DE19858825A1

DE19858825A1 - Verfahren zum Herstellen eines elektrisch leitfähigen Laufbelages eines Rades oder einer Rolle und elektrisch leitfähiger Laufbelag eines Rades oder einer Rolle

Info

Publication number: DE19858825A1
Application number: DE1998158825
Authority: DE
Original assignee: RAEDER VOGEL RAEDER und ROLLEN
Current assignee: RAEDER VOGEL RAEDER und ROLLEN
Priority date: 1998-12-19
Filing date: 1998-12-19
Publication date: 2000-06-21
Anticipated expiration: 2018-12-20
Also published as: DE19858825C2

Abstract

Verfahren zum Herstellen eines elektrisch leitfähigen Laufbelages eines Rades oder einer Rolle, bei dem ein Basismaterial oder Bestandteile desselben, Carbonteilchen und Polysiloxane miteinander gemischt und in eine Form für den Laufbelag gegossen werden und die Mischung in der Form für den Laufbelag erstarrt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines elektrisch leitfähi gen Laufbelages eines Rades oder einer Rolle und auf einen elektrisch leitfähigen Laufbelag eines Rades oder einer Rolle.

Die genannten Räder oder Rollen kommen beispielsweise in der Regal- und Flurför dertechnik, der Personenbeförderungstechnik und der Gebäudetechnik zum Einsatz. Die elektrisch leitfähige Ausführung des Laufbelages dient der Vermeidung bzw. Ableitung elektrostatischer Aufladungen, die durch das Abrollen von Rädern oder Rollen aus Kunststoff oder durch die Tätigkeit einer mittels der Räder oder Rollen bewegbaren Vorrichtung oder Maschine erzeugt werden können. Hierfür kann der elektrisch leitfähige Laufbelag auf einem elektrisch leitenden Metallkern sitzen, der wiederum elektrisch leitend mit einem Metallchassis verbunden sein kann. Speziell beim Einsatz in explosionsgefährdeter Umgebung ist die Verwendung von Rädern oder Rollen mit elektrisch leitfähigem Laufbelag vorgeschrieben und notwendig.

Gemäß den veröffentlichten europäischen Normentwürfen "Räder und Rollen - . . ." Schlußentwürfe prEN 12 528 bis 12 533 vom Mai 1998 gilt als Abnahmekriterium für elektrisch leitfähige Räder oder Rollen, daß der elektrische Widerstand des Prüflings R ≦ 10⁴ Ω sein muß. Für antistatische Räder oder Rollen gilt als Abnahmekriterium, daß für den elektrischen Widerstand des Prüflings gilt: 10⁵ ≦ R ≦ 10⁷ Ω. Dabei hat die Prüfung des elektrischen Widerstandes nach der ebenfalls in Vorbereitung befindli chen europäischen Norm "Räder und Rollen - Prüfverfahren und -geräte" (vgl. Schluß-Entwurf prEN 12 527 vom Mai 1998) zu erfolgen. Im Rahmen dieser Anmel dung sind mit dem Begriff "elektrisch leitfähiger Laufbelag" sowohl elektrisch leit fähige als auch antistatische Räder oder Rollen im Sinne der Normentwürfe angespro chen, da die Erfindung für beide Bereiche der Herabsetzung des elektrischen Wider standes nutzbar ist. Vorzugsweise bezieht sich die Erfindung jedoch auf den Bereich elektrisch leitfähiger Räder oder Rollen gemäß den Normentwürfen.

Aus anderen Normen, wie z. B.
DIN EN 1755 - Flurförderzeuge, Einsatz in explosionsfähiger Atmosphäre
DIN 51 953 - Prüfung der Ableitfähigkeit für elektrostatische Ladungen für Bodenbeläge in explosionsgefährdeten Räumen
DIN ISO 2878 - Elastomere, antistatische und leitende Erzeugnisse, Bestim mung des elektrischen Widerstandes
wdk 110, Blatt 3 - Ableitwiderstand von Reifen-Gütewerte
ist bekannt, daß der elektrische Widerstand des Prüflings R < 10⁶ bzw. R < 10⁸ Ω sein muß, um die Normen zu erfüllen.

Es sind bereits elektrisch leitfähige Gummiräder bekannt, die Rußpartikel einvulkani siert haben. Bei diesen Rädern ist nachteilig, daß sie einen schwarzen Abrieb haben. Außerdem ist Ruß für eine Verarbeitung bei Laufbelägen aus einigen Kunststoffen ungeeignet.

Es gibt jedoch auch schon elektrisch leitfähige Räder aus dem Kunststoff Polyurethan, die eine auf einem Metallkern sitzende Messingringbürste haben, die mit dem Me tallkern verbunden ist und am Umfang des Rades den Fußboden berührt. Bei diesen elektrisch leitfähigen Laufbelägen ist die Haltbarkeit begrenzt, weil die Borsten der Messingbürste infolge der ständigen dynamischen Verformung beim Abrollen des Rades im Laufe der Zeit abbrechen, was die Leitfähigkeit beeinträchtigt.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Her stellen eines elektrisch leitfähigen Laufbelages eines Rades oder einer Rolle und einen elektrisch leitfähigen Laufbelag eines Rades oder einer Rolle zu schaffen, der günsti gere Benutzungseigenschaften hat.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 und durch einen Laufbelag mit den Merkmalen des Anspruches 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und der Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden ein Basismaterial für den Laufbelag oder Bestandteile desselben Basismaterials, Carbonpartikeln und Polysiloxane mitein ander gemischt, in eine Form für den Laufbelag gegossen und - vorzugsweise unter Temperatureinwirkung - in der Form erhärtet. Der erfindungsgemäße Laufbelag weist eine erstarrte Mischung aus einem Basismaterial oder Bestandteilen desselben, Car bonpartikeln und Polysiloxanen auf. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Basismate rial um ein Polyurethan, insbesondere um ein Polyurethan-Elastomer. Weiterhin vor zugsweise werden ein Prepolymer oder Bestandteile desselben mit den Carbonpartikeln, den Polysiloxanen und einem Vernetzer vermischt. Der Vernetzer kann vor zugsweise zuletzt eingemischt werden, damit vorher genügend Zeit für das gleich mäßige Einmischen der Carbonpartikel bleibt, die sehr fein sein können. Nach dem Einmischen des Vernetzers muß hingegen die Mischung wegen der beginnenden Vernetzung unverzüglich in die Form für den Laufbelag gegossen werden. Für eine gleichmäßige Einmischung der Carbonpartikel kann ferner das Basismaterial oder können dessen Bestandteile den Carbonpartikeln zugegeben und damit vermischt werden. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, die Carbonpartikel dem Basismate rial oder Bestandteilen desselben zuzugeben und diese damit zu vermischen.

Bei den Carbonpartikeln handelt es sich bevorzugt um Carbonfasern. Diese können verschiedene Längen haben, vorzugsweise maximal etwa 0,5 mm. Eine typische Länge der Carbonfasern beträgt etwa 0,35 mm. Eine optimale Verbesserung der Leit fähigkeit ohne eine nennenswerte nachteilige Beeinflussung der Verarbeitbarkeit der Mischung bzw. der Eigenschaften des Laufbelages wird erreicht, wenn die Carbon partikel einen Anteil von 1,5 bis 4,0 Gew.-% der gesamten Mischung haben. Über raschenderweise wurde beobachtet, daß in diesem Konzentrationsbereich der Carbon partikel der elektrische Widerstand des Laufbelages stark abnimmt, wogegen er bei geringeren oder größeren Konzentrationen nahezu unverändert hoch bzw. gering ist.

Die Polysiloxane sind vorteilhafterweise Silikonöle, welche in geeigneter Form von der Firma Bayer AG, Leverkusen unter dem Markennamen "Baysilon" angeboten werden. Als besonders vorteilhaft hat sich der Einsatz von "Baysilon OF/OH 502" erwiesen, das bislang bei der Herstellung von großflächigen Artikeln im Formguß, wie zum Beispiel Platten, zum Einsatz kommt, um während der Verfestigungsphase an der Artikeloberfläche dünnwandige Strukturen, die in der Regel auf die äußere Schicht begrenzt sind, weitestgehend zu vermeiden. Die Verarbeitbarkeit der Mi schung ohne Beeinträchtigung der Eigenschaften des Laufbelages wird optimal durch einen Gewichtsanteil von etwa 0,5 bis 1,0 an der gesamten Mischung gefördert.

Die Anforderungen der eingangs erwähnten Normentwürfe bzw. Normen werden durch die Erfindung abgedeckt. Die Zusammensetzung/Einstellung der elektrisch leit fähigen Laufbeläge kann auf die jeweiligen Erfordernisse abgestimmt werden.

Herausragende Vorteile der Erfindung sind:

- Sehr gute elektrische Leitfähigkeit.
- Bei fachgerechter Anwendung keine elektrostatische Aufladung des Laufbelags und des Gerätes, unter dem die Laufbeläge montiert sind.
- Die Laufbeläge hinterlassen keine Spuren oder Abdrücke auf empfindlichen Böden.
- Durch die relativ geringen Zusatzbestandteile werden andere dynamische und sta tische Eigenschaften des Laufbelags nur unwesentlich beeinflußt.
- Andere Vorrichtungen zur elektrischen Ableitung an Geräten (wie z B. Kupfer drähte, die immer den Boden berühren) können bei Verwendung des Laufbelags dieser Erfindung entfallen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert:

Als elastomeres PUR-Basismaterial kommt beispielsweise der Werkstoff "Vulkollan" der Bayer AG, Leverkusen zum Einsatz. Dieser besitzt die charakteristischen Eigen schaften natürlichen bzw. synthetischen Kautschuks wie elastische Verformbarkeit, hohe Bruchdehnung und Zerreißfestigkeit, Rückprallelastizität und Schwingungs dämpfung. Darüber hinaus besitzt "Vulkollan" besonders hohe Abrieb- und Weiter reißwiderstände, Elastizitätsmodule, Verschleißwiderstände, Lebensdauer und Belast barkeit, Druckverformungsverhalten, Dimensionsstabilität und dynamische Belastbar keit und andere vorteilhafte Eigenschaften.

Zunächst wird das Polyol dieses PUR-Heißgießsystemes in einem temperierten Be hälter unter Rühren auf eine Temperatur von etwa 130°C gebracht, wobei durch An legen eines Vakuums eine Entgasung erfolgt. Danach erfolgt in einem Reaktionsgefäß die Einmischung eines speziellen Isocyanates (Desmodur 15) in einem bestimmten Mischungsverhältnis. Die Reaktion findet dann in einem Zeitraum von etwa 10 bis 15 Minuten unter intensivem Rühren statt. Hierdurch entsteht das Prepolymer.

Anschließend werden Carbonpartikel als Carbonfasern mit einer Länge von ca. 0,35 mm und Polysiloxane als Silikonöl (Baysilone 502) jeweils in einem bestimmten Mengenverhältnis über eine gewisse Zeit in das Prepolymer eingemischt. Zur gleichmäßigen Verteilung der feinen Carbonfasern über die gesamte Mischzeit kön nen diese aber auch vor den Bestandteilen des PUR-Heißgießsystems in den Misch- und Reaktionsbehälter eingegeben werden.

Wenn die gleichmäßige Verteilung der Carbonfasern und des Silikonöls erreicht ist, wird ein Vernetzer (1,4 Butandiol) untergemischt. Binnen weniger Minuten nach Einmischen des Vernetzers wird das fließfähige Material in eine Form für den Lauf belag gegossen, in der es erstarrt. Anschließend erfolgt noch eine thermische Nachbe handlung.

Im anliegenden Diagramm ist die Änderung des elektrischen Widerstandes über der Konzentration der Carbonfasern in der Mischung des Laufbelages dargestellt. Dabei ist der elektrische Widerstand gemäß eingangs erwähntem Normentwurf gemessen worden. Gemäß Diagramm ist der elektrische Widerstand bei einer Konzentration der Carbonfasern unter 1,5 Gew.-% nahezu unendlich. Mit zunehmender Konzentration im Bereich von 1,5 bis 4,0 Gew.-% fällt er stark ab bis auf einen Wert nahezu bei Null. Oberhalb 4,0 Gew.-% bleibt der elektrische Widerstand des Laufbelages auf nahezu konstant niedrigem Niveau.

Oberhalb der Widerstandskurve ist in das Diagramm ein Deutungsversuch für diesen empirischen Befund eingezeichnet. Bei Konzentrationen unter 1,5% bilden die Car bonfasern innerhalb des Laufbelages voneinander getrennte "Inseln", die die Außen fläche (oben) und die Innenfläche (unten) des Laufbelages nicht elektrisch leitend miteinander verbinden.

Im Konzentrationsbereich zwischen 1,5 und 4,0 Gew.-% entstehen durch zufällige Verbindungen zwischen benachbarten Carbonfasern mehr und mehr elektrisch lei tende Verbindungen zwischen der Außenfläche und der Innenfläche des Laufbelages. Dies ist am Beispiel einer elektrisch leitenden Verbindung in Form eines unregelmä ßig verlaufenden Fadens gezeigt.

Im Konzentrationsbereich über 4,0 Gew.-% kommen immer mehr leitfähige Verbin dungen hinzu, was jedoch dem elektrischen Widerstand, der bereits durch die ersten leitfähigen Verbindungen stark reduziert ist, kaum noch weiter mindert.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines elektrisch leitfähigen Laufbelages eines Rades oder einer Rolle, bei dem ein Basismaterial oder Bestandteile desselben, Carbon partikel und Polysiloxane miteinander gemischt und in eine Form für den Laufbe lag gegossen wird und die Mischung in der Form für den Laufbelag erhärtet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Basismaterial ein Polyurethan ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Basismaterial ein Polyurethan-Elastomer ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem ein Prepolymer oder Be standteile desselben mit den Carbonpartikeln, den Polysiloxanen und einem Ver netzer vermischt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Vernetzer zuletzt eingemischt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Basismaterial oder Be standteile desselben den Carbonpartikeln zugegeben und damit vermischt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Carbonpartikel dem Ba sismaterial oder Bestandteilen desselben zugegeben und damit vermischt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Carbonpartikel Carbon fasern sind.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Carbonfasern eine Länge von maximal etwa 1 mm haben.

10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Carbonfasern eine Länge von maximal etwa 0,5 mm haben.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem die Carbonpartikel einen Gewichtsanteil von 1,5 bis 4,0% an der gesamten Mischung haben.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem die Polysiloxane ein Sili konöl sind.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem die Polysiloxane einen Gewichtsanteil von etwa 0,5 bis 1% an der gesamten Mischung haben.

14. Elektrisch leitfähiger Laufbelag eines Rades oder einer Rolle, der eine erstarrte Mischung eines Basismaterials oder von Bestandteilen desselben mit Carbonpartikeln und Polysiloxanen aufweist.

15. Laufbelag nach Anspruch 14, dessen Basismaterial ein Polyurethan ist.

16. Laufbelag nach Anspruch 15, dessen Basismaterial ein Polyurethan-Elastomer ist.

17. Laufbelag nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dessen Basismaterial ein Pre polymer umfaßt, das bzw. dessen Bestandteile mit Carbonpartikeln, Polysiloxanen und einem Vernetzer vermischt sind.

18. Laufbelag nach einem der Ansprüche 14 bis 17, bei dem die Carbonpartikel Car bonfasern sind.

19. Laufbelag nach Anspruch 18, bei dem die Carbonfasern eine Länge von maximal etwa 1 mm haben.

20. Laufbelag nach Anspruch 19, bei dem die Carbonfasern eine Länge von maximal etwa 0,5 mm haben.

21. Laufbelag nach einem der Ansprüche 14 bis 20, bei dem die Carbonpartikel einen Gewichtsanteil von 1,5 bis 4,0% haben.

22. Laufbelag nach einem der Ansprüche 14 bis 21, bei dem die Polysiloxane ein Sili konöl sind.

23. Laufbelag nach einem der Ansprüche 14 bis 22, bei dem die Polysiloxane einen Gewichtsanteil von etwa 0,5 bis 1% an der gesamten Mischung haben.