DE4317979A1 - Kunststoffband, dessen Verwendung sowie Verfahren zur Herstellung eines mit einem Kunststoffband umwickelten Körpers - Google Patents
Kunststoffband, dessen Verwendung sowie Verfahren zur Herstellung eines mit einem Kunststoffband umwickelten KörpersInfo
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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 Emax (0-ε₁)
wobei E (ε₁) der Elastizitätsmodul bei ε₁ und Emax (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.
εr ist die Abrißgrenze am Ende des Bereiches C und wird
durch die Grenze der Zugbeanspruchung bestimmt. Vorzugsweise
gilt die Beziehung:
σr » σ₃ (ε₃)
wobei σr die Zugbeanspruchung an der Abrißgrenze und σ₃ die
Zugbeanspruchung bei ε₃ ist. Außerdem gilt vorzugsweise
σr 2·σ₂, besonders bevorzugt σr 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 εr = 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.
Es wurden insgesamt 26 verschiedene, in Tabelle I aufge
führte Kunststoffbänder geprüft. Die Ergebnisse sind in Ta
belle II zusammengefaßt.
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 (20)
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 εr, wobei εr 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
εr 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:
- 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 εr, wobei εr die Dehnung ist, bei der das Band reißt, mit einer stär keren Steigung der Zugbeanspruchungs-Dehnungskurve als im Bereich (B).
15. Verfahren zur Herstellung eines mit einem Kunststoffband
umwickelten Körpers, wobei man ein Band einsetzt, dessen
Zugbeanspruchungs-Dehnungskurve aufweist:
- 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 εr, wobei εr die Dehnung ist, bei der das Band reißt, mit einer stär keren Steigung der Zugbeanspruchungs-Dehnungskurve als im Bereich (B).
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.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE4317979A DE4317979A1 (de) | 1993-05-28 | 1993-05-28 | Kunststoffband, dessen Verwendung sowie Verfahren zur Herstellung eines mit einem Kunststoffband umwickelten Körpers |
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