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Die Erfindung betrifft einen Kunststoffschlauch, umfassend: eine Schlauchwand aus Kunststoff, und eine Armierung aus Kunststoff oder Metall, wobei die Armierung eine höhere Steifigkeit aufweist als die Schlauchwand.
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Auf dem Gebiet der Schlauchtechnik sind zahlreiche unterschiedliche Schläuche bekannt. Aufgrund der vorteilhaften Materialeigenschaften sowie der geringen Kosten wird zur Herstellung von Schläuchen häufig Kunststoff eingesetzt. Derartige Schläuche werden als Kunststoffschläuche oder Vollkunststoffschläuche bezeichnet. Um die Querschnittsfläche von Kunststoffschläuchen auch bei mechanischen Belastungen wie Biegungen oder Unterdruck konstant zu halten und somit eine zuverlässige Durchströmung sicherzustellen, werden oftmals so genannten Armierungen an oder in der Schlauchwand vorgesehen. Bei Armierungen handelt es sich um Verstärkungen, die aus einem Material gebildet sind, das eine höhere Steifigkeit aufweist als die Schlauchwand. Um trotz der Armierung die Flexibilität des Schlauches zu erhalten, werden die Armierungen oftmals nicht als zusätzliche Materialschicht, sondern als ring- oder spiralförmig umlaufende Verstärkungen ausgebildet.
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Ein Nachteil dieser Armierungen liegt darin, dass die Armierungen oftmals zu einer unebenen, welligen Außenfläche des Schlauches führen. Dies liegt daran, dass die Innenfläche des Schlauches aus strömungsmechanischen Gründen möglichst eben sein muss. Zudem soll die innere Querschnittsfläche des Schlauches entlang seiner Länge konstant sein. Dies führt dazu, dass Armierungen häufig zu nach außen vorstehenden Erhebungen führen: Entweder werden die Armierungen direkt auf der Außenseite der Schlauchwand angeordnet oder sie werden in die Schlauchwand integriert und führen zu einer welligen Ausdehnung der Schlauchwand nach außen.
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In beiden Fällen führt die Armierung dazu, dass der Schlauch einem erhöhten Verschluß ausgesetzt ist. Denn die Außenfläche des Schlauches wird bei mechanischen Belastungen – beispielsweise wenn der Schlauch über den Boden gezogen wird – nur lokal im Bereich der vorstehenden Armierungen belastet. Die zwischen den Armierungen liegenden Bereiche der Schlauchwand werden hingegen kaum belastet. Dies führt zu einem vorzeitigen Verschleiß der Schlauchwand im Bereich der Armierungen, was mehrere Nachteile hat: Einerseits besteht die Gefahr, dass die Armierungen freigelegt werden, wodurch die Gefahr einer Beschädigung der Armierungen steigt. Beispielsweise besteht bei freiliegenden Armierungen aus Metall die Gefahr von Korrosion infolge von Umwelteinflüssen (Wasser, Salz, etc.). Zudem besteht bei freiliegenden Armierungen aus Metall eine erhöhte Verletzungsgefahr bei der Bedienung des Schlauches. Zudem besteht die Gefahr, dass ein verschlissener Schlauch nur noch eine geringe oder gar keine Druckfestigkeit mehr aufweist.
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Zur Lösung dieses Problems wurde bereits vorgeschlagen, Kunststoffschläuche mit einer zusätzlichen äußeren Schicht zu versehen, die besonders abriebfest ist. Eine Schicht, die den gesamten Schlauch umschließt, hat jedoch den Nachteil, dass die Flexibilität des Schlauches stark abnimmt und seine Masse zunimmt. Beides ist unerwünscht. Zudem ist ein erhöhter Materialeinsatz erforderlich, wodurch die Kosten steigen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen eingangs genannten und zuvor näher beschriebenen Kunststoffschlauch derart auszugestalten und weiterzubilden, dass die Verschleißfestigkeit des Schlauches deutlich erhöht wird, ohne seine Flexibilität zu verringern.
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Diese Aufgabe wird bei einem Kunststoffschlauch nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 gelöst durch einen Verschleißschutz, der wenigstens im Bereich der Armierung außen auf dem Kunststoffschlauch angeordnet ist.
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Der Kunststoffschlauch zeichnet sich zunächst durch eine Schlauchwand aus Kunststoff und durch eine Armierung aus Kunststoff oder Metall aus. Damit die Armierung zur Erhöhung der Steifigkeit des Schlauches beitragen kann, ist vorgesehen, dass die Armierung eine höhere Steifigkeit aufweist als die Schlauchwand. Unter einer Armierung wird eine Verstärkung des Schlauches verstanden, die seine Steifigkeit – also seinen Widerstand gegen Verformung – erhöht. Die gegenüber der Schlauchwand erhöhte Steifigkeit kann erreicht werden, indem die Armierung aus einem anderen Kunststoff als die Schlauchwand oder aus Metall hergestellt wird. Alternativ können die Schlauchwand und die Armierung auch aus dem gleichen Kunststoff hergestellt sein, jedoch unterschiedliche Additive enthalten, um unterschiedliche mechanische Eigenschaften zu erreichen. Armierungen aus Metall, insbesondere aus Stahl (z. B. Federstahldraht oder Edelstahl), haben den Vorteil einer besonders hohen Steifigkeit; sie können zudem elektrische Ladungen ableiten und somit elektrische Ladungskonzentrationen ausgleichen. Die metallische Armierung kann verzinkt oder verkupfert sein. Die Stärke bzw. der Durchmesser der Armierung kann im Bereich zwischen 0,6 mm und 5 mm liegen. Die Schlauchwand kann mit einem Gewebe beschichtet oder verstärkt sein, beispielsweise mit einem Gewebe aus Glasfasern, Polyamidfasern oder Polyesterfasern. Die Schlauchwand und/oder der Verschleißschutz können eingefärbt sein. Eine Einfärbung in unterschiedlichen Farben hat beispielsweise den Vorteil, dass eine Abnutzung des Verschleißschutzes einfach erkannt werden kann. Ein weiterer Vorteil des Verschleißschutzes liegt darin, dass bei geeigneter Materialwahl eine Verbesserung der Gleiteigenschaften des Schlauches erreicht werden kann.
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Gemäß der Erfindung wird der Kunststoffschlauch ergänzt durch einen Verschleißschutz, der wenigstens im Bereich der Armierung außen auf dem Kunststoffschlauch angeordnet ist. Der Verschleißschutz kann insbesondere im Bereich der Armierung außen auf der Schlauchwand des Kunststoffschlauches angeordnet sein. Typischerweise weisen Schläuche mit einer Armierung eine unebene, wellenförmige Außenfläche auf, die im Bereich der Armierungen radial nach außen hervorsteht. Die hervorstehenden Bereiche sind daher besonders hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt. Um diese Schwachstellen des Schlauches widerstandsfähiger gegen Abrieb zu machen, wird dort ein Verschleißschutz vorgesehen.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung des Kunststoffschlauches ist vorgesehen, dass der Verschleißschutz ausschließlich im Bereich der Armierung außen auf dem Kunststoffschlauch angeordnet ist. Indem der Verschleißschutz auf den Bereich der Armierung beschränkt wird, behält die Schlauchwand in den übrigen, weniger belasteten Bereichen ihre hohe Flexibilität. Dies ermöglicht auch bei einem Schlauch mit Verschleißschutz eine gute Biegsamkeit des Schlauches, die beispielsweise bei einer Verlegung mit engen Radien erforderlich ist. Zudem ist eine lokal begrenzte Ausdehnung des Verschleißschutzes material- und kostensparend.
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In Bezug auf den Verschleißschutz wird vorgeschlagen, dass der Verschleißschutz aus Kunststoff hergestellt ist. Kunststoffe zeichnen sich durch vorteilhafte Materialeigenschaften (z. B. geringes Gewicht, hohe Elastizität) sowie durch geringe Kosten aus. Gleichwohl sind Kunststoffe bekannt, die eine sehr hohe Abriebfestigkeit aufweisen und daher besonders geeignet sind für den Einsatz als Verschleißschutz. Der Verschleißschutz kann beispielsweise aus einem thermoplastischen Elastomer hergestellt sein. Hierbei kann es sich etwa um TPU (Thermoplastisches Polyurethan), PVC (Polyvinylchlorid), oder PE (Polyethylen) handeln. Ebenso kann der Verschleißschutz aus PA (Polyamid) wie beispielsweise PA 5 oder PA 6 hergestellt sein, das sich durch gute Gleiteigenschaften und große Härte auszeichnet. Ein Verschleißschutz aus Kunststoff hat zudem den Vorteil, dass er sich besonders gut mit der Schlauchwand verbinden lässt, da diese ebenfalls aus Kunststoff hergestellt ist.
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Der Verschleißschutz kann beispielsweise mit der Schlauchwand verklebt oder verschweißt sein. Durch Klebverfahren und Schweißverfahren können stoffschlüssige Verbindungen erzielt werden. Stoffschlüssige Verbindungen können insbesondere bei Kunstoffen sehr einfach und ohne hohen Energieeinsatz erzeugt werden. Zudem kann durch eine stoffschlüssige Verbindung eine besonders zuverlässige Abdichtung der Nahtstelle erreicht werden. Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, dass die Schlauchwand (bzw. der sie bildende Kunststoffstreifen) und der Verschleißschutz durch Koextrusion hergestellt sind und somit von Beginn an miteinander verbunden sind.
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Vorzugsweise weist der Verschleißschutz eine größere Härte auf als die Schlauchwand. Unter Härte wird allgemein der mechanische Widerstand verstanden, den ein Werkstoff der mechanischen Eindringung eines anderen Körpers entgegensetzt. Indem der Verschleißschutz eine erhöhte Härte aufweist, kann er den Schlauch auch vor Stich- und Schnittbeschädigungen schützen. Bei Kunststoffen wird die Härte häufig in der Einheit Shore-A oder Shore-D gemessen. Shore-A wird gemessen, indem eine Nadel mit abgestumpfter Spitze in den zu prüfenden Kunststoff gedrückt wird, um die Eindringtiefe zu messen. Die Stirnfläche des Kegelstumpfs hat standardmäßig einen Durchmesser von 0,79 Millimetern, der Öffnungswinkel beträgt 35°, das Auflagegewicht 1 kg und die Haltezeit 15 s. Shore-D wird gemessen, indem eine Nadel, die mit einem 30°-Winkel zuläuft und eine kugelförmige Spitze mit einem Radius von 0,1 mm hat, in den zu prüfenden Kunststoff gedrückt wird, um die Eindringtiefe zu messen. Das Auflagegewicht beträgt 5 kg und die Haltezeit 15 s. Vorzugsweise weist der Verschleißschutz eine Härte im Bereich zwischen 55 und 95 Shore-A und/oder im Bereich zwischen 30 bis 60 Shore-D auf. Die Schlauchwand weist hingegen vorzugsweise eine Härte im Bereich zwischen 50 und 90 Shore-A auf. Es kann vorgesehen sein, dass die Differenz aus der Härte des Verschleißschutzes und der Härte der übrigen Schlauchwand wenigsten 5 Shore-A oder Shore-D, insbesondere wenigstens 10 Shore-A oder Shore-D beträgt.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung des Kunststoffschlauches ist vorgesehen, dass die Schlauchwand aus einem thermoplastischen Kunststoff, insbesondere aus einem thermoplastischen Elastomer hergestellt ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass ein Kunststoffstreifen, der die Schlauchwand bildet, aus einem thermoplastischen Elastomer hergestellt ist. Hierbei kann es sich beispielsweise um TPU (Thermoplastisches Polyurethan), PVC (Polyvinylchlorid), oder PE (Polyethylen) handeln. Der Kunststoff kann einen Füllstoff wie Talkum oder Kreide enthalten.
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In weiterer Ausbildung des Kunststoffschlauches ist vorgesehen, dass die Schlauchwand aus einem oder mehreren spiralförmig aufgewickelten Kunststoffstreifen hergestellt ist. Dieser Art der Herstellung liegt die Idee zugrunde, nicht die Schlauchwand selbst zu extrudieren, sondern zunächst einen Kunststoffstreifen zu extrudieren. Dies hat den Vorteil, dass bereits bei dem Extrusionsvorgang Armierungen aus Kunststoff oder Metall sowie ein Verschleißschutz in den Kunststoffstreifen integriert werden können. Anschließend wird aus dem Kunststoffstreifen durch spiralförmiges Aufwickeln und Verschweißen oder Verkleben eine Schlauchwand gebildet. Durch diese Vorgehensweise können Schlauchwände mit komplexerem Aufbau hergestellt werden als dies durch Extrusionsverfahren möglich ist. Vorzugsweise ist die Schlauchwand ausschließlich aus einem oder mehreren spiralförmig aufgewickelten Kunststoffstreifen hergestellt und weist insbesondere keine weiteren – nicht aufgewickelten – Schichten oder Lagen auf. Ein derartiger Schlauch wird aufgrund der spiralförmigen Aufwicklung von Kunststoffstreifen auch als ”Wickelschlauch” bezeichnet; ein Verfahren zu seiner Herstellung wird beispielsweise in der
DE 198 48 172 A1 beschrieben.
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Zu dieser Ausbildung des Kunststoffschlauches wird weiter vorgeschlagen, dass der die Schlauchwand bildende Kunststoffstreifen überlappend angeordnete Randbereiche aufweist, die im Bereich der Überlappung miteinander verbunden, insbesondere verklebt oder verschweißt sind. Die stoffschlüssige Verbindung kann insbesondere durch Kleb- und/oder Schweißverfahren erzeugt werden. Durch eine stoffschlüssige Verbindung wird eine besonders zuverlässige Abdichtung der Nahtstelle erreicht. Zudem wird durch die Überlappung eine ausreichend große Fläche zur Ausbildung der Verbindung bereitgestellt.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung des Kunststoffschlauches kann vorgesehen sein, dass die Armierung und/oder der Verschleißschutz spiralförmig umlaufend ausgebildet ist. Die Armierung und/oder der Verschleißschutz kann spiralförmig oder ringförmig ausgebildet sein und somit um den Schlauch herumgeführt sein. Insbesondere kann die Armierung und/oder der Verschleißschutz spiralförmig oder ringförmig um eine entlang der Längsrichtung des Schlauches verlaufende Mittelachse verlaufen. Eine so verlaufende Armierung hat den Vorteil, dass sich die Steifigkeit des Schlauches in radialer Richtung erhöht, so dass die – vorzugsweise runde – Querschnittsform des Schlauches im armierten Bereich erhalten bleibt. Gleichzeitig wird durch eine spiralförmig oder ringförmig verlaufende Armierung die Biegesteifigkeit nur unwesentlich oder überhaupt nicht erhöht, so dass ein Schlauch mit einer derartigen Armierung weiterhin gebogen werden kann und kurvenförmig verlegt werden kann. Ein weiterer Vorteil spiralförmiger oder ringförmiger Armierungen besteht darin, dass der Schlauch in Längsrichtung gestaucht werden kann. Indem der Verschleißschutz ebenfalls spiralförmig umlaufend ausgebildet ist, ist seine Form an die Form der Armierung angepasst. Dies erlaubt eine besonders effiziente und materialsparende Verstärkung der stark belasteten Bereiche der Armierung, ohne die übrigen Bereiche des Schlauches unnötig zu versteifen.
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Nach einer weiteren Ausbildung des Kunststoffschlauches ist schließlich vorgesehen, dass die Armierung in den Kunststoffstreifen integriert ist. Hiermit kann insbesondere derjenige Kunststoffstreifen gemeint sein, der die Schlauchwand bildet. Eine Integration der Armierung kann erreicht werden, indem die Armierung bereits beim Extrudieren des Kunststoffstreifens in den Streifen eingebracht wird. Dies hat den Vorteil, dass die Armierung beim Verschweißen des Kunststoffstreifens nicht mehr zugeführt werden muss, sondern sich bereits in dem Kunststoffstreifen befindet.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer lediglich ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1A: eine erste Ausgestaltung eines aus dem Stand der Technik bekannten Schlauches in einer geschnittenen Ansicht,
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1B: eine zweite Ausgestaltung eines aus dem Stand der Technik bekannten Schlauches in einer geschnittenen Ansicht,
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2A: eine erste Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Schlauches in einer geschnittenen Ansicht, und
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2B: eine zweite Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Schlauches in einer geschnittenen Ansicht.
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1A zeigt eine erste Ausgestaltung eines aus dem Stand der Technik bekannten Schlauches 1 in einer geschnittenen Ansicht. Der Schlauch 1 ist aus einem Kunststoffstreifen 2 hergestellt. Bei dieser Art der Herstellung wird der Kunststoffstreifen 2 spiralförmig aufgewickelt, wobei die Randbereiche des Kunststoffstreifens 2 eine Überlappung 3 bilden. Die überlappenden Randbereiche des Kunststoffstreifens 2 werden anschließend miteinander verschweißt oder verklebt, so dass eine zuverlässige Abdichtung der Nahtstelle erreicht wird. Der auf diese Weise hergestellte Schlauch 1 verläuft symmetrisch um eine sich in Längsrichtung des Schlauches 1 erstreckende Mittelachse 4, wobei der verschweißte bzw. verklebte Kunststoffstreifen 2 eine Schlauchwand 5 bildet. Der in 1A gezeigte Schlauch 1 weist eine Armierung 6 auf, die in die Schlauchwand 5 integriert ist. Der Schlauch 1 hat unterschiedliche Außendurchmesser, wobei der Außendurchmesser D6 im Bereich der Armierung 6 kleiner ist als der Außendurchmesser D3 im Bereich der Überlappung 3 und größer ist als der Außendurchmesser D5 im Bereich der Schlauchwand 5. Der in 1A gezeigte Schlauch 1 wird aufgrund der hervorstehenden Lage des Außendurchmessers D3 in diesem Bereich besonders stark belastet – beispielsweise wenn er über den Boden gezogen wird.
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In 1B ist eine zweite Ausgestaltung eines aus dem Stand der Technik bekannten Schlauches 1' in einer geschnittenen Ansicht dargestellt. Diejenigen Bereiche des Schlauches 1', die bereits im Zusammenhang mit 1A beschrieben wurden, sind in 1B mit entsprechenden Bezugszeichen versehen. Ein Unterschied zu der ersten, in 1A gezeigten Ausgestaltung liegt darin, dass ein Kunststoffstreifen 2' verwendet wird, dessen Dicke von dem Bereich der Armierung 6 zu den beiden Rändern – die die Überlappung 3 bilden – abnimmt. Dies hat zur Folge, dass die Schlauchwand 5 im Bereich der Überlappungen 3 kaum dicker ist als in den übrigen Bereichen der Schlauchwand 5, so dass der Außendurchmesser D3 im Bereich der Überlappungen 3 etwa dem Außendurchmesser D5 im Bereich der Schlauchwand 5 entspricht. Der Außendurchmesser D6 im Bereich der Armierung 6 ist daher bei der zweiten Ausgestaltung größer als die anderen beiden Außendurchmesser D3, D5.
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2A zeigt eine erste Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Schlauches 1 in einer geschnittenen Ansicht. Diejenigen Bereiche des Schlauches 1, die bereits im Zusammenhang mit 1A oder 1B beschrieben wurden, sind in 2A mit entsprechenden Bezugszeichen versehen. Der Schlauch 1 aus 2A weist Ähnlichkeiten mit dem Schlauch aus 1A auf; er zeichnet sich jedoch insbesondere durch einen Verschleißschutz 7 aus, der im Bereich der Armierung 6 außen auf dem Kunststoffschlauch angeordnet ist. Der Verschleißschutz 7 ist aus Kunststoff hergestellt und mit der Schlauchwand 5 verklebt oder verschweißt. Der Verschleißschutz 7 deckt die Schlauchwand 5 lediglich im Bereich der Armierungen 6 ab, der Verschleißschutz 7 ist also ausschließlich im Bereich der Armierung 6 außen auf dem Schlauch 1 angeordnet. Dies wird erreicht, indem der Verschleißschutz 7 – genau wie die Armierung 6 – spiralförmig umlaufend ausgebildet ist.
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Der in 2A gezeigte Schlauch 1 hat unterschiedliche Außendurchmesser, wobei der Außendurchmesser D7 des Verschleißschutzes 7 größer ist als der Außendurchmesser D6 im Bereich der Armierung 6 und auch größer ist als der Außendurchmesser D3 im Bereich der Überlappung 3 und der Außendurchmesser D5 im Bereich der Schlauchwand 5. Da die radial äußersten Punkte des Schlauches 1 durch den Verschleißschutz 7 gebildet werden, berührt der Schlauch 1 – wenn er auf einer ebenen Fläche aufliegt – ausschließlich im Bereich des Verschleißschutzes 7 den Boden, so dass ein derart angeordneter Verschleißschutz besonders wirksam ist.
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In 2B ist schließlich eine zweite Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Schlauches 1 in einer geschnittenen Ansicht dargestellt. Diejenigen Bereiche des Schlauches 1', die bereits im Zusammenhang mit 1A bis 2A beschrieben wurden, sind in 2B mit entsprechenden Bezugszeichen versehen. Der Schlauch 1' aus 2B weist Ähnlichkeiten mit dem Schlauch aus 1B auf; er zeichnet sich jedoch insbesondere durch einen Verschleißschutz 7 aus, der im Bereich der Armierung 6 außen auf dem Kunststoffschlauch angeordnet Ist. Ein Unterschied zu der ersten, in 2A gezeigten Ausgestaltung liegt darin, dass ein Kunststoffstreifen 2` verwendet wird, dessen Dicke von dem Bereich der Armierung 6 zu den beiden Rändern – die die Überlappung 3 bilden – abnimmt.
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Auch der in 2B dargestellte Schlauch 1' hat unterschiedliche Außendurchmesser, wobei auch bei dieser Ausgestaltung der Außendurchmesser D7 des Verschleißschutzes 7 größer ist als der Außendurchmesser D6 im Bereich der Armierung 6 und auch größer ist als der Außendurchmesser D3 im Bereich der Überlappung 3 und der Außendurchmesser D5 im Bereich der Schlauchwand 5. Auch bei der zweiten Ausgestaltung werden daher die radial äußersten Punkte des Schlauches 1 durch den Verschleißschutz 7 gebildet, so dass der Schlauch 1 – wenn er auf einer ebenen Fläche aufliegt – ausschließlich im Bereich des Verschleißschutzes 7 den Boden berührt.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1'
- Schlauch
- 2, 2'
- Kunststoffstreifen
- 3
- Überlappung
- 4
- Mittelachse
- 5
- Schlauchwand
- 6
- Armierung
- 7
- Verschleißschutz
- D3
- Außendurchmesser (im Bereich der Überlappung 3)
- D5
- Außendurchmesser (im Bereich der Schlauchwand 5)
- D6
- Außendurchmesser (im Bereich der Armierung 6)
- D7
- Außendurchmesser (im Bereich des Verschleißschutzes 7)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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