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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ummantelung von Profilen mit seitlichen Abgängen, insbesondere Flachleitern zur Verwendung im Automobilbereich, und eine Vorrichtung zur Ummantelung eines Profils sowie ein ummanteltes Profil.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
DE 39 36 795 A1 beschreibt ein Verfahren zum Extrudieren strangförmiger Produkte, genauer gesagt zur Stabilisierung extrudierter strangförmiger Produkte, mit dem ein in einen Spritzkopf eines Extruders einlaufender Leiter mit einer umhüllenden Isolierung versehen wird. Die Ummantelung von Flachleitern mittels Extrusion spielt in der
DE 203 07 562 U1 und der
EP 1 453 067 A1 eine Rolle.
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Im genannten Stand der Technik handelt es sich bei den zu ummantelnden Profilen in erster Linie um elektrische Leiter, die durch Extrusion eine Isolierung aus Kunststoff erhalten. Das extrudierte Profil kann nachfolgend geprägt, gestanzt, gebogen, zugeschnitten oder anderweitig nachbearbeitet werden. Möchte man seitlich herausragende Geometrien an dem extrudierten Profil anbringen, müssen diese bisher über zusätzliche Bearbeitungsschritte angeschweißt, angeklebt, verschraubt oder anderweitig angebracht werden. Dazu muss der ummantelte Kunststoff entfernt werden, d. h. die Ummantelung wird im Nachhinein wenigstens teilweise heruntergefräst, die Verbindung wird etwa mittels eines Schweißprozesses durchgeführt und anschließend, nach einem Reinigungsprozess, erfolgt eine abermalig, abschließende teilweise oder vollständige Ummantelung.
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All diese zusätzlichen Schritte wirken sich nachteilig auf Kosten und Zykluszeiten bei der Herstellung eines ummantelten Profils mit seitlichen Abgängen aus. Insbesondere bei langen Profilen mit kontinuierlichen oder diskontinuierlichen seitlichen Abgängen, wie es etwa bei Flachleiter-Kabelsträngen im Automobilbau der Fall ist, ist die Nachbearbeitung ein zeitaufwändiges und kostenintensives Unterfangen. Dies gilt in besonderem Maße für Bauteile hoher Stückzahlen und Nachbearbeitungstechniken wie Sprühlackierung oder Tauchlackierung.
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ALLGEMEINE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines ummantelten Profils mit seitlichen Abgängen sowie ein solches Profil bereitzustellen, mit denen sich der notwendige Nachbearbeitungsaufwand reduzieren lässt.
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Die Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1, einer Vorrichtung gemäß Anspruch 10 und einem Profil gemäß Anspruch 13 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen folgen aus den Unteransprüchen, der folgenden allgemeinen Beschreibung der Erfindung sowie der Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein längliches Profil ummantelt, das einen Profilhauptkörper und ein oder mehrere daran vorgesehene seitliche Abgänge aufweist. Das Profil kann ein elektrischer Leiter, etwa ein Flach- oder Rundleiter, ein Lichtleiter, ein fluidführendes Rohr oder ein Profil anderer Geometrie sein. Die Abgänge können Anschlussstücke, irgendwie geartete Vorsprünge, Anschlussrohre, Kontaktfahnen, Stabilisierungselemente, Befestigungselemente und dergleichen sein. Das längliche Profil weist eine bestimmte Geometrie, meist konstanten Querschnitts senkrecht zur Erstreckungsrichtung, auf, wobei die Konstanz der Geometrie durch den einen oder die mehreren Abgänge unterbrochen wird. Die Abgänge können in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen und Ausrichtungen an einer oder mehreren Seiten vorgesehen sein. Die Abgänge können mit dem Profilhauptkörper einstückig vorgesehen oder verbunden und aus gleichartigen oder unterschiedlichen Materialien gefertigt sein. Die Abgänge haben üblicherweise eine bestimmte Funktion; sie können der Befestigung dienen, der Stabilisierung, der elektrischen oder pneumatischen Kontaktierung usw. Wenn im Folgenden entweder von einem Abgang (Einzahl) oder mehreren Abgängen (Mehrzahl) die Rede ist, dann geschieht dies lediglich zur sprachlichen Vereinfachung. Wenn der Kontext nicht ausdrücklich mehrere Abgänge erfordert, dann ist stets sowohl der Fall eines einzigen Abgangs als auch mehrerer Abgänge umfasst.
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Erfindungsgemäß wird der Profilhauptkörper teilweise oder vollständig mit einer ersten Kunststoffkomponente ummantelt. Diese Ummantelung geschieht vorzugsweise mittels eines Extrusionsverfahrens, in dem fließfähiger Kunststoff auf den Profilhauptkörper extrudiert und anschließend verfestigt wird.
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Wichtig hierbei ist, dass wenigstens abschnittsweise die Abgänge nicht mit der ersten Kunststoffkomponente ummantelt werden. Ferner findet gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren eine teilweise oder vollständige Ummantelung der Abgänge mit einer zweiten Kunststoffkomponente statt.
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Die erste Kunststoffkomponente bildet die eigentliche Ummantelung des Profils. Die zweite Kunststoffkomponente dient in erster Linie zur Herstellung eines Gegendrucks beim Ummantelungsprozess, damit die erste Kunststoffkomponente die Abgänge nicht vollständig ummantelt. Damit müssen die Abgänge nach der Ummantelung nicht aufwändig von der ersten Kunststoffkomponente befreit werden, wodurch sich die Nachbearbeitung des ummantelten Profils vereinfacht.
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Besonders bevorzug ist die zweite Kunststoffkomponente leichter entfernbar als die erste Kunststoffkomponente, damit nach dem Ummantelungsprozess besonders einfach, ohne aufwändige Fräs- oder Ätzprozesse, auf die Abgänge zugegriffen werden kann. Wenn es sich bei dem Profilhauptkörper um einen Flachleiter und bei den Abgängen um Kontaktfahnen und/oder Befestigungselemente handelt, dann kann durch ein einfaches Entfernen der zweiten Kunststoffkomponente eine Kontaktierung des Flachleiters über die Kontaktfahnen und/oder eine Befestigung über die Befestigungselemente stattfinden.
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Vorzugsweise steht die erste Kunststoffkomponente mit dem Profil stoffschlüssig in Verbindung, während die zweite Kunststoffkomponente zur einfachen Entfernbarkeit vorzugsweise nicht stoffschlüssig mit dem Profil in Verbindung steht. Die stoffschlüssige Verbindung kann beispielsweise mittels eines Haftvermittlers bewerkstelligt werden. Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die erste Kunststoffkomponente ein selbsthaftender Kunststoff. Durch die stoffschlüssige Verbindung der ersten Kunststoffkomponente wird eine optimale Anbindung an das Profil gewährleistet. Gleichzeitig lässt sich durch die nicht-stoffschlüssige Verbindung der zweiten Kunststoffkomponente diese besonders einfach entfernen.
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Um zu verhindern, dass die erste Kunststoffkomponente während der Extrusion nicht nur den Profilhauptkörper sondern auch die Abgänge vollständig ummantelt, wird die zweite Kunststoffkomponente vorzugsweise gleichzeitig, einen Gegendruck aufbauend auf die Abgänge extrudiert. So wird der Vorschub der ersten Kunststoffkomponente in Richtung auf die Abgänge hin gestoppt. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die zweite Kunststoffkomponente im Voraus gefertigt und auf die vor der ersten Kunststoffkomponente zu schützenden Abgänge aufgesteckt werden. Auf der einen Seite vereinfacht sich damit der Aufbau des Extrusionswerkzeugs, auf der anderen Seite sind zusätzliche Verfahrensschritte zur separaten Herstellung der zweiten Kunststoffkomponente und Anbringung der zweiten Kunststoffkomponente an dem Profil erforderlich.
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Etwaige Zwischenräume zwischen benachbarten Abgängen oder Zwischenräume zwischen dem Profilhauptkörper und den Abgängen, die trotz einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen den Abgängen bzw. zwischen dem Profilhauptkörper und den Abgängen in Randbereichen möglicherweise bestehen, können zumindest teilweise mit der ersten Kunststoffkomponente gefüllt werden. Auf diese Weise wird verhindert, dass Feuchtigkeit in die Zwischenräume eindringen kann, die dort auf Dauer zu Korrosion führen würde. Die zweite Kunststoffkomponente kann vollständig oder zumindest teilweise im Nachhinein entfernt werden und kann als Maskierung, Schutz oder Ähnliches dienen.
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Der Profilhauptkörper und ein oder mehrere der Abgänge sind vorzugsweise einstückig aus demselben Material oder einem ähnlichen Materialtyp gefertigt. Dies stellt nicht nur einen besonders einfachen Aufbau des Profils dar, sondern etwaige Elektrokorrosionserscheinungen im Falle eines elektrischen Leiters oder andere Probleme, die aus einer Verbindung zweier unterschiedlicher Stoffe herrühren könnten, müssen in diesem Fall bei der Ummantelung nicht berücksichtigt werden. Erfordert die Funktion, Anwendung, Geometrie oder sonstige Beschaffenheit des Profils die Verwendung unterschiedlicher Materialien, dann ist es insbesondere in diesem Fall bevorzugt, dass nicht allein der Profilhauptkörper mit der erste Kunststoffkomponente ummantelt wird, sondern die betreffenden Abgänge wenigstens teilweise mit der ersten Kunststoffkomponente ummantelt werden, sodass insbesondere die Übergangsbereiche der betreffenden Abgänge zum Profilhauptkörper mit der ersten Kunststoffkomponente ummantelt sind.
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Eine Vorrichtung gemäß der Erfindung führt die Ummantelung des Profils mittels Extrusion durch. Sie weist einen Durchgang zum kontinuierlichen Durchführen des Profils und wenigstens zwei Extrusionsdüsen zum Zuführen der ersten Kunststoffkomponente und der zweiten Kunststoffkomponente auf. Der Querschnitt des Durchgangs entspricht ungefähr dem Querschnitt des Profils, sodass der Profilhauptkörper und die Abgänge ungehindert und kontinuierlich durch die Vorrichtung transportiert werden können. Die beiden Kunststoffkomponenten werden nun so über die beiden Extrusionsdüsen zugeführt, dass ein teilweises oder vollständiges Ummanteln des Profilhauptkörpers mit der ersten Kunststoffkomponente, wobei die Abgänge wenigstens abschnittsweise nicht mit der ersten Kunststoffkomponente ummantelt werden, und ein teilweises oder vollständiges Ummanteln der Abgänge mit der zweiten Kunststoffkomponente stattfindet.
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In Abhängigkeit der Viskosität der beiden Kunststoffkomponenten können durch Einstellung der Zuführungswinkel der Schmelze im Werkzeug und der Vorschubgeschwindigkeit des Profils die beiden Kunststoffkomponenten so mitgeführt werden, dass ein Schmelzeaustritt aus dem Werkzeug vermieden wird. In diesem Fall ist kein abdichtendes Element im Bereich der Abgänge im Werkzeug erforderlich.
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Ein abdichtendes Element, beispielweise in Form einer Klappe, einer Membran, eines elastischen Elements, d. h. ganz allgemein einer Dichtung, kann allerdings erforderlich sein, um das Werkzeug gegen einen Schmelzaustritt der beiden Kunststoffkomponenten zu verschließen. Bei Eintritt des Abgangs ins Werkzeug wird durch den Vorschub die Dichtung zwangsgeöffnet, sodass die Schmelze der zweiten Kunststoffkomponente, gegebenenfalls auch der ersten Kunststoffkomponente, durch den abdichtenden Effekt der Dichtung zurückgehalten wird.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist ein schmelzedichtendes System vorgesehen, das mittels eines oder mehrerer beweglicher Elemente den Durchgang der Vorrichtung wenigstens teilweise öffnet und verschließt. Der Abgang wird etwa über ein Steuerungssystem optisch oder mechanisch erkannt und veranlasst eine Öffnungsbewegung des beweglichen Elements. Nach Eintritt des Abgangs in das Extrusionswerkzeugs veranlasst die Steuerung ein Schließen des beweglichen Elements. Ein Vorteil dieses gesteuerten schmelzedichtenden Systems liegt darin, dass keine mechanische Belastung an den Abgängen durch eine etwaige zwangsöffnende Dichtung erfolgt.
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Die vorliegende Erfindung ist ganz besonders zur Ummantelung eines einschichtigen oder mehrschichtigen Flachleiters geeignet, bei dem die Abgänge seitliche Kontaktfahnen, Anschlusselemente und/oder Befestigungselemente sind. Gerade im Automobilbau, bei der herrschenden Konkurrenz, kommt es auf ausgesprochen effiziente Herstellungsverfahren an, bei dennoch ausgezeichneter Qualität und Haltbarkeit. Die hier dargestellte Ummantelungstechnik ist im Hinblick auf diese Ziele geeignet, da sich die Notwendigkeit der Nachbearbeitung der so hergestellten ummantelten Profile erheblich reduziert. Nichtsdestotrotz ist die Erfindung auch in anderen Bereichen umsetzbar und nützlich. Beispielhaft seien genannt: der Transportbereich allgemein, d. h. zusätzlich zum Automobilbereich Luftfahrt, Raumfahrt, Schifffahrt, Schienenverkehr; Maschinenbau, Möbelbau, Elektrik- und Elektronikbereich, insbesondere Unterhaltungselektronik, Medizintechnik, Gebäudetechnik, der Hochbau- bzw. Trockenbaubereich und der Tief- und Straßenbaubereich.
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Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst die vorliegende Erfindung ein ummanteltes Profil, das mit Hilfe einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wurde. Ein solches ummanteltes längliches Profil weist einen Profilhauptkörper und ein oder mehrere daran vorgesehene Abgänge auf. Der Profilhauptkörper und ein Teil der Abgänge sind mit der ersten Kunststoffkomponente teilweise oder vollständig ummantelt, wobei ein anderer Teil der Abgänge nicht mit der ersten Kunststoffkomponente ummantelt ist. Ein solches Profil ist von einem herkömmlich hergestellten Profil wie folgt unterscheidbar: Bei herkömmlich hergestellten Profilen wird zunächst ein Profilhauptkörper mit einem konstanten Querschnitt mit einem Kunststoff ummantelt. An einigen Stellen wird der Kunststoff wieder entfernt, damit dort entsprechende Abgänge angeschweißt oder anderweitig verbunden werden können. Nach dem Schweiß- bzw. Verbindungsvorgang werden die Übergänge zwischen dem Profilhauptkörper und den Abgängen wieder mit einem Kunststoff ummantelt. Auf diese Weise ist der Kunststoff, der den Profilhauptkörper umgibt, nicht einstückig mit dem Kunststoff verbunden, der den Abgang teilweise umgibt. Demgegenüber sind bei erfindungsgemäßen Profilen der Profilhauptkörper und ein Teil der Abgänge mit derselben ersten Kunststoffkomponente teilweise oder vollständig ummantelt. Das heißt, dass der Kunststoff, der den Profilhauptkörper umgibt, mit dem Kunststoff, der den Abgang teilweise umgibt, einstückig verbunden ist. Bei einem solchen Profil kann ein Zwischenraum zwischen einem Abgang und dem Profilhauptkörper und/oder ein Zwischenraum zwischen benachbarten Abgängen mit der ersten Kunststoffkomponente gefüllt sein.
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Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen ersichtlich. Die dort beschriebenen Merkmale können alleinstehend oder in Kombination mit einem oder mehreren der oben erwähnten Merkmale umgesetzt werden, insofern sich die Merkmale nicht widersprechen. Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen erfolgt dabei unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die 1a) bis 1i) zeigen Querschnitte länglicher ummantelter Profile.
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2 zeigt einen Flachleiter als Beispiel für ein längliches Profil.
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3 zeigt einen komplett ummantelten Flachleiter als Schnitt längs der Haupterstreckungsrichtung.
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4 zeigt die Entfernung der zweiten Kunststoffkomponente bei einem ummantelten Flachleiter.
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5 zeigt den ummantelten Flachleiter im Querschnitt.
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6 ist eine schematische Darstellung eines Flachleiters während der Ummantelung im Werkzeug, gezeigt sind zwei Querschnitte mit und ohne Abgang.
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7 ist eine schematische Darstellung eines anderen Flachleiters während der Ummantelung im Werkzeug, gezeigt sind zwei Querschnitte mit und ohne Abgang.
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Die 8 bis 12 zeigen ein Extrusionswerkzeug mit zwei Materialzuläufen zur Ummantelung eines Profils in verschiedenen Schnittdarstellungen.
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Die 13 bis 15 zeigen eine weitere Ausführungsform des Extrusionswerkzeugs in verschiedenen Schnittdarstellungen.
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16 zeigt eine Abwandlung des Extrusionswerkzeugs der 13 bis 15.
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Die 17 bis 21 zeigen ein Extrusionswerkzeug einer weiteren Ausführungsform in verschiedenen Schnittansichten.
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Die 22 bis 25 zeigen das Extrusionswerkzeug einer weiteren Ausführungsform mit externem Zulauf der zweiten Kunststoffkomponente, wobei die 25 einen Zustand des ummantelten Profils außerhalb des Werkzeugs und nach Entfernung der zweiten Kunststoffkomponente zeigt.
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26 zeigt ein als fluidtransportierender Tubus ausgeführtes ummanteltes Profil.
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WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
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Die 1a) bis 1i) zeigen Querschnitte durch verschiedene beispielhafte Profile mit kontinuierlichen und/oder diskontinuierlichen Abgängen. Hier und in allen weiteren Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 10 einen Profilhauptkörper, der in den 1a) bis 1i) senkrecht zur Papierebene länglich ausgebildet ist. Abgänge, die an dem Profilhauptkörper 10 vorgesehen sind, sind allgemein mit dem Bezugszeichen 20 und in speziellen Ausführungsformen mit den Bezugszeichen 21 bis 25 bezeichnet. Die Abgänge 20 bis 25 bestehen aus demselben oder aus einem anderen Material als der Profilhauptkörper 10. Verschiedene Abgänge 20 können zudem aus unterschiedlichen Materialien vorgesehen sein. Die Abgänge 20 bis 25 sind gewöhnlich seitlich am Profilhauptkörper 10 vorgesehen, sie können an mehreren Seiten des Profilhauptkörpers 10, kontinuierlich oder diskontinuierlich vorgesehen sein.
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Die hier dargestellten ummantelten Profile sind besonders zur Verwendung als einlagiger oder mehrlagiger Flachleiter zur Verbauung im Automobilbau geeignet. Der Profilhauptkörper 10 und die seitlichen Abgänge 20 bis 25 sind somit bevorzugt stromführend. Die Profile in den 1a) bis 1i) zeigen allerdings, dass andere Ausführungsvarianten möglich sind; die hier dargestellten Querschnitte verdeutlichen die Anwendungsbreite der ummantelten Profile über viele Industriezweige. In der 1d) ist beispielsweise ein ummanteltes Profil dargestellt, das nicht nur zwei als Flachleiter ausgebildete Hauptkörper 10 mit zugehörigen seitlichen Abgängen 20, sondern darüber hinaus ein weiteres einextrudiertes bzw. ummanteltes Material 100, das etwa ein Lichtleiter oder Litzenleiter sein kann, aufweist. Ganz allgemein können der Profilhauptkörper 10 und die seitlichen Abgänge 20 bis 25 stromführend, lichtleitend, fluidführend, mechanisch stabilisierend, zur Befestigung oder zu einem anderen Zweck vorgesehen sein. Im Falle der elektrischen Leitung sind der Profilhauptkörper 10 und/oder die seitlichen Abgänge 20 bis 25 vorzugsweise aus Metall, insbesondere aus Aluminium oder Kupfer, hergestellt. Alternativ können der Profilhauptkörper 10 und/oder die seitlichen Abgänge 20 bis 25 Glasfasern aufweisen oder aus einem transparenten Kunststoff, wie beispielsweise Polycarbonat oder PMMA, bestehen. Die seitlichen Abgänge 20 bis 25 können auch aus mehreren miteinander verbundenen Metallen, insbesondere aus Stahl, Aluminium und Kupfer, aufgebaut sein.
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Die obige angesprochene Befestigungsfunktion als mögliche Ausführungsform der Abgänge ist in der 1f) veranschaulicht, in der an dem Profilhauptkörper 10 ein partiell ummanteltes Befestigungselement 23, das etwa ein Metallclip sein kann, vorgesehen ist. Ein solches Befestigungselement 23 mit Bezug auf einen rohrförmigen Profilhauptkörper 10 ist in der 1h) dargestellt.
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Aus der 1g) geht ein Profil hervor, bei dem ein aus dem Profilhauptkörper 10 herausgestanzter, teilummantelter Abgang 24 vorgesehen ist. Es kann sich hierbei um eine Kontaktfahne zur elektrischen Kontaktierung oder auch um ein Befestigungselement handeln.
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In der 1i) ist ein rohrförmiger Profilhauptkörper 10 mit einem daran kontinuierlich oder diskontinuierlich angebrachten offenen Ausgang 25 gezeigt. Der rohrförmige Profilhauptkörper 10 dient beispielsweise als Pneumatik- oder Hydraulikkörper oder allgemein als fluid- oder mediumförderndes Element.
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In allen Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 30 eine erste Kunststoffkomponente, die als Ummantelung mit dem Profilhauptkörper 10 stoffschlüssig in Verbindung steht. Die erste Kunststoffkomponente 30 ummantelt den Profilhauptkörper 10 vorzugsweise vollständig, ohne allerdings die Abgänge 20 bis 25 vollständig zu ummanteln. Diese sind vielmehr wenigstens teilweise von einer zweiten Kunststoffkomponente 40 nicht stoffschlüssig ummantelt. Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass die erste Kunststoffkomponente 30 die seitlichen Abgänge 20 bis 25 zwar nicht vollständig ummantelt, aber im Bereich der seitlichen Abgänge 20 bis 25 oder auch Abschnitte der seitlichen Abgänge 20 bis 25 ummanteln kann, wie es später genauer beschrieben wird. Die zweite nicht-stoffschlüssige Kunststoffkomponente 40 dient bezüglich des Profilhauptkörpers 10 und/oder der seitlichen Abgänge 20 bis 25 als Gegenelement, die zwar Teil der endgültigen Ummantelung des Profils bilden kann, aber in erster Linie zur Freilegung eines oder mehrerer seitlicher Abgänge 20 bis 25 entfernt werden soll.
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Die stoffschlüssige Verbindung der ersten Kunststoffkomponente 30 mit dem Profilhauptkörper 10 kann beispielsweise mittels Verwendung eines Haftvermittlers erzielt werden. Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die erste Kunststoffkomponente 30 ein selbsthaftender Kunststoff. Konkreter gesagt können beide Kunststoffkomponenten 30 und 40 aus einem thermoplastischen Kunststoff (beispielsweise PP, PE, TPE oder PVC) oder duroplastischen bzw. elastomeren, ggf. vernetzten Kunststoffen (beispielsweise PUR) bestehen.
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In der 1g) ist ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem neben der stoffschlüssigen Ummantelung mit der ersten Kunststoffkomponente 30 und der nicht-stoffschlüssigen Ummantelung mit der zweiten Kunststoffkomponente 40 noch eine weitere, stoffschlüssige Kunststoffkomponente 31 am Hauptkörper oder auch an der ersten Kunststoffkomponente 30 angebracht ist. Diese kann beispielsweise als Dichtungslippe ausgebildet sein.
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Zur Vereinfachung der Erläuterung werden die folgenden Ausführungsformen anhand eines elektrischen Flachleiters mit seitlichen Abgängen 20, die meist als Kontaktfahnen ausgeführt sind sind, dargestellt. Die Abgänge 20 müssen zum späteren Kontaktieren, beispielsweise zum Verschrauben, Toxen, Anklemmen über Lamellenkontakt usw. abisoliert werden.
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Andererseits muss die Verbindungsstelle zwischen den Abgängen 20 und dem Flachleiter 10, etwa eine Schweißnaht, mit einisoliert sein und bleiben. Weiterhin könnte ein Übergangsbereich zwischen einem Abgang 20 und dem Flachleiter 10 bestehen, beispielsweise ein Übergang von Aluminium auf Kupfer. Hierbei muss die erste Kunststoffkomponente 30 diesen Übergangsbereich stoffschlüssig abdichten, um eine Elektrokorrosion zu vermeiden.
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Die 2 zeigt als exemplarischen Profilhauptkörper 10 einen Flachleiter mit als Kontaktfahnen ausgebildeten Abgängen 20. Der Flachleiter 10 wird mit einer ersten Kunststoffkomponente 30 ummantelt, und die Kontaktfahnen 20 und der offene Raum in dem Seitenbereich zwischen den Kontaktfahnen 20 werden mit einer zweiten Kunststoffkomponente 40 versehen, wie es in den 3 und 4 gezeigt ist. Die zweite Kunststoffkomponente 40 ist im Unterschied zur ersten Kunststoffkomponente 30 nicht stoffschlüssig vorgesehen und kann nach dem Extrusionsprozess entfernt werden, vgl. hierzu 4, welche eine Draufsicht auf den Flachleiter einmal mit angebrachter zweiter Kunststoffkomponente 40 und einmal mit entfernter zweiter Kunststoffkomponente 40 zeigt. In der 3 ist der komplett ummantelte Flachleiter 10 längs entlang der Haupterstreckungsrichtung geschnitten.
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Zur Einbettung, Positionierung und Führung des Flachleiters 10 mit seitlichen Abgängen 20 in einem Extrusionswerkzeug und vor allem zur kontrollierten Extrusion der ersten Kunststoffkomponente 30 ist die Extrusion einer zweiten Kunststoffkomponente 40 von erheblichem Vorteil. Die erste Kunststoffkomponente 30 ist die eigentliche elektrische Ummantelung des Flachleiters 10, mit der eine optimale Anhaftung/Verbindung zur Oberfläche des Profilhauptkörpers 10 und eine Mediendiffusionsfestigkeit gewährleistet wird.
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In den 5 bis 7 sind Kontaktfahnen 20, 21, 22 als Abgänge dargestellt, die aus einer Aluminiumkupferverbindung bestehen. In 6 ist eine walzplattierte Al-Cu-Kontaktfahne 20 und in 7 ein verschweißter Al-Cu-Kontakt 21, 22 gezeigt. Mit dem Bezugszeichen 21 ist hier ein an dem Flachleiter 10 angeschweißtes Plättchen mit ähnlichem Material, beispielsweise aus Aluminium, bezeichnet. Mit dem Bezugszeichen 22 ist eine an dem Aluminiumplättchen 21 verbundene Kontaktfahne, beispielsweise aus Kupfer, bezeichnet. Wichtig ist bei einer derartigen Materialpaarung, dass aufgrund des elektrolytischen Abbaus eine Abdichtung des Übergangsbereichs mit der ersten Kunststoffkomponente 30 erfolgt. Es wird deshalb in den 6 und 7 ein breiterer Bereich der ersten Kunststoffkomponente 30 extrudiert, damit der Übergangsbereich der Kontaktfahne 20 umschlossen ist.
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In den 8 bis 12 ist schematisch ein Werkzeug 120 mit Matrize und Extrusionsdüse bestehend aus mehreren Werkzeugplatten dargestellt. Daraus geht exemplarisch die Zuführung der ersten 30 und zweiten 40 Kunststoffkomponente zum Flachleiter 10 und zu den Kontaktfahnen 20 hervor. Die Extrusionsrichtung, d. h. die Transportrichtung des Profils während der Extrusion, ist mit einem Pfeil E gekennzeichnet. Hierbei zeigt die 8 einen Schnitt durch den Flachleiter 10 längs der Haupterstreckungsrichtung, und die 9 zeigt eine Schnittdarstellung im Extrusionswerkzeug 120 senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung des Flachleiters. Aus der 9 geht deutlich hervor, wie die erste Kunststoffkomponente 30 und die zweite Kunststoffkomponente 40 über je eine Düse an den Flachleiter 10 mit Kontaktfahnen 20 an- und umspritzt wird.
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Die 8 bis 12 zeigen einen exemplarischen Aufbau des Extrusionswerkzeug 120 mit offenem Eintrittsquerschnitt. Bei einer erhöhten Viskosität der ersten 30 und zweiten 40 Kunststoffkomponente können durch Einstellung des Zuführungswinkels der Schmelze im Werkzeug 120 und der Vorschubgeschwindigkeit des Flachleiters 10 die beiden Kunststoffkomponenten 30 und 40 so mitgeführt werden, dass ein Schmelzeaustritt aus dem Werkzeug 120 vermieden wird. Hierdurch kann auf ein etwaiges Abdichten des Durchgangs im Bereich der Kontaktfahnen 20 im Werkzeug 120 verzichtet werden.
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Die 10 enthält hierzu eine Vorderansicht und eine Schnittdarstellung durch den Profilhauptkörper 10, längs der Haupterstreckungsrichtung. Die 11 zeigt eine geschnittene Draufsicht mit Abgang 20, d. h. Plättchen 21 und Kontaktfahne 22, vor dem Werkzeug 120. 12 zeigt eine geschnittene Draufsicht mit Abgang 20, d. h. Plättchen 21 und Kontaktfahne 22, im Werkzeug 120.
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Mit dem Bezugszeichen 110 ist der offene Eintrittsquerschnitt im Bereich des Abgangs 20 des Werkzeugs 120 bezeichnet. Dieser ist Teil des Gesamtquerschnitts des Durchgangs, durch den der Profilhauptkörper 10 und die Ansätze 20 bis 25 geführt werden. Die Pfeile S kennzeichnen die Zuführungsrichtung der Schmelze. Diese ist so eingestellt, dass die zweite Kunststoffkomponente 40 einen Gegendruck zur ersten Kunststoffkomponente 30 derart aufbaut, dass die Abgänge 20 wenigstens teilweise nicht von der ersten Kunststoffkomponente 30 sondern von der zweiten Kunststoffkomponente 40 ummantelt werden.
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Eine andere Ausführungsform des Extrusionswerkzeug 120 mit temporär geöffnetem Eintrittsquerschnitt ist in den 13 bis 16 gezeigt.
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Der Eintrittsquerschnittbereich des Werkzeugs 120 auf der Höhe der seitlichen Abgänge 20 wird durch eine oder mehrere schmelzedichtende Klappen, Membranen – oder in allgemeiner Bezeichnung – Dichtungen 50 gegen einen Schmelzeaustritt der ersten 30 und vor allem der zweiten Kunststoffkomponente 40 verschlossen. Die Dichtung 50 kann steif oder elastisch, etwa gummiartig, sein. Bei Eintritt des seitlichen Abgangs 20 ins Werkzeug 120 wird durch den Vorschub die Dichtung 50 zwangsgeöffnet, sodass die Schmelze der zweiten Kunststoffkomponente 40 durch den abdichtenden Effekt zum seitlichen Abgang 20 zurückgehalten wird. Die Zwangsöffnung passiert hier durch direkten, mechanischen Kontakt der Abgänge 20 mit der Dichtung 50. Die 13 zeigt eine Schnittdarstellung auf der Höhe der zweiten Kunststoffkomponente 40, sowie eine vergrößerte Darstellung des relevanten Bereichs, bei geöffneter Dichtung 50. Eine beispielhafte Fixierung der Dichtung 50 ist mit dem Bezugszeichen 60 bezeichnet.
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14 zeigt zur Orientierung nochmals den Schnitt der 13, sowie einen frontseitigen Schnitt entlang der eingezeichneten Schnittlinie. 15 zeigt das Extrusionswerkzeug 120 mit geschlossener Dichtung 50. Die Schnittdarstellung ist auf der Höhe der zweiten Kunststoffkomponente 40 genommen.
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Das schmelzedichtende System ist oben als flexible, gummiartige Dichtung (13 bis 15) ausgeführt. Eine Abwandlung, bei der das schmelzedichtende System als eine steife Klappe 50 mit einem Drehgelenk bzw. Scharnier 80 ausgeführt ist, ist in der 16 gezeigt. Die Anordnung könnte alternativ auch horizontal im Werkzeug 120 als einseitiges Dichtsystem zum Profilhauptkörper 10 realisiert werden.
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Eine weitere Ausführungsform des Extrusionswerkzeugs 120 mit temporär geöffnetem Eintrittsquerschnitt, wobei hier eine gesteuerte bzw. geregelte Öffnung des Bereichs des seitlichen Abgangs 20 des Profilhauptkörpers 10 durch einen oder mehrere Schieber, horizontal oder vertikal, stattfindet, ist in den 17 bis 21 dargestellt.
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Bei dieser Ausführungsform wird das schmelzdichtende System gesteuert geöffnet und geschlossen. D. h. der Abgang 20 wird über ein Steuerungssystem, beispielsweise optisch oder mechanisch, erkannt und eine Öffnungsbewegung der Schmelzdichtung, etwa eines Schieberelements 70, veranlasst. Nach Eintreten des Abgangs 20 in das Extrusionswerkzeug 120 veranlasst die Steuerung ein Schließen des entsprechenden Bereichs. In 17 ist hierzu exemplarisch der geöffnete Zustand des dichtenden Schiebersystems gezeigt, in 18 ist der geschlossene Zustand dargestellt. Noch deutlicher geht der Öffnungs-/Schließablauf aus den geschnittenen Draufsichten der 19 bis 21 hervor.
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Ist das Schieberelement 70 horizontal angeordnet, erhöht sich der abzudichtende Weg zwischen Werkzeug 120 und Profilhauptkörper 10. Hierzu muss der Abgang 20 entsprechend des Wegverlaufs in Abhängigkeit der Vorschubgeschwindigkeit gegebenenfalls geometrisch angepasst werden, vgl. hierzu 19 bis 21. Ein Vorteil dieses gesteuerten Schließsystems liegt darin, dass keine mechanische Belastung an den seitlichen Abgängen 20 durch die Dichtungsöffnung erfolgt. Die 17 zeigt das Extrusionswerkzeug 120 mit gesteuerten schmelzedichtenden Schieberelementen 70 als Schnittdarstellung auf der Höhe der Zuführung der zweiten Kunststoffkomponente 40 bei geöffneten schmelzedichtenden Schieberelementen 70. Hier sind zwei Schieberelemente 70 vorgesehen. Die 18 entspricht der Darstellung der 17, wobei die schmelzedichtenden Schieberelemente 70 geschlossen sind. Die 19 zeigt eine horizontale Anordnung eines gesteuerten Schieberelements 70 als geschnittene Draufsicht auf den Flachleiter 10 von oben. Der Abgang 20 ist hier mit einem Plättchen 21 und einer Kontaktfahne 22 ausgeführt, wobei ein Konturübergang angestrebt wird. Die 20 entspricht der 19, wobei sich der Flachleiter 10 weiter voran bewegt und ein Öffnen des Schieberelements 70 veranlasst hat. Die 20 enthält zudem eine kleine schematische Darstellung, aus der hervorgeht, dass das gesteuerte Schieberelement 70 auch vertikal ausgeführt sein kann. Die 21 zeigt einen Zustand, in dem der Flachleiter 10 noch weiter vorgeschoben und das Schieberelement 70 nach Durchgang des seitlichen Abgangs 20 geschlossen wurde.
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In das Werkzeug 120 kann zusätzlich ein Richtungsgeber bzw. Führungselement 90 eingesetzt werden. Dieser Richtungsgeber bzw. dieses Führungselement 90 kann den Schmelzefluss der ersten Kunststoffkomponente 30 und der zweiten Kunststoffkomponente 40 führen bzw. beide Komponenten voneinander im vorderen Einfließbereich der Kavität trennen. Hierdurch wird eine gezielte Zuführung der beiden Kunststoffkomponenten zueinander sowie auf den Profilhauptkörper 10 und den seitlichen Abgang 20 bewirkt.
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Eine weitere Ausführungsform ist in den 22 bis 25 dargestellt. Darin wird die zweite Kunststoffkomponente 40 im Vorhinein hergestellt, auf die Abgänge 20 aufgebracht und während des Extrusionsvorgangs mitgeführt und danach wieder entfernt. In dieser Ausführungsform wird die zweite Kunststoffkomponente 40 separat extrudiert oder anderweitig hergestellt und an die seitlichen Abgänge 20 angebracht oder aufgesteckt. Die bereits feste zweite Kunststoffkomponente 40 dichtet im Extrusionswerkzeug 120 gegen einen Schmelzeausfluss der ersten Kunststoffkomponente 30 ab und bildet eine Gegenwandung zur ersten Kunststoffkomponente 30.
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In der 22 ist exemplarisch ein möglicher Werkzeugaufbau 120 inklusive des Flachleiters 10 dargestellt. 23 zeigt schematisch eine Abwandlung dieser Ausführungsform als Schnittdarstellung im Werkzeug 120, bei der die zweite Kunststoffkomponente 40 geometrisch mit größerer Wandstärke realisiert wurde. Der Durchlauf im Extrusionswerkzeug 120 des Flachleiters 10 mit Kontaktfahne 20 ist exemplarisch als Schnittzeichnung in den Draufsichten der 24 und 25 dargestellt, wobei sich in der 24 die mitgeführte Kontaktfahne 20 im Extrusionswerkzeug 120 befindet, wohingegen die 25 einen Zustand außerhalb des Extrusionswerkzeug 120 zeigt, in dem die zweite Kunststoffkomponente 40 nach der Extrusion der ersten Kunststoffkomponente 30 abgenommen wurde.
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Es wurde bereits erwähnt, dass neben einer Leitung von elektrischem Strom, Lichtleitung oder zur mechanischen Stabilisierung auch ein fluid- oder mediumführender Profilhauptkörper 10 ummantelt werden kann. In 26 ist hierzu exemplarisch ein Tubus mit seitlich angebrachten, offenen Abgängen 20 dargestellt. Die Öffnungen der seitlichen Abgänge 20 können vor der Extrusion mit einem Stopfen abgedichtet werden, sodass die zweite Kunststoffkomponente 40 nicht in den Hohlkörper eintreten kann. Die seitlichen Abgänge 20 können alternativ auch als geschlossene Röhrchen ausgeführt sein, die nach der Extrusion geöffnet, z. B. aufgebohrt werden.
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Bei den hier dargestellten Verfahren können die Schmelzedrücke der ersten 30 und zweiten Kunststoffkomponente 40 so reguliert werden, dass eine gewünschte Anbindung an den Profilhauptkörper 10 sowie an den Abgängen und eine porenfreie Ausbildung der Extrusionsschichten erreicht wird.
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Wenngleich die dargestellte Ausführungsform besonders bevorzugt zur Ummantelung eines einlagigen oder mehrlagigen Flachleiters zur Stromversorgung im Automobilbereich geeignet ist, findet das Konzept durchaus Anwendung auf ganz unterschiedlichen Gebieten. Ganz allgemein seien genannt: Transportbereich, d. h. Luftfahrt, Raumfahrt, Schifffahrt; Maschinenbau, Möbelbau, Elektrik und Elektronikbereich, insbesondere Unterhaltungselektronikbereich, Medizinbereich, Gebäudetechnik, der Hochbau- bzw. Trockenbaubereich und der Tief- und Straßenbaubereich usw. Es lassen sich mit den dargestellten Verfahren Fensterprofile genauso ummanteln wie Dichtlippen oder eine Dachreling, d. h. allgemein neben den bereits genannten Leitern auch nichtelektrisch leitende Profile.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3936795 A1 [0002]
- DE 20307562 U1 [0002]
- EP 1453067 A1 [0002]
