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Die
Erfindung betrifft ein Naturkautschukteil, insbesondere im Verbund
mit einem Metallteil, und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen
Naturkautschukteils, insbesondere eines solchen Verbundes.
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Naturkautschukteile
werden in diversen Formen, insbesondere im Verbund mit Metallteilen,
in unterschiedlichsten Bereichen insbesondere der Automobilindustrie
verwendet.
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Bekannt
sind beispielsweise Naturkautschukteile, die im Verbund mit Metallteilen
Motorlager oder Schwingungsdämpfer
bilden. Die Motorlager können
beispielsweise durch hydraulisch dämpfende Buchsen oder Lager
gebildet sein. Als Schwingungsdämpfer
sind so genannte Torsionsschwingungsdämpfer bekannt. Das Metallteil
ist üblicherweise
durch ein Nabenteil und einen das Nabenteil mit radialem Abstand
umschließenden
Außenring gebildet,
wobei das Naturkautschukteil durch zumindest einen Federkörper gebildet
ist, der in dem durch den Abstand gebildeten Spalt zwischen dem
Nabenteil und dem Außenring
einvulkanisiert ist. Es gibt selbstverständlich auch andere Ausgestaltungen
von Motorlagern und Schwingungsdämpfern.
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Die
Verwendung von Naturkautschuk in derartigen Verbunden stößt an ihre
Grenzen, wenn der Verbund bei höheren
Temperaturen verwendet wird und das Naturkautschukteil mit dessen
Substanz angreifenden Medien, insbesondere mit Öl oder Treibstoff, in Kontakt
kommt. In beiden Fällen
ist die Lebensdauer des Naturkautschukteils relativ gering.
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Es
ist versucht worden, die genannten Grenzen dadurch zu überwinden,
dass anstelle der Naturkautschukteile teure Synthesekautschukteile
verwendet werden. Es hat sich aber ge zeigt, dass derartige Synthesekautschukteile
nicht nur unwirtschaftlich sind, sondern auch ihre Aufgaben innerhalb
des Verbundteils häufig
nicht zufriedenstellend erfüllen.
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Aus
dem letzt genannten Grund werden daher bevorzugt Naturkautschukeile
verwendet, bei denen versucht wird, die Temperaturbeständigkeit durch
Abschirmen mit Hitzeschutzschilden sowie Wärmeleitblechen und die Beständigkeit
gegenüber aggressiven
Medien durch aufwendige Schutzanstriche zu verbessern.
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Nachteilig
an den Hitzeschutzschilden und Wärmeleitblechen
ist, dass diese als zusätzliche Bauteile
aufwendig und kostenintensiv mit dem Naturkautschukteil bzw. dem
Verbund aus Naturkautschukteil und Metallteil verbaut werden müssen. Insbesondere
dort, wo bei der späteren
Verwendung des Naturkautschukteils bzw. des Verbundes nur geringer
Raum für
dessen Einbau zur Verfügung
steht, macht sich der Nachteil der zusätzlichen Bauteile besonders
bemerkbar. Darüber
hinaus ist auch ein Nachteil darin zu sehen, dass diese zusätzlichen Bauteile
nur gegen Wärmestrahlung
schützen,
zum Schutz des Naturkautschukteils gegenüber aggressiven Medien aber
nichts beitragen. Der angesprochene aufwendige Schutzanstrich, der
das Naturkautschukteil gegenüber
aggressiven Medien schützen soll,
hat den Nachteil, dass dieser bei dynamischer Beanspruchung und
großen
Dehnungen, wie sie insbesondere bei Motorlagern und Schwingungsdämpfern im
Einsatz auftreten, reißt,
so dass das Naturkautschukteil dann wiederum relativ schnell den
aggressiven Medien ausgesetzt ist.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
ein Verbundteil aus einem Metallteil und einem Naturkautschukteil
derart zu verbessern, dass das Naturkautschukteil gegen höhere Temperaturen
und aggressive Medien geschützt
ist, insbesondere ohne hierbei den Verbund aus Naturkautschukteil
und Metallteil baulich verändern
zu müssen.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Naturkautschukteil, insbesondere im Verbund
mit einem Metallteil, dadurch gelöst, dass das Naturkautschukteil mit
einem thermoplastischen Polyurethan (TPU) beschichtet ist.
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Erfindungsgemäß muss die
Beschichtung hierbei nicht vollumfänglich erfolgen, sondern kann auch
nur in dem Bereich des Naturkautschukteils vorhanden sein, der später tatsächlich höheren Temperaturen
und aggressiven Medien ausgesetzt ist.
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Die
Herstellung des Naturkautschukteils, insbesondere des Verbundes
aus Naturkautschukteil und Metallteil, erfolgt hierbei zunächst in
der dem Fachmann bekannten Weise, indem zunächst das Naturkautschukteil,
insbesondere mit dem Metallteil vulkanisiert wird. Erfindungsgemäß wird aber
anschließend,
also nach dem Vulkanisieren, ein thermoplastisches Polyurethan auf
das Naturkautschukteil aufgebracht. Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt,
wenn das thermoplastische Polyurethan auf das Naturkautschukteil
aufgespritzt wird.
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Durch
die Beschichtung des Naturkautschukteils mit thermoplastischem Polyurethan
wird auf einfache Weise erreicht, dass das Naturkautschukteil gegenüber aggressiven
Medien, insbesondere Ölen
und Treibstoffen, und gegen höhere
Temperaturen beständig
ist und somit gegenüber
den herkömmlichen
Naturkautschukteilen bzw. Verbunden aus Naturkautschukteil und Metallteil
eine wesentlich längere
Lebensdauer aufweist. Dadurch wird die Funktionsfähigkeit
des Naturkautschukteils bzw. des Verbundes, insbesondere wenn es
sich im letzteren Fall um ein Motorlager oder Schwingungsdämpfer handelt, über einen
längeren
Zeitraum gewährleistet.
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Die
Herstellung des Naturkautschukteils bzw. des Verbundes ist apparativ
einfach zu handhaben. Insbesondere zeichnet sich das erfindungsgemäße Naturkautschukteil
bzw. der erfindungsgemäße Verbund
dadurch aus, dass keine zusätzlichen Bauteile
erforderlich sind, um einen Schutz vor höheren Temperaturen oder aggressiven
Medien zu erreichen.
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Durch
die Schicht aus thermoplastischem Polyurethan wird der Naturkautschuk
insbesondere gegen oxidative Alterungsprozesse geschützt. Die verbesserte
Temperaturbeständigkeit
wird im Wesentlichen darauf zurückgeführt, dass
durch das thermoplastische Polyurethan der Zugang von Sauerstoff zum
Naturkautschuk verhindert wird, wodurch es zur massiven Reduzierung
der thermooxidativen Schädigung
des Naturkautschuks kommt. Die Beständigkeit gegenüber aggressiven
Medien ist auf die Chemikalienresistenz thermoplas tischer Polyurethane
zurückzuführen. Diese
bilden auf dem Naturkautschuk eine Art Schutzfilm, der den Kontakt
des Naturkautschuks mit den aggressiven Medien verhindert.
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Die
genannten Effekte treten nur bei ungeschäumten Polyurethanen auf. Unter
thermoplastischen Polyurethanen werden im Sinne der Erfindung demnach
nur solche verstanden, die ungeschäumt vorliegen.
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Bei
den erfindungsgemäß verwendeten
thermoplastischen Polyurethanen handelt es sich um den Fachmann
bekannte, handelsübliche
TPU-Elastomere (z.B. Elastollan der BASF AG/Elastogran GmbH). Die
thermoplastischen Polyurethane können entweder
Polyether-Polyurethane
und/oder Polyester-Polyurethane sein.
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Durch
das vorzugsweise Aufspritzen des thermoplastischen Polyurethans
wird eine gleichmäßige Schutzschicht
erhalten. Dies ist vorteilhaft, da sich herausgestellt hat, dass
Ungleichmäßigkeiten
in der Schutzschicht bei Naturkautschukteilen, die hoher dynamischer
Beanspruchung und großen
Dehnungen ausgesetzt sind, die Gefahr von Rissen erhöhen können.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das thermoplastische
Polyurethan eine Schichtdicke von 0,5 bis 5 mm aufweist.
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Eine
derart dünne
Schicht aus thermoplastischem Polyurethan hat sich als bevorzugt
zur Erhöhung
der Beständigkeit
des Naturkautschukteils gegenüber
höheren
Temperaturen und aggressiven Medien erwiesen.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das thermoplastische
Polyurethan unlösbar
mit dem Naturkautschukteil verbunden.
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Durch
die fest haftende Verbindung mit der Oberfläche des Naturkautschukteils
sind dynamische Belastungen und große Dehnungen ohne Zerstörung der
Schutzschicht aus thermoplastischem Polyurethan möglich.
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Weiterhin
ist vorgesehen, dass das thermoplastische Polyurethan mit einem
Haftmittel versehen oder zwischen Naturkautschukteil und thermoplastischem
Polyurethan ein Haftmittel vorgesehen ist.
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Hierbei
wird vorzugsweise dem thermoplastischen Polyurethan vor dem Aufbringen
auf das Naturkautschukteil ein Haftmittel zugesetzt, so dass das thermoplastische
Polyurethan fest mit dem Naturkautschuk verbunden ist. Alternativ
oder zusätzlich
hierzu kann es zweckmäßig sein,
vor dem Aufbringen des thermoplastischen Polyurethans ein Haftmittel auf
das Naturkautschukteil aufzubringen, um die Festigkeit der Verbindung
von Naturkautschuk und thermoplastischem Polyurethan zu erhöhen. Dadurch
sind noch größere dynamische
Belastungen und Dehnungen des Naturkautschukteils ohne Zerstörung der
Schutzschicht aus thermoplastischem Polyurethan möglich.
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Eine
Weiterbildung sieht vor, dass das thermoplastische Polyurethan eine
Shore-Härte
im Bereich von 50 bis 95 ShA aufweist. Die Verwendung thermoplastischer
Polyurethane in einem derartigen Shore-Härte-Bereich hat sich als besonders
vorteilhaft für
die Aufbringung auf das Naturkautschukteil und für die Sicherstellung der Barrierefunktion
der Schutzschicht erwiesen, wobei ein derartiges thermoplastisches
Polyurethan große
dynamische Belastungen und große
Dehnungen des Naturkautschukteils mitmacht, ohne zu reißen.
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Es
hat sich weiterhin als vorteilhaft herausgestellt, wenn das thermoplastische
Polyurethan einen Farbstoff bzw. ein gleich wirkendes Additiv als weiteren
Schutz gegen Wärmestrahlung
umfasst. Dadurch kann die Temperaturbeständigkeit des Naturkautschukteils
weiter erhöht
werden.
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Vorzugsweise
handelt es sich bei dem Verbundteil um ein Motorlager oder um einen
Schwingungsdämpfer.
Es hat sich gezeigt, dass gerade bei diesen beiden Verbundteilen
die größten Probleme hinsichtlich
der Temperatur- und Medienbeständigkeit
auftreten, welche nun erfindungsgemäß gelöst sind.
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Beispiel:
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Zunächst wird
ein Verbundteil aus einem Metallteil und einem Naturkautschukteil
in einer dem Fachmann bekannten Weise hergestellt. Es gibt diverse
Möglichkeiten
ein solches Verbundteil, bei dem das Metallteil mit dem Naturkautschukteil
vulkanisiert ist, herzustellen, die in der Patentliteratur ohne
weiteres zu finden sind.
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Anschließend wird
das Verbundteil mit einem thermoplastischen Polyurethan (z.B. Elastollan
der BASF AG) mit einer Shore-Härte
von ca. 70 ShA in einer dünnen
Schicht von ca. 2 mm auf das Naturkautschukteil aufgespritzt.
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Geeignete
Verfahren zum Aufspritzen bzw. Aufsprühen von Kunststoffen sind dem
Fachmann bekannt und ebenfalls der Patentliteratur ohne weiteres
entnehmbar.
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Das
derart hergestellte Verbundteil zeichnet sich durch ein Naturkautschukteil
aus, dass gegenüber
höheren
Temperaturen und aggressiven Medien geschützt ist.