DE19724038C1 - Elektrisch leitfähiger Schlauch - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schlauch, d. h. auf ein Rohr, das Biegsamkeit als wesentliches Merkmal voraussetzt. Zu diesem Zweck ist der Schlauch aus flexiblem, insbesondere gummielastischem, Material gebildet und mit Fasern bzw. Fäden oder mit Gewebe, z. B. aus Textilien, verstärkt. Neben der Biegsamkeit wird eine elektrische Leitfähigkeit gefordert, insbesondere um elektrische Aufladungen zu vermeiden.

Die bekannten elektrisch leitfähigen Schläuche können in zwei Gruppen eingeteilt werden:

• - Schläuche, deren Wandungen elektrisch leitende Teilchen enthalten, z. B. in der Form, daß die ihre Wandungen bildenden Gummimischungen Rußpulver oder eingemischte Kohlenstoff-Kurzfasern enthalten (siehe z. B. DE-GM 79 34 101, DE-OS 21 03 394, DE-PS 24 20 753, DE-PS 26 42 442 und DE-PS 29 44 858 sowie DE-OS 40 25 301 und DE 195 07 025 A) und
• - Schläuche, in deren Wandungen metallische Leiter, wie Metallfäden, -drähte oder -litzen, eingearbeitet sind (s. z. B. DE-AS 11 68 187, DE-PS 22 55 957 und DE- OS 28 00 789).

Die durch Ruß oder Kohlenstoff-Kurzfasern leitfähig gemachten Schlauchwandungen weisen im allgemeinen nicht mit ausreichender Sicherheit den für elektrisch leitende Schläuche geforderten geringen elektrischen Widerstand von weniger als 10.000 Ohm pro Meter Schlauchlänge auf. Dabei macht sich nachteilig bemerkbar, daß der elektrische Widerstand abhängig von der jeweiligen Länge des Schlauchs ist. Zudem können Verbiegungen, Dehnungen, Stauchungen und sonstige mechanische Belastungen des Schlauches seinen elektrischen Widerstand verändern.

Bei Schläuchen, die mit Hilfe von metallischen Leitern elektrisch leitend gemacht worden sind, kann es zu Korrosion kommen, so daß die elektrische Leitung ebenso wie durch Überdehnung oder Bruch unterbrochen wird. Ferner kann es zwischen den metallischen Leitern des Schlauchs und dem Untergrund (Erdboden) zu elektrischen Entladungen und Funkenbildung und hierdurch beim Umgang mit brennbaren Materialien zu Entzündungen kommen. Dies hat dazu geführt, daß die von Schlauchanwendern herausgegebenen Spezifikationen und Normen (z. B. für Flugzeugbetankungsschläuche), den Einsatz von Schläuchen, die metallische Leiter enthalten, grundsätzlich verbieten.

Aus den genannten Gründen besteht die vorliegende Aufgabe in der Schaffung eines elektrisch leitenden Schlauchs, der ohne Verwendung metallischer Leiter zuverlässig einen Widerstand von weniger als 10.000 Ω/m aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Schlauch der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Gattung gelöst, und zwar dadurch, daß dieser gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 ausgebildet ist. Es hat sich gezeigt, daß die geforderten Widerstandswerte mittels in die Schlauchwandung eingearbeiteter, von einen Schlauchende zum anderen verlaufender Kohlenstoff-Faserstränge sicher erreicht werden. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der grundsätzliche Unterschied zu bekannten Schläuchen, deren Wandungen aus durch leitfähigen Ruß gefüllten Gummi- oder Kunststoffmischungen gebildet sind, ergibt sich daraus, daß der elektrische Widerstand von Kohlenstoff-Fasern um ein Vielfaches geringer ist als derjenige von rußgefüllten Gummi- oder Kunststoffmischungen. Er liegt etwa auf dem Niveau von Kupferleitern. Dagegen werden durch Einsatz von rußgefüllten Gummimischungen mit geringstmöglichem elektrischem Widerstand die Höchstwerte des bei elektrisch leitfähigen Schläuchen zulässigen elektrischen Widerstandes häufig überschritten.

Ferner sieht die Erfindung vor, die hochleitfähigen Kohlenstoff-Faserstränge in eine - vorzugsweise durch Rußfüllung - leitfähige Gummi- oder Kunststoff-Matrix einzubetten. Sollte es dann zu Brüchen der Kohlenstoff-Fasern kommen, so bleibt der Widerstand des Schlauches trotzdem ausreichend niedrig, weil die Bruchstellen innerhalb der leitfähigen Gummi- oder Kunststoffmischung liegen, durch die sie auf kürzestem Wege wirksam überbrückt werden.

Obwohl die Kohlenstoff-Fasern selbst bereits relativ reißfest sind, kann ihre Haltbarkeit durch parallel eingearbeitete Textilfasern weiter verbessert werden.

Die Einarbeitung der Kohlenstoff-Faserstränge in die Schlauchwandung erfolgt vorzugsweise in Form einer zur Schlauchachse zentrierten Wendel (siehe z. B. DE- OS 28 00 798) oder in sogenannter "gependelter" Anordnung (siehe z. B. DE-PS 22 55 957).

Vorzugsweise sind die Kohlenstoff-Faserstränge unter einer äußeren textilen Geflechtslage und insbesondere zwischen einer äußeren und einer inneren Geflechtslage angeordnet. Auf diese Weise sind sie insbesondere vor äußeren mechanischen Einflüssen geschützt.

Dadurch, daß die Kohlenstoff-Faserstränge aus Endlosfasern gebildet sind, ergibt sich eine besonders gute elektrische Leitfähigkeit, die zuverlässig reproduzierbar ist und nicht durch Übergangswiderstände, wie sie zwischen Kurzfasern auftreten, beeinträchtigt wird.

Im übrigen sind die erfindungsgemäßen Schläuche vorzugsweise, wie auch bei anderen leitfähigen Schläuchen üblich, folgendermaßen aufgebaut: Sie besitzen eine gegenüber den in ihnen geförderten Fluiden resistente Innenseele und eine gegenüber äußeren Einflüssen unempfindliche elastomere Außenschicht, die zur weiteren Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit der Schlauchwandung durch Rußfüllung leitfähig gemacht ist. An den Schlauchenden sind elektrisch leitfähige, insbesondere metallische, Anschlußarmaturen angebracht, die mit den in die Schlauchwandung eingearbeiteten, von einem Schlauchende zum anderen verlaufenden Kohlenstoff-Fasersträngen direkt oder zumindest über die elektrisch leitenden Gummi- oder Kunststoffschichten der Schlauchwandung in elektrischem Kontakt stehen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Die Abbildung zeigt ausschnittsweise einen mit Kohlenstoff- Fasersträngen versehenen elektrisch leitenden Schlauch. Abwandlungen bezüglich des Schlauch-Aufbaus sind denkbar, ohne die Grundidee der Erfindung zu verlassen.

Der in der Abbildung dargestellte Schlauch 2 weist zunächst eine polymere Innenschicht 4 aus einem polymeren Material auf, das gegen die durch den Schlauch zu fördernden Fluide resistent ist. Diese Schlauchseele 4 ist umgeben von einer als Druckträger dienenden geflochtenen Textileinlage 6.

Auf dieser Textileinlage 6 befindet sich eine polymere, insbesondere elastomere, vorzugsweise durch eingemischten Ruß, leitfähige Zwischenschicht 8. In diese Zwischenschicht 8 sind in gewendelter oder gependelter Anordnung von einem Schlauchende zum anderen verlaufende Kohlenstoff-Faserstränge 10 eingebettet, die aus Kohlenstoff-Endlosfilamenten gebildet sind. Die Zwischenschicht 8 und die darin eingebetteten Kohlenstoff-Faserstränge 10 sind von einem weiteren Druckträger 12 in Form eines Geflechts umgeben. D. h.: Die in die leitfähige Gummimischung eingebetteten Kohlenstoff-Faserstränge 10 befinden sich zwischen den beiden Textilgeflechten 6, 12 des Schlauches 2.

Den Anschluß bildet eine polymere, insbesondere elastomere, gegen Umwelteinflüsse resistente Außenschicht 14, die vorzugsweise - wie an sich bekannt - durch eingemischten Ruß leitfähig gemacht ist und so zur Leitfähigkeit des Schlauches beiträgt.

Claims (6)

1. Aus gummielastischem Material gebildeter elektrisch leitfähiger Schlauch (2), dessen Wandung elektrisch leitfähige Kohlenstoff-Fasern enthält und mit textilen Fasern bzw. Fäden oder mit Gewebe verstärkt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitfähigen Kohlenstoff-Fasern als Endlosfilamente ausgebildet und in Form von in eine leitfähige Gummi- oder Kunststoff-Mischung eingebetteten und von einem Schlauchende zum anderen verlaufenden Fasersträngen (10) in die Schlauchwandung eingefügt sind.

2. Schlauch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Kohlenstoff- Faserstränge (10) textile Fasern oder Fäden eingefügt sind.

3. Schlauch nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenstoff- Faserstränge (10) wendelartig oder gependelt in Schlauchlängsrichtung verlaufen.

4. Schlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die eingearbeiteten Kohlenstoff-Faserstränge (10) unter einer textilen Verstärkungseinlage (12) der Schlauchwandung angeordnet sind.

5. Schlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenstoff-Faserstränge (10) in eine zwischen zwei Verstärkungseinlagen (6, 12) der Schlauchwandung angeordnete, aus einer leitfähigen Gummi- oder Kunststoffmischung gebildete Zwischenschicht (8) eingebettet sind.

6. Schlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß seine Außenschicht (14) aus einer leitfähgien Gummi- oder Kunststoffmischung gebildet ist.