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Die Erfindung betrifft ein mehrlagiges Wellrohr, insbesondere ein als Wellrohr ausgebildetes Kabelschutzrohr, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Derartige Wellrohre werden beispielsweise bei Industrierobotern zum Schutz der zu den Antriebsmotoren führenden Versorgungsstränge eingesetzt, um zu verhindern, dass diese Versorgungsstränge bei der Bewegung der Roboterarme aufgrund des häufigen Kontakts mit den Roboterarmen und/oder anderen sich in der Umgebung des Roboters befindenden fest angeordneten Teilen durchscheuern.
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In diesem Zusammenhang ist es zudem erforderlich, überprüfen zu können, ob die Schutzrohre ihre Schutzfunktion noch erfüllen können oder selbst bereits in einem Maße abgenutzt sind, dass die Gefahr besteht, dass sie ihre Schutzfunktion nicht mehr zuverlässig erfüllen können.
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Aus dem Stand der Technik ist es bereits bekannt, mehrlagige Schutzrohre einzusetzen, deren Lagen zwar aus dem gleichen Material, insbesondere dem gleichen Kunststoff, gefertigt sind, wobei die Lagen eine unterschiedliche Farbe aufweisen. Ist eine farbige Schicht abgenutzt, so dass die andersfarbige Schicht sichtbar wird, erkennt der Nutzer, dass die Verschleißgrenze erreicht ist und dass das Wellrohr ausgetauscht werden muss.
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Nachteilig an diesen mehrlagigen Wellrohren ist dabei, dass der Verschleiß, welcher häufig nur punktuell auftritt, erst sehr spät erkennbar wird.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Wellrohr der gattungsgemäßen Art anzugeben, welches über eine verbesserte Verschleißanzeige verfügt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein mehrlagiges Wellrohr mit einer äußeren Schicht und einer inneren Schicht, bei welchem zwischen der äußeren Schicht und der inneren Schicht eine mittlere Schicht vorgesehen ist, deren Material derart gewählt ist, dass es mit dem Material oder den Materialien wenigstens einer an sie angrenzenden Schicht keine Verbindung eingeht.
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Ist die äußere Schicht bis auf eine vorbestimmte Mindestdicke verschlissen, so reißt sie beim betriebsbedingten Verbiegen des Wellrohrs aufgrund der fehlenden Verbindung zu den weiter innen angeordneten Schichten auch bei nur punktueller Beanspruchung großflächig auf, was auch ohne die verschiedenfarbige Ausbildung der inneren Schicht und der äußeren Schicht gut erkennbar ist, da die aufgeplatzen Ränder vom Rohr abstehen. Dieser Effekt wird durch die dem Material der äußeren Schicht inhärente Starrheit noch unterstützt. Bei der verschiedenfarbigen Ausbildung der inneren Schicht und der äußeren Schicht hat das Aufplatzen der durchgescheuerten äußeren Schicht den weiteren Vorteil, dass die mittlere Schicht bzw. später die innere Schicht großflächig sichtbar wird. Bis zum Austausch des Rohres fungiert dann die innere Schicht als Schutzschicht.
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Da die Schichten nicht verbunden sind, ist das erfindungsgemäße Schutzrohr zudem besonders flexibel (Verbiegung der Rohrachse). Dies liegt daran, das sich die Schichten gegeneinander verschieben können, was mit der Relativverlagerung der einzelnen Lagen einer Blattfeder vergleichbar ist, wie sie beispielsweise von älteren Lastkraftwagen her bekannt ist.
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Als Material der inneren Schicht und/oder der äußeren Schicht kann beispielsweise Polyamid verwendet werden, das sich in an sich bekannter Weise zur Herstellung von Schutzrohren eignet. Sind sowohl die äußere als auch die innere Schicht aus Polyamid gebildet, so bietet die innere Schicht auch nach dem Durchscheuern der äußeren Schicht ausreichenden Verschleißschutz. Das Polyamid kann beispielsweise PA12 sein.
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Die mittlere Schicht kann beispielsweise aus Polyethylen oder Ethylenvinylacetat gebildet sein. Insbesondere Polyethylen, beispielsweise LDPE (low density polyethylene – Polyethylen niedriger Dichte) bietet dabei den Vorteil, dass es sich aufgrund der ihm inhärenten Eigenschaften mit praktisch keinem anderen Material verbindet. Daher ist das erfindungsgemäße Wellrohr frei von die mittlere Schicht mit an sie angrenzenden Schichten verbindenden Haftvermittlungsschichten. Zudem brauchen bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Wellrohrs auch keine besonderen Vorkehrungen getroffen zu werden, um die Verbindung der Schichten zu verhindern.
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Grundsätzlich würde es aber ausreichen, wenn zwischen der mittleren Schicht und lediglich einer der an sie angrenzenden Schichten, beispielsweise der inneren Schicht oder der äußeren Schicht, keine Haftvermittlerschicht vorgesehen ist. Auch in diesem Fall wären die innere Schicht und die äußere Schicht nicht miteinander verbunden und somit relativ zueinander bewegbar. Vorzugsweise geht die mittlere Schicht jedoch mit keiner angrenzenden Schicht eine Verbindung ein.
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Überraschenderweise wurde herausgefunden, dass das erfindungsgemäße mehrlagige Wellrohr durch Koextrusion aller Schichten hergestellt werden kann. Dies ist für den Fachmann nicht naheliegend, da die verschiedenen Materialien unterschiedliche Verarbeitungseigenschaften haben, insbesondere unterschiedliche Verarbeitungstemperaturen, unterschiedliche Schwindungsfaktoren und dergleichen. Überraschenderweise hat sich jedoch gezeigt, dass das „Einsperren” der mittleren Schicht zwischen den äußeren und inneren Schichten, d. h. das Begrenzen der mittleren Schicht nach innen und außen durch die innere Schicht und die äußere Schicht, eine Verarbeitung beispielsweise auch von Polyethylen bei den für die Verarbeitung von Polyamid erforderlichen Bedingungen, insbesondere der für die Verarbeitung von Polyamid erforderlichen Temperatur, ermöglicht.
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Da die mittlere Schicht lediglich die Aufgabe hat, die äußere Schicht und die innere Schicht derart voneinander zu trennen, dass sie sich beim Verbiegen des Wellrohrs relativ zueinander verlagern können, wird vorgeschlagen, dass die mittlere Schicht dünner ausgebildet ist als die äußere Schicht und/oder die innere Schicht. Beispielsweise kann die Schichtdicke der mittleren Schicht zwischen etwa 5% und etwa 20% der Gesamtschichtdicke der Wandung des Wellrohrs betragen.
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Da der äußeren Schicht die Hauptschutzfunktion zukommt, während die innere Schicht nur sicherzustellen braucht, dass bis zum Austausch des Wellrohrs ein ausreichender Restschutz zur Verfügung steht, ist es vorteilhaft, wenn die äußere Schicht mindestens genauso dick ausgebildet ist wie die innere Schicht. Beispielsweise kann die Schichtdicke der äußeren Schicht zwischen etwa 40% und etwa 70% der Gesamtschichtdicke der Wandung des. Wellrohrs betragen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel können die Dicken der äußeren, mittleren und inneren Schichten bezogen auf die Gesamtschichtdicke der Wandung des Wellrohrs im Verhältnis 45%-10%-45% zueinander stehen. Dabei kann die Gesamtdicke der Schichten zwischen etwa 0,3 mm und etwa 1,3 mm betragen, vorzugsweise zwischen etwa 0,6 mm und etwa 1,0 mm, noch bevorzugter zwischen etwa 0,7 mm und etwa 0,9 mm.
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In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die mittlere Schicht transparent ausgebildet ist. In diesem Fall wird beim Aufplatzen der durchgescheuerten äußeren Schicht unmittelbar die innere Schicht sichtbar. Als transparentes Material der mittleren Schicht eignet sich beispielsweise LDPE, da es eine geringere Kristallinität aufweist als HDPE (high density polyethylene – Polyethylen hoher Dichte). Es ist jedoch auch möglich, dass das Material der äußeren Schicht und das Material der mittleren Schicht voneinander verschiedene Farben aufweisen. Ferner kann die Farbe der mittleren Schicht identisch oder verschieden zur Farbe der inneren Schicht sein.
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Obgleich die Erfindung bislang am Beispiel eines Wellrohrs mit lediglich drei Schichten beschrieben wurde, kann das erfindungsgemäße Wellrohr auch mehr als drei Schichten umfassen.
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So kann bespielsweise innerhalb der inneren Schicht eine weitere innere Schicht vorgesehen sein. Diese weitere innere Schicht kann beispielsweise als Gleitschicht für die im Schutzrohr geführten Kabel ausgebildet sein und so den Abrieb zwischen den im Schutzrohr geführten Versorgungssträngen und der inneren Schicht reduzieren. Als Material für die Gleitschicht kann ein dynamisch vulkanisiertes thermoplastisches Material (TPV) zum Einsatz kommen, beispielsweise TPV, eine Sonderform eines thermoplastischen Elastomers. Obgleich dieses Material unmittelbar auf Polyamid haftet, kann zur Stärkung der Verbindung zwischen beiden Materialen zusätzlich ein Haftvermittlermaterial vorgesehen werden.
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Auch außerhalb der äußeren Schicht kann eine weitere äußere Schicht vorgesehen sein. Die weitere äußere Schicht kann beispielsweise eine Deckschicht sein, welche die äußere Schicht vor dem Einfluss von Feuchtigkeit schützt, oder/und eine elektrisch leitende Schicht und/oder eine besonders abriebfeste Schicht. Als elektrisch leitfähige Schicht kann ein mit leitfähigen Zusätzen, beispielsweise Ruß oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen, versetztes Polyamid verwendet werden. Als besonders abriebfestes Material kann ein besonders abriebfestes Polyamid zum Einsatz kommen. Aus Kostengründen ist es bevorzugt, dass die weitere äußere Schicht höchstens 0,2 mm, vorzugsweise höchstens 0,1 mm, dick ist.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen an zwei Ausführungsbeispielen beschrieben werden. Es stellt dar:
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1 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Wellrohrs;
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2 eine vergößerte Darstellung des Details II/III in 1 für den Fall eines dreilagigen Wellrohrs; und
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3 eine vergößerte Darstellung des Details II/III in 1 für den Fall eines fünflagigen Wellrohrs.
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1 zeigt das erfindungsgemäße Wellrohr 10 in einer schematischen Schnittansicht. Das Wellrohr 10 weist entlang seiner axialen Richtung die für ein Wellrohr typischen Wellenberge 11 und Wellentäler 12 auf, von welchen in 1 jeweils zwei exemplarisch mit Bezugszeichen versehen sind.
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In 1 ist ferner ein Bereich II/III markiert, welcher in den 2 und 3 in zwei Ausführungsformen in vergrößerter Darstellung gezeigt ist.
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2 zeigt den Bereich II/III in einer vergrößerten Darstellung für den Fall eines drei-lagigen Wellrohrs. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Wand des Wellrohrs 10 eine äußere Schicht 14, eine innere Schicht 16 und eine zwischen der äußeren Schicht 14 und der inneren Schicht 16 angeordnete mittlere Schicht 18.
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Die äußere Schicht 14, die innere Schicht 16 und die mittlere Schicht 18 folgen dem selben Verlauf, gehen aber zueinander keinerlei Verbindungen ein. Das heißt, es möglich ist, diese drei Schichten gegeneinander zu verlagern. Durch die Verlagerungsmöglichkeit der drei Schichten zueinander kann sich jede der Schichten bei einer Biegung des Wellrohrs 10 um die Achse A (s. 1) eigenständig entsprechend deformieren, wodurch eine erhöhte Flexibilität des Wellrohrs 10 ermöglicht wird.
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Natürlich wäre dieser Effekt auch gegeben, wenn die mittlere Schicht 18 mit entweder der äußeren Schicht 14 oder der inneren Schicht 16 eine Verbindung eingehen würde. Vorzugsweise geht die mittlere Schicht 18 jedoch mit weder der äußeren Schicht 14 noch der inneren Schicht 16 eine Verbindung ein. Dies kann beispielsweise dadurch bewerkstelligt werden, dass die äußere Schicht 14 und die innere Schicht 16 aus Polyamid hergestellt sind, während die mittlere Schicht 18 aus Polyenthylen gebildet ist.
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Aus 2 ist ferner ersichtlich, dass in diesem Ausführungsbeispiel die äußere Schicht 14 und die innere Schicht 16 im Wesentlichen die gleiche Schichtstärke aufweisen können. Die mittlere Schicht 18 hingegen weist eine deutlich dünnere Schichtstärke auf als die äußere Schicht 14 oder/und die innere Schicht 16. Eine prozentuale Verteilung der Schichtstärken der äußeren Schicht 14, der mittleren Schicht 18 und der inneren Schicht 16 könnte hier beispielsweise 45%-10%-45% sein, wobei die Gesamtschichtdicke d (s. 1) etwa 0,7 mm betragen kann.
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Wie bereits weiter oben erwähnt, unterstützt die fehlende Verbindung der mittleren Schicht 18 zu der äußeren Schicht 14 und zu der inneren Schicht 16 ein großflächiges Aufplatzen der äußeren Schicht 14 im Falle einer Beschädigung. Das großflächige Aufplatzen der äußeren Schicht 14 hat zur Folge, dass großflächige Abschnitte der mittleren Schicht 18 oder/und der inneren Schicht 16, von denen vorzugsweise mindestens die innere Schicht 16 eine von der äußeren Schicht 14 unterschiedliche Farbe aufweist, von außen sichtbar sind, so dass die Beschädigung der äußeren Schicht 14 eindeutig erkennbar ist.
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Vorzugsweise ist die mittlere Schicht 18 transparent, so dass die andersfarbige, innere Schicht 16 des Wellrohrs 10 durch die 7 Beschädigung der äußeren Schicht 14 sichtbar ist, auch ohne dass die mittlere Schicht 18 beschädigt ist.
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3 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Details II/III in 1 für den Fall eines fünf-lagigen Wellrohrs, das im Wesentlichen dem Wellrohr gemäß 1 und 2 entspricht. Daher sind in 3 analoge Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen wie in 1 und 2, jedoch vermehrt um die Zahl 100. Das Wellrohr 110 gemäß 3 wird im Folgenden daher nur insoweit beschrieben werden, als es sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 und 2 unterscheidet, wobei hiermit ansonsten ausdrücklich auf die Beschreibung des Ausführungsbeispiels gemäß 1 und 2 verwiesen sei.
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Das in 3 dargestellte Wellrohr 110 weist außerhalb der äußeren Schicht 114 eine zusätzliche äußere Schicht 120 auf, welche beispielsweise mit Funktionalitäten wie elektrischer Leitfähigkeit und/oder Schutz gegen Feuchtigkeit versehen sein kann. Hierzu kann die zusätzliche äußere Schicht 120 beispielsweise aus Polyamid mit eingelagerten leitfähigen Fasern, beispielsweise Kohlenstofffasern gebildet sein. Die zusätzliche äußere Schicht 120 kann mit der Schicht 114 eine Verbindung eingehen, muss dies aber nicht.
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Ferner weist das Wellrohr 110 innerhalb der inneren Schicht 116 eine zusätzliche innere Schicht 122 auf, welche beispielsweise eine hohe Gleiteigenschaft aufweisen kann, so dass in dem Wellrohr 110 geführte Elemente, wie beispielsweise Kabel, leicht in dem Wellrohr 110 gleiten können. Hierzu kann die zusätzliche innere Schicht 122 beispielsweise aus einem dynamisch vulkanisierten Thermoplast gebildet sein. Die zusätzliche innere Schicht 122 kann mit der Schicht 116 eine Verbindung eingehen, muss dies aber nicht.
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In dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die äußere Schicht 120, die innere Schicht 116, die Deckschicht 120 und die Gleitschicht 122 gleiche Schichtstärken auf, so dass die Schichtstärke der mittleren Schicht 118 vorzugsweise weniger als 10% der gesamten Wandstärke des Wellrohrs 110 beträgt.
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Als bevorzugte Materialien kommen für die äußere Schicht 14, 114 ein Polyamid, wie beispielsweise PA12, für die innere Schicht 16, 116 ebenfalls ein Polyamid, wie beispielsweise PA12, und für die mittlere Schicht 18, 118 ein Polyethylen oder Ethylenvinylacetat in Frage.
