Title:
Verfahren zur Ummantelung eines Kabels, Kabel und Verwendung eines Mantelmaterials zur Ummantelung eines Kabels
Kind Code:
A1


Abstract:

Es wird ein Verfahren zur Ummantelung eines Kabels angegeben, wobei eine Kabelseele mit einem Mantel aus einem pastösen Mantelmaterial ummantelt wird. Es wird weiterhin ein entsprechende Kabel angegeben sowie eine Verwendung eines pastösen Mantelmaterials.




Inventors:
Ernst, Christian (91781, Weißenburg, DE)
Goß, Sebastian (91154, Roth, DE)
Hitz, Bastian (92353, Postbauer-Heng, DE)
Wenzel, Jörg, Dipl.-Ing. (FH) (91154, Roth, DE)
Application Number:
DE102016209623A
Publication Date:
12/07/2017
Filing Date:
06/01/2016
Assignee:
LEONI Kabel GmbH, 90402 (DE)
Domestic Patent References:
DE102012109502A1N/A2014-06-12
DE102010060130A1N/A2012-05-10
DE3931224A1N/A1991-03-28
DE1515853A1N/A1969-11-13



Other References:
Heidrun Goth: In: BASF. Ludwigshafen: Für weiches Spielzeug und sichere Medizinversorgung. 2007. - Firmenschrift
Attorney, Agent or Firm:
FDST Patentanwälte Freier Dörr Stammler Tschirwitz Partnerschaft mbB, 90411, Nürnberg, DE
Claims:
1. Verfahren zur Ummantelung eines Kabels (2), wobei eine Kabelseele (6) mit einem Mantel (8) aus einem pastösen Mantelmaterial (M), insbesondere PVC, ummantelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Mantelmaterial (M) kaltgemischt ist und einer Extrusionsanlage (4) zugeführt wird sowie mittels eines Extrusionskopfs (12) der Extrusionsanlage (4) auf die Kabelseele (6) aufextrudiert wird und anschließend das Mantelmaterial (M) ausgehärtet wird.

2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Mantelmaterial (M) eine Aushärtetemperatur (AT) aufweist und kalt extrudiert wird, nämlich bei einer Verarbeitungstemperatur, welche geringer ist als die Aushärtetemperatur (AT), insbesondere bei Raumtemperatur (RT).

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mantelmaterial (M) eine Aushärtetemperatur (AT) im Bereich von 60 bis 80°C aufweist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Extrusionsanlage (4) einen kalt betriebenen Extruder (10) aufweist, welchem das Mantelmaterial (M) zugeführt wird und mittels welchem das Mantelmaterial (M) dem Extrusionskopf (12) der Extrusionsanlage (4) zugeführt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Extrusionsanlage (4) eine kalt betriebene Förderpumpe (10) aufweist, welcher das Mantelmaterial (M) zugeführt wird und mittels welcher das Mantelmaterial (M) dem Extrusionskopf (12) der Extrusionsanlage (4) zugeführt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mantelmaterial (M) ausgehärtet wird, indem das Kabel (2) nach dem Aufbringen des Mantelmaterials (M) auf die Kabelseele (6) einer Heizvorrichtung (16) zugeführt wird und dort beheizt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Extrusionskopf (12) kalt betrieben wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Extrusionskopf (12) ein Mundstück (14) aufweist, welches beheizt wird, wobei der übrige Extrusionskopf (12) unbeheizt betrieben wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kabelseele (6) ein Leiter ist.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kabelseele (6) beheizt wird, insbesondere bevor diese der Extrusionsanlage (4) zugeführt wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mantelmaterial (M) eine Mischung aus 100 Teilen eines PVCs, 25 bis 100 Teilen eines Weichmachers, 3 bis 18 Teilen eines Stabilisators und einem Füllstoff ist.

12. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das PVC eine Mischung aus E-PVC und S-PVC ist.

13. Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Weichmacher ein Hochtemperatur-Weichmacher ist, welcher bis zu einer Temperatur von 250°C temperaturbeständig ist.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Mantelmaterial (M) zumindest eine und vorzugsweise alle der folgenden Stoffe aufweist: DPHP als Weichmacher, ein Magnesium-Aluminium-Zink-System als Stabilisator, Kreide oder gecoatete Kreide als Füllstoff.

15. Kabel (2), mit einem ausgehärteten Mantel (8) ummantelt ist, welcher aus einem kaltgemischten, pastösen Mantelmaterial (M) hergestellt ist.

16. Verwendung eines pastösen Mantelmaterials (M) zur Ummantelung eines Kabels (2), wobei das Mantelmaterial (M) eine Mischung aus 100 Teilen eines PVCs, 25 bis 100 Teilen eines Weichmachers, 3 bis 18 Teilen eines Stabilisators und einem Füllstoff ist.

17. Verwendung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Mantelmaterial (M) kaltgemischt hergestellt ist.

18. Verwendung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Mantelmaterial (M) frei von Vernetzungsmitteln und/oder Comonomeren ist und/oder dass das Mantelmaterial (M) die folgenden Stoffe aufweist: DPHP als Weichmacher, ein Magnesium-Aluminium-Zink-System als Stabilisator, Kreide oder gecoatete Kreide als Füllstoff.

Description:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ummantelung eines Kabels, wobei eine Kabelseele mit einem Mantel aus einem pastösen Mantelmaterial, insbesondere PVC, ummantelt wird. Weiterhin betrifft die Erfindung ein entsprechendes Kabel sowie eine Verwendung eines Mantelmaterials zur Ummantelung des Kabels.

Ein Mantelmaterial für eine Leitungsisolation ist in der DE 10 2012 109 502 A1 beschrieben.

Grundsätzlich ist es möglich, das Mantelmaterial zunächst im Rahmen einer Compoundierung als Granulat zu fertigen und dieses dann einer Extrusionsanlage zuzuführen, um einen Kabelmantel auszubilden. Dabei erfolgt zumindest zweimal eine Erwärmung, nämlich einmal bei der Compoundierung, d.h. bei der Herstellung des eigentlichen Mantelmaterials, und ein weiteres Mal bei der Extrusion, bei welcher das Granulat erwärmt und aufgeschmolzen wird, um das Mantelmaterial überhaupt verarbeiten zu können. Nach der Compoundierung und vor der Extrusion wird das Mantelmaterial getrocknet und abgekühlt. Dadurch ist die gesamte Herstellung des Kabelmantels sehr energieaufwendig.

Das Mantelmaterial in der oben genannten DE 10 2012 109 502 A1 ist ein pastöses PVC, welches derart hergestellt ist, dass sich eine pastöse, schmelzeförmige Masse ergibt. Dies wird durch eine sogenannte Direktcompoundierung erreicht, bei welcher PVC als Ausgangsmasse einem Extruder zugeführt wird, dort mit Zuschlagstoffen, speziell einem Weichmacher vermischt wird und zugleich mit einem speziellen Temperaturprofil temperiert wird. Im Zuge der Temperierung erfolgt bereits eine Gelierung, d.h. Aushärtung des Mantelmaterials, da der Weichmacher vollständig in das PVC diffundiert.

In der DE 39 31 224 A1 wir ein Verfahren zur Ummantelung elektrischer Leiter mit weichgemachtem PVC, sogenanntem Plastisol beschrieben. Dazu wird das Plastisol in einem Tauchbad vorgelegt, durch welches der Leiter hindurchgezogen wird. An das Tauchbad schließt sich eine Heizzone an, zur Ausgelierung und Vernetzung des Plastisols.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ummantelung eines Kabels möglichst energieeffizient zu gestalten. Dazu soll ein möglichst energieeffizientes, verbessertes Verfahren zur Ummantelung eines Kabels, ein Kabel sowie eine Verwendung eines geeigneten Mantelmaterials für das Verfahren angegeben werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1, durch ein Kabel mit den Merkmalen gemäß Anspruch 15 sowie durch eine Verwendung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 16. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Varianten sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei gelten die Ausführungen im Zusammenhang mit dem Verfahren sinngemäß auch für das Kabel sowie für die Verwendung und umgekehrt.

Das Verfahren dient der Ummantelung eines Kabels, wobei eine Kabelseele mit einem Mantel aus einem pastösen Mantelmaterial, insbesondere PVC, ummantelt wird. Das Mantelmaterial ist kaltgemischt und wird einer Extrusionsanlage zugeführt sowie mittels eines Extrusionskopfs der Extrusionsanlage auf die Kabelseele aufextrudiert und anschließend ausgehärtet. Die Zuführung zum Extrusionskopf erfolgt insbesondere mittels einer Zuführeinheit der Extrusionsanlage, welche auch als Speicher oder Reservoir für das pastöse, kaltgemischte Mantelmaterial dient.

Der Erfindung liegt insbesondere die Beobachtung zugrunde, dass die Herstellung eines Kabelmantels durch Aufschmelzen und Extrudieren eines Granulats, welches vorher durch Compoundierung hergestellt wurde, sehr energieaufwendig ist.

Insgesamt wird hierbei zumindest zweimal jeweils eine Erwärmung und eine Abkühlung vorgenommen, sodass ein solches Verfahren besonders energie- und somit auch kostenintensiv ist.

Ein Kerngedanke der Erfindung besteht nun insbesondere darin, als Mantelmaterial ein modifiziertes und verbessertes Material zu verwenden, welches zuvor vorteilhafterweise in einem Kaltmischverfahren hergestellt wird, d.h. zu dessen Herstellung keine Aufwärmung über die Schmelztemperatur des Materials und entsprechend keine anschließende Abkühlung benötigt wird, sodass das Mantelmaterial ein kaltgemischtes Mantelmaterial ist. Mit anderen Worten: das Mantelmaterial wird zunächst aus verschiedenen Materialkomponenten oder Stoffen kalt zusammengemischt, wobei unter „kalt“ verstanden wird, dass auf eine herkömmliche Temperierung zur Schmelzebildung beim Vermischen verzichtet wird. Dies steht im Gegensatz zu einem herkömmlichen Compoundierungsverfahren, bei welchem zunächst die verschiedenen Materialkomponenten erwärmt werden, um diese miteinander im Rahmen einer Schmelze zu vermischen. Demgegenüber wird eine solche vorgeschaltete Erwärmung zwecks Vermischung ausgelassen.

Des Weiteren wird das Mantelmaterial beim Vermischen auch noch nicht ausgehärtet oder geliert, zumindest nicht vollständig. Die Materialkomponenten werden also bei einer Temperatur, auch als Mischtemperatur bezeichnet, vermischt, welche geringer ist als eine Schmelze- oder Aushärtetemperatur des Mantelmaterials, bevorzugt unterhalb von 100 °C. Üblicherweise werden zumindest zwei Materialkomponenten miteinander vermischt, nämlich ein Kunststoff, z.B. PVC, und ein Weichmacher. Um ein verarbeitungsfähiges Material zu erhalten muss der Weichmacher zumindest teilweise in den Kunststoff eindringen. Wesentlich beim Vermischen ist dann insbesondere, dass die Temperatur hierbei hoch genug ist, sodass der Kunststoff aufgeschlossen wird und der Weichmacher eindringen kann, jedoch gering genug, sodass das Material nicht vollständig geliert oder ausgehärtet wird und entsprechend einfach und flexibel verarbeitbar ist. Grundsätzlich ist die optimale Temperatur beim Vermischen von der Materialwahl abhängig und kann daher zumindest prinzipiell der Raumtemperatur entsprechen, wobei unter Raumtemperatur insbesondere eine Temperatur im Bereich von 15 bis 25 °C verstanden wird. Typischerweise liegt die Mischtemperatur jedoch oberhalb der Raumtemperatur. Bei der bevorzugten Verwendung von PVC als Materialkomponente wird dieses zweckmäßigerweise bei einer Mischtemperatur im Bereich zwischen 70 und 80 °C, insbesondere bei etwa 75°C mit den übrigen Materialkomponenten vermischt. Dem liegt die Beobachtung zugrunde, dass das PVC Molekülagglomerate bildet, welche zunächst aufgeschlossen werden müssen, um den Weichmacher einzuarbeiten. Ein zugemischter Weichmacher dringt erst ab einer bestimmten Temperatur, nämlich etwa 75°C, in den Kunststoff ein, wodurch dann die Materialkomponenten erst wirksam zu einer Paste oder Flüssigkeit vermischt werden. Das Eindringen des Weichmachers entspricht insbesondere bereits einer Teilgelierung des Mantelmaterials, stellt jedoch noch keine Aushärtung dar. Eine Aushärtung liegt erst vor, wenn der Weichmacher vollständig von dem PVC absorbiert worden ist.

Prozessbedingt ist es zudem unter Umständen möglich, dass auch ohne eine aktive Beheizung eine bezüglich der Raumtemperatur erhöhte Temperatur erreicht wird, insbesondere aufgrund parasitärer Effekte, wie beispielsweise Reibung. Solche prozessbedingten Erwärmungen werden nachfolgend nicht weiter berücksichtigt.

Im Gegensatz zum eingangs erwähnten Mantelmaterial der DE 10 2012 109 502 A1, welches durch Direktcompoundierung hergestellt wird, ist das vorliegende Mantelmaterial beim Zuführen in die Extrusionsanlage zur Extrusion auf die Kabelseele demnach noch nicht ausgehärtet. Dadurch ist das Mantelmaterial von pastöser Konsistenz, d.h. als Paste ausgebildet, und besonders einfach verarbeitbar. Dabei wird unter pastös insbesondere verstanden, dass das Mantelmaterial eine Viskosität im Bereich von wenigstens 10^3 mPa·s bis höchstens etwa 10^10 mPa·s aufweist. Das pastöse Mantelmaterial ist insbesondere auch ein Zwischenprodukt, d.h. die Herstellung des Mantelmaterials und die Herstellung des Mantels aus diesem Mantelmaterial bilden vorteilhaft zwei voneinander getrennte Schritte. Das in der Zuführeinheit angeordnete Mantelmaterial ist somit bereits fertig hergestellt. Eine Vermischung einzelner Materialkomponenten für das Mantelmaterial erfolgt in der Extrusionsanlage gerade nicht, sondern vielmehr in einem von der Extrusion separaten Herstellungsverfahren.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, dass vorliegend auch schon bei der Herstellung des Mantelmaterials auf eine Temperierung verzichtet wird, indem die Materialkomponenten kalt vermischt werden. Das Mantelmaterial wird somit insgesamt in einem pastösen Zustand hergestellt und in diesem dann auch verarbeitet und erst ausgehärtet, nachdem das Mantelmaterial die Zuführeinheit verlassen hat.

Unter „Aushärten“ wird im Rahmen der vorliegenden Anmeldung auch „Gelieren“ verstanden, besonders im Zusammenhang mit PVC als Mantelmaterial. Zur Herstellung des Mantelmaterials wird z.B. pulverförmiges PVC unter anderem mit einem Weichmacher vermischt, welcher sich zwischen die einzelnen PVC-Körner legt, wodurch eine pastöse Masse erzeugt wird. Beim Aushärten diffundiert der Weichmacher dann nach und nach in die PVC-Körner hinein und die Masse wird fester, d.h. deren Viskosität wird erhöht. Das Aushärten erfolgt durch eine Erwärmung des Mantelmaterials auf eine Temperatur oberhalb einer Aushärte- oder Schmelztemperatur des Mantelmaterials.

Dieses Mantelmaterial ist bereits unterhalb der Aushärtetemperatur und insbesondere bei Raumtemperatur besonders einfach zu verarbeiten. Das Mantelmaterial ist je nach konkret gewählter Viskosität zumindest knetbar oder sogar pumpbar. Das Mantelmaterial lässt sich demnach kalt verarbeiten. Das im vorliegenden Verfahren vorzugsweise verwendete spezielle Mantelmaterial ermöglicht, insbesondere aufgrund der speziellen pastösen Konsistenz, – d.h. der Viskosität, welche maßgeblich durch die anteilsmäßig aufeinander abgestimmten Materialkomponenten eingestellt ist – ein Verfahren ohne Temperierung des Mantelmaterials bei dessen Herstellung.

Die Kabelseele ist beispielsweise ein einfacher Leiter, eine Ader, ein Aderverbund, eine Leitung, selbst ein Kabel, eine oder mehrere optische Fasern, ein Medienschlauch, allgemein ein Schlauch oder eine Kombination hiervon.

Vorzugsweise wird das Mantelmaterial kalt extrudiert, nämlich bei einer Verarbeitungstemperatur, welche geringer ist als die üblicherweise verwendete Aushärtetemperatur und welche insbesondere der Mischtemperatur entspricht, d.h. derjenigen Temperatur, welche bereits zum Vermischen der einzelnen Materialkomponenten verwendet wurde. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass auf eine energieintensive Temperierung des Mantelmaterials während dessen Verarbeitung und speziell in der Zuführeinheit verzichtet wird und zweckmäßigerweise auch verzichtet wird. Bei der kalten Verarbeitung des Mantelmaterials ist zudem die Formung des Kabelmantels vorteilhafterweise von dessen Aushärtung getrennt. Die Verarbeitungstemperatur ist insbesondere definiert als die Temperatur des Mantelmaterials in der Zuführeinheit, sowie insbesondere am Übergang von der Zuführeinheit zum Extrusionskopf. Ein Vorteil der kalten Extrusion ist insbesondere, dass das Mantelmaterial geringeren Temperaturen als herkömmlicherweise ausgesetzt wird und dadurch vorteilhaft thermisch weniger beansprucht wird. Durch die verringerte Energiezufuhr wird eine Degenerierung oder sogar Zersetzung des Mantelmaterials bei der Fertigung des Strangguts effektiv vermieden. Insgesamt weist das Mantelmaterial im fertigen Produkt eine geringere thermische Zersetzung auf.

In einer ersten geeigneten Variante weist die Extrusionsanlage als Zuführeinheit einen kalt betriebenen, Extruder auf, welchem das Mantelmaterial vorzugsweise kalt zugeführt wird und mittels welchem das Mantelmaterial dem Extrusionskopf der Extrusionsanlage zugeführt wird. Dabei sind der Extruder und der Extrusionskopf jeweils eigenständige Teile der Extrusionsanlage, d.h. der Extrusionskopf ist kein Bestandteil des Extruders. Dadurch ist insgesamt eine kalte Extrusion des Mantelmaterials realisiert, durch welche signifikant Energie eingespart wird. Die Materialzufuhr erfolgt also ohne aktive Beheizung des Extruders und des Mantelmaterials, welches im Extruder gefördert wird. Der Extruder ist beispielsweise ein Schneckenextruder. Demgegenüber wird bei einer herkömmlichen Extrusion der Extruder mittels eines bestimmten Temperaturprofils beheizt, um das Mantelmaterial überhaupt erst verarbeitbar und extrudierbar zu machen. Dies ist vorliegend aufgrund des speziellen pastösen Mantelmaterials aber nicht notwendig. Vielmehr wird auf die Beheizung des Extruders verzichtet und die hierzu ansonsten benötigte Energie eingespart.

In einer zweiten geeigneten Variante weist die Extrusionsanlage als Zuführeinheit eine kalt betriebene Förderpumpe auf, welcher das Mantelmaterial vorzugsweise kalt und mittels welcher das Mantelmaterial dem Extrusionskopf der Extrusionsanlage zugeführt wird. Auch hierbei erfolgt also eine kalte Extrusion mit den oben genannten Vorteilen. Die Förderpumpe ist beispielsweise eine sogenannte Schmelzpumpe. Mit einer Förderpumpe lassen sich im Gegensatz zu einem Extruder vor allem solche Mantelmaterialien besonders einfach verarbeiten, welche eine besonders geringe Viskosität aufweisen, z.B. in einem Bereich zwischen etwa 0,7 mPa·s bis etwa 10^3 mPa·s, also quasi schon flüssig sind.

Die Variante mit der Förderpumpe stellt eine Alternative zum weiter oben genannten Extruder dar. Beide Varianten schließen sich jedoch nicht gegenseitig aus, sondern können grundsätzlich auch gemeinsam im Sinne einer mehrfachen oder abwechselnden Materialzuführung verwendet werden. Maßgeblich für die Wahl zwischen Extruder und Förderpumpe ist insbesondere die konkrete Viskosität des Mantelmaterials bei der Verarbeitungstemperatur.

In einer bevorzugten Ausgestaltung wird das Mantelmaterial ausgehärtet, indem das Kabel nach dem Aufbringen des Mantelmaterials auf die Kabelseele einer Heizvorrichtung zugeführt wird und dort insbesondere von außen beheizt wird. Das Aushärten des Mantelmaterials erfolgt dadurch vorrangig auch räumlich getrennt von dem Aufbringen des Mantelmaterials. Die Heizvorrichtung ist dabei der Extrusionsanlage in Förderrichtung nachgeschaltet, sodass das Kabel zunächst aus dem Extrusionskopf ausgegeben wird und danach der Heizvorrichtung zugeführt wird. Die Heizvorrichtung wird derart betrieben, dass das Mantelmaterial auf eine Temperatur oberhalb der Aushärtetemperatur erwärmt wird, z.B. auf 100 bis 200°C, und dadurch das Mantelmaterial geliert. Dabei wird die Temperatur jedoch unterhalb einer Zersetzungstemperatur gehalten, um das Kabel nicht zu beschädigen. Beispielsweise ist die Heizvorrichtung ein Rohrofen, durch welchen hindurch das Kabel gefördert wird. Ein solcher Rohrofen ist besonders für hohe Fertigungsgeschwindigkeiten im Bereich von 1 bis 50 m/s geeignet, insbesondere da die Länge des Rohrofens quasi beliebig wählbar ist und somit ein weiter Bereich an Fertigungsgeschwindigkeiten abdeckbar ist.

Insgesamt erfolgt eine Erwärmung vorteilhafterweise lediglich zum Aushärten des Mantelmaterials in aufgetragener Form. Zur Verarbeitung des Mantelmaterials, zum Aufbringen desselben sowie zu dessen Herstellung ist lediglich die oben bereits beschriebene geringe Erwärmung oder Temperierung notwendig, sodass zweckmäßigerweise auf eine zusätzliche Erwärmung über die Misch- und/oder Verarbeitungstemperatur hinaus verzichtet wird. Es wird demnach lediglich ein Erwärmungsschritt zwecks Aushärtung des Kabelmantels durchgeführt. Das Verfahren weist somit insgesamt deutlich reduzierte Energiekosten auf.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung wird der Extrusionskopf kalt betrieben, d.h. unterhalb der Schmelztemperatur des Mantelmaterials und bei einer Temperatur wie oben im Zusammenhang mit der Kaltmischung beschrieben. Darunter wird dann verstanden, dass der Extrusionskopf nicht aktiv beheizt wird oder lediglich auf die Misch- oder Verarbeitungstemperatur beheizt wird. Mit anderen Worten: die gesamte Extrusionsanlage wird kalt betrieben. Dadurch wird vorteilhaft Energie eingespart. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Extrusionsanlage insgesamt auch betriebssicherer ist, da die Gefahr von Verbrennungen oder Brandunfällen deutlich verringert ist.

In einer besonders bevorzugten Alternative weist der Extrusionskopf dagegen ein Mundstück auf, welches beheizt wird, wobei der übrige Extrusionskopf kalt betrieben wird. Durch das beheizte Mundstück ist bei der Extrusionsanlage in Förderrichtung eine frontseitige Heizzone ausgebildet, durch welche das Mantelmaterial beim Austreten aus der Extrusionsanlage bereits vorgewärmt wird. Dadurch wird die nachgeschaltete Aushärtung deutlich vereinfacht. Beispielsweise wird das Mundstück auf eine Temperatur von etwa 200°C geheizt. Durch das Mundstück wird das Mantelmaterial nicht notwendigerweise schon über die Aushärtetemperatur hinaus erwärmt. Das Mundstück dient zudem insbesondere der Formung des Mantels, insbesondere eines Querschnitt des Mantels und gibt auf diese Weise eine Außenkontur des Kabels vor.

Alternativ oder zusätzlich ist eine Bypassheizung ausgebildet, d.h. dass ein Bypass der Extrusionsanlage, über welchen das Mantelmaterial der Kabelseele zugeführt wird, beheizt wird. In dieser Ausgestaltung wird das Mantelmaterial also kurz vor dem Aufbringen auf die Kabelseele vorgewärmt, in jedem Fall jedoch weiterhin erst nach Verlassen des Extruders oder der Förderpumpe.

Die diversen, oben beschriebenen Heizkonzepte können sowohl einzeln verwendet werden, als auch miteinander kombiniert werden. In jedem Fall erreicht jedoch das Mantelmaterial insbesondere erst nach dem Aufbringen auf die Kabelseele eine Temperatur oberhalb der Aushärtetemperatur und wird dann vorteilhaft erst nach einer entsprechenden Formgebung ausgehärtet. Durch entsprechende Auslegung und Dimensionierung der verschiedenen Heizkonzepte wird zudem zweckmäßigerweise die Härte des Mantels und allgemein die Biegeflexibilität des Kabels eingestellt. Alternativ oder zusätzlich erfolgt die Einstellung der Härte und allgemein der Biegeflexibilität über die Rezeptur des Mantelmaterials, insbesondere die verwendeten Polymere und/oder Weichmacher.

Aufgrund der insbesondere thermischen Verbindung der diversen Teile der Extrusionsanlage miteinander ist es möglich, dass ausgehend von einem beheizten Mundstück oder Bypass ein Temperaturgradient ausgebildet ist, welcher zu einer gegenüber der Raumtemperatur erhöhten Temperatur beispielsweise des Extrusionskopfs führt. Dieser oder allgemein eine thermisch angebundene Komponente weist dann eine entsprechende Temperatur auf, wird aber weiterhin unbeheizt betrieben, d.h. nicht aktiv beheizt. Aufgrund der thermischen Anbindung erfolgt vielmehr lediglich eine passive Beheizung. Bei der Extrusionsanlage ist insbesondere lediglich der Extrusionskopf aktiv beheizt.

In einer geeigneten Ausgestaltung ist die Kabelseele ein Leiter. Das Kabel ist dann insbesondere eine Ader. Der Leiter ist beispielsweise ein einfacher Draht oder ein Litzenleiter. Der Leiter besteht z.B. aus Kupfer oder Aluminium.

Da das beschriebene Verfahren aufgrund der Ausgestaltung als Extrusionsverfahren vorteilhaft drucklos ist, eignet sich dieses ganz allgemein besonders für in dieser Hinsicht empfindliche Unterbauten, d.h. Kabelseelen.

In einer weiteren geeigneten Ausgestaltung wird die Kabelseele beheizt, insbesondere bevor diese der Extrusionsanlage zugeführt wird. Wie auch beim Vorwärmen über ein beheiztes Mundstück wird auch in dieser Ausgestaltung das Aushärten des Mantelmaterials deutlich vereinfacht, in diesem Fall jedoch durch ein Heizen des Mantels vom Inneren des Kabel aus. Die Beheizung der Kabelseele bietet sich besonders bei einem Leiter als Kabelseele an und ist dann z.B. durch eine Drahtheizung realisiert. Die Kabelseele wird beispielsweise auf etwa 200°C vorgewärmt und vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise auf eine Temperatur oberhalb der Aushärtetemperatur.

Wie bereits oben erwähnt, wird das vorliegende Verfahren maßgeblich durch das pastöse Mantelmaterial ermöglicht. Insofern wird die Aufgabe insbesondere auch durch das Mantelmaterial gelöst. Dieses ist vorzugsweise eine Mischung aus 100 Teilen eines PVCs, 25 bis 100 Teilen eines Weichmachers, 3 bis 18 Teilen eines Stabilisators und einem Füllstoff. Im gesamten Mantelmaterial weist der Weichmacher insbesondere einen Gewichtsanteil von 15 bis 50%, insbesondere bis 30% auf. Dadurch ist eine optimale Viskosität für das beschriebene Verfahren realisiert. Insgesamt ist das pastöse Mantelmaterial dann insbesondere nach Art einer Knetmasse ausgebildet und bei Raumtemperatur knetbar. Als Weichmacher sind beispielsweise DPHP oder DEHP geeignet und allgemein Pthalat- oder Trimellitatweichmacher.

Das PVC ist zweckmäßigerweise eine Mischung aus E-PVC, d.h. durch Emulsionspolymerisation gewonnenes PVC, und S-PVC, d.h. durch Suspensionspolymerisation gewonnenes PVC.

Der Anteil des Weichmachers am gesamten Mantelmaterial bestimmt insbesondere die Härte und die Reißdehnung des ausgehärteten Mantels. In einer geeigneten

Ausgestaltung weist der ausgehärtete Mantel eine im Bereich zwischen Shore-A-Härte 70 und Shore-D-Härte 50 auf. Die Reißdehnung ist geeigneterweise größer als 120%. In nicht-ausgehärtetem Zustand bestimmt der Weichmacher maßgeblich die Viskosität des pastösen Mantelmaterials.

Vorzugsweise ist der Weichmacher ein Hochtemperatur-Weichmacher, welcher bis zu einer Temperatur von 250°C temperaturbeständig ist, sodass das Kabel vorteilhaft für Hochtemperaturanwendungen geeignet ist. Unter Hochtemperaturanwendung wird insbesondere ein Betrieb bei einer Temperatur oberhalb von 100°C und über einen längeren Zeitraum von z.B. mehreren Monaten verstanden.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Mantelmaterial frei von Comonomeren, vorzugsweise frei von beidem und dadurch besonders einfach zu verarbeiten. Comonomere dienen häufig als Weichmacher. In der genannten Ausgestaltung wird dann auf Comonomere als Weichmacher verzichtet und es wird stattdessen ein anderer Weichmacher verwendet.

In einer geeigneten Alternative ist dem Mantelmaterial ein Comonomer als Weichmacher beigemischt und das Mantelmaterial ist frei von einem Hochtemperatur-Weichmacher, welcher bis zu einer Temperatur von 250°C temperaturbeständig ist. Es wird somit ein Niedrigtemperatur-Weichmacher verwendet.

In einer geeigneten Ausgestaltung weist das Mantelmaterial zumindest eine der folgenden Stoffe auf: DPHP als Weichmacher, ein Magnesium-Aluminium-Zink-System als Stabilisator, Kreide oder gecoatete Kreide als Füllstoff. In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Mantelmaterial alle der genannten Stoffe auf. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung besteht das Mantelmaterial lediglich aus den genannten Stoffen und aus PVC, insbesondere in der oben genannten Zusammensetzung.

Das Magnesium-Zink-Aluminium-System wird allgemein auch als Stabilisator-Package bezeichnet und besteht insbesondere aus Magnesium, Zink, Aluminium in Kombination mit einem Gleitmittel, beispielsweise einem Stearat. Alternativ oder zusätzlich ist dem Stabilisator Calcium beigemengt

Ein erfindungsgemäßes Kabel ist nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt und mit einem ausgehärteten Kabelmantel, d.h. Mantel ummantelt, welcher aus einem kaltgemischten, pastösen Mantelmaterial hergestellt ist. Das Mantelmaterial ergibt sich durch Aushärten des oben beschriebenen pastösen Mantelmaterials.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen jeweils schematisch:

1 eine Extrusionsanlage für ein Verfahren zur Ummantelung eines Kabels und

2 exemplarisch einen Temperaturverlauf des Mantelmaterials im Verlauf des Verfahrens.

In 1 ist die Ummantelung eines Kabels 2 mittels einer Extrusionsanlage 4 in einer Schnittansicht entlang einer Förderrichtung F des Kabels 2 gezeigt. Das Kabel 2 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine einfache Ader, welche als eine Kabelseele 6 einen Leiter aufweist, auf welchen ein Mantel 8 aufextrudiert wird. Zur Ausbildung des Mantels 8 wird ein pastöses Mantelmaterial M verwendet, welches in pastöser Form in einer Zuführeinheit 10 vorliegt und aus dieser einem Extrusionskopf 12 zugeführt wird. Die Zuführeinheit 10 ist beispielsweise ein Extruder oder eine Förderpumpe. Mittels des Extrusionskopfs 12 wird das Mantelmaterial M dann auf die Kabelseele 6 aufgetragen. Der hier gezeigte Extrusionskopf 12 weist hierzu eine nicht näher bezeichnete Ringkammer auf, über welche das Mantelmaterial M geeignet verteilt wird. Weiterhin weist der Extrusionskopf 12 ein Mundstück 14 auf, über welches das Kabel 2 die Extrusionsanlage 4 verlässt und welches hier die Form des Mantels 8 und somit eine Außenkontur des Kabels 2 vorgibt.

Das gezeigte Verfahren ist besonders energiearm, da zum Einen eine energieaufwändige Compoundierung zur Herstellung des Mantelmaterials M entfällt und zum Anderen ebenjenes Mantelmaterial M zur Verarbeitung nicht temperiert werden muss. Die Zuführeinheit 10 ist daher unbeheizt und wird hier sogar bei Raumtemperatur RT betrieben, d.h. bei einer Temperatur im Bereich von 15 bis 25°C. Insgesamt ist somit eine besonders energieeffiziente, kalte Extrusion realisiert. Diese wird insbesondere durch das spezielle, pastöse Mantelmaterial M ermöglicht, welches bei der genannten Temperatur besonders einfach verarbeitbar, insbesondere knetbar ist.

Nach dem Aufbringen des Mantelmaterials M auf die Kabelseele 6 wird das Mantelmaterial M ausgehärtet, d.h. hier auch geliert. Dabei wird das Mantelmaterial M über eine Aushärtetemperatur AT hinaus erwärmt. Dazu ist dem Extrusionskopf 12 in Förderrichtung F eine Heizvorrichtung 16 nachgeschaltet, welche den Mantel 8 entsprechend erwärmt. Beispielsweise wird der Mantel 8 auf etwa 200°C erwärmt, wohingegen die Aushärtetemperatur AT lediglich etwa zwischen 60 und 80°C beträgt. Das Aufbringen und das Aushärten des Mantelmaterials M erfolgen demnach räumlich getrennt. Vor dem Aufbringen wird das Mantelmaterial M im Wesentlichen unterhalb der Aushärtetemperatur AT verarbeitet und nach dem Aufbringen dann über diese hinaus erwärmt.

Zum Vorwärmen ist in 1 zusätzlich auch das Mundstück 14 beheizt, sodass das gerade aufgetragene Mantelmaterial M bereits am Mundstück 14 vorgewärmt wird und somit das nachfolgende Aushärten erleichtert ist. Zudem wird in dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Kabelseele 6 mittels einer Drahtheizung 18 bereits vorgewärmt, bevor die Kabelseele 6 der Extrusionsanlage 4 zugeführt wird. Auf diese Weise wird das Aushärten auch vom Inneren des Kabels 2 aus unterstützt. Die in 1 gezeigten drei Heizkonzepte, nämlich der Beheizung der Kabelseele 6, dem beheizten Mundstück 14 und der Heizvorrichtung 16, können auch jeweils allein verwendet oder beliebig miteinander kombiniert werden.

Das Mantelmaterial M besteht in 1 aus mehreren Materialkomponenten, nämlich aus einem PVC, welches insbesondere eine Mischung E-PVC und S-PVC ist, einem Weichmacher, insbesondere DPHP, einem Stabilisator, insbesondere einem Magnesium-Aluminium-Zink-System mit einem Gleitmittel, und einem Füllstoff oder gecoateter Kreide. Dabei weist jede der Materialkomponenten einen bestimmten Anteil auf, um eine für das Verfahren geeignete Viskosität einzustellen. So enthält das Mantelmaterial M für 100 Teile PVC etwa 50 bis 100 Teile des Weichmachers, 3 bis 18 Teile des Stabilisators und 0 bis 200 Teile des Füllstoffs. Diese Materialkomponenten werden zur Herstellung des Mantelmaterials M kalt, d.h. bei einer Mischtemperatur miteinander vermischt. Diese beträgt hier etwa 75°C und ist jedenfalls geringer als die Aushärtetemperatur AT, sodass noch kein vollständiges Aushärten oder Gelieren erfolgt und das Mantelmaterial M als pastöse und besonders einfach zu verarbeitende Masse vorliegt. Erst nach dem Aufbringen auf die Kabelseele 6 erreicht das Mantelmaterial M aufgrund der diversen verwirklichten Heizkonzepte eine Temperatur MT oberhalb der Aushärtetemperatur AT und wird dann ausgehärtet. Durch geeignete Dimensionierung der Heizkonzepte lassen sich die Härte des Mantels 8 sowie allgemein die Biegeflexibilität des Kabels 2 einstellen.

In 2 ist stark schematisiert ein möglicher Temperaturverlauf für die Temperatur MT des Mantelmaterials M im Verlauf des Verfahrens dargestellt, d.h. hier der Einfachheit halber als eine Temperatur T in Förderrichtung F. Deutlich erkennbar ist zunächst, dass die Zuführeinheit 10 unbeheizt betrieben wird und das Mantelmaterial dort bei Raumtemperatur RT vorliegt. Gleiches gilt für den Extrusionskopf 12 mit Ausnahme des Mundstücks 14, welches hier beheizt ist. Außerdem erfolgt gegen Ende des Extrusionskopf 12 hin zum Mundstück 14 auch eine Erwärmung aufgrund der Vorwärmung der Kabelseele 6. Bei dem in 2 gezeigten Verlauf wird die Aushärtetemperatur AT erst in der Heizvorrichtung 16 erreicht.

Je nach Auslegung der diversen Heizkonzepte ist es jedoch auch möglich, dass das Mantelmaterial M die Aushärtetemperatur AT bereits im Mundstück 14 oder kurz dahinter und noch vor der Heizvorrichtung 16 erreicht. Auch ist es möglich, dass die Heizung aufgrund einer thermischen Verbindung der diversen Teile der Extrusionsanlage 4 zurückwirkt und zu einem Temperaturanstieg im Extrusionskopf 12 führt. Grundsätzlich weist das Mantelmaterial M beim Zuführen von der Zuführeinheit 10 in den Extrusionskopf 12 jedoch eine Temperatur MT unterhalb der Aushärtetemperatur AT auf, insbesondere entspricht die Temperatur MT dabei der Raumtemperatur RT.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • DE 102012109502 A1 [0002, 0004]
  • DE 3931224 A1 [0005]
  • DE 102012109502 [0014]