DE2328683B2

DE2328683B2 - Vorrichtung zum Ummanteln eines drahtförmigen Kerns mit einem thermoplastischen Kunststoff durch Extrudieren

Info

Publication number: DE2328683B2
Application number: DE2328683A
Authority: DE
Inventors: Daryl Lester Lawrenceville Ga. Myers (V.St.A.)
Original assignee: Western Electric Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1972-06-07
Filing date: 1973-06-06
Publication date: 1978-05-03
Also published as: SE390507B; FR2187506A1; US3860686A; DE2328683A1; ES416009A1; FI61828B; JPS5410984B2; CA1006308A; FR2187506B1; DE2328683C3; GB1438514A; DE2366041A1; JPS4957065A; FI61828C

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Ummanteln eines drahtförmigen Kerns mit einem thermoplastischen Kunststoff durch Extrudieren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (US-PS 20 249) verzweigt sich der Anschlußkanal in der Weise, daß die Teilkanäle jeweils in Umfangrichtung quer zur Bewegungsrichtung des Kerns auseinandeirstreben und die Enden entweder in Bewegungsrichtung des Kerns oder in radialer Richtung umbiegen, wonach eine erneute Aufteilung quer zur Bewegungsrichtung des Kerns erfolgt usw. bis schließlich eine große Anzahl von Teilkanälen in die Extrudierkammer mündet. In jedem Fall besteht die Vorrichtung aus einzelnen, durch Schrauben zusammengehaltenen Scheiben, in deren ebene Flächen der Anschlußkanal mit seinen Teilkanälen eingearbeitet ist. Nachteilig an der geschilderten Bauweise dieser Vorrichtung ist, daß die Ströme des geschmolzenen Kunststoffes ein unsymmetrisches Strömungsprofil wegen der notwendigerweise vorhandenen Krümmungen aufweisen und sich so ungleichmäßige Teilmengen mit unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten und Drücken in die Teilkijnäle ergießen. Bei ^r> der Herstellung von Adern für nachrichtentechnische Zwenke kommt es aber sehr darauf an, daß der drahtförmige Kern genau zentrisch und gleichmäßig ummantelt wird. Vorrichtungen zum Ummanteln eines drahtförmigen

ι« Kerns durch Extrudieren, bei denen die in die Extrudierkammer mündenden Teilkanäle unter einem spitzen Winkel in Bewegungsrichtung des Kerns angeordnet sind, sind an sich bekannt (US-PS 34 41 660). Für diese Merkmale des Anspruchs 1 wird jedoch für

r. sich kein gesonderter Schutz begehrt, sondern nur in Zusammenhang mit den übrigen Merkmalen des Anspruchs.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Ummanteln eines drahtförmigen

-»(ι Kerns durch Extrudieren so auszubilden, daß ein besonders gleichförmiger und zu dem Kern zentrisch liegender Kunststoffmantel erzielt wird, wobei auch hochviskose oder nachgiebig zusammendrückbare geschmolzen? Kunststoffmaterialien gleichmäßig zu dem

2^r> Kern zugeführt werden können.

Die gestellte Aufgabe wird auf Grund der im Hauptanspruch angegebenen Gestaltung des Extruderkopfes gelöst, und die Unteransprüche geben weitere Einzelheiten hierüber an.

ίο Durch die besondere Führung des geschmolzenen Kunststoffes gelingt es, diesen gleichmäßig hinsichtlich Strömungsgeschwindigkeit, Druck und Volumen aufzuteilen, obwohl infolge der Krümmungen unsymmetrische Strömungsprofile auftreten. Diese Vorrichtung

i"> nach der Erfindung ist deshalb besonders zum Beschichten von elektrischen Leitungen für Nachrichtenzwecke geeignet, bei denen es auf Konzentrizität, Rundheit und Gleichförmigkeit der Isolierung ankommt. Gerade die Isoliermaterialien sind häufig

-ti hochviskos oder stark nachgiebig, wenn es sich um Schaumstoffe handelt, und bei diesen Materialien sind die Auswirkungen eines unsymmetrischen Strömungsprofils besonders gravierend. Um zu einer besonders gleichförmigen Verteilung der einzelnen Kunststoff-

v> ströme in den Teilkanälen zu gelangen, werden nicht nur die Umlenkebene und die darauf folgende Aufteilebene als senkrecht aufeinanderstehend gewählt, es werden auch die Stromabschnitte relativ lang gewählt, damit sich das unsymmetrische Strömungsprofil ausgleichen

">» kann. Obwohl die Teilkanäle deshalb insgesamt ziemlich lang sind, braucht die Vorrichtung nicht besonders lang zu sein, weil gewissermaßen in Schalen um den Kern herum die Fließrichtung der einzelnen Ströme in den Teilkanälen einander entgegengesetzt gewählt ist.

>-> Der Gegenstand der Erfindung wird an Hand der Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Schrägansicht eines ummantelten elektrischen Leiters, der aus einem drahtförmigen Kern aus

W) Kupferdraht und einem Mantel aus Kunststoff besteht,

Fig.2 einen Schnitt durch eine Vorrichtung zum Ummanteln eines Kerns in kleinerer Darstellung als in Fig. 1, Fig.3 eine Schrägansicht einer Hülse der Vorrich-

h^r> tung nach F i g. 2 in größerer Darstellung als in F i g. 2,

F i g. 4 eine Schrägansicht einer weiteren Hülse der Vorrichtung nach F i g. 2 in größerer Darstellung als in Fig. 2,

Fig.5 eine Schnittansicht der Vorrichtung nach F i g. 2 entlang der Linie V-V,

F i g. 6 eine schematische Darstellung eines Stromes fließenden Kunststoffes, der durch einen engen Kanal mit einer 90° - Krümmung fließt,

F i g. 7 eine schematische Darstellung des aufgeteilten Stromes gemäß Fig.6, und zwar in einem kurzen Abstand, nachdem die Ströme der 90°-Krümmung in F i g. 6 unterzogen worden sind,

F i g. 8 eine perspektivische Ansicht des Anschlußkanals und der Teilkanäle der Vorrichtung gemäß F i g. 2,

Fig.9, 10, 11 und 12 alternative Ausführungsformen der Vorrichtung nach F i g. 2.

Ein isolierter Leitungsdraht 21 wird durch Ummanteln eines leitenden drahtförmigen Kernes 22 aus Kupferdraht mit einem Durchmesser im Bereich zwischen 0,4 bis 1,14 mm mit einem Mantel 23 aus Polypropylen mit einer Dicke zwischen 0,2 und 0,05 mm hergestellt.

Der Mantel 23 wird direkt auf den Kern 22 aufgespritzt, wenn dieser durch die Vorrichtung läuft. Die Vorrichtung ist über ein Zwischenstück 27 mit einem Extruder 28 verbunden.

Die Querbohrung 41 der Vorrichtung weist drei Abschnitte auf, nämlich einen zylindrischen Teil 43, einen weiteren zylindrischen Teil 46 größeren Durchmessers und ein koaxiales Gewinde 47. Eine im wesentlichen zylindrische Hülse sitzt in der Querbohrung 41 des Zwischenstücks 27 und ist austauschbar durch einen Gewindestopfen 51 gehalten. Die Hülse 48 umfaßt einen Teil 52 größeren Durchmessers und einen Teil 53 kleineren Durchmessers, zwischen denen eine Schulter 54 gebildet ist, die an einer Stufe 56 der Querbohrung 41 anliegt.

Am Umfang des Teiles 52 der Hülse 48 ist eine E-förmige Nut 57 mit halbkreisförmigem Querschnitt eingearbeitet (F i g. 3), deren mittlerer »Querbalken« als Zufuhrkanal 58, deren »Längsbalken« als Teilkanäle 61 und deren obere und untere »Querbalken« als weitere Teilkanäle 62 dienen. Der Zufuhrkanal 58 und die Teilkanäle 62 laufen axial, die Teilkanäle 61 quer auf dem Umfang des Teils 52. Die Teilkanäle 62 sind etwa doppelt so lang wie der Zufuhrkanal 58 und liegen an entgegengesetzten Seiten des Teils 52. Die E-förmige Nut 57 ist symmetrisch zu der Ebene ausgebildet, die durch die Längsachse der Hülse 48 und den Zufuhrkanal 58 gelegt ist.

Die Hülse 48 ist mit einer axial durchgehenden Bohrung 63 versehen, welche ein Stück 66 geringen Durchmessers und ein Stück 67 mittleren Durchmessers in dem Teil 53 sowie ein Stück 68 großen Durchmessers in dem Teil 52 enthält. Das Stück 68 steht mit dem Stück 67 über ein sich verjüngendes Bohrungsstück 71 in Verbindung. Die Bohrung 63 ist mit den Enden der Teilkanäle 62 über eine radiale Bohrung 72 verbunden, die selbst Zufuhrkanäle für weiter abzweigende Teilkanäle darstellen.

Die Hülse 48 ist so in der Querbohrung 41 eingefügt, daß der Zufuhrkanal 58 mit einem zylindrischen Zufuhrkanal 73 des Extruders 28 fluchtet. Die richtige Lage der Hülse 48 wird mittels einer Senkkopfschraube 74 gewährleistet, die in das Zwischenstück 27 eingeschraubt ist und einen Anschlagstift 76 aufweist, welcher in eine Längsnut 77 in dem Teil 53 der Hülse 48 eingreift.

Eine Hülse 78 (F i g. 2 und 4) in der Hülse 48 dient zum Halten eines Kernführungsrohres 93 und weist einen konischen Teil 81, einen zylindrischen Teil 82 und einen Flansch 83 auf. Die Hülse 78 ist in die Bohrung 63 dicht aber austauschbar eingesetzt, wobei das Bohrungsstück 71 bzw. das Stück 68 mit den Teilen 81 bzw. 82 zusammentreffen.

Am Außenumfang und zu beiden Seiten der Hülse 78 "> ist je eine U-förmige Nut 86 eingearbeitet, deren Schenkel als Teilkanäle 87 und deren Bogen als Teilkanäle 88 dienen. Die radialen Bohrungen 72 der Hülse 48 münden als Zufuhrkanäle radial in den zentralen Teil der bogenförmigen Teükanäle 88. Die

ι» Teilkanäle 87 sind auf dem zylindrischen Teil 82 im wesentlichen parallel ausgerichtet, konvergieren auf dem konischen Umfang des Teils 81 und erweitern sich trichterartig auf einen Konus 91 zu. Die trichterartigen Erweiterungen schließen konische Flächen 92 ein, deren

ι ·"> Begrenzungswinkel etwa 45° beträgt und die ungefähr 8 mm vor dem Ende des Konus 91 enden. Die Teilkanäle 87 sind im gleichen Winkelabstand, d. h., mit jeweils 90° versetzt, am Umfang der Hülse 78 angeordnet

Ein zylindrisches Kernführungsrohr 93 mit einem

Ji) axialen Durchgang 96 für die Führung des Kerns 22 ist in das Innere der Hülse 79 eingesteckt, wobei diese bis auf die freibleibenden Kanäle ganz ausgefüllt wird und ein Ende 94 aus der Hülse 78 herausragt. Die Hülse 78 weist eine Stufenbohrung 97 und das Kernführungsrohr 93

r> eine Schulter 98 auf, die aufeinander zu liegen kommen. Das Ende 94 des Kernführungsrohres 93 erstreckt sich in einen Düseneinlauftrichter 102 einer Matrize 103, die herausnehmbar in dem Stück 66 und 67 sitzt und eine Schulter 106 besitzt, die an der Stufe 107 zwischen den

jo Stücken 66 und 67 anliegt. Der Düseneinlauftrichter 102 der Matrize 103 konvergiert in einem Winkel von etwa 60° und mündet koaxial in eine konische Düse 108, die mit einem Winkel von etwa 5° konvergiert Die Düse 108 hat etwa die doppelte Axiallänge des Düseneinlauf-

J-) trichters 102. Das Kernführungsrohr 93 wird vorn in der Hülse 78 mit einem Kernrohrhalter 111 gehalten, der mit einem Flansch 112 von dem Gewindestopfen 51 gesichert wird.

Die F i g. 6 zeigt die Strömung einer nicht kompressiblen Flüssigkeit 116 in einer Kanalkrümmung 117. Bezüglich der Druck- und Geschwindigkeitsgradienten der Strömung in der Nähe der Kanalkrümmung 117 stellt es eine vereinfachte Annahme dar, daß die Flüssigkeit 116 zwei angrenzende parallele Halbströme

■r> A und B aufweist, deren Teilungsgrenze die gestrichelte Linie bildet. Zum Zweck der Erklärung sei angenommen, daß der Halbstrom A einen Durchschnittsdruck von P₃ und eine Durchschnittsgeschwindigkeit von V, aufweist, und daß der zweite Halbstrom B einen

>o Durchschnittsdruck von Pt, und eine Durchschnittsgeschwindigkeit von Vf, aufweist. Infolge der Kurvenströmung von etwa 90° und gemäß den bekannten Prinzipien der Strömungsmechanik unterscheiden sich die Durchschnittsdrücke und die -geschwindigkeiten der

γ·, beiden Halbströme A und B in dem Bogen und längs eines bestimmten Abschnittes danach, bis die Scherkräfte in den Strömen für Ausgleich sorgen und wieder ein gleichmäßiges Strömungsprofil angetroffen wird. Diese Erscheinung tritt bei Flüssigkeiten mit erhöhter

ho Viskosität oder größerer Elastizität noch deutlicher zutage.

Wenn die Flüssigkeit 116 in zwei gleiche Ströme aufgeteilt wird, bevor das gleichmäßige Strömungsprofil erreicht worden ist, können die Druck- und Geschwin-

h-j digkeitsgradienten in den Teilströmen nur dann gleich sein, wenn jeder Teilstrom aus gleichen Teilen A', ß'der Halbströme A und B besteht. Dieses Prinzip wird in der Vorrichtung angewendet, wenn ein Strom geschmolze-

nen Kunststoffes in zwei Teilströme hinter einer Kanalkrümmung aufgeteilt wird.

Als Beispiel dieser Lehre wird an Hand F i g. 7 gezeigt, wie die Flüssigkeit 116 in F i g. 6 in zwei gleiche Ströme 118 und 121 aufgeteilt wird, die in entgegengesetzten Richtungen in Teilkanäle 122 und 123 quer zu dem Strom der Flüssigkeit 116 abströmen. Die Flüssigkeit 116 hat gemäß Fig.7 gerade die Kanalkrümmung 117 durchflossen und noch nicht ein gleichmäßiges Strömungsprofil erreicht (das gleichmäßige Strömungsprofil wird erreicht, wenn eine Beruhigungsstrecke durchflossen ist, die von dem Verhältnis der Kanallänge zum effektiven Durchmesser abhängt, d. h., wenn das L : D-Verhältnis gleich oder größer als eine bestimmte Zahl ist. Für Polyäthylen und Polyvinylchlorid wurde diese Zahl empirisch in dem Bereich zwischen fünf und zehn gefunden). Wenn also angenommen wird, daß die Teilung der Flüssigkeit 116 stattfindet, bevor die Flüssigkeit eine Beruhigungsstrekke oberhalb des L : D-Verhältnisses zurückgelegt hat, dann weist jeder Strom 118 und 121 nur dann gleiche Verhältnisse auf, wenn er gleiche Teile A', fi'aus beiden Halbströmen A und ß bezieht. Dann sind die Ströme 118 und 121 nicht bloß volumetrisch gleich, sondern haben auch gleiche Druck- und Geschwindigkeitsprofile. Das trifft zu, wenn die Teilung symmetrisch in bezug zur Umlenkebene verläuft. Wenn solche gleichen Ströme 118 und 121 symmetrisch um den drahtförmigen Kern

22 vereinigt werden, wird der Mantel 23 gleichmäßig rohrförmig und zeigt eine verbesserte Rundheit und eine verbesserte Konzentrizität in bezug zum Kern 22.

F i g. 8 zeigt den Fluß des Kunststoffs für den Mantel

23 in der Vorrichtung. Die verschiedenen Abschnitte sind mit apostrophierten Bezugsziffern versehen, die den entsprechenden Teilkanälen der Vorrichtung entsprechen.

Während des Ummanteins wird der Kern 22 axial durch die Vorrichtung gezogen, wobei er durch eine Trichteröffnung 126 in dem Gewindestopfen 51, einen axialen Durchgang 127 in dem Kernrohrhalter 111, den axialen Durchgang 96 des Kernführungsrohres 93 und durch die Matrize 103 hindurchläuft. Der im geschmolzenen Fließzustand befindliche Kunststoff gelangt durch den Zufuhrkanal 73 in den Zufuhrkanal 58. Auf dem Weg zu dem Zufuhrkanal 58 unterliegt der Primärstrom 73' (F i g. 8) einer Umlenkung um 90° und fließt dann etwa 2,54 cm parallel zu der Zugrichtung des Kerns 22 weiter. Dahinter wird der Kunststoffstrom für den Mantel 23 symmetrisch, d. h., quer in bezug zur Umlenkebene, geteilt, in der die Ströme 73' und 58' fließen und die die Umlenkung enthält. Es bilden sich zwei gleiche, entgegengesetzt fließende symmetrische Teilströme 61' in den Teilkanälen 61. Jeder der Teilströme 6Γ unterliegt einer weiteren Umlenkung um 90° und fließt in einen zugehörigen Teilkanal 62 als zwei gleiche Ströme 62' entgegengesetzt zu der Transportrichtung des Kerns 22. Nach einer weiteren 90°-Umlenkung fließt der Kunststoff durch die radialen Bohrungen 72 einwärts und wird wieder quer und symmetrisch in bezug zur Umlenkebene geteilt, die durch die Ströme 62' und 72' definiert ist, und zwar in gleiche entgegengesetzt gerichtete Teilströme 88', die in den Teilkanälen 88 etwa 13 mm zurücklegen.

Die vier Teilströme 88' streben nach einer weiteren Umlenkung um 90° als vier gleiche Teilströme 87' dem Konus 91 zu, und zwar in gleichem Winkelabstand zueinander bezüglich der Achse des Kerns 22. Zwischen den Flächen des Konus 91, des Endes 94 und der Matrize

102 erfolgt der Zusammenfluß der vier Teilströme 87', die nunmehr vereinigt, durch die Düse 108 der Matrize

103 austreten und den Mantel 23 des Kerns 22 bilden.
Aus Fig.8 ist ersichtlich, daß die jeweiligen

Teilströme 61', 62' und 87' in bezug auf ihren effektiven Querschnitt lang genug sind, Beruhigungsstrecken zu bilden. Der an der Kanalkrümmung zwischen dem Teilkanal 62 und der Bohrung 72 ankommende Kunststoff zeigt somit ein gleichmäßiges Strömungsprofil, das durch die Kanalkrümmung in der Umlenkebene gestört wird, aber nicht in einer hierzu senkrecht stehenden Ebene. Quer zur Umlenkebene bleibt also die Symmetrie des Strömungsprofils erhalten, was Voraussetzung dafür ist, daß gleiche Strömungsanteile A', ß'in jeden Teilstrom gelangen (F i g. 7).

Die Querschnitte der Teilkanäle werden hinter jeder durchgeführten Stromteilung enger.

Nachfolgend sollen vier weitere Ausführungsbeispiele der Vorrichtung beschrieben werden. Einander entsprechende Teile tragen Bezugszeichen mit Unterschieden lediglich in der Hunderterposition. Es werden nur die Unterschiede zur ersten Ausführungsform erläutert.

Die Vorrichtung gemäß Fig.9 zeigt eine Hülse 178, die vollständig ein Kernführungsrohr 193 einschließt und austauschbar in einer Hülse 148 eingesetzt ist. Die Hülse 178 umfaßt einen wesentlich kürzeren konischen Teil 181, ein längeres zylindrisches Teil 182 sowie einen Konus 191 am Zusammenfluß der Teilströme. Der Übergang zwischen dem konischen Teil 181 und dem Konus 191 erfolgt wie in F i g. 4 dargestellt. Im Konus 191 ist ein Hohlraum 131 untergebracht, der sich in einer Führungsbohrung 132 fortsetzt. Die Führungsbohrung 132 bildet eine zusätzliche Stütze für den Kern 22, der axial durch das Kernführungsrohr 193 und eine Matrize 203 hindurchläuft.

Bei der Vorrichtung nach Fi g. 10 ragt ein konisches Ende 294 wieder in einen Düseneinlauftrichter 302 hinein und das vordere Ende der Hülse 278 weist zwei einander anschließende Konusse 136 und 137 auf, wobei der Konus 137 am Beginn des konischen Endes 294 endet. Das Volumen des Düseneinlauftrichters 302 ist größer als in den anderen Ausführungsformen und die Matrize 303 ist länger.

In der Ausführungsform der Vorrichtung nach F i g. 11 weist eine Hülse 348 einen konischen Innenraum 363 zur Aufnahme einer Matrize 403 und einer Hülse 378 auf, deren konische Außenflächen mit etwa 15° konvergieren. Das Innere 341 der Hülse 378 ist konisch, bis auf eine zylindrische Bohrung 379 für die Aufnahme einer Matrize 138 aus Diamant, die zur Führung des Kerns 22 dient. Die Kanäle sind ähnlich, wie in F i g. 4 dargestellt, ausgebildet, der Konus 391 ist etwas verlängert. Die Matrize 403 weist einen abgerundeten Einlauf 402 auf.

Fig. 12 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung, insbesondere zum Ummanteln von Kabeln als Kern 22, d. h. von verseiltem Material. Der Mantel 23 verläßt die Vorrichtung als Rohr und legt sich anschließend auf den Kern 22 unter Schrumpfung an. Aus diesem Grunde bildet die Matrize 403 mit einer Verlängerung 495 des Kernführungsrohres 493 eine Ringdüse 408. Bei dieser Art von Spritzkopf kann die Dicke des Kerns 22 schwanken, bzw. es können Kerne 22 mit unterschiedlichen Durchmessern verarbeitet werden.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Ummanteln eines drahtförmigen Kerns mit einem thermoplastischen Kunststoff durch Extrudieren, die eine Extrudierkammer aufweist, welche über einen Anschlußkanal mit einem Extruder verbunden ist und durch welche der zu ummantelnde Kern axial führbar ist, wobei der Anschlußkanal mittels jeweils einer Aufteilstelle in Teilkanäle aufgeteilt ist und dieser sowie die Teilkanäle als Zuführkanäle der nachgeordneten Teilkanäle dienen und der Anschlußkanal vor seinem Einmünden in die Extrudierkammer zunächst in einer Richtung parallel zu der Bewegungsrichtung des Kerns in einer Umlenkebene umgelenkt und darauf symmetrisch in zur Umfangsrichtung des Kerns parallel verlaufende Teilkanäle aufgeteilt ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Teilkanäle (61,88,188,288,388,488) symmetrisch in bezug zu der vor der Aufteilstelle angeordneten Umlenkebene des Zufuhrkanals (58, 73) verläuft und daß die in der Extrudierkammer mündenden Teilkanäle (87, 187, 287, 387, 487) unter einem spitzen Winkel in Bewegungsrichtung des Kerns (22) angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilkanäle (61, 62; 88, 87) jeweils auf dem Umfang von ineinandersteckbaren Hülsen (48,89) als Nuten (57,86) ausgebildet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auf dem Umfang der innersten steckbaren Hülse (78) angeordneten Teilkanäle (87, 88) über radiale Bohrungen (72) mit den Teilkanälen (62,61) der darüber gesteckten Hülse (48) und die auf dem Umfang dieser Hülse (48) angeordneten Teilkanäle (62, 61) über einen Zufuhrkanal (58, 73) mit dem Extruder (28) verbunden sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zufuhrkanal (73) und die Teilkanäle (62) vor ihrer jeweiligen Umlenkstelle mit nachfolgender Aufteilung zur Strömungsberuhigung ein Verhältnis der Länge des Kanals zum effektiven Durchmesser von mindestens fünf aufweisen.