit dessen Hilfe das langgestreckte Gut lo auf die Massetemperatur des Vulkanisats gebracht wird. Wärmeverluste vom Seil (20 C) zum Gummi (80 C) werden ausgeglichen.
In der Figur 2 ist in schematischer Form der Temperaturverlauf des langgestreckten Gutes lo, beispielsweise des Leiters einer elektrischen Leitung, der Temperatur der äußeren Randzone sowie der Temperatur innerhalb der Isolierung dargestellt. Die Leitertemperatur stellt sich als durchgezogene1 ~die Temperatur an der äußeren Randzone als gestrichelte und die Temperatur innerhalb der Randzone als strichpunktierte Linie dar. Die Leitertemperatur betrage beim Abzug von einer Vorratstrommel etwa 200 C, dann wird mittels des Heizelementes 14 eine Aufheizung auf beispielsweise 800C vorgenommen, mit der der zu ummantelnde Leiter lo in die Spritzeinrichtung 2 einläuft. Im Bereich des Heizelementes 11 wird der Leiter aufgeheizt auf Temperaturen bei etwa 200°, die dann entprechend der Wärmeabgabe abfallen und durch die Heizelemente 12 wieder auf diesen Temperaturbereich gebracht werden. Die Temperatur in der äußeren Randzone der gespritzten Umhüllung6, die eine Spritztemperatur von zunächst etwa 80°C aufweist, steigt dann in der Heizzone auf 200 C an und wird dort durch den vorhandenen Heißwasserdampf auf dieser Temperatur gehalten. Die Temperatur innerhalb der Isolierung wird durch die sich wiederholende Aufheizung des Leiters noch innerhalb der Heizzone durch die von außenbund innen wirkende Erwärmung auf die Vulkanisationstemperatur gebracht, so daß auch bei erhöhter Dicke der Umhüllung eine einwandfreie Ausvulkanisation errecht ist. Die Temperatur an der äußeren Ranzone der Umhüllung fällt dann während bzw.
nach Durchlaufen des Druckumlenkbehälters exponentiell ab, während durch die noch erfolgte kurzzeitige Aufheizung des Leiters die Leitertemperatur und die Temperatur # innerhalb der Isolierung allmählich abfallen. Beim Austritt des umhüllten Gutes aus der Labyrinthdichtung haben dann Leiter und Umhüllung praktisch wieder Raumtemperatur angenommen.
Die Vulkanisation der Umhüllung ist bis auf den Leiter hindurcherfolgt, so daß ohne Gefahr für die Umhüllung das Aufwickeln und der Transport des umhüllten Gutes erfolgen kann0 Abweichend von den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 1 und 2 ist in der Figur 3 in einem gegenüber Figur 1 und 2 vergrößerten Maßstab ein Hezelement 15 in Form einer gewicke ten Spule schematisch dargestellt. Dieses Heizelement ist innerhalb des Dampfrohres 16 angeordnet und von diesem durch eine isolierende Führungsmuffe 17 getrennt0 Zur Führung des in Pfeilrichtung durchlaufenden Gutes dient das Führungs- und Isolierrohr i8. Die Eingänge und Ausgänge zur Stromzuführung für das Heizelement sind mit 19 und ig) bezeichnet.
Die Figur 4 schließlich zeigt ein Dampfrohr 20 im Querschnitt, das nach unten eine Erweiterung 21 aufweist. Diese Erweiterung nimmt eine Hebevorrichtung 22 auf, die eine offene Spule 23 wahlweise in die Arbeitsstellung zu dem durchlaufenden Gut 24, beispielsweise ein elektrisches Kabel, heben kann. Aus wirtschaftlichen Gründen ist es vorteilhaft die Spule 23 möglichst eng an das Kabel anzupassen, um bei kleiner Leistung der Spule eine größtmögliche Wirkung zu erzielen. Für verschiedene Abmessungen bzw. Abmessungsbereiche sind dann entsprechend ausgebildete Spulen zu verwenden. Die Spule kann selbstverständlich auch beliebig anders ausgebildet sein, beispielsweise in Form zweier Halbschalen, wobei eine Hälfte von oben und die andere Hälfte von unten dem Kabel entgegen bzw. vom Kabel weggeführt wird.
Abweichend von den in den AusfüIii#ungsbeispielen dargestellten Anordnungen kann die Erfindung auch dort Anwendung finden, wo es sich um CV-Anlagen ohne Druckumlenkbehälter sowie solche mit Doppelumlenkung oder auch um vertikale odet Kettenlinien-CV-Anlagen handelt. Wesentlich ist in allen diesen Fällen, daß neben der von außen herangebrachten Erwärmung der Isolierung bzw. Umhüllung von Innen eine Erwärmung der Umhüllung erfolgt, um auch bei größeren Wanddicken eine einwandfreie Vulkanisation bzw. Vernetzung des die Umhüllung bildenden Werkstoffes zu erzielen.

Claims

Patentansprüche

Verfahren zum kontinuierlichen Vulkanisieren oder Vernetzen von mit Natur- oder Synthesekautschuk oder Kunststoff umhüllten vorzugsweise langgestrecktems metallischem Gut wie elektrische Leiter, beudenen das Isoliermaterial mittels einer Spritzmaschine aufgebracht, in einer nachgeordneten Vulkanisierstrecke erwärmt und anschließend der umhüllte Leiter in einer über einen Umlenkbehälter angeschlossenen Kühlstrecke wieder gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Gut mindestens nach dem Aufbringen der Umhüllung und der anschließenden Erwärmung von außen selbst zusätzlich erwärmt wird.
2. Verfahren nachAnspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung des metallischen Gutes durch Hochfr#quenz oder Mittelfrequenzinduktion bei vorzugsweise 1 bis 20 KHz erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das umhüllte Gut auf etwa 1800 bis 220 C vorzugsweise 200°C, erwärmt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 zum Vulkanisieren oder Vernetzen der Umhüllung von Kabeln und Leitungen1 dadurch gekennzeichnet, daß die Kabel- oder Leitungsisolierung von innen her durch Erwärmung des oder der Leiterlänge der gesamten Vulkanisierstrecke, gegebenenfalls in Intervallen prwärmt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Leiter bereits vor dem Eintritt in die Spritzmaschine zusätzlich erwärmt werden.
6. Verfähren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter auf etwa 60 bis 90 C, vorzugsweise 80°C,erwärmt wird.
7. Verfahren nachAnspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Erwärmung von innen her noch bei bereits erfolgter Ausvulkanisation oder Vernutzung des äußeren Teiles der Umhüllung erfolgt.
8. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8 für die Umhüllung langgestreckten Gutes, gekennzeichnet durch mindestens im Bereich der Vulkanisierstrecke angeordnete Heizelemente zur Erwärmung des umhüllten Gutes.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Innern des Dampfrohres der Vulkanisierstrecke in Abständen Hoch- oder Mittelfrequenzspulen angeordnet sind.
to. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Hoch- oder Mittelfrequenzs#pulen zur Dampfrohrwandung hin durch eine isolierende Führungsbuchse und zum durchlaufenden Gut hin durch eine isolierende Führungshülse getrennt sind.
11. Anordnung nach Anspruch 8 mit einem in Abständen im Querschnitt vergrößerten Dampfrohr, dadurch gekennzeichnet, daß an den Stellen des vergrößerten Querschnittes die zusätzlichen Hezelemente an das durchlauf ende Gut heran und von diesem weg bewegbar angeordnet sind,
12. Anordnung nach Anspruch 9 mit in Abständen angeordneten Hoch- oder Mittelfrequenzspulen, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen aus zwei das durchlaufende Gut umfassenden Halbschalen ausgebildet sind.