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WO2011088906A1 - Schlauchförmiger artikel, insbesondere ein hochfester textiler hochdruckschlauch - Google Patents

Schlauchförmiger artikel, insbesondere ein hochfester textiler hochdruckschlauch Download PDF

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WO2011088906A1
WO2011088906A1 PCT/EP2010/065584 EP2010065584W WO2011088906A1 WO 2011088906 A1 WO2011088906 A1 WO 2011088906A1 EP 2010065584 W EP2010065584 W EP 2010065584W WO 2011088906 A1 WO2011088906 A1 WO 2011088906A1
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WO
WIPO (PCT)
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layer
reinforcement layer
tubular article
article according
reinforcement
Prior art date
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Ceased
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PCT/EP2010/065584
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English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Brühne
Jörg EUBEL
Thomas Klyscz
Rainer Lange
Metin Tasseki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ContiTech Schlauch GmbH
Original Assignee
ContiTech Schlauch GmbH
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Publication date
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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16LPIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L11/00Hoses, i.e. flexible pipes
    • F16L11/04Hoses, i.e. flexible pipes made of rubber or flexible plastics
    • F16L11/08Hoses, i.e. flexible pipes made of rubber or flexible plastics with reinforcements embedded in the wall
    • F16L11/085Hoses, i.e. flexible pipes made of rubber or flexible plastics with reinforcements embedded in the wall comprising one or more braided layers
    • F16L11/086Hoses, i.e. flexible pipes made of rubber or flexible plastics with reinforcements embedded in the wall comprising one or more braided layers two layers

Definitions

  • Tubular article in particular a high-strength textile high-pressure hose
  • the invention relates to a tubular article having at least the following
  • braces in the form of a braided structure have a special meaning.
  • at least two layers of thread are used in a crossed arrangement to form a braid angle, wherein the essential state of the art is set out below.
  • the braid consists of steel threads, which are in particular tempered and surface-protected. They are used in particular as hydraulic hoses and in active suspension systems for use, reference being made, for example, to the following patent literature: DE 41 18 023 C2
  • the object of the invention is to provide a generic tubular article which is to fulfill the following requirements:
  • the first strength support layer has an elongation of 5 to 40%.
  • the first reinforcement layer is made of polyamide (PA), polyester (PES), m-aramid, polyoxodiazole (POD) or polyphenylene sulfide (PPS).
  • PA polyamide
  • PET polyester
  • PES polyoxodiazole
  • PPS polyphenylene sulfide
  • the first reinforcement layer is formed from a yarn or twisted yarn, in particular based on staple fibers or continuous filament yarns.
  • the second reinforcing layer has an elongation of 0 to 10%.
  • the second reinforcement layer consists of aramid, in particular of p-aramid, carbon fibers, glass fibers or polybenzoxazole (PBO).
  • the second reinforcement layer is formed of a thread or twine. Of particular importance is the twist thread.
  • the first reinforcement layer and / or the second reinforcement layer is / are in particular formed as a textile braid. It is useful if both
  • Reinforcing layers form a textile braid.
  • the braid angle is
  • At least one intermediate layer of a polymeric material having elastic properties is preferably arranged.
  • the tubular article with the new reinforcement concept can be used for
  • hoses Delivery hoses, air bellows and expansion joints are used.
  • the high-strength textile high-pressure hose is particularly noteworthy.
  • other layers may be present, for example an inliner in the form of a film of polyamide (PA) or a
  • Fluoroplastic in particular of polytetrafluoroethylene (PTFE).
  • Inner layer, outer layer and the intermediate layer / s of the tubular article are used in particular the following two variants:
  • the polymeric material is an elastomeric material based on a vulcanized rubber composition containing a non-cut rubber component or a rubber component
  • EPDM Ethylene-propylene-diene copolymer
  • NBR Nitrile rubber
  • HNBR hydrogenated nitrile rubber
  • NR Styrene butadiene rubber
  • CM Chlorinated polyethylene
  • CSM Chlorosulfonated polyethylene
  • EVA Ethylene-vinyl acetate rubber
  • ACM Acrylate rubber
  • Silicone rubber (MQ, VMQ, PVMQ, FVMQ, DE 10 2006 058 470 AI)
  • FFPM Perfluorinated propylene rubber
  • FFKM Perfluorocarbon rubber
  • EPM EPM
  • EPDM EPDM
  • CR NR
  • NBR NBR
  • CM CSM
  • HNBR HNBR
  • FKM FKM
  • ACM AEM
  • the usual mixture ingredients comprise at least one crosslinker or a
  • Crosslinking system crosslinking agent and accelerator
  • Other mixing ingredients are usually still a filler and / or a processing aid and / or a plasticizer and / or an anti-aging agent and optionally further
  • Additives eg color pigments, fibers.
  • Additives eg color pigments, fibers.
  • Variant B is made to the general state of rubber mixing technology.
  • the polymeric material is a thermoplastic vulcanizate (thermoplastic
  • TPE Elastomer, abbreviation TPE
  • TPE thermoplastic component
  • rubber component which is at least partially crosslinked, as well as customary mixing ingredients.
  • thermoplastic components are: polyolefin, especially polyethylene (PE) or polypropylene (PP);
  • PA Polyamide
  • Polyester As rubber components are in particular EPM, EPDM, SBR, CR, NR, NBR, FKM, ACM or AEM mentioned, which are blended in particular with no other rubber component.
  • the two polymer material variants (A, B) are of particular importance for delivery hoses.
  • Fig. 1 a tubular article in the form of a high-strength textile
  • FIG. 2 is a comparison diagram with the curves a and b.
  • tubular article in the form of a high-pressure hose from inside to outside has the following layer structure:
  • An inner layer 01 of an elastomeric material for example based on ACM
  • An outer layer 05 made of an elastomeric material, for example based on EPDM.
  • the elongation of the first reinforcement layer 02 is greater than the elongation of the second reinforcement layer 03.
  • FIG. 2 now shows a comparison diagram with the following data or criteria:
  • Curve a Volume increase of a high-pressure hose with steel braiding according to the prior art Volume increase according to a high pressure hose according to the invention with reference to the exemplary embodiment according to FIG. 1

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Rigid Pipes And Flexible Pipes (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen schlauchförmigen Artikel mit wenigstens folgendem Schichtenaufbau : — einer Innenschicht (01) und einer Außenschicht (05), die jeweils aus einem polymeren Werkstoff mit elastischen Eigenschaften bestehen; sowie — einer ersten Festigkeitsträgerschicht (02) und einer zweiten Festigkeitsträgerschicht (03), die zwischen der Innenschicht (01) und der Außenschicht (05) eingebettet sind und jeweils aus einem textilen Werkstoff bestehen, wobei die erste Festigkeitsträgerschicht (02) mit der Innenschicht (01) und die zweite Festigkeitsträgerschicht (03) mit der Außenschicht (05) in Verbindung stehen. Der erfindungsgemäße schlauchförmige Artikel zeichnet sich dadurch aus, dass die Dehnung der ersten Festigkeitsträgerschicht (02) größer ist als die Dehnung der zweiten Festigkeitsträgerschicht (03). Zwischen der ersten Festigkeitsträgerschicht (02) und der zweiten Festigkeitsträgerschicht (03), die jeweils insbesondere als Textilgeflecht ausgebildet sind, ist vorzugsweise eine Zwischenschicht (04) aus einem polymeren Werkstoff mit elastischen Eigenschaften angeordnet. Der schlauchförmige Artikel ist insbesondere ein hochfester Hochdruckschlauch.

Description

Beschreibung
Schlauchförmiger Artikel, insbesondere ein hochfester textiler Hochdruckschlauch
Die Erfindung betrifft einen schlauchförmigen Artikel mit wenigstens folgendem
S chichtenaufbau :
— einer Innenschicht und einer Außenschicht, die jeweils aus einem polymeren
Werkstoff mit elastischen Eigenschaften bestehen; sowie
— einer ersten Festigkeitsträgerschicht und einer zweiten Festigkeitsträgerschicht, die zwischen der Innenschicht und der Außenschicht eingebettet sind und jeweils aus einem textilen Werkstoff bestehen, wobei die erste Festigkeitsträgerschicht mit der Innenschicht und die zweite Festigkeitsträgerschicht mit der Außenschicht in Verbindung stehen.
Bei Hochdruckschläuchen haben Festigkeitsträger in Form einer Geflechtskonstruktion eine besondere Bedeutung. Dabei werden wenigstens zwei Fadenlagen in gekreuzter Anordnung unter Ausbildung eines Geflechtwinkels eingesetzt, wobei im Folgenden der wesentliche Stand der Technik dargelegt wird.
Das Geflecht besteht aus Fäden (Drähte) aus Stahl, die insbesondere vergütet und oberflächengeschützt sind. Sie kommen dabei insbesondere als Hydraulikschläuche sowie bei aktiven Fahrwerksystemen zur Anwendung, wobei beispielsweise auf folgende Patentliteratur verwiesen wird: DE 41 18 023 C2
DD 289 896 A7 Nachteilig ist, dass bei einem derartigen Festigkeitsträgerkonzept akustische Probleme auftreten. Außerdem zeichnen sich derartige Schläuche durch eine geringe
Volumenzunahme aus.
Zwischenzeitlich haben Hochdruckschläuche mit einem Festigkeitsträgerkonzept auf der Basis eines ersten Textilgeflechtes und eines zweiten Textilgeflechtes eine Bedeutung erlangt, wobei hier beispielsweise auf folgende Patentliteratur verwiesen wird: DE 10 2008 014 988 AI
EP 0 567 115 Bl
US 2009/0236004 AI
Auf dem Markt sind dabei Hochdruckschläuche, bei dem das Fadenmaterial des Textilgeflechtes aus Polyvinylalkohol (PVAL) besteht. Nachteilig sind jedoch hier eine geringe Volumenzunahme im Betriebspunkt (180 bar <10 %) und eine nicht optimale Betriebsfestigkeit.
Im Rahmen einer Weiterentwicklung besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen gattungsgemäßen schlauchförmigen Artikel bereitzustellen, der folgende Anforderungen erfüllen soll:
— eine hohe dynamische Festigkeit; — eine progressiv ansteigende Volumenzunahme bis ca. 75 bar (Fig. 2, Kurve b) und eine Volumenzunahme >15 % bei 200 bar;
— eine statische Dauerdruckbeständigkeit sowie — eine höhere Flexibilität. Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass die Dehnung der ersten Festigkeitsträgerschicht größer ist als die Dehnung der zweiten Festigkeitsträgerschicht.
Hinsichtlich der ersten und zweiten Festigkeitsträgerschicht werden im Folgenden die zweckmäßigen Werkstoffkriterien angegeben.
— Erste Festigkeitsträgerschicht
Die erste Festigkeitsträgerschicht weist eine Dehnung von 5 bis 40 % auf.
Die erste Festigkeitsträgerschicht besteht aus Polyamid (PA), Polyester (PES), m-Aramid, Polyoxodiazol (POD) oder Polyphenylensulfid (PPS).
Die erste Festigkeitsträgerschicht ist aus einem Garnfaden oder Zwirnfaden gebildet, insbesondere auf der Basis von Stapelfasern oder Endlosfilamentgarnen.
— Zweite Festigkeitsträgerschicht
Die zweite Festigkeitsträgerschicht weist eine Dehnung von 0 bis 10 % auf.
Die zweite Festigkeitsträgerschicht besteht aus Aramid, insbesondere aus p-Aramid, Kohlenstofffasern, Glasfasern oder Polybenzoxazol (PBO).
Die zweite Festigkeitsträgerschicht ist aus einem Garnfaden oder Zwirnfaden gebildet. Von besonderer Bedeutung ist dabei der Zwirnfaden.
Die erste Festigkeitsträgerschicht und/oder die zweite Festigkeitsträgerschicht ist/sind insbesondere als Textilgeflecht ausgebildet. Dabei ist es zweckmäßig, wenn beide
Festigkeitsträgerschichten ein Textilgeflecht bilden. Der Geflechtswinkel beträgt
50° bis 56°, insbesondere 54°. Zwischen der ersten Festigkeitsträgerschicht und der zweiten Festigkeitsträgerschicht ist vorzugsweise wenigstens eine Zwischenschicht aus einem polymeren Werkstoff mit elastischen Eigenschaften angeordnet. Der schlauchförmige Artikel mit dem neuen Festigkeitsträgerkonzept kann für
Förderschläuche, Luftfederbälge und Kompensatoren zur Anwendung gelangen. Von besonderer Bedeutung ist der Einsatz auf dem Schlauchsektor, wobei der hochfeste textile Hochdruckschlauch besonders zu erwähnen ist. Insbesondere auf dem Schlauchsektor können weitere Schichten vorhanden sein, beispielsweise ein Inliner in Form einer Folie aus Polyamid (PA) oder einem
Fluorkunststoff, insbesondere aus Polytetrafluorethylen (PTFE).
Hinsichtlich des polymeren Werkstoffes mit elastischen Eigenschaften für die
Innenschicht, Außenschicht und der Zwischenschicht/en des schlauchförmigen Artikels kommen insbesondere folgende beiden Varianten zum Einsatz:
Variante A Der polymere Werkstoff ist ein elastomerer Werkstoff auf der Basis einer vulkanisierten Kautschukmischung, die eine unverschnittene Kautschukkomponente oder einen
Kautschukkomponentenverschnitt und übliche Mischungsingredienzien enthält. Als Kautschukkomponenten sind insbesondere zu nennen: Ethylen-Propylen-Mischpolymerisat (EPM)
Ethylen-Propylen-Dien- Mischpolymerisat (EPDM)
Nitrilkautschuk (NBR)
(teil)hydrierter Nitrilkautschuk (HNBR)
Fluor-Kautschuk (FKM)
Chloropren-Kautschuk (CR)
Naturkautschuk (NR) Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR)
Isopren-Kautschuk (IR)
Butylkautschuk (HR)
Brombutylkautschuk (BIIR)
Chlorbutylkautschuk (CUR)
Butadien-Kautschuk (BR)
Chloriertes Polyethylen (CM)
Chlorsulfoniertes Polyethylen (CSM)
Polyepichlorhydrin (ECO)
Ethylen-Vinylacetat-Kautschuk (EVA)
Acrylat-Kautschuk (ACM)
Ethylen-Acrylat-Kautschuk (AEM)
Silikonkautschuk (MQ, VMQ, PVMQ, FVMQ; DE 10 2006 058 470 AI)
Fluorierter Methylsilikonkautschuk (MFQ)
Perfluorinierter Propylen- Kautschuk (FFPM)
Perfluorcarbon-Kautschuk (FFKM)
Polyurethan (PU)
Auch der Einsatz eines Verschnittes, insbesondere in Verbindung mit einem der vorgenannten Kautschuktypen, beispielsweise ein NR/BR- Verschnitt, ist möglich.
Von besonderer Bedeutung sind: EPM, EPDM, CR, NR, NBR, CM, CSM, HNBR, FKM, ACM oder AEM. Die üblichen Mischungsingredienzien umfassen wenigstens einen Vernetzer oder ein
Vernetzersystem (Vernetzungsmittel und Beschleuniger). Weitere Mischungsingredienzien sind zumeist noch ein Füllstoff und/oder ein Verarbeitungshilfsmittel und/oder ein Weichmacher und/oder ein Alterungsschutzmittel sowie gegebenenfalls weitere
Zusatzstoffe (z.B. Farbpigmente, Fasern). Diesbezüglich wird auf den allgemeinen Stand der Kautschukmischungstechnologie verwiesen. Variante B
Der polymere Werkstoff ist ein thermoplastisches Vulkanisat (thermoplastisches
Elastomer, Kurzbezeichnung TPE), enthaltend wenigstens eine Thermoplastkomponente, wenigstens eine Kautschukkomponente, die zumindest teilvernetzt ist, sowie übliche Mischungsingredienzien.
Die bevorzugten Thermoplastkomponenten sind ein: Polyolefm, insbesondere Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP);
Polystyrol;
Polyamid (PA), beispielsweise PA6 oder PA6.6;
Polyester (PES). Als Kautschukkomponenten sind insbesondere EPM, EPDM, SBR, CR, NR, NBR, FKM, ACM oder AEM zu nennen, die insbesondere mit keiner weiteren Kautschukkomponente verschnitten sind.
Hinsichtlich der üblichen Mischungsingredienzien wird auf die Mischungstechnologie zu der Variante A, insbesondere auf die Lehre gemäß der Offenlegungsschrift
DE 100 04 632 AI verwiesen.
Die beiden polymeren Werkstoffvarianten (A, B) sind insbesondere bei Förderschläuchen von Bedeutung.
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf schematische Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen schlauchförmigen Artikel in Form eines hochfesten textilen
Hochdruckschlauches; Fig. 2 ein Vergleichsdiagramm mit den Kurven a und b.
Nach Fig. 1 besitzt der schlauchförmige Artikel in Form eines Hochdruckschlauches von Innen nach Außen folgenden Schichtenaufbau:
— eine Innenschicht 01 aus einem elastomeren Werkstoff, beispielsweise auf der Basis von ACM;
— eine erste Festigkeitsträgerschicht 02 in Form eines Textilgeflechtes, insbesondere aus
PA.
— eine Zwischenschicht 04 aus einem elastomeren Werkstoff, beispielsweise auf der Basis von ACM; — eine zweite Festigkeitsträgerschicht 03 in Form eines Textilgeflechtes, insbesondere aus p-Aramid;
— eine Außenschicht 05 aus einem elastomeren Werkstoff, beispielsweise auf der Basis von EPDM.
Von erfindungswesentlicher Bedeutung ist, dass die Dehnung der ersten Festigkeitsträgerschicht 02 größer ist als die Dehnung der zweiten Festigkeitsträgerschicht 03.
Fig. 2 zeigt nun ein Vergleichsdiagramm mit folgenden Daten bzw. Kriterien:
Ordinate Volumenzunahme [%]
Abszisse Druck [bar]
Kurve a: Volumenzunahme eines Hochdruckschlauches mit Stahlgeflecht nach dem Stand der Technik Volumenzunahme gemäß eines erfindungsgemäßen Hochdruckschlauches anhand des Ausfuhrungsbeispiels gemäß Fig. 1
Bezugszeichenliste
(Teil der Beschreibung)
Ol Innenschicht
02 erste Festigkeitsträgerschicht
03 zweite Festigkeitsträgerschicht
04 Zwischenschicht
05 Außenschicht

Claims

Patentansprüche
1. Schlauchförmiger Artikel mit wenigstens folgendem Schichtenaufbau:
— einer Innenschicht (01) und einer Außenschicht (05), die jeweils aus einem
polymeren Werkstoff mit elastischen Eigenschaften bestehen; sowie
— einer ersten Festigkeitsträgerschicht (02) und einer zweiten
Festigkeitsträgerschicht (03), die zwischen der Innenschicht (01) und der
Außenschicht (05) eingebettet sind und jeweils aus einem textilen Werkstoff bestehen, wobei die erste Festigkeitsträgerschicht (02) mit der Innenschicht (01) und die zweite Festigkeitsträgerschicht (03) mit der Außenschicht (05) in
Verbindung stehen; dadurch gekennzeichnet, dass die Dehnung der ersten Festigkeitsträgerschicht (02) größer ist als die Dehnung der zweiten Festigkeitsträgerschicht (03).
2. Schlauchförmiger Artikel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Festigkeitsträgerschicht (02) eine Dehnung von 5 bis 40 % aufweist.
3. Schlauchförmiger Artikel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Festigkeitsträgerschicht (02) aus Polyamid (PA), Polyester (PES), m-Aramid, Polyoxodiazol (POD) oder Polyphenylensulfid (PPS) besteht.
4. Schlauchförmiger Artikel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass die erste Festigkeitsträgerschicht (02) aus einem Garnfaden oder Zwirnfaden gebildet ist.
5. Schlauchförmiger Artikel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass die erste Festigkeitsträgerschicht (02) aus Stapelfasern oder Endlosfilamentgarnen gebildet ist.
6. Schlauchförmiger Artikel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Festigkeitsträgerschicht (03) eine Dehnung von 0 bis 10 % aufweist.
7. Schlauchförmiger Artikel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, dass die zweite Festigkeitsträgerschicht (03) aus Aramid,
Kohlenstofffasern, Glasfasern oder Polybenzoxazol (PBO) besteht.
8. Schlauchförmiger Artikel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die
zweite Festigkeitsträgerschicht (03) aus p-Aramid besteht.
9. Schlauchförmiger Artikel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, dass die zweite Festigkeitsträgerschicht (03) aus einem Garnfaden oder Zwirnfaden gebildet ist.
10. Schlauchförmiger Artikel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, dass die erste Festigkeitsträgerschicht (02) und/oder die zweite Festigkeitsträgerschicht (03) als Textilgeflecht ausgebildet ist/sind.
11. Schlauchförmiger Artikel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Textilgeflecht (02) und/oder das zweite Textilgeflecht (03) einen
Geflechtswinkel von 50° bis 56° aufweist/aufweisen.
12. Schlauchförmiger Artikel nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Festigkeitsträgerschicht (02) und der zweiten Festigkeitsträgerschicht (03) wenigstens eine Zwischenschicht (04) aus einem polymeren Werkstoff mit elastischen Eigenschaften angeordnet ist.
13. Schlauchförmiger Artikel nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, dass dieser ein Förderschlauch, Luftfederbalg oder Kompensator ist. Schlauchförmiger Artikel nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der
Förderschlauch ein Hochdruckschlauch ist.
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