专利名称：交联或硫化伸长元件的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种交联或硫化伸长元件的方法，在所述方法中，在挤出步骤中用可交联的合成材料层覆盖导体元件，并且在挤出步骤之后实施交联反应，而且在所述方法中，在挤出步骤之前的预热步骤中，通过在导体元件内部感应产生将加热导体元件的涡电流来预热导体元件。本发明还涉及一种用于交联或硫化伸长元件的设备。
背景技术：
本发明涉及用于感应加热用于制造电线和电缆的导电体的方法和设备。其针对提高制造电缆尤其是中高压能量电缆的电缆生产线的生产率，所述电缆具有绝缘结构，所述绝缘结构具有至少一层交联聚乙烯。用于中高压的能量传输电缆的一种广泛应用的结构由导电体(铜或铝)构成，所述导电体由一层或若干层通常为聚乙烯的塑料材料绝缘。这种绝缘材料在本身已知的挤出处理中被施加到导体上。为了提供足够的机械强度和电气强度，对挤出的热塑性聚合物材料进行交联处理。现有技术中已知且广泛应于本领域的一种交联方法是过氧化物交联处理。在这种众所周知的处理中，将过氧化物添加到热塑性材料中，这在温度效应的作用下将最终触发导致聚合物交联的化学反应。
硫化挤出生产线的原则性布置通常由放线设备(pay O f f )、计量绞盘(me t er i n gcapstan)、导体预热器、具有挤出头的挤出机组(extrusion group)、后加热器、硫化管、冷却管、链轨或绞盘和收线设备(take-up)构成。这种挤出生产线的操作和其部件本身已知，并且不需要进一步讨论。注意的是，在其它生产线设置中，预热器可以放置在计量绞盘的上游。在上述制造处理中，必须在这样的温度条件下将绝缘材料挤出到导体上，所述温度足够低，以避免在挤出设备中发生过早交联，因为这将导致绝缘材料产生缺陷。在挤出步骤之后，材料必须被加热到这样的温度，所述温度高到足以在尽可能最短的时间内开始并且完成化学反应。在硫化管(即，包围位于挤出头下游的挤出的电缆的管)中进行交联反应，在所述硫化管内部，通过辐射和/或对流传热加热电缆。然而，绝缘材料中的热扩散较低，并且靠近导体元件的聚合物层将耗费最长的时间来升高温度并且经受化学反应。用于改进这种加热/交联处理的现有技术已知的一种方法是在挤出步骤之前预热导体。通过在导体元件内部感应产生将加热导体元件的涡电流来获得这种预热。因此，热量从电缆内部传递到绝缘结构中，并且在更短的时间内完成加热/交联处理。已知这种感应加热元件并且其已投入使用较长时间。所述感应加热元件在挤出头上游用作预热器，并且在挤出头下游用作的后加热器，并且沿着硫化管布置。以上讨论的设备的示例能够是CH 专利 No. 644 548。然而，因为以下原因，已知设备限制了生产率方面的有益效果和预热量。在大多数能量电缆结构中，导体是股绞电线，所述股绞电线由多层金属丝构成。用于预热导体的预热器使用7-20kHz范围内的频率。由所述预热器产生的磁场的穿透到导体中的穿透深度受到限制。尤其在具有较大横截面积的导体中，所使用的预热器仅加热导体的股绞电线的最靠外的层。由于所述事实，最靠外的层的温度迅速升高，而导体芯部处的温度升高有一定的延迟。在预热器的出口处，最靠外的层和最靠内的层之间的温度相差一定量DT。差值DT取决于涡电流的强度以及导体暴露于电场的持续时间，即，预热器长度除以生产线速度。在预热器的下游，根据导体的尺寸和温差DT，导体的横截面上的温度能够在一定时间内基本均化为平均温度Tm。如果温差DT变得足够大，则最靠外的层和内层之间的不同的热膨胀将导致层与层之间失去接触并且最终导致导体散开。结果，不仅热量不再被传递到导体的内层金属丝，而且塑料材料可能会进入到最靠外的金属丝之间。在极端情况下，热膨胀可能会使导体卡在挤出头的导线引导件中。·
发明内容
由于以上事实，限制了能够施加到导体的预热速率，并且由此限制了所获得的导体温度。以上讨论的问题是现有技术中所存在的问题。本发明的目的是获得一种方法和一种设备，通过所述方法和设备能够解决现有技术中所存在的问题。这将利用本发明来获得。本发明的方法的特征在于，通过逐渐升高导体元件的温度来实施预热步骤，使得在预热步骤结束时，导体元件的最靠外的区域和导体元件的内层之间的温差保持低于预定水平。本发明的设备的特征在于，实施预热的装置布置成逐渐升高导体元件的温度，使得在实施预热的装置的出口处，导体元件的最靠外的区域和导体元件的内层之间的温差保持低于预定水平。本发明的优点在于，本发明解决了现有技术中所存在的上述问题。换言之，本发明提供一种方法和一种设备，与原先能够达到的温度水平相比，通过所述方法和设备能够在挤出步骤之前将导体温度升高到更高的水平，以提升挤出生产线的生产速度。
下面，将参照附图中示出的实施例更加详细地描述本发明，其中图1示出了硫化挤出生产线的原理性布置；图2示出了导体元件的示意性横截面；图3示出了导体元件的沿着典型的现有技术预热器的示意性温度曲线；图4示出了导体元件的沿着本发明的预热器的实施例并且与典型的现有技术的解决方案相比的示意性温度曲线；图5示出了导体元件的沿着本发明的预热器的另一个实施例的温度曲线。
具体实施例方式图1示出了硫化挤出生产线的原理性布置。硫化挤出生产线包括放线设备1、计量绞盘或计量链轨2、用于导体元件的预热器3、具有挤出头4的挤出机组、后加热器5、硫化管6、冷却管7、链轨或绞盘8和收线设备9。如先前所述，本领域中的技术人员熟知上述挤出生产线的操作，因此在此不再详细描述挤出生产线的操作和/或构造。图2示意性示出了由股绞电线10构成的典型的导体元件。如图2所示，导体元件包括多层金属丝10。在图2中，附图标记a表示导体元件的最靠外的区域或层，并且附图标记b表示导体元件的内层，即导体元件的芯部层。如先前所述，长期以来人们已知通过使用挤出机将绝缘层施加到导体元件上。例如由热塑性聚合物材料构成的所述绝缘层被施加到导体上并且被交联。通过使用过氧化物交联处理实施所述交联，在所述过氧化物交联处理中，温度效应触发导致聚合物交联的化学反应。在硫化管6中进行交联反应。然而，绝缘层中的热扩散较低，并且因此，当与绝缘层的聚合物材料的最靠外的层相比较时，靠近导体元件的聚合物材料需要耗费相当长的时间来升高温度并且经受化学反应。为了改进这种状况，本领域中已知的是通过在挤出步骤之前预热导体元件来改进交联处理。通过感应的方式实施所述预热，即通过在导体元件内部产生加热导体元件的涡电流来实施预热。在实践中，这意味着热量也从内部传递到挤出的绝缘层中，并且因此，加快了所述交联处理。图3示出了导体元件的沿着典型的现有技术预热器的示意性温度曲线。如图3所示，最靠外的层a的温度快速升高。与最靠外的层a的温度相比，内层b中的温度明显较为缓慢地升高。在预热器的出口处，最靠外的层和内层之间的温度相差图3中的附图标记DT表示的量。如以上讨论的那样，差值DT取决于涡电流强度和导体元件暴露于电场的持续时间。在预热器的下游，根据导体元件的尺寸和温差DT，导体元件横截面上的温度在一定时间内基本均化为平均温度Tm。在此必须指出的是，如果温差DT变得足够大，则最靠外的层和内层之间的不同热膨胀将易于导致所述层与层之间失去接触，并且最终导致导体元件的金属丝散开。结果，不仅热量不再被传递到导体元件的内层金属丝，而且塑料材料也可能会进入到最靠外的层的金属丝之间。在极端情况下，热膨胀可能会使导体元件卡在挤出头的导线引导件中。由于金属丝的氧化面，上述问题非常严重，尤其对于铝导体来说，对于漆包线也是如此。上述问题意味着限制了能够施加到导体元件的预热速率，并且因此限制了所获得的导体温度。图4示意性示出了与现有技术相比的本发明的基本原理。通过描述在短预热器中温度如何升高示出了现有技术。图4的这个部分对应于图3。用附图标记DTs表示在所述短预热器的出口处导体部件的最靠外的层a和内层b之间的温差。用图4中的附图标记Tms表示所述短预热器之后的平均温度。根据本发明的基本理念，通过缓慢(即，逐渐)升高导体元件的温度来实施预热步骤，使得在预热步骤结束时，导体元件的最靠外的层或区域a和导体元件的内层b之间的温差保持低于预定水平。换言之，利用本发明，可以获得基本上与利用现有技术所获得的平均温度相等的平均温度，但是对于本发明，预热器的出口处的温差DTI明显更小。利用本发明，还可以获得比使用现有技术所获得的生产线速度更高的生产线速度。这是因为预热器的出口处的温差能够一直处于所有操作条件下，并且能够保持低于一定的预定水平。这意味着能够消除现有技术的上述缺点。在图4的实施例中，使用了长预热器，并且用图4中的虚线表示长线圈(即，长预热器)的效果。用图4中的附图标记DTI表示长预热器的出口处的温差。用图4中的附图标记TmI表示所述长预热器之后的平均温度。图4清晰示出了 DTI小于DTs。因为更长时间的暴露，所以能够降低感应功率，并且因此导体元件的最靠外的层a和内层b之间的温差减小到可接受的水平。能够将预热器的长度设定成使得DTI能够达到某一预定水平。图4基本上示出了本发明的实施例，在所述实施例中，在一个连续步骤中实施具有降低的功率的更长时间的暴露。然而，这不是唯一的可能性，而是也能够以其它方式实施本发明的基本理念。 图5示意性涉及一个实施例，在所述实施例中，利用两个接连的步骤，S卩，通过使用预热器I和预热器2实施加热步骤。在图5的实施例中，所述两个预热器(即，感应线圈)间隔开放置，使得导体元件内部的温度以这样的方式变化，即，使得最外层和内层之间的温差没有在导体元件的金属丝之间产生过度的热膨胀差异。在图5中用附图标记DTl和DT2表示预热器的出口处的温差。在图5的实施例中，两个预热器放置成相距一定距离。感应功率保持在使得在预热器的出口处没有发生不利的膨胀的水平。第一预热器与第二预热器之间相距的距离确定为使得在导体元件进入第二预热器之前，导体元件中的温度横穿导体元件变得一致。图5中的附图标记Tml表示所述一致的温度，即，在第一预热器之后的平均温度。在第二预热器中，导体元件平均温度升高到显著更高的水平，而同时又没有损坏导体元件。图5中的附图标记Tml+2表示第二预热器之后的平均温度。图5的实施例使用了两个预热器。然而，很有可能使用多于两个的预热器，这些加热器以参考图5的实施例描述的方式放置成相距预定的距离。例如，当使用两个预热器时，能够使第一预热器位于计量绞盘或者计量链轨(SP，图1中的附图标记2表示的台阶(step))前面。然而，也能够使两个预热器位于计量绞盘或计量链轨(即，图1中的附图标记2表示的台阶)的后面。在本发明的精神内，也很可能例如使用布置成相互接触的两个预热器。这个实施例例如有利于产生长预热器，以便获得长且连续的预热步骤。分开的接连预热器之间的最优距离取决于所使用的预热器，并且还取决于生产条件。也很可能将预热器制制成可运动的结构，以便使得能够在各种生产条件中获得最优的距离。示出的结构不是能够实施本发明的仅有的可能选项，所述结构还可以例如是使得预热器或所述预热器中的至少一个能够被取走并且布置到不同的位置。可替代地，预热器或所述预热器中的至少一个可以安装到可运动的平台结构。所述可运动的平台结构可以进行步进移动或连续移动或者既能够进行步进移动也能够进行连续移动由现场试验获得的以下数据能够支持本发明。生产线CCV，10 X 6m加热，145m水冷却1、招 150mm220kV (0. 7mm+5. 5mm+0. 6mm):-T (预热)20... 110摄氏度一速度=19. 6米/分钟-T (预热I) 20...80摄氏度+T (预热2) 80... 145摄氏度一24. 4米/分钟2、招 1 SOmm2IOkV (0. 7mm+3. 4mm+0. 6mm):
-T (预热)20... 110摄氏度一31. 2米/分钟-T (预热I) 20…80摄氏度+T (预热2) 80... 145摄氏度一速度=40. 0米/分钟以上示出的示例通过在使用逐渐加热(在这些实例中为逐步实现加热步骤)证明了能够获得更高的生产线速度。换言之，本发明非常有利于生产率。以上已经通过使用 附图中描述的实施例描述了本发明。示出的 实施例并不用于限制本发明，可以在权利要求 的范围内完全自由地对本发明作出改变。
权利要求
1.一种交联或硫化伸长元件的方法，在所述方法中，在挤出步骤(4)中用能够交联的合成材料层覆盖导体元件，并且在所述挤出步骤(4)之后进行交联反应，而且在所述方法中，在所述挤出步骤之前的预热步骤(3)中，通过在所述导体元件内部感应产生加热所述导体元件的涡电流来预热所述导体元件，其特征在于，通过逐渐升高所述导体元件的温度实施所述预热步骤(3)，使得在所述预热步骤结束时，所述导体元件的最靠外的区域(a)和所述导体元件的内层(b)之间的温差(DT)保持低于预定水平。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在一个连续步骤中实施所述预热步骤(3)。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用至少两个接连的步骤来实施所述预热步骤(3)。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述两个接连的步骤之间相距一距离，并且所述距离确定为使得在一个步骤之后，在实施另一个步骤之前，温度横穿所述导体元件变得一致。
5.一种用于交联或硫化伸长元件的设备，在所述设备中，通过使用挤出头(4)用能够交联的合成材料层覆盖导体元件，并且在硫化管中且在所述挤出头(4)后面进行交联反应，而且在所述设备中，在所述挤出头前面通过装置(3)预热所述导体元件，所述装置布置成在所述导体元件内部感应产生加热所述导体元件的涡电流，其特征在于，实施预热的所述装置(3)布置成逐渐升高所述导体元件的温度，使得在实施预热的所述装置(3)的出口处，所述导体元件的最靠外的区域(a)和所述导体元件的内层(b)之间的温差保持低于预定水平。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，感应产生涡电流的所述装置(3)由一个感应线圈形成。
7.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，感应产生涡电流的所述装置(3)由至少两个接连布置的感应线圈形成。
8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，接连的两个感应线圈之间相距一距离，并且接连的两个感应线圈之间的所述距离确定为使得在一个感应线圈后面，并且在另一个感应线圈前面，温度(Tm)横穿所述导体元件变得一致。
9.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，接连的两个感应线圈布置成相互邻接。
10.根据权利要求7至9中任意一项所述的设备，其特征在于，至少一个所述感应线圈形成为能够运动的结构。
全文摘要
本发明涉及交联或硫化伸长元件的方法和设备。在所述方法中，在挤出步骤(4)中可交联的合成材料层覆盖导体元件，并且在挤出步骤(4)之后进行交联反应。在挤出步骤之前的预热步骤(3)中，通过在导体元件内部感应产生将加热导体元件的涡电流而预热导体元件。通过逐渐升高导体元件的温度而实施预热步骤(3)，使得在预热步骤结束时，导体元件的最靠外的区域(a)和导体元件的内层(b)之间的温差(DT)保持低于预定水平。
文档编号H01B13/00GK103035339SQ201210362730
公开日2013年4月10日 申请日期2012年9月26日 优先权日2011年9月30日
发明者E·卡尔沃龙 申请人:梅勒菲尔股份有限公司