WO2008141857A1 - Schutzschicht für elastomere elemente gegen elektromagnetische strahlungen - Google Patents

Schutzschicht für elastomere elemente gegen elektromagnetische strahlungen Download PDF

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Hubertus Gawinski
Eckhard Vogt
Reinhard Teves
Claus-Lüder Mahnken
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Contitech Luftfedersysteme Gmbh
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    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F9/00—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
    • F16F9/02—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium using gas only or vacuum
    • F16F9/04—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium using gas only or vacuum in a chamber with a flexible wall
    • F16F9/0409—Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium using gas only or vacuum in a chamber with a flexible wall characterised by the wall structure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D22/00—Producing hollow articles
    • B29D22/02—Inflatable articles
    • B29D22/023—Air springs; Air bellows

Definitions

  • the invention relates to a protective layer for surfaces of elastomeric elements, in particular for the bellows wall of a bellows.
  • Such elastomeric surfaces are exposed, for example, in air springs of rail or road vehicles, especially in trucks strong environmental influences such as heat, radiation and abrasion.
  • the life of the elastomeric elements is often determined not by the breaking of a reinforcing element, but by the failure of the elastomeric elements.
  • thermal loads but also the chemical and physical environmental influences such as oxidation and UV radiation can lead to a particularly rapid damage to the elastomer, as due to high temperatures of the plasticizer from the elastomers and exits first the surface and then the lower layers of elastomeric Elements harden and become brittle.
  • PTFE has good temperature stability, it is difficult to combine with the usual rubber compounds, for example, from air spring bellows. Due to the poor adhesion, it comes accordingly at high loads to detachment of the coating.
  • the invention has for its object to provide a protective layer of the type described, which protects the surfaces of the elastomeric elements over the prior art better against heat and other radiation exposure and also has good adhesion to the elastomeric surfaces.
  • This object is achieved in that the protective layer of formed with the surface of the elastomeric elements connected fluororubber with embedded microparticles is formed, wherein the microparticles against electromagnetic radiation, in particular heat rays, have a high reflectivity.
  • Such a protective layer can easily be produced by vulcanization of the elastomeric element, for example by spraying, and is permanently bonded to the elastomeric surface by means of a suitable adhesive system.
  • the protective layer of fluororubber is transparent, high temperature stable and impermeable to plasticizers, oxygen and ozone and does not react with these substances.
  • the protective layer completely encloses the surface of the elastomeric element and fluororubber is impermeable to plasticizer. As a result, this remains in the elastomer, whereby embrittlement is prevented.
  • the reflective microparticles contained in the layer reflect electromagnetic radiation from infrared to ultraviolet, thereby reducing, for example, the heat input from the outside into the elastomeric element. The risk of other radiation damage is also significantly reduced.
  • the microparticles are metal particles.
  • the microparticles are graphite particles.
  • the protective layer according to the invention can be used for the protection of the wall of a rolling bellows of an air spring.
  • the protective layer according to the invention can protect the bellows wall well against the effects of temperature.
  • the protective layer according to the invention can be used for membranes in pressure accumulators or pumps.
  • the protective layer according to the invention can be used for elastomer coated fabrics on life rafts.
  • the protective layer according to the invention can be used on fuel tanks made of elastomeric material.
  • the single FIGURE shows a longitudinal section through a portion of a bellows wall 1 of an elastomeric air spring bellows.
  • the air spring bellows is constructed of an inner rubber layer 2, a transparent outer rubber layer 3, a reinforcement layer 4 of 2 intersecting fabrics 5 and 6, an outer protective layer 7 and an inner protective layer 8.
  • Inner protective layer 7 and outer protective layer 8 are fixedly connected via a bonding agent layer 10 and 11 to the inner rubber 2 and to the outer rubber 3, respectively.
  • the outer protective layer 7 has finely distributed reflector particles 9 in its interior. Due to the fact that the outer protective layer 7 is transparent, the reflecting particles 9 can reflect any electromagnetic radiation which may be present in the range from infrared to ultraviolet.
  • the inner protective layer has no reflector particles.
  • Both protective layers 7 and 8 are formed of a fluororubber and prevent diffusion of plasticizer from the innerliner 2 or the outerliner 3. Also, oxygen is prevented from entering the rubber layers 2 and 3 because the fluororubber of the protective layers 7 and 8 is oxygen-impermeable.
  • the reflectivity of the outer protective layer 8 also ensures that the heat input into the rubber layers 2 and 3 and the reinforcement layer 4 is greatly reduced.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schutzschicht (7, 8) für Oberflächen von elastomeren Elementen (1), insbesondere für die Balgwand (1) eines Luftfederbalges. Die Oberflächen der elastomeren Elemente sind beispielsweise in Luftfedern von Schienen- oder Straßenfahrzeugen, insbesondere in Lastkraftwagen, starken Umwelteinflüssen wie Wärme, Strahlung und Abrieb ausgesetzt. Aufgabe der Erfindung ist es, die Oberflächen gegenüber dem Stand der Technik besser gegen Wärme und sonstige Strahlenbelastung zu schützen. Dazu ist die Schutzschicht (7, 8) aus fest mit der Oberfläche der elastomeren Elemente (1) verbundenem Fluorkautschuk mit eingebetteten Mikroteilchen (9) ausgebildet, wobei die Mikroteilchen (9) gegen elektromagnetische Strahlungen, insbesondere Wärmestrahlen, eine hohe Reflexionsfähigkeit aufweisen.

Description

Beschreibung
Schutzschicht für elastomere Elemente
Die Erfindung betrifft eine Schutzschicht für Oberflächen von elastomeren Elementen, insbesondere für die Balgwand eines Luftfederbalges.
Derartige elastomere Oberflächen sind beispielsweise in Luftfedern von Schienen- oder Straßenfahrzeugen, insbesondere in Lastkraftwagen starken Umwelteinflüssen wie Wärme, Strahlung und Abrieb ausgesetzt.
Besonders aufgrund der hohen Qualität der zum Einsatz kommenden Werkstoffe, insbesondere von Festigkeitsträgern in den elastomeren Elementen wird die Lebensdauer der elastomeren Elemente häufig nicht durch den Bruch eines Festigkeitsträgers, sondern durch das Versagen der elastomeren Elemente bestimmt.
Vor allem thermische Belastungen, aber auch die chemischen und physikalischen Umwelteinflüsse wie Oxidation und UV-Strahlung können zu einem besonders schnellen Schaden am Elastomer führen, da durch hohe Temperaturen der Weichmacher aus den Elastomeren austritt und erst die Oberfläche und dann die tiefer liegenden Schichten der elastomeren Elemente verhärtet und versprödet.
Es ist daher bekannt, die Oberflächen der elastomeren Elemente mit verschiedenen Stoffen zu beschichten, die Beständigkeit der Oberfläche gegen äußere Einflüsse und die Gleitfähigkeit verbessern. In der DE 10 2004 007 332 Al ist eine Luftfeder offenbart, bei der der Luftfederbalg mit einem Gleitmittel aus Polyurethan und Polytetrafluorethylen beschichtet ist, das die Haftfähigkeit von Schmutz auf der Balgaußenwand herabsetzen soll. Das Gleitmittel kann dabei bereits bei der Vulkanisation, aber auch nach Fertigstellung des Balges aufgebracht werden.
Von dieser Beschichtung ist jedoch eine dauerhaft verschleißmindernde Wirkung nicht zu erwarten, da hier zwar die Reibung herabgesetzt wird, ein weitergehender Schutz der Balgwand aber nicht gegeben ist. Außerdem reicht die Haftung zwischen diesen Materialien und dem Elastomer der Balgwand nicht aus. Insbesondere ist diese Art der Beschichtung nur unzureichend in der Lage, hohen Temperaturen stand zu halten, die beispielsweise in der Nähe von Auspuffanlagen von Kraftzeugen auftreten, da das Polyurethan nicht temperaturstabil ist.
PTFE weist zwar eine gute Temperaturstabilität auf, lässt sich jedoch nur schlecht mit den üblichen Gummimischungen beispielsweise von Luftfederbälgen verbinden. Durch die schlechte Haftfähigkeit kommt es dementsprechend bei hohen Belastungen zu Ablösungen der Beschichtung.
Eine alternative Schutzmöglichkeit ist in der US 3 982 559 dargestellt, in der eine elastomere Druckmembran für ein Regelventil für heiße Gase vorgeschlagen ist. Zum Schutz vor hohen Temperaturen ist die Membran mit Schutzlagen aus PTFE abgedeckt, die jedoch nicht fest mit dem Elastomer verbunden sind. Für die Belastungen eines Rollbalges ist ein derartiger Aufbau aus getrennten Lagen, wie er ähnlich auch in der JP 5 909 353 6 AA gezeigt ist, nicht geeignet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schutzschicht der eingangs geschilderten Art zu schaffen, die die Oberflächen der elastomeren Elemente gegenüber dem Stand der Technik besser gegen Wärme und sonstige Strahlenbelastung schützt und außerdem eine gute Haftfähigkeit auf den elastomeren Oberflächen aufweist. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Schutzschicht aus fest mit der Oberfläche der elastomeren Elemente verbundenem Fluorkautschuk mit eingebetteten Mikroteilchen ausgebildet ist, wobei die Mikroteilchen gegen elektromagnetische Strahlungen, insbesondere Wärmestrahlen, eine hohe Reflexionsfähigkeit aufweisen.
Eine derartige Schutzschicht lässt sich nach der Vulkanisation des elastomeren Elementes beispielsweise durch Aufsprühen einfach erzeugen und ist mittels eines geeigneten Haftsystems dauerhaft mit der elastomeren Oberfläche verbunden.
Die Schutzschicht aus Fluorkautschuk ist transparent, hochtemperaturstabil und undurchlässig für Weichmacher, Sauerstoff und Ozon und reagiert auch nicht mit diesen Stoffen.
Die Schutzschicht umschließt die Oberfläche des elastomeren Elementes vollständig und Fluorkautschuk ist undurchlässig für Weichmacher. Dadurch verbleibt dieser in dem Elastomer, wodurch eine Versprödung verhindert wird.
Die in der Schicht enthaltenden reflektierenden Mikroteilchen reflektieren elektromagnetische Strahlen von Infrarot bis Ultraviolett und vermindern dadurch beispielsweise auch den Wärmeeintrag von außen in das elastomere Element. Auch das Risiko von anderen Strahlenschäden ist deutlich reduziert.
In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Mikroteilchen Metallpartikel.
In einer Weiterbildung der Erfindung sind die Mikroteilchen Graphitpartikel.
Mit den genannten Mikroteilchen lässt sich eine gute Reflexionsfähigkeit gegen elektromagnetische Strahlung erzielen und die Beständigkeit elastomerer Elemente vor allem gegen Wärme und sonstige elektromagnetische Strahlung deutlich verbessern. Die erfindungsgemäße Schutzschicht kann für den Schutz der Wand eines Abrollbalges einer Luftfeder verwendet werden.
Besonders unter erschwerten Einsatzbedingungen, beispielsweise in der Nähe einer Auspuffanlage eines Kraftfahrzeugs, kann die erfindungsgemäße Schutzschicht die Balgwand gut gegen die Temperatureinflüsse schützen.
Die erfindungsgemäße Schutzschicht kann für Membrane in Druckspeichern oder Pumpen verwendet werden.
Die erfindungsgemäße Schutzschicht kann für elastomerbeschichtete Gewebe an Rettungsinseln verwendet werden.
Die erfindungsgemäße Schutzschicht kann an Kraftstofftanks aus elastomerem Material verwendet werden.
Anhand der Zeichnung wird nachstehend ein Beispiel der Erfindung näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt einen Längsschnitt durch einen Abschnitt einer Balgwand 1 eines elastomeren Luftfederbalges.
Der Luftfederbalg ist aus einer Innengummischicht 2, einer transparenten Außengummischicht 3, einer Festigkeitsträgerlage 4 aus 2 sich kreuzenden Geweben 5 und 6, einer äußeren Schutzschicht 7 und einer inneren Schutzschicht 8 aufgebaut. Innere Schutzschicht 7 und äußere Schutzschicht 8 sind jeweils über eine Haftvermittlerschicht 10 und 11 mit dem Innengummi 2 bzw. mit dem Außengummi 3 fest verbunden. Die äußere Schutzschicht 7 weist in ihrem Inneren fein verteilte Reflektorteilchen 9 auf. Dadurch, dass die äußere Schutzschicht 7 transparent ist, können die Reflektionsteilchen 9 eventuell einwirkende elektromagnetische Strahlung im Bereich von Infrarot bis ultraviolett reflektieren. Die innere Schutzschicht weist keine Reflektorteilchen auf. Beide Schutzschichten 7 und 8 sind aus einem Fluorkautschuk ausgebildet und verhindern eine Diffusion von Weichmacher aus dem Innengummi 2 oder dem Außengummi 3. Ebenfalls verhindert wird ein Sauerstoffeintrag in die Gummischichten 2 und 3, da der Fluorkautschuk der Schutzschichten 7 und 8 sauerstoffundurchlässig ist.
Die Reflexionsfähigkeit der äußeren Schutzschicht 8 sorgt außerdem dafür, dass der Wärmeeintrag in die Gummischichten 2 und 3 sowie die Festigkeitsträgerlage 4 stark reduziert ist.
Damit ist eine deutliche Lebensdauerverlängerung der Balgwand 1 erreichbar.
Bezugszeichenliste
(Teil der Beschreibung)
1 Balgwand eines Luftfederbalges
2 Innengummischicht der Balgwand 1
3 Außengummischicht der Balgwand 1
4 Festigkeitsträgerlage 5, 6 Gewebe der Festigkeitsträgerlage 4
7 äußere Schutzschicht
8 innere Schutzschicht
9 Reflexionsteilchen 10, 11 Haftvermittlerschicht

Claims

Patentansprüche
1. Schutzschicht (7, 8) für Oberflächen von elastomeren Elementen (1), insbesondere für die Balgwand (1) eines Luftfederbalges, dadurch gekennzeichnet, dass die
Schutzschicht (7, 8) aus fest mit der Oberfläche der elastomeren Elemente (1) verbundenem Fluorkautschuk mit eingebetteten Mikroteilchen (9) ausgebildet ist, wobei die Mikroteilchen (9) gegen elektromagnetische Strahlungen, insbesondere Wärmestrahlen, eine hohe Reflexionsfähigkeit aufweisen.
2. Schutzschicht (7, 8) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikroteilchen (9) Metallpartikel sind.
3. Schutzschicht (7, 8) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikroteilchen (9) Graphitpartikel sind.
4. Verwendung der Schutzschicht (7, 8) nach Anspruch 1 für den Schutz der Wand eines Abrollbalges einer Luftfeder.
5. Verwendung der Schutzschicht (7, 8) nach Anspruch 1 für Membrane in Druckspeichern oder Pumpen.
6. Verwendung der Schutzschicht (7, 8) nach Anspruch 1 für elastomerbeschichtete Gewebe an Rettungsinseln.
7. Verwendung der Schutzschicht (7, 8) nach Anspruch 1 an Kraftstofftanks aus elastomerem Material.
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