DE19639393C2 - Weichstoffkompensator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Weichstoffkompensator mit einem aus einem Gewebe oder Gewirke auf der Basis von Polyesterfasern, Mineralfasern und/oder Aramidfasern beste­ henden Festigkeitsträger und einer Sperrschicht in Form einer PTFE- oder FEP-Folie, die über eine elastische Zwischenschicht an den Festigkeitsträger angebunden ist, wobei die Zwischenschicht und die PTFE- oder FEP-Sperrschicht chemisch vernetzt sind. Ein Ver­ bundwerkstoff gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist aus DE 44 10 413 A1 bekannt.

Weichstoffkompensatoren werden in der Praxis immer höheren Belastungen ausgesetzt. Bei der Rauchgasentschwefelung werden beispielsweise Säuren und Feuchtigkeit frei, die nicht in die Atmosphäre dringen dürfen. Das setzt den Einsatz von Werkstoffen voraus, die eine geringe Gasdurchlässigkeit besitzen und sehr diffusionsfest sind.

Es können aber auch Gase, Dämpfe oder Nebel erzeugt werden, die eine explosionsfähige Atmosphäre entstehen lassen. Explosionsgefährdet sind weiterhin brennbare Stäube und in medizinisch genutzten Räumen umschlossene medizinische Gas-Systeme oder Räumteile, in denen durch Anwendung von Analgäsiemitteln oder medizinischen Hautreinigungs- und Desinfektionsmitteln eine explosionsfähige Atmosphäre entstehen kann.

Bei Explosionsgefahr ist eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen den in der Regel aus Metall bestehenden Rohrsystemen notwendig. Ein Weichstoffkompensator stellt aber aufgrund seines Materialaufbaus einen elektrischen Isolator dar. Es ist deshalb als Schutz­ maßnahme erforderlich, beim Auftreten einer explosionsgefährdeten Atmosphäre der oben beschriebenen Art für eine sichere Ableitung von elektrostatischen Aufladungen auch von dem Kompensator zu sorgen.

Kompensatoren in Form von metallischen Rohrverbindungen sind durch Flansche und Schrauben im allgemeinen ausreichend leitfähig. Für isolierende Zwischenstücke mit einem Widerstand von mehr als etwa 10⁶ Ω ist aber eine elektrisch leitfähige Verbindung erforderlich. Das kann durch Erden eines jeden Rohrstückes erfolgen. Dabei besteht jedoch die Gefahr, daß bei der Montage eine solche Erdung unterbleibt, weil sie zusätzliche Arbeitsgänge erfordert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weichstoffkompensator zu schaffen, bei dessen Einsatz unter Beibehaltung der erwünschten Eigenschaften des aus DE 44 10 413 A1 bekannten Weichstoffkompensators, wie chemischer und thermischer Beständigkeit in einem weiteren Temperaturbereich, hervorragender Diffusions- und Permeationsfestigkeit bei statischer wie dynamischer Beaufschlagung, besonders hoher Flexibilität und guter Verarbeitbarkeit, ein zuverlässiger Schutz gegen zündfähige Entladungen in explosionsge­ fährdeten Bereichen gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Weichstoffkompensator mit einem aus einem Gewebe oder Gewirke auf der Basis von Polyesterfasern, Mineralfasern und/oder Aramidfasern bestehenden Festigkeitsträger und einer Sperrschicht in Form einer PTFE- oder FEP-Folie, die über eine elastische Kautschuk-Zwischenschicht an den Festigkeitsträger angebunden ist, wobei die Zwischenschicht und die PTFE- oder FEP- Sperrschicht chemisch vernetzt sind, gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die PTFE- oder FEP-Sperrschicht durch eingelagerte Graphitpartikel elektrisch leitfähig gemacht ist und einen Oberflächenwiderstand von höchstens 10⁴ Ω hat.

In GAK 8, 1993, Jahrg. 46, S. 406-411 wird zwar über ein Symposion "Elektrisch leitende Kunststoffe" vom 26. und 27. April 1993 referiert. Dabei werden für elektrisch leitende Kunststoffe acht Anwendungsbereiche genannt, nämlich: antistatische Verpackungen aller Art, bei denen elektrostatische Entladungen vermieden werden müssen; Anwendungsbe­ reiche, die aus Sicherheitsgründen einen Oberflächenwiderstand der Werkstoffe von etwa 10⁸ Ω oder 10⁹ Ω verlangen, z. B. für schlagwettergeschützte und explosionsgeschützte elektrische Betriebsmittel; technische Anwendungen, bei denen man aus funktionalen Gründen eine gewisse Leitfähigkeit benötigt, z. B. Potentialsteuerung im Kabel, stromab­ hängige Schaltelemente, selbstregelnde Heizleitungen, Heizelemente; Taktile Sensoren und Stellelemente in automatischen Fertigungseinrichtungen mit druckabhängiger Leitfähigkeit des Werkstoffs; elektromagnetische Abschirmung von elektrischen Geräten und von elektronischen Baugruppen und Systemen; Klebeverfahren in der Elektronikfertigung; Nutzung der elektrochemischen und photoelektrischen Eigenschaften der selbstleitenden Polymere; Sonderanwendungen in der Mikroelektronik.

Weichstoffkompensatoren sind keinem dieser Anwendungsbereiche zuzuordnen. Sie wer­ den bekanntlich in Rohrleitungssystemen benutzt, um durch Temperaturunterschiede her­ vorgerufene Längenänderungen aufzunehmen, um Rohrleitungselemente spannungsfrei anzuschließen, um die Übertragung von Schwingungen (z. B. von Pumpen) und Geräu­ schen auf das gesamte Rohrleitungsnetz zu unterbinden, oder um allgemein Dehnungen, Quer- und Längsbewegungen sowie Schwingungen zwischen Bauelementen von Rohrlei­ tungssystemen aufzunehmen. Die für Weichstoffkompensatoren eingesetzten Werkstoffe müssen insgesamt und vor allem in der Sperrschicht eine ungewöhnliche Kombination von sich teilweise widersprechenden Eigenschaften erfüllen. Wesentlich sind insbesondere chemische und thermische Beständigkeit in einem weiten Temperaturbereich, hervorra­ gende Diffusions- und Permeationsfestigkeit bei statischer wie dynamischer Beaufschla­ gung, besonders hohe Flexibilität und gute Verarbeitbarkeit.

Mit der vorliegenden Erfindung wird eine noch anspruchsvollere Kombination von Kom­ pensatoreigenschaften erreicht. Es werden nämlich nicht nur alle vorstehend skizzierten günstigen Eigenschaften des aus DE 44 10 413 A1 bekannten Weichstoffkompensators beibehalten, sondern es ist zusätzlich für einen zuverlässigen Schutz gegen zündfähige Entladungen in explosionsgefährdeten Bereichen gesorgt.

Die Literaturstelle GAK 8, 1993, Jahrg. 46, S. 406-411 liefert schon deshalb keine Anre­ gungen in Richtung auf die vorliegende Erfindung, weil es dort um völlig andere Anwen­ dungsbereiche geht. Im übrigen weist diese Literaturstelle ausdrücklich darauf hin, daß durch die Einlagerung von leitfähigen Partikeln nicht nur der elektrische Widerstand, son­ dern auch die anderen Werkstoffeigenschaften wie z. B. Viskosität, Festigkeit, Dehnung und Zähigkeit, verändert werden. Der Kompensator-Fachmann weiß aber, daß bei einem Weichstoffkompensator der Sperrschicht besondere Bedeutung zukommt, denn es ist die Sperrschicht, die für die notwendige Diffusions- und Permeationsfestigkeit bei statischer und dynamischer Beaufschlagung sorgt. Der Kompensator-Fachmann wird daher am wenigsten bei der Sperrschicht eine Änderung der Materialeigenschaften aufgrund der Einlagerung von leitfähigen Partikeln in Kauf nehmen und vor allem nicht die Gasdichtig­ keit der Sperrschicht gefährden wollen; er wird sich, wenn überhaupt, bei dem Versuch der Übertragung von Lehren der GAK 8, 1993, Jahrg. 46, S. 406-411 auf Weichstoffkompen­ satoren auf die übrigen Lagen oder Schichten des Weichstoffkompensators konzentrieren, d. h. auf den Festigkeitsträger und/oder die Silikon-Zwischenschicht des Kompensators gemäß DE 44 10 413 A1.

Die vorliegende Erfindung ist diesen Weg gerade nicht gegangen. Vielmehr wurde überra­ schend gefunden, daß tatsächlich ein Weichstoffkompensator mit sämtlichen oben genannten erwünschten Eigenschaften erhalten wird, wenn bestimmte leitfähige Partikel, nämlich Graphitpartikel, in eine bestimmte Schicht des Weichstoffkompensators, nämlich überraschenderweise die aus PTFE- oder FEP-Folie bestehende Sperrschicht, eingelagert werden.

Der Weichstoffkompensator nach der Erfindung kann flächendeckend, nach Bedarf innen und/oder außen elektrisch leitfähig ausgerüstet werden. Auf diese Weise können auch mit solchen Kompensatoren ausgestattete Rohrsysteme zwangsläufig und damit absolut sicher gegen zündfähige Entladungen aufgrund von elektrostatischen Aufladungen geschützt werden.

Bevorzugte weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Kautschuk-Zwischenschicht weist vorteilhaft eine Dicke von weniger als 250 µm auf, und die elektrisch leitfähige PTFE- oder FEP-Sperrschicht hat vorzugsweise eine Dicke bis 25 µm.

Der Festigkeitsträger besteht vorzugsweise aus einem hitzebeständigen Gewebe oder Gewirke. Dabei braucht der Festigkeitsträger nicht wie bei gleichfalls bekannten Ver­ bundwerkstoffen mit aufvulkanisierter Fluorkautschukmasse eine Gitterwebart aufzuwei­ sen und/oder aus Stapelfasern mit rauher Oberfläche hergestellt zu sein. Vielmehr können in kostengünstiger Weise marktgängige Gewebe und Gewirke aus Polyesterfasern, z. B. Fasern auf Polyethylentereftalat-Basis (Trevira®), aus Glasfasern oder anderen Mineralfa­ sern und aus Aramidfasern, z. B. Fasern auf Poly(1,4-Phenylenthereftalamid)-Basis (Kevlar®) oder dergleichen eingesetzt werden. Besonders zweckmäßig ist ein Festigkeitsträger aus einem hochhitze- und flammfesten sowie säurebeständigen Mineralfasergewebe.

Die den Festigkeitsträger bildenden Gewebe oder Gewirke können gegebenenfalls gleich­ falls elektrisch leitfähig sein und einen Oberflächenwiderstand von höchstens 10⁴ Ω haben.

Durch mindestens teilweises Ablösen oder Durchtrennen der elektrisch leitfähigen Sperr­ schicht kann bei etwaigem Bedarf die Isolationswirkung des Kompensators auf einfache Weise wiederhergestellt werden. Umgekehrt kann bei bereits eingebauten, elektrisch isolie­ renden Weichstoffkompensatoren im Bedarfsfall eine Lage des Verbundwerkstoffes mit elektrisch leitfähiger Sperrschicht nachträglich auf oder eingebracht werden.

Die beiliegende Figur zeigt schematisch einen Schnitt durch einen Verbundwerkstoff der zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Weichstoffkompensators verwendeten Art. Dabei ist mit 1 eine bis zu 25 µm dicke PTFE- oder FEP-Folie bezeichnet, die unter ande­ rem auch als lebensmittelbeständige Sperr- und Schutzschicht wirkt. Die vorliegend vorge­ sehene PTFE- oder FEP-Folie ist elektrisch leitfähig und hat einen Oberflächenwiderstand, der 10⁴ Ω nicht überschreitet. Dies wird dadurch erreicht, daß in das Polymer leitfähige Partikel aus Graphit eingelagert werden. Die elektrisch leitfähige Folie 1 ist über einen darunter liegenden Zwischenschicht aus Kautschuk mit einem Festigkeitsträger 3 fest haf­ tend, aber elastisch verbunden. Die Zwischenschicht 2, die mit der Folie 1 chemisch ver­ netzt (vulkanisiert) ist, hat eine Dicke von weniger als 25 µm. Der Festigkeitsträger 3 besteht aus einem hitzebeständigen Gewebe oder Gewirke auf der Basis von Polyesterfa­ sern, Mineralfasern und/oder Aramidfasern, beispielsweise aus einem hochhitze- und flammfesten sowie säurebeständigen Mineralfasergewebe. Der Festigkeitsträger 3 kann gleichfalls elektrisch leitfähig gemacht sein und einen Oberflachenwiderstand von höchs­ tens 10⁴ Ω haben.

Die Schichten 2 und 3 sorgen für einen Hitze- und Flammschutz für die Folie 1. Dabei kann der Festigkeitsträger 3, je nach Einbau, an der Außenseite oder der Innenseite des Kompensators liegen.

Die fest haftende, aber flexible Anbindung der Folie 1 sorgt für einen gleichbleibenden Kompensatordurchmesser. Damit ist eine exakte Durchlaufmenge der flüssigen oder gasförmigen Medien durch den Kompensator unter Beibehaltung der Gewebe- oder Gewirke- Flexibilität gewährleistet. Wegen der leitfähigen Ausbildung der PTFE- oder -FEP-Folie 1 und gegebenenfalls auch des Festigkeitsträgers 3 werden elektrostatische Aufladungen vermieden. Der Weichstoffkompensator eignet sich infolgedessen für den Einbau in explo­ sionsgefährdeten Bereichen.

Claims (6)

1. Weichstoffkompensator mit einem aus einem Gewebe oder Gewirke auf der Basis von Polyesterfasern, Mineralfasern und/oder Aramidfasern bestehenden Festigkeits­ träger und einer Sperrschicht in Form einer PTFE- oder FEP-Folie, die über eine elastische Kautschuk-Zwischenschicht an den Festigkeitsträger angebunden ist, wobei die Zwischenschicht und die PTFE- oder FEP-Sperrschicht chemisch vernetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die PTFE- oder FEP-Sperrschicht durch einge­ lagerte Graphitpartikel elektrisch leitfähig gemacht ist und einen Oberflächenwider­ stand von höchstens 10⁴ Ω hat.

2. Weichstoffkompensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaut­ schuk-Zwischenschicht eine Dicke von weniger als 250 µm aufweist.

3. Weichstoffkompensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitfähige PTFE- oder FEP-Sperrschicht eine Dicke bis 25 µm hat.

4. Weichstoffkompensator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Festigkeitsträger aus einem hitzebeständigen Gewebe oder Gewirke besteht.

5. Weichstoffkompensator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Festig­ keitsträger ein hochhitze- und flammfestes sowie säurebeständiges Mineralfaserge­ webe eingesetzt ist.

6. Weichstoffkompensator nach Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewebe oder Gewirke elektrisch leitfähig sind und einen Oberflächenwiderstand von höchstens 10⁴ Ω haben.