DE102010000180A1

DE102010000180A1 - Schlauchförmiger Artikel, insbesondere ein hochfester textiler Hochdruckschlauch

Info

Publication number: DE102010000180A1
Application number: DE201010000180
Authority: DE
Inventors: Klaus 34497 Brühne; Jörg 34311 Eubel; Thomas 34497 Klyscz; Rainer 35110 Lange; Metin 34497 Tasseki
Original assignee: ContiTech Schlauch GmbH
Current assignee: ContiTech Schlauch GmbH
Priority date: 2010-01-25
Filing date: 2010-01-25
Publication date: 2011-07-28
Also published as: WO2011088906A1; EP2529140A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen schlauchförmigen Artikel mit wenigstens folgendem Schichtenaufbau: – einer Innenschicht (01) und einer Außenschicht (05), die jeweils aus einem polymeren Werkstoff mit elastischen Eigenschaften bestehen; sowie – einer ersten Festigkeitsträgerschicht (02) und einer zweiten Festigkeitsträgerschicht (03), die zwischen der Innenschicht (01) und der Außenschicht (05) eingebettet sind und jeweils aus einem textilen Werkstoff bestehen, wobei die erste Festigkeitsträgerschicht (02) mit der Innenschicht (01) und die zweite Festigkeitsträgerschicht (03) mit der Außenschicht (05) in Verbindung stehen. Der erfindungsgemäße schlauchförmige Artikel zeichnet sich dadurch aus, dass die Dehnung der ersten Festigkeitsträgerschicht (02) größer ist als die Dehnung der zweiten Festigkeitsträgerschicht (03). Zwischen der ersten Festigkeitsträgerschicht (02) und der zweiten Festigkeitsträgerschicht (03), die jeweils insbesondere als Textilgeflecht ausgebildet sind, ist vorzugsweise eine Zwischenschicht (04) aus einem polymeren Werkstoff mit elastischen Eigenschaften angeordnet. Der schlauchförmige Artikel ist insbesondere ein hochfester Hochdruckschlauch.

Description

Die Erfindung betrifft einen schlauchförmigen Artikel mit wenigstens folgendem Schichtenaufbau:

– einer Innenschicht und einer Außenschicht, die jeweils aus einem polymeren Werkstoff mit elastischen Eigenschaften bestehen; sowie
– einer ersten Festigkeitsträgerschicht und einer zweiten Festigkeitsträgerschicht, die zwischen der Innenschicht und der Außenschicht eingebettet sind und jeweils aus einem textilen Werkstoff bestehen, wobei die erste Festigkeitsträgerschicht mit der Innenschicht und die zweite Festigkeitsträgerschicht mit der Außenschicht in Verbindung stehen.

Bei Hochdruckschläuchen haben Festigkeitsträger in Form einer Geflechtskonstruktion eine besondere Bedeutung. Dabei werden wenigstens zwei Fadenlagen in gekreuzter Anordnung unter Ausbildung eines Geflechtwinkels eingesetzt, wobei im Folgenden der wesentliche Stand der Technik dargelegt wird.
Das Geflecht besteht aus Fäden (Drähte) aus Stahl, die insbesondere vergütet und oberflächengeschützt sind. Sie kommen dabei insbesondere als Hydraulikschläuche sowie bei aktiven Fahrwerksystemen zur Anwendung, wobei beispielsweise auf folgende Patentliteratur verwiesen wird:
DE 41 18 023 C2
DD 289 896 A7
Nachteilig ist, dass bei einem derartigen Festigkeitsträgerkonzept akustische Probleme auftreten. Außerdem zeichnen sich derartige Schläuche durch eine geringe Volumenzunahme aus.
Zwischenzeitlich haben Hochdruckschläuche mit einem Festigkeitsträgerkonzept auf der Basis eines ersten Textilgeflechtes und eines zweiten Textilgeflechtes eine Bedeutung erlangt, wobei hier beispielsweise auf folgende Patentliteratur verwiesen wird:
DE 10 2008 014 988 A1
EP 0 567 115 B1
US 2009/0236004 A1
Auf dem Markt sind dabei Hochdruckschläuche, bei dem das Fadenmaterial des Textilgeflechtes aus Polyvinylalkohol (PVAL) besteht. Nachteilig sind jedoch hier eine geringe Volumenzunahme im Betriebspunkt (180 bar < 10%) und eine nicht optimale Betriebsfestigkeit.
Im Rahmen einer Weiterentwicklung besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen gattungsgemäßen schlauchförmigen Artikel bereitzustellen, der folgende Anforderungen erfüllen soll:

– eine hohe dynamische Festigkeit;
– eine progressiv ansteigende Volumenzunahme bis ca. 75 bar (2, Kurve b) und eine Volumenzunahme > 15% bei 200 bar;
– eine statische Dauerdruckbeständigkeit sowie
– eine höhere Flexibilität.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass die Dehnung der ersten Festigkeitsträgerschicht größer ist als die Dehnung der zweiten Festigkeitsträgerschicht.
Hinsichtlich der ersten und zweiten Festigkeitsträgerschicht werden im Folgenden die zweckmäßigen Werkstoffkriterien angegeben.
– Erste Festigkeitsträgerschicht
Die erste Festigkeitsträgerschicht weist eine Dehnung von 5 bis 40% auf.
Die erste Festigkeitsträgerschicht besteht aus Polyamid (PA), Polyester (PES), m-Aramid, Polyoxodiazol (POD) oder Polyphenylensulfid (PPS).
Die erste Festigkeitsträgerschicht ist aus einem Garnfaden oder Zwirnfaden gebildet, insbesondere auf der Basis von Stapelfasern oder Endlosfilamentgarnen.
– Zweite Festigkeitsträgerschicht
Die zweite Festigkeitsträgerschicht weist eine Dehnung von 0 bis 10% auf.
Die zweite Festigkeitsträgerschicht besteht aus Aramid, insbesondere aus p-Aramid, Kohlenstofffasern, Glasfasern oder Polybenzoxazol (PBO).
Die zweite Festigkeitsträgerschicht ist aus einem Garnfaden oder Zwirnfaden gebildet. Von besonderer Bedeutung ist dabei der Zwirnfaden.
Die erste Festigkeitsträgerschicht und/oder die zweite Festigkeitsträgerschicht ist/sind insbesondere als Textilgeflecht ausgebildet. Dabei ist es zweckmäßig, wenn beide Festigkeitsträgerschichten ein Textilgeflecht bilden. Der Geflechtswinkel beträgt 50° bis 56°, insbesondere 54°.
Zwischen der ersten Festigkeitsträgerschicht und der zweiten Festigkeitsträgerschicht ist vorzugsweise wenigstens eine Zwischenschicht aus einem polymeren Werkstoff mit elastischen Eigenschaften angeordnet.
Der schlauchförmige Artikel mit dem neuen Festigkeitsträgerkonzept kann für Förderschläuche, Luftfederbälge und Kompensatoren zur Anwendung gelangen. Von besonderer Bedeutung ist der Einsatz auf dem Schlauchsektor, wobei der hochfeste textile Hochdruckschlauch besonders zu erwähnen ist.
Insbesondere auf dem Schlauchsektor können weitere Schichten vorhanden sein, beispielsweise ein Inliner in Form einer Folie aus Polyamid (PA) oder einem Fluorkunststoff, insbesondere aus Polytetrafluorethylen (PTFE).
Hinsichtlich des polymeren Werkstoffes mit elastischen Eigenschaften für die Innenschicht, Außenschicht und der Zwischenschichten des schlauchförmigen Artikels kommen insbesondere folgende beiden Varianten zum Einsatz:
Variante A
Der polymere Werkstoff ist ein elastomerer Werkstoff auf der Basis einer vulkanisierten Kautschukmischung, die eine unverschnittene Kautschukkomponente oder einen Kautschukkomponentenverschnitt und übliche Mischungsingredienzien enthält. Als Kautschukkomponenten sind insbesondere zu nennen:
Ethylen-Propylen-Mischpolymerisat (EPM)
Ethylen-Propylen-Dien-Mischpolymerisat (EPDM)
Nitrilkautschuk (NBR)
(teil)hydrierter Nitrilkautschuk (HNBR)
Fluor-Kautschuk (FKM)
Chloropren-Kautschuk (CR)
Naturkautschuk (NR)
Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR)
Isopren-Kautschuk (IR)
Butylkautschuk (IIR)
Brombutylkautschuk (BIIR)
Chlorbutylkautschuk (CIIR)
Butadien-Kautschuk (BR)
Chloriertes Polyethylen (CM)
Chlorsulfoniertes Polyethylen (CSM)
Polyepichlorhydrin (ECO)
Ethylen-Vinylacetat-Kautschuk (EVA)
Acrylat-Kautschuk (ACM)
Ethylen-Acrylat-Kautschuk (AEM)
Silikonkautschuk (MQ, VMQ, PVMQ, FVMQ; DE 10 2006 058 470 A1 )
Fluorierter Methylsilikonkautschuk (MFQ)
Perfluorinierter Propylen-Kautschuk (FFPM)
Perfluorcarbon-Kautschuk (FFKM)
Polyurethan (PU)
Auch der Einsatz eines Verschnittes, insbesondere in Verbindung mit einem der vorgenannten Kautschuktypen, beispielsweise ein NR/BR-Verschnitt, ist möglich.
Von besonderer Bedeutung sind: EPM, EPDM, CR, NR, NBR, CM, CSM, HNBR, FKM, ACM oder AEM.
Die üblichen Mischungsingredienzien umfassen wenigstens einen Vernetzer oder ein Vernetzersystem (Vernetzungsmittel und Beschleuniger). Weitere Mischungsingredienzien sind zumeist noch ein Füllstoff und/oder ein Verarbeitungshilfsmittel und/oder ein Weichmacher und/oder ein Alterungsschutzmittel sowie gegebenenfalls weitere Zusatzstoffe (z. B. Farbpigmente, Fasern). Diesbezüglich wird auf den allgemeinen Stand der Kautschukmischungstechnologie verwiesen.
Variante B
Der polymere Werkstoff ist ein thermoplastisches Vulkanisat (thermoplastisches Elastomer, Kurzbezeichnung TPE), enthaltend wenigstens eine Thermoplastkomponente, wenigstens eine Kautschukkomponente, die zumindest teilvernetzt ist, sowie übliche Mischungsingredienzien.
Die bevorzugten Thermoplastkomponenten sind ein:
Polyolefin, insbesondere Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP);
Polystyrol;
Polyamid (PA), beispielsweise PA6 oder PA6.6;
Polyester (PES).
Als Kautschukkomponenten sind insbesondere EPM, EPDM, SBR, CR, NR, NBR, FKM, ACM oder AEM zu nennen, die insbesondere mit keiner weiteren Kautschukkomponente verschnitten sind.
Hinsichtlich der üblichen Mischungsingredienzien wird auf die Mischungstechnologie zu der Variante A, insbesondere auf die Lehre gemäß der Offenlegungsschrift DE 100 04 632 A1 verwiesen.
Die beiden polymeren Werkstoffvarianten (A, B) sind insbesondere bei Förderschläuchen von Bedeutung.
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf schematische Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 einen schlauchförmigen Artikel in Form eines hochfesten textilen Hochdruckschlauches;
2 ein Vergleichsdiagramm mit den Kurven a und b.
Nach 1 besitzt der schlauchförmige Artikel in Form eines Hochdruckschlauches von Innen nach Außen folgenden Schichtenaufbau:

– eine Innenschicht 01 aus einem elastomeren Werkstoff, beispielsweise auf der Basis von ACM;
– eine erste Festigkeitsträgerschicht 02 in Form eines Textilgeflechtes, insbesondere aus PA.
– eine Zwischenschicht 04 aus einem elastomeren Werkstoff, beispielsweise auf der Basis von ACM;
– eine zweite Festigkeitsträgerschicht 03 in Form eines Textilgeflechtes, insbesondere aus p-Aramid;
– eine Außenschicht 05 aus einem elastomeren Werkstoff, beispielsweise auf der Basis von EPDM.

Von erfindungswesentlicher Bedeutung ist, dass die Dehnung der ersten Festigkeitsträgerschicht 02 größer ist als die Dehnung der zweiten Festigkeitsträgerschicht 03.

2 zeigt nun ein Vergleichsdiagramm mit folgenden Daten bzw. Kriterien:

Ordinate:	Volumenzunahme [%].
Abszisse	Druck [bar]
Kurve a:	Volumenzunahme eines Hochdruckschlauches mit Stahlgeflecht nach dem Stand der Technik
Kurve b	Volumenzunahme gemäß eines erfindungsgemäßen Hochdruckschlauches anhand des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1

Bezugszeichenliste

01: Innenschicht
02: erste Festigkeitsträgerschicht
03: zweite Festigkeitsträgerschicht
04: Zwischenschicht
05: Außenschicht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 4118023 C2 [0003]
DD 289896 A7 [0003]
DE 102008014988 A1 [0005]
EP 0567115 B1 [0005]
US 2009/0236004 A1 [0005]
DE 102006058470 A1 [0021]
DE 10004632 A1 [0028]

Claims

Schlauchförmiger Artikel mit wenigstens folgendem Schichtenaufbau: – einer Innenschicht (01) und einer Außenschicht (05), die jeweils aus einem polymeren Werkstoff mit elastischen Eigenschaften bestehen; sowie – einer ersten Festigkeitsträgerschicht (02) und einer zweiten Festigkeitsträgerschicht (03), die zwischen der Innenschicht (01) und der Außenschicht (05) eingebettet sind und jeweils aus einem textilen Werkstoff bestehen, wobei die erste Festigkeitsträgerschicht (02) mit der Innenschicht (01) und die zweite Festigkeitsträgerschicht (03) mit der Außenschicht (05) in Verbindung stehen; dadurch gekennzeichnet, dass die Dehnung der ersten Festigkeitsträgerschicht (02) größer ist als die Dehnung der zweiten Festigkeitsträgerschicht (03).
Schlauchförmiger Artikel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Festigkeitsträgerschicht (02) eine Dehnung von 5 bis 40% aufweist.
Schlauchförmiger Artikel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Festigkeitsträgerschicht (02) aus Polyamid (PA), Polyester (PES), m-Aramid, Polyoxodiazol (POD) oder Polyphenylensulfid (PPS) besteht.
Schlauchförmiger Artikel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Festigkeitsträgerschicht (02) aus einem Garnfaden oder Zwirnfaden gebildet ist.
Schlauchförmiger Artikel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Festigkeitsträgerschicht (02) aus Stapelfasern oder Endlosfilamentgarnen gebildet ist.
Schlauchförmiger Artikel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Festigkeitsträgerschicht (03) eine Dehnung. von 0 bis 10% aufweist.
Schlauchförmiger Artikel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Festigkeitsträgerschicht (03) aus Aramid, Kohlenstofffasern, Glasfasern oder Polybenzoxazol (PBO) besteht.
Schlauchförmiger Artikel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Festigkeitsträgerschicht (03) aus p-Aramid besteht.
Schlauchförmiger Artikel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Festigkeitsträgerschicht (03) aus einem Garnfaden oder Zwirnfaden gebildet ist.
Schlauchförmiger Artikel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Festigkeitsträgerschicht (02) und/oder die zweite Festigkeitsträgerschicht (03) als Textilgeflecht ausgebildet ist/sind.
Schlauchförmiger Artikel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Textilgeflecht (02) und/oder das zweite Textilgeflecht (03) einen Geflechtswinkel von 50° bis 56° aufweist/aufweisen.
Schlauchförmiger Artikel nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Festigkeitsträgerschicht (02) und der zweiten Festigkeitsträgerschicht (03) wenigstens eine Zwischenschicht (04) aus einem polymeren Werkstoff mit elastischen Eigenschaften angeordnet ist.
Schlauchförmiger Artikel nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass dieser ein Förderschlauch, Luftfederbalg oder Kompensator ist.
Schlauchförmiger Artikel nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Förderschlauch ein Hochdruckschlauch ist.