DE3911608A1

DE3911608A1 - Druckbelastbare schlauchkonstruktion

Info

Publication number: DE3911608A1
Application number: DE3911608A
Authority: DE
Inventors: Horst Dr Sempf
Original assignee: SEMPTER SCHLAUCHLEITUNGEN GmbH
Current assignee: SEMPTER SCHLAUCHLEITUNGEN GMBH, 31162 BAD SALZDETF
Priority date: 1989-04-08
Filing date: 1989-04-08
Publication date: 1990-10-11
Also published as: DE3911608C2

Description

Die Erfindung betrifft eine druckbelastbare Schlauchkonstruk tion aus natürlichem oder synthetischem Gummi, der im wesentli chen einschichtig hergestellt und mit längs und quer orientier ten Verstärkungsfasern durchsetzt ist.

Unter Schlauchkonstruktionen werden in den Ansprüchen und im beschreibenden Text nicht allein auf weiche bzw. biegsame Wan dungen beschränkte schlauchförmige Formkörper, sondern auch Rohre mit mehr oder weniger steifen Wänden sowie schlauch- oder rohrförmige Krümmer und andere Formkörper verstanden.

Durch die DE 36 36 960 A1 ist ein Gummischlauch bekannt gewor den, der aus einer Schicht aufgebaut und durch eingelagerte Verstärkungsfasern verstärkt und verfestigt ist. Durch sie soll die Aufgabe gelöst werden, die bei der Extrusion normalerweise zu beobachtende quasi zwangsläufig erfolgende Orientierung der Verstärkungsfasern in Extrisionsrichtung, d. h. quer zu der Hauptbeanspruchungsrichtung druckbelasteter Schläuche, wenig stens teilweise zu verhindern und zumindest auch einen Teil des Faseranteils in Umfangsrichtung zu orientieren. Als Lösung wird der aus dem Spritzwerkzeug austretende noch weichplastische hohle Formling durch Vakuum oder Überdruck auf kurze Entfernung stark geweitet, wodurch die angestrebte Richtungsverteilung der Verstärkungsfasern erreicht werden soll.

Zwar soll nach der DE 36 36 960 A1 eine Variationsmöglichkeit in der Orientierung der Verstärkungsfasern dadurch gegeben sein, daß die Aufweitung unterschiedlich intensiv und auf einem unter schiedlich langen Teilstück erfolgt; die Möglichkeit, insbeson dere Schläuche kleineren Durchmessers herzustellen, wie sie beispielsweise in der Kraftfahrzeugindustrie verwendet werden, ist durch den Zwang zur beträchtlichen Aufweitung des aus dem Spritzwerkzeug austretenden Formlings erheblich eingeschränkt. Außerdem ist bei nach dem Stand der Technik hergestellten Schläuchen ein sog. Drainage- oder Kanaleffekt zu beobachten, der durch Fasern verursacht wird, die die Wanddicke des Schlau ches quer zu seinen Begrenzungsflächen durchdringen.

Danach liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Schlauch konstruktion und ein Verfahren zu ihrer Herstellung zur Verfü gung zu stellen, welche die Nachteile des Standes der Technik, insbesondere die des erwähnten Kanaleffektes, vermeidet; außer dem soll die Möglichkeit geschaffen werden, auch Schlauchkrümmer und insgesamt beliebig gekrümmte Schlauchformer unmittelbar aus dem Spritzwerkzeug zu erzeugen.

Diese Aufgabe wird durch eine Schlauchkonstruktion der eingangs beschriebenen Art gelöst, die sich dadurch auszeichnet, daß die Schlauchwand einen Faseranteil zwischen ca. 3% bis 8%, bezogen auf die Kautschukmasse, enthält, daß die eingebrachte Fasern ein Gemisch unterschiedlicher Länge sind, wobei die Faserlängen zwi schen ca. 2 mm und 10 mm liegen und die Mischung ohne wesentli che Bevorzugung bestimmter Längen zusammengesetzt ist, daß die Fasern im wesentlichen ungeordnet, jedoch so eingebracht sind, daß der Orientierungsanteil in Schlauchlängsrichtung gegenüber dem Orientierungsanteil in Schlauchumfangsrichtung bevorzugt ist und daß die Schlauchwand eine äußere und vorzugsweise auch eine innere faserfreie Grenzschicht aufweist.

In Weiterbildung der Erfindung weisen die in die Schlauchwand eingebetteten Fasern einen Anteil von überwiegend in Schlauch längsrichtung orientierten Fasern zwischen ca. 65% und 80% und einen Anteil zwischen ca. 35% und 20% an überwiegend in Schlauch umfangsrichtung orientierten Fasern auf. Bevorzugt nimmt dabei die Dichte der in der Schlauchwand des in einem Arbeitsgang her gestellten Schlauches eingelagerten Fasern von beiden Seiten zur Mitte der Schlauchwand hin, in radialer Richtung gemessen, zu und ist im Mittelbereich am höchsten.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß dem dem Extruder vorgelegten Kautschukfell bei seiner Bildung die eine im wesentlichen gleichmäßige Längenverteilung zwischen ca. 2 mm und ca. 10 mm aufweisende Verstärkungsfasermischung in einer Dosierung von ca. 3% bis ca. 8% bezogen auf die Kautschuk masse eingemischt und die Fasern dabei anteilmäßig und in der angestrebten Richtungsverteilung vororientiert werden, daß das in den Extruder eingefüllte Fell zur Plastifizierung aufgeheizt sowie weiter durchmischt wird und daß die äußere Schicht der spritzfertigen Mischung unmittelbar vor dem Eintritt in das Spritzwerkzeug einem sprunghaften Temperaturanstieg unterworfen wird. Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird die spritzfertige Mischung in einem beheizbaren Spritzwerkzeug im Anfangsbereich der Schlauchformung am Außenumfang und in dem Inneren des Schlauchformlings einem sprunghaften Temperaturan stieg unterworfen. Es wurde überraschend gefunden, daß durch die Maßnahme der plötzlichen Temperaturanhebung der Oberflächen schicht der Spritzmasse unmittelbar vor dem Austritt aus dem Ex truder bzw. und/oder im Austrittsbereich des Spritzwerkzeugs zu einer sich der idealen Faserverteilung annähernden Fasereinlage rung im Formling führt. Insbesondere ist offenbar diese Maßnahme dafür verantwortlich, daß die Außenhaut in ihrer Dicke und/oder Beschaffenheit in einem gewissen Umfang durch die Länge und die Temperaturverteilung und -höhe der Zone angehobener Temperatur steuerbar ist.

Um die erfindungsgemäß vorgesehene Faserverteilung und -orien tierung zu erreichen, haben sich verschiedene Maßnahmen als hilfreich erwiesen. So hat sich beispielsweise das Vorgehen bei der Einmischung der Fasern vor und während der Fellherstellung, d. h. der Herstellung des dem Extruder vorgelegten Vorprodukts, insbesondere die Einstellung der Spaltweiten und auch die Art der Temperaturführung, als einer der Einflußfaktoren für die Verteilung und Orientierung der Fasern erwiesen. Weiter haben sich als wesentlich für die angestrebte Orientierungsverteilung die Laufzeit der Felle auf den Walzen sowie die Wahl der Fell dicke gezeigt. Insgesamt zeigt sich die Vororientierung der Fasern in dem dem Extruder vorgelegten Fell als von wesentlichem Einfluß auf die Faserverteilung und -orientierung im Spritzpro dukt.

Eine Weiterbildungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens gibt außerdem die Möglichkeit zur Herstellung gekrümmter Rohr- und/ oder Schlauchteile dadurch, daß der Strömungswiderstand im Be reich des Austrittsquerschnitts des Spritzwerkzeugs - über den Umfang des Austrittsquerschnitts gesehen - örtlich und vorzugs weise örtlich variierbar, bevorzugt durch Steuerung nach vorge gebenem Programm, veränderbar ist.

Zwar genügt für kleine Schlauchdimensionen und geringe Drücke erfahrungsgemäß die Einlagerung etwa von Baumwollfasern. Ihre rauhe Oberfläche und das zu beobachtende gegenseitige Sichveran kern sind für die Verbindung mit dem umgebenden Gummi besonders günstig. Insbesondere für die Herstellung bezüglich Druckhöhe und Dimensionierung höher beanspruchter Schläuche werden jedoch vorzugsweise hochfeste Fasern wie beispielsweise Glas- oder Koh lenstoffasern oder Fasern aus aromatischen Polyamiden verwendet, welche allerdings bevorzugt vor der Einmischung einer die Haft eigenschaften verbessernden Oberflächenbehandlung unterworfen oder als hoch haftfähige Fasern hergestellt wurden. Als zur Verbesserung der Verbindung zwischen Fasern und Gummi besonders vorteilhaft hat sich beispielsweise als Retexieren bzw. das Ver setzen der Fasern vor der Einmischung mit bei Temperaturen zwi schen ca. 135°C und ca. 200°C reagierende Haftmittel, vorzugs weise auf Basis von Resorcin- und Formaldehyd-Spendern, insbe sondere in einer Dosierung von ca. 3-10% bezogen auf den Faseranteil, erwiesen.

Claims

1. Druckbelastbare Schlauchkonstruktion aus natürlichem oder synthetischem Gummi, der im wesentlichen einschichtig her gestellt und mit längs und quer orientierten Verstärkungs fasern durchsetzt ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schlauchwand einen Faseranteil zwischen ca. 3% bis 8%, bezogen auf die Kautschukmasse, enthält,
daß die eingebrachte Fasern ein Gemisch unterschiedlicher Länge sind, wobei die Faserlängen zwischen ca. 2 mm und ca. 10 mm liegen und die Mischung ohne wesentliche Bevorzu gung bestimmter Längen zusammengesetzt ist,
daß die Fasern im wesentlichen ungeordnet, jedoch so einge bracht sind, daß der Orientierungsanteil in Schlauchlängs richtung gegenüber dem Orientierungsanteil in Schlauchum fangsrichtung bevorzugt ist und
daß die Schlauchwand eine äußere und vorzugsweise auch eine innere faserfreie Grenzschicht aufweist.

2. Schlauchkonstruktion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in die Schlauchwand eingebetteten Fasern einen Anteil von überwiegend in Schlauchlängsrichtung orientierten Fasern zwischen ca. 65% und 80% und einen Anteil zwischen ca. 35% und 20% an überwiegend in Schlauchumfangsrichtung orientierten Fasern aufweisen.

3. Schlauchkonstruktion nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte der in der Schlauchwand des in einem Arbeitsgang hergestellten Schlauches eingelagerten Fasern von beiden Seiten zur Mitte der Schlauchwand hin, in radialer Richtung gemessen, zumindest und im Mittelbereich am höchsten ist.

4. Verfahren zur Herstellung einer druckbelastbaren Schlauch konstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß dem dem Extruder vorgelegten Kautschukfell bei seiner Bildung die eine im wesentlichen gleichmäßige Längenver teilung zwischen ca. 2 mm und ca. 10 mm aufweisende Ver stärkungsfasermischung in einer Dosierung von ca. 3% bis ca. 8% bezogen auf die Kautschukmasse eingemischt und die Fasern dabei anteilmäßig und in der angestrebten Richtungs verteilung vororientiert werden,
daß das in den Extruder eingefüllte Fell zur Plastifizie rung aufgeheizt sowie weiter durchmischt wird und
daß die äußere Schicht der spritzfertigen Mischung unmittebar vor dem Eintritt in das Spritzwerkzeug einem sprunghaften Temperaturanstieg unterworfen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die spritzfertige Mischung in einem beheizbaren Spritzwerk zeug im Anfangsbereich der Schlauchformung am Außenumfang und im Schlauchinneren einem sprunghaften Temperaturanstieg unterworfen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung gekrümmter Rohr- oder Schlauchteile der Strömungswiderstand im Bereich des Austrittsquerschnitts des Spritzwerkzeugs - über den Umfang des Austrittsquer schnitts gesehen - örtlich und vorzugsweise örtlich vari ierbar, bevorzugt durch Steuerung nach vorgegebenem Pro gramm, veränderbar ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß insbesondere für bezüglich Druckhöhe und Dimensionierung höher beanspruchte Schläuche hochfeste Fasern wie Glas- oder Kohlenstoffasern oder Fasern aus aromatischen Polyami den verwendet werden, welche vor ihrer Einmischung einer die Hafteigenschaften verbessernden Oberflächenbehandlung unterworfen oder als hoch haftfähige Fasern hergestellt wurden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbesserung der Verbindung zwischen Fasern und Gummi die Fasern vor der Einmischung mit bei Temperaturen zwi schen ca. 135°C und ca. 200°C reagierende Haftmittel, vorzugsweise auf Basis von Resorcin- und Formaldehyd-Spen dern, insbesondere in einer Dosierung von ca. 3-10% bezo gen auf den Faseranteil, versetzt werden.