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Die Erfindung betrifft einen Umlageschlauch, der insbesondere bei hohen Temperaturen und als SCR-Schlauch zum Einsatz kommt.
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Umlageschläuche sind flexible Schläuche, die mit einer äußeren Lage aus Festigkeitsträgern, der so genannten Umlage, versehen sind. Innerhalb der umhüllenden äußeren Lage können derartige Schläuche mehrere Lagen oder Schichten aus unterschiedlichen, Elastomeren, thermoplastischen Elastomeren oder Thermoplasten und Festigkeitsträgern aufweisen. Die äußere Lage aus Festigkeitsträgern kann als Geflecht, Gestrick, Gewirke, Gewebe oder dergleichen vorliegen. Textil-Umlageschläuche werden häufig im Niederdruckbereich und / oder im Niedertemperaturbereich (<150°C), z. Bsp. als Kraftstoff-. Öl-, oder Kompressorschläuche eingesetzt. Ein derartiger Umlageschlauch ist beispielweise in
W02014/019796A1 beschrieben.
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So genannte SCR-Systeme werden in Nutzfahrzeugen wie Lkws und Omnibussen und teilweise auch für Pkws in der Praxis eingesetzt. Hierfür wird eine ungefähr 32,5-prozentige wässrige Harnstofflösung verwendet, deren Spezifikationen in Normen wie ISO 22241 und DIN 70070 festgelegt sind und die in Europa unter der Bezeichnung AdBlue® vertrieben wird. In Nordamerika wird die Bezeichnung Diesel Exhaust Fluid (DEF) verwendet. Die selektive katalytische Reduktion (SCR, selective catalytic reduction) bezeichnet dabei eine Technik zur Reduktion von Stickoxiden in Abgasen, z.B. von Feuerungsanlagen, Müllverbrennungsanlagen, Gasturbinen, Industrieanlagen und Motoren. Hierfür wird ein sogenannter SCR-Katalysator eingesetzt, mit dem Stickoxide selektiv reduziert werden können. Für die Reaktion wird Ammoniak benötigt, das dem Abgas z.B. in Form einer Harnstofflösung zugemischt wird.
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In Europa und auch andernorts müssen Fahrzeuge immer strengere Abgasnormen erfüllen. Für die Abgasnachbehandlung von Fahrzeugmotoren, insbesondere Dieselmotoren, wurde daher ein auf dem SCR-Verfahren basierendes System zur Reduktion von Stickoxiden im Abgas entwickelt. Hierbei werden im Abgas vorhandene Stickoxide mit Hilfe einer Harnstofflösung und des SCR-Katalysators in Wasserdampf und Stickstoff umgewandelt. Die flüssige Harnstofflösung muss dabei in einem separaten Tank mitgeführt werden und wird im Betrieb mittels einer Schlauchleitung über eine Dosiereinheit in das Abgas eingespritzt. Ein derartiger SCR-Schlauch ist zum Beispiel in
W02015/022104A1 beschrieben. Hierbei ist zwischen einer inneren Festigkeitsträgerlage und dem Außengummi ein Heizleiter angeordnet. Derartige Schlauchkonstruktionen haben allerdings häufig ein hohes Gewicht und eine dicke Wandkonstruktion, was die Flexibilität des Schlauches deutlich beeinträchtigt.
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Die Aufgabe der Erfindung bestand daher in der Bereitstellung eines Umlageschlauches, der insbesondere für die Verwendung bei SCR-Anwendungen geeignet ist und eine erhöhte Temperaturbelastung, insbesondere zwischen 140°C und bis zu 250°C, von außen gewährleistet.
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Gleichzeitig soll der Umlageschlauch eine hohe Flexibilität, insbesondere durch ein verringertes Gewicht und eine geringere Wandstärke, aufweisen, um den immer enger werdenden Motorräumen gerecht zu werden. Zusätzlich soll der Mindestbiegeradius verringert werden.
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Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass der Umlageschlauch eine Innenschicht einen Verschnitt aus Ethylen-Propylen-Dienkautschuk (EPDM) und Chlorbutylkautschuk (CIIR) enthält.
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Überraschenderweise wurde gefunden, dass ein Umlageschlauch mit einer Innenschicht aus einem Verschnitt aus EPDM und CIIR sich durch eine erhöhte Lebensdauer bei erhöhten Temperaturen von größer 200°C auszeichnet.
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Bevorzugt handelt es sich bei dem Verschnitt, welcher häufig auch als Blend bezeichnet wird, um ein Mengenverhältnis von 50 bis 90 phr EPDM und 50 bis 10 phr CIIR, besonders bevorzugt um 70 bis 90 phr EPDM und 30 bis 10 phr CIIR. Es versteht sich dabei von selbst, dass die Gesamtmenge an EPDM und CIIR immer 100 phr ergeben muss.
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Wie bereits eingangs erwähnt können derartige Schläuche mehrere Lagen oder Schichten aus unterschiedlichen, Elastomeren, thermoplastischen Elastomeren oder Thermoplasten enthalten. Ebenso können neben der Umlage noch eine oder mehrere eingebettete Festigkeitsträgerlagen vorhanden sein. Hierfür können alle der fachkundigen Person bekannten Festigkeitsträgerwerkstoffe verwendet werden.
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Grundsätzlich können erfindungsgemäß alle Elastomere, thermoplastische Elastomere oder Thermoplaste für die weiteren Lagen bzw. Schichten eingesetzt werden. Bevorzugt sind Elastomere, thermoplastische Elastomere oder Thermoplaste, die eine Temperaturbeständigkeit von größer oder gleich 200°C aufweisen.
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Sofern weitere Schichten oder Lagen vorhanden sind, so sind die Elastomere hierfür beispielsweise ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus:
- (teil)hydrierter Nitrilkautschuk (HNBR) und / oder Fluor-Kautschuk (FKM) und / oder Polyepichlorhydrin (ECO) und / oder Ethylen-Vinylacetat-Kautschuk (EVA) und / oder Acrylat-Kautschuk (ACM) und / oder Ethylen-Acrylat-Kautschuk (AEM) und / oder Silikonkautschuk (MQ, VMQ, PVMQ, FVMQ) und / oder Fluorierter Methylsilikonkautschuk (MFQ) und / oder Perfluorinierter Propylen-Kautschuk (FFPM) und / oder Perfluorcarbon-Kautschuk (FFKM) und / oder Ethylen-Propylen-DienKautschuk (EPDM).
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Besonders gute Ergebnisse hinsichtlich der dynamischen Stabilität bei hohen Temperaturen lassen sich erzielen, wenn HNBR, FKM, FPM, ACM, AEM und / oder Silikonkautschuk verwendet wird, wobei FKM, FPM und AEM besonders gut geeignet sind.
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Die genannten Elastomere können alleine oder im Verschnitt mit wenigstens zwei Elastomeren eingesetzt werden.
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Ebenso ist es möglich, die Elastomere im Verschnitt mit Thermoplastischen Elastomeren und / oder Thermoplasten zu verwenden.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist insbesondere zur Gewichtseinsparung der erfindungsgemäße Umlageschlauch frei von weiteren Schichten oder Lagen. Dies bedeutet, dass in einer besonderen Ausführungsform keine weiteren Lagen oder Schichten aus unterschiedlichen, Elastomeren, thermoplastischen Elastomeren oder Thermoplasten und auch keine eingebetteten Festigkeitsträgerlagen vorhanden sind.
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Bevorzugt ist es somit, wenn der Umlageschlauch aus wenigstens einer textilen Umlage als Außenschicht und wenigstens einer Innenschicht bestehend aus einer Kautschukmischung, enthaltend einen Verschnitt aus Ethylen-Propylen-Dienkautschuk (EPDM) und Chlorbutylkautschuk (CIIR) als einzige Kautschukkomponenten, besteht.
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Als Festigkeitsträger für die Umlage können bevorzugt Polyphenylensulfid (PPS) und / oder Polyoxadiazol (POD) und / oder m-Aramid (m-AR) und / oder p-Aramid (p-AR) und / oder Polyimid (PI) und / oder Polyetheretherketon (PEEK) und / oder Polyethylen-2,6-naphthalat (PEN) und / oder Polyphenylen (PPP) und / oder Polyphenylenoxid (PPO) und / oder Polyphenylensulfid (PPS) und / oder Polyphenylenether (PPE) und / oder Polybenzoxazole (PBO) und / oder Kohlenstofffasern (CF) und / oder Metallfasern (MF) und / oder Glasfasern (GF) alleine oder in Kombination verwendet werden. Aufgrund der guten Temperaturbeständigkeit, Hydrolysebeständigkeit, Haftung, chemischen Beständigkiet unf Verarbeitbarkeit sind PPS und m-Aramid besonders bevorzugt.
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Der erfindungsgemäße Umlageschlauch kann zusätzlich mit einer biegesteifen Verstärkung, wie sie bspw. aus
EP 202 436 A2 für Schläuche mit einer (elastomeren) Deckschicht bekannt sind, ausgerüstet sein. Bei der biegesteifen Verstärkung handelt es sich vorzugsweise um Monofile, auch als Monofilamente bezeichnet, welche gleich- oder gegensinnig um bzw. in die Umlage gewickelt sind. Die Monofile können dabei auch gekreuzt gewickelt sein. Die Monofile können aus einem metallischen, wie bspw. Edelstahl, oder einem nicht-metallischen Werkstoff, wie bspw. PPS oder POD, aufgebaut sein. D.h. das Material der biegesteifen Verstärkung kann hierbei gleich oder verschieden vom Material der Umlage sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der erfindungsgemäße Schlauch allerdings frei von zusätzlichen biegesteifen Verstärkungen, was zu einer weiteren Gewichtseinsparung führt.
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Die Umlage wird als textiles Flächengebilde in Form von Geflecht, Cord, Gestrick, Gewirk, Gewebe, Vlies oder Gelege aufgebracht, wobei vorzugsweise die Aufbringung als Geflecht erfolgt. Die Umlageschicht kann dabei einlagig oder mehrlagig ausgebildet sein. Bevorzugt hat die Umlageschicht 1 bis 5 Lagen, besonders bevorzugt 1 bis 3 Lagen und ganz besonders bevorzugt 1 bis 2 Lagen.
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Es ist ggf. möglich, dass auf die Umlage, d.h. auf die außen liegenden Festigkeitsträger, ein Schutz aufgebracht werden kann, der die Fasern vor äußeren Einflüssen, wie bspw. mechanische oder chemische Beschädigungen, schützt. Ein derartiger Schutz ist beispielsweise in
WO2017/092894A1 beschrieben.
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Die Festigkeitsträger können auch ganz oder teilweise eingefärbt werden, bspw. durch Spinnfärbung, Kreuzspulfärbung oder Strangfärbung. Dies dient u.a. zur optischen Kennzeichnung. Des Weiteren ist eine nachträgliche Oberflächenfunktionalisierung z.B. mit RFL oder Fluorpolymerlösungen, ggf. in Kombination mit einer Färbung, möglich.
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Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf Versuchsergebnisse erläutert.
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In Tabelle 1 wird ein erfindungsgemäßer SCR-Umlageschlauch bestehend aus einer Innenschicht aus einem Verschnitt aus EPDM und CIIR und einer Umlage mit einem SCR-Einlageschlauch mit einer Innenschicht aus einem Verschnitt aus EPDM und CIIR und einer Außenschicht aus EPDM verglichen.
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Es zeigt sich, dass der SCR-Einlageschlauch nach einer Alterung (Medium Wasser innen 85°C, Kammertemperatur Medium Luft außen 210°C, 1000h Alterung mit 3 bar Durchströmung) zerstört ist. Die Reißdehnung beträgt nur noch 65%.
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Nach der Alterung von 1000h wurde der Berstdruck gemäß DIN 24312 bestimmt. Der SCR-Einlageschlauch hat hierbei einen Berstdruck von 50% vom Frischwert, während der SCR-Umlageschlauch einen Berstdruck von 100% vom Frischwert aufweist, d.h. kein Abbau stattgefunden hat.
Tabelle 1
| | SCR-Einlageschlauch | SCR-Umlage schlauch |
| | Innen EPDM/CIIR frisch | Außen EPDM frisch | Innen EPDM/CIIR n. Alterung | Außen EPDM n. Alterung | Innen EPDM/CIIR frisch | Innen EPDM/CIIR n. Alterung |
| Shorehärte gemäß DIN ISO 7619-1 [ShoreA] | 65 | 72 | 75 | 76 | 70 | 73 |
| Reißfestigkeit gemäß DIN 53504 [MPa] | 9,8 | 15,0 | 7,6 | 7,4 | 9,8 | 6,3 |
| Reißdehnung gemäß DIN 53504 [%] | 310 | 265 | 205 | 65 | 280 | 181 |
| Berstdruck des Schlauchs gemäß DIN 24312 [bar] | 130 | 69 | 184 | 181 |
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2014/019796 A1 [0002]
- WO 2015/022104 A1 [0004]
- EP 202436 A2 [0019]
- WO 2017/092894 A1 [0021]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- ISO 22241 [0003]
- DIN 70070 [0003]
- DIN ISO 7619-1 [0026]