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Die Erfindung betrifft ein Antriebskabel mit einer Kabelkern, einem Kabelmantel und einem Verzahlungsprofil zum Antreiben des Kabels in Längsrichtung durch Ausübung von Zug- und/oder Druckkräften in Längsrichtung des Antriebskabels.
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Herkömmliche Antriebskabel haben eine Kabelseele bzw. einen Kabelkern als bewegungsübertragendes Element. Optional nach Umwicklung des Kabelkerns mit Drähten oder nach dem Aufbringen von Zwischenlagen auf den Kabelkern wird der Kabelkern mit einer Arbeitswicklung helixförmig bzw. schraubenlinienförmig umwickelt, wobei die Arbeitswicklung „Antriebszähne” bereitstellt, mittels der das Antriebskabel in Längsrichtung durch Zahneingriff eines Ritzels in die Lücken zwischen den Windungen der Arbeitswicklung angetrieben wird.
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Ein einfaches Beispiel eines Antriebskabels ist in der
DE 29 00 499 A1 vorgeschlagen, bei der ein Bündel von gedrillten Metalldrähten mit einem helixförmig umlaufenden Metalldraht umwickelt ist.
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Ein komplexeres Antriebskabel ist aus der
DE 1 575 664 A1 bekannt, bei der ein Kabelkern als bewegungsübertragendes Element mit einer Endlage aus Metall umwickelt ist, die wiederum von einer Drahtlage umgeben ist, auf der schließlich eine Arbeitswicklung helixförmig aufgewickelt ist. Die helixförmige Arbeitswicklung übt dabei die Funktion einer Zahnstange aus, um das Arbeitskabel mittels eines Ritzels seitlich in Längsrichtung vor- oder zurückzuschieben.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Antriebskabel mit einem Verzahnungsprofil oder einen Antrieb mit einem solchen Antriebskabel vorzusehen, wobei das Antriebskabel einfach herstellbar ist. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren vorzusehen, mit dem auf einfache Weise ein Antriebskabel mit Verzahnungsprofil herstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1, 11 bzw. 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei den herkömmlichen Antriebskabeln ist der Kabelkern bzw. die Seele als bewegungsübertragendes Element ausgebildet, dessen Ausdehnung bei Zug bzw. Stauchung bei Druck möglichst gering ist, um das Spiel des Antriebskabels zu minimieren und so die Präzision der Antriebskabelendposition zu erhöhen. Die helixförmig um die Seele gewickelte Arbeitswicklung ist dabei aus Metall ausgebildet, um bei wiederholter Verwendung möglichst geringen Verschleiß zu verursachen. Da die Arbeitswicklung durch den Antrieb nicht längs des Antriebskabels verschoben werden darf, muss diese durch elastische Verformung einer Zwischenlage unter Dauerspannung gegen den Kern gepresst werden, was einen hohen Herstellungsaufwand erfordert. Da die Arbeitswicklung aus mechanischen Gründen aus Metall ausgebildet ist, wird das Antriebskabel schwer und teuer. Zur Minderung von Schlag- bzw. Vibrationsgeräuschen durch das Anschlagen der Arbeitswicklung gegen die Innenwand einer Kabelführung werden zusätzliche geräuschreduzierende Hilfselemente zwischen der Außenseite des Antriebskabels und der Innenseite der Kabelführung benötigt. Weiterhin führt die metallische Arbeitswicklung beim Entlanggleiten innerhalb des Führungsrohrs und insbesondere an Umlenkstellen zu Abrieb und Geräuschen zwischen Kabelführung und Antriebskabel.
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Gemäß Anspruch 1 wird ein Antriebskabel vorgesehen, das zumindest einen im Kabel längs verlaufenden Kabelkern aufweist. Der Kabelkern ist das Zug- und Schubübertragende Element des Antriebskabels und weist vorzugsweise eine geringe Elastizität auf, so dass während der Zug- oder Schubphasen eine äußerst geringe Stauchung oder Dehnung auftritt. Weiterhin vorzugsweise weist der Kabelkern auch einen geringen Wärmeausdehnungskoeflizienten auf, so dass bei Temperaturänderungen die Längenänderung des Antriebskabels gering bleibt. Der Kabelkern kann aus einem einzigen Draht und/oder einer einzigen Faser ausgebildet sein, vorzugsweise weist der Kabelkern jedoch eine Vielzahl von Drähten und/oder Fasern auf. Als „Drähte” werden hier metallische Drähte oder Fasern bezeichnet.
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Auf den Kabelkern ist ein Kabelmantel aufextrudiert oder aufgespritzt, in dem in Längsrichtung ein Verzahnungsprofil ausgebildet ist. Das Verzahnungsprofil weist in Längsrichtung des Antriebskabels eine Vielzahl von Antriebszähnen auf. Die Antriebszähne können als einzelne Elemente mit begrenzten Abmessungen ausgebildet sein oder beispielsweise als helixförmige Bewicklung bei der die 'Vielzahl' von Zähnen durch Betrachtung eines Längsquerschnitts erkennbar sind (jedoch zum Bespiel in Helixrichtung endlos lang ausgebildet sind).
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Vorzugsweise ist der Kabelmantel aus einem aufextrudierten thermoplastischen Material oder einem aufgespritzten Kunststoffraterial ausgebildet, so dass die Verzahnung aus Kunststoff bereit gestellt ist, wodurch die Verzahnung ein geringes Eigengewicht im Vergleich zu einer helixförmigen Arbeitswicklung aus Stahl hat. Durch das Aufextrudieren oder Aufspritzen ist das Material des Kabelmantels fest mit dem Kabelkern verbunden, so dass zwischen Kabelkern und Kabelmantel bzw. Verzahnungsprofil keine Längsverschiebung stattfinden kann. Damit entfällt ein Umwicklungsprozess unter Aufwendung hoher Wicklungskräfte.
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Durch das Einbringen des Verzahnungsprofils in den und/oder auf dem aufextrudierten oder aufgespritzten Kabelmantel ist die Profilform selbst weitgehend unabhängig vom Herstellungsprozess – beispielsweise im Vergleich zu einer festgelegten Helixform und der runden Drahtform bei einer aufgewickelten Arbeitswicklung. Beim Verzahnungsprofil ist das Verzahnungsraster weitgehend unabhängig von der Ausgestaltung des Kabelkerns und der Kabelkern muss nicht auf Einschnürungskräfte (wie bei der Wicklung) ausgelegt sein. Damit ergeben sich mehr Freiheitsgrade bezüglich der Optimierung des Kabelkerns, des Verzahnungsprofils und des Materials bzw. der Geometrie des Kabelmantels.
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Vorteilhaft ist die zumindest eine Faser des Kabelkerns eine mineralische Faser, eine Glasfaser, eine Kunststofffaser oder eine Kohlefaser. Bei Verwendung von mehreren Fasern im Kabelkern können diese aus einem der vorgenannten Materialien ausgebildet sein oder die mehreren Fasern können eine Mischung von verschiedenen der vorgenannten Fasern sein. Beispielsweise eine Mischung aus zwei verschiedenen Fasern – z. B. mehrere Kohlefasern und ein oder mehrerer metallische Drähte. Durch die Kombination von Mehrfachfasern verschiedener Materialien können die Eigenschaften bezüglich des thermischen Ausdehnungskoeffizienten und/oder des Elastizitätsmoduls (Schub oder Zug) optimiert sein.
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Vorteilhaft wird das Verzahnungsprofil und somit werden die Antriebszähne durch Formgebung bei der Ausbildung des Kabelmantels eingebracht. Dadurch, dass die plastische Phase des aufextrudierten oder aufgespritzten Kunststoffmaterials bearbeitet und in die Form des Verzahnungsprofils überführt wird, ist keine nachträgliche Bearbeitung des Kabelmantels notwendig. Eine nachträgliche Bearbeitung wäre beispielsweise ein Materialabtrag durch Schneiden, Fräsen, Drehen oder dergleichen. Durch die Formgebung der noch plastischen Phase des Kabelmantelmaterials kann sich beispielsweise ein Polymerisierungs- oder Verbindungsprozess noch nach dem Ausbilden des Verzahnungsprofils fortsetzen, so dass die rechanische Stabilität des Verzahnungsprofils erhöht ist.
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Bei einer Ausgestaltung können die Antriebszähne des Verzahnungsprofils im Querschnitt des Antriebskabels rotationssymmetrisch oder in Längsrichtung helixförmig ausgebildet sein. Dies hat den Vorteil, dass das Antriebskabel beispielsweise mittels eines Ritzels aus jeder Umfangsstellung angetrieben werden kann. Das heißt die Drehstellung des Antriebskabels an einem Antriebselement bzw. in den Führungsrohren ist für den Antrieb unerheblich.
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Ganz besonders vorteilhaft sind die Antriebszähne des Verzahnungsprofils nur an einer Winkelposition oder an mehreren Winkelpositionen bzw. nur über einen Winkelbereich oder mehrere Winkelbereiche bezüglich des Querschnittsprofils des Antriebskabels ausgebildet. D. h. es liegt im Querschnitt senkrecht zur Längsachse keine Rotationssymmetrie oder Helixsymmetrie vor. Es kann bzgl. dieses Querschnitts eine Spiegelsymmetrie oder eine Mehrfachsymmetrie vorliegen, Durch diese winkelabhängige Ausbildung der Antriebszähne ist die mechanische Stabilität des Kabelmantels und/oder der Antriebszähne erhöht. Beispielsweise springen die Antriebszähne von einem Grundprofil des Antriebskabels weiter hervor, so dass die mechanische Stabilität der Antriebszähne und der Zahneingriff beispielsweise mit einem Ritzel verbessert sind, während die Gesamtmasse des Kabelmantels durch die Reduzierung der Kabelstärke außerhalb des Winkelbereichs (der Winkelbereiche) der Antriebszähne reduziert sein kann. Dadurch kann der Materialbedarf auf die Bereiche konzentriert werden, wo beim Antrieb hohe Kräfte zu übertragen sind, während der Gesamtmaterialbedarf und damit auch die Gesamtmasse des Antriebskabels verringert sind.
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In Ausgestaltung sind die Antriebszähne bezüglich einer Grundform des Kabelmantels im Querschnitt vorspringend ausgebildet. In diesem Fall wird bei geringem Materialbedarf für die Grundform des Kabelmantels die mechanische Stabilität durch die Vergrößerung des Eingriffsbereichs am Verzahnungsprofil erhöht und/oder die mechanische Anbindung der Antriebszähne an den Kabelkern verbessert. Sind dagegen die Antriebszähne bezüglich einer Grundform des Kabelmantels im Querschnitt zurückgesetzt (also als Ausnehmungen im Querschnitt der Grundform) ausgebildet (beispielsweise in Form von Quernuten bezüglich eines Zylindermantelförmigen Kabelmantels), so ist die Außenform des Kabelmantels weitgehend glatt (z. B. Zylindermantelfläche) und bei der Umlenkung des Antriebskabels in einem Führungskanal treten nur ganz geringe Haftreibungs- oder Formschlusskräfte an Unebenheiten der Kabelführung auf. Vorzugsweise ist die Grundform des Kabelmantels rund. In Ausgestaltung ist das Verzahnungsprofil teilweise in die Grundform (als Ausnehmungen) eingebracht und teilweise (in Querschnittsansicht) über die Grundform hervorstehend ausgebildet.
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Ganz besonders vorteilhaft sind die Zähne des Verzahnungsprofils gemäß einer vorbestimmten Verzahnungsgeometrie ausgebildet, wie beispielsweise in einer (abgerollten) Evolventenverzahnung, einer Konchoidenverzahnung, einer Zykloidenverzahnung oder einer Schneckenverzahnung ausgebildet. Gegenüber einer Verzahnungsausbildung mittels einer helixförmigen Arbeitswicklung, bei der ein „Zahn” in längs Querschnittsrichtung rund ausgebildet ist, ermöglicht eine vorbestimmte Verzahnungsgeometrie der Zähne des Zahnprofils eine Kraft- und/oder Verschleißoptimierte Verzahnung zwischen einem Antriebsritzel oder einer Antriebsschnecke und dem Zahnprofil des Antriebskabels. Dadurch verringert sich einerseits der Verschleiß zwischen Antriebselement und Verzahnung und andererseits kann das Verzahnungsprofil kleiner dimensioniert und/oder höhere Längsverschiebungskräfte auf das Antriebskabel übertragen werden – im Vergleich zu Antriebskabel mit helixförmigen Arbeitswicklungen.
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Ganz besonders vorteilhaft weist der Kabelkern eine Vielzahl von Drähten und/oder Fasern auf. Vorzugsweise sind die Drähte und/oder Fasern in einer Matrix eingebettet, so dass die mechanische Stabilität und der Verschleiß reduziert sind. Vorzugsweise ist das Material der Matrix zumindest leicht elastisch, so dass mit dem Antriebskabel ein enger Biegeradius ermöglicht wird, ohne dass eine Beschädigung des Kabelkerns auftritt. Alternativ oder zusätzlich kann zwischen den Drähten und/oder Fasern ein haftreibungsminderndes und/oder abstandgebendes Material (Spacermaterial) angeordnet sein, welches bei Biegebewegungen des Kabels die Gleitreibung zwischen den Drähten und/oder Fasern reduziert und so den Verschleiß reduziert. Das abstandgebende Material hält zumindest in Teilbereichen die kraftübertragenden Fasern und/oder Drähte des Kabelkerns voneinander beabstandet. Ist das haftreibungsmindernde und/oder abstandgebende Material teilelastisch, so ist wiederum der Verschleiß bei Biegebewegungen geringer bzw. es lässt sich ein geringerer Biegeradius erzielen. Das haftreibungsmindernde und/oder abstandgebende Material kann beispielsweise in Form von Fasen oder Drähten zwischen den Drähten und/oder Fasern, die die wesentliche Zug- und Schubkraftübertragung bewirken und/oder die Stauchung bei Schub und die Dehnung bei Zug aufgrund geringer Elastizität minimieren, angeordnet sein.
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Zur Erhöhung der mechanischen Stabilität und/oder der Flexibilität können die Drähte und/oder Fasern des Kabelkerns miteinander litzenartig verdreht, geschlagen und/oder geflochten sein.
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In Ausgestaltung ist der Kabelkern mit einer Haftvermittler- oder Primerschicht beschichtet, die die mechanische Verbindung zwischen dem Kabelkern und dem Kabelmantel erhöht. Beispielsweise kann die Haftvermittlerschicht ein Kunststoffmaterial sein, das beim Aufextrudieren oder Aufspritzen des Kabelmantels zumindest teilweise an- oder aufgeschmolzen wird und polymerisationsartig eine Verbindung zwischen dem Haftvermittler und dem Kabelmantelmaterial ausbildet.
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Aus Gewichtsgründen ist es besonders vorteilhaft, wenn der Kabelkern weder Metalldrähte noch Metallfasern aufweist.
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Der Kabelmantel ist vorzugsweise aus einem thermoplastischen Kunststoffausgebildet, der vorzugsweise mittels des Extrusionsverfahrens auf den Kabelkern aufextrudiert wird. Vorteilhaft ist es ein gleitreibungsmindernder Kunststoff der ausgehärtete thermoplastische Kunststoff ist hafttreibungsmindernd bei den Bewegungen durch oder entlang einer Kabelführung.
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Alternativ oder zusätzlich sind dem Material des Kabelmantels (z. B. dem thermoplastischen Kunststoff) Fasern zugesetzt, wie Kurzfasern, mittellange Fasern und/oder Langfasern. Dadurch ist die mechanische Stabilität verbessert und/oder der Verschleiß reduziert.
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Gemäß Anspruch 11 ist das Antriebskabel wie, vorzugsweise ein Antriebskabel wie oben beschrieben, bei einem Antrieb für ein Schiebedach, für ein Sonnenrollo, für ein Beschattungselement, für einen Tür- oder Heckklappenöffner, für ein Windleitelement (wie ein verstellbarer Heckspoiler), für ein Fensterelement oder für ein Falt- oder Klappdach eingesetzt. Der Antrieb weist ein Antriebsgehäuse auf, in dem zumindest ein motorisch angetriebenes Antriebsritzel oder zumindest eine motorisch angetriebene Antriebsschnecke angeordnet ist. Weiterhin ist durch das Antriebsgehäuse ein Antriebskabel geführt, das einen Kabelmantel und einen Kabelkern aufweist. Am auf den Kabelkern aufextrudierten oder aufgespritzten Kabelmantel ist ein Verzahnungsprofil in Längsrichtung ausgebildet. Das zumindest eine Ritzel oder die zumindest eine Schnecke steht mit dem Verzahnungsprofil in Eingriff, so dass das Antriebskabel bei Betätigung des zumindest einen Ritzels oder der zumindest einen Schnecke in Längsrichtung verschiebbar ist. Dazu ist das Antriebskabel in Längsrichtung verschiebbar im Antriebsgehäuse gelagert und an das Antriebsgehäuse schließt sich in Längsrichtung des Antriebskabels zumindest ein Hohlrohr an, durch das das Antriebskabel geführt ist.
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Gemäß des Verfahrens zum Herstellen eines Antriebskabels nach Anspruch 12, insbesondere zum Herstellen eines wie oben beschriebenen Antriebskabels, wird ein Kabelkern durch einen Extruder geführt und auf dem Kabelkern in einem Extrusionsschritt ein Kabelmantel aus thermoplastischem Material aufextrudiert. Auf den Extrusionsschritt folgt ein Formgebungsschritt bei dem das noch plastische Material des Kabelmantels so umgeformt wird, dass an der Außenseite des Kabelmantels ein Verzahnungsprofil entsteht.
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Wie oben beschrieben, weist das Verzahnungsprofil vorzugsweise eine fest vorgegebene Verzahnungsgeometrie auf, wie beispielsweise eine Evolventenverzahnung, eine Konchoidenverzahnung, eine Zykloidenverzahnung oder eine Schneckenverzahnung.
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Vorteilhaft wird beim Formgebungsschritt mittels eines Zahn-prägenden Elements das vorgegebene Verzahnungsprofil aufgeprägt, dessen Verzahnung demjenigen des später zum Antreiben des Antriebskabels verwendeten Antriebselement entspricht. Beispielsweise ist das Verzahrungsprofil-prägende Element ein Master für das Zahnprofil entweder in linearer (z. B. Stempel- oder Kettenförmig) oder aufgerollter Form (z. B. Prägeritzel als Master oder Urform). Wird beispielsweise später in einem Antrieb ein Ritzel als Antriebselement verwendet, so wird als formgebendes Element ein identisches oder ähnliches Ritzel verwendet, das in Längsrichtung an dem noch plastischen verformbaren Material entlang läuft und an dessen Außenseite entsprechende Zahneinprägungen aufprägt. Wird beispielsweise eine Schnecke später zum Antreiben des Antriebskabels verwendet, so kann eine seitlich des Kabelkerns angeordnete Schnecke im Formgebungsschritt verwendet werden, die synchronisiert zur Vorschubgeschwindigkeit des noch verformbaren Kabels in Drehung gesetzt wird und so eine vordefinierte Teil-Helixform auf einen Winkelabschnitt an der Außenseite des Kabelmantels aufprägt. Alternativ kann ein in Längsrichtung verlaufender Stempel mit dem negativen Verzahnungsprofil angesetzt und beim Vorschub des Antriebskabels mitgeführt werden, bevor wird der Stempel abgehoben und an einem nachfolgenden Abschnitt oder teilweise überlappend mit dem bisherigen Abschnitt neu angesetzt und wiederum in Längsrichtung mit der gleichen Geschwindigkeit des Antriebskabels verschoben wird. Oder beim Formgebungsschritt wird eine synchron zur Linearbewegung angetriebene Schnecke, die symmetrisch um den Kabelkern und -mantel angeordnet ist gedreht, so dass beispielsweise kontinuierlich eine Helixform am Außenmantel ausgeprägt wird.
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Vorzugsweise wird der Formgebungsschritt durchgeführt, wenn das thermoplastische Material des Kabelmantels bereits teilweise abgekühlt und somit teilweise ausgehärtet ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen, die teilweise in den Figuren dargestellt sind, erläutert. Die Figuren zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Extrusionsanlage, bei der Fasern mit einem thermoplastischen Kunststoff beschichtet werden, in den anschließend ein Verzahnungsprofil eingeprägt wird,
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1a eine Austrittsblende des Extruders,
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2a bis 2c ein erstes Ausführungsbeispiel eines Antriebskabels mit einseitigem Innenzahnprofil,
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3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Antriebskabels mit gegenüberliegenden, innenliegenden Verzahnungsprofilen,
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4 ein drittes Ausführungsbeispiel eines Antriebskabels mit Schrägverzahnung,
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5a bis 5c ein viertes Ausführungsbeispiel eines Antriebskabels mit umlaufendem Verzahnungsprofil, und
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6a bis 6c ein fünftes Ausführungsbeispiel eines Antriebskabels mit teilweise vorspringenden Zähnen des Verzahnungsprofils.
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1 zeigt in schematischer Blockdarstellung eine Extrusionsanlage zum Aufextrudieren eines thermoplastischen Kunststoffs auf Fasern, die den Kern eines Antriebskabels bilden. Einem Extruder 2 wird aus einer Thermoplastezufuhr 4 Kunststoffgranulat zugeführt, das im Extruder 2 aufgeschmolzen wird. Der Extruder 2 extrudiert einen Kabelmantel (vgl. 34 in 2a) auf einen Kabelkern- bzw. eine Kabelseele (vgl. 32 in 2a), wozu in axialer Längsrichtung ein Faserstrang 24 als Beispiel einer Faserseele durch den Extruder durchgezogen wird.
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Die Fasern des Faserstrangs 24 werden von Faserhaspeln 8a bis 8d zugeführt, wobei hierbei beispielhaft vier Faserhaspeln dargestellt sind. Die Anzahl der verwendeten Fasern (vier beim dargestellten Beispiel) kann entsprechend der Notwendigkeiten verringert sein (beispielsweise wird lediglich eine Faser als Kabelseele verwendet) oder erhöht sein. Beispielsweise kann die Zahl der Fasern 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, bis zu 20, bis zu 30, bis zu 50 oder mehr als 50 betragen. Anstelle von Fasern können ein oder mehr Drähte verwendet werden oder es können zur Ausbildung der Kabelseele Fasern und Drähte miteinander kombiniert sein. Vorzugsweise sind die Fasern Endlosfasern, es können aber auch Kurzfasern oder mittellange Fasern verwendet werden, die beispielsweise miteinander verspleisst sind.
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Bei dem Beispiel von 1 werden die einzelnen Endlosfasern 20 von den Faserhaspeln 8a bis 8d einem Faserförderer 10 zugeführt, der die Fasern von den Faserhaspeln abzieht und mit vorgegebener Geschwindigkeit eingangsseitig in den Extruder 2 zuführt. Im dargestellten Beispiel verlaufen die Einzelfasern in Längsrichtung parallel zueinander, alternativ können aber auch die Fasern verdreht werden, geflochten werden oder geschlagen werden, bevor sie dem Extruder zugeführt werden. Wie dargestellt wird das Faserbündel 22 nach dem Faserförderer 10 optional einem Primerinjektor 12 zugeführt, der das Faserbündel mit einer Primer- und/oder Haftvermittlerschicht durchtränkt oder beschichtet.
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Die optionale Primer- oder Haftvermittlerschicht verbessert die Haftung des Kabelmantelmaterials auf der Kabelseele 32 oder verbessert die Materialkompatibilität, um beispielsweise eine chemische Reaktion zwischen dem Material der Fasern und dem Material des Kabelmantels zu verhindern. Das Beschichten mit Primer oder Haftvermittler kann in einer separaten Anlage erfolgen. Das heißt, dass beispielsweise die Fasern in einer ersten Anlage mit dem Primer oder Haftvermittler beschichtet und/oder durchtränkt werden und der so entstandene Faserstrang 24 auf eine Faserstranghaspel aufgewickelt wird. Die Faserstranghaspel wird dann zur Extruderanlage überführt, wo dann der Faserstrang 24 als einzige 'Faser' des Kabelkerns bzw. der Kabelseele 32 in den Extruder 2 eingeführt wird.
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Im in 1 dargestellten Beispiel wird der optional mit dem Primer oder der Haftvermittlerschicht beschichtete Faserstrang 24 in den Eingang des Extruders 2 zugeführt, wo der Kabelmantel 34 auf den Faserstrang 24 aufextrudiert wird. Im Extruder 2 ist an der Austrittsseite eine Extruderblende 16 angeordnet, die in 1a vergrößert dargestellt ist. Die Extruderblende 16 ist in 1a von der Austrittsseite her dargestellt, die Längsachse des Kabels steht somit senkrecht zur Zeichenebene der 1a. Die Blende 16 definiert zunächst das Außenmaß des Kabelmantels 34. Innerhalb des Extruders 2 sind Leiteinrichtungen angeordnet, die die Seele 32 mittig bezüglich der Blende 16 zentrieren. Die Grundform der Blende 16 ist kreisförmig, wobei der Kreis an einem Ende tangentenbzw. sehnenförmig zurückgesetzt ist. Die Einschnürung 18 der Blende entzieht dem Mantelmaterial über den Umfangswinkelbereich Material, in dem später das Verzahnungsprofil aufgeprägt wird. Dabei ist die Materialreduktion durch die Einschnürung 18 so bemessen, dass durch den Verzahnungsvorgang (ggfs. unter Berücksichtigung von Materialschrumpfung während der Auskühlung des thermoplastischen Materials) im Mittel keine Materialverschiebung in Längs- oder Umfangsrichtung des Antriebskabels durch das Aufprägen des Verzahnungsprofils stattfindet. Das heißt, die Volumenreduktion im Mantelmaterial aufgrund der Einschnürung 18 entspricht dem mittleren Volumenmangel aufgrund der Ausbildung des Verzahnungsprofils am Außenumfang des Kabelmantels. Werden die Zähne des Verzahnungsprofils teilweise oder vollständig als Erweiterung der Grundform des Kabelmantels nach außen ausgebildet (vgl. Profil in 5a), so kann die Extruderblende 16 an den entsprechenden Bereichen anstelle einer Einschnürung eine Blendenerweitung aufweisen.
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Aus dem Extruder 2 tritt ein Glattkabel 26 aus, wobei hier „glatt” bedeutet, dass im Kabelmantel 34 noch keine Verzahnung ausgebildet ist. Das ausgetretene Glattkabel 26 wird einem Verzahner 6 zugeführt, wobei optional (hier nicht dargestellt) zwischen dem Extruder 2 und dem Verzahner 6 eine Kühleinrichtung zum Abkühlen des Glattkabels 26 angeordnet ist.
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Im Verzahner 6 wird von der Außenseite dem noch nicht abgekühlten Material des Kabelmantels ein Verzahnungsprofil aufgeprägt (vgl. 36 in 2). Das Aufprägen des Verzahnungsprofils im Verzahner 6 kann beispielsweise durch ein oder mehrere radial um die Kabellängsachse verteilt angeordnete Prägeritzel und/oder mehrere in Längsrichtung hintereinander angeordnete Prägeritzes eingeprägt werden. Das oder die Prägeritzel drücken ihre Prägezähne (Master- oder Urform) in das noch weiche Material des Mantels 34 und hinterlassen ein Verzahnungsprofil längs der Längsachse des Kabels. Dabei ist die Drehgeschwindigkeit des oder der Prägeritzel synchronisiert zur Längsfördergeschwindigkeit für das Kabel (Glattkabel 26), so dass sich ein vordefiniertes Verzahnungsprofil mit vorgegebenem Zahnabstand aufprägt.
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Im Verzahner 6 können eine oder mehrere Kühleinrichtungen vorgesehen sein, die sukzessive das Kabel bis zum Austritt aus dem Verzahner 6 abkühlen, so dass die aufgeprägte Form durch das Abkühlen teilgehärtet und formstabil ist. Beispielsweise ist bei Hintereinanderschaltung von mehreren Prägeritzeln mit longitudinalen Versatz zwischen den Ritzeln an der gleichen Winkelposition des Kabels eine Kühleinrichtung zwischen den Ritzeln angeordnet, so dass das am ersten Prägeritzel vorgeformte Verzahnungsprofil beim anschließenden Ritzel nur noch stabilisiert bzw. korrigiert wird. Ein oder mehrere der Prägeritzel können dabei selbst als Kühleinrichtung wirken.
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Zusätzlich oder anstelle des einen oder der mehreren Prägeritzel kann eine rotierende Prägeschnecke vorgesehen sein, die parallel versetzt zur Längsachse des Kabels angeordnet ist oder die koaxial um die Achse des Kabels angeordnet ist und somit entweder über einen vordefinierten Winkelbereich am Außenumfang des Kabels eine Schneckenverzahnung ausbildet oder am Umfang des Kabels ein helixförmiges Verzahnungsprofil ausbildet.
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Alternativ kann im Verzahner 6 auch ein gleichschnell mit der Fördergeschwindigkeit des Kabels umlaufendes Ketteneinrichtung vorgesehen sein, deren einzelne Kettenelemente jeweils einen oder mehrere Prägezähne als Urform aufweisen, die von der Eintrittsseite des Verzahners 6 her kommend in den Kabelmantel eindrücken, längsparallel zum Kabel in dieses eindrückend mitgeführt werden und die am Ende des Verzahners nach der Abkühlung und Stabilisierung der eingeprägten Form wieder aus dem Kabelmantel abgezogen werden.
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Nach dem Verzahner 6 verlässt das Kabel nun als verzahntes Kabel 28 den Verzahner 6 und wird optional in einen Kabelförderer 14 eingeführt, der das Kabel aus dem Verzahner 6 und dem Extruder 2 abzieht. Die Längsgeschwindigkeit des Kabels wird somit durch das Zusammenwirken des Faserförders 10 und des Kabelförderers 14 festgelegt. Optional ist nur der Faserförderer oder nur der Kabelförderer 14 vorgesehen. Das fertige verzahnte Kabel 28 wird ggfs. nach weiterem Abkühlen in einer Abkühleinrichtung auf eine Kabelhaspel aufgewickelt (nicht dargestellt).
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2a bis 2c zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel eines Kabels mit einer Kabelseele 32 und einem darauf aufextrudierten Kabelmantel 34. 2a zeigt einen Querschnitt an einer Längsposition, bei der ein Zahn 38 einer Verzahnung 36 bis zur höchsten Außenabmessung hervorsteht. 2b zeigt einen Längsquerschnitt durch das Kabel 30 an einer Position, bei der eine Quernut 40 zwischen zwei Zähnen 38 die tiefste Stelle erreicht. Zusätzlich ist in 2b ein Zahn 42 eines Ritzels dargestellt, der in die Quernut 40 eingreift. Die Tiefe der Quernut ist vorzugsweise so dimensioniert, dass die Nut den Kabelmantel 34 nicht vollständig bis zur Außenseite der Seele 32 durchdringt. Das heißt, dass trotz der Verzahnung 36 die Seele 32 vollständig durch das Material des Mantels umgeben ist. In alternativer Ausgestaltung kann die Tiefe der Quernut 40 so gewählt sein, dass die Seele 32 im Bereich der Talsohle der Nut 40 freiliegt.
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2c zeigt einen Querschnitt längs der Längsachse des Kabels 30 durch die Mitte der Seele 32, Wie zu erkennen ist, sind die Zähne 38 äquidistant angeordnet und die Zahnflanken sind hier als Schrägen vorgesehen. Zur weiteren Optimierung der Verschleißverringerung und Kraftübertragung zwischen einem Antriebsritzel und der Verzahnung 36 können die Flanken, Täler und Kuppen der Zähne 38 und Nuten 40 die abgerollte Form einer Evolventenverzahnung, einer Konchaidenverzahnung, einer Zykloidenverzahnung oder einer ähnlichen optimierten Verzahnung aufweisen.
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Wie im Querschnitt von 2a dargestellt, verläuft die Talsohle der Quernuten 40 parallel zu einer Tangente und die Quernuten 40 selbst sind Vertiefungen am Außenumfang in Bezug auf die kreisförmige Grundform des Antriebskabels 30. Da sich die Nut 40 nur an einem Teil des Außenumfangbereichs über einen Bogenwinkel α erstreckt, ist im übrigen Winkelbereich der Mantel 34 in voller Stärke vorhanden, so dass einerseits das Vorsehen des Verzahnungsprofils 36 den Mantel möglichst wenig schwächt und andererseits das Außenprofil abgesehen von den Quernuten rund ist. Durch den im Wesentlichen runden Querschnitt sind beim Betrieb und beim Durchführen des Antriebskabels 30 die Gleiteigenschaften entlang von Biegungen oder Schwellen in einem Antriebsgehäuse oder Führungskanal verbessert.
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Wie anhand des Eingriffs des Ritzelzahns 42 in die Quernut 40 (2b) zu entnehmen ist, richten die Ritzelzähne 42 eines Ritzels die (azimutale) Drehstellung des Antriebskabels durch Formschluss zwischen Zahn 38/Nut 40 und Ritzelzahn 42 auf eine vorgegebene Drehstellung aus, so dass einerseits ein Verdrehen des Antriebskabels zumindest im Bereich des Antriebsritzels verhindert ist, und andererseits wird über die Stellung des Ritzels eine exakte Längsposition des Antriebskabels festgelegt, so dass durch die Drehstellung des Antriebsritzels die vorge0gebenen Längspositionen des Antriebskabels sehr exakt angefahren werden können. Dadurch kann mit einem derartigen Antriebskabel die (End-)Stellung eines Elements (z. B. Türöffner oder Heckklappenantrieb) sehr exakt angefahren werden. Im Vergleich dazu würde durch das Verdrehen eines herkömmlichen Antriebskabels mit einer helixförmig umwickelten Arbeitswicklung durch das Drehspiel des Antriebskabels eine vordefinierte Längseinstellung des Antriebskabels nur mit großem Spiel ermöglicht.
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3 zeigt einen Querschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines Kabels 44, bei dem an zwei gegenüberliegenden Positionen des Antriebskabels je eine Verzahnung 36 entsprechend derjenigen von 2a bis 2c vorgesehen ist. Wie dargestellt, können aufgrund der gegenüberliegenden Verzahnungen 36 die Kitzelzähne 42 und 42' von zwei am Antriebskabel 44 gegenüberliegenden Ritzel in die Verzahnung 36 eingreifen und das Kabel 44 mit erhöhter Kraft in Längsrichtung bewegen.
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4 zeigt in Draufsicht ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Kabels 46, wobei die Ansicht senkrecht zu einer Schrägverzahnung 47 steht. Bei der Schrägverzahnung 47 verlaufen die Nuten tangential am Außenumfang und unter einem Winkel zur Längsachse des Kabels 46. Die schraffiert dargestellten Flächen sind die Talsohlen der schräg verlaufenden Nuten, während die hell dargestellten, schräg verlaufenden Flächen die oberen Ebenen der Schrägzähne sind. Die schräg verlaufenden Nuten der Schrägverzahnung 45 sind ebenfalls bezüglich der kreisrunden Grundform des Kabels 44 in den Außenumfang als Vertiefung eingeprägt. Die Schrägverzahnung 47 ermöglicht den Antrieb des Kabels 46 beispielsweise mittels eines Schneckenantriebs.
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Die 5a bis 5c zeigen ein Kabel 50 gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels, bei dem eine Rundverzahnung 52 vorgesehen ist. 5a zeigt dabei einen Querschnitt senkrecht zur Längsachse mit einem Rundzahn 54, dessen maximale Höhenlinie dem Außenumfang der Grundform des Kabels 50 entspricht. 5b zeigt einen Schnitt senkrecht zur Längsachse an einer Längenposition, bei der eine Ringnut 56 ihre tiefste Stelle erreicht. Bei diesem Beispiel kann ein Antrieb des Kabels 50 unabhängig von der Drehstellung des Kabels 50 durch seitlichen Eingriff eines Antriebsritzels erfolgen.
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6a bis 6c zeigen ein Kabel 60 gemäß einer weiteren Ausführungsform. Die Verzahnung 62 dieses Kabels 60 ist dabei derart ausgebildet, dass die äußeren Ecken der Zähne 64 aus der ansonsten kreisrunden Grundform des Kabels 60 hervorstehend ausgebildet sind. 6a zeigt das Kabel an einer Längsposition im Querschnitt senkrecht zur Längsachse, bei der der Zahn 64 maximal hervorsteht, während 6b im Querschnitt eine Quernut 66 zwischen den Zähnen 64 trifft, bei der die Talsohle ausgebildet ist. Durch das Hervorspringen der Zähne 64 von der Grundform ist das Material des Mantels im Bereich der Zähne 62 zusätzlich verstärkt, so dass die Eingriffsfläche zwischen einem Ritzelzahn (vgl. 42 in 2b) und dem Zahn 64 über die gesamte Breite des Ritzelzahns vorgesehen sein kann. Dadurch ist die Kraftübertragung vom Ritzel auf das Kabel 60 verbessert.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Extruder
- 4
- Thermoplastezufuhr
- 6
- Verzahner
- 8a–8d
- Faserhaspeln
- 10
- Faserförderer
- 12
- Primerinjektor
- 14
- Kabelförderer
- 16
- Extruderblende
- 18
- Einschnürung
- 20
- Einzelfasern
- 22
- Faserbündel
- 24
- Faserstrang
- 26
- Glattkabel
- 28
- verzahntes Kabel
- 30
- Kabel
- 32
- Seele
- 34
- Mantel
- 36
- Verzahnung
- 38
- Zahn
- 40
- Quernut
- 42, 42'
- Ritzelzahn
- 44
- Kabel
- 46
- Kabel
- 47
- Schrägverzahnung
- 50
- Kabel
- 52
- Rundverzahnung
- 54
- Rundzahn
- 56
- Ringnut
- 60
- Kabel
- 62
- Verzahnung
- 64
- Zahn
- 66
- Quernut
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2900499 A1 [0003]
- DE 1575664 A1 [0004]
