Title:
Verfahren zur Herstellung einer Leitung sowie Leitung
Kind Code:
A1


Abstract:

Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer Leitung angegeben, welche einen Isolationsmantel mit reduzierter Haftreibung aufweist. Weiterhin wird eine entsprechende Leitung angegeben.




Inventors:
Köppendörfer, Erwin (91126, Schwabach, DE)
Schill, Markus (80689, München, DE)
Application Number:
DE102016215563A
Publication Date:
02/22/2018
Filing Date:
08/19/2016
Assignee:
LEONI Kabel GmbH, 90402 (DE)
International Classes:
Domestic Patent References:
DE102015210867A1N/A2016-12-15



Foreign References:
AT511018A12012-08-15
GB1290886A1972-09-27
45979211986-07-01
32330121966-02-01
WO2012061474A22012-05-10
Attorney, Agent or Firm:
FDST Patentanwälte Freier Dörr Stammler Tschirwitz Partnerschaft mbB, 90411, Nürnberg, DE
Claims:
1. Verfahren zur Herstellung einer Leitung, wobei auf einen Kern ein Isolationsmantel aus einem Mantelmaterial aufextrudiert wird, welches von einer Zuführeinheit mit einem bestimmten Massedruck bereitgestellt wird und mittels eines Extrusionskopfs aufgetragen wird, wobei der Isolationsmantel eine Oberfläche aufweist, welche strukturiert wird, indem der Massedruck mittels eines Anregungselements zeitlich variiert wird.

2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Massedruck variiert wird, indem mittels des Anregungselements eine Druckwelle in das Mantelmaterial eingekoppelt wird.

3. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Druckwelle eine Schallwelle ist, mit einer Frequenz im Bereich zwischen 1 und 20 kHz.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Anregungselement ein Piezoelement ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Oberfläche in einer Längsrichtung der Leitung strukturiert wird, indem der Massedruck periodisch variiert wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Oberfläche strukturiert wird, indem diese mit einem Wellenprofil ausgebildet wird, welches in Längsrichtung verläuft.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Massedruck derart variiert wird, dass der Isolationsmantel mit einem Außendurchmesser ausgebildet wird, welcher entlang der Leitung um höchstens 10µm und insbesondere um wenigstens 10nm variiert.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Isolationsmantel eine Innenfläche aufweist, welche zum Kern hin orientiert ist und welche ebenfalls strukturiert wird, indem der Massedruck variiert wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leitung trennmittelfrei hergestellt wird, indem der Isolationsmantel unmittelbar auf den Kern aufextrudiert wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Isolationsmantel rotationssymmetrisch ausgebildet wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Oberfläche strukturiert wird, indem Bereiche mit unterschiedlichem Außendurchmesser ausgebildet werden, und wobei jegliche Übergänge zwischen den Bereichen abgerundet ausgebildet werden.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei am Isolationsmantel zwei Arten von Abschnitten ausgebildet werden, nämlich eine erste Abschnittsart, entlang welcher die Oberfläche strukturiert wird und eine zweite Abschnittsart, entlang welcher die Oberfläche nicht strukturiert wird.

13. Leitung, welche nach einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist, mit einem Kern und mit einem Isolationsmantel, welcher aus einem Mantelmaterial hergestellt ist und welcher mit einer strukturierten Oberfläche auf den Kern aufextrudiert ist.

Description:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Leitung sowie eine solche Leitung.

Eine elektrische Leitung weist einen Leitungskern auf, kurz als Kern bezeichnet, und einen Leitungsmantel, auch als Isolationsmantel bezeichnet. Der Kern ist üblicherweise ein Leiter, beispielsweise ein Einzeldraht oder ein Litzenleiter und dient der Übertragung von Strom oder elektrischen Signalen. Alternativ besteht der Kern aus mehreren Elementen, beispielsweise mehreren Adern, Leitungen und/oder Funktionselementen, und wird dann auch als Seele bezeichnet. Eine Leitung mit einem solchen Kern wird üblicherweise auch als Kabel bezeichnet, ist vorliegend jedoch auch vom Begriff „Leitung“ mit umfasst. Der Isolationsmantel ist aus einem isolierenden Material gefertigt und umgibt den Kern, um diesen nach außen hin elektrisch zu isolieren und insbesondere auch vor Umwelteinflüssen, beispielsweise mechanischer oder chemischer Art, zu schützen.

Der Isolationsmantel derartiger elektrischer Leitungen wird durch ein Extrusionsverfahren aufgebracht. Der Kern wird hierbei durch einen Extrusionskopf einer Extrusionsanlage gezogen, wobei dem Extrusionskopf zur kontinuierlichen Ausbildung des Isolationsmantels fortlaufend ein Mantelmaterial zugeführt wird, typischerweise eine Kunststoffmasse. Üblicherweise wird nach dem Extrusionskopf die Leitung durch ein Kühlbad, insbesondere Wasserbad, gezogen, um eine möglichst schnelle Erstarrung des zunächst zähflüssigen und noch weichen Mantelmaterials des Isolationsmantels zu erreichen.

Bedingt durch den Extrusionsprozess weisen derartige Leitungen typischerweise eine sehr glatte Oberfläche des Isolationsmantels auf. Dies führt insbesondere bei der Verwendung von Polyurethan (PU) als Mantelmaterial für den Isolationsmantel dazu, dass der Isolationsmantel an anderen Oberflächen haften bleibt. Da derartige Leitungen nach ihrer Herstellung üblicherweise auf Lager- und Transporttrommeln aufgerollt und später von diesen wieder abgerollt werden, führt dies beim Abrollen zu gewissen Problemen, insbesondere zu nachteiligen Reibungseffekten. Durch die hohe Haftung zeigt sich nämlich unter anderem der sogenannte „Slip-/Stickeffekt“, also der sogenannte Haftgleiteffekt, der insbesondere dann auftritt, wenn die Haftreibung deutlich größer ist als die Gleitreibung.

In der unveröffentlichten, auf die Anmelderin zurückgehenden deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2015 210 867.8 wird eine elektrische Leitung beschrieben, mit einem aufextrudierten Isolationsmantel, in welchen eine sich in Längsrichtung erstreckende Struktur mit einer Vielzahl von Strukturelementen eingeprägt ist. Zur Herstellung werden diese Strukturelemente nachfolgend zur Extrusion des Isolationsmantels in den noch weichen Isolationsmantel eingeprägt.

In der AT 511 018 A1 wird ein Kabeltrommelkabel beschrieben, mit einer Kunststoffummantelung, welche zur Verbesserung des Wickelverhaltens eine Vielzahl an Längsrillen als Oberflächenstrukturelemente umfasst. Diese werden bei der Herstellung mittels eines Prägerads aufgebracht.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zu Herstellung einer Leitung anzugeben. Mittels des Verfahrens sollen unerwünschte Reibungs- und Hafteffekte am Isolationsmantel möglichst reduziert werden sowie eine möglichst geringe Haftreibung erzielt werden. Weiterhin soll eine entsprechende Leitung angegeben werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Leitung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Leitung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 13. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Varianten sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das Verfahren dient zur Herstellung einer Leitung. Dabei wird unter „Leitung“ im Rahmen der vorliegenden Anmeldung allgemein ein Stranggut mit einem Kern und einem darauf aufgebrachten Isolationsmantel verstanden. Die Leitung ist insbesondere eine elektrische Leitung, sodass der Kern zur Übertragung elektrischer Leistung und/oder elektrischer Signale dient und der Isolationsmantel zur Isolation des Kerns. Der Kern ist in einer Variante ein einfacher Leiter, in einer anderen Variante ein Verbund aus mehreren Leitern, Adern, Leitungen und/oder Funktionselementen.

Bei dem Verfahren wird der Isolationsmantel aus einem Mantelmaterial gefertigt und auf den Kern aufextrudiert. Das Mantelmaterial ist insbesondere ein Kunststoff, beispielsweise ein Polyurethan (PU). Das Mantelmaterial wird von einer Zuführeinheit mit einem bestimmten Massedruck bereitgestellt und mittels eines Extrusionskopfs aufgetragen. Die Zuführeinheit ist beispielsweise ein Extruder oder eine Schmelzepumpe. Der Extrusionskopf und die Zuführeinheit sind jeweils ein Teil einer Extrusionsanlage. Von der Zuführeinheit ausgehend wird das Mantelmaterial zum Extrusionskopf gefördert und aufgrund des Massedrucks auf den Kern aufgedrückt und aus dem Extrusionskopf herausgedrückt. Zur Ausbildung des Isolationsmantels entlang des Kerns wird dieser in einer Förderrichtung mit einer Fördergeschwindigkeit durch den Extrusionskopf gefördert, d.h. insbesondere abgezogen.

Der Isolationsmantel weist eine Oberfläche auf, welche bezüglich des Kerns nach außen weist und in fertigem Zustand der Leitung insbesondere eine Außenfläche ebenjener Leitung bildet. Bei dem Verfahren wird die Oberfläche strukturiert, indem der Massedruck mittels eines Anregungselements zeitlich variiert wird. Dadurch wird insbesondere auch eine Fördermenge für das Mantelmaterial variiert, d.h. die Menge an Mantelmaterial, welche pro Zeiteinheit aufextrudiert wird. Das Anregungselement erzeugt demnach einen Volumenhub, welcher zu einem veränderten Massedruck und einer veränderten Fördermenge führt.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, dass mittels des Verfahrens auf besonders einfache und effiziente Weise eine Leitung mit strukturierter Oberfläche ausgebildet wird, aufgrund welcher die Leitung nach außen hin verbesserte Reibungs- und Hafteigenschaften aufweist. So weist die Oberfläche eine besonders geringe Haftreibung auf, nachteilige Reibungseffekte werden verringert und die Gefahr eines Auftretens des Haftgleiteffekts wird deutlich reduziert.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich bei der Weiterverarbeitung der Leitung, d.h. der Verwendung der Leitung als Halbzeug und insbesondere beim Umspritzen oder Überspritzen des Isolationsmantels, wobei ein weiteres Material aufgetragen wird. Aufgrund der strukturierten Oberfläche greift das weitere Material in den Isolationsmantel quasi ein, wodurch bei der Weiterverarbeitung eine besonders stabile Verzahnung ausgebildet wird. In einem auf diese Weise gefertigten Gesamtverbund beispielsweise mehrerer Leitungen mit einem gemeinsamen Außenmantel, ist die Leitung mit strukturierter Oberfläche vorteilhaft verrutschsicher fixiert.

Vorteilhaft ist weiterhin, dass sich mittels des Verfahrens zugleich eine mattierte Oberfläche erzeugen lässt. Dabei wird ein Mattierungseffekt direkt durch das Strukturieren der Oberfläche erzielt. Weitere Hilfsmittel und/oder Nachbehandlungsschritte, beispielsweise eine chemische Behandlung, sind nicht notwendig.

Der Erfindung liegt insbesondere die Überlegung zugrunde, dass eine strukturierte Oberfläche einem lokal oder bereichsweise veränderten Außendurchmesser des Isolationsmantels entspricht, d.h. einer veränderten aufextrudierten Materialmenge. Der Außendurchmesser ergibt sich fertigungstechnisch wiederum durch die Fördergeschwindigkeit, welche auch als Abzugsgeschwindigkeit bezeichnet wird, und den Massedruck des Mantelmaterials, d.h. die Fördermenge. Ein veränderter Außendurchmesser und damit eine strukturierte Oberfläche lassen sich somit durch eine Variation der Fördergeschwindigkeit oder des Massedrucks realisieren. Dabei ist letztere Variante besonders vorteilhaft, da dann eine insbesondere maximale Fördergeschwindigkeit beibehalten werden kann und eine Verringerung der Produktionsmenge vermieden wird.

Grundsätzlich ist es möglich, eine strukturierte Oberfläche wie eingangs beschrieben durch nachträgliches Einprägen in das noch weiche Mantelmaterial herzustellen. Dabei wird zunächst das Mantelmaterial aufextrudiert und die Leitung mit Isolationsmantel verlässt den Extrusionskopf, um nachfolgend einer Prägevorrichtung zugeführt zu werden. Mittels dieser erfolgt dann eine Umformung des Isolationsmantels, d.h. es werden Vertiefungen erzeugt, indem Mantelmaterial umgelagert wird. Dadurch entstehen an anderer Stelle zwangsweise Verdickungen.

Alternativ ist es möglich, die Fördermenge mittels der Zuführeinheit zu variieren, d.h. die bereitgestellte Menge an Mantelmaterial pro Zeiteinheit zu verändern, indem vor dem Aufextrudieren bereits dem Extrusionskopf eine zeitlich variierende Menge an Mantelmaterial zuzuführen. Dem sind jedoch Grenzen gesetzt, besonders hinsichtlich der Zeitskala auf welcher der Massedruck verändert werden kann aber auch bezüglich der Genauigkeit der Variation der Fördermenge. Besonders bei einem Extruder ist eine schnelle Änderung nicht möglich, da ein solcher typischerweise ein träges System bildet, dessen Fördermenge sich nachteilig lediglich langsam ändern lässt. Eine schnelle Variation des Massedrucks im Bereich von wenigen Sekunden oder deutlich darunter ist nicht möglich. Entsprechend lässt sich höchstens eine grobe Strukturierung der Oberfläche realisieren, mit einer lediglich geringen oder gar ausbleibenden Verbesserung der Reibungs- und Hafteigenschaften des Isolationsmantels.

Vorliegend wird vorteilhaft einerseits auf eine Steuerung der Fördermenge durch die Zuführeinheit verzichtet und andererseits auch auf eine nachträglich Umformung des Isolationsmantels. Vielmehr erzeugt das Anregungselement einen Volumenhub, welcher unabhängig von der Fördermenge der Zuführeinheit ist. Die Fördermenge wird somit erst nach der Zuführeinheit variiert, sodass diese gleichmäßig betrieben werden kann und selbst zunächst eine zeitlich betrachtet vorzugsweise konstante Menge an Mantelmaterial bereitstellt, d.h. die Fördermenge der Zuführeinheit wird vorzugsweise konstant gehalten. Zudem wird die Oberfläche noch im Extrusionskopf oder bereits davor strukturiert, sodass auf eine insbesondere aufwendige Nachbehandlung zur Strukturierung und entsprechende zusätzliche Werkzeuge verzichtet werden kann und vorzugsweise auch verzichtet wird. Die Strukturierung der Oberfläche ist insgesamt vorteilhaft von der Fördergeschwindigkeit des Kerns und dem Betrieb der Zuführeinheit entkoppelt, wodurch sich weiterhin ein vergrößerter Gestaltungsspielraum bezüglich der konkreten Ausgestaltung der Oberfläche ergibt und wodurch insbesondere auch bisher nicht herstellbare Strukturen herstellbar sind.

Das Mantelmaterial ist aufgrund der Förderung von der Zuführeinheit zum Extrusionskopf und auf den Kern grundsätzlich in Bewegung. Ein Kerngedanke der Erfindung besteht nunmehr insbesondere darin, dieser Bewegung eine weitere Bewegung zu überlagern und dadurch eine Änderung des Massedrucks zu realisieren. Hierzu regt das Anregungselement das Mantelmaterial zu einer zusätzlichen Bewegung an, welche sich durch das Mantelmaterial fortpflanzt und der Förderung in Förderrichtung überlagert wird.

Vorzugsweise wird der Massedruck variiert, indem mittels des Anregungselements eine Druckwelle in das Mantelmaterial eingekoppelt wird. Eine Druckwelle stellt eine Dichteänderung dar, welche sich durch das Mantelmaterial fortpflanzt und einen insbesondere lokal veränderten Massedruck zur Folge hat. Hierzu erzeugt das Anregungselement einen Volumenhub, durch welchen der Massedruck verringert oder erhöht wird, je nachdem, ob eine Volumenvergrößerung oder – verkleinerung erfolgt. Durch entsprechende Auslegung des Anregungselements lässt sich dann vorteilhaft eine besonders geringe Änderung des Massedrucks und/oder eine besonders schnelle Variation des Massedrucks realisieren, wodurch sich wiederum eine besonders fein strukturierte oder auch mikrostrukturierte Oberfläche herstellen lässt, insbesondere im Vergleich zu den oben erwähnten alternativen Methoden. Dabei wird unter „mikrostrukturiert“ insbesondere verstanden, dass die Abmessungen, welche die Struktur der Oberfläche beschreiben, z.B. Breite oder Tiefe von Vertiefungen der Oberfläche, kleiner sind als 1mm, bevorzugt kleiner als 0,1mm, besonders bevorzugt kleiner als 0,01mm.

Die Druckwelle ist bevorzugterweise eine Schallwelle, mit einer Frequenz im Bereich zwischen 1 und 20 kHz. Solche Schallwellen eignen sich insbesondere unter Berücksichtigung der Trägheit und Viskosität der üblicherweise verwendeten Mantelmaterialien besonders zur Erzeugung einer zusätzlichen Bewegung, welche dann eine mechanische Schwingung ist. Der genannte Wertebereich für die Frequenz der Schallwelle gestattet auch bei einer besonders hohen Fördergeschwindigkeit des Kerns eine hinreichend schnelle Variation des Massedrucks, um eine Oberfläche mit deutlich reduzierter Haftreibung herzustellen. Zur Änderung des Massedrucks wird dann mittels des Anregungselements eine Schallwelle erzeugt und diese in das Mantelmaterial eingekoppelt, welches auf diese Weise zum Schwingen angeregt wird. Dazu steht das Anregungselement zweckmäßigerweise mit dem Mantelmaterial in direktem Kontakt. Geeignet ist jedoch auch eine mittelbare Anregung über ein zwischengeschaltetes Übertragungselement.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist das Anregungselement ein Piezoelement, wodurch ein besonders geringer und zugleich schneller Volumenhub und eine entsprechend schnelle und flexible Änderung des Massedrucks realisiert ist. Ein Piezoelement ist zudem besonders kompakt und lässt sich an nahezu beliebiger Stelle der Extrusionsanlage anbringen, vorzugsweise im Extrusionskopf, um gezielt an dieser Stelle das Mantelmaterial zu bewegen.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung wird die Oberfläche in einer Längsrichtung der Leitung strukturiert, indem der Massedruck periodisch, d.h. wiederkehrend variiert wird. Die Oberfläche weist dann vorteilhaft eine periodische Struktur oder ein periodisches Muster auf. Das Mantelmaterial wird dabei mittels des Anregungselements in eine pulsierende Bewegung versetzt. Prinzipbedingt ergibt sich die Periodizität dann in Längsrichtung der Leitung, sodass der Isolationsmantel in einem Querschnitt entlang der Längsrichtung ein periodisches Profil, genauer gesagt Außenprofil aufweist. Die Struktur weist somit eine Periode auf, welche abhängig ist insbesondere von der Fördergeschwindigkeit des Kerns und der Frequenz, mit welcher das Anregungselement die Variation des Massedrucks erzeugt. Vorzugsweise liegt die Periode im Bereich zwischen 0,01mm und 1mm, sodass das Profil als Mikrostruktur ausgebildet ist, wodurch sich besonders gute Reibungs- und Hafteigenschaften des Isolationsmantels ergeben. Jedoch sind auch größere oder kleinere Werte denkbar und geeignet.

Durch eine Veränderung des Massedrucks wird generell mehr oder weniger Mantelmaterial ausgestoßen, d.h. aufextrudiert, sodass sich in Längsrichtung, d.h. längs der Leitung eine Variation im Außendurchmesser der Leitung und unter Umständen auch der Wandstärke des Isolationsmantels ergibt. Die Variation des Außendurchmessers ist bei einer periodischen Struktur durch die Periode gegeben. In einer zweckmäßigen Ausgestaltung wird die Oberfläche strukturiert, indem diese mit einem Wellenprofil ausgebildet wird, welches in Längsrichtung verläuft. Eine auf diese Weise strukturierte Oberfläche weist besonders gute Reibungs- und Hafteigenschaften auf. Aufgrund des Wellenprofils ergibt sich eine in Längsrichtung oszillierende Oberfläche, d.h. eine oszillierende Oberflächenstruktur. Diese oszillierende Ausgestaltung ist insbesondere ein Resultat einer gleichmäßigen Variation des Massedrucks, d.h. einer gleichbleibenden Frequenz der Schallwelle während der Extrusion. Das Wellenprofil ist insbesondere sinusförmig und besteht dann aus abwechselnd in Längsrichtung aufeinanderfolgenden Erhebungen und Vertiefungen. Bei der fertigen Leitung ist das Wellenprofil insbesondere im Querschnitt entlang der Längsrichtung erkennbar.

Die nachfolgende, lediglich beispielhafte und überschlagsmäßige Betrachtung soll insbesondere in Verbindung mit den vorangegangenen Ausführungen die grundsätzlichen Möglichkeiten des Verfahrens illustrieren, insbesondere bei Verwendung eines Piezoelements, zur Erzeugung von Schallwellen. Der Außendurchmesser der Leitung ist sowohl vom Massedruck des Mantelmaterials als auch von der Fördergeschwindigkeit des Kerns abhängig. Eine Leitung mit einem regulären Außendurchmesser von 4,6mm weist einen Isolationsmantel auf, mit einer Wandstärke von 0,65mm. Die Fördergeschwindigkeit beträgt 200m/s. Daraus folgt, dass pro Sekunde etwa 26,9ml Mantelmaterial ausgestoßen werden. Wenn das Anregungselement einen Volumenhub von 0,001ml aufweist und eine Druckwelle mit einer Frequenz von 15kHz erzeugt, werden pro Sekunde 15ml Mantelmaterial bewegt. Dadurch wird eine Außendurchmesservariation von 0,3mm erzeugen, d.h. die Oberfläche weist ein Wellenprofil mit einer Tiefe von 0,3mm. Das entspricht etwa 50% der regulären Wandstärke. Die Periode beträgt 0,2mm.

Am Zahlenbeispiel ist erkennbar, wie groß der Gestaltungsspielraum bei einer Veränderung der Parameter ist. Innerhalb des weiter oben genannten Frequenzbereichs ist eine Verringerung der Außendurchmesservariation, d.h. insbesondere der Tiefe des Wellenprofils, sowie der Periode um zumindest etwa eine Größenordnung möglich. Dabei wird die Periode zweckmäßigerweise von der Tiefe durch Anpassung der Fördergeschwindigkeit entkoppelt und unabhängig davon größer oder kleiner eingestellt. Der Volumenhub stellt einen weiteren Parameter dar, mittels welchem sich die Abmessungen, d.h. Tiefe und Periode der Struktur der Oberfläche weiter einstellen lässt. Dabei wir deutlich, dass bereits durch einen geringen Volumenhub von 0,001ml eine deutliche Strukturierung der Oberfläche möglich ist.

Durch das spezielle Anregungselement lassen sich besonders geringe Variationen des Massedrucks erzeugen und damit die Oberfläche besonders fein strukturieren. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird der Massedruck derart variiert, dass der Isolationsmantel mit einem Außendurchmesser ausgebildet wird, welcher entlang der Leitung um höchstens 10µm (Mikrometer) und insbesondere um wenigstens 10nm (Nanometer) variiert, d.h. die Tiefe, also die Differenz zwischen minimalem und maximalem Außendurchmesser beträgt vorzugsweise höchstens 10µm. Bei einem Wellenprofil sind die Vertiefungen oder Täler dann entsprechend höchstens 10µm tief ausgebildet. Insgesamt wird dadurch eine mikrostrukturierte Oberfläche erzeugt.

Der Isolationsmantel weist eine Innenfläche auf, welche zum Kern hin orientiert ist. Insofern ist der Isolationsmantel für sich genommen schlauchartig ausgebildet, mit der Oberfläche als Außenseite und der Innenfläche als Innenseite. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird die Innenfläche ebenfalls strukturiert, indem der Massedruck variiert wird. Dadurch wird eine strukturierte, vorzugsweise mikrostrukturierte Innenfläche ausgebildet, welche zu einem reduzierten Haftsitz des Isolationsmantels am Kern führt. Der Isolationsmantel lässt sich dann deutlich einfacher abisolieren. Bei der Herstellung wird das Mantelmaterial abschnittsweise fester an den Kern herangedrückt, wenn der Massedruck erhöht wird. Die Innenfläche ist dann profiliert und führt auf ähnliche Weise wie die strukturierte Oberfläche zu einer reduzierten Haftreibung bei Kontakt mit anderen Elementen, hier speziell dem Kern. In dieser Ausgestaltung hat die Variation des Massedrucks beim Extrudieren demnach vorteilhaft sowohl eine Innenwirkung als auch eine Außenwirkung.

Der vorteilhaften gleichzeitigen Strukturierung von Oberfläche und Innenfläche liegt insbesondere die Beobachtung zugrunde, dass es sich bei dem Mantelmaterial um ein inkompressibles Material handelt, zumindest inkompressibel im Vergleich zu einem Gas. Die Druckwelle, welche sich im Mantelmaterial fortpflanzt, führt somit zu einer kurzzeitigen, insbesondere geringen Dichteänderung und damit insgesamt zu einer Materialverschiebung. Aufgrund der Inkompressibilität des Mantelmaterials sind die Strukturierung der Oberfläche und der Innenfläche vorteilhaft miteinander gekoppelt. Mantelmaterial, welches bezüglich der Oberfläche nach innen gedrückt wird, wird entsprechend an der Innenfläche dichter an den Kern herangedrückt und umgekehrt. Auf diese Weise wird die Innenfläche insbesondere sozusagen als Negativ der Oberfläche ausgebildet.

Insbesondere in der Ausgestaltung mit strukturierter Innenfläche, kann vorteilhaft auf ein zusätzliches Trennmittel verzichtet werden, da die strukturell bedingte Haftsitzreduzierung bereits ausreichend ist, um ein einfaches Abisolieren zu gewährleisten. Daher wird in einer zweckmäßigen Ausgestaltung die Leitung trennmittelfrei hergestellt wird, indem der Isolationsmantel unmittelbar, d.h. direkt auf den Kern aufextrudiert wird. Der Isolationsmantel steht dann in Kontakt mit dem Kern. Auf ein Trennmittel zwischen Kern und Isolationsmantel wird vorteilhaft verzichtet. Insgesamt wird dadurch die Herstellung der Leitung vereinfacht.

Vorzugsweise wird der Isolationsmantel rotationssymmetrisch ausgebildet. Dadurch ergeben sich in Umfangsrichtung um die Leitung herum besonders homogene Reibungs- und Hafteigenschaften. Bei der Herstellung werden dann durch den variierenden Massedruck insbesondere Ringe oder Wülste auf der Oberfläche ausgebildet, welche die Leitung umlaufen und in Längsrichtung hintereinander angeordnet sind. Bei einem Wellenprofil ergibt sich dann insgesamt eine Vielzahl an ringförmigen Erhebungen und Vertiefungen, d.h. Ringen und Rillen, welche in Längsrichtung abwechselnd hintereinander ausgebildet sind. In einer Variante ist die Innenfläche wie oben beschrieben analog zur Oberfläche ebenfalls als Wellenprofil ausgebildet, mit Ringen, welche den Kern umlaufen.

Die strukturierte Oberfläche stellt eine räumliche Variation des Isolationsmantels dar. Grundsätzlich ist eine räumliche Variation auch mittels einer speziell geformten Düse im Extrusionskopf möglich, wobei jedoch grundlegende Unterschiede zu dem hier beschriebenen Verfahren bestehen. Bei einer speziell geformten Düse wird die Oberfläche durch Fortsätze oder Zähne strukturiert, welche in das Mantelmaterial eingreifen, sodass der Isolationsmantel an den entsprechenden Stellen dünner ausgebildet wird. Dabei ergibt sich jedoch zwangsläufig eine längsverlaufende Struktur, beispielsweise eine Vielzahl von Längsrillen oder auch Längsnuten, welche sich in Längsrichtung erstrecken. Demgegenüber wird vorliegend durch die zeitliche Variation des Massedrucks in Kombination mit der Fördergeschwindigkeit insbesondere vollumfänglich die Menge an extrudiertem Mantelmaterial verändert, sodass sich eine querverlaufende Struktur ergibt, beispielsweise die oben beschriebenen, hintereinander angeordneten Ringe und Rillen.

Die Oberfläche wird in einer zweckmäßigen Ausgestaltung strukturiert, indem Bereiche mit unterschiedlichem Außendurchmesser ausgebildet werden, wobei jegliche Übergänge zwischen den Bereichen abgerundet ausgebildet werden. Eine Bildung von scharfen Kanten am Isolationsmantel wird dadurch vorteilhaft vermieden. Die Bereiche mit unterschiedlichem Außendurchmesser sind insbesondere die oben erwähnten Erhebungen und Vertiefungen. Ein Abrunden der Übergänge zwischen den Bereichen mit unterschiedlichem Außendurchmesser wird insbesondere dadurch erzielt, dass das Mantelmaterial nach der Extrusion noch weich ist und dadurch die geformte Struktur zerfließt, bis das Mantelmaterial vollständig erstarrt ist. Zum Erstarren wird die Leitung in Förderrichtung hinter der Extrusionsanlage zweckmäßigerweise gekühlt, z.B. mittels eines Kühlbads. Unter „abgerundeter Übergang“ wird insbesondere eine Kante verstanden, mit einem in Längsrichtung gekrümmten Verlauf, welcher einen Krümmungsradius von wenigstens 0,5mm aufweist, vorzugsweise wenigstens 5mm und insbesondere höchstens 50mm.

In einer geeigneten Ausgestaltung werden am Isolationsmantel zwei Arten von Abschnitten, insbesondere Längsabschnitten ausgebildet, nämlich eine erste Abschnittsart, entlang welcher die Oberfläche strukturiert, insbesondere mikrostrukturiert wird, und eine zweite Abschnittsart, entlang welcher die Oberfläche nicht strukturiert und insbesondere auf herkömmliche Weise ohne Variation des Massedrucks hergestellt wird. Die Leitung wird dann mit unterschiedlichen Abschnitten ausgebildet, wobei die Abschnitte der ersten Abschnittsart eine reduzierte Haftreibung aufweisen, und die Abschnitte der zweiten Abschnittsart gerade nicht. Mit anderen Worten: die Leitung weist jeweils eine Anzahl von Antihaftabschnitten, nämlich die erste Abschnittsart, und Haftabschnitten, nämlich die zweite Abschnittsart. auf. Dadurch werden auf vorteilhafte Weise die Reibungs- und Hafteigenschaften des Isolationsmantels gezielt abschnittweise je nach Bedarf eingestellt.

Eine erfindungsgemäße Leitung ist nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt und weist einen Kern und einen Isolationsmantel auf, wobei der Isolationsmantel aus einem Mantelmaterial hergestellt ist und mit einer strukturierten Oberfläche auf den Kern aufextrudiert ist. Dabei ist die strukturierte Oberfläche durch die Extrusion ausgebildet, nämlich wie oben beschrieben durch eine Variation des Massedrucks während der Extrusion. Der Isolationsmantel ist insgesamt insbesondere spannungsfrei ausgebildet, da die Strukturierung erfolgt, während das Mantelmaterial noch weich ist und nicht in erstarrtem Zustand.

Besondere Merkmale des Isolationsmantels ergeben sich aus den oben beschriebenen Ausgestaltungen des Verfahrens. Nachfolgend werden vorteilhafte Varianten genannt, wobei die Aufzählung nicht abschließend ist.

So ist die Oberfläche in einer bevorzugten Variante mit einem Wellenprofil ausgebildet, d.h. mit einer Wellenform, welche in Längsrichtung der Leitung verläuft und gerade nicht quer dazu um die Leitung herum. Insbesondere ist hierbei der Isolationsmantel als eine Aneinanderreihung von ringförmigen Erhebungen und Vertiefungen ausgebildet, welche in Längsrichtung abwechselnd aufeinander folgen.

Alternativ oder zusätzlich weist der Isolationsmantel eine Innenfläche auf, welche insbesondere in analoger Weise zur Oberfläche ausgebildet ist. Dadurch ergibt sich eine vorteilhafte Haftsitzreduktion und der Isolationsmantel lässt sich einfacher Abisolieren. Die Innenfläche ist nicht notwendigerweise mit einem identischen Profil wie die Oberfläche ausgebildet, jedoch insbesondere mit gleicher Periode.

Alternativ oder zusätzlich ist die Leitung trennmittelfrei ausgebildet, d.h. zwischen Kern und Isolationsmantel ist kein Trennmittel angeordnet, sodass der Isolationsmantel unmittelbar am Kern anliegt.

Die Oberfläche ist insbesondere mikrostrukturiert, d.h. mit einer Mikrostruktur ausgebildet. Darunter wird verstanden, dass die Abmessungen, welche die Variation in der Verteilung und Anordnung des Mantelmaterials beschreiben, kleiner sind als 1mm, bevorzugt kleiner als 0,1mm, besonders bevorzugt kleiner als 0,01mm. Solche Abmessungen sind beispielsweise der Abstand in Längsrichtung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Erhebungen der Oberfläche, d.h. die Periode, oder die Differenz der Außendurchmesser von Erhebungen und Vertiefungen der Oberfläche, d.h. die Tiefe. Im Gegensatz zu makroskopischen Strukturen werden durch eine solche Mikrostruktur die Reibungs- und Hafteigenschaften der Oberfläche verbessert. Analoges gilt für die Innenfläche.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen jeweils schematisch:

1 eine Leitung in einer Schnittansicht und

2 eine Extrusionsanlage.

In 1 ist eine elektrische Leitung 2 in einer Schnittansicht quer zu einer Längsrichtung L gezeigt, in welcher sich die Leitung 2 erstreckt. Die Leitung 2 weist einen Kern 4 auf, auf welchen ein Isolationsmantel 6 aufextrudiert ist. Der Kern 4 ist vorliegend ein einfacher Leiter, in einer nicht gezeigten Variante dagegen z.B. ein Leiterverbund oder eine Kabelseele. Der Isolationsmantel 6 weist eine Oberfläche 8 auf, welche nach außen weist, und eine Innenfläche 10, welche nach innen zum Kern 4 hin weist. Die Leitung 2 wurde mittels eines speziellen Extrusionsverfahrens hergestellt, bei welchem die Oberfläche 8 und die Innenfläche 10 strukturiert wurden, so dass diese jeweils mit einer Struktur versehen sind, nämlich dem in 1 jeweils deutlich erkennbaren Wellenprofil, welcher hier insbesondere auch sinusförmig ist. Das Wellenprofil weist Erhebungen 12 und Vertiefungen 14 auf, welche Bereich mit unterschiedlichem Außendurchmesser A1, A2 bilden. Dabei weist die Leitung an den Erhebungen einen maximalen Außendurchmesser A1 auf und an den Vertiefungen 14 einen minimalen Außendurchmesser A2. Zwischen den Erhebungen 12 und den Vertiefungen 14 sind Übergänge 15 ausgebildet, welche abgerundet sind. Auf der Innenfläche 10 ergibt sich insbesondere ein Profil, welches leicht von der Sinusform der Oberfläche 8 abweicht. Dies ist insbesondere dadurch bedingt, dass bei der Herstellung der aufextrudierte Isolationsmantel 6 aufgrund des Kerns 4 nicht beliebig nach innen ausweichen kann und sich daher entsprechend deformiert. Insbesondere ist die Darstellung in 1 insgesamt lediglich prinziphaft. d.h. die Darstellung ist nicht maßstabsgetreu und auch die konkreten Strukturen der Oberfläche 8 und der Innenfläche 10 sind nicht notwendigerweise exakt und nicht auf sinusförmige Wellenprofile beschränkt.

Die Leitung 2 ist zudem rotationssymmetrisch ausgebildet, nämlich bezüglich einer sich in Längsrichtung L erstreckenden Längsachse. Dadurch bilden die Erhebungen 12 Ringe oder Berge und die Vertiefungen 14 Rillen oder Täler, welche um die Leitung 2 herum verlaufen und in Längsrichtung L abwechselnd hintereinander angeordnet sind. Aufgrund dieser Strukturierung ist sowohl nach außen als auch nach innen hin eine reduzierte Haftreibung realisiert. Nach außen wird dadurch der Haftgleiteffekt (Slip-/Stickeffekt) vermieden, wenn die Leitung 2 z.B. an einer Fläche oder an einer anderen Leitung entlanggeführt wird. Nach innen hin führt die reduzierte Haftreibung zu einem reduzierten Haftsitz, sodass sich der Isolationsmantel 6 einfacher vom Kern 4 abisolieren lässt. Daher ist in der gezeigten Ausführungsform auch auf ein Trennmittel zwischen Kern 4 und Isolationsmantel 6 verzichtet, die Leitung 2 ist also trennmittelfrei ausgebildet.

Die strukturierte Oberfläche 8 weist eine Tiefe T auf, welche der Differenz zwischen der radialen Erstreckung der Erhebungen 12 und Vertiefungen 14 der Oberfläche 8 entspricht. Die Tiefe T beträgt vorliegend 10µm und allgemein zwischen 10nm und 1mm. Das Wellenprofil weist zudem eine Periode P auf, welche hier in der Größenordnung der Tiefe T liegt, allgemein jedoch auch deutlich unterschiedlich sein kann und insbesondere in einem Bereich von 10µm und 10mm liegt. In einer nicht gezeigten Variante sind zudem unterschiedliche Längsabschnitte ausgebildet, wobei eine Art von Abschnitt mit einer strukturierten Oberfläche 8, z.B. wie in 1 ausgebildet ist, und eine zweite Art von Abschnitt mit einer glatten, d.h. nicht-strukturierten Oberfläche.

Herstellungsbedingt die sind Strukturen der Oberfläche 8 und der Innenfläche 10 insbesondere derart ausgebildet, dass Erhebungen 12 der Oberfläche 8 in Längsrichtung mit den Vertiefungen 14 der Innenfläche 14 zusammenfallen, d.h. die Profile sind gegenphasig ausgebildet, sodass sich insgesamt eine in etwa gleichbleibende Wandstärke W des Isolationsmantels 6 ergibt.

Die in 1 gezeigte Leitung 2 wird mittels einer Extrusionsanlage 16 wie beispielhaft in 2 gezeigt hergestellt. Dazu wird der Kern 4 in einer Förderrichtung F der Extrusionsanlage 16 zugeführt und auf den Kern 6 ein Mantelmaterial M aufextrudiert, aus welchem der Isolationsmantel 6 ausgebildet wird. Das Mantelmaterial wird in weichem Zustand aufgetragen, geformt und erstarrt anschließend. Zum Erstarren ist der Extrusionsanlage 16 z.B. ein nicht gezeigtes Kühlbad nachgeschaltet.

Das Mantelmaterial M wird mittels einer Zuführeinheit 18 bereitgestellt, welche in 2 ein Extruder ist, in einer Variante jedoch z.B. eine Schmelzepumpe. Das Mantelmaterial M wird einem Extrusionskopf 20 zugeführt, durch welchen der Kern 4 hindurchgefördert wird. Dabei wird das Mantelmaterial M mit einem bestimmten Massedruck extrudiert. Ein wesentliches Merkmal der Herstellung der Leitung 2 ist vorliegend, dass der Massedruck mittels eines Anregungselements 22 zeitlich variiert wird. Auf diese Weise wird das Mantelmaterial in eine pulsierende Bewegung versetzt und die Oberfläche 8 strukturiert. Vorliegend ist das Anregungselement 22 ein Piezoelement, welches im Extrusionskopf 20 angeordnet ist und eine Druckwelle D, genauer gesagt hier eine Schallwelle in das weiche Mantelmaterial M einkoppelt. Die Druckwelle D ist in 2 lediglich schematisch angedeutet. Dadurch wird insbesondere bei einer gleichbleibenden Fördergeschwindigkeit des Kern 4 mal mehr und mal weniger Mantelmaterial M aufextrudiert, sodass sich das im Zusammenhang mit 1 beschriebene charakteristische Profil der Oberfläche 8 und insbesondere auch der Innenfläche 10 ausbildet.

Das Anregungselement 22 wird im gezeigten Ausführungsbeispiel mit einer Frequenz im Bereich zwischen 1 und 20kHz betrieben. Bei gleichbleibender Frequenz wird entsprechend ein gleichmäßiges Wellenprofil erzeugt, wobei unter „gleichmäßig“ hier eine gleichbleibende Periode P verstanden wird. In einer Variante wird die Frequenz verändert, um auch die Periode P zu ändern. Grundsätzlich ist eine Änderung der Periode P auch durch eine Variation der Fördergeschwindigkeit möglich, wodurch sich jedoch unter Umständen die Produktionsgeschwindigkeit verringert.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • DE 102015210867 [0005]
  • AT 511018 A1 [0006]