DE4317979A1

DE4317979A1 - Kunststoffband, dessen Verwendung sowie Verfahren zur Herstellung eines mit einem Kunststoffband umwickelten Körpers

Info

Publication number: DE4317979A1
Application number: DE4317979A
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl Ing Kitzer; Joerg Dipl Ing Thuermer; Karl-Werner Dipl Ing Kreckel
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1993-05-28
Filing date: 1993-05-28
Publication date: 1994-12-01
Also published as: EP0631859A2; JPH073044A; EP0631859A3

Description

Die Erfindung betrifft ein Kunststoffband, ein Klebeband mit einem Kunststoffband als Träger, insbesondere ein zur Um wicklung unregelmäßig geformter Körper geeignetes Kunst stoffband oder Klebeband, sowie ein Verfahren zur Herstel lung eines mit einem Kunststoffband oder Klebeband umwickel ten Körpers. Ein solcher Körper kann ein Leitungsstrang aus elektrischen, hydraulischen oder faseroptischen Leitern bzw. Kabeln sein und z. B. in einem Kraftfahrzeug zum Einsatz kom men. Nachstehend wird der Begriff "Band" in der Regel in dem Sinne verwendet, daß darunter ein Kunststoffband oder ein Klebeband zu verstehen ist.

Es sind bereits Verfahren bekannt, mehrere Kabel oder Drähte mittels Kunststoffbändern oder metallischer Streifen zu um wickeln und zu bündeln. Die zu diesem Zweck verwendeten Kunststoffbänder weisen häufig Zusätze, Füller und/oder Pig mente auf, um spezielle Eigenschaften, wie Flammenverzöge rung oder bestimmte elektrische Eigenschaften sicherzustel len. Die Kunststoffbänder können einfach um die Kabel oder Drähte gewickelt werden oder können auf einer Seite mit einem Klebstoff beschichtet sein, beispielsweise einem druckempfindlichen Klebstoff, so daß das Band besser an dem zu umwickelnden Körper und an sich selbst haftet.

Wegen der schwierigen Bedingungen, wie Wärme, Feuchtigkeit oder aggressive Atmosphäre, denen die zu umwickelnden Körper ausgesetzt sein können, wurden für derartige Anwendungen teilweise spezielle Kunststoffbänder entweder in unbeschich teter Form oder in Form von Klebebändern mit einer Kleb stoffbeschichtung verwendet. Beispielsweise wurden hierfür Polyimidbänder oder Polyesterbänder verwendet. Insbesondere zur Umwicklung von Leitungssträngen wird aus Kostengründen häufig Weich-PVC verwendet, das leicht mit Zusätzen versetzt werden kann. Allerdings haben Chlor enthaltende Kunststoffe, wie PVC, auch Nachteile wegen ihrer Auswirkungen auf die Um welt, beispielsweise können derartige Kunststoffe nicht ohne Freisetzen giftiger Dämpfe verbrannt und nicht einfach recycelt oder eingeschmolzen werden. Außerdem kann bei mit Weichmacher versetztem PVC der Weichmacher im Laufe der Zeit entweichen, so daß das Kunststoffband spröde wird. Der Weichmacher kann außerdem in umgebende Materialien, wie die Klebstoffschicht oder Drahtisolierungen, eindringen und da durch deren Eigenschaften verändern. Der hauptsächliche Nachteil von PVC-Bändern bei der Umwicklung unregelmäßig ge formter Körper besteht jedoch in ihren schlechten Dehnungs eigenschaften unter Zugbeanspruchung und der mangelnden An paßbarkeit an unregelmäßige Körper.

Aus EP-A-0 274 888 ist eine halogenfreie, thermoplastische Elastomerzusammensetzung bekannt, die einen flammenverzö gernden, halogenfreien anorganischen Füller und mindestens zwei Elastomere aufweist, die aus der aus Ethylen-Propylen- Copolymerisaten und -Terpolymerisaten, Polyamiden, Poly estern, Polyisobutylen, Polyurethanen, Acrylpolymeren, na türlichem Gummi, Polybutadien, Polyisopren oder deren Block copolymerisaten bestehenden Gruppe ausgewählt sind. Die Ela stomerzusammensetzung soll in Bänder extrudierbar sein, eine Zugfestigkeit von mindestens 6,89 MPa und eine Bruchdehnung von mindestens 130% aufweisen.

Aus US-A-4 536 549 sind wärmesterilisierbare Folien aus einem Polymergemisch bekannt, das etwa 10 bis etwa 60 Gew.-% Propylen-Ethylen-Copolymerisat und etwa 40 bis etwa 90 Gew.-% eines linearen Polyethylens niedriger Dichte aufweist. Die Folien sind insbesondere zur Herstellung von heißsiegelbaren Beuteln geeignet.

Aus US-A-4 629 639 sind Gemische aus Propylen-Polymerisat, Ethylen-Vinylacetat-Copolymerisat und gegebenenfalls einem synthetischen Gummi mit kleinen Mengen eines Polyterpen- Harzes bekannt, die ausgezeichnet zur Herstellung von heiß siegelbaren und sterilisierbaren Folien sowie zur Herstel lung versiegelter Behälter geeignet sein sollen.

Aus US-A-4 282 284 ist ein wärmebeständiges, elastisches elektrisches Isolierband bekannt, das ein poröses Grundge webe und eine feuerfeste Beschichtung auf dessen beiden Oberflächen aufweist. Auf der Außenfläche einer der beiden feuerfesten Beschichtungen ist eine abriebfeste Polymerbe schichtung ausgebildet, während auf der Außenseite der ande ren feuerfesten Beschichtung ein Kleber aufgebracht ist. Das Isolierband ist insbesondere zum Umwickeln von Drähten oder Kabeln geeignet.

US-A-4 207 374 offenbart ein flammenverzögerndes, elasti sches, elektrisch isolierendes Folienmaterial, das einen flexiblen thermoplastischen Folienträger mit einer elasti schen Beschichtung auf mindestens einer seiner Oberflächen aufweist. Aus dem Folienmaterial lassen sich flammenverzö gernde, elastische, elektrische Isolierbänder mit einem Haftkleber auf einer ihrer Oberflächen herstellen.

Aus CA-A-778 730 und US-A-3 379 562 sind dehnbare Klebebän der mit einem Haftkleber auf einer ihrer Oberflächen be kannt. Das Klebeband gemäß CA-A-778 730 soll insbesondere zum glatten Umwickeln von elektrischen Einrichtungen und Teilen geeignet sein.

US-A-4 609 579 beschreibt ein dehnbares Band, das zum Auf bringen einer Schutzumwicklung auf einen Gegenstand, bei spielsweise eine Drahtschweißverbindung geeignet sein soll. Das Band soll um mindestens 100% dehnbar sein, wobei die Dehneigenschaften von der Temperatur und anderen Bedingungen abhängen. Das Band soll auch nach dem Dehnen noch flexibel sein, um eine Druckkraft auf den umwickelten Draht ausüben zu können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kunststoffband sowie ein Klebeband mit einem Kunststoffband als Träger und einer auf mindestens einer Seite des Kunststoffbandes aufge brachten Klebstoffschicht bereitzustellen, die zur Umwick lung eines unregelmäßig geformten Körpers besonders gut ge eignet sind.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Kunst stoffband sowie ein Klebeband mit einem Kunststoffband als Träger und einer auf mindestens einer Seite des Kunststoff bandes aufgebrachten Klebstoffschicht bereitzustellen, mit dem die Umwicklung eines Körpers, insbesondere auch eines unregelmäßig geformten Körpers, mit geringem Kraftaufwand durchführbar ist und eine gute Anschmiegung des Bandes an den Körper sowie eine hohe Flexibilität des umwickelten Kör pers sichergestellt ist.

Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfah ren zum Herstellen eines mit einem Kunststoffband umwickel ten Körpers zur Verfügung zu stellen, mit dem der Arbeitsab lauf beim Umwickeln vereinfacht, die Qualität der Umwicklung erhöht sowie der Materialaufwand reduziert wird.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein derar tiges Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem die Um wicklung eines Körpers, insbesondere auch eines unregelmäßig geformten Körpers, mit geringem Kraftaufwand herzustellen ist und eine gute Anschmiegung der Umwicklung sowie hohe Flexibilität des umwickelten Körpers sichergestellt ist.

Diese Aufgaben werden durch das Kunststoffband, das Klebe band und das Verfahren gemäß der Erfindung gelöst.

Bei der Lösung geht die Erfindung von dem Grundgedanken aus, gezielt ein Band mit spezifischen Dehnungseigenschaften aus zuwählen, das sich bei der Umwicklung eines auch unregel mäßig geformten Körpers besonders vorteilhaft einsetzen läßt. Das erfindungsgemäße Band weist eine Zugbeanspru chungs-Dehnungskurve mit einem ersten im wesentlichen elastischen Bereich, einem anschließenden zweiten Bereich plastischer Verformung bei geringem Anstieg der Zugbeanspru chung des Bandes mit der Dehnung und einem dritten Bereich starken Anstiegs der Zugbeanspruchung mit der Dehnung bis zum Abriß auf. Die anfängliche elastische Banddehnung ge stattet eine gute Bündelung beim Umwickeln von aus mehreren Gliedern bestehenden Körpern, wie Leitungssträngen. Die starke plastische Verformbarkeit bewirkt eine gute Anschmie gung des Bandes auch bei großen Änderungen des Durchmessers des Körpers, und der starke Anstieg der Zugbeanspruchung bei hoher Dehnung verhindert einen unkontrollierten Abriß des Bandes.

Die verschiedenen Bereiche der Zugbeanspruchungs-Dehnungs kurve des erfindungsgemäß eingesetzten Bandes werden vor zugsweise so definiert, daß an der Grenze zwischen dem er sten und dem zweiten Bereich der Elastizitätsmodul, d. h. die Steigung bzw. Ableitung der Zugbeanspruchungs-Dehnungskurve, ein Viertel seines Maximalwertes innerhalb des ersten Berei ches ist, und daß an der Grenze zwischen dem zweiten und dem dritten Bereich die Zugbeanspruchung doppelt so groß wie an der Grenze zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich ist. Diese Einteilung der verschiedenen Bereiche hat sich auf grund umfangreicher Untersuchungen als besonders praktikabel erwiesen.

Üblicherweise ist der erste Bereich der Zugbeanspruchungs- Dehnungskurve nicht rein elastisch, sondern umfaßt auch einen Übergangsbereich zum Bereich plastischer Verformung, in dem der Elastizitätsmodul mit steigender Dehnung rasch abfällt, was auch in der vorstehenden Definition der Grenze zwischen dem ersten und zweiten Bereich zum Ausdruck kommt. Der rein elastische Bereich kann im Verhältnis zu den ande ren Bereichen sehr klein sein, d. h. das Band reagiert nur bei kleinen Dehnungen rein elastisch.

Vorzugsweise beträgt der Elastizitätsmodul des Bandes im elastischen Bereich mindestens 10 N/mm², besonders bevorzugt mindestens 20 N/mm². Dadurch ist eine ausreichend große re versible Dehnung zu Beginn des Wicklungsvorganges gewährlei stet.

Im Bereich plastischer Verformung ist vorzugsweise über einen möglichst großen Dehnungsbereich ein Plateau der Zug beanspruchung ausgebildet, d. h. der Elastizitätsmodul ist Null oder nimmt einen sehr kleinen Wert von vorzugsweise höchstens 5 N/mm², besonders bevorzugt höchstens 2 N/mm² an. Hierdurch wird eine gute Anschmiegung der Wicklung des Ban des an den zu umwickelnden Körper und insbesondere bei der Umwicklung von Leitungssträngen eine hohe Flexibilität des umwickelten Leitungsstrangs gewährleistet.

Die Gesamtdehnung des Bandes bis zum Reißen (Reißdehnung) beträgt vorzugsweise mindestens 300%, besonders bevorzugt mindestens 600%. Die Banddehnung an der Grenze zwischen dem zweiten Bereich plastischer Verformung und dem dritten Be reich mit starkem Anstieg der Zugbeanspruchung beträgt vor zugsweise mindestens 250%, besonders bevorzugt mindestens 400%. Durch diese hohe Dehnung kann eine erhebliche Mate rialersparnis erzielt werden, da von einer relativ kleinen Rolle im gedehnten Zustand eine große Länge des Kunststoff bandes abgerollt werden kann. Durch die hohe Dehnung werden somit die Ausbeute verbessert und das Bandgewicht stark ver ringert.

In demjenigen Bereich des Plateaus der Zugbeanspruchungs- Dehnungskurve, in dem der Elastizitätsmodul seinen Minimal wert aufweist, d. h. in dem eine besonders hohe irreversible Dehnung stattfindet, beträgt die Zugbeanspruchung vorzugs weise 3 bis 10 N/mm², besonders bevorzugt 5 bis 10 N/mm². Es hat sich gezeigt, daß in diesem Bereich der Zugbeanspruchung eine besonders angenehme und einfache manuelle Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich ist. Bei maschinel ler Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Zugbeanspruchung in dem genannten Dehnungsbereich auch bei etwa 10 bis 50 N/mm² liegen.

Um ein unbeabsichtigtes Abreißen des Bandes insbesondere bei der maschinellen Wicklung zu verhindern, sollte die Reißfe stigkeit des Bandes mindestens doppelt so groß, vorzugsweise mindestens dreimal so groß wie die Zugbeanspruchung in demjenigen Bereich der plastischen Verformung sein, in dem der Elastizitätsmodul seinen Minimalwert aufweist.

Die Zugbeanspruchungs-Dehnungskurve und deren Parameter, wie die Änderung des Elastizitätsmoduls mit der Dehnung und die Reißfestigkeit, beschreiben für seine Handhabung wesentliche Eigenschaften des Bandes. Insbesondere nach dem Umwickeln eines Körpers mit dem Band werden auch andere Parameter für die Eigenschaften des Bandes relevant, beispielsweise die Spannungsrelaxation des Bandes in Abhängigkeit von der Zeit und der Temperatur. Die Spannungsrelaxation kann gemäß DIN 53 441 gemessen werden. Die Ergebnisse der Messungen be schreiben quantitativ das Verhalten des Bandes nach seiner Dehnung und beschreiben insbesondere die Tendenz des Bandes, wieder seine ursprünglichen Abmessungen anzunehmen, und sind damit ein Maß für die Kraft, die das Band nach dem Umwickeln auf den Körper ausübt. Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, daß nach dem Umwickeln eine geringere Kraft auf den Körper aus geübt wird als mit herkömmlichen Bändern. Vorzugsweise weist erfindungsgemäß das Band eine von der Dehnung weitgehend un abhängige Spannungsrelaxation von etwa 20 bis 90%, beson ders bevorzugt von etwa 30 bis 50% auf.

Wie nachstehend insbesondere anhand von Fig. 1 noch näher erläutert, unterscheidet sich das Zugbeanspruchungs-Deh nungsverhalten des erfindungsgemäßen Bandes vom Verhalten bisher zum Umwickeln von Körpern verwendeter Kunststoffbän der, insbesondere PVC-Bänder, vor allem durch das Vorliegen eines Plateaus der Zugbeanspruchung im Bereich mittlerer Dehnung.

Es hat sich gezeigt, daß das Auftreten eines Maximums, d. h. einer Streckgrenze im nominellen Zugbeanspruchungs-Dehnungs diagramm beim Übergang zwischen erstem und zweitem Bereich mit anschließenden negativen Werten des Elastizitätsmoduls zu einem ungünstigen Wicklungsverhalten des Bandes führt und deshalb in der Praxis nicht bevorzugt ist. Wenn das nomi nelle Zugbeanspruchungs-Dehnungsdiagramm kein Maximum auf weist, ist eine faltenfreie Dehnung des Bandes gewährlei stet. Mit einem derartigen Band lassen sich auch möglichst faltenfreie Umwicklungen eines unregelmäßigen Körpers her stellen.

Das Material für die erfindungsgemäßen Kunststoffbänder kann aus allen denjenigen Materialien ausgewählt werden, deren Zugbeanspruchungs-Dehnungskurve den genannten Kriterien ge nügt. Die gezielte Auswahl eines geeigneten Kunststoffs mit dem erfindungsgemäßen Zugbeanspruchungs-Dehnungsverhalten ist wesentlich für die Erfindung. Bevorzugt sind Kunststoff bänder aus Materialien, die kein Chlor enthalten, beispiels weise Polyolefine, Ethylen-Propylen-Copolymerisate, Acryl säureester oder Vinylacetat. Das Material für das Kunst stoffband sollte keine Weichmacher enthalten, da diese beim Altern verdampfen können und das Band dadurch spröde machen. Außerdem können Weichmacher in den umwickelten Körper, bei spielsweise in die Isolierungen der umwickelten Leiter oder Kabel wandern und deren Eigenschaften nachteilig verändern. Bei dem erfindungsgemäßen Band, das als Klebeband ausgebil det ist und eine auf das Kunststoffband aufgebrachte Kleb stoffschicht aufweist, könnte der Weichmacher auch in die Klebstoffschicht wandern und deren Eigenschaften nachteilig verändern.

Erfindungsgemäß sind Materialien für das Kunststoffband be vorzugt, die billig sind und mit herkömmlichen Pigmenten und Zusätzen je nach Verwendungszweck modifiziert werden können. Die verwendeten Materialien sollten auch bei niedriger Tem peratur nicht spröde sein, beispielsweise nicht so spröde wie Weich-PVC, und bei hohen Temperaturen stabil sein, was beispielsweise durch die Abwesenheit von Weichmachern ermög licht wird.

Ein erfindungsgemäß besonders bevorzugtes Kunststoffband be steht aus "Soft Blown" Polypropylen-Film XBPP-14.0 und ist von Consolitated Thermoplastics, Schaumberg, Illinois, USA, erhältlich. Dieses Material ist vermutlich ein Ethylen-Pro pylen-Copolymerisat mit hohem Propylenanteil und mit Vinyl acetat als Comonomer und weist eine gewisse Orientierung auf.

Dem für das Kunststoffband verwendeten Material können Zu sätze, wie Flammenverzögerer, beigefügt werden, um bestimm ten Sicherheitsanforderungen zu genügen. Diese Zusätze müs sen so ausgewählt werden, daß sie das erfindungsgemäße grundlegende Dehnungsverhalten des Bandes nicht nachteilig beeinflussen.

Die Erfindung stellt auch ein Klebeband zur Verfügung, bei dem ein Kunststoffband mit den vorstehend erläuterten Eigen schaften als Träger verwendet wird. Unter "Klebeband" wird dabei erfindungsgemäß ein Kunststoffband verstanden, das aufgrund einer Oberflächenbehandlung mindestens einer seiner beiden breiten Seiten eine gewisse Klebrigkeit aufweist. Bei der Oberflächenbehandlung kann es sich dabei sowohl um eine chemische als auch um eine physikalische Behandlung handeln. Beispielsweise kann die zu behandelnde Oberfläche des Kunst stoffbandes zunächst mit einem Primer oder durch eine Corona-Behandlung vorbehandelt und anschließend ein Kleber aufgebracht werden, um eine geeignete Klebstoffschicht aus zubilden.

Für die Klebstoffschicht wird beispielsweise ein druck empfindliches Klebstoffsystem oder ein Hot-Melt-Kleber ver wendet, der mit herkömmlichen Verfahren auf das Kunststoff band aufgebracht werden kann. Die Eigenschaften des als Kunststoffband verwendeten Trägers und des Klebstoffs sind vorzugsweise aufeinander abgestimmt. Der Klebstoff kann ge gebenenfalls auch Zusätze aufweisen, beispielsweise Flamm verzögerer.

Die der Klebstoffseite gegenüberliegende Seite des Kunst stoffbandes kann einer Behandlung zur Modifizierung ihrer Haftfähigkeit unterzogen werden. Beispielsweise kann diese Seite eine klebstoffabweisende Beschichtung (LAB-Beschich tung) aufweisen, um ein Abrollen des üblicherweise auf eine Rolle aufgewickelten Klebebandes zu erleichtern. Vorzugs weise beträgt die Abrollkraft etwa 2 bis 5 N/mm², besonders bevorzugt etwa 2 bis 3 N/mm². Wenn die Abrollkraft zu gering ist, kann sich das Klebeband unter dem Einfluß der Schwer kraft selbsttätig abrollen, was die Handhabung erschwert, beispielsweise beim Umwickeln eines Körpers mit dem Band. Wenn die Abrollkraft zu groß ist, wird das Abrollen eben falls erschwert, da der Benutzer beim Abrollen des Klebeban des eine zu große Kraft aufbringen muß.

Die erfindungsgemäßen Bänder weisen vorzugsweise eine Breite von etwa 15 bis 25 mm, besonders bevorzugt etwa 19 mm auf. Mit einer derartigen Bandbreite läßt sich die Umwicklung eines Körpers besonders einfach durchführen.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich die Umwicklung eines Körpers von einer Person mit geringem Kraftaufwand ohne Werkzeug ausführen. Im ungedehnten Zustand oder bei ge ringer Dehnung läßt sich das Band sehr leicht manuell ab reißen, insbesondere senkrecht zur Bandrichtung. Bei höherer Dehnung kommt es zu einer Orientierung des Bandes, wodurch seine Festigkeit, insbesondere auch seine Abreißfestigkeit erhöht wird. Das erfindungsgemäß definierte Abreißverhalten bei hohen Dehnungen ermöglicht auch eine maschinelle Her stellung der Wicklungen.

Die fertige Umwicklung liegt fest am Körper an und bietet bei überlappender Wicklung einen guten Schutz gegen äußere Einflüsse, wie Staub oder Flüssigkeiten. Wenn nur eine me chanische Bündelung erforderlich ist, so kann die volle Dehnbarkeit des Bandes genutzt und eine offene Wicklung auf gebracht werden. Dadurch wird der Materialverbrauch mini miert. Die hohe Flexibilität der Umwicklung gestattet ein Nachgeben des umwickelten Körpers, z. B. bei seiner Montage. Die niedrige Rückstellkraft des Bandes auch bei starker Deh nung verringert den Druck auf den Körper und verhindert so z. B. ein Herausquetschen von Dichtungsmaterial oder eine Zerstörung von empfindlichen Teilen des Körpers.

Der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren umwickelte Körper kann aus einzelnen Leitern oder Kabeln bestehen, die gebün delt und umhüllt werden. Ein Einsatzgebiet des Verfahrens sind insbesondere Kabelbäume für Kraftfahrzeuge.

Es können jedoch mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch andere umwickelbare Körper, insbesondere unregelmäßig ge formte Körper, zum Schutz oder für dekorative Zwecke um wickelt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch für medizinische Zwecke verwendet werden.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens können Umwicklungen variabler Dicke erzeugt werden. Dabei wird das Band z. B. an den Enden eines Körpers gespannt und in seinem Mittelbereich im wesentlich ungespannt um den Körper gewickelt, wodurch im Mittelbereich eine dickere Umwicklung entsteht.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch so durchgeführt werden, daß zunächst eine Wicklung oder zwei Wicklungen mit 50% Überlappung ohne Dehnung aufgetragen werden, danach weitere Wicklungen mit hoher Dehnung im Bereich plastischer Verformung erfolgen und am Schluß eine Endwicklung bei na hezu ungedehntem Band aufgetragen wird. Der Abriß des Bandes ist dann manuell sehr leicht möglich. Der Abschluß der Um wicklung kann aber auch durch zwei oder drei Endwicklungen mit stark gedehntem Band erfolgen. Der Abriß des Bandes er fordert jedoch dann eine erhöhte Kraftanstrengung, und kann maschinell durchgeführt werden.

Ein visueller Vergleich eines mit dem erfindungsgemäßen Ver fahren umwickelten Leitungsstrangs mit einem mit herkömmli chem PVC-Band umwickelten Leitungsstrang zeigt, daß beim er findungsgemäßen Verfahren auch bei unregelmäßig geformten Leitungssträngen eine gute Anschmiegung erfolgt und keine Lücken in der Umwicklung sichtbar sind. An denjenigen Stel len, an denen eine offene Wicklung gewünscht ist, kann das Band beim erfindungsgemäßen Verfahren sehr stark gedehnt und damit Material eingespart werden. Die Dicke der Umwicklung läßt sich einfach aufgrund der Dehnung des Bandes steuern.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1A, B, C und D vier typische Zugbeanspruchungs-Deh nungskurven für verschiedene Materialien im Ver gleich,

Fig. 2 eine optimale Zugbeanspruchungs-Dehnungskurve sowie die Abhängigkeit des Elastizitätsmoduls von der Deh nung für ein erfindungsgemäßes Kunststoffband,

Fig. 3 Kurven der erfindungsgemäß bevorzugten maximalen und minimalen Zugbeanspruchung in Abhängigkeit von der Dehnung,

Fig. 4 Kurven des erfindungsgemäß bevorzugten maximalen und minimalen Elastizitätsmoduls in Abhängigkeit von der Dehnung,

Fig. 5 eine Zugbeanspruchungs-Dehnungskurve sowie die Ab hängigkeit des Elastizitätsmoduls von der Dehnung für ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Ethylen-Propylen-Copolymerisats,

Fig. 6 eine Zugbeanspruchung-Dehnungskurve sowie die Abhän gigkeit des Elastizitätsmoduls von der Dehnung für ein herkömmliches PVC-Band und

Fig. 7 die Abhängigkeit der Spannungsrelaxation von der Zeit bei verschiedenen Dehnungen für ein erfindungs gemäßes und ein herkömmliches Kunststoffband im Ver gleich.

Fig. 1A zeigt eine Zugbeanspruchungs-Dehnungskurve (σ/ε- Kurve) eines herkömmlichen PVC-Bandes, bei dem die Zugbean spruchung im wesentlichen stetig mit der Dehnung bis zum Ab riß ansteigt. Ein derartiges Band erfordert einen hohen Kraftaufwand beim Umwickeln eines Körpers und es lassen sich praktisch keine glatten, faltenfreien Umwicklungen herstel len.

Fig. 1B zeigt eine typische Zugbeanspruchungs-Dehnungskurve eines LLDPE (linear low-density polyethylen)-Bandes mit einem Maximum, d. h. einer Streckgrenze. Bei einem derartigen Band kommt es beim Umwickeln eines Körpers beim Überschrei ten der Streckgrenze leicht zu einer unkontrollierten Deh nung des Bandes, und es ist dann kaum möglich, das Band fal tenfrei zu wickeln.

Fig. 1C zeigt einen Übergang zwischen der Zugbeanspruchungs- Dehnungskurve gemäß Fig. 1A und der Kurve gemäß Fig. 1D, die ein Plateau aufweist und insgesamt ein im wesentlichen ideales Verhalten für ein zum Umwickeln eines Körpers ver wendetes Band zeigt.

Fig. 2 zeigt eine optimale Zugbeanspruchung-Dehnungskurve (σ/ε-Kurve) eines erfindungsgemäßen Bandes, insbesondere Kunststoffbandes, mit den erfindungsgemäß bevorzugten Deh nungsbereichen, das zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren besonders geeignet ist. Bei kleinen Dehnungen dehnt sich das Band anfangs in einem in dem gezeigten Bei spiel sehr kleinen ersten Bereich A elastisch aus, d. h. die Dehnung gehorcht dem Hooke′schen Gesetz. Nach einem Über gangsbereich A′, in dem der Elastizitätsmodul absinkt, folgt im zweiten Bereich B ein breites Plateau plastischer Verfor mung mit allenfalls sehr geringem Anstieg der Zugbeanspru chung und kleinen Werten des Elastizitätsmoduls E, wobei je doch immer E 0 gilt. Am Ende der Dehnung liegt der dritte Bereich C mit einem starken Anstieg der Zugbeanspruchung mit der Dehnung bis zum Bandriß.

ε₁ ist die Dehnung an der Grenze der Bereiche A und B und wird durch den Elastizitätsmodul bestimmt. Es gilt die Be ziehung:

E (ε₁) = 0,25 E_max (0-ε₁)

wobei E (ε₁) der Elastizitätsmodul bei ε₁ und E_max (0-ε₁) der Maximalwert des Elastizitätsmoduls im Bereich zwischen 0 und ε₁ ist.

ε₂ ist die Dehnung, bei der der Elastizitätsmodul seinen Mi nimalwert aufweist. Der Minimalwert ist vorzugsweise etwa Null.

ε₃ ist die Dehnung an der Grenze der Bereiche B und C, wobei die Bereichsgrenze durch die Zugbeanspruchung σ definiert wird. Es gilt die Beziehung:

σ₃ (ε₃) = 2·σ₁ (ε₁)

wobei σ₃ die Zugbeanspruchung bei ε₃ und σ₁ die Zugbeanspru chung bei ε₁ ist.

ε_r ist die Abrißgrenze am Ende des Bereiches C und wird durch die Grenze der Zugbeanspruchung bestimmt. Vorzugsweise gilt die Beziehung:

σ_r » σ₃ (ε₃)

wobei σ_r die Zugbeanspruchung an der Abrißgrenze und σ₃ die Zugbeanspruchung bei ε₃ ist. Außerdem gilt vorzugsweise σ_r 2·σ₂, besonders bevorzugt σ_r 3·σ₂, wobei ο₂ die Zugbeanspruchung bei ε₂ ist. Im Bereich C kommt es wieder zu einem stärkeren Anstieg des Elastizitätsmoduls. Der sich deutlich vom Bereich B unterscheidende Bereich C verhindert einen unbeabsichtigten, leichten Abriß des Bandes beim Wickeln im Bereich B.

Fig. 3 zeigt in Form von Umhüllenden bzw. Hüllkurven die er findungsgemäß bevorzugten Grenzen (Minima und Maxima), in denen sich die Zugbeanspruchung für eine entsprechende Deh nung bewegt. Für sehr kleine Dehnungen beträgt der Maximal wert der Zugbeanspruchung 10 N/mm². Nach dem maximal zuläs sigen Anstieg der Zugbeanspruchung im Bereich der plasti schen Verformung steigt die Zugbeanspruchung nach dem Über queren des Grenzwertes bei ε₃ = 250% stärker an und er reicht bei ε_r = 300% den Maximalwert von 50 N/mm. Der mini mal zulässige Wert der Zugbeanspruchung zeigt ein ausge dehntes Plateau im Bereich der plastischen Verformung und steigt erst bei ε₃ = 900% an und erreicht schließlich den Mindestwert der Reißfestigkeit bei 10 N/mm².

Fig. 4 zeigt, ähnlich wie Fig. 3, ebenfalls in Form von Um hüllenden die erfindungsgemäß bevorzugten Grenzen (Minima und Maxima), in denen sich der Elastizitätsmodul für eine entsprechende Dehnung bewegt.

Fig. 5 und 6 stellen tatsächliche Zugbeanspruchungs-Deh nungskurven und den Verlauf des Elastizitätsmoduls für ein Ausführungsbeispiel der Erfindung (Fig. 5) bzw. für ein her kömmlicherweise zum Umwickeln von Körpern verwendetes Kunst stoffband (Fig. 6) dar. Die Messungen wurden gemäß ASTM D- 882 an unbeschichteten Bändern durchgeführt und stellen die nominellen σ/ε-Kurven dar. Diese Kurven zeigen quantitativ das Verhalten des Kunststoffbandes während des Aufbringens auf den Körper.

Das bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 verwendete Band besteht aus einem Copolymer aus Propylen und Ethylen im Mi schungsverhältnis von 65 : 35 bis 85 : 15. Die Zugbeanspru chungs-Dehnungskurve weist die erfindungsgemäßen Bereiche A bis C auf. Der rein elastische Bereich innerhalb des Be reichs A ist dabei verhältnismäßig klein. Das Plateau der Zugbeanspruchung im Bereich B liegt bei etwa 5 N/mm² und die maximale Zugfestigkeit (Reißfestigkeit) bei etwa 15 N/mm². Der E-Modul liegt im gesamten Bereich des Plateaus deutlich unter 1 N/mm². Die Dehngrenze liegt bei etwa 600%.

Fig. 6 zeigt die Zugbeanspruchungs-Dehnungskurve und den ver lauf des E-Moduls eines PVC-Bandes, wie es im Stand der Technik zum Umwickeln von Körpern verwendet wird. Der Abriß des Bandes erfolgt bereits bei 200% Dehnung. Das Band weist anfänglich einen im wesentlichen elastischen Bereich auf, und der Abriß erfolgt, bevor das Minimum des Elastizitätsmo duls erreicht ist.

Fig. 7 zeigt im Vergleich die Spannungsrelaxationskurven bei verschiedenen Dehnungen für ein im erfindungsgemäßen Verfah ren einsetzbares Band, das aus einer Folie vom Typ "Soft Blown" PP-Film XBPP-14.00 von Consolidated Plastics herge stellt ist, und eines üblicherweise zum Umwickeln von Kör pern verwendeten PVC-Bandes. Die Spannungsrelaxationsmessun gen wurden gemäß DIN 53 441 durchgeführt. Diese Prüfung simu liert gut die Bedingungen beim Umwickeln von Körpern durch ein Band. Nach dem Aufbringen des Bandes mit einer gewissen Spannung relaxiert das Kunststoffband und nimmt einen nied rigeren Spannungszustand ein. Zum Vergleich des bekannten PVC-Bandes mit dem erfindungsgemäßen verwendeten PP-Band werden Proben beider Bänder einer bestimmten Dehnung unter worfen, während die Änderung der Zugbeanspruchung (Spannung) mit der Zeit gemessen wird. Zur besseren Darstellung werden die erhaltenen Kurven in Zeit-Zugbeanspruchungs-Kurven in logarithmischer Skala umgewandelt. Fig. 6 zeigt derartige logarithmische Spannungsrelaxationskurven im Vergleich. Der entscheidende Unterschied zwischen dem bekannten PVC-Band und dem erfindungsgemäß eingesetzten PP-Band liegt im Unter schied der Zunahme der Zugbeanspruchung bei höheren Dehnun gen. Die Kurven für das erfindungsgemäß verwendete PP-Band liegen relativ dicht zusammen, d. h. die aufgebrachte Zug spannung ist im wesentlichen unabhängig von der Dehnung des Bandes. Dies stellt einen wesentlichen Vorteil beim Um wickeln unregelmäßig geformter Körper dar. Für das PVC-Band liegen keine Werte für Dehnungen ε < 200% vor, da bereits frühzeitig ein Bandriß erfolgt.

Bei Messungen bei verschiedenen Temperaturen hat sich ge zeigt, daß das erfindungsgemäß verwendete PP-Band auch ein besseres Verhalten bei hohen Temperaturen zeigt. So liefert beispielsweise bei 120°C ein um 600% gedehntes PP-Band bes sere Ergebnisse als ein nur 15% gedehntes PVC-Band.

Beispiele

Es wurden insgesamt 26 verschiedene, in Tabelle I aufge führte Kunststoffbänder geprüft. Die Ergebnisse sind in Ta belle II zusammengefaßt.

Tabelle II

Die Beispiele 1 bis 4 sind besonders bevorzugt. Es ist keine Streckgrenze, d. h. kein negativer Elastizitätsmodul meßbar. Die Zugbeanspruchung im Plateau im Bereich B liegt zwischen 5 und 10 N/mm² und beträgt jeweils weniger als 30% der ma ximalen Zugfestigkeit. Die Dehngrenze liegt teilweise deut lich über, teilweise im Bereich von 600%.

Auch die Bänder gemäß Beispielen 5 bis 7 sind gut für das erfindungsgemäße Verfahren geeignet. Allerdings ist in Bei spiel 5 das Verhältnis der Zugbeanspruchung im Plateau zur maximalen Zugfestigkeit relativ hoch, während bei den Bei spielen 6 und 7 die Zugbeanspruchung im Bereich des Plateaus relativ niedrig ist.

Bei den Bändern gemäß Beispielen 8 bis 11 ist die Dehngrenze relativ niedrig und jeweils < 600%. Außerdem ist bei den Beispielen 8, 9 und 11 das Verhältnis Plateau/maximale Zug festigkeit relativ hoch. Allerdings sind auch die Kunst stoffbänder gemäß diesen Beispielen noch für das erfindungs gemäße Verfahren geeignet.

Beim Band gemäß Beispiel 12 ist die Zugbeanspruchung im Pla teau sehr hoch und das Verhältnis Plateau/maximale Zugfe stigkeit ebenfalls recht hoch. Außerdem ist die Dehngrenze relativ niedrig. Dieses Band ist weniger gut für das erfin dungsgemäße Verfahren geeignet.

Geeignet ist aber wiederum das Band gemäß Beispiel 13, das ein Beispiel für eine flammhemmende Ausführungsform ist.

Bei den Beispielen 14 bis 17 ist kein Plateau im Bereich B erkennbar. Diese Kunststoffbänder sind somit als Ver gleichsbeispiele zu betrachten, die nicht für das erfin dungsgemäße Verfahren geeignet sind.

Bei den Beispielen 18 bis 26 liegt jeweils eine Streck grenze, d. h. ein Bereich mit negativem Elastizitätsmodul vor. Diese Bänder sind somit ebenfalls lediglich Ver gleichsbeispiele, da das Wickelverhalten hierdurch ungünstig beeinflußt wird.

Claims

1. Kunststoffband, das eine Zugbeanspruchungs-Dehnungskurve aufweist, die die folgenden Bereiche umfaßt:

a) einen anfänglichen, im wesentlichen elastischen Be reich (A) der Zugbeanspruchung σ in einem Bereich der Dehnung ε zwischen 0 und ε₁,
b) einen an den Bereich (A) anschließenden Bereich (B) plastischer Verformung zwischen ε₁ und ε₃, in dem die Steigung der Zugbeanspruchungs-Dehnungskurve Null ist oder einen kleinen positiven Wert annimmt, und
c) einen Bereich (C) zwischen ε₃ und ε_r, wobei ε_r die Dehnung ist, bei der das Band reißt, mit einer stär keren Steigung der Zugbeanspruchungs-Dehnungskurve als im Bereich (B).

2. Band nach Anspruch 1, wobei ε₁ die Dehnung ist, bei der der Betrag des Elastizitätsmoduls ein Viertel seines Ma ximalwertes zwischen 0 und ε₁ ist, und wobei ε₃ die Deh nung ist, bei der die Zugbeanspruchung doppelt so groß wie bei ε₁ ist.

3. Band nach Anspruch 1 oder 2, wobei der im wesentlichen elastische Bereich (A) einen Übergangsbereich (A′) zum Bereich (B) aufweist.

4. Band nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Maxi malwert des Elastizitätsmoduls des Bandes mindestens 10 N/mm², vorzugsweise mindestens 20 N/mm² ist.

5. Band nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Elasti zitätsmodul des Bandes im Bereich (B) kleiner 5 N/mm², vorzugsweise kleiner 2 N/mm² ist.

6. Band nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Dehnung ε₃ des Bandes größer 250%, vorzugsweise größer 400% ist.

7. Band nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Dehnung ε_r des Bandes größer 300%, vorzugsweise größer 600% ist.

8. Band nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Band bei der Dehnung ε₂ eine Zugbeanspruchung von 10 bis 50 N/mm² aufweist, wobei ε₂ die Dehnung ist, bei der der Elastizitätsmodul seinen Minimalwert aufweist und ε₁ ε₂ ε₃ gilt.

9. Band nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Band bei der Dehnung ε₂ eine Zugbeanspruchung im Bereich von 3 bis 10 N/mm², vorzugsweise von 5 bis 10 N/mm² auf weist, wobei ε₂ die Dehnung ist, bei der der Elastizi tätsmodul seinen Minimalwert aufweist und ε₁ ε₂ ε₃ gilt.

10. Band nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Reiß festigkeit des Bandes mindestens so groß wie der dop pelte Wert, vorzugsweise mindestens so groß wie der dreifache Wert der Zugbeanspruchung bei der Dehnung ε₂ ist.

11. Band nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Band eine von der Dehnung weitgehend unabhängige Spannungsre laxation von 20 bis 90% aufweist.

12. Band nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Band aus einem Ethylen-Propylen-Copolymerisat, einem Meth acrylsäureester oder einem Ethylen-Propylen-Vinylacetat- Copolymerisat besteht.

13. Band nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Ober fläche des Bandes auf mindestens einer seiner beiden breiten Seiten behandelt ist und eine gewisse Klebrig keit aufweist, vorzugsweise mit Klebstoff beschichtet ist, wobei das Band vorzugsweise auf seiner gegenüber liegenden breiten Seite zur Modifizierung der Haftfähig keit behandelt worden ist.

14. Klebeband mit einem Kunststoffband als Träger und einer auf mindestens einer Seite des Kunststoffbandes aufge brachten Klebstoffschicht, wobei das Kunststoffband eine Zugbeanspruchungs-Dehnungskurve aufweist, die die folgen den Bereiche umfaßt:

15. Verfahren zur Herstellung eines mit einem Kunststoffband umwickelten Körpers, wobei man ein Band einsetzt, dessen Zugbeanspruchungs-Dehnungskurve aufweist:

16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei der mit dem Band zu umwickelnde Körper aus mindestens zwei Gliedern besteht, die einen Strang ausbilden, wobei der Strang vorzugs weise aus einzelnen elektrischen, hydraulischen, faser optischen oder anderen Leitern bzw. Kabeln besteht.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei das Band mehr fach um den Körper gewickelt wird und an bestimmten Be reichen des Körpers in gedehntem Zustand und an anderen Bereichen in im wesentlichen ungedehntem Zustand um ihn gewickelt wird, so daß eine Wicklung variabler Dicke ausgebildet wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17 mit den folgenden Schritten:

a) Wickeln von mindestens einer Windung um den Körper ohne Dehnung des Bandes,
b) Wickeln weiterer Windungen mit hoher Dehnung des Bandes,
c) Aufbringen einer Endwicklung mit im wesentlichen un gedehntem Band und
d) manueller Abriß des Bandes.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch modifiziert, daß in Schritt c) mindestens eine Endwicklung mit stark gedehn tem Band ausgeführt wird und der Abriß danach kontrol liert nach einem erheblichen Anstieg der Zugbeanspru chung erfolgt.

20. Verwendung eines Bandes zur Herstellung eines mit einem Band umwickelten Körpers, wobei das Band die Merkmale gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 aufweist.