Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von ummantelten Kabeln sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Abstract

 Koaxialkabel haben einen Innenleiter (6), einen Außenleiter und dazwischen ein geschäumtes Polymer (5) als Dielektrikum. Zur Herstellung wird zunächst das mit chemischen und/oder physikalischen Treibmitteln versetzte Polymer (4) mittels einer Ringdüse (2) eines Extruders auf den Innenleiter (6) aufgebracht. Erfindungsgemäß ist unmittelbar im Anschluss an die Ringdüse (2) eine Kalibrierung (1) vorgesehen, sodass das Polymer (5) unmittelbar nach dem Werkzeugaustritt an der Außenschicht abgekühlt und kalibriert wird. Dadurch entsteht außen eine gegenüber dem restlichen Polymer dichtere Skin-Schicht, und die elektrischen und mechanischen Eigenschaften des geschäumten Polymers haben wesentlich geringere Schwankungen.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von ummantelten Kabeln, insbesondere für Koaxialkabel mit einem Innenleiter und einem Außenleiter, wobei dazwischen ein geschäumtes Polymer als Dielektrikum angeordnet ist, bei welchem Verfahren das mit chemischen und/oder physikalischen Treibmitteln versetzte Polymer mittels eines Werkzeugs, insbesondere mittels eines Extruders, auf den Innenleiter aufgebracht und danach abgekühlt wird.

[0002] Die Erfindung betrifft weiters eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit einem Extruder, der eine Ringdüse zum Austritt des Polymers und eine Öffnung im Zentrum der Ringdüse für den Innenleiter aufweist, sowie mit einer Kühlvorrichtung.

[0003] Das herkömmliche Verfahren zur Aufbringung einer Schaumisolation für Koax-Kabel erfolgt durch Extrusion direkt auf den Leiter und ein freies Aufschäumen des mit chemischen und/oder physikalischen Treibmitteln versetzten Polymers nach außen (siehe z.B. EP 336 804 A2, EP 89 060 B1). Je größer aber der Durchmesser und je höher der Schaumgrad ist, desto schwieriger ist es, eine glatte Oberfläche zu erzielen. Eine glatte Oberfläche ist aber Voraussetzung für eine gute Längswasserdichtung zwischen Außenleiter und der Isolation. Akzeptable, aber nicht unbedingt optimale Oberflächen werden bis dato mittels langwieriger Versuche über Werkzeugauslegung, Rezeptur und - speziell bei größeren Durchmessern (etwa ab 25 mm) - bei einer oft fixen Produktionsgeschwindigkeit erzielt. In vielen Fällen ist dann die Produktionsgeschwindigkeit niedriger als jene, die auf der Extrusionsanlage möglich wäre. Einige Kabelhersteller lösen das Problem der rauen Oberfläche mittels einer am Ende der Kühlstrecke nachgeschalteten, beheizbaren Kalibrierdüse zur Glättung der Oberfläche durch Anschmelzen der äußersten Schaumschicht. Eine glatte, geschlossene Oberfläche ist aber nicht erreichbar oder jedenfalls nur unter Einbuße des erreichten Schaumgrades, da die Isolierung mittels der Kalibrierung unter Druck, d.h. durch Pressen, geglättet wird.

[0004] Weiters wird von manchen Kabelherstellern eine Außenskin aus solidem Polymer zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit und/oder zur Erreichung einer glatten Oberfläche mittels eines zusätzlich erforderlichen Extruders im Co-Extrusionsverfahren aufgebracht (s. z.B. WO 98/01870 A, S 9 oben).

[0005] Erschwerend bei Koax-Kabeln sind die hohen Anforderungen an Maßhaltigkeit wie Durchmesser, Rundheit und Zentrizität, welche vor allem bei größeren Abmessungen nicht einfach zu realisieren sind.

[0006] Die zurzeit erreichbaren Schaumgrade bei noch guter Kabelqualität liegen bei 78%. Höhere Schaumgrade verbessern die Dämpfungswerte und somit auch die Übertragungseigenschaften des Kabels.

[0007] Der vorliegenden Erfindung, welche sich auf das eingangs vorgestellte Verfahren bezieht, liegt nun die Aufgabe zu Grunde, die Herstellung dieser Produkte zu erleichtern und gleichzeitig auch die Qualität entscheidend zu verbessern: das Polymer soll eine kalibrierte Oberfläche erhalten bei gleichzeitiger Ausbildung einer Außenskin und gleichzeitiger Erhöhung des Schaumgrades.

[0008] Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das Polymer unmittelbar nach dem Werkzeugaustritt an der Außenschicht mittels einer gekühlten Kalibrierung abgekühlt und kalibriert wird, sodass außen eine gegenüber dem restlichen Polymer dichtere Skin-Schicht entsteht.

[0009] Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung eine gekühlte Kalibrierung ist, die im Anschluss an die Ringdüse vorgesehen ist.

[0010] Durch die Kalbrierung sind eine glatte Oberfläche, konstanter Durchmesser, exakte Rundheit und Zentrizität gewährleistet. Mit der hohen Maßhaltigkeit verbessern sich auch entscheidend die elektrischen Werte wie Dämpfung und Kapazität. Die Isolation kann in sehr engen Durchmesser-, Ovalitäts- und Kapazitätstoleranzen extrudiert werden. Durch die schnelle Abkühlung der Randschicht der Isolation durch den sofortigen Wandkontakt an der Kalibrierung wird eine noch nicht aufgeschäumte und somit volle Polymerskin geformt. Die Dicke der Skin ist abhängig und somit einstellbar einerseits über die Kühltemperatur in der Kalibrierhülse und andererseits über den Zeitpunkt der Kühlung in der Kalibrierung. Der Kühlzeitpunkt kann durch das Verhältnis Düsendurchmesser zu Kalibrierdurchmesser festgelegt werden. Dementsprechend ist es möglich, dass das Polymer in unmittelbarer Nähe der gekühlten Kalibrierung aufgebracht wird und das Aufschäumen in Richtung zum Innenleiter erfolgt; oder dass das Polymer in der Mitte zwischen der gekühlten Kalibrierung und dem Innenleiter aufgebracht wird und das Aufschäumen sowohl in Richtung zum Innenleiter als auch in Richtung zur Kalibrierung erfolgt; oder dass das Polymer in unmittelbarer Nähe des Innenleiters aufgebracht wird und das Aufschäumen in Richtung zur Kalibrierung erfolgt. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung entspricht daher der Durchmesser der Ringdüse etwa dem Durchmesser der Kalibrierung; oder der Durchmesser der Ringdüse liegt zwischen dem Durchmesser der Kalibrierung und dem Durchmesser des Innenleiters; oder der Durchmesser der Ringdüse entspricht etwa dem Durchmesser des Innenleiters.

[0011] Bei einer gegebenen Vorrichtung ist es zweckmäßig, dass man die Dicke der skin-schicht durch Änderung der Temperatur des Kühlmediums der gekühlten Kalibrierung regelt.

[0012] Vorzugsweise wird in dem Hohlraum zwischen dem Innenleiter und dem aufzubringenden Polymer und/oder in dem Hohlraum zwischen dem aufzubringenden Polymer und der Kalibrierung ein Vakuum aufgebaut, z.B. durch ein am Spritzkopf angeschlossenes Vakuumgerät.

[0013] Durch Anlegen von Vakuum in den Hohlräumen wird der Aufschäumprozess erleichtert, sodass ein höherer Schaumgrad erzielt werden kann. Je nach Auslegung des Düsen- und Kalbrierdurchmessers entstehen entweder ein Hohlraum zwischen Innenleiter und Polymer, ein weiterer zwischen Polymer und Kalibrierung oder nur einer zwischen Polymer und Kalibrierung, wo jeweils Vakuum angesetzt werden kann.

[0014] Es ist zweckmäßig, wenn bei der Vorrichtung zwischen der Ringdüse und der Kalibrierung ein Spalt zur thermischen Isolierung vorgesehen ist, der ausreichend klein ist, um einen Austritt des Polymers zu verhindern. Es wurde nämlich im Rahmen der vorliegenden Erfindung überraschender Weise herausgefunden, dass es möglich ist, einen Spalt vorzusehen, der klein genug ist, um einen Austritt des Polymers zu verhindern, aber doch groß genug ist, um die gekühlte Kalibrierung von der heißen Ringdüse thermisch zu isolieren. Die Dicke des Spaltes liegt bei einigen Zehntel Millimeter.

[0015] Die Kalibrierung kann direkt am Querspritzkopt mit dem erforderlichen Spalt fixiert sein, sie kann in einer zur Abkühlung des Polymers nachfolgenden Kühlkammer eingebaut sein, und sie kann auch ein Bestandteil des Extrusionskopfes sein, d.h. im Extrusionskopf integriert sein.

[0016] Besonders günstig ist es, wenn die Kalibrierung in einer unmittelbar nachfolgenden, unter Vakuum stehenden Kühlkammer eingebaut ist. Dadurch wird der Aufschäumvorgang zur Wandung der Kalibrierung erleichtert und somit der Schaumgrad erhöht.

[0017] Anhand der beiliegenden Figuren wird die Erfindung näher erläutert. Die Fig. 1-3 zeigen verschiedene Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

[0018] Über eine Ringdüse 2 eines Extruders wird geschmolzenes Polymer 4 unter Druck zugeführt. Durch eine mittige Öffnung wird ein Innenleiter 6 durch die Ringdüse 2 geführt. Mit einem Abstand x vor der Öffnung der Ringdüse 2 befindet sich eine Kalbirierung 1, die mittels eines Kühlmittels 9 gekühlt ist. Die gesamte Kalibrierung befindet sich in einer Kühlkammer 11, von der in den Fig. nur die Vorderwand zu sehen ist. Die Kühlkammer kann evakuiert sein. Das austretende flüssige Polymer 4 schäumt infolge der Druckentlastung auf und bildet das geschäumte Polymer 5. Der Durchmesser D der Kalibrierung 1 entspricht dem Durchmesser d der Ringdüse 2. Das flüssige Polymer 4 kommt daher sofort mit der Kalibrierung 1 in Kontakt und schäumt in Richtung zum Innenleiter 6 auf. Durch die sofortige Abkühlung wird ein Auf schäumen direkt bei der Kalibrierung 1 verhindert, sodass sich eine Außen-Skin 7 bildet, die wesentlich dichter ist als der Rest des geschäumten Polymers 5. Es bildet sich eine kalibrierte, sehr glatte Oberfläche aus.

[0019] In dem Hohlraum 10, der sich zwischen dem geschäumten Polymer 5 und dem Innenleiter 6 bildet, kann ein Vakuum angelegt werden, wodurch der Schäumungsgrad gesteigert wird.

[0020] Gemäß Fig. 2 liegt der Durchmesser d der Ringdüse 2 zwischen dem Durchmesser D der Kalibrierung 1 und dem Durchmesser des Innenleiters 6. Die Schäumung erfolgt daher sowohl in Richtung zum Innenleiter 6 als auch in Richtung zur Kalibrierung 1. Die Abkühlung erfolgt später, die Skin 7 ist daher dünner.

[0021] Es bildet sich zusätzlich zum Hohlraum 10 auch ein Hohlraum zwischen geschäumtem Polymer 5 und Kalibrierung 1 aus, der ebenfalls mit Vakuum beaufschlagt werden kann.

[0022] Gemäß Fig. 3 entspricht der Durchmesser d der Ringdüse 2 dem Durchmesser des Innenleiters 6. Die Schäumung erfolgt nur in Richtung zur Kalibrierung 1. Die Abkühlung erfolgt noch später, die skin 7 ist noch dünner.

[0023] Es bildet sich nur noch ein Hohlraum zwischen geschäumtem Polymer 5 und Kalibrierung 1 aus, der mit Vakuum beaufschlagt werden kann.

[0024] Dieses Verfahren kann auf alle Arten von Innenleitern angewendet werden: solid, verseilt, glattes oder gewelltes Rohr; Kupfer, Aluminium, Stahl usw. Selbstverständlich kann es auch auf solche Innenleiter angewendet werden, die vor der Schaumisolierung mit einer in Tandem- oder Co-Extrusionsverfahren aufgebrachten Innenskin zur besseren Haftung des Schaumes versehen sind. Das Verfahren lässt sich bei allen Durchmessern der Schaumisolation (des Dielektrikums) anwenden. Es eignet sich auch für Zwei- und Mehrschichtextrusion (auch bei Extrusion einer Außenskin).

[0025] Es eignet sich auch für beliebige Profilquerschnitte, z.B. Zwillingsleiter, Nutenkabel oder sonstige Konstruktionen.

Ansprüche

1. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von ummantelten Kabeln, insbesondere für Koaxialkabel mit einem Innenleiter und einem Außenleiter, wobei dazwischen ein geschäumtes Polymer als Dielektrikum angeordnet ist, bei welchem Verfahren das mit chemischen und/oder physikalischen Treibmitteln versetzte Polymer mittels eines Werkzeugs, insbesondere mittels eines Extruders, auf den Innenleiter aufgebracht und danach abgekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer unmittelbar nach dem Werkzeugaustritt an der Außenschicht mittels einer gekühlten Kalibrierung abgekühlt und kalibriert wird, sodass außen eine gegenüber dem restlichen Polymer dichtere Skin-Schicht entsteht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer in unmittelbarer Nähe der gekühlten Kalibrierung aufgebracht wird und das Auf schäumen in Richtung zum Innenleiter erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer in der Mitte zwischen der gekühlten Kalibrierung und dem Innenleiter aufgebracht wird und das Aufschäumen sowohl in Richtung zum Innenleiter als auch in Richtung zur Kalibrierung erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer in unmittelbarer Nähe des Innenleiters aufgebracht wird und das Aufschäumen in Richtung zur Kalibrierung erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man die Dicke der Skin-Schicht durch Änderung der Temperatur des Kühlmediums der gekühlten Kalibrierung regelt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Hohlraum zwischen dem Innenleiter und dem aufzubringenden Polymer und/oder in dem Hohlraum zwischen dem aufzubringenden Polymer und der Kalibrierung ein Vakuum aufgebaut wird, z.B. durch ein am Spritzkopf angeschlossenes Vakuumgerät.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem Extruder, der eine Ringdüse (2) zum Austritt des Polymers (4) und eine Öffnung im Zentrum der Ringdüse (2) für den Innenleiter (6) aufweist, sowie mit einer Kühlvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung eine gekühlte Kalibrierung (1) ist, die im Anschluss an die Ringdüse (2) vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (d) der Ringdüse (2) etwa dem Durchmesser (D) der Kalibrierung (1) entspricht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (d) der Ringdüse (2) zwischen dem Durchmesser (D) der Kalibrierung (1) und dem Durchmesser des Innenleiters (6) liegt. (Abb. 2)

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser (d) der Ringdüse (2) etwa dem Durchmesser des Innenleiters (6) entspricht. (Abb. 3)

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7-10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Ringdüse (2) und der Kalibrierung (1) ein Spalt (x) zur thermischen Isolierung vorgesehen ist, der ausreichend klein ist, um einen Austritt des Polymers (4) zu verhindern.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierung (1) direkt am Querspritzkopf mit dem erforderlichen Spalt (x) fixiert ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierung (1) in einer zur Abkühlung des Polymers (5) nachfolgenden Kühlkammer (11) eingebaut ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierung (1) ein Bestandteil des Extrusionskopfes, d.h. im Extrusionskopf integriert ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierung (1) in einer unmittelbar nachfolgenden, unter Vakuum stehenden Kühlkammer (11) eingebaut ist.

Zeichnung