DE202004000533U1

DE202004000533U1 - Armierter Polymerschlauch und Vorrichtung zur Herstellung

Info

Publication number: DE202004000533U1
Application number: DE202004000533U
Authority: DE
Original assignee: Rehau AG and Co
Current assignee: Raumedic AG
Priority date: 2004-01-15
Filing date: 2004-01-15
Publication date: 2004-03-18
Anticipated expiration: 2014-01-16
Also published as: WO2005068887A2; WO2005068887A3

Abstract

Polymerer Schlauch mit erhöhter Knickbeständigkeit, umfassend eine weiche Innenschicht und eine harte Außenschicht, gekennzeichnet durch eine Kombination folgender Merkmale:
(1) dass die harte Außenschicht ring- oder spiralförmig oder in Form eines Schuppenmusters eingeschnitten ist und
(2) dass die Einschnitte ein V-förmige, U-förmige oder pfeilförmige Gestalt oder eine Mischform der genannten Gestalten aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft Polymerschläuche mit einer speziellen Armierung und eine Vorrichtung zur Herstellung.
Ist bei einem Schlauch eine Kombination der Eigenschaften Knickstabilität und/oder Berstdruckfestigkeit und/oder Unterdruckfestigkeit gefordert, wird dies nach dem Stand der Technik in der Regel durch eine Armierung mittels gewickelter oder geflochtener Fäden erreicht.
Als Fäden werden solche aus Metall, vor allem jedoch aus Polymeren, hier insbesondere aus Polyamid oder Polyester, verwendet .
Armierte Schläuche werden beispielsweise bei handelsüblichen Gartenschläuchen oder Hochdruckschläuchen eingesetzt.
Die Herstellung derartiger, armierter Schläuche ist allerdings recht aufwendig. Zunächst wird ein Grundschlauch extrudiert, dann dieser mit Haftvermittler bestrichen, anschließend die Fadenarmierung in einem Wickel- oder Flechtverfahren aufgezogen und schließlich in einem weiteren Verfahrensschritt der Deckschlauch aufgebracht. Dies ist für einen armierten medizinischen Schlauch in der DE 198 16 986 C1 beschrieben.
Wird bei einem Schlauch lediglich eine hohe Knickstabilität und darüber hinaus keine besondere mechanische Festigkeit gefordert, ist die Herstellung eines fadenarmierten Schlauches viel zu aufwendig.
Knickstabile Schläuche lassen sich auch durch eine faltenbalgartige Formgebung herstellen.
Beispielhaft sei hier die DE 8807415 U1 genannt.
Weitere Beispiele hierfür sind in der Medizintechnik die Respiratorenschläuche.
Nachteilig an der faltenbalgähnlichen Schläuchen ist die begrenzt herstellbare Länge von 1 bis maximal 2 m, die sich auf Grund der mit der Länge stark ansteigenden Werkzeugkosten ergibt.
Weiterhin können bei einfachen Faltenbalgschläuchen mit einem Durchmesser kleiner 40 mm weder die Innenoberfläche noch die Außenoberfläche glatt gestaltet werden. Daher verschmutzt ein derartiger Schlauch an der Oberfläche sehr leicht. Besonders nachteilig ist, dass sich ein solcher Schlauch nur sehr schwer völlig entleeren oder reinigen lässt, was vor allem im Medizinbereich nicht akzeptiert werden kann. Man denke hier an Schläuche zur Zu- oder Abführung von Flüssigkeiten oder Medikamenten oder an die Beatmungstechnik.
Weiterhin lassen sich knickstabile Schläuche auch dadurch herstellen, dass eine Armierung aus Metall oder Kunststoff in Form von axial angeordneten Ringen oder einer axial angeordneten Spirale eingearbeitet wird.
Dies ist beispielsweise in der DE 696 01 883 T2 beschrieben.
Nachteilig ist bei einer derartigen Lösung, wie bei der Faltenbalg-Ausführung, die Schwierigkeit, den Schlauch völlig zu entleeren oder für medizinische Anwendungen hinreichend zu reinigen. Besonders negativ stellt sich weiterhin die Verbindungstechnik mit anderen Schläuchen oder mit Fittingen dar, da eine dichte Verbindung auf Grund der eingebrachten Spirale und der damit einhergehenden welligen Innen- und Außen-Oberfläche nicht möglich ist.
Aufgabe der Erfindung ist es demnach, einen Schlauch, vorzugsweise für den Einsatz in der Medizin, zur Verfügung zu stellen, der über eine hohe Flexibilität und Knickbeständigkeit verfügt und einen konstanten Innendurchmesser aufweist und darüber hinaus wesentlich kostengünstiger herstellbar ist, als dies nach den bisherigen Verfahren möglich ist.
Die Aufgabe wird gelöst mit einem Schlauch gemäß Merkmal des Anspruches 1. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausführungsformen finden sich in den Unteransprüchen.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass die erhöhte Knickbeständigkeit eines Schlauches in Verbindung mit einer glatten Innen- und Außenoberfläche weder durch irgendwelche Formänderungen des Schlauches (z. B. in einer speziellen Faltenbalgausführung), noch durch eine Kombination bekannter Armierungen zu erreichen ist.
Ausschließlich die erfindungsgemäße Ausführung des Schlauches mit mindestens zwei Schichten, in Verbindung mit ring-, spiral- oder schuppenförmigen Einschnitten, führt zum Ziel.
Dabei wird die Innenschicht als Weichschicht, die Außenschicht als Hartschicht ausgeführt.
Als Werkstoffe für die erfindungsgemäßen Schläuche können die bei Schläuchen üblichen Thermoplaste und Elastomere eingesetzt werden.
Die weiche Innenschicht ist ausgewählt aus der Gruppe Weich-PVC, Weich-Polyolefine, Polyurethane, Natur- oder Synthesekautschuke oder Elastomere, die harte Außenschicht aus der Gruppe Hart-PVC, Polyamide, Polyurethane oder Polyolefine.
Falls, je nach Anwendung, für Innen- und Außenschicht Werkstoffe eingesetzt werden müssen, die miteinander keine oder nur eine unzureichende Haftung ausbilden, kann zusätzlich zwischen Außen- und Innenschicht eine haftvermittelnde Zwischenschicht eingebracht werden.
Die Herstellung solcher Dreischichtschläuche ist ebenfalls in einem Schritt mittels Coextrusion möglich, wobei die Herstellung im Vergleich zum Zweischichtschlauch nicht signifikant teurer ist.
Die Einschnitte in die Schläuche durchtrennen lediglich die harte Außenschicht.
Dadurch wird erreicht, dass eine hervorragende Knickbeständigkeit des erfindungsgemäßen Schlauches kombiniert wird mit einer hohen Flexibilität, die es gestattet, diesen Schlauch für die eingangs geschilderten Aufgabenstellungen ohne irgendwelche Nachteile einzusetzen.
Die durch Einschnitte erzeugten ring-, spiral- oder schuppenförmigen harten Elemente auf der Schlauchaußenfläche, die mit dem Innenschlauch fest verbunden sind, wirken an den Schnittkanten als Gelenke und ermöglichen so eine Beweglichkeit des erfindungsgemäßen Schlauches derart, dass der weiche Innenschlauch durch die Stabilisierung dieser harten Elemente in engen Radien gebogen werden kann, ohne dass er dabei kollabiert.
Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Schlauches mit Einschnitten zeigen die 1 bis 4:
1 Schläuche mit ringförmigen Einschnitten in Abständen von beispielhaft 2 mm (1a) und 5 mm (1b)
2 Schläuche mit spiralförmigen Einschnitten in Abständen von beispielhaft 1 mm (2a) und 2.5 mm (2b), wobei die Anordnung der Spiralen in einem Winkel von 30° gegenüber der Achse des Schlauches gewählt ist
3 Schlauch mit spiralförmigen Einschnitten im Abstand von beispielhaft 3 mm, wobei die Anordnung der Spiralen in einem Winkel von 54° gegenüber der Achse des Schlauches gewählt ist
4 Schlauch mit schuppenförmigen Einschnitten, wobei die Schuppen eine U-Form aufweisen.
Eine ringförmige Ausführung der Einschnitte und ihre axial "dichte" Anordnung wird gewählt, wenn ein möglichst kleiner Biegeradius ohne Knickneigung erwünscht ist. Hierzu werden Einschnitte entlang des Schlauchumfanges durch die harte Außenschicht ausgeführt, der Abstand der so erzeugten Ringe beträgt 2 bis 6 mm, wie 1 zeigt.
Eine spiralförmige Ausführung und insbesondere eine "aufgelockerte" Anordnung der Einschnitte wird bei reduzierten Anforderungen an den Biegeradius zum Einsatz kommen. Hierzu werden ein oder mehrere parallel laufende spiralförmige Einschnitte um den Schlauchumfang angebracht, so dass der Abstand zweier parallel verlaufender Spiralen 1 bis 5 mm beträgt. Die Steigung der Spirale ist dabei so ausgewählt, dass ein Winkel von 30 bis 54° der Spirale gegen die Achse des Schlauches resultiert.
Eine bevorzugte Ausführungsform stellt dabei die Anbringung der Schnitte unter einem Winkel von 54° gegen die Achse dar, da hierbei ein sehr günstiger Zustand erreicht wird, was das Biegen des Schlauches unter Druckbeaufschlagung angeht. Dies ist in 2 und 3 dargestellt.
Schuppenförmige Einschnitte sind besonders geeignet, wenn es darum geht, Schläuche zu stülpen.
Die Schuppen können in der Aufsicht V-förmig, U-förmig oder pfeilförmig sein oder eine daraus abgeleitete Mischform aufweisen, die sich in eine Richtung verjüngt.
In 4 ist beispielhaft ein Schlauch mit U-förmigen Schuppen abgebildet. Unterschiedliche Schuppenformen lassen sich auch auf einem Schlauch untereinander kombinieren.
Anstelle von Einschnitten, beispielsweise mittels messerartigen oder messerähnlichen Vorrichtungen sind auch Einkerbungen mittels scharf schneidender spanabhebender Werkzeuge möglich. Dadurch lassen sich Einkerbungen erzeugen, die V-förmig, U-förmig oder pfeilförmig sind oder eine daraus abgeleitete Mischform aufweisen. Dadurch wird die Breite der Einschnitte entsprechend der Formgebung der Einschnitte vergrößert.
Auf diese Weise lassen sich sehr vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Schlauches erzeugen, die eine besonders hohe Knickbeständigkeit aufweisen.
Die Herstellung der Einschnitte oder Einkerbungen ist auch mit Hilfe des Lasers oder einer Wasserstrahlschneidevorrichtung möglich.
Die Erfindung erlaubt also die Herstellung von knickbeständigen Schläuchen mit einer glatten Innenoberfläche und einer weitgehend glatten Außenoberfläche, wobei zusätzlich eine Stabilisierung gegen leichten Überdruck und gegen Vakuum erzielt wird.
Die erfindungsgemäßen Schläuche haben darüber hinaus Vorteile in der Verbindungstechnik gegenüber den faltenbalg- oder spiralähnlichen Schläuchen, dahingehend, dass sowohl eine Innenbördelung, als auch ein Außenbördelung möglich ist.
Die erfindungsgemäßen Schläuche werden in einem der Extrusion des Schlauches nachgeschalteten Fertigungsschritt wie folgt hergestellt:
Für die Herstellung der ring- und spiralförmigen Einschnitte sind in einer Vorrichtung schneidende oder spanabhebende Mittel, wie beispielsweise Messer, angeordnet, die sich um den Schlauch bewegen und dabei ringförmige Einschnitte anbringen, wobei sich die Mittel in Extrusionsrichtung mit dem Schlauch in derselben Geschwindigkeit mitbewegen. Die Vorrichtung ist so ausgelegt, dass die Mittel zyklisch nach dem Anbringen der Einschnitte in eine Ausgangsstellung zurückkehren, von der aus ein neuer Zyklus startet.
Die Herstellung von spiralförmigen Einschnitten wird durch umlaufende Mittel bewerkstelligt, die so angeordnet sind, dass diese sich zwar um den Schlauch herumbewegen, sich aber nicht mit dem Schlauch weiterbewegen, also ortsfest sind.
Die Steigung der Spirale wird so in Abhängigkeit zur Geschwindigkeit des Transportes des Schlauches durch die Vorrichtung und durch die Geschwindigkeit der Mittel, die den Schlauch umlaufen, bestimmt.
Schuppenförmige Einschnitte werden durch entsprechende Einstiche / Einschnitte von Mitteln in die harte Außenschicht des Schlauches erreicht, wobei die Formgebung der Schuppen durch Bewegungen der Mittel senkrecht zur Extrusionsrichtung geschieht, wenn sich der Schlauch in Extrusionsrichtung weiterbewegt. Die Form der Schuppen wird so durch die Relativbewegung der Mittel bestimmt.
Mit den erfindungsgemäßen Vorrichtungen zur Herstellung der armierten Schläuche gelingt es, auf einfache Weise ring- oder spiralförmige Einschnitte oder solche in Form eines Schuppenmusters in die harte Außenschicht des Schlauches einzubringen, wobei die Form und Gestalt der Einschnitte in vielfältiger Weise bestimmbar und auch untereinander kombinierbar ist.
Ebenso ist auch eine Abfolge unterschiedlicher Einschnitte entlang eines Schlauches realisierbar, wenn dies entsprechende Erfordernisse verlangen, weil der Schlauch beispielsweise in verschiedenen Zonen unterschiedlichen Biegebelastungen ausgesetzt wird.
Mittel zur Einbringung der Schnitte in die harte Außenschicht des polymeren Schlauches sind gem. Anspruch 14 vorgesehen, wobei die Aufzählung nicht abschließend aufzufassen ist.
Vorteilhaft ist die Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Anbringung der Einschnitte in den Schlauch unmittelbar nach dem Extruder, wo die Schlauchherstellung erfolgt.
Hierdurch gelingt es, den erfindungsgemäßen Schlauch herzustellen, ohne dass ein gesonderter Arbeitsschritt notwendig ist, für den der Schlauch erneut verpackt, zwischengelagert, transportiert und einem Handling unterworfen werden muss.
Für diese vorzugsweise medizinisch verwendeten Schläuche ist dies insbesondere unter dem Gesichtspunkt der hohen Reinheits- und Sauberkeitsanforderungen von Vorteil.
Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele verdeutlichen die Erfindung im Detail.
Zu Ausführungsbeispiel 1
Der Verbundschlauch der Abmessung 4,00/1,50 mm besteht aus einer Innenschicht mit einer Wandstärke vom 1,20 mm, der Werkstoff ist Weich-PVC der Shore-Härte A 65. Die Zwischenschicht besteht aus EVA mit 30 % VA-Gehalt, ihre Schichtdicke beträgt 0,02 mm.
Die Außenschicht hat eine Wandstärke von 0,30 mm, Werkstoff LDPE.
Über scharf schneidende Messer werden konzentrische Ringe in die Außenschicht eingebracht.
Die Ringbreite beträgt 2 mm.
Der so hergestellte Schlauch widersteht einem Innendruck von 4 bar ohne wesentliche Verformung, er lässt einen Biegeradius von 30 mm zu, ohne dass der Schlauch im Biegebereich kollabiert.
Zu Ausführungsbeispiel 2
Bei einem PVC-Verbundschlauch, dessen Innenschlauch eine Wandstärke von 0,8 mm und eine Shore-Härte von A 60, und dessen Außenschlauch eine Wandstärke von 0,2 mm und eine Shore-Härte von A 96 aufweist, wird die Außenschicht mit einem Messer spiralförmig, mit einer Steigung der Spirale von 8 mm Schlauchlänge bezogen auf einen Umlauf (360°) und einem Abstand der spiralförmigen Einschnitte von 5 mm bis zum Innenschlauch eingeschnitten.
Der so hergestellte Schlauch widersteht einem Innendruck von 3,5 bar ohne wesentliche Verformung, er lässt einen Biegeradius von 25 mm zu, ohne dass der Schlauch im Biegebereich kollabiert.

Claims

Polymerer Schlauch mit erhöhter Knickbeständigkeit, umfassend eine weiche Innenschicht und eine harte Außenschicht, gekennzeichnet durch eine Kombination folgender Merkmale: (1) dass die harte Außenschicht ring- oder spiralförmig oder in Form eines Schuppenmusters eingeschnitten ist und (2) dass die Einschnitte ein V-förmige, U-förmige oder pfeilförmige Gestalt oder eine Mischform der genannten Gestalten aufweisen.
Polymerer Schlauch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die weiche Innenschicht aus einem Weich-PVC, oder einem Weich-Polyolefin, oder einem Polyurethan, oder einem Natur- oder Synthesekautschuk oder einem Elastomeren besteht.
Polymerer Schlauch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die harte Außenschicht aus einem Hart-PVC, oder einem Polyamid, oder einem Polyurethan oder einem Polyolefin besteht.
Polymerer Schlauch nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine haftvermittelnde Zwischenschicht zwischen Innen- und Außenschicht aus Elastomeren oder EVA eingebracht wird.
Polymerer Schlauch nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der ringförmigen Einschnitte mindestens 2,0 mm beträgt.
Polymerer Schlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der spiralförmigen Einschnitte mindestens 1,0 mm beträgt.
Polymerer Schlauch nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiralen unter einem Winkel von 30 bis 54° gegen die Achse des Schlauches angeordnet sind.
Polymerer Schlauch nach den Ansprüchen 5, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass an vorbestimmten Stellen eine Kombination von ring- und spiralförmigen Einschnitten möglich ist.
Polymerer Schlauch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schuppen in der Aufsicht V-förmig und/oder U-förmig und/oder pfeilförmig gestaltet sind und/oder eine Mischform der genannten Formen aufweisen.
Vorrichtung zur Herstellung eines polymeren Schlauches mit Einschnitten, die ring- oder spiralförmig oder in Form eines Schuppenmusters vorliegen, wobei die Einschnitte ein V-förmige, U-förmige oder pfeilförmige Gestalt oder eine Mischform der genannten Gestalten aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die harte Außenschicht des Schlauches mit schneidenden oder spanabhebenden Mitteln eingeschnitten wird.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die ring- und spiralförmigen Einschnitte durch um den Schlauch umlaufende Mittel unmittelbar nach der Extrusion des Schlauches eingebracht werden.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Einbringung der ringförmigen Einschnitte mit dem Schlauch in Extrusionsrichtung bewegt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Einbringung der schuppenförmigen Einschnitte in die harte Außenschicht des polymeren Schlauches einschneiden und senkrecht zur Extrusionsrichtung bewegt werden, wobei der Schlauch in Extrusionsrichtung transportiert wird.
Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Einschneiden der harten Außenschicht eines polymeren Schlauches umfassen: Messer, spanabhebende Werkzeuge, Laser, Wasserstrahlschneidevorrichtung.