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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer armierten Schlauchleitung. Armierte Schlauchleitungen kommen insbesondere bei Hochdruck-Anwendungen zum Einsatz, beispielsweise als Wasserleitungen für Wasserstrahl-Hochdruckreiniger, als Leitungen für Hydraulik- oder Pneumatikanwendungen, als Taucherschlauch oder aber auch als Schlauchleitung zum Transport von Leitungswasser, insbesondere im Gartenbereich.
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Gemäß dem Stand der Technik wird ein solcher Hochdruckschlauch in drei Produktionsschritten gefertigt. Zunächst erfolgt die Extrusion eines Innenschlauches. Daran anschließend wird in einer Flechtmaschine zunächst ein 2-Komponenten-Kleber (in Regel auf Polyurethan-Basis) aufgetragen, unmittelbar danach die Umflechtung des Innenschlauches vorgenommen und ggf. ein weiterer Kleberauftrag vorgesehen. Im letzteren Fall erfolgt anschließend eine weitere Extrusion zur Ummantelung der Armierung. Die Verklebung der Umflechtung erfolgt also mittels flüssiger 2K-Polyurethan-Systeme direkt an der Flechtmaschine. Problematisch hierbei ist, dass die zur Verklebung erforderlichen Lösungsmittel zu zukünftig nicht mehr zulässigen Emissionen führen bzw. eine Absaugung oder Nachverbrennung der Abluft erforderlich ist. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die flüchtigen Lösungsmittel schwankende Kleberviskositäten und damit eine ungleichmäßige Klebstoffschicht verursachen, welche sich in Inhomogenitäten niederschlägt und daraus resultierend zu schwankenden Kleberfestigkeiten, Prozessstörungen und letztendlich erhöhtem Ausschuss führt. Eine kontinuierliche, vollständige Prozessüberwachung ist sehr schwierig, insbesondere kann der Kleberauftrag auf dem Innenschlauch nachträglich nicht zerstörungsfrei geprüft werden. Die Kontrolle erfolgt ausschließlich durch Personal. Eine weitere Einschränkung besteht dahingehend, dass der reaktive Kleber in einem definierten Zeitfenster verarbeitet werden muss.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer armierten Schlauchleitung anzugeben, welches einerseits ökologisch vorteilhaft ist und andererseits eine Fertigung mit gleichbleibend hoher Produktqualität ermöglicht.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer armierten Schlauchleitung, wobei
- – ein polymerer Innenschlauch extrudiert wird,
- – auf den Innenschlauch eine lösungsmittelfreie, wärmeaktivierbare Klebstoffschicht aufgebracht wird,
- – danach auf die Klebstoffschicht eine aus Filamenten aufgebaute Armierungsschicht aufgeflochten und/oder aufgewickelt wird und wobei
- – danach durch einen separaten, der Aufbringung der Armierungsschicht nachfolgenden Verfahrensschritt die Klebstoffschicht wärmeaktiviert und hierdurch eine innige Verbindung zwischen Innenschlauch und Armierungsschicht hergestellt wird.
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Die erfindungsgemäße Lehre basiert auf der Überlegung, eine vollständige herstellungstechnische Entkoppelung zwischen dem Auftrag der Klebstoffschicht einerseits und der durch die Klebstoffschicht beabsichtigten innigen Verbindung zwischen Schlauchleitung und Armierungsschicht andererseits vorzunehmen. Dies wird durch den erfindungsgemäßen Einsatz einer lösungsmittelfreien, wärmeaktivierbaren Klebstoffschicht möglich. Zweckmäßigerweise wird die Klebstoffschicht ebenfalls extrudiert, vorzugsweise mit dem Innenschlauch koextrudiert. Im Rahmen der Erfindung liegt auch eine Post-Coextrusion, bei der z.B. der Innenschlauch nach Durchlaufen eines Kühlbades mit der Klebstoffschicht umspritzt wird. Es erfolgt also in einem ersten Arbeitsgang zunächst die Herstellung des Innenschlauchs mit darauf aufgebrachter Klebestoffschicht. Da die Klebstoffschicht in diesem ersten Arbeitsschritt noch nicht aktiviert wird, kann die nachfolgende Aufbringung der Armierungsschicht ohne jegliche Abhängigkeit vom momentanen Zustand der Klebstoffschicht vorgenommen werden. Erfindungsgemäß wird der 2K-PU-Kleber durch lösungsmittelfreie Polymere ersetzt, beispielsweise Schmelzkleber, mit funktionalen Gruppen (z.B. Silan, Epoxy, Maleinsäureanhydrid, Acrylat, Carbonsäuren, Aminen oder Isocyanaten) modifizierte Polymere, Haftvermittler, Blends oder Compounds. Der Auftrag der Klebstoffschicht kann als dünner Schmelzefilm erfolgen oder aber auch als Schaum. Die Aufbringung der Armierungsschicht selbst erfolgt in der Regel ohne zusätzlichen Kleber. Die Armierung kann als Gewebe, Geflecht, Gelege, Gestrick oder dergleichen vorgesehen werden. Im Rahmen der Erfindung liegt ebenfalls auch eine Umwicklung. Die Armierung kann offen ausgebildet sein, sodass zwischen den Filamenten Freiräume verbleiben, in denen der Innenschlauch von der Armierung nicht bedeckt wird. Alternativ hierzu ist es selbstverständlich auch möglich die Armierungsschicht derart auszugestalten, dass sie den Innenschlauch vollständig umschließt. Bei der Wärmeaktivierung der Klebstoffschicht wird zweckmäßigerweise auch eine innige Verbindung zwischen den einzelnen Filamenten der Armierungsschicht hergestellt. Die Armierungsschicht befindet sich bis unmittelbar vor der Aktivierung der Klebstoffschicht lösbar auf dem Innenschlauch, woraus sich eine zeitlich praktisch unbegrenzte Lagermöglichkeit dieses Vorproduktes ergibt.
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Zweckmäßigerweise erfolgt die Wärmeaktivierung der Klebstoffschicht mittels Laser-, IR-, UV-Strahlung, Plasma-, Corona-, Ultraschall-Behandlung, Beflammung, Induktion, Strahlungsinduktion oder einem Heizofen. Hierbei ist es von Vorteil, für eine Aktivierung mittels Laser und/oder IR und/oder Induktion entsprechende Additive zur Verbesserung der Energieabsorption in die Klebstoffschicht einzubringen.
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Die erfindungsgemäße Verwendung einer lösungsmittelfreien, wärmeaktivierbaren Klebstoffschicht bringt eine Reihe prozesstechnischer Vorteile mit sich. Bei diesen Materialien handelt es sich um Werkstoffe, die mit bekannter Maschinen- und Werkzeugtechnik verarbeitbar sind. Über vorhandene Messtechnik, z.B. an der Extrusionsstrecke, ist eine kontinuierliche Überwachung des erfindungsgemäßen Klebstoffauftrages gegeben. Durch Störmeldungen können Fehler sofort erkannt und abgestellt werden. Die Fertigung und Weiterverarbeitung von n.i.O. („nicht in Ordnung“)-Ware bzw. Abfall wird hierdurch reduziert. Der Kleberauftrag einerseits und Aktivierungsprozess des Klebstoffs andererseits ist weitgehend unabhängig von der Lagerzeit und vom Ort. Die Endkontrolle der Schlauchleitung ist damit im Falle einer finalen Ummantelung mittels einer Extrusionsschicht im Extruder, einer Temperaturüberwachung der Energie-Wärmequelle zur Aktivierung der Klebstoffschicht und der Maßkontrolle gegeben. Der Auftrag der Klebstoffschicht erfolgt zweckmäßigerweise mit Extrusionsgeschwindigkeit des polymeren Innenschlauchs und damit wesentlich schneller als beim Prozess zur Auftragung der Armierung, z.B. in Form eines Flechtvorganges. Der langsame Armierungsvorgang beschränkt sich damit auch nur auf die tatsächliche Aufbringung dieser Armierungsschicht.
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Ein signifikanter Vorteil der erfindungsgemäßen Lehre gegenüber dem Stand der Technik besteht weiterhin darin, dass aufgrund der verwendeten Materialien für die Klebstoffschicht auf ökologisch problematische Lösungsmittel verzichtet werden kann. Überdies ergeben sich hieraus verbesserte Arbeitsbedingungen bzw. eine wesentlich elegantere Methode, um Vorschriften hinsichtlich Arbeitsbedingungen, Emission usw. zu erfüllen. „Lösungsmittelfrei“ im Sinne der erfindungsgemäßen Lehre meint, dass in der Klebstoffschicht flüchtige organische Lösungsmittel mit einem Siedepunkt unterhalb von 200 °C maximal mit einem Gewichtsanteil von 0,1 %, vorzugweise 0,01 %, enthalten sind.
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Zweckmäßigerweise wird eine Klebstoffschicht aus EVA- oder TPU-Hotmelt verwendet. Im Rahmen der Erfindung liegt es insbesondere aber auch, Materialien zu verwenden, welche nicht als klassische Schmelzkleber zu bezeichnen sind. So ist auch der Einsatz von mit funktionalen Gruppen modifizierten Polymeren, z.B. Pfropf-Copolymeren, denkbar. Als Beispiel sei hier mit Maleinsäureanhydrid gepfropftes Polypropylen (PP-MAH) genannt.
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Wie zuvor bereits angedeutet, kann die Armierungsschicht, vorzugweise nach Aktivierung der Klebstoffschicht, mit einer extrudierten polymeren Außenschicht, insbesondere aus Polyamid (PA) oder Polyvinylchlorid (PVC) ummantelt werden. Diese Außenschicht dient in der Regel als mechanischer Schutz und/oder als Lichtschutz der Armierungs- bzw. Innenschlauch. Im Rahmen der Erfindung liegt es insbesondere, dass zwischen Armierungsschicht und Außenschicht ebenfalls eine lösungsmittelfreie, wärmeaktivierbare Außen-Klebstoffschicht vorgesehen wird. Hierbei kann dasselbe Material zum Einsatz kommen wie bei der zwischen Innenschlauch und Armierungsschicht angeordneten Klebstoffschicht. Hinsichtlich der Aktivierung der inneren Klebstoffschicht sind zwei Varianten denkbar: Einerseits kann die Aktivierung der inneren Klebstoffschicht vor dem Auftrag der äußeren Klebstoffschicht erfolgen, so dass beim Verfahrensschritt der Ummantelung der Armierungsschicht bereits eine innige Bindung zwischen Armierungsschicht und Innenschlauch vorliegt. Nach Auftrag der zweiten Klebstoffschicht sowie der polymeren Außenschicht erfolgt dann in Rahmen einer zweiten Wärmeaktivierung schließlich die Verbindung zwischen Armierungsschicht und Außenschicht. Alternativ hierzu liegt es jedoch auch im Rahmen der Erfindung, dass vor der Aktivierung der inneren Klebstoffschicht zunächst die äußere Klebstoffschicht und dann die Außenschicht aufgetragen wird. Bei der dann in der Regel abschließenden Wärmeaktivierung werden folglich sowohl die innere als auch die äußere Klebstoffschicht wärmeaktiviert und eine innige Verbindung aller Schichten des Gesamtverbundes hergestellt.
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Im Rahmen der Erfindung liegt es insbesondere, dass der mit Klebstoffschicht und Armierungsschicht versehende Innenschlauch (z.B. als Bund oder Rollenware) eingelagert wird, bevor eine die Aktivierung der Klebstoffschicht enthaltende Endfertigung der Schlauchleitung erfolgt. Aufgrund der Tatsache, dass die Klebstoffschicht zunächst nicht klebrig ist, ist eine nahezu unbegrenzte Einlagerung dieses halbfertigen Produkts möglich, z.B. als Halbzeug. Vor Auftragsfertigung kann dieses Halbzeug aus dem Lager entnommen und dann im Rahmen einer Endfertigung auf die konkreten Kundenanforderungen hin gefertigt werden.
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Die Filamente der Armierungsschicht bestehen zweckmäßigerweise aus Glas-, Carbon-, Metall-, keramischen, Natur-, textilen oder Kunststofffasern, insbesondere Polyester-Fasern. Im Rahmen der Erfindung liegt es selbstverständlich auch, dass Fasern aus zwei oder mehr der vorgenannten Materialien miteinander kombiniert werden.
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Die Klebstoffschicht kann mindestens ein Additiv zugesetzt werden, wobei hierbei insbesondere ein Laseradditiv, Eisen/Ferrit, eine Eisenverbindung, z.B. ein Eisenoxid (insbes. Nd2Fe14B) oder eine Eisenlegierung, ein Farbpigment, ein Füllstoff, Talkum, Kreide oder ein Mineral vorgesehen sein kann. Laserpigmente sind insbesondere dann einzusetzen, sofern die Wärmeaktivierung der Klebstoffschichten mittels Laserstrahlung erfolgt. Geeignete Laserpigmente sind z.B. ferro- und ferrimagnetische Verbindungen, enthaltend die Elemente Eisen und/oder Nickel und/oder Cobalt.
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Die erfindungsgemäß hergestellte Schlauchleitung findet ihren Einsatz hauptsächlich im Bereich von Hochdruckschläuchen allgemein, wie z.B. als Leitungen für Wasserstrahl-Hochdruckgeräte, als Leitungen für Hydraulik- oder Pneumatikanwendungen, als Gartenschläuche oder aber auch als Taucherschläuche.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlich erläutert. Es zeigen schematisch:
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1 eine erfindungsgemäß hergestellte Schlauchleitung in einer dreidimensionalen Darstellung,
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2 einen Querschnitt durch die in 1 dargestellte Schlauchleitung.
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Die in den 1 und 2 dargestellte armierte Schlauchleitung 1 weist einen mehrschichtigen Aufbau auf. Die Schlauchleitung 1 besitzt als erste Schicht einen extrudierten, polymeren Innenschlauch 2, z.B. aus Polyethylen oder Polyamid. Auf diesen Innenschlauch 2 wurde eine lösungsmittelfreie, wärmeaktivierbare Klebstoffschicht 3 aufgebracht. Danach wurde auf diese Klebstoffschicht 3 eine aus Filamenten 4 aufgebaute Armierungsschicht 5 aufgeflochten. Im Ausführungsbeispiel wurde eine so genannte offene Armierung vorgenommen, bei der in der Flechtung Freiräume F verbleiben, in denen der Innenschlauch 2 nicht von der Armierungsschicht 5 bedeckt wird. Der Abstand zwischen den Filamenten 4 und damit die Breite der Freiräume F beträgt im Ausführungsbeispiel d = 2 – 10 mm. Im Rahmen der Erfindung liegt es jedoch selbstverständlich auch, dass eine den Innenschlauch 2 vollständig umschließende, also geschlossene Flechtung der Armierungsschicht 5 vorgenommen wird. Die Herstellung einer innigen Verbindung zwischen Innenschlauch 2 und Armierungsschicht 5 erfolgt erfindungsgemäß durch einen separaten, der Aufbringung der Armierungsschichten 5 nachfolgenden Verfahrensschritt, bei dem die Klebstoffschicht 3 wärmeaktiviert wird. Die Wärmeaktivierung erfolgte im Ausführungsbeispiel mittels einer IR-Bestrahlung.
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Als Klebstoffschicht 3 wird im Ausführungsbeispiel ein EVA-Hotmelt verwendet, welches mit dem Innenschlauch 2 koextrudiert wurde. Den Figuren ist ferner zu entnehmen, dass die Armierungsschicht 5 mit einer extrudierten polymeren Außenschicht 6 ummantelt ist, die im Ausführungsbeispiel aus Polyamid besteht. Zwischen Armierungsschicht 5 und Außenschicht 6 ist ebenfalls eine lösungsmittelfreie, wärmeaktivierbare Außen-Klebstoffschicht 7 vorgesehen. Bei der Herstellung der in den Figuren dargestellten Schlauchleitung 1 erfolgte zunächst nach dem Auftrag der Armierungsschicht 5 eine Aktivierung der inneren Klebstoffschicht 2, sodass ein inniger Verbund zwischen Innenschlauch 2 und Armierungsschicht 5 hergestellt wurde. Sodann wurde in einem zweiten Extrusionsschritt zunächst die Außen-Klebstoffschicht 7 aufgetragen und mittels Koextrusion gleichzeitig die polymere Außenschicht 6. Im Rahmen einer zweiten Wärmebehandlung erfolgte dann die Aktivierung der Außen-Klebstoffschicht 7, sodass auch ein inniger Verbund zwischen Armierungsschicht 5 und Außenschicht 6 sichergestellt ist.
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Die Filamente 4 der Armierungsschicht 5 bestehen im Ausführungsbeispiel aus Polyester-Garn. Die beiden Klebstoffschichten 3, 7 können ferner diverse Additive enthalten, wie sie in den Ansprüchen bzw. dem allgemeinen Beschreibungsteil genannt sind.
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Im Ausführungsbeispiel erfolgte die Aktivierung der inneren Klebstoffschicht 3 vor dem Auftrag der äußeren Klebstoffschicht 7. Im Rahmen der Erfindung liegt es aber auch, dass beide Klebstoffschichten 3, 7 in einem Verfahrensschritt gemeinsam aktiviert werden.
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Die dargestellte Schlauchleitung 1 wird insbesondere als Taucherschlauch verwendet, welcher eine Verbindung zwischen der/den Sauerstoffflasche/n des Tauchgerätes und dem Mundstück des Tauchgerätes herstellt. Im Rahmen der Erfindung liegt aber auch die Anwendung in anderen Hochdruckbereichen, z.B. als Leitungen für Hydraulik- oder Pneumatikanwendungen, für Hochdruck-Wasserstrahlgeräte oder aber auch als Schlauch zur Bewässerung im Gartenbereich.
