VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES ELEMENTS, INSBESONDERE EINES

KABELS,

AUS EINEM|SILIKONARTIGEN GRUNDMATERIAL UMFASSEND DIE EINBRINGUNG

VON

FESTSTOFFPARTIKELNIIN DIE OBERFLÄCHE EINES ZWISCHENPRODUKTS

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Elements, insbesondere eines Kabels, welches außenseitig ein silikonartiges Grundmaterial aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein derartiges Element.

Bei dem Element handelt es sich insbesondere um ein elektrisches Kabel mit einem Kabelmantel aus Silikon. Die Erfindung ist jedoch nicht auf das Anwendungsgebiet von elektrischen Kabeln beschränkt.

Elektrische Kabel mit einem Silikonmantel werden beispielsweise in der Medizintechnik aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften eingesetzt. Zum einen zeichnet sich der Werkstoff Silikon nämlich durch eine sehr große Flexibilität oder Elastizität aus, so dass dadurch sehr flexible und elastische Kabel beispielsweise im Bereich von 1 mm bis 10mm Durchmesser ausgebildet werden können. Gleichzeitig weist das Silikon auch eine hohe Dauergebrauchstemperatur von etwa 180°C auf. Hierdurch sind derartige Kabel für medizinische Anwendungen geeignet, bei denen die Kabel regelmäßig sterilisiert werden müssen. Dies erfolgt üblicherweise mit Hilfe einer sogenannten Dampfsterilisation bei Temperaturen von etwa 140°C bis 150°C.

Aus der EP 2 409 725 A1 ist eine Elektrodenleitung für den medizinischen Anwendungsbereich zu entnehmen, bei der in einen Isolationsschlauch elektrische Leiter eingeführt sind, die im Schlauch daher in gewisser Weise lose einhegen. Die Elektrodenleitung dient zur intrakorporalen Anwendung beispielsweise für Herzschrittmacher-Elektrodenleitungen. Zur Verbesserung der Abriebfestigkeit des Schlauches ist in den Grundwerkstoff des Schlauches partikelförmiges Füllmaterial eingebracht. Bei dem Grundmaterial handelt es sich beispielsweise um Silikon, Polyurethan, Polyamid, PTFE etc. Zur Herstellung des Isolationsschlauches werden die Füllpartikel einem Extrudat beigemengt und anschließend zum Isolationsschlauch extrudiert oder gespritzt. In einer Ausführungsvariante wird mittels Koextrusion ein zweischichtiger Isolationsschlauch ausgebildet, bei dem nur die äußere Schicht mit dem Füllmaterial angefüllt ist. Alternativ zur Extrusion wird ein Grundschlauch in einen dünnflüssigen Grundwerkstoff getaucht, welcher mit dem Filmmaterial versetzt ist, um die äußere Schicht auszubilden.

Aufgrund der guten Temperaturbeständigkeit von Silikon, wird Silikon insbesondere auch bei feuerresistenten Kabeln herangezogen. Zum Verbessern der Feuerwiderstandsfähigkeit ist gemäß der JP 2001035267 ebenfalls das Einbringen von Füll Werkstoffen, nämlich Glimmer-Partikel, vorgesehen.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Elements, insbesondere eines Kabels sowie ein vorzugsweise nach diesem Verfahren hergestelltes Element, insbesondere Kabel anzugeben, welches sich insbesondere für den medizinischen Bereich eignet und gegenüber den bekannten Kabeln verbesserte Eigenschaften bei einfacher Herstellung erlaubt.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Elements, insbesondere eines Kabels, das außenseitig ein silikonartiges Grundmaterial aufweist. Das silikonartige Grundmaterial wird in einem ersten Schritt zunächst zu einem unvernetzten, zumindest nicht vollständig vernetzten Zwischenprodukt ausgebildet. Anschließend werden in einem zweiten Schritt Feststoffpartikel in die Oberfläche eingebracht und schließlich wird in einem dritten Schritt das unvernetzte oder nur teilweise vernetzte Grundmaterial bis zum gewünschten Vernetzungsgrad vernetzt, insbesondere vollständig vernetzt.

Bei diesem Verfahren wird daher der zumindest teilweise unvernetzte Zustand des Grundmaterials zum Einbringen der Feststoffpartikel in die Oberfläche des Grundmaterials ausgenutzt. Aufgrund des unvernetzten Zustands ist dies prozesstechnisch in einfacher weise möglich. Durch den sich anschließenden Vernetzungsvorgang werden dann die Feststoffpartikel fest in die Oberfläche eingebunden. Die Feststoffpartikel werden als solche lose aufgebracht, sind daher nicht in einem Trägermatehai eingebettet. Die Feststoffpartikel liegen nach Art eines Pulvers vor.

Die Feststoffpartikel sind daher ausschließlich in die Oberfläche von außen eingebracht. Es erfolgt keine Einbindung der Feststoffpartikel als Füllmaterial in das Volumen des Grundmaterials. Aufgrund des gewählten Herstellverfahrens ist die Eindringtiefe der Feststoffpartikel daher in der Regel auch maximal auf die Ausdehnung der Feststoffpartikel begrenzt. Die Feststoff partikel werden daher dem Grundmaterial beim Herstellungsprozess nicht beigemengt.

Dieses Verfahren beruht auf der Erkenntnis, dass Elemente, insbesondere Kabel mit einem außenseitigen Material, welches zumindest silikonartig ist oder aus Silikon besteht, einen hohen Reibungskoeffizienten haben. Dies führt oftmals zu einem regelrechten„Anhaften" des Elements an Oberflächen, wie beispielsweise an einem Operationstisch oder auch auf der menschlichen Haut.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Überlegung zugrunde, die silikonspezifische Haptik durch das Einbringung von Feststoffpartikeln ausschließlich an der Oberfläche günstig zu beeinflussen und insbesondere den Reibungskoeffizienten an der Oberfläche deutlich zu vermindern, um das unerwünschte Anhaften zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren. Durch das Anbringen der Feststoffpartikel lediglich auf der Oberfläche stehen die Feststoff partikel regelmäßig etwas über die durch das Grundmaterial gebildete Oberfläche über. Die Reibung wird daher maßgeblich durch die Feststoffpartikel bestimmt. Aufgrund deren Beschaffenheit und Struktur im Vergleich zu Silikon ist die Reibung deutlich vermindert. Vorteilhaft wirkt sich darüber hinaus die lose Verteilung der Feststoffpartikel über die Oberfläche aus, so dass keine vollständige Flächenreibung sondern jeweils nur eine punktuelle Kontaktzone auftritt.

Unter silikonartigem Grundmaterial werden allgemein vernetzungsfähige Kunststoff-Materialien verstanden, welche im vernetzten Endzustand insbesondere einen zu Silikon vergleichbaren Reibungskoeffizienten aufweisen. Weitere Grundmaterialien sind neben Silikonen auch Polyurethane, Polyamide, Polytetrafluore- thylen (PTFE), Ethylen-Tetrafluorethylen (ETFE), Perfluorethylenpropylen (FEP), Perfluoralkoxy (PFA) etc. sowie Copolymere hiervon. Vorzugsweise wird jedoch für das Grundmatehal Silikon oder ein silikonenthaltenes Material (Copolymer) verwendet.

In bevorzugter Ausgestaltung werden die Feststoffpartikel auf mechanischem Weg in Oberfläche des Zwischenprodukts eingebracht. Hierbei wird allgemein eine mechanische Kraft auf die Partikel ausgeübt. Im einfachsten Fall kann dies die Gewichtskraft sein. Alternativ oder als Unterstützung zu einem mechanischen Aufbringen besteht auch die Möglichkeit eines elektrostatischen Aufbringens der Feststoffpartikel. Hierbei werden anstelle von mechanischen Kräften elektrostatische) Kräfte ausgenutzt. Die lose vorliegenden Feststoffpartikel werden hierbei vor dem Aufbringen insbesondere elektrostatisch aufgeladen.

Vorzugsweise wird für das mechanische Einbringen das Zwischenprodukt im zweiten Schritt durch einen Vorratsbehälter mit darin enthaltenen Feststoffpartikeln geführt. Da das Zwischenprodukt aufgrund seines zumindest teilweise

unvernetzten Zustands üblicherweise eine hohe Klebfähigkeit aufweist, bleiben die Feststoffpartikel automatisch an der Oberfläche hängen.

Um dieses Anhaften der Feststoffpartikel zu unterstützen und um einen möglichst homogenen Deckungsgrad zu erzielen wird der Vorratsbehälter vorzugsweise einer Schwingung ausgesetzt, so dass die Feststoffpartikel quasi in die Oberfläche mechanisch eingepresst werden. Der Vorratsbehälter ist daher als ein Rüttelbehälter ausgebildet. Grundsätzlich könnte auch das Element selbst mechanisch hin und her bewegt werden.

In zweckdienlicher Weiterbildung ist der Vorratsbehälter nach Art eines Trichters ausgebildet, durch den das Zwischenprodukt geführt wird. Dies erlaubt insbesondere auch ein vertikales Durchführen des insbesondere als Strang ausgebildeten Zwischenprodukts in einem Endlosprozess durch den Vorratsbehälter. Alternative Formen des Vorratsbehälters sind ebenfalls möglich. Alternativ hierzu wird das Zwischenprodukt durch einen Wirbelstrombehälter geführt, in dem ein Luftstrom oder ein Wirbel als Trägerstrom für die Feststoffpartikel ausgebildet ist, so dass diese aufgewirbelt werden und dadurch am Mantel des Zwischenprodukts haften bleiben.

Das Zwischenprodukt selbst wird zweckdienlicherweise durch einen Extru- sionsprozess ausgebildet, wobei vorzugsweise unmittelbar anschließend in einem kontinuierlichen Prozess die Feststoffpartikel eingebracht werden. Insbesondere wird hierzu das nach Art eines Endlos-Strangs ausgebildete Zwischenprodukt durch den Vorratsbehälter geführt.

In bevorzugter Weiterbildung werden überschüssige Feststoffpartikel in einer Reinigungsstufe wieder entfernt. Dies erfolgt insbesondere nach dem dritten Schritt des Vernetzens, so dass also alle nicht in die Oberfläche eingebundene Feststoffpartikel wieder entfernt werden. Dies erfolgt vorzugsweise durch einen Waschpro- zess. Hierzu wird das Element zweckdienlicherweise durch ein Reinigungsbad geführt, welches beispielsweise ergänzend mit Ultraschall beaufschlagt ist.

Als Feststoffpartikel werden zweckdienlicherweise Schichtsilikate (Glimmerteilchen), Mikroglaskugeln, Metallseifen oder Talkpartikel in die Oberfläche eingebracht. Untersuchungen haben gezeigt, dass der gewünschte Effekt der Reduzierung der Reibung insbesondere bei Glimmerteilchen besonders markant ist. Auch Talkpartikel haben sich als geeignet herausgestellt.

Untersuchungen haben weiterhin gezeigt, dass die Größe der Feststoffpartikel einen entscheidenden Einfluss auf die gewünschte reibungsmindernde Eigenschaft hat. Die Feststoffpartikel weisen bevorzugt eine Größe auf, die einer Meshgröße im Bereich von 320 +/- 40 entspricht. Mesh ist dabei die Maschenweite eines Siebes zur Absonderung der gewünschten Partikel. Die Feststoffpartikel weisen daher vorzugsweise allgemein eine maximale Partikelgröße im Bereich vorzugsweise von 35 μιτι bis 55μηη auf. Im Hinblick auf ein besonders effizientes und ökonomisches Herstellverfahren wird das Element, insbesondere Kabel in einem kontinuierlichen, vollautomatischen Prozess hergestellt, wobei folgende Schritte unmittelbar aufeinander folgend ausgeführt werden: Zunächst wird das Zwischenprodukt als kontinuierlicher Strang vorzugsweise in einem Extrusionsprozess erzeugt, anschließend werden in die Oberfläche des extrudierten Stranges Feststoffpartikel eingebracht, bevor dann das Grundmaterial vernetzt wird. Anschließend wird das so erhaltene Produkt von überschüssigen Feststoffpartikeln gereinigt und schließlich wird das erhaltene Produkt typischerweise beispielsweise auf einer Trommel aufgewickelt.

Bei dem Element handelt es sich vorzugsweise allgemein um ein als Mantelleitung ausgebildetes elektrisches Kabel, mit zumindest einer Leitungsader, die von einem Außenmantel aus dem silikonartigen Grundmaterial umgeben ist. Bei dem Kabel handelt es sich insbesondere um ein Daten- oder Signalkabel, bei dem mehrere isolierte Leitungsadern von einem gemeinsamen Außenmantel umgeben sind. Die Leitungsadern weisen typischerweise einen elektrischen Leiter auf, der selbst von einer Isolierung umgeben ist. Bei dem elektrischen Leiter kann es sich um einen massiven Draht und vorzugsweise um eine feinst- bzw. feindrähtige Litze handeln. Das gesamte Kabel weist beispielsweise einen Durchmesser im Bereich von etwa 1 mm - 5mm auf, wobei die Mantelstärke des Silikon-Außenmantels beispielsweise im Bereich von 0,5mm bis 3mm liegt.

Die Aufgabe wird weiterhin gemäß der Erfindung gelöst durch ein Element mit den Merkmalen des Anspruchs 12. Die im Hinblick auf das Herstellverfahren ausgeführten Vorteile in bevorzugten Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf das Element zu übertragen.

Dieses Element ist dadurch gekennzeichnet, dass lediglich in der Oberfläche des Grundmaterials Feststoffpartikel eingebettet sind. Die Feststoffpartikel liegen daher lediglich in einem oberflächennahen Bereich vor, das Volumen des Grundmaterials selbst ist daher frei von Feststoffpartikeln. Die Eindringtiefe der Partikel in die Oberfläche entspricht daher vorzugsweise lediglich maximal der Partikelgröße. Weiterhin ist vorzugsweise vorgesehen, dass zumindest ein Teil der Feststoffpartikel schuppenartig aus der Oberfläche hervorstehen. Die Feststoffpartikel weisen dabei vorzugsweise auch keinerlei Vorzugsorientierung auf, sondern sind wahllos in die Oberfläche eingebettet. Die Feststoffpartikel sind insbesondere plättchen- förmige Elemente, insbesondere Glimmerpartikel, und weisen eine Größe vorzugsweise im Bereich von 35μηη - 55μηη auf (gemessen in der größten Ausdehnungsrichtung).

Ausführungseispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Diese zeigen jeweils in vereinfachten Darstellungen:

FIG 1 A-C Schaubilder zur Illustration des Herstellverfahrens zur Herstellung eines Kabels mit einem Silikon-Außenmantel mit darin eingebrachten Feststoffpartikeln,

FIG 2 einen stark vereinfachten Querschnitt durch ein danach hergestelltes

Kabel sowie

FIG 3 eine Mikroskopaufnahme der Oberfläche eines derartig hergestellten

Kabels.

Zur Herstellung eines zunächst als Endlos-Ware ausgebildeten Kabels 2 können unterschiedliche Anlagen und Komponenten eingesetzt werden. Beispielhaft sind in den Figuren 1A bis 1 C drei zueinander jeweils modifizierte Varianten dargestellt.

In allen Varianten werden einem Extruder 4 mehrere Leitungsadern 6 zugeführt und im Rahmen eines Extrusionsprozesses mit einem Außenmantel 8 aus einem silikonartigen Grundmaterial umgeben. Der Außenmantel umschließt dabei die Leitungsadern 8 unmittelbar. Er liegt daher an den Leitungsadern 6 unmittelbar an. Neben den Leitungsadern 6 sind bei Bedarf weiterhin Füll- oder Schlauchelemente oder auch Zugentlastungsfäden mit eingearbeitet.

Als Grundmaterial wird ein Silikon herangezogen, welches beim Verlassen des Extruders 4 noch in einem zumindest teilweise unvernetzten Zustand ist. Aus dem Extruder 4 tritt daher ein Zwischenprodukt 10 aus. Dieses wird in einem kontinuierlichen Prozess anschließend durch einen (Vorrats-) Behälter 12 hindurch geführt, welcher mit als loses Schüttgut vorliegenden Feststoffpartikeln 14, insbesondere Glimmerpartikel angefüllt ist oder in den zumindest die Feststoffpartikel eingebracht werden.

Bei dem Vorratsbehälter 12 handelt es sich gemäß der Ausführungsvariante nach Fig. 1A bevorzugt um einen Rütteltrichter, der in Schwingungen versetzbar ist. Das strangförmige Zwischenprodukt 10 durchläuft diesen Vorratsbehälter 12 vorzugsweise in vertikaler Richtung, wahlweise von oben nach unten (Fig. 1A) oder von unten nach oben (Fig. 1 C). Alternativ ist eine horizontale Durchführung durch den Vorratsbehälter vorgesehen (Fig. 1 B). Der Vorratsbehälter in Fig. 1 B ist dabei vorzugsweise nach Art eines Wirbelstrombehälters ausgebildet, in dem ein Luftstrom erzeugt wird, so dass die vorzugsweise im Vorratsbehälter 12 bevorratete Feststoffpartikel 14 aufgewirbelt werden.

Schließlich werden in einer weiteren, nicht dargestellten Alternative die Feststoffpartikel 14 mit elektrostatischer Unterstützung aufgebracht. Hierzu werden die Feststoffpartikel 14 zunächst elektrostatisch aufgeladen und anschließend mit dem Zwischenprodukt 10 in Kontakt gebracht. Dies erfolgt vorzugsweise wiederum mit Hilfe eines Behälters 12 - ähnlich z.B. wie in Fig. 1 B dargestellt - indem die Feststoffpartikel 14 durch ein elektrostatisches Aufladungsmodul hindurchgeführt und anschließend von oben nach Art einer Berieselungsanlage auf das Zwischenprodukt 10 aufgebracht werden. Bei Bedarf kann hierbei eine Unterstützung durch einen Luftstrom zur Erzeugung von Verwirbelungen erfolgen.

Nach dem Aufbringen der Feststoffpartikel 14 auf die Oberfläche 18 (vgl. FIG 2) wird das Zwischenprodukt 10 durch eine Vernetzungsstation 20 geführt, um das Grundmaterial (vollständig) zu vernetzen. Die Vernetzung erfolgt beispielsweise durch thermische Behandlung oder auch durch UV-Behandlung etc. Das Zwischenprodukt 10 kann über Umlenkrollen 16 jeweils umgelenkt werden. Diese sind vorzugsweise nach der Vernetzungsstation 20 angeordnet, wie dies in Fig. 1 C dargestellt ist. Bei der Ausgestaltung nach Fig. 1 B ist gänzlich auf die Umlenk- rollen 16 verzichtet.

Nach der Vernetzungsstation 20 durchläuft das Kabel 2 schließlich noch eine Reinigungsstufe 22. Im Ausführungsbeispiel ist dies ein Reinigungsbehälter, welcher mit einer Waschflüssigkeit gefüllt ist. Anschließend kann noch eine Trocknungsstufe angeschlossen sein, bevor dann das fertige Kabel 2 auf einer Trommel 24 aufgewickelt wird.

Ein derartig hergestelltes Kabel 2 ist beispielhaft in der FIG 2 dargestellt. Hieraus ist zu entnehmen, dass die einzelnen Feststoffpartikel 14 homogen verteilt in die Oberfläche 18 des Außenmantels 8 eingebettet sind, ohne in das Innenvolumen einzudringen. Die Oberfläche 18 ist dabei allgemein eine Außenfläche, die also mit äußeren Gegenständen in Berührung kommen kann. Die einzelnen Leitungsadern 6 weisen jeweils einen zentralen Leiter 26 auf, welcher von einer Leiterisolation 28 umgeben ist. Die Gruppe der Leitungsadern 6 ist unmittelbar vom Außenmantel 8 umgeben.

Wie in FIG 2 auch angedeutet ist, stehen die einzelnen Feststoffpartikel etwa schuppenartig aus der Oberfläche 18 hervor. Sie sind insbesondere als plättchen- förmige Feststoffpartikel ausgebildet. Die Feststoffpartikel 14 sind ausschließlich in der Oberfläche 18 eingebettet und dringen maximal etwa bis zu ihrer

Partikelgröße in die Oberfläche 18 ein.

FIG 3 zeigt schließlich noch eine mikroskopische Vergrößerung einer derartig erzeugten Oberfläche, bei der die einzelnen Feststoffpartikel 14 durch die hellen Bereiche erkennbar sind. Die dunklen Bereiche zeigen demgegenüber die Matrix aus dem Silikon-Material, in der die Feststoffpartikel 14 eingebettet sind. Die größten Feststoffpartikel 14 weisen demnach eine Größe von maximal etwa 45μηη auf.

Das hier beschriebene Verfahren ist nicht zwingend auf die Herstellung eines elektrischen Kabels mit einem Silikon-Kabelmantel begrenzt. Grundsätzlich lässt sich die grundlegende Idee, nämlich in die Oberfläche eines Silikon-Elements zur Verbesserung der Haptik und insbesondere zur Reduzierung des Reibungskoeffizienten Feststoffpartikel einzubringen, auch auf andere Produkte anwenden, welche an ihrer Oberfläche ein silikonartiges Grundmatehal aufweisen. Durch das hier beschriebene Verfahren wird in prozesstechnisch einfacher Weise ein Silikon- Produkt mit einer angenehmen Haptik und geringem Reibungskoeffizienten bereitgestellt. Als besonders vorteilhaft hat sich hierbei die Verwendung von Glimmerteilchen mit einer Korngröße im Bereich von 35μηη bis 45μηη herausgestellt. Derartige Silikon-Produkte eignen sich insbesondere für medizinische Anwendungen. Von besonderem Vorteil ist der Einsatz bei Kabeln, insbesondere für den medizinischen Bereich, da hierdurch die Handhabung verbessert und ein störendes Anhaften an Oberflächen oder auch auf der Haut vermieden ist.

Bezugszeichen

2 Kabel

4 Extruder

6 Leitungsader

8 Außenmantel

10 Zwischenprodukt

12 Vorratsbehälter

14 Feststoffpartikel

16 Umlenkrolle

18 Oberfläche

20 Vernetzungsstation

22 Reinigungsstufe

24 Trommel

26 Leiter

28 Leiterisolation