DE102016209622A1

DE102016209622A1 - Verfahren zur Herstellung eines Kabelsatzes, Kabelsatz und Verwendung eines Mantelmaterials zur Herstellung eines Kabelsatzes

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Publication number: DE102016209622A1
Application number: DE102016209622.2A
Authority: DE
Inventors: Christian Ernst; Sebastian Goß; Bastian Hitz; Jörg Wenzel
Original assignee: Leoni Kabel GmbH
Current assignee: Leoni Kabel GmbH
Priority date: 2016-06-01
Filing date: 2016-06-01
Publication date: 2017-12-07

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kabels. Weiterhin betrifft die Erfindung einen entsprechenden Kabelsatz sowie eine Verwendung eines Mantelmaterials zur Herstellung des Kabelsatzes. Insbesondere aufgrund des verwendeten, speziellen, pastösen Mantelmaterials ist die Herstellung des Kabelsatzes verbessert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kabels. Weiterhin betrifft die Erfindung einen entsprechenden Kabelsatz sowie eine Verwendung eines Mantelmaterials zur Herstellung des Kabelsatzes.
Kabelsätze finden beispielsweise Verwendung im Bordnetz eines Fahrzeugs und weisen mehrere Kabel auf, welche typischerweise verschiedene Komponenten miteinander verbinden. Die Kabel sind häufig mittels einer Mantelstruktur zusammengefasst, welche die Lage der Kabel zueinander fixiert sowie oftmals auch deren Verlauf vorgibt. Die Mantelstruktur wird beispielsweise im Rahmen eines Spritzgussverfahrens hergestellt, bei welchem die Kabel in ein Formwerkzeug eingelegt und mit einem Mantelmaterial umgossen werden.
Grundsätzlich ist es möglich, das Mantelmaterial für die Mantelstruktur zunächst im Rahmen einer Compoundierung als Granulat zu fertigen und dieses dann einer Spritzgussanlage zuzuführen, um die Mantelstruktur auszubilden. Dabei erfolgt zumindest zweimal eine Erwärmung, nämlich einmal bei der Compoundierung, d.h. bei der Herstellung des eigentlichen Mantelmaterials, und ein weiteres Mal bei der Extrusion, bei welcher das Granulat erwärmt und aufgeschmolzen wird, um das Mantelmaterial überhaupt verarbeiten zu können. Nach der Compoundierung und vor der Extrusion wird das Mantelmaterial getrocknet und abgekühlt. Dadurch ist die gesamte Herstellung des Kabelmantels sehr energieaufwendig.
In der DE 10 2012 109 502 A1 ist ein pastöses PVC beschrieben, welches derart hergestellt ist, dass sich eine pastöse, schmelzeförmige Masse ergibt. Dies wird durch eine sogenannte Direktcompoundierung erreicht, bei welcher PVC als Ausgangsmasse einem Extruder zugeführt wird, dort mit Zuschlagstoffen, speziell einem Weichmacher vermischt wird und zugleich mit einem speziellen Temperaturprofil temperiert wird. Im Zuge der Temperierung erfolgt bereits eine Gelierung und Aushärtung des Mantelmaterials, da der Weichmacher vollständig in das PVC diffundiert.
Als Mantelmaterial kann alternativ ein Zwei-Komponentensystem verwendet werden, z.B. ein Polyurethanschaum, welcher durch Vermischen von Polyol und Isocyanat hergestellt wird. Die Kabel werden dann in Formhälften des Formwerkzeugs eingelegt und der verbleibende Hohlraum mit dem Polyurethanschaum ausgespritzt, welcher hierbei expandiert und den Hohlraum ausfüllt. Die Reaktion der beiden Komponenten des Zwei-Komponentensystems führt zugleich zu einem Aushärten des Polyurethanschaums. Solche Zwei-Komponentensysteme sind jedoch in der Handhabung aufwendig, da die einzelnen Komponenten getrennt gelagert werden müssen. Bei Kontakt reagieren die Komponenten sofort miteinander, wodurch sich Einschränkungen während der Fertigung, insbesondere der Formung der Mantelstruktur ergeben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung eines Kabelsatzes möglichst einfach und energieeffizient zu gestalten. Dazu soll ein möglichst einfaches, energieeffizientes und verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Kabelsatzes, ein Kabelsatz sowie eine Verwendung eines geeigneten Mantelmaterials für das Verfahren angegeben werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1, durch einen Kabelsatz mit den Merkmalen gemäß Anspruch 15 sowie durch eine Verwendung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 17. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Varianten sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei gelten die Ausführungen im Zusammenhang mit dem Verfahren sinngemäß auch für den Kabelsatz sowie für die Verwendung und umgekehrt.
Das Verfahren dient zur Herstellung eines Kabelsatzes. Dabei werden mehrere Kabel mittels einer gemeinsamen Mantelstruktur umgeben, d.h. insbesondere zusammengefasst. Die Mantelstruktur wird aus einem pastösen Mantelmaterial, insbesondere PVC, hergestellt, wobei das Mantelmaterial kaltgemischt ist und mit den Kabeln in ein Formwerkzeug eingebracht und zu der Mantelstruktur geformt wird. Anschließend wird das Mantelmaterial ausgehärtet. Das Aushärten erfolgt vorzugsweise durch Wärmezufuhr, d.h. durch Beheizung oder Temperierung des Mantelmaterials in der vorgesehenen Endform.
Der Erfindung liegt insbesondere die Beobachtung zugrunde, dass herkömmliche Zwei-Komponentensysteme zur Ausbildung der Mantelstruktur in der Handhabung aufwendig sind, da die einzelnen Komponenten oftmals gesundheitsschädlich, leicht entflammbar, stark reaktiv oder Ähnliches sind und daher nicht unwesentliche Gefahrenquellen darstellen. Vor diesem Hintergrund ist die Verwendung weniger gefährlicher Materialien wünschenswert. Weiterhin bieten Zwei-Komponentensysteme – aufgrund der typischerweise bei Kontakt der Komponenten ablaufenden Reaktion – wenig Spielraum bei der Formung und gestatten insbesondere auch keine nachträgliche Formung, d.h. die Form der Mantelstruktur ist nach dem Entformen, d.h. der Entnahme aus dem Formwerkzeug, endgültig festgelegt. Diese Nachteile werden durch die Verwendung des speziellen pastösen Mantelmaterials umgangen, da hierbei die Verfahrensschritte des Formens und Aushärtens getrennt sind, wodurch die Herstellung deutlich flexibler und einfacher ist. Desweiteren handelt es sich bei dem Mantelmaterial vorteilhaft um ein bereits fertig angemischtes Material, welches chemisch langzeitstabil ist und daher einfach lagerbar ist.
Besonders bevorzugt ist die Verwendung eines PVCs als Mantelmaterial. Ein solches Mantelmaterial basiert auf reinem PVC, welchem diverse Zuschlagstoffe beigemischt sind, um unter Anderem die pastöse Konsistenz zu erhalten. Das Mantelmaterial ist dann entsprechend unbedenklich in der Handhabung und vor Allem in der fertig gemischten Zusammensetzung lang lagerbar, d.h. insbesondere über mehrere Monate oder sogar mehrere Jahre. Das PVC weist zudem insbesondere eine Dauergebrauchstemperatur bis etwa 125 °C auf. PVC ist materialbedingt vorteilhaft auch flammhemmend.
Weiterhin liegt der Erfindung insbesondere auch die Beobachtung zugrunde, dass die Herstellung einer Mantelstruktur, insbesondere durch Verwendung eines Ein-Komponentensystems wie PVC als Mantelmaterial, durch Aufschmelzen und Extrudieren eines Granulats, welches vorher durch Compoundierung hergestellt wurde, herkömmlicherweise sehr energieaufwendig ist. Insgesamt wird hierbei zumindest zweimal jeweils eine Erwärmung und eine Abkühlung vorgenommen, sodass ein solches Verfahren besonders energie- und somit auch kostenintensiv ist. Ein Kerngedanke der Erfindung besteht nun insbesondere darin, als Mantelmaterial ein modifiziertes und verbessertes Material zu verwenden, welches zuvor vorteilhafterweise in einem Kaltmischverfahren hergestellt wird. Darunter wird verstanden, dass zur Herstellung des Mantelmaterials keine Aufwärmung über die Schmelzetemperatur des Mantelmaterials hinaus und entsprechend keine anschließende Abkühlung benötigt wird, sodass das Mantelmaterial ein kaltgemischtes Material ist. Mit anderen Worten: das Mantelmaterial wird zunächst aus verschiedenen Materialkomponenten oder Stoffen kalt zusammengemischt, wobei unter „kalt“ verstanden wird, dass auf eine herkömmliche Temperierung zur Schmelzebildung beim Vermischen verzichtet wird. Dies steht im Gegensatz zu einem herkömmlichen Compoundierungsverfahren, bei welchem zunächst die verschiedenen Materialkomponenten erwärmt werden, um diese miteinander im Rahmen einer Schmelze zu vermischen. Demgegenüber wird eine solche vorgeschaltete Erwärmung zwecks Vermischung ausgelassen.
Des Weiteren wird das Mantelmaterial beim Vermischen, d.h. beim Herstellen des Mantelmaterials auch noch nicht vollständig oder überhaupt nicht ausgehärtet oder geliert. Die Materialkomponenten werden also bei einer Temperatur, auch als Mischtemperatur bezeichnet, vermischt, welche geringer ist als eine Schmelze- oder Aushärtetemperatur des Mantelmaterials, bevorzugt unterhalb von 100 °C. Üblicherweise werden zumindest zwei Materialkomponenten miteinander vermischt, nämlich ein Kunststoff, z.B. PVC, und ein Weichmacher. Um ein verarbeitungsfähiges Material zu erhalten muss der Weichmacher zumindest teilweise in den Kunststoff eindringen. Wesentlich beim Vermischen ist vorliegend dann insbesondere, dass die Temperatur hoch genug ist, sodass der Kunststoff aufgeschlossen wird und der Weichmacher eindringen kann, jedoch gering genug, sodass das Material nicht vollständig geliert oder ausgehärtet wird und entsprechend einfach und flexibel verarbeitbar ist. Grundsätzlich ist die optimale Temperatur beim Vermischen von der Materialwahl abhängig und kann daher zumindest prinzipiell der Raumtemperatur entsprechen, wobei unter Raumtemperatur insbesondere eine Temperatur im Bereich von 15 bis 25 °C verstanden wird. Typischerweise liegt die Mischtemperatur jedoch oberhalb der Raumtemperatur.
Bei der bevorzugten Verwendung von PVC als Materialkomponente wird dieses zweckmäßigerweise bei einer Mischtemperatur im Bereich zwischen 70 und 80 °C, insbesondere bei etwa 75°C mit den übrigen Materialkomponenten vermischt. Dem liegt die Beobachtung zugrunde, dass das PVC Molekülagglomerate bildet, welche zunächst aufgeschlossen werden müssen, um den Weichmacher einzuarbeiten. Ein zugemischter Weichmacher dringt erst ab einer bestimmten Temperatur, nämlich etwa 75°C, in den Kunststoff ein, wodurch dann die Materialkomponenten erst wirksam zu einer Paste oder Flüssigkeit vermischt werden. Das Eindringen des Weichmachers entspricht insbesondere bereits einer Teilgelierung des Mantelmaterials, stellt jedoch noch keine vollständige Aushärtung dar. Eine vollständige Aushärtung liegt erst vor, wenn der Weichmacher vollständig von dem PVC absorbiert worden ist.
Prozessbedingt ist es zudem unter Umständen möglich, dass auch ohne eine aktive Beheizung eine bezüglich der Raumtemperatur erhöhte Temperatur erreicht wird, insbesondere aufgrund parasitärer Effekte, wie beispielsweise Reibung. Solche prozessbedingten Erwärmungen werden nachfolgend nicht weiter berücksichtigt.
Im Gegensatz zum eingangs erwähnten Material der DE 10 2012 109 502 A1 , welches durch Direktcompoundierung hergestellt wird, ist das vorliegende Mantelmaterial beim Einbringen in das Formwerkzeug, demnach noch nicht ausgehärtet. Dadurch ist das Mantelmaterial von pastöser Konsistenz, d.h. als Paste ausgebildet, und besonders einfach verarbeitbar. Außerdem ist das Mantelmaterial nachträglich aushärtbar. Unter pastös wird insbesondere verstanden, dass das Mantelmaterial ähnlich einer Knetmasse unter Krafteinwirkung einfach verformbar ist und ohne Krafteinwirkung in Form bleibt, also nicht flüssig ist. Vorzugsweise weist das Mantelmaterial eine Viskosität im Bereich von 10^3 mPa·s bis etwa 10^10 mPa·s auf.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, dass vorliegend auch schon bei der Herstellung des Mantelmaterials auf eine Temperierung verzichtet wird, indem die Materialkomponenten kalt vermischt werden. Das Mantelmaterial wird somit insgesamt in einem pastösen Zustand hergestellt und in diesem dann auch verarbeitet und erst ausgehärtet, nachdem die Mantelstruktur geformt wurde.
Das Mantelmaterial wird vorzugsweise ausgehärtet, indem der Kabelsatz nach dem Einbringen des Mantelmaterials beheizt wird, indem das Formwerkzeug beheizt wird. Durch ein solches direktes Beheizen des Formwerkzeugs ist auf einfache Weise und ohne großen Aufwand ein Aushärten des Mantelmaterials realisiert. Das Aushärten erfolgt somit während der Herstellung innerhalb des Formwerkzeugs. Beispielsweise wird das Mantelmaterial beim Beheizen auf eine Temperatur oberhalb der Aushärtetemperatur erwärmt, z.B. auf 100 bis 200°C, wodurch das Mantelmaterial geliert. Dabei wird die Temperatur jedoch unterhalb einer Zersetzungstemperatur gehalten, um insbesondere die Kabel nicht zu beschädigen.
Durch entsprechende Auslegung und Dimensionierung der Beheizung beim Aushärten wird zweckmäßigerweise die Härte des Mantels und allgemein die Biegeflexibilität der Mantelstruktur und somit des Kabelsatzes eingestellt. Alternativ oder zusätzlich erfolgt die Einstellung der Härte und allgemein der Biegeflexibilität über die Rezeptur des Mantelmaterials, insbesondere die verwendeten Polymere und/oder Weichmacher.
In einer ersten Variante erfolgt direkt bei der Herstellung des Kabelsatzes ein vollständiges Aushärten, d.h. das Mantelmaterial wird vollständig ausgehärtet und der Kabelsatz kann als fertiges Produkt dem Formwerkzeug entnommen werden. Unter Umständen erfolgt zusätzlich noch eine nachträgliche Konfektionierung des Kabelsatzes.
In einer besonders vorteilhaften zweiten Variante wird das Mantelmaterial ausgehärtet, indem dieses nach dem Einbringen in das Formwerkzeug und vorzugsweise noch im Formwerkzeug, teilausgehärtet wird, zur späteren Endaushärtung in montiertem Zustand des Kabelsatzes und/oder beim bestimmungsgemäßen Gebrauch des Kabelsatzes. Bei der Herstellung des Kabelsatzes erfolgt somit keine vollständige Gelierung des Mantelmaterials, sondern lediglich eine Teilgelierung, sodass die Mantelstruktur lediglich teilausgehärtet ist. Dabei wird unter „teilausgehärtet“ vorrangig eine teilweise Aushärtung in Bezug auf die Härte des Mantelmaterials verstanden. In einer Variante bedeutet „teilausgehärtet“ zusätzlich eine teilweise räumliche Aushärtung, wobei das Mantelmaterial dann stellenweise voll ausgehärtet ist und stellenweise teilausgehärtet. Bevorzugt wird das Mantelmaterial teilausgehärtet, indem dieses zu 60 bis 80%, besonders bevorzugt zu 75% ausgehärtet wird.
Das teilausgehärtete Mantelmaterial weist weiterhin eine gewisse Flexibilität auf, wodurch die Montage des Kabelsatzes deutlich vereinfacht ist. Die Endaushärtung, d.h. insbesondere eine vollständige Aushärtung erfolgt dann vorteilhafterweise erst an Ort und Stelle der Anwendung, sodass die Aushärtung der Mantelstruktur besonders passgenau erfolgt. Beispielsweise weist die Mantelstruktur eine Anzahl von Halteelementen auf wie Ösen oder dergleichen, welche sich in lediglich teilausgehärtetem Zustand leichter an einer Aufhängung anbringen lassen und dann nach dem Endaushärten besonders fest halten. Auch eine Befestigung an Hinterschnitten ist durch die flexiblere, da teilausgehärtete Mantelstruktur einfacher möglich. Die Endaushärtung kann in montiertem Zustand auf herkömmliche Weise durch eine explizite Wärmezufuhr erfolgen. Besonders bevorzugt erfolgt die Endaushärtung alternativ oder zusätzlich beim bestimmungsgemäßen Gebrauch, insbesondere durch eine nahe des Kabelsatzes positionierte Wärmequelle, beispielsweise einen Motor im Motorraum eines Fahrzeug, sodass die Abwärme der Wärmequelle zum Endaushärten in montiertem Zustand und während des bestimmungsgemäßen Gebrauchs verwendet wird. Auf diese Weise wird bei der Herstellung des Kabelsatzes vorteilhaft Energie eingespart.
Unter „Aushärten“ wird im Rahmen der vorliegenden Anmeldung auch „Gelieren“ verstanden, besonders im Zusammenhang mit PVC als Mantelmaterial. Zur Herstellung des Mantelmaterials wird z.B. pulverförmiges PVC unter anderem mit einem Weichmacher vermischt, welcher sich zwischen die einzelnen PVC-Körner legt, wodurch eine pastöse Masse erzeugt wird. Beim Aushärten diffundiert der Weichmacher dann nach und nach in die PVC-Körner hinein und die Masse wird fester, d.h. deren Viskosität wird erhöht. Das Aushärten erfolgt durch eine Erwärmung des Mantelmaterials auf eine Temperatur oberhalb einer Aushärte- oder Schmelztemperatur des Mantelmaterials.
Das pastöse Mantelmaterial ist bereits unterhalb der Aushärtetemperatur und insbesondere bei Raumtemperatur besonders einfach zu verarbeiten. Das Mantelmaterial ist je nach konkret gewählter Viskosität zumindest knetbar oder sogar pumpbar. Das Mantelmaterial lässt sich demnach kalt verarbeiten. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird daher das Mantelmaterial kalt in das Formwerkzeug eingebracht, nämlich bei einer Verarbeitungstemperatur, welche geringer ist als die Aushärtetemperatur, insbesondere bei Raumtemperatur. Das im vorliegenden Verfahren vorzugsweise verwendete spezielle Mantelmaterial ermöglicht, insbesondere aufgrund der speziellen pastösen Konsistenz, – d.h. der Viskosität, welche maßgeblich durch die anteilsmäßig aufeinander abgestimmten Materialkomponenten eingestellt ist – ein Verfahren ohne Temperierung des Mantelmaterials. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass auf eine energieintensive Temperierung des Mantelmaterials während dessen Verarbeitung, d.h. beim Einbringen in das Formwerkzeug verzichtet werden kann und zweckmäßigerweise auch verzichtet wird. Bei der kalten Verarbeitung des Mantelmaterials ist zudem die Formung der Mantelstruktur vorteilhafterweise von dessen Aushärtung getrennt. Die Verarbeitungstemperatur ist insbesondere definiert als die Temperatur des Mantelmaterials in dem Formwerkzeug beim Einbringen in selbiges. Ein Vorteil der kalten Verarbeitung ist insbesondere auch, dass das Mantelmaterial geringeren Temperaturen als bei herkömmlichen Herstellungsverfahren ausgesetzt wird und dadurch vorteilhaft thermisch weniger beansprucht wird. Durch die verringerte Energiezufuhr wird eine Degenerierung oder sogar Zersetzung des Mantelmaterials bei der Fertigung des Kabelsatzes effektiv vermieden. Insgesamt weist das Mantelmaterial im fertigen Produkt eine geringere thermische Zersetzung auf.
Da das beschriebene Verfahren aufgrund der pastösen Konsistenz des Mantelmaterials vorteilhaft drucklos ist, eignet sich das Verfahren ganz allgemein zur Herstellung von Kabelsätzen mit in dieser Hinsicht besonders empfindlichen Strukturen, d.h. Kabeln.
Insgesamt erfolgt eine Erwärmung oder Beheizung vorteilhafterweise lediglich zum Aushärten des Mantelmaterials in aufgetragener Form, d.h. nach dem Formen der Mantelstruktur. Zur Verarbeitung des Mantelmaterials, zum Einbringen desselben sowie zu dessen Herstellung ist keine oder lediglich die oben bereits im Rahmen der Vermischung der einzelnen Materialkomponenten beschriebene geringe Erwärmung oder Temperierung notwendig, sodass zweckmäßigerweise auf eine zusätzliche Erwärmung über die Misch- und/oder Verarbeitungstemperatur hinaus verzichtet wird. In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird daher das Formwerkzeug beim Einbringen des Mantelmaterials kalt betrieben. Es wird demnach lediglich ein Erwärmungsschritt zwecks Aushärtung des Kabelmantels durchgeführt. Das Verfahren weist somit insgesamt deutlich reduzierte Energiekosten auf.
In einer geeigneten Ausgestaltung werden die Kabel zunächst in das Formwerkzeug eingelegt, woraufhin das Formwerkzeug geschlossen wird und anschließend das Mantelmaterial durch eine Anzahl von Zufuhröffnungen in das Formwerkzeug eingebracht wird. Im geschlossenen Formwerkzeug liegen dann Hohlräume vor, welche beim Einbringen des Mantelmaterials mit diesem gefüllt werden und welche eine Außenkontur der Mantelstruktur vorgeben. Die Kabel werden im Formwerkzeug beispielsweise mittels Abstandshaltern oder anderen Halteelementen zunächst in einer beabsichtigten Endposition fixiert und dann mit dem Mantelmaterial umgeben. Durch die Verwendung von Abstandshaltern oder Ähnlichem wird insbesondere eine gleichmäßige Wandstärke der Mantelstruktur erzielt und ein ungewolltes Verrutschen der Kabel beim Einbringen des Mantelmaterials wird vorteilhaft vermieden.
In einer weiteren geeigneten Ausgestaltung wird alternativ oder zusätzlich zunächst das Mantelmaterial in das Formwerkzeug eingebracht und anschließend die Kabel, welche zumindest abschnittsweise in das Mantelmaterial hineingelegt werden. Das Mantelmaterial wird also vor den Kabeln in das Formwerkzeug eingebracht. Dies ist besonders aufgrund des knetbaren Mantelmaterials möglich. Aufgrund der speziellen Konsistenz wird das Mantelmaterial beispielsweise sozusagen vorgeformt. Alternativ oder zusätzlich wird das Mantelmaterial geformt, indem die Kabel in das Mantelmaterial hineingelegt und insbesondere hineingedrückt werden, sodass das Mantelmaterial zumindest teilweise verdrängt wird. Abschließend wird das Formwerkzeug geschlossen und die Mantelstruktur fertig geformt, in einer besonders einfachen Variante, wird hierauf jedoch verzichtet.
Die Kabel des Kabelsatzes sind üblicherweise verzweigt angeordnet. In einer geeigneten Ausgestaltung weist die Mantelstruktur eine Anzahl von Verzweigungen auf. Die Kabel sind demnach verzweigt angeordnet und bilden ein Netzwerk mit mehreren, insbesondere einer Vielzahl an Endpunkten. Auch die Mantelstruktur ist dann entsprechend verzweigt und führt die einzelnen Kabel entlang verschiedener Pfade.
Der Kabelsatz, genauer gesagt die Mantelstruktur ist vorzugsweise formstabil, d.h. der Kabelsatz weist eine Form auf und die Kabel weisen eine Anordnung zueinander auf, welche durch die Mantelstruktur fixiert sind. Eine solche Formstabilität wird insbesondere durch das Aushärten des Mantelmaterials erzielt, welches in nicht-ausgehärtetem oder lediglich teilausgehärtetem Zustand üblicherweise nicht formstabil ist, sondern vielmehr plastisch verformbar ist.
Die Formung der Mantelstruktur erfolgt bevorzugt mittels des Formwerkzeugs. Alternativ oder zusätzlich erfolgt die Formung der Mantelstruktur in einer geeigneten Ausgestaltung außerhalb des Formwerkzeugs, insbesondere in einem Vorformschritt, sodass dann zumindest ein Teil der Mantelstruktur oder die gesamte Mantelstruktur als eine Anzahl von vorgeformten Formteilen in das Formwerkzeug eingebracht wird. Damit ist die Formung der Mantelstruktur zumindest teilweise vorteilhaft von der Herstellung des Kabelsatzes entkoppelt. Die Mantelstruktur wird hierbei sozusagen vorgeformt als Halbezeug bereitgestellt und im Formwerkzeug dann mit den Kabeln insbesondere lediglich zusammengelegt und verbunden. Dadurch ist die Herstellung des Kabelsatzes deutlich flexibler.
Die Kabel weisen üblicherweise jeweils einen Kabelmantel, allgemein einen Außenmantel, welcher bei der Herstellung, vor Allem aber auch danach und während des bestimmungsgemäßen Betriebs des Kabelsatzes zwangsläufig mit dem Mantelmaterial der Mantelstruktur in Kontakt steht. Bei Verwendung unterschiedlicher Materialien ergeben sich unter Umständen ungünstige Kombinationen. Bei der oben bereits beschriebenen Verwendung eines Polyurethanschaums für die Mantelstruktur ergibt sich insbesondere in Kombination mit einem Außenmantel aus PVC der Nachteil, dass dem Material des Außenmantels im Verlauf der Zeit der Weichmacher entzogen wird und der Außenmantel versprödet und möglicherweise sogar bricht. Vorteilhafterweise ist daher das Mantelmaterial im Hinblick auf ein Außenmantelmaterial, aus welchem der Außenmantel gefertigt ist, ausgewählt, d.h. in einer bevorzugten Ausgestaltung weist zumindest eines der Kabel einen Außenmantel auf, welcher aus einem Außenmantelmaterial gefertigt ist, und das Mantelmaterial ist gleich dem Außenmantelmaterial. Besonders bevorzugt ist die Verwendung von PVC, da dieses auch zur Herstellung von Außenmänteln besonders geeignet ist. Das PVC der Mantelstruktur und das PVC des Außenmantels müssen dabei nicht zwangsläufig eine exakt gleiche Zusammensetzung insbesondere hinsichtlich eventueller Zuschlagstoffe aufweisen, maßgeblich ist vielmehr, dass es sich bei beiden Materialien grundsätzlich um ein PVC handelt.
Bei der Verwendung von gleichen Materialien für den Außenmantel des Kabels und für die Mantelstruktur wird zudem eine besonders günstige Abdichtung gegenüber unter Umständen eindringenden Medien, insbesondere eine verbesserte Längsdichtigkeit realisiert. Dies resultiert insbesondere daraus, dass die Mantelstruktur und der Außenmantel aufgrund der vorteilhaften Materialwahl miteinander verbacken, d.h. ein Stoffschluss hergestellt wird.
Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass das Mantelmaterial in einer geeigneten Ausgestaltung ausgehärtet wird, indem zumindest eines der Kabel beheizt wird. In dieser Ausgestaltung wir das Aushärten des Mantelmaterials durch ein Heizen des Mantelmaterials vom Inneren zumindest eines der Kabel aus deutlich vereinfacht. Die Beheizung eines der Kabel bietet sich besonders bei einfachen Leitern oder Adern als Kabel an.
Wie bereits oben erwähnt, wird das vorliegende Verfahren maßgeblich durch das pastöse Mantelmaterial ermöglicht. Insofern wird die Aufgabe insbesondere auch durch das Mantelmaterial gelöst. Dieses ist vorzugsweise eine Mischung aus 100 Teilen eines PVCs, 25 bis 100 Teilen eines Weichmachers, 3 bis 18 Teilen eines Stabilisators und einem Füllstoff. Im gesamten Mantelmaterial weist der Weichmacher insbesondere einen Gewichtsanteil von 15 bis 50%, insbesondere bis 30% auf. Dadurch ist eine optimale Viskosität für das beschriebene Verfahren realisiert. Insgesamt ist das pastöse Mantelmaterial dann insbesondere nach Art einer Knetmasse ausgebildet und bei Raumtemperatur knetbar. Als Weichmacher sind beispielsweise DPHP oder DEHP geeignet und allgemein Pthalat- oder Trimellitatweichmacher.
Das PVC ist zweckmäßigerweise eine Mischung aus E-PVC, d.h. durch Emulsionspolymerisation gewonnenes PVC, und S-PVC, d.h. durch Suspensionspolymerisation gewonnenes PVC.
Der Anteil des Weichmachers am gesamten Mantelmaterial bestimmt insbesondere die Härte und die Reißdehnung des ausgehärteten Mantels. In einer geeigneten Ausgestaltung weist der ausgehärtete Mantel eine im Bereich zwischen Shore-A-Härte 70 und Shore-D-Härte 50 auf. Die Reißdehnung ist geeigneterweise größer als 120%. In nicht-ausgehärtetem Zustand bestimmt der Weichmacher maßgeblich die Viskosität des pastösen Mantelmaterials.
Vorzugsweise ist der Weichmacher ein Hochtemperatur-Weichmacher, welcher bis zu einer Temperatur von 250°C temperaturbeständig ist, sodass der Kabelsatz vorteilhaft für Hochtemperaturanwendungen geeignet ist. Unter Hochtemperaturanwendung wird insbesondere ein Betrieb bei einer Temperatur oberhalb von 100°C und über einen längeren Zeitraum von z.B. mehreren Monaten verstanden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Mantelmaterial frei von Comonomeren, vorzugsweise frei von beidem und dadurch besonders einfach zu verarbeiten. Comonomere dienen häufig als Weichmacher. In der genannten Ausgestaltung wird dann auf Comonomere als Weichmacher verzichtet und es wird stattdessen ein anderer Weichmacher verwendet.
In einer geeigneten Alternative ist dem Mantelmaterial ein Comonomer als Weichmacher beigemischt und das Mantelmaterial ist frei von einem Hochtemperatur-Weichmacher, welcher bis zu einer Temperatur von 250°C temperaturbeständig ist. Es wird somit ein Niedrigtemperatur-Weichmacher verwendet.
In einer geeigneten Ausgestaltung weist das Mantelmaterial zumindest eine der folgenden Stoffe auf: DPHP als Weichmacher, ein Magnesium-Aluminium-Zink-System als Stabilisator, Kreide oder gecoatete Kreide als Füllstoff. In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Mantelmaterial alle der genannten Stoffe auf. In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung besteht das Mantelmaterial lediglich aus den genannten Stoffen und aus PVC, insbesondere in der oben genannten Zusammensetzung.
Das Magnesium-Zink-Aluminium-System wird allgemein auch als Stabilisator-Package bezeichnet und besteht insbesondere aus Magnesium, Zink, Aluminium in Kombination mit einem Gleitmittel, beispielsweise einem Stearat. Alternativ oder zusätzlich ist dem Stabilisator Calcium beigemengt.
In einer geeigneten Weiterbildung ist oder wird dem Mantelmaterial ein Schäumungsadditiv zugesetzt, sodass die Mantelstruktur aufgeschäumt ausgebildet wird. Durch das Aufschäumen ist die Mantelstruktur besonders leicht. Das Schäumungsadditiv wird dem Mantelmaterial beispielweise beim Einbringen desselben in das Formwerkzeug zugesetzt und beim Zusammenfügen mit dem Mantelmaterial aktiviert.
In einer weiteren geeigneten Weiterbildung ist oder wird dem Mantelmaterial ein Säurefänger beigemischt, zur Ausbildung einer hochtemperaturbeständigen Mantelstruktur. Im Betrieb des Kabelsatzes ist dann eine Zersetzung aufgrund von unter Umständen freigesetzter Säure effektiv unterbunden.
Grundsätzlich ist das pastöse Mantelmaterial durch geeignete Wahl der Materialkomponenten in einer vorteilhaften Variante auch mit einer besonders niedrigen Viskosität darstellbar, vorzugsweise im Bereich zwischen 0,7 und 10^3 mPa·s, d.h. insbesondere eher flüssig als knetbar. Dadurch lässt sich das Mantelmaterial besonders einfach beispielsweise im Rahmen eines Spritzgussverfahrens in das Formwerkzeug einspritzten. Für ein solches Verfahren werden die Anteile der einzelnen Komponenten dann derart gewählt, dass sich ein Mantelmaterial mit entsprechender Viskosität ergibt. Zu dessen Förderung und Verarbeitung ist besonders eine Förderpumpe geeignet. Die grundsätzlichen Vorteile, nämlich vor allem die Energieeinsparung bei der Herstellung des Mantelmaterials sowie bei der Herstellung des Kabelsatzes, bleiben dabei erhalten.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen jeweils schematisch:
1 einen Kabelsatz,
2a–2d jeweils einen Verfahrensschritt eines Verfahrens zur Herstellung eines Kabelsatzes, und
2e eine Endaushärtung beim bestimmungsgemäßen Gebrauch des Kabelsatzes.
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Kabelsatzes 2 gezeigt. Dieser weist mehrere Kabel 4 auf, welche von einer gemeinsamen Mantelstruktur 6 umgeben, d.h. insbesondere zusammengefasst sind. Die Kabel 4 sind zueinander verzweigt angeordnet und bilden ein Netzwerk. Entsprechend ist auch die Mantelstruktur 6 verzweigt und bildet Verzweigungen 8 aus. Endseitig sind an den Kabels 4 jeweils Anschlüsse 10 angebracht, z.B. Stecker oder Buchsen, um den Kabelsatz 2 beim bestimmungsgemäßen Gebrauch, z.B. im Bordnetz eines Fahrzeugs, an entsprechende Komponenten anzuschließen. Zur besseren Übersichtlichkeit, sind in den Figuren nicht alle Kabel 4 und nicht alle Anschlüsse 10 explizit mit einem Bezugszeichen versehen. Zur Montage weist die hier gezeigte Mantelstruktur 6 weiterhin eine Anzahl von Halteelementen 12 auf, welche jeweils ein Teil der Mantelstruktur 6 sind und als Anformungen aus demselben Material hergestellt sind.
Die Mantelstruktur 6 ist aus einem speziellen, pastösen Mantelmaterial M hergestellt. Dieses Mantelmaterial M besteht im Ausführungsbeispiel aus mehreren Materialkomponenten, nämlich aus einem PVC, welches insbesondere eine Mischung E-PVC und S-PVC ist, einem Weichmacher, insbesondere DPHP, einem Stabilisator, insbesondere einem Magnesium-Aluminium-Zink-System mit einem Gleitmittel, und einem Füllstoff oder gecoateter Kreide. Dabei weist jede der Materialkomponenten einen bestimmten Anteil auf, um eine geeignete Viskosität einzustellen, hier insbesondere im Bereich von 10^3 bis 10^10 mPa·s. So enthält das Mantelmaterial M für 100 Teile PVC etwa 25 bis 100 Teile des Weichmachers, 3 bis 18 Teile des Stabilisators und 0 bis 200 Teile des Füllstoffs. Diese Materialkomponenten werden zur Herstellung des Mantelmaterials M kalt, d.h. bei einer Mischtemperatur miteinander vermischt. Diese beträgt hier etwa 75°C und ist jedenfalls geringer als die Aushärtetemperatur, sodass noch kein vollständiges Aushärten oder Gelieren erfolgt und das Mantelmaterial M als pastöse und besonders einfach zu verarbeitende Masse vorliegt. Erst später wird das Mantelmaterial M erwärmt und ausgehärtet.
Einzelne Schritte eines Herstellungsverfahrens für den Kabelsatz 2 sind in den 2a bis 2d dargestellt. Dabei zeigt 2a die Kabel 4 in deren vorgesehener Anordnung. Auf eine Darstellung von Anschlüssen 10 wurde hierbei verzichtet, Diese werden entweder vor oder nach dem Ausbilden der Mantelstruktur 6 im Rahmen einer Konfektionierung an den Kabeln 4 angebracht. 2b zeigt ein Formwerkzeug 14 zur Formung der Mantelstruktur 6. In einer geeigneten Ausgestaltung des Verfahrens werden die Kabel 4 zunächst wie in 2c gezeigt in das Formwerkzeug 14 eingelegt. Daraufhin wird das Formwerkzeug 14 geschlossen und das Mantelmaterial M wird durch eine Anzahl von Zufuhröffnungen 16 in das Formwerkzeug 14 eingebracht, in 2c durch einen Pfeil angedeutet. Dies ähnelt grundsätzlich einem Spritzgussverfahren, welches hier durch die besondere pastöse Konsistenz des Mantelmaterials M ermöglicht ist. Im geschlossenen Formwerkzeug 14 liegen dann Hohlräume vor, welche beim Einbringen des Mantelmaterials M mit diesem gefüllt werden und welche eine Außenkontur der Mantelstruktur 6 vorgeben. Die Formung der Mantelstruktur 6 erfolgt hier also mittels des Formwerkzeugs 14. Die Kabel 4 werden im Formwerkzeug 14 beispielsweise mittels nicht näher dargestellter Abstandshalter in einer beabsichtigten Endposition fixiert, um eine gleichmäßige Wandstärke der Mantelstruktur 6 zu erzielen und ein ungewolltes Verrutschen der Kabel 4 beim Einbringen des Mantelmaterials M zu vermeiden.
In einer nicht gezeigten Variante wird das Mantelmaterial M zusätzlich oder alternativ vor den Kabeln 4 in das Formwerkzeug 14 eingebracht und die Kabel 4 werden dann anschließend in das Mantelmaterial M hineingelegt oder hineingedrückt.
Da das Mantelmaterial M eine pastöse Konsistenz aufweist, wird dieses vorliegend auch kalt verarbeitet, d.h. in das Formwerkzeug 14 eingebracht und dort geformt. Unter „kalt“ wird dabei verstanden, dass beim Verarbeiten vorzugsweise keine zusätzliche Temperierung des Mantelmaterials M erfolgt, zumindest jedoch das Mantelmaterial bei einer Verarbeitungstemperatur verarbeite wird, welche geringer ist als die Aushärtetemperatur, insbesondere bei Raumtemperatur. Die pastöse Konsistenz des Mantelmaterials M erlaubt außerdem eine einfache und vor Allem drucklose Verarbeitung, welche hier auch entsprechend erfolgt.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel weisen die Kabel 4 jeweils einen nicht näher bezeichneten Außenmantel auf, welcher mit dem Mantelmaterial M in Kontakt steht. Um eine möglichst gute Materialkompatibilität zu erzielen, sind das Mantelmaterial M und das Material, aus welchem die Außenmäntel gefertigt sind, hier gleich, insbesondere jeweils ein PVC.
Nach dem Einbringen des Mantelmaterials M und dem Formen der Mantelstruktur 6 wird das Mantelmaterial M ausgehärtet, sodass sich der in 2d gezeigt formstabile Kabelsatz 2 ergibt. Zum Aushärten wird im gezeigten Ausführungsbeispiel das Formwerkzeug 14 auf die Aushärtetemperatur oder darüber, z.B. zwischen 100 und 200°C, erwärmt, nachdem das Mantelmaterial M eingebracht wurde. Dadurch erfolgt insbesondere eine Gelierung des verwendeten PVCs.
Grundsätzlich ist ein vollständiges Aushärten im Rahmen der Herstellung des Kabelsatzes 2 möglich. In einer besonders zweckmäßigen Variante wird das Mantelmaterial M jedoch ausgehärtet, indem dieses lediglich teilausgehärtet wird, zur späteren Endaushärtung in montiertem Zustand des Kabelsatzes 2 und/oder beim bestimmungsgemäßen Gebrauch des Kabelsatzes 2. Bei der Herstellung des Kabelsatzes 2 erfolgt dann keine vollständige Gelierung des Mantelmaterials M, sondern lediglich eine Teilgelierung, sodass die Mantelstruktur 6 lediglich teilausgehärtet ist. Beispielsweise lassen sich die Halteelemente 12 in lediglich teilausgehärtetem Zustand leichter an einer nicht gezeigten Aufhängung z.B. in einem Fahrzeug anbringen und halten dann nach dem Endaushärten besonders fest, wodurch die Montage des Kabelsatzes 2 deutlich vereinfacht ist. Die Endaushärtung, welche in einer Variante eine vollständige Aushärtung ist, erfolgt dann vorteilhaft erst an Ort und Stelle der Anwendung, sodass die Aushärtung der Mantelstruktur 6 besonders passgenau erfolgt. Dies ist in 2e gezeigt, bei welcher der Kabelsatz 2 in einem nicht näher gezeigten Fahrzeug montiert ist, und zwar nahe einer Wärmequelle 18, hier einem Motor des Fahrzeugs. Dabei ist der Kabelsatz z.B. mittels der Halteelemente 12 am Motor befestigt. Die Endaushärtung erfolgt dann beim bestimmungsgemäßen Gebrauch des Kabelsatzes 2 durch Nutzung der Abwärme der Wärmequelle 18.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012109502 A1 [0004, 0015]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Kabelsatzes, wobei mehrere Kabel mittels einer gemeinsamen Mantelstruktur umgeben werden, wobei die Mantelstruktur aus einem pastösen Mantelmaterial, insbesondere PVC, hergestellt wird, wobei das Mantelmaterial kaltgemischt ist und mit den Kabeln in ein Formwerkzeug eingebracht und zu der Mantelstruktur geformt und anschließend ausgehärtet wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Mantelmaterial ausgehärtet wird, indem der Kabelsatz nach dem Einbringen des Mantelmaterials beheizt wird, indem das Formwerkzeug beheizt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Mantelmaterial ausgehärtet wird, indem dieses nach dem Einbringen in das Formwerkzeug teilausgehärtet wird, zur späteren Endaushärtung in montiertem Zustand des Kabelsatzes und/oder beim bestimmungsgemäßen Gebrauch des Kabelsatzes.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Mantelmaterial eine Aushärtetemperatur aufweist und kalt in das Formwerkzeug eingebracht wird, nämlich bei einer Verarbeitungstemperatur, welche geringer ist als die Aushärtetemperatur, insbesondere bei Raumtemperatur.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Formwerkzeug beim Einbringen des Mantelmaterials kalt betriebenen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kabel zunächst in das Formwerkzeug eingelegt werden, daraufhin das Formwerkzeug geschlossen wird und anschließend das Mantelmaterial durch eine Anzahl von Zufuhröffnungen in das Formwerkzeug eingebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zunächst das Mantelmaterial in das Formwerkzeug eingebracht wird und anschließend die Kabel, welche zumindest abschnittsweise in das Mantelmaterial hineingelegt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Mantelmaterial als eine Anzahl von vorgeformten Formteilen in das Formwerkzeug eingebracht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eines der Kabel einen Außenmantel aufweist, welcher aus einem Außenmantelmaterial gefertigt ist, und wobei das Mantelmaterial gleich dem Außenmantelmaterial ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Mantelmaterial eine Mischung aus 100 Teilen eines PVCs, 25 bis 100 Teilen eines Weichmachers, 3 bis 18 Teilen eines Stabilisators und einem Füllstoff ist.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das PVC eine Mischung aus E-PVC und S-PVC ist.
Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei der Weichmacher ein Hochtemperatur-Weichmacher ist, welcher bis zu einer Temperatur von 250°C temperaturbeständig ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dem Mantelmaterial ein Schäumungsadditiv zugesetzt ist oder zugesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dem Mantelmaterial ein Säurefänger beigemischt ist, zur Ausbildung einer hochtemperaturbeständigen Mantelstruktur.
Kabelsatz, mit mehreren Kabeln, welche mit einer zumindest teilausgehärteten Mantelstruktur umgeben sind, welche aus einem kaltgemischten, pastösen Mantelmaterial, insbesondere PVC, hergestellt ist.
Kabelsatz nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Kabel verzweigt angeordnet sind und die Mantelstruktur eine Anzahl von Verzweigungen aufweist.
Verwendung eines pastösen Mantelmaterials zur Herstellung eines Kabelsatzes, wobei das Mantelmaterial eine Mischung aus 100 Teilen eines PVCs, 25 bis 100 Teilen eines Weichmachers, 3 bis 18 Teilen eines Stabilisators und einem Füllstoff ist.
Verwendung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Mantelmaterial kaltgemischt hergestellt ist.