[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten und / oder partiellen
Umspritzen von flexiblem langgestreckten Gut, wie elektrische Kabel oder Leitungen,
auch Rohre oder Schläuche, dessen äußere Oberfläche eine werkstoffbedingte antiadhäsive
Charakteristik aufweist.
[0002] Werkstoffe mit antiadhäsivem Verhalten sind beispielsweise Polymere auf Basis fluorhaltiger
Polyolefine, etwa das Polytetrafluorethylen, die auch in der Kabel- und Leitungstechnik
in großem Umfang eingesetzt werden. Um bei mit solchen Werkstoffen umhüllten elektrischen
Kabeln oder Leitungen zugfeste und druckdichte sowie feuchtigkeitssichere Anschluss-,
Abschluss- oder Verbindungsstellen zu schaffen, ist es bereits bekannt (DE-PS 30 41
657), an der betreffenden Stelle über das Kabel oder die Leitung einen Formkörper
aus einem aus der Schmelze verarbeitbaren Fluorpolymerisat mit niedrigerem Schmelzbereich
zu schieben und darüber eine zweiten Formkörper aus einem der Umhüllung entsprechenden
Werkstoff anzuordnen.
[0003] Bei Anwendung von Wärme und Druck schmilzt der erste Formkörper auf, die Schmelze
füllt den vom zweiten Formkörper umschlossenen Raum aus und bewirkt gleichzeitig eine
mechanisch feste Verbindung mit der Umhüllung des Kabels oder der Leitung und der
inneren Oberfläche des zweiten Formkörpers. Bei der Herstellung von Verbindungsmuffen
und Endabschlüssen von Kabeln und Leitungen, etwa zu deren Konfektionierung, bedient
man sich hier zusätzlicher Werkstoffe aus der gleichen Polymerfamilie, jedoch mit
unterschiedlichem Schmelzverhalten.
[0004] Die Verwendung von aus der Schmelze verarbeitbaren Fluorpolymeren zum sicheren Verbinden
von Polytetrafluorethylen mit anderen Werkstoffen hat auch bereits Eingang in die
Kabelherstellung selbst gefunden. So ist es seit langem bekannt (DE-OS 44 14 052),
den metallischen Leiter eines elektrischen Kabels mit Hilfe eines extrudierbaren Fluorpolymers,
etwa eines Tetrafluorethylen / Hexafluorpropylen - Copolymers (FEP), fest mit der
Kabelisolierung aus einem porösen Polytetrafluorethylen zu verbinden.
[0005] Einen ähnlichen Aufbau zeigt ein bekanntes mechanisches Druck / Zug - Kabel (Bowdenzug)
(EP-PS 692 25 502), bei dem eine Umhüllung aus Polytetrafluorethylen mit seinem niedrigen
Reibungskoffizienten über eine extrudierte Fluorpolymerschicht mit dem inneren Stahlkern
verbunden ist.
[0006] Aber auch zur Verklebung der Isolierung eines koaxialen Hochfrequenzkabels aus Polytetrafluorethylen
mit der über der Isolierung angeordneten Abschirmung hat man bereits aus der Schmelze
verarbeitbare Fluorpolymere, wie das fluorierte Ethylenpropylen (FEP) oder ein Perfluoralkoxy
- Polymer (PFA), verwendet (EP-PS 07 48 509).
[0007] Diese Diskussion des Standes der Technik macht deutlich, daß unabhängig vom jeweiligen
Anwendungsfall das stark ausgeprägte antiadhäsive Verhalten und die hohe Schmelzviskosität
von Polytetrafluorethylen Schwierigkeiten bereitet, wenn Konstruktionselemente aus
diesem Werkstoff mit solchen aus anderen Materialien mechanisch dauerhaft zu verbinden
sind. Die geringe Oberflächenspannung z.B.des Polytetrafluorethylens führt nämlich
dazu, daß die PTFE-Oberfläche durch Klebstoffe beispielsweise nicht benetzbar und
daher eine Verklebung nicht zu erreichen ist. Auf der anderen Seite scheitert ein
thermisches Verschweißen von PTFE nach den für Kunststoffe üblichen Techniken an eben
der genannten hohen Schmelzviskosität.
[0008] Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
eine Möglichkeit zu finden, langgestrecktes flexibles Gut mit charakteristischem antiadhäsivem
Verhalten so vorzubereiten, daß die mechanische Verbindung mit beliebigen anderen
Werkstoffen problemlos zu erreichen ist.
[0009] Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß die Oberfläche des Gutes
ganz oder teilweise durch eine Plasmabehandlung aktiviert und anschließend auf den
aktivierten Oberflächenbereich unter Wärmeeinwirkung und / oder Druck fließfähige
Werkstoffe als Beschichtung, in sich geschlossen oder partiell, oder als Formkörper
aufgebracht werden. Abweichend vom Stand der Technik kann nach diesem Verfahren beispielsweise
ein aus einem Duroplasten bestehender Abschluss- oder Anschlusskörper unmittelbar
auf die aus einem Polytetrafluorethylen bestehende Isolierung eines elektrischen Kabels
mit dauerhaftem Sitz aufgespritzt werden, ohne daß es irgendwelcher Zwischenschichten
bedarf. Wie Versuche gezeigt haben, ergeben sich durch die Erfindung besondere Vorteile
bei der Konfektionierung von Kabeln, Leitungen, Rohren oder Schläuchen.
[0010] Eine Plasmabehandlung von Formteilen aus Werkstoffen mit antiadhäsivem Verhalten
ist an sich bereits bekannt (DE-PS 198 34 065). Dieses bekannte Verfahren betrifft
die Herstellung einer Wellenabdichtung mit einem Bauteil aus einem Tragkörper und
einem Anschlussteil aus einem Fluor-Carbon, dessen Oberfläche durch eine Plasmabehandlung
aktiviert worden ist. Abweichend von der Erfindung geht es hierbei aber nicht um die
Beschichtung von langgestrecktem flexiblem Gut, sondern um die Verbindung von Formteilen
untereinander. Dies gilt auch für den in dieser Schrift angezogenen Stand der Technik,
die Unterschiede liegen hier lediglich in der Art der Plasmabehandlung.
[0011] Zwar hat man auch schon strangförmiges Gut in einem kontinuierlichen Verfahren der
Einwirkung eines Plasmas ausgesetzt (DE-OS 101 49 834), abweichend von der Erfindung
jedoch zu dem Zweck, auf das durchlaufende Gut eine Beschichtung aus dem Plasma aufzubringen.
[0012] Eine weitere Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe besteht darin, zum
Beschichten von langgestreckte Gut mit einem metallischen Werkstoff die Oberfläche
des Gutes ganz oder teilweise durch eine Plasmabehandlung zu aktivieren und anschließend
auf den aktivierten Oberflächenbereich die metallischen Werkstoffe als Beschichtung,
in sich geschlossen oder partiell, aufzudampfen. Dieses Verfahren hat Vorteile insbesondere
dann, wenn die metallische Schicht als Abschirmung z.B. eines koaxialen elektrischen
Hochfrequenzkabels dient.
[0013] Vorteilhaft kann es auch sein, im Anschluss an die Plasmabehandlung zum Zwecke der
Aktivierung oder Strukturierung der Oberfläche mit werkstoffbedingter antiadhäsiver
Charakteristik auf den aktivierten / strukturierten Oberflächenbereich im Prozessgas
enthaltene Fremdmoleküle in die Oberfläche einzubauen. Beispielsweise kann eine durch
Sauerstoff aktivierte oder strukturierte Oberfläche anschließend einem Silan enthaltenen
Prozeßgas ausgesetzt werden. Durch gleichsam auf die bereits aktivierte Oberfläche
aufgepfropfte Silanmoleküle entsteht hier eine zusätzliche Haftbereitschaft der Oberfläche
des Gutes gegenüber artfremden Werkstoffen, beispielsweise gegenüber Elstomeren. Die
Modifizierung der Grenzschicht zwischen zwei zu verbindenden Schichten ist nicht mit
einer Klebschicht vergleichbar, sie ist also z.B. auch kein sog. Heißschmelzkleber,
der als gesonderte Schicht auf die Oberfläche des Gutes aufzutragen wäre.
[0014] Zur Durchführung der Verfahren nach der Erfindung sind die unterschiedlichsten Plasmabehandlungsverfahren
einsetzbar, etwa die im Stand der Technik beschriebenen. Die besten Ergebnisse sind
zurzeit jedoch mit der sogenannten Niederdruck-Plasmabehandlung erreichbar, bei der
die Oberfläche des langgestreckten Gutes durch eine Plasmabehandlung bei einem Druck
von etwa 0,1 bis 1 mbar zu aktivieren ist (DE-PS 198 34 065).
[0015] In Durchführung der Erfindung erfolgt die Plasmabehandlung der antiadhäsiven Oberfläche
des Gutes je nach seiner Länge kontinuierlich oder diskontinuierlich. Im Falle der
kontinuierlichen Plasmabehandlung, etwas zum Zwecke einer nachfolgenden Beschichtung
des Gutes über die gesamte Länge, wird das Gut zweckmäßig mindestens eine Plasmaanlage
mit mindestens einer Kammer durchlaufen, in die das Prozessgas eingebracht sowie aus
dem Gas das Plasma erzeugt wird. Eine solche Anlage kann z.B. so aufgebaut sein, daß
das Gut an mindestens einer Kammer vorbei geführt wird, in die das Prozessgas eingebracht,
daraus das Plasma erzeugt und anschließend das Plasma aus der Kammer heraus der Oberfläche
des Gutes zugeführt wird.
[0016] Damit die Zuführung des Plasmas über die gesamte Umfläche des Gutes erfolgt, können
an sich bekannte Ringdüsen Anwendung finden, man kann aber auch zur Vermeidung sog.
Schattenbildungen beim Aufwickeln des behandelten Gutes die Aufwickelvorrichtung,
z.B. eine Aufwickeltrommel, in Achsrichtung rotieren lassen.
[0017] Ein besonders vorteilhafter Anwendungsbereich der Erfindung ist die so genannte Konfektionierung
von langgestrecktem Gut, insbesondere von elektrischen Kabeln oder Leitungen. Hierbei
werden auf die Kabel- oder Leitungsenden beliebige Formkörper mit den unterschiedlichsten
Funktionen aufgebracht, wobei es auf eine extrem gute, mechanisch feste und feuchtigkeitsdichte,
Verbindung zwischen Kabeloder Leitungsoberfläche und Formkörper ankommt. In solchen
Fällen hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, das langgestreckte Gut definierter
Länge in eine als Trommel ausgebildete Kammer einzubringen, die nach dem Einführen
des Prozessgases während der Plasmabehandlung umläuft. Handelt es sich um kurze Längen
des Gutes, beispielsweise von 30 cm Länge, können diese auch als Schüttgut in die
Trommel eingebracht werden. Bei größeren Längen wird das Gut zweckmäßig zu Ringen
gewickelt, die zur Vermeidung einer Schattenbildung bei der Plasmabehandlung zusätzlich
zum Umlauf der Trommel in Rotation versetzt werden Neben Silikonkautschuken beispielsweise
sind bekanntlich Fluorpolymere und hierbei insbesondere das Polytetrafluorethylen,
Werkstoffe mit einer besonders hohen antiadhäsiven Oberflächencharakteristik. Die
vorliegende Erfindung ermöglicht die mechanisch feste, druck- und feuchtigkeitsdichte,
Verbindung von artfremden Werkstoffen, wie Duroplaste, Elastomere, Thermoplaste oder
thermoplastische Kautschuke, mit den angesprochenen Fluorpolymeren in einem laufenden
Produktionsprozess. Die artfremden Werkstoffe können isolierend sein, sie können Farbpigmente,
aber auch Ruße enthalten und daher leitfähig sein.
[0018] Die Erfindung sei anhand der in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiele
näher erläutert.
[0019] Bei einem nach der Erfindung bevorzugt angewendeten an sich bekannten Niederdruck
- Plasmaverfahren zur Aktivierung / Strukturierung der antiadhäsiven Oberfläche von
strangförmigem Gut wird in einer abgeschlossenen Kammer ein Unterdruck von 0,1 bis
1,0 mbar erzeugt und das so genannte Prozessgas, z.B. Sauerstoff, Wasserstoff oder
Argon, Argon-Wasserstoff oder dergl. eingebracht. Das Gas wird in einem hochfrequenten
elektrischen Feld ionisiert und das gewählte strangförmige Gut dem so erzeugten Plasma
ausgesetzt. Dabei wird bereits verunreinigtes Gas aus dem Behandlungsraum während
der kontinuierlichen Zufuhr von neuem Prozessgas abgesaugt. Die elektrische Energie
zur Erzeugung des Plasmas kann von außerhalb der Kammer über Mikrowellen oder über
eine innerhalb der Kammer befindliche Elektrodenanordnung dem Prozessgas zugeführt
werden.
[0020] In schematischer Form zeigt die Figur 1 die kontinuierliche Plasmabehandlung eines
elektrischen Kabels 1. Die Kabelseele weist eine Isolierung aus einem Fluorpolymer,
beispielsweise aus einem Polytetrafluorethylen ( PTFE ) auf. Zur Beschichtung der
PTFE - Isolierung in diesem Ausführungsbeispiel mit einem Außenmantel aus einem Silikonkautschuk
wird das Kabel 1 zunächst in einer düsenartigen Anordnung 2 der Einwirkung der Plasmaanlage
3 ausgesetzt. und dabei das PTFE der Isolierung oberflächlich aktiviert ( strukturiert
). Entweder im kontinuierlichen Durchlauf unmittelbar danach oder auch zu einem späteren
Zeitpunkt wird die so vorbereitete Isolierung des Kabels in dem Extruder 4 mit dem
Silikonkautschuk umspritzt. Nach Durchlaufen einer üblichen Kühlrinne 5 kann das ummantelte
Kabel 1 auf eine Vorratstrommel 6 aufgewickelt werden.
[0021] Die Figur 2 zeigt schematisch ein Plasmabehandlungsverfahren für Kurzlängen von strangförmigem
Gut. In diesem Fall werden Kurzlängen 7 einer mit PTFE oder einem anderen Fluorpolymer,
oder mit einem anderen Werkstoff mit antiadhäsiver Oberflächencharakteristik, beispielsweise
einem Kautschuk, ummantelten elektrischen Leitung in eine nach Außen abschließbare
Trommel 8 eingebracht. Die Leitungsenden weisen z.B. eine Länge von 20 bis 50 cm auf,
sie sollen konfektioniert werden, d.h. ihre Enden sollen mit beliebig ausgebildeten
Formkörpern mechanisch fest, druck- und feuchtigskeitsdicht, umspritzt werden.
[0022] Die Trommel 8 ist drehbar in der Kammer 9 gelagert. Die Elektrode 10, angeschlossen
an den Hochfrequenzgenerator 11 umschließt die Trommel 8 allseitig zur Erzeugung des
Behandlungsplasmas. Über den Ausgang 12 wird die Kammer evakuiert und dabei auf einen
Unterdruck von 0,2 bis 0,4 mbar eingestellt. Der Zuführung des Prozessgases dient
das Anschlusselement 13, das Prozessgas selbst, beispielsweise Sauerstoff, wird unter
dem Einfluss des elektrischen Hochfrequenzfeldes, Elektrode 10 und HF - Generator
11, ionisiert, es entsteht das Behandlungsplasma durch das die Oberflächen der Kurzlängen
7 mit antiadhäsivem Charakter aktiviert bzw. strukturiert werden.
[0023] Der Kammeranschluss 14 dient der Belüftung des Innenraumes nach Abschluss der Behandlung,
er kann aber auch dazu verwendet werden, nach der Belüftung ein Prozess- oder Spülgas
einzuführen, dessen dem aufzubringenden Formkörper werkstoffmäßig artverwandte Komponenten
unter dem Einfluss des elektrischen Feldes und dem lonisierungseffekt zusätzliche
Haftpunkte auf der beispielsweise durch Sauerstoff oder Wasserstoff aktivierten bzw.
strukturierten Leitungsoberfläche bilden.
[0024] Nach der Entnahme der Kurzlängen 7 aus der Trommel 8 können diese unmittelbar oder
auch später einem Konfektionierungsprozess unterworfen werden. Hierzu werden die Enden
der Kurzlängen 7, mit oder ohne zusätzlichen Haftpunkten, einem Bearbeitungsvorgang
zugeführt, während dem in einem Spritz - Formwerkzeug z. B. elastische oder duroplastische
Formkörper auf die Leitungsenden aufgebracht werden.
[0025] Solche Ausführungsformen der Erfindung veranschaulichen die Figuren 3 und 4. So zeigt
die Figur 3 einen als Thermofühler 15 ausgebildeten Endenabschluß einer mit PTFE isolierten
elektrischen Leitung 16, bei dem der Erfindungsgedanke verwirklicht ist. Die Adern
17 der Leitung 16 sind, wie bei Thermofühlern üblich, an der Stelle 18 zusammengefasst,
die feuchtigkeitsdichte und zugfeste Einbettung der Adern 17 erfolgt durch den Formkörper
19, der nach der Aktivierung der Oberfläche der Polytetrafluorethylen-Isolierung der
Leitung 16 unmittelbar auf die z.B. durch eine Plasmabehandlung mit Sauerstoff als
Prozeßgas aktivierte /strukturierte Oberfläche aufgeformt worden ist. Als hierfür
geeignetes Material kann z.B. ein Duroplast oder auch ein Kautschukmaterial, etwa
ein Silikonkautschuk verwendet werden.
[0026] Abweichend von der Figur 3 zeigt die Figur 4 eine Kabeleinführung, bei der der Formkörper
20 auf die mindestens in diesem Bereich aktivierte Oberfläche des mit einem Silikonkautschuk
ummantelten vieradrigen Kabels 21 in einem Spritzgußverfahren unmittelbar oder nach
Spülung der strukturierten Oberfläche mit einem silanisierten Prozeßgas aufgeformt
worden ist.
[0027] Der erfindungsgemäße Vorschlag, eine mechanisch feste Verbindung zwischen der antiadhäsiven
Oberfläche von Fluorpolymeren oder anderen Werkstoffen mit gleicher oder ähnlicher
Charakteristik und artfremden Werkstoffen nach einer Oberflächenaktivierung unmittelbar
oder im Anschluß an eine Oberflächenmodifikation nach der Aktivierung durchzuführenm,
läßt sich auch auf die Herstellung von Steckern, Kupplungen und dergleichen übertragen,
insofern stellen die Ausführungsbeispiele keine Einschränkung der Erfindung dar.
1. Verfahren zum Beschichten und / oder zum partiellen Umspritzen von flexiblem langgestrecktem
Gut, wie elektrische Kabel oder Leitungen, auch Rohre oder Schläuche, dessen Oberfläche
eine werkstoffbedingte antiadhäsive Charakteristik aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Gutes ganz oder teilweise durch eine Plasmabehandlung aktiviert
(strukturiert) und anschließend auf den aktivierten (strukturierten) Oberflächenbereich
unter der Einwirkung von Wärme und / oder Druck fließfähige Werkstoffe als Beschichtung,
in sich geschlossen oder partiell, oder als Formkörper aufgebracht werden.
2. Verfahren zum Beschichten und / oder zum partiellen Umspritzen von flexiblem langgestrecktem
Gut, wie elektrische Kabel oder Leitungen, auch Rohre oder Schläuche, dessen Oberfläche
eine werkstoffbedingte antiadhäsive Charakteristik aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Gutes ganz oder teilweise durch eine Plasmabehandlung aktiviert
und anschließend auf den aktivierten Oberflächenbereich metallische Werkstoffe als
Beschichtung, in sich geschlossen oder partiell, aufgedampft werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluss an die Plasmabehandlung die aktivierte / strukturierte Oberfläche mit
antiadhäsiver Charakteristik durch eine in einem Prozeßgas / Spülgas enthaltene Komponente
modifiziert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die modifizierte Oberfläche eine Grenzschicht ist, über die die mechanische Verbindung
der Beschichtung oder der Formkörper mit der Oberfläche des langgestreckten Gutes
erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß für die Plasmabehandlung eine Niederdruck - Plasmatechnik verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Plasmabehandlung der antiadhäsiven Oberfläche des Gutes je nach seiner Länge
kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Plasmabehandlung kontinuierlich erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß das langgestreckte Gut eine Plasmaanlage mit mindestens einer Kammer durchläuft,
in die das Prozessgas eingebracht sowie aus dem Gas das Plasma erzeugt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das langgestreckte Gut an mindestens einer Kammer vorbei geführt wird, in die das
Prozessgas eingebracht, daraus das Plasma erzeugt und anschließend das Plasma aus
der Kammer heraus der Oberfläche des Gutes zugeführt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung des Plasmas über den Umfang des Gutes verteilt erfolgt.
10. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Plasmabehandlung diskontierlich erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß das langgestreckte Gut in eine Trommel eingebracht wird, die nach dem Einführen des
Prozessgases während der Plasmabehandlung umläuft.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß kurze Längen des Gutes als Schüttgut in die Trommel eingebracht und dort der Plasmabehandlung
unterworfen werden.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das langgestreckte Gut als gewickelter Ring in die Trommel eingebracht und dort der
Plasmabehandlung unterworfen wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der in die Trommel eingebrachte Ring zur Vermeidung einer Schattenbildung auf der
Oberfläche des langgestreckten Gutes zusätzlich zum Umlauf der Trommel rotiert.
14. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberflächenmaterial des langgestreckten Gutes mit antiadhäsiver Charakteristik
ein Fluorpolymer ist.
15. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberflächenmaterial des langgestreckten Gutes mit antiadhäsiver Charakteristik
ein Silikonkautschuk ist.
16. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das langgestreckte Gut eine begrenzte Länge aufweist und eine oder beide Enden mit
aktivierter (strukturierter) Oberfläche unmittelbar mit einem Formkörper aus artfremden
Werkstoffen umspritzt werden.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die artfremden Werkstoffe Duroplaste, Elastomere, Thermoplaste oder thermoplastische
Kautschuke sind.
18. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß auf die aktivierte (strukturierte) Oberfläche des langgestreckten Gutes unmittelbar
eine das Gut umhüllende Schicht aufextrudiert wird.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die umhüllende Schicht leitfähig ist.
20. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 16 oder einem der folgenden, zur Konfektionierung
elektrischer Kabel und Leitungen, Rohren oder Schläuchen.