DE10063001B4

DE10063001B4 - Zwei- oder mehrlagiger Schlauch sowie Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE10063001B4
Application number: DE10063001A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Schramm; Roland Schray
Original assignee: ElringKlinger AG
Current assignee: ElringKlinger AG
Priority date: 2000-12-16
Filing date: 2000-12-16
Publication date: 2005-09-15
Anticipated expiration: 2020-12-17
Also published as: DE10063001A1

Abstract

Zwei- oder mehrlagiger Schlauch mit einer ersten, äußeren Lage, welche aus einem ersten Fluorkohlenwasserstoff-Polymermaterial hergestellt ist, und einer zweiten, innenliegenden Lage, welche aus einem zweiten, von dem ersten Material verschiedenen Fluorkohlenwasserstoff-Polymermaterial hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Lage in einem Schnitt in unmittelbarem Kontakt miteinander gemeinsam ausgeformt sind.

Description

Die Erfindung betrifft Schläuche, die auf der Basis von Fluorkohlenwasserstoff-Polymermaterialien hergestellt sind und die insbesondere als Komponenten für die Herstellung von Bowdenzügen Verwendung finden. Die Erfindung ist auch gerichtet auf ein Verfahren zur Herstellung derartiger Schläuche.

Bei der Herstellung von Bowdenzügen werden für Futterrohre häufig PTFE-Schläuche verwendet, um die Verstellkräfte des Bowdenzugs möglichst niedrig zu halten. Für die bei diesem Einsatzzweck auftretenden Beanspruchungen ist eine hohe Verschleißfestigkeit erforderlich.

Aus diesem Grund werden häufig PTFE-Compounds eingesetzt, welche neben dem PTFE-Material spezielle Füllstoffe enthalten. Eine abriebbeständige Fluorpolymermischung für diesen Einsatzzweck ist in der EP 0 633 291 A1 beschrieben.

Das Herstellungsverfahren für diese Art Schläuche beinhaltet die Herstellung einer sogenannten Puppe, d.h. eines verpreßten Polymerpulvers in Rohrform, welches dann mittels eines Spritzaggregats zu Schläuchen geformt wird. Das diskontinuierliche Herstellungsverfahren bedingt, daß Schäuche nur mit einer endlichen Länge und nicht als Endlosprodukt herstellbar sind. Entscheidend für die Wirtschaftlichkeit des Herstellungsverfahrens ist aber die jeweils mit einem Spritzvorgang erzielbare Schlauchlänge, welche von dem sogenannten Reduktionsverhältnis abhängt, das als Quotient aus dem Puppenquerschnitt (Vorpreß rohling) und dem Querschnitt des fertigen Schlauches definiert ist. Hohe Reduktionsverhältnisse bedeuten hierbei große Schlauchlängen.

Die in PTFE-Compounds enthaltenen Füllstoffe begrenzen das mögliche Reduktionsverhältnis wesentlich, wodurch verminderte Schlauchlängen resultieren. So arbeitet das in der EP 0 633 291 beschriebene Verfahren beispielsweise mit einem maximalen Reduktionsverhältnis von 463.

Die Verringerung des Reduktionsverhältnisses durch die Füllstoffe im Compound rührt daher, daß die Füllstoffe die Reibung im Spritzwerkzeug erhöhen und so die Spritzbarkeit des Materials beeinträchtigen. Will man die Schlauchlängen bei der herkömmlichen Art von PTFE-Schläuchen aus PTFE-Compounds erhöhen, müssen speziell angefertigte Vorrichtungen verwendet werden, die extrem teuer sind. Der erhöhten Reibung des Materials im Spritzwerkzeug kann nur begrenzt mit der Anwendung höherer Drücke begegnet werden, da zu hohe Preßdrücke sich negativ auf die Oberflächenqualität der Schläuche auswirken.

Aus der DE 693 07 859 T2 ist ein zweilagiger Schlauch aus PTFE-Materialien bekannt mit einer ersten nicht-porösen Lage und einer auf dieser außen aufgebrachten zweiten, porösen Lage. Um die Haftung der beiden Schichten aneinander zu verbessern, wird vorgeschlagen, zwischen der ersten und der zweiten Schicht eine Klebemittelschicht aus einem thermoplastischen Fluorharz anzuordnen.

Gemäß der DE 37 17 650 A1 kann ein flexibler mehrschichtiger Schlauch dadurch hergestellt werden, dass ein Innenschlauch mit einem separat hiervon hergestellten Außenschlauch überzogen und dann der Außenschlauch auf den Innenschlauch aufgeschrumpft wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schlauch der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, der zum einen immer noch die Anforderungen erfüllt, welche an Schläuche für Bowdenzüge gestellt werden, der aber andererseits ohne großen Kostenaufwand mit deutlich größeren Schlauchlängen herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen zwei- oder mehrlagigen Schlauch mit einer ersten, äußeren Lage gelöst, welche aus einem ersten Fluorkohlenwasserstoff-Polymermaterial hergestellt ist, und einer zweiten, innenliegenden Lage, welche aus einem zweiten, von dem ersten Material verschiedenen Fluorkohlenwasserstoff-Polymermaterial hergestellt ist, wobei die erste und die zweite Lage in einem Schritt in unmittelbarem Kontakt miteinander gemeinsam ausgeformt sind.

Dadurch, daß der Schlauch zweilagig oder mehrlagig ausgeführt wird, können durch die Auswahl entsprechender Rohstoffe bzw. Compounds die Eigenschaften des Schlauchs sowohl an seiner inneren Oberfläche als auch an seiner äußeren Oberfläche entsprechend den jeweiligen Anforderungen jeweils unabhängig voneinander optimal eingestellt werden. So läßt sich beispielsweise die erste Lage aus einem im wesentlichen ungefüllten Material und die zweite, innenliegende Lage beim Zweischichtschlauch aus einem gefüllten Compound-Material herstellen, wodurch die Reibung im Spritzwerkzeug vermindert werden kann, obwohl der Schlauch immer noch dieselben Eigenschaften, nämlich hohe Verschleißfestigkeit und niedrige Verstellkräfte des Bowdenzuges, gewährleisten kann.

Je nach Einsatzzweck kann bei dem erfindungsgemäßen Schlauch jedoch auch eine gerade umgekehrte Konfiguration gewählt werden, so daß die äußere Lage aus einem mit einem Füllstoff gefüllten Compound-Material hergestellt ist und die zweite, innenliegende Lage aus einem im wesentlichen ungefüllten Fluorkohlenwasserstoff-Polymermaterial oder aus einem Material hergestellt ist, welches einen den Reibwert des Polymermaterials nur unwesentlich beeinflussenden Füllstoff enthält.

Auch hier beobachtet man eine deutliche Verringerung des Reibwertes, d.h. das Extrudat beginnt schon bei niedrigeren Drücken zu fließen, und es sind, ausgehend von einer Puppe mit den gleichen Abmessungen, wesentlich größere Schlauchlängen zu produzieren.

Bei den Compound-Materialien wird deren Zusammensetzung vorzugsweise so gewählt, daß 75 bis 99 Gew.% Fluorkohlenwasserstoff-Polymer und 1 bis 25 Gew.% Füllmaterial verwendet werden.

Bei einem dreilagigen Schlauch ist zusätzlich zu den vorgenannten ersten und zweiten Lagen eine dritte, innerste Lage vorhanden, welche aus einem dritten Fluorkohlenwasserstoff-Polymermaterial hergestellt ist, welches gleich dem ersten Polymermaterial sein kann.

Bei dieser Struktur ist dann die zweite, innenliegende Lage eine Mittellage, die sandwichartig von der ersten und der dritten Lage ummantelt wird. Die Dicke der einzelnen Lagen und das Verhältnis der Dicken zueinander ist im Prinzip unkritisch im Hinblick auf die Steigerung der Schlauchlängen bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Schläuche, jedoch wird vorzugsweise die Lage, die aus einem gefüllten Compound-Material hergestellt ist, eine geringere Dicke aufweisen als die Lage oder die Lagen, die aus dem im wesentlichen ungefüllten Material bestehen. Die geringere Schichtdicke reicht in der Regel bei diesen Materialien aus, um die Verschleißfestigkeit darzustellen. Insbesondere die höheren Kosten, die für das Compound-Material aufzuwenden sind, sprechen für die geringere Schichtdicke.

Die vorgenannten Fluorpolymer-Materialien lassen sich aus der Vielzahl von Fluorkohlenwasserstoff-Polymeren auswählen, wobei insbesondere PTFE zum Einsatz kommt.

Alternative, im einzelnen beschriebene Fluorkohlenwasserstoffpolymer-Materialien sind beispielsweise in der EP 0 633 291 offenbart.

Die Füllstoffe, die in dem Compound verwendet werden, lassen sich aus unterschiedlichen Füllstoffkategorien auswählen, wobei im Hinblick auf die Bowdenzüge insbesondere solche Füllstoffe verwendet werden, die der Verbesserung der Verschleißfestigkeit dienen. Bevorzugte Füllstoffe dieser Art sind oxidierte Poly arylensulfide, wie sie beispielsweise in der EP 0 633 291 beschrieben sind.

Weiter bevorzugt und für weitere Anwendungsgebiete für die erfindungsgemäßen Schläuche geeignet sind Lagen, die ein Additiv mit meßtechnischer Funktion umfassen, sei es mit besonderer Lichtabsorptionseigenschaft, magnetischen Eigenschaften oder dergleichen.

Andere Füllstoffe, die in dem gefüllten Polymermaterial bzw. dem Compound verwendet werden können, gegebenenfalls auch neben dem Füllstoff zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit, sind Röntgenkontrastmittel, die ermöglichen, daß solche Schläuche beispielsweise beim Einsatz im Zusammenhang mit medizinischen Geräten leicht durch Röntgenaufnahmen im Körper eines Patienten erkannt werden können.

Andere Einsatzzwecke eröffnen sich für die erfindungsgemäßen Schläuche, wenn das Polymermaterial, das als Compound vorliegt, ein Füllmaterial in Form eines leitfähigen Substrates umfaßt.

Das Füllmaterial wird bevorzugt entweder in sphärischer Form oder faserförmig vorgelegt. Das Füllmaterial in sphärischer Form hat den Vorzug, daß problemlos eine relativ glatte Oberfläche zu erzielen ist, während das faserförmige Füllmaterial verstärkend auf die mechanischen Eigenschaften des Schlauchs wirken kann.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Schlauchs.

Im Hinblick auf die Schwierigkeiten in der Verarbeitung von Fluorkohlenwasserstoff-Materialien, insbesondere auch PTFE, stellt die Forderung nach einem zwei- oder mehrlagigen Schlauch ganz besondere Anforderungen, vor allem, wenn Schläuche mit einer sehr großen Gleichmäßigkeit der Dicke der unterschiedlichen Lagen und damit einer großen Homogenität des Schlauchproduktes in seinen mechanischen Eigenschaften insgesamt hergestellt werden sollen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch charakterisiert, daß die Polymer-Materialien zur Herstellung der einzelnen Lagen des Schlauches durch eine Trennwand voneinander getrennt in den Ringraum eines Formwerkzeugs mit einem Kern gefüllt werden, daß nach der Befüllung die Trennwand entfernt, die Materialien gepreßt und dann anschließend zu einem Schlauch geformt werden.

Das Formwerkzeug ist bevorzugt das Spritzrohr einer Spritzvorrichtung.

Die Trennwand wird vorzugsweise von einer Trennfolie oder einem Trennblech gebildet, welche(s) vorzugsweise eine Dicke < 0,2 mm aufweist. Die Trennwand hat lediglich die Funktion, die unterschiedlichen Materialien zum Zeitpunkt der Befüllung des Formwerkzeugs voneinander getrennt zu halten, um ein Vermischen dieser Materialien zu vermeiden, und die Schichtstruktur exakt über den gesamten Bereich der dann herzustellenden Puppe aufrechtzuerhalten. Für den Preßvorgang zur Formung der Puppe wird die Trennwand schon nicht mehr benötigt.

Aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens können nun erstmals Fluorkohlenwasserstoff-Polymercompound-Schläuche mit reinweißer Oberfläche hergestellt werden, und der Mehrschichtaufbau der Schläuche erlaubt in einer weiteren Schicht den Verschleißwiderstand oder andere mechanische, physikalische oder sonstige Eigenschaften des Polymermaterials dort aufzubauen, wo sie in der Tat benötigt werden. Damit lassen sich die Eigenschaften in mechanischer und physikalischer Hinsicht optimal an den Anwendungszweck anpassen.

Bei der Bildung des Vorpreßrohlings wird vorzugsweise mit einem Druck von 20–30 kg/cm² verdichtet.

Beim Formen des Schlauchs wird bevorzugt mit einem Reduktionsverhältnis > 500, vorzugsweise > 1000 gearbeitet. Das erfindungsgemäße Verfahren läßt Reduktionsverhältnisse von 3000 und mehr zu. In Schlauchlängen umgesetzt bedeutet dies die Herstellung von Schläuchen mit mindestens 30 bis 40% größeren Längen.

Die in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Materialien können auch ein flüchtiges Gleitmittel beinhalten, insbesondere bei den Materialien, die die innerste oder die äußerste Lage bilden. Die flüchtigen Gleitmittel verflüchtigen sich nach dem Spritzvorgang im wesentlichen rückstandslos, so daß diese lediglich als Hilfsmittel für die Bildung des Schlauchs eingesetzt werden und später die Eigenschaften des Schlauchs unbeeinträchtigt lassen.

Bevorzugte Gleitmittel werden ausgewählt aus Kohlenwasserstoffen, Alkoholen oder Mischungen dieser beiden Substanzgruppen.

Diese und weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung noch näher erläutert.
Es zeigen im einzelnen:
1–3: Querschnitte und Längsschnitte durch erfindungsgemäße Schläuche mit unterschiedlichem Aufbau; und
4: ein Spritzwerkzeug zur Herstellung der erfindungsgemäßen Schläuche.
1 zeigt in Quer- und Längsschnitt einen Schlauch 10, der eine zweilagige Struktur aufweist, mit einer Außenlage 12 und einer innenliegenden Lage 14. Bei dieser Variante ist die Außenlage 12 aus einem ungefüllten PTFE-Material gebildet, während die innere Lage 14 aus einem PTFE-Compound, d. h. einer Abmischung von PTFE mit einem Füllstoff, beispielsweise einem oxidierten Polyarylensulfid, hergestellt ist.
2 zeigt einen erfindungsgemäßen Schlauch 20. Der Aufbau des Schlauches 20 ist wiederum zweilagig, jedoch ist hier die Außenschicht 22 aus einem PTFE-Compound hergestellt, während die innere Lage 24 aus ungefülltem PTFE hergestellt ist.
Eine weitere Variante ist in 3 dargestellt, wo ein erfindungsgemäßer Schlauch 30 dreilagig aufgebaut ist, mit einer Außenschicht 32, einer innenliegenden Lage 34 und einer innersten Lage 36.
Die Wandstärken der jeweiligen außenliegenden, innenliegenden oder mittleren Lagen in den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen sind jeweils gleich.
Wie bereits eingangs ausgeführt, läßt sich jedoch das Verhältnis der Wandstärken in breitem Maße variieren, ohne daß die Homogenität des Produktes darunter leiden würde.
4 zeigt ein Spritzwerkzeug 40, mit dem die oben beschriebenen erfindungsgemäßen Schläuche hergestellt werden können. Das Spritzwerkzeug 40 umfaßt einen Block 42, der eine mittige Bohrung 44 aufweist, die mit einem sich verjüngenden Ende 46 bis zur Austrittsöffnung 48 am Block 42 führt.
Zentriert in der Bohrung 44 ist ein Kern 50 angeordnet, welcher mit einem sich verjüngenden Abschnitt bis zur Mündung 48 reicht, mit konstantem verjüngtem Durchmesser durch die Mündung 48 hindurchtritt und für eine weitere kurze Strecke den Hohlraum des gespritzten Schlauches noch ausfüllt. Dieser Kernüberstand 51 kann variieren und hat Einfluß auf die Qualität des Schlauch-Produktes.
Die Bohrung 44 bildet so mit dem Kern 50 zusammen einen Ringraum 52, welcher von einer Zylinderwand 54 in zwei konzentrische Ringraumsegmente unterteilt wird.
Die 4 stellt schematisch die Situation der Produktion eines Schlauchs des Typs dar, wie er in 1 gezeigt ist, d.h. mit einem ungefüllten PTFE in der äußeren Lage 12 und einem gefüllten PTFE-Compound als Innenlage 14.
In der folgenden Tabelle seien beispielhaft Produktionsbedingungen für einen Zweilagenschlauch angegeben, bei dem der ungefüllte Polymerwerkstoff PTFE (Typ TF 2071 der Firma Dyneon) ist und im Falle des gefüllten PTFE-Compounds eine Abmischung von 97 Gew.% PTFE (Typ TF 2071 der Firma Dyneon) mit 3% Füllstoff PPSO2 (Firma Ticona). Die jeweils extrudierten Schläuche weisen im ersten Beispiel einen Innendurchmesser von 2,1 mm und einen Außendurchmesser von 3,3 mm auf, im Falle des zweiten Beispiels einen Außendurchmesser von 4,1 mm und einen Innendurchmesser von ebenfalls 2,1 mm.
Den Werkstoffen PTFE/PTFE-Compound, die zunächst in einer Trockenmischung hergestellt werden, werden 20 Gewichtsprozent eines Gleitmittelzusatzes beigegeben, in Form von leicht abdampfenden Alkoholen oder auch Sonderbenzin.
Als Trennwand wird eine Trennfolie mit einer Dicke von 0,1 mm verwendet.
Im Vergleich werden für die Beispiele 1 und 2 in den Varianten a, b, c und d die jeweils notwendigen Drücke aufgelistet, ab denen das Extrudat fließt. Der eigentliche Fertigungsdruck für eine Fertigungsgeschwindigkeit von 1 m/s ist in einer weiteren Zeile angegeben. Die Beispielsvarianten a und b dienen dem Vergleich und sind jeweils als Einschichtschläuche entweder aus PTFE in Reinform oder in Abmischung PTFE mit 3% PPSO2 Füllstoff gefertigt.
Die Beispielsvarianten c und d zeigen die für die erfindungsgemäßen Schläuche notwendigen Werte.
Für die erfindungsgemäßen Schläuche der Vergleichsbeispiele c und d werden, wie aus der Tabelle ersichtlich, jeweils geringere Drücke benötigt, um das Extrudat zum Fließen zu bringen, als bei dem Vergleichsbeispiel b. Dementsprechend lassen sich größere Reduktionsverhältnisse realisieren, d.h. mit derselben Grundmaschine größere Schlauchlängen produzieren.

Claims

Zwei- oder mehrlagiger Schlauch mit einer ersten, äußeren Lage, welche aus einem ersten Fluorkohlenwasserstoff-Polymermaterial hergestellt ist, und einer zweiten, innenliegenden Lage, welche aus einem zweiten, von dem ersten Material verschiedenen Fluorkohlenwasserstoff-Polymermaterial hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Lage in einem Schnitt in unmittelbarem Kontakt miteinander gemeinsam ausgeformt sind.
Schlauch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Fluorkohlenwasserstoff-Polymermaterial ein im wesentlichen ungefülltes Material ist.
Schlauch nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Fluorkohlenwasserstoff-Polymermaterial ein mit einem Füllstoff gefülltes Compoundmaterial ist.
Schlauch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Fluorkohlenwasserstoff-Polymermaterial ein mit einem Füllstoff gefülltes Compoundmaterial und das zweite Fluorkohlenwasserstoff-Polymermaterial ein im wesentlichen ungefülltes Material ist.
Schlauch nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Compoundmaterial (A) 75 bis 99 Gew.% eines Fluorkohlenwasserstoffpolymeren und (B) 1 bis 25 Gew.% eines Füllmaterials umfasst.
Schlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine innerste Lage vorhanden ist, welche aus einem dritten Fluorkohlenwasserstoff-Polymermaterial herge stellt ist, welches gleich dem ersten Polymermaterial sein kann.
Schlauch nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage aus dem gefüllten Compoundmaterial eine geringere Dicke als die Lage aus dem im wesentlichen ungefüllten Material aufweist.
Schlauch nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet; daß eines oder mehrere Fluorkohlenwasserstoff-Polymermaterialien auf PTFE basieren.
Schlauch nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das gefüllte Polymermaterial ein Compound mit einem Füllstoff zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit ist.
Schlauch nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff ein oxidiertes Polyarylensulfid umfaßt.
Schlauch nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das gefüllte Polymermaterial ein Röntgenkontrastmittel als Füllstoff umfaßt.
Schlauch nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das gefüllte Polymermaterial ein leitfähiges Substrat umfaßt.
Schlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Lagen ein Additiv mit meßtechnischer Funktion umfaßt.
Schlauch nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllmaterial in sphärischer Form oder faserförmig vorliegt.
Verfahren zur Herstellung eines zwei- oder mehrlagigen Schlauchs gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymermaterialien zur Herstellung der einzelnen Lagen durch eine Trennwand voneinander getrennt in den Ringraum eines Formwerkzeugs mit einem Kern gefüllt werden, daß nach der Befüllung die Trennwand entfernt, die Materialien gepreßt und dann anschließend zu einem Schlauch geformt werden.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Formwerkzeug ein Spritzrohr einer Spritzvorrichtung ist.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand von einer Trennfolie oder einem Trennblech, vorzugsweise mit einer Dicke < 0,2 mm gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß beim Pressen des Materials mit einem Druck von 20 bis 30 kg/cm² unter Verdichtung desselben eine Puppe hergestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß bei Formen des Schlauchs mit einem Reduktionsverhältnis von > 500, vorzugsweise > 1000, gearbeitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens den Materialien, die die innerste und die äußere Lage bilden, ein flüchtiges Gleitmittel zugesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleitmittel ausgewählt wird aus Kohlenwasserstoffen, Alkoholen oder Mischungen hiervon.