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Kompensator
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Die Erfindung betrifft einen Kompensator für Rohrleitungen in Form
eines aus Gummi oder gummiähnlichen Stoffen bestehenden Balgkörpers mit einem Innengummi,
einem Außengummi und dazwischen angeordneten Verstärkungseinlagen aus textilen oder
metallischen Festigkeitsträgern, die mit einer Haftschicht umhüllt sind.
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Es ist bekannt, bei Kompensatoren wie sie im Rohrleitungsbau zum Ausgleichen
von Wärmedehnungen, Ungenauigkeiten in der Leitungsführung, Achsversetzungen und
zur Aufnahme von Schwingungen allgemein Verwendung finden, einen Balgkörper mit
Verstärkungseinlagen vorzusehen, die einer Druckbelastung durch durchströmende Medien
standhalten. Dabei ist es erforderlich, die Festigkeitsträger der Verstärkungseinlagen
mit einer Haftschicht zu umgeben, die bei der Vulkanisation eine innige Verbindung
zum Innen- und Außengummi einerseits und zu den Festigkeitsträgern andererseits
bildet. Als drucktragende Festigkeitsträger kommen Textile wie z.B. Rayon, Polyamid
oder Polyester oder Stahldrähte aus vermessingtem oder verzinktem Stahl oder aus
Edelstahl in Frage.
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Wenn jedoch aufgrund des vorgesehenen Einsatzgebietes des Kompensators
zusätzlich zur Druckbeständigkeit eine Hitzebeständigkeit und eine Resistenz gegenüber
erhitztem Wasser bzw.
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Wasserdämpfen gefordert wird, scheiden textile Festigkeitsträger bis
auf wenige, sehr teure Spezialfasern weitgehend aus, da bei derartigen Belastungen
ihre Festigkeit gemindert wird, so daß die Funktionssicherheit des Kompensators
nicht mehr gegeben ist.
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0 Stahl unterliegt bei Temperaturen um 130 C, für die der erfindungsgemäße
Kompensator vorgesehen ist, zwar keinem thermischen Abbau der Festigkeit, wohl aber
einer Zerstörung durch Korrosion, wenn er dem durchgeleiteten Wasser aufgrund von
Rissen oder Poren im Innengummi und in der Haftschicht oder durch Diffusion aus
setzt wird.
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Es ist weiterhin bekannt, vermessingte oder verzinkte Stahldrähte
mit einer haftenden Gummischicht zu umgeben. Für das vorliegende Einsatzgebiet ist
ein verzinkter Stahldraht vorzuziehen, weil eine Messingschicht bei Einwirkung von
Wasser und Hitze schnell zerstört wird.
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Eine ausreichende Haftung zu verzinkten Stahldrähten wird heute meist
über Naturkautschuk erreicht, wie vor allem aus dem Fahrzeugreifengebiet bekannt
ist. Derartige Haftmischungen auf NR-Basis haben jedoch in dem vorgesehenen Temperaturbereich
den Nachteil, daß sie innerhalb kurzer Zeit, d.h. weniger Tage ihre gummielastischen
Eigenschaften verlieren.
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Weiterhin könnte man an den Einsatz des hitzebeständigen, kostengünstigen
und halogenfreien Polymers EPDM denken, mit dem Spezial bindemischungen für verzinkte
Stahldrähte - z.B. auf Fördergurt- und Reifengebiet - bereits erfolgreich aufgebaut
worden sind. Versuche zur Herstellung einer Haftmischung für Kompensatoren haben
jedoch ergeben, daß eine Mischung aus EPDM keine genügende Rohfestigkeit aufweist,
so daß sie beim Umbucken oder Bombieren eines Balgkörpers aufreißt und die Festigkeitsträger
freilegt.
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Dieser schwerwiegende Nachteil ist bei NR oder CR nicht gegeben, doch
scheiden die letztgenannten Kautschuke im vorliegenden Einsatzgebiet aus bereits
weiter oben angeführten Gründen aus CR zudem wegen der starken Korrosion aufgrund
von Chlorabspaltung.
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Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, einen Kompensator
der eingangs genannten Art mit einer Haftschicht zu entwickeln, die sich sowohl
durch eine hohe Hitzebeständigkeit als auch durch eine große Roh-festigkeit auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als metallische
Festigkeitsträger vorzugsweise verzinkte Stahldrähte eingesetzt sind, daß die Haftschicht
auf der Basis von EPDM aufgebaut ist und daß sie einen Anteil von mindestens 5 %
eines Sequenz-EPDM enthält.
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Mit der Erfindung wird vor allem der Vorteil einer Alterungsbeständigkeit
der Haftschicht in den Verstärkungseinlagen eines Kompensators erzielt. Damit wird
eine erhöhte Funktionssicher heit des Kompensators über eine lange Zeitdauer hinaus
erreicht.
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Es treten im Rahmen der Konfektionierung des Rohlings beim U-bucken
und Bombieren keine Risse auf, so daß keine freigelegten Stellen der Festigkeitsträger
erscheinen. Damit ergibt sich der Vorteil, daß die gesamte Oberfläche der Festigkeitsträger
hu der Vulkanisation eine innige Bindung zur Haftschicht erfährt, so daß keine Lufteinschlüsse
zurückbleiben, die dem durch den Kompensator strömenden Medium als Angriffsstellen
zur Schädigung der Festigkeitsträger dienen könnten und eine vorzeitige Zerstörung
des Kompensators zur Folge hätten.
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Eine Haftschicht mit besonders günstigen Eigenschaften ergibt sich,
wenn 50 bis 35 Gewichtsteilen eines statistischen EPDM 50 bis 65 Gewichtsteile eines
Sequenz-EPDM zugesetzt werden.
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Weiterhin bietet die Haftschicht im erfindungsgemäßen Kompensator
gegenüber bekannten Haftschichten den Vorteil einer erhöhten Quellbeständigkeit
gegenüber polaren Medien wie Alkoholen oder Ketonen.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteran-
sprüchen
zu entnehmen.
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Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erf indung
beschrieben und anhand einer Zeichnung erläutert.
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Die einzige Figur zeigt einen Kompensator in einem Längsschnitt.
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Der Kompensator besteht im wesentlichen aus einem in seinem mittleren
Bereich ausgebauchten Salgkörper, dessen Wandung aus einem Innengummi 1, einem Außengummi
2 und mindestens einer dazwische.n angeordneten Verstärkungseinlage aufgebaut ist.
Jede Verstärkungseinlage besteht aus den eigentlichen Festigkeitsträgern 3 und einer
diese umgebenden Haftschicht 4. Die Verstärkungseinlagen können in üblicher Weise
um Ringkerne 5 herumgeführt sein, die in abgewinkelten Endwulsten 6 angeordnet sein
können. Die Stirnflächen 7 der abgewinkelten Endwulste 6 weisen Mittel zur Montage
des Kompensators an anzuschließenden Rohrenden auf.
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Der Kompensator wird als Rohling durch Konfektionierung aus den genannten
Bestandteilen aufgebaut. Entsprechend dem jeweiligen Einsatzgebiet besteht der Innengummi
1 aus einer Mischung, die im Vulkanisat gegenüber deü durchströmenden Medien eine
hohe Beständigkeit aufweist.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel soll der Kompensator vor allem
zur Durchleitung von erhitztem Wasser eingesetzt werden.
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Er weist deshalb einen hiergegen beständigen Innengummi 1 auf, der
bevorzugt aus einer Mischung auf der Basis EPDM ausgebaut ist.
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Die Verstärkungseinlagen enthalten als Festigkeitsträger 3 geeignete
Textile oder Metalldrähte, im vorliegenden Ausführungsbeispiel verzinkte Stahldrähte,
um hohen Druckbelastungen standhalten zu können.
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Jede Verstärkungseinlage enthält vorzugsweise zwei diagonal an:eordnete
Lagen von Stahldrähten, wobei die einzelnen Drähte in jeder Lage parallel zueinander
verlaufen.
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Die Festigkeitsträger 3 einer jeden Verstärkungseinlage sind mit einer
Haftschicht 4 umhüllt, die für eine innige Bindung zu den Festigkeitsträgern 3 und
zu den benachbarten Schichten des Kompensators sorgt. Die Haftschicht 4 ist aus
einem Kautschukgernisch aufgebaut, in dem gemäß vorliegendem Ausführungsbeispiel
die Gewichtsanteile eines Sequenz-EN-EPDM und eines statistischen EN-EPDM in einem
Verhältnis von 60 zu 40 stehen.
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Die gesamte Haftmischung ist nachfolgend (in Gewichtsteilen) angeführt:
EPDM-Sequenztyp (EN) 60 EPDM-Statistisch (EN) 40 Mineralölweichmacher 20 Ruß FEF
15 Ruß ISAF 10 aktive Kieselsäure 15 Alterungsschutz 1 Oxid eines Ubergangsmetalles
10 Zinkoxid 10 Schwefel 1 Vernetzerharz 10 Polychloropren 1 5 Formaldehydspender
3 Resorcinderivat 50 %ig 5 Kobaltnaphthenat 3 Mit dieser Haftmischung wurden folgende
durchschnittlichen Haftwerte gemessen: Stahldraht, verzinkt, 7 x 4 x 0,10 : 15 N/mm
Stahldraht,
vermessingt, 7 x 4 x 0,12 : 17,5 N/mm Polyamid, roh, dtex, 440 x 2 : 20 N/mm Der
aus der angegebenen Mischung bestehende Gummi weist eine 2 Festigkeit von ca. 15
N/mm2, eine Dehnung von ca. 600 % und eine Härte von 65 Shore A auf.
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Bei der angegebenen Haftmischung sollten die Plastizitäten der EPDM-Polymere
derart eingestellt werden, daß ohne merkliche Einbuße an physikalischem Niveau eine
gute Kalandrier- und Extrudierbarkeit der Mischung erreicht wird.
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Bei einer Alterung offen in Luft bei 1200 C über sieben Tage wies
die Haftmischung für den erfindungsgemäßen Kompensator keine Veränderung der Festigkeit,
eine leichte Härteerhöhung um 2 bis 3 Punkte Shore A und eine Verminderung der Dehnung
um 20 % auf.
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Eine klassische Haftmischung auf der Basis NR mit einem vergleichbaren
Haftniveau zu den Festigkeitsträgern zeigte nach sieben Tagen unter gleichen Versuchsbedingungen
keine gummielastischen Eigenschaften mehr.
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Mit der erfindungsgemäßen Haftschicht 4 ist es bei der Konfektionierung
des Kompensator-Rohlings möglich, im Rahmen von Umbuckvorgängen und Bombagen ungewöhnlich
große Formänderungen durchzuführen, ohne daß Risse in der Haftschicht 4 auftreten.
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