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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Extrudieren eines strukturierten Extrudats.
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Es sind Vorrichtungen zum Extrudieren von Kabeln bekannt. In der Kabelextrusion wird in einer Extrusionsvorrichtung ein Draht einer Pinole zugeführt, wobei in der Extrusionsvorrichtung ein Polymer zur Kabelummantelung auf den Draht aufgebracht wird. Auf diese Weise wird ein kunststoffummantelter Draht hergestellt.
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Weiterhin sind in der Elektrotechnik Klingeldrähte und Telefonkabel bekannt. Bei deren Herstellung wird zunächst ein einzelner Draht kunststoffummantelt. Zur Herstellung von mehradrigen Kabeln werden mehrere solcher kunststoffummantelter Drähte von einem Materialbaum ausgehend zusammengefasst und anschließend durch eine Flechtmaschine hindurchgeführt, wo sie mit einem Fadengeflecht ummantelt werden. Diese Drahtgebinde werden dann in eine Extrusionsvorrichtung eingeführt. Hierbei wird das Drahtgebinde direkt in die Pinole eingeführt und dann kunststoffummantelt.
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Zum Ummanteln von elektrischen Kabeln sind Extrusionseinrichtungen bekannt (z. B.:
EP 2 367 177 A1 ,
EP 0 409 011 A1 ), die mit einer Pinole die einzelnen Adern des Kabels einem Extrusionsraum zuführen.
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Eine ähnliche Vorrichtung ist aus der
EP 1 757 428 A1 zum Ummanteln eines Katheters bzw. aus der
US 5,451,355 zum Ummanteln eines aus Fasern geflochtenen Rohres bekannt.
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Aus der
WO 02/20898 A2 geht eine ähnliche Extrusionsvorrichtung hervor, bei der die Pinole einen mit Polymerschmelze gefüllten Hohlraum aufweist.
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Aus der
DE 10 2008 035 573 A1 geht ein Extrusionswerkzeug hervor, mit dem Schnüre oder Drähte zunächst mit einem ersten Polymer und dann mit einem zweiten Polymer ummantelt werden, wobei dies in einem einzigen Werkzeug erfolgt.
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Aus der
WO 2007/000148 A2 geht ein stabförmiger Körper hervor, der zur Ausbildung medizinischer Instrumente, wie zum Beispiel Katheter oder Führungsdrähte für Katheter, vorgesehen ist. Dieser stabförmige Körper besteht aus einem oder mehreren Filamenten und einem nicht-ferromagnetischen Matrixwerkstoff, wobei der Matrixwerkstoff die Filamente umschließt. In den Matrixwerkstoff ist eine Dotierung aus magnetresonanztomographische Artefakte erzeugenden Partikeln eingebracht.
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In der
WO 2009/141165 A2 ist ein medizinisches Instrument offenbart, das in einen menschlichen oder tierischen Körper einführbar ist, wobei das medizinische Instrument einen Instrumentenkörper aufweist. Der Instrumentenkörper weist zumindest einen schlecht elektrisch leitenden stabförmigen Körper auf, der aus einem Matrixwerkstoff und nichtmetallischen Filamenten ausgebildet ist. Dieses medizinische Instrument zeichnet sich dadurch aus, dass der stabförmige Körper mit einem Röntgenmarker dotiert ist, und das medizinische Instrument einen MR-Marker aufweist.
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Aus der
WO 2012/052159 A2 geht ein stabförmiger Körper und ein medizinisches Instrument hervor. Der stabförmige Körper umfasst ein oder mehrere nicht-metallische Filamente und ein nicht-ferromagnetisches Matrixmaterial. Das Matrixmaterial umschließt und/oder verklebt die Filamente. Markerpartikel zum Erzeugen eines Signals in der Magnetresonanz- oder in der Röntgenbildgebung sind in den stabförmigen Körper eingebracht.
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In der
WO 2013/072067 A1 ist eine Vorrichtung zum Extrudieren eines medizinischen Instruments, das in einen menschlichen oder tierischen Körper einführbar ist, offenbart. Die Vorrichtung umfasst eine Einrichtung zum Zuführen stabförmiger Körper, eine Extrusionseinrichtung mit einem Gehäuse, wobei das Gehäuse eine umlaufende Seitenwandung aufweist, die an einem in Produktionsrichtung vorne liegenden Ende mit einer eine Austrittsdüse aufweisenden Düsenwandung und am in Produktionsrichtung hinten liegenden Ende mit einer Pinole versehen ist. Der Raum im Gehäuse zwischen der Pinole, der Seitenwandung und der Austrittsdüse begrenzt einen Extrusionsraum, wobei das Gehäuse im Bereich des Extrusionsraums mit einer Polymerzuführeinrichtung versehen ist. Weiterhin ist eine sich in Produktionsrichtung erstreckende Kanüleneinrichtung vorgesehen, die ausgebildet ist, um zumindest einen stabförmigen Körper von der Einrichtung zum Zuführen stabförmiger Körper bis in den Extrusionsraum in einer vorbestimmten räumlichen Anordnung einzubringen, die zumindest eine rohrförmige Kanüle mit einem in Produktionsrichtung hinten liegenden Zuführende und einem in Produktionsrichtung vorne liegenden Austrittsende aufweist, wobei die Kanüleneinrichtung in etwa in geradliniger Flucht zur Austrittsdüse angeordnet ist und sich durch die Pinole derart erstreckt, dass ihr in Produktionsrichtung liegendes Austrittsende beabstandet von der Austrittsdüse im Extrusionsraum endet.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Extrudieren von strukturierten Extrudaten, bei dessen Herstellung bestimmte mechanische Eigenschaften erfüllt werden können. Insbesondere soll es möglich sein, einzelne stabförmige Körper in einer vorbestimmten Position im strukturierten Extrudats anzuordnen.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine gegenüber der in der
WO 2013/072067 A1 beschriebenen Vorrichtung verbesserte Vorrichtung bereitzustellen, die insbesondere kostengünstiger herstellbar und einfacher aufgebaut ist.
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Die Erfindung weist zur Lösung dieser Aufgabe die in den unabhängigen Patentansprüchen angegebenen Merkmale auf. Vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung zum Extrudieren eines strukturierten Extrudats, vorgesehen. Diese Vorrichtung umfasst ein Gehäuse, wobei das Gehäuse eine umlaufende Seitenwandung aufweist, die an einem in Produktionsrichtung vorne liegenden Ende mit einer eine Austrittsdüse aufweisenden Düsenwandung und am entgegen der Produktionsrichtung hinten liegenden Ende mit einer Pinole versehen ist, wobei der Raum im Gehäuse zwischen der Pinole, der Seitenwandung und der Austrittsdüse einen Extrusionsraum begrenzt und das Gehäuse im Bereich des Extrusionsraumes mit einer Polymerzuführeinrichtung verbindbar ist.
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In der Pinole ist zumindest ein sich in Produktionsrichtung erstreckender Führungskanal ausgebildet, um zumindest einen stabförmigen Körper von einer Einrichtung zum Zuführen stabförmiger Körper bis in den Extrusionsraum einzubringen, wobei der Führungskanal in etwa in geradliniger Flucht zur Austrittsdüse angeordnet ist.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung zeichnet sich die Extrusionsvorrichtung dadurch aus, dass der zumindest eine Führungskanal in Produktionsrichtung einen Führungsabschnitt und einen Anordnungsabschnitt aufweist. Der Anordnungsabschnitt weist einen geringeren Durchmesser als der Führungsabschnitt auf. Beide Abschnitte sind vorzugsweise zylindrisch ausgebildet.
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Durch das Vorsehen eines Führungsabschnittes und eines Anordnungsabschnittes, der einen kleineren Durchmesser als der Führungsabschnitt aufweist, wird durch den Anordnungsabschnitt eine präzise Führung von stabförmigen Körpern gewährleistet. Da der Anordnungsabschnitt relativ kurz ausgebildet ist, wird die Reibung zwischen dem Führungskanal und dem jeweiligen stabförmigen Körper gering gehalten. Andererseits kann der Führungskanal aufgrund des weiteren Führungsabschnittes einfach gereinigt werden. Der enge Anordnungsabschnitt stellt zudem sicher, dass bei der Extrusion kaum Polymer in den Führungskanal eintritt.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung zeichnet sich die Extrusionsvorrichtung dadurch aus, dass der Führungskanal einen minimalen Durchmesser kleiner 0,5 mm aufweist.
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Durch den kleinen Durchmesser des Führungskanales können im strukturierten Extrudat stabförmige Körper präzise angeordnet werden. Der minimale Durchmesser des Führungsdrahtes ist vorzugsweise kleiner oder gleich 0,4 mm, und inbesondere kleiner oder gleich 0,3 mm. Hiermit ist ein dünnes, strukturiertes Extrudat herstellbar, in dem stabförmige Körper präzise angeordnet sind.
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Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung zeichnet sich die Extrusionsvorrichtung dadurch aus, dass zumindest ein neben dem zentralen Führungskanal beabstandet angeordneter peripherer Führungskanal vorgesehen ist, um zumindest zwei stabförmige Körper in den Extrusionsraum einbringen zu können.
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Durch das Vorsehen mehrerer Führungskanäle in einer bestimmten geometrischen Anordnung in der Pinole können stabförmige Körper im strukturierten Extrudat exakt zueinander geometrisch positioniert werden. Die stabförmigen Körper besitzen hierdurch eine bestimmte Geometrie im Querschnitt des strukturierten Extrudates. Es können auch mehr als zwei periphere Führungskanäle ausgebildet sein, die vorzugsweise gleichmäßig voneinander radial beabstandet sind.
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Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung zeichnet sich die Extrusionsvorrichtung dadurch aus, dass im Bereich in Produktionsrichtung hinter der Pinole ein Zuführelement angeordnet ist, das zumindest einen Zuführkanal umfasst.
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Der zumindest eine Zuführkanal kann in Produktionsrichtung einen Zuführabschnitt und einen Ausrichtabschnitt umfassen, wobei der Ausrichtabschnitt in Produktionsrichtung konisch verjüngend ausgebildet ist und in den Führungskanal der Pinole mündet. Der Zuführabschnitt kann zylindrisch ausgebildet sein.
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Das Vorsehen des Zuführelementes vereinfacht das Einfädeln von stabförmigen Körpern. Die Mündungen der Zuführkanäle weisen am verjüngt ausgebildeten Ende die gleiche Anordnung wie die Öffnungen der Führungskanäle der Pinole auf, so dass einem jeden Führungskanal auch ein Zuführkanal zugeordnet ist.
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Es können zumindest zwei Zuführkanäle vorgesehen sein, die jeweils in einen entsprechenden Führungskanal der Pinole münden, wobei einer dieser Zuführkanäle ein peripherer Zuführkanal ist, der gegenüber der Produktionsrichtung in einem Winkel von 0° bis 60° bzw. von 5° bis 45° und insbesondere von 10° bis 20° geneigt sind.
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Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist in Produktionsrichtung nach der Austrittsdüse eine Ausrichteinrichtung angeordnet, die ausgebildet ist, um ein strukturiertes Extrudat axial fluchtend zur Austrittsdüse anzuordnen.
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Gemäß allen Aspekten der vorliegenden Erfindung können ein zentraler und zumindest zwei bzw. drei bzw. vier bzw. fünf bzw. sechs bzw. sieben bzw. acht bzw. neun bzw. zehn den zentralen Führungskanal umgebende, in etwa radial gleich beabstandet voneinander angeordnete periphere Führungskanäle vorgesehen sein. Alternativ können zumindest drei bzw. vier bzw. fünf bzw. sechs bzw. sieben bzw. acht bzw. neun bzw. zehn Führungskanäle konzentrisch und in etwa radial gleich beabstandet voneinander angeordnet sein.
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Unter dem Begriff „in etwa in geradliniger Flucht” wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung verstanden, dass ein oder mehrere Führungskanäle parallel zur Produktionsrichtung angeordnet sind. Dies bedeutet nicht, dass ein Führungskanal exakt mit der Mitte der Austrittsdüse fluchtet, sondern dass diese parallel zur Mittelachse der Austrittsdüse angeordnet sind.
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Bevorzugt ist, dass die Anzahl der Zuführkanäle identisch ist mit der Anzahl der Führungskanäle.
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Unter einem strukturierten Extrudat wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere ein Halbzeug zum Ausbilden eines medizinischen Instruments, das in einen menschlichen oder tierischen Körper einbringbar ist, verstanden. Ein mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestelltes strukturiertes Extrudat kann sehr dünn sein und einen Durchmesser von weniger als 1,5 mm, oder einen Durchmesser, der kleiner oder gleich 1 mm bzw. kleiner oder gleich 0,5 mm ist, aufweisen. Selbst ein sehr dünnes Extrudat kann mit einer vorbestimmten Struktur ausgebildet sein. Insbesondere können stabförmige Körper in dem strukturierten Extrudat exakt positioniert sein. Ist das strukturierte Extrudat ein Halbzeug zur Ausbildung eines medizinischen Instrumentes, dann hat die Positionierung der stabförmigen Körper jedenfalls erheblichen Einfluss auf die Biegesteifigkeit des strukturierten Extrudates bzw. auf das hieraus hergestellte medizinische Instrument. Weiterhin können die stabförmigen Körper mit Markern, insbesondere MR-Markern zur Sichtbarmachung in einem medizinischen, bildgebenden Verfahren versehen sein. Die Position der stabförmigen Körper im strukturierten Extrudat kann auch Einfluss auf die Sichtbarmachung des strukturierten Extrudates bzw. des hieraus hergestellten medizinischen Instrumentes haben. Eine exakte Positionierung der stabförmigen Körper ist deshalb von grundsätzlicher Bedeutung. Stabförmige Körper sind, wie es eingangs erläutert ist, beispielsweise aus der
WO 2007/000148 A2 bzw. der
WO 2012/052159 A2 bekannt. Derartige stabförmige Körper sind vor allem langgestreckt. Sie können auch als Fasern oder Fäden bezeichnet werden. Sie sind jedoch vorzugsweise Präzisionsfasern bzw. Präzisionsfäden mit im Wesentlichen konstantem Querschnitt bzw. konstanter Dicke über ihre gesamte Länge.
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Durch den Führungskanal der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird ein exaktes lineares Ausrichten eines stabförmigen Körpers gegenüber dem Stand der Technik erheblich vereinfacht.
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Der Führungsabschnitt des Führungskanals weist eine Länge von ca. 35 mm bis 80 mm bzw. von ca. 40 mm bis 60 mm bzw. von ca. 45 mm bis 50 mm und insbesondere von 47 mm bis 48 mm und einen Durchmesser von ca. 0,8 mm und insbesondere 0,6 mm auf.
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Der Anordnungsabschnitt des Führungskanals weist eine Länge von ca. 2 mm bis 20 mm bzw. von ca. 3 mm bis 7 mm und insbesondere von 5 mm bis 6 mm und einen Durchmesser von ca. 0,2 mm bis 0,8 mm bzw. von ca. 0,3 mm bis 0,5 mm auf.
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Der Zuführabschnitt des Zuführkanals ist zylindrisch ausgebildet und weist eine Länge von ca. 20 mm bis 50 mm auf. Ein Ausrichtabschnitt des Zuführkanals ist in Produktionsrichtung sich konisch verjüngend ausgebildet.
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An einem in Produktionsrichtung hinten liegenden Ende des Zuführkanals kann eine konische Aufweitung mit relativ großem Durchmesser von ca. 10 mm vorgesehen sein, um das Einfädeln der stabförmigen Körper zu erleichtern.
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Das in Produktionsrichtung hinten liegende Ende des Führungskanals kann ebenfalls mit einer konischen Aufweitung im Bereich zum Übergang zur konischen Verjüngung des Ausrichtabschnitts des Zuführkanals vorgesehen sein, um die Reibung der stabförmigen Körper an den Kanalwandungen des Zuführkanals und des Führungskanals zu minimieren.
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Das Gehäuse kann zusätzlich zu den vorstehend genannten Bauteilen ein Hülsenelement umfassen. Das Hülsenelement umgibt einen sich in Produktionsrichtung erstreckenden Absatz des Zuführelements und umschliesst einen sich entgegen der Produktionsrichtung erstreckenden Abschnitt der Pinole.
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Das Hülsenelement gewährleistet ein korrekte, insbesondere axial zur Produktionsrichtung fluchtende Anordnung der Pinole, in dem es diese teilbereichsweise umschliesst.
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Weiterhin ist das in Produktionsrichtung weisende Ende des Hülsenelements quer zur Produktionsrichtung konkav abgeschrägt. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die von einer Schmelzeeinrichtung zugeführte Schmelze gleichförmig, insbesondere laminar über einen kegelförmigen Abschnitt der Pinole in den Extrusionsraum in Richtung Austrittsdüse strömt.
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Die Bauteile des Gehäuses, d. h. das Zuführelement, das Hülsenelement, die Pinole,, die Seitenwandung und die Düsenwandung sind derart über Zentrierstifte und/oder Schrauben miteinander verbunden, dass eine exakte Ausrichtung sämtlicher Bauteile der Vorrichtung automatisch gewährleistet ist. Insbesondere bedeutet das, dass der Führungskanal in etwa in geradliniger Flucht zur Austrittsdüse angeordnet ist und sich somit parallel oder axial fluchtend zur Produktionsrichtung erstreckt.
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Der Abstand zwischen dem in Produktionsrichtung liegenden Ende des Führungskanals und der Austrittsdüse beträgt ca. 4 bis 12 mm und insbesondere ca. 5 bis 7 mm.
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Mittels des Zuführkanals wird ein stabförmiger Körper bis zur Umhüllung mit dem Polymer exakt geführt und im Raum ausgerichtet.
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Die vollständige Umhüllung des stabförmigen Körpers mit Polymer erfolgt erst, nachdem der stabförmige Körper aus dem Führungskanal ausgetreten ist. Auf diese Weise wird verhindert, dass das Polymer die Ausrichtung des stabförmigen Körpers beeinflusst bzw. diesen verschiebt. Hierdurch kann dessen Anordnung in einem strukturierten Extrudat beim Extrudieren exakt festgelegt werden, wodurch sich vorbestimmte mechanische Eigenschaften erzielen lassen. Der stabförmige Körper kann mittels des Führungskanals exakt an einer bestimmten Position in der Querschnittsfläche des strukturierten Extrudats angeordnet werden.
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Das geschmolzene Polymer strömt im Extrusionsraum aufgrund der stirnseitigen Konturierung des Hülsenelements etwa laminar entlang der sich in den Extrusionsraum hineinstreckenden Oberfläche der Pinole. Am in Produktionsrichtung liegenden Ende der Pinole benetzt das Polymer einen oder mehrere, mittels der Zuführkanäle zugeführten stabförmigen Körper derart, dass hierbei nur ein geringes Moment bzw. eine kleine Kraft quer zur Produktionsrichtung auf den bzw. die stabförmigen Körper ausgeübt wird.
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Zwischen der Einrichtung zum Zuführen stabförmiger Körper und einer entgegen der Produnktionsrichtung liegenden Wandung des Hülsenelemets kann ein Abstandselement angeordnet sein. Das Abstandselement ist z. B. ein die Pinole umgebender Distanzring. Durch Vorsehen verschieden langer Abstandselemente lässt sich der Abstand zwischen dem in Produktionsrichtung liegenden Ende des zumindest einen Führungskanals und der Austrittsdüse einstellen. Auf diese Weise lässt sich die Strecke, auf der der bzw. die stabförmigen Körper mit Extrudat umhüllt werden, verlängern oder verkürzen.
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Mittels des Abstandselements, kann somit der Abstand zwischen dem in Produktionsrichtung liegenden Ende des Führungskanals und der Austrittsdüse einfach verändert werden. Dieser Abstand ist wichtig, denn seine Länge ermöglicht eine Anpassung an die entsprechenden Produktionsbedingungen, wie z. B. Transportgeschwindigkeit der stabförmigen Körper, Flussgeschwindigkeit der Polymerschmelze, Temperatur, etc.
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Je länger der bzw. die stabförmigen Körper durch die Polymerschmelze im Extrusionsraum geführt werden, desto größer ist die Gefahr einer Verschiebung des bzw. der stabförmigen Körper von der gewünschten Position in der Querschnittsfläche des strukturierten Extrudats.
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Durch verschieden dicke Abstandselemente ist die Position der Pinole und somit der Führungskanäle in Produktionsrichtung verstellbar, ohne dass die Lage der Pinole in der Ebene quer zur Produktionsrichtung verändert wird.
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Weiterhin wurde festgestellt, dass bereits bei einem kurzen maximalen Abstand kleiner 12 mm zwischen einem in Produktionsrichtung liegenden Ende eines Führungskanals und der Austrittsdüse eine ausreichende Benetzung des bzw. der stabförmigen Körper mit der Polymerschmelze erzielbar ist.
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Es hat sich gezeigt, dass in der Pinole ausgebildete Führungskanäle gegenüber der aus dem Stand der Technik bekannten Kanüleneinrichtung den erheblichen Vorteil aufweisen, dass diese durch das Fertigungsverfahren nicht in ihrer Ausrichtung in Produktionsrichtung verändert bzw. verstellt werden, so dass eine präzise Führung der stabförmigen Körper durch die Pinole in dem Extrusionsraum möglich ist. Außerdem wird das Risiko des Vibrierens der im Stand der Technik bekannten Kanüleneinrichtung durch die in der erfindungsgemäßen Pinole ausgebildeten Führungskanäle unterbunden.
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Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben überraschenderweise herausgefunden, dass sich Ungenauigkeiten in der exakten geometrischen Anordnung der einzelnen Kanülen in der Kanüleneinrichtung annähernd exakt in der geometrischen Anordnung der einzelnen stabförmigen Körper im strukturierten Extrudat abbilden. Daher ist eine exakte Führung des bzw. der stabförmigen Körper in den Führungskanälen der Pinole von erheblicher Bedeutung für die Herstellung eines strukturierten Extrudats mit exakter geometrischer Anordnung der stabförmigen Körper.
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Durch das exakte Fertigungsverfahren der erfindungsgemäßen Pinole wird die exakte geometrische Anordung der Führungskanäle und damit der stabförmigen Körper auf einfache Weise sichergestellt und damit die Reproduzierbarkeit des hergestellten strukturierten Extrudats erreicht.
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Dadurch, dass lediglich ein relativ kurzer Ausrichtabschnitt eines Führungskanals vorgesehen ist, wirken zudem nur sehr geringe Kräfte auf die stabförmigen Körper.
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Mittels eines oder mehrerer Führungskanäle wird eine gewünschte relative Anordnung eines stabförmigen Körpers in einem strukturierten Extrudatsoder eine gewünschte relative Anordnung von zumindest zwei stabförmigen Körpern zueinander erzielt, wobei die stabförmigen Körper sehr eng benachbart zueinander anordbar sind.
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Durch die Führung im Führungskanal und einen kurzen Abstand zwischen dem in Produktionsrichtung vorne liegenden Ende des Anordnungsabschnitts und dem in Produktionsrichtung hinten liegenden Ende der Austrittsdüse wird zudem sicher und zuverlässig vermieden, dass einzelne stabförmige Körper nach der Umhüllung mit dem Polymer aus dem strukturierten Extrudat herausstehen. Diese Gefahr besteht aufgrund des geringen Außendurchmessers des strukturierten Extrudats, wenn auf eine Führung der stabförmigen Körper verzichtet oder ein großer Abstand benutzt würde, da diese dann beim Extrudieren aufgrund des Drucks der Schmelze in ihrer Position verändert können.
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Durch die feste und zentrierte Verbindung aller an den Extrusionsraum angrenzenden Bauteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden nahezu sämtliche Vibrationen vermieden, die dazu führen können, dass die Anordnung der stabförmigen Körper im strukturierten Extrudatnegativ beeinflusst wird. Zudem wird eine geradlinig fluchtende Anordnung und Zuführung von stabförmigen Körpern auf einfache Weise gewährleistet.
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Durch die Merkmale der vorliegenden Erfindung wird eine präzise Anordnung der stabförmigen Körper im Raum bzw. in einer exakt vordefinierten Position in einem strukturierten Extrudat möglich.
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Die Pinole ist zum einen zum Verteilen und Führen der Schmelze und zum anderen zum Führen des bzw. der stabförmigen Körper ausgebildet, so dass die darin angeordneten stabförmigen Körper trotz des Drucks des Polymers in geradliniger Flucht zur Austrittsdüse verbleiben.
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Zum Verteilen und Führen der Schmelze und um den stabförmigen Körper mit Polymer zu beaufschlagen, ist die Pinole sich in Produktionsrichtung verjüngend, insbesondere kegelförmig ausgebildet.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Anzahl der Führungskanäle der Pinole der Anzahl der stabförmigen Körper entspricht, die im strukturierten Extrudat vorgesehen werden sollen bzw. diese um eins übersteigt.
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Beim Hindurchführen der stabförmigen Körper durch die Austrittsdüse erfolgt dann die abschließende äußere Ummantelung der stabförmigen Körper mit dem Polymer und die endgültige äußere Geometrie des strukturierten Extrudats wird durch die Form und die Abmessung des Querschnitts eines Schmelzekanals der Austrittsdüse beienflusst.
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Auf diese Weise wird ein strukturiertes Extrudat bereitgestellt, bei dem die stabförmigen Körper präzise im Raum bzw. im strukturierten Extrudat unter einem definierten Abstand angeordnet sind.
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Ein System zum Extrudieren eines strukturierten Extrudats umfasst die vorstehend beschriebene Vorrichtung sowie eine Einrichtung zum Zuführen stabförmiger Körper, eine mit dem Extrusionsraum verbundene Polymerzuführeinrichtung, eine Kühleinrichtung und eine Abzugseinrichtung.
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Die Polymerzuführeinrichtung kann zum Zuführen von Polymeren ausgebildet sein, wie sie als Beschichtung bspw. in der
WO 2012/052159 A2 offenbart sind, auf die hiermit vollinhaltlich Bezug genommen wird.
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In Produktionsrichtung ist nach der Austrittsdüse die Kühleinrichtung, insbesondere ein Wasserbad, zum Kühlen des strukturierten Extrudats angeordnet. Im Wasserbad erfolgt eine Aushärtung des den oder die stabförmigen Körper einbettenden und/oder umgebenden Polymers.
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Nach dem Wasserbad ist in Produktionsrichtung die Abzugseinrichtung angeordnet.
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Die Abzugseinrichtung ist ausgebildet, um das strukturierte Extrudat aus der Vorrichtung abzuführen und/oder dieses durch die Vorrichtung hindurchzuführen. Mittels der Abzugseinrichtung kann sichergestellt werden, dass das strukturierte Extrudat und insbesondere zumindest ein darin angeordneter stabförmiger Körper permanent unter Spannung gehalten wird, so dass diese nicht durchhängen, wodurch ein gleichmäßiger Durchmesser über die komplette Länge des strukturierten Extrudats und eine gleichbleibende Anordnung des bzw. der stabförmigen Körper im strukturierten Extrudat gewährleistet wird.
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Die Abzugseinrichtung ist vorzugsweise als Raupenabzug, der mit kettenartigen bzw. profilierten Elementen versehen ist, oder als Bandabzug mit Transportbändern ausgebildet. Alternativ kann auch ein Trommelabzug, ein linearer Abzug mit Schlitten oder ein Walzenabzug vorgesehen sein. Der Abzug ist insbesondere derart ausgebildet, dass das strukturierte Extrudat durch den Abzugvorgang möglichst wenig verfestigt und/oder gedehnt wird, um die Form des strukturierten Extrudats durch den Abzug möglichst nicht zu verändern.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Einstellung der Anordnung der stabförmigen Körper im strukturierte Extrudat durch eine Ausrichteinrichtung unterstützt.
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Die Ausrichteinrichtung kann als Fixierplatte mit einer Ausrichtbohrung ausgebildet sein, die in geradliniger axialer Flucht zum Schmelzekanal der Austrittsdüse angeordnet ist. Bevorzugt ist eine im Durchmesser verstellbare Ausrichtbohrung.
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Insbesondere bildet die Ausrichteinrichtung einen Fixpunkt, wodurch das strukturierte Extrudat und der oder die stabförmigen Körper zwischen diesem Fixpunkt und dem in Produktionsrichtung vorne liegenden Ende des Führungskanals, insbesondere dem Führungsabschnitt, bzw. dem in Produktionsrichtung vorne liegenden Ende der Austrittsdüse exakt in axialer Richtung ausgerichtet und damit die Anordnung der stabförmigen Körper in einer vordefinierten Position im strukturierte Extrudat zusätzlich verbessert wird.
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Die Ausrichteinrichtung kann durch Merkmale der Abzugseinrichtung oder einer Rolleneinrichtung realisiert sein. D. h. die Ausrichteinrichtung kann integraler Bestandteil einer der beiden Einrichtungen sein.
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Die Einrichtung zum Zuführen stabförmiger Körper ist vorzugsweise ein Materialbaum, wobei auf dem Materialbaum vorzugsweise gebremste Spulen bzw. Rollen angeordnet sind, auf denen die stabförmigen Körper aufgewickelt sind. Durch das Abbremsen der Spulen werden beim Abrollen weniger Schwingungen in dem stabförmigen Körper erzeugt und diese gleichmäßig auf Spannung gehalten.
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Vorzugsweise kann die Seitenwandung der Extrusionseinrichtung mit einer bzw. zwei bzw. drei radial umlaufend angeordneten Heizeinrichtungen versehen sein. Mittels der Heizeinrichtung ist es möglich, den Extrusionsraum auf einer konstanten Temperatur zu halten, um das Polymer in einem fließfähigen Zustand zu halten. Die Temperatur kann über eine mit Temperaturfühlern verbundene Steuereinrichtung entsprechen einstellbar sein.
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Weiterhin kann am Extrusionsraum eine Drossel bzw. ein Ablassventil vorgesehen sein, um Polymer aus dem Extrusionsraum abzuführen. Durch dieses Bauteil wird zum einen verhindert, dass degradiertes Polymer verarbeitet wird und zum anderen besteht durch das Abführen des Polymers die Möglichkeit, dieses in Bewegung zu halten bzw. das Polymer zu beschleunigen, um eine Stagnation zu verhindern. Die Sicherstellung eines ausreichenden Polymerflusses ist angesichts der im strukturierten Extrudatenthaltenen nur sehr geringen Polymermengen sehr wichtig, um einen Abbau des Polymers im Extruder zu verhindern.
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Ein zentraler Zuführkanal kann alternativ zum Zuführen von Luft ausgebildet sein. Weiterhin können mehrere dezentrale bzw. periphere Zuführkanäle, die gleich beabstandet radial umlaufend um den zentralen Zuführkanal angeordnet sind, zum Zuführen stabförmiger Körper vorgesehen sein. Der zentrale Zuführkanal ist in diesem Fall mit einer Einrichtung zum Zuführen von Druckluft verbunden, um bei der Extrusion einen Stützluftdruck zum Ausbilden eines Schlauch- oder Katheterlumens im strukturierten Extrudat, insbesondere in einem Schlauch oder Katheter aufzubauen.
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Mittels einer derartigen Pinole mit Zuführkanälen mit den oben genannten Eigenschaften ist es möglich, Schläuche oder Katheter zu extrudieren, die in die Schlauch- oder Katheterwandung eingebettete, stabförmige Körper aufweisen.
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Die Anordnung der peripheren Zuführkanäle definiert die Position der stabförmigen Körper bezüglich des Lumens und deren relative Anordnung zueinander und somit auch deren Position in der Schlauch- oder Katheterwandung.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann zum parallelen Herstellen mehrerer strukturierten Extrudats ausgebildet sein.
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Im Folgenden werden die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegenüber der aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtung erläutert.
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Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eine gute Benetzung der stabförmigen Körper bei gleichzeitig bestmöglicher geometrischer Anordnung der stabförmigen Körper im Extrudat sichergestellt.
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Die Zuführung der stabförmigen Körper in den Extrusionsraum wird erheblich vereinfacht.
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Weiterhin werden lange Strecken, in denen die stabförmigen Körper an Kanalwandungen der Vorrichtung reiben, mit dem erfindungsgemäßen Aufbau vermieden.
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Beim Verstopfen der Kanäle müssen nur noch wenige Millimeter mit einem sehr kleinen Durchmesser, nämlich nur noch die Länge des Anordnungsabschnitts und nicht mehr die Länge der Kanülen über die gesamte Länge der Kanüleneinrichtung, gereinigt werden, was aufgrund der sehr kleinen Durchmesser aufwendig ist.
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Weiterhin lassen sich die Zuführkanäle der Pinole sehr leicht reinigen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist einfach und kostengünstig aufgebaut und umfasst keine Verbrauchsteile mehr, die kostenaufwendig sind und häufig erneuert werden müssen.
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Durch den einfachen Aufbau ist es möglich, immer wieder die gleichen strukturierten Extrudatezu reproduzieren, wobei die lineare Ausrichtung der stabförmigen Körper durch die Zuführkanäle quasi von selbst erfolgt.
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Insbesondere erfolgt mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Selbstfixierung der Pinole und der Austrittsdüse zueinander anstelle der aus dem Stand der Technik bekannten manuellen Ausrichtung über zahlreiche Einstell- und Verstelleinrichtungen. Auf diese Weise weist die gesamte Vorrichtung eine hohe Linearität, d. h. eine exakt fluchtende Ausrichtung in Produktionsrichtung auf.
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Insbesondere hat, wenn die Distanz zwischen den in Produktionsrichtung vorne liegenden Enden der Führungskanäle und dem Schmelzekanal der Austrittsdüse kurz ist, die Ausrichtung der stabförmigen Körper im Extrusionskopf keinen derart hohen Einfluss auf die Anordnung der stabförmigen Körper im strukturierten Extrudat bzw. dem Endprodukt, wie bisher.
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Die Anordnung der stabförmigen Körper kann durch die Ausrichteinrichtung positiv beeinflusst werden. Die Ausrichtbohrung der Ausrichteinrichtung muss in axialer Flucht in Produktionsrichtung zum Schmelzekanal der Austrittsdüse angeordnet sein.
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Für jeden stabförmigen Körper ist ein Führungskanal vorgesehen, so dass sichergestellt ist, dass die stabförmigen Körper am in Produktionsrichtung vorne liegenden Ende im Bereich vor der Pinole in korrekter geometrischer Anordnung vorliegen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist für die sehr kleinen Dimensionen medizinischer Instrumente, insbesondere Katheter und Führungsdrähte geeignet. Würde man die einzelnen stabförmigen Körper einfach nur in die Pinole einführen und mit Polymer ummanteln, so würde keine brauchbare geometrische Anordnung der einzelnen stabförmige Körper in den medizinischen Instrumenten erreicht. Dies liegt zum einen an der zufälligen Verteilung der stabförmigen Körper und an den daraus resultierenden zu großen oder zu kleinen Abständen der einzelnen stabförmigen Körper zueinander bzw. zwischen den peripheren stabförmigen Körpern und einem zentralen stabförmigen Körper. Zum anderen käme es zu keiner gleichmäßigen Überdeckung der peripheren stabförmigen Körper durch das Polymer. Gegebenenfalls könnten sogar die peripheren stabförmigen Körper radial aus dem strukturierten Extrudat herausragen bzw. freigelegt werden und das medizinische Instrument wäre unbrauchbar.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen in:
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1 eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Extrudieren eines strukturierten Extrudats in einer perspektivischen Ansicht mit Ausbruch,
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2 eine seitlich geschnittene Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Extrudieren eines strukturierten Extrudats im Längsschnitt,
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3 eine seitlich geschnittene Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Extrudieren eines strukturierten Extrudats im Längsschnitt mit Abstandselement, und
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4 eine weitere seitlich geschnittene Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Extrudieren eines strukturierten Extrudats im Längsschnitt Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung 1 zum Extrudieren eines strukturierten Extrudats, insbesondere eines medizinischen Instruments das in einen menschlichen oder tierischen Körper einführbar ist, vorgesehen (1 bis 4).
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Beispielhaft wird die Vorrichtung anhand einer Vorrichtung 1 zur Produktion eines strukturierten Extrudats beschrieben, in dem sieben stabförmige Körper angeordnet sind, wobei ein stabförmiger Körper zentral angeordnet ist und die anderen sechs stabförmigen Körper radial gleich beabstandet voneinander angeordnet sind und den zentralen stabförmigen Körper umgeben.
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Die Vorrichtung 1 bzw. Extrusionseinrichtung weist in einem schematischen Aufbau ein Gehäuse 4 auf, wobei das Gehäuse aus einer umlaufenden Seitenwandung 5, das an einem in Produktionsrichtung 2 vorne liegenden Ende mit einer eine Austrittsdüse 6 aufweisenden Düsenwandung 7 und am in Produktionsrichtung hinten liegenden Ende mit einem Zuführelement 10, einem Hülsenelement 9 und einer Pinole 8 versehen ist.
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Das Zuführelement 10 umfasst einen sich in Produktionsrichtung erstreckenden zentralen Zuführkanal 11 und sechs radial dem zentralen Zuführkanal gleich beabstandet umgebende periphere Zuführkanäle 12, die sich in Richtung des in Produktionsrichtung liegenden Endes des zentralen Zuführkanals derart erstrecken, dass sie gegenüber der Produktionsrichtung in einem Winkel von 0° bis 60° bzw. von 5° bis 45° und insbesondere von 10° bis 20° geneigt sind.
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Der zentrale Zuführkanal 11 und die peripheren Zuführkanäle 12 umfassen einen zylindrischen Zuführabschnitt 13 und einen sich in Produktionsrichtung verjüngenden Ausrichtabschnitt 14.
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In Produktionsrichtung 2 ist vor dem Zuführelement 10 das rohrartig ausgebildete Hülsenelement 9 angeordnet.
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Im Hülsenelement 9 ist die Pinole 8 angeordnet.
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Die Pinole 8 ist mit dem Zuführelement 10 und dieses wiederum mit dem Hülsenelement 9 zumindest über einen Passstift derart verbunden, dass eine exakte Ausrichtung dieser Bauteile axial in Produktionsrichtung sichergestellt ist.
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Das Hülsenelement 9 ist mit dem Zuführelement 10 derart verbunden, dass eine exakte lineare Ausrichtung des Hülsenelements bezüglich des Zuführelements 10 erfolgt.
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Zwischen dem Zuführelement 10 und dem Hülselement 9 ist ein ringförmiges Abstandselement 23 anordbar (3).
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Mit einem in Produktionsrichtung vorne liegenden Abschnitt umgibt das Hülsenelement 9 eine an der Pinole 8 angeformte Stufe. Eine Stirnseite des Hülsenelements 9 ist konkav abgeschrägt zum Führen von Schmelze ausgebildet und begrenzt den Extrusionsraum entgegen der Produktionsrichtung 2.
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Die Pinole 8 weist einen zylindrischen Abschnitt 15 und einen kegelförmigen Abschnitt 16 auf.
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In der Pinole 8 ist axial fluchtend zur Produktionsrichtung 2 ein zentraler Führungskanal 17 ausgebildet. Weiterhin sind in der Pinole 8 sechs radial umlaufend um den zentralen Führungskanal 17 angeordnete periphere Führungskanäle 18 ausgebildet. Die in Produktionsrichtung hinten liegenden Enden der Führungskanäle 17, 18 weisen eine kegelförmige Aufweitung 19 auf.
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Die in Produktionsrichtung vorne liegenden Enden der Ausrichtabschnitte 14 des Zuführelements münden exakt in die kegelförmigen Aufweitungen 19 der Führungskanäle 17, 18.
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Im kegelförmigen Abschnitt 16 der Pinole 8 verringert sich der Durchmesser des zentralen und der peripheren Führungskanäle 17, 18 von einem Führungsabschnitt 20 auf einen Anordnungsabschnitt 21.
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Die Pinole 8 ist von der Seitenwandung 5 umgeben, wobei eine in der Seitenwandung 5 ausgebildete Stufe an einer Stirnwandung des Hülsenelements 9 anliegt.
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Am in Produktionsrichtung 2 vorne liegenden Ende ist die Düsenwandung 7 mit der Seitenwandung 5 verbunden.
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Der Raum zwischen der Pinole 8, dem Hülsenelement 9, der Seitenwandung 5 und der Düsenwandung 7 bildet den Extrusionsraum aus.
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Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Herstellen von strukturierten Extrudaten mit zum Beispiel einem zentralen und zwei bis zehn und vorzugsweise drei bis sechs peripheren stabförmigen Körpern ausgebildet. Entsprechend der mechanischen Anforderung an das strukturierte Extrudat kann ein zentraler stabförmiger Körper und mehrere periphere stabförmige Körper vorgesehen sein. Grundsätzlich ist eine beliebige Anordnung der stabförmigen Körper mit oder einen zentralen stabförmigen Körper möglich.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch zum Herstellen von Schläuchen oder Kathetern mit zum Beispiel drei bis zehn stabförmigen Körpern ausgebildet sein, die in der Schlauch- bzw. Katheterwandung angeordnet sind.
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Ein System zum Extrudieren eines strukturierten Extrudats umfasst entlang einer Produktionsrichtung 2 eine Einrichtung zum Zuführen stabförmiger Körper, wie z. B. ein Spulenbaum (nicht dargestellt), die Vorrichtung 1, eine Kühleinrichtung, wie z. B. ein Wasserbaum (nicht dargestellt), eine Ausrichteinrichtung (nicht dargestellt) und eine Abzugseinrichtung (nicht dargestellt). Die Vorrichtung 1 weist einen Extrusionsraum 3, in den eine Schmelze- oder Polymerzuführeinrichtung 22 mündet.
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Bevorzugt ist zwischen der Kühleinrichtung und der Abzugseinrichtung eine Ausrichteinrichtung vorgesehen.
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Im Folgenden wird ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen von Führungsdrähten oder Kathetern zum Einbringen in den menschlichen oder tierischen Körper beispielhaft anhand eines Führungsdrahtes, in dem sieben stabförmige Körper angeordnet sind, beschrieben.
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Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren werden bspw. sieben stabförmige Körper von jeweils auf einer Einrichtung zum Zuführen stabförmiger Körper angeordneten Spulen durch entsprechende Zuführabschnitte und Ausrichtabschnitte des Zuführelements hinein in die Führungskanäle geführt.
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Die sieben stabförmigen Körper werden durch die Führungsabschnitte der Führungskanäle und die Anordnungsabschnitte in Produktionsrichtung durch die Pinole hindurch dem Extrusionsraum zugeführt. In den Anordnungsabschnitten erfolgt die exakte Anordnung der stabförmigen Körper.
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Dem Extrusionsraum wird über eine seitlich angeordnete Polymer-Zuführeinrichtung eine Polymermasse in fließfähigem Zustand zugeführt.
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Das Gehäuse wird mittels einer Heizeinrichtung beheizt, um die Polymermasse in fließfähigem Zustand zu halten.
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Die einzelnen stabförmigen Körper werden beim Austritt aus den in Produktionsrichtung liegenden Enden der Führungskanäle mit Schmelze beaufschlagt. Die Zwischenräume der einzelnen stabförmigen Körper werden dadurch mit Polymer aus dem Extrusionsraum aufgefüllt, wodurch diese in das Polymer eingebettet bzw. zusammengeklebt werden.
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Beim nachfolgenden Hindurchführen der stabförmigen Körper durch den Schmelzekanal der Austrittsdüse kommt es aufgrund der Relativbewegung zwischen der Schmelze und den stabförmigen Körpern zu einer optimalen Benetzung der stabförmigen Körper mit Schmelze.
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Weiterhin wird durch den Schmelzekanal und dessen geradlinig fluchtende Anordnung zu den Führungskanälen die Anordnung der stabförmigen Körper zueinander stabilisiert und erhalten.
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Sollte der Abstand der stabförmigen Körper in den Führungskanälen größer sein als der Abstand, den sie im strukturierten Extrudat aufweisen sollen, ist vorgesehen, dass der Durchmesser des Schmelzekanals derart ausgebildet ist, dass die stabförmigen Körper beim Austritt aus der Austrittsdüse durch den Schmelzekanal zusammengedrückt werden. Das Zusammendrücken der stabförmigen Körper kann insbesondere dann erforderlich sein, wenn der Abstand der einzelnen stabförmigen Körper zueinander geringer sein soll als der aufsummierte Wandabstand der Führungskanäle.
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Von Bedeutung für diesen Produktionsschritt ist, dass der Abstand von den in Produktionsrichtung vorne liegenden Enden der Führungskanäle bis zur Austrittsdüse nicht zu lang, insbesondere maximal 8 mm ist, da dieser bestimmt, wie lange die stabförmigen Körper mit Schmelze beaufschlagt werden.
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Beim Austritt aus der Austrittsdüse erfolgt dann die endgültige Festlegung der Geometrie des strukturierten Extrudats, die durch den Durchmesser des Schmelzekanals der Austrittsdüse festgelegt wird.
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Anschließend wird der auf diese Weise erzeugte Führungsdraht in einem Wasserbad abgekühlt.
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Eine Ausrichteinrichtung gewährleistet eine geradlinig fluchtende axiale Ausrichtung des strukturierten Extrudats zum Schmelzekanal der Austrittsdüse und den Führungskanälen derart, dass diese durch die Polymerschmelze möglichst wenig beeinflusst werden und gleichmäßig mit Polymer ummantelt werden können.
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Das Hindurchführen der stabförmigen Körper durch die Extrusionseinrichtung erfolgt mittels eines Bandabzuges. Die Abzugsgeschwindigkeit des Bandabzugs bestimmt die Geschwindigkeit, mit der das medizinische Instrument durch die Extrusionseinrichtung produziert wird.
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Unter einem strukturierten Extrudat kann ein medizinisches Instrument, wie z. B. ein Katheter oder ein Führungsdraht oder ein Halbzeug für ein solches Instrument verstanden werden, oder aber auch langgestreckte Mikrodrähte, -fasern, wie z. B. ummanteltete Glasfasern, Drähte oder dergleichen.
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Die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung herstellbaren strukturierten Extrudate weisen einen Aussendurchmesser von maximal ca. 2,5 mm bzw. 2,3 mm bzw. 2,0 mm bzw. 1,8 mm bzw. 1,6 mm bzw. 1,3 mm bzw. 1 mm auf.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Produktionsrichtung
- 3
- Extrusionsraum
- 4
- Gehäuse
- 5
- Seitenwandung
- 6
- Austrittsdüse
- 7
- Düsenwandung
- 8
- Pinole
- 9
- Hülsenelement
- 10
- Zuführelement
- 11
- zentraler Zuführkanal
- 12
- peripherer Zuführkanal
- 13
- Zuführabschnitt
- 14
- Ausrichtabschnitt
- 15
- zylindrischer Abschnitt
- 16
- kegelförmiger Abschnitt
- 17
- zentraler Führungskanal
- 18
- peripherer Führungskanal
- 19
- kegelförmige Aufweitung
- 20
- Führungsabschnitt
- 21
- Anordnungsabschnitt
- 22
- Schmelzezuführeinrichtung
- 23
- Abstandselement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2367177 A1 [0004]
- EP 0409011 A1 [0004]
- EP 1757428 A1 [0005]
- US 5451355 [0005]
- WO 02/20898 A2 [0006]
- DE 102008035573 A1 [0007]
- WO 2007/000148 A2 [0008, 0031]
- WO 2009/141165 A2 [0009]
- WO 2012/052159 A2 [0010, 0031, 0065]
- WO 2013/072067 A1 [0011, 0013]
