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Dokumentenidentifikation DE102006027910A1 20.12.2007
Titel Naturkautschukteil, insbesondere im Verbund mit einem Metallteil, und Verfahren zur Herstellung eines solchen Naturkautschukteils, insbesondere Verbundes
Anmelder ContiTech Vibration Control GmbH, 30453 Hannover, DE
Erfinder Blanke, Jürgen, Dr., 30890 Barsinghausen, DE;
Sattlegger, Thomas, 31655 Stadthagen, DE
DE-Anmeldedatum 17.06.2006
DE-Aktenzeichen 102006027910
Offenlegungstag 20.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.12.2007
IPC-Hauptklasse C08J 7/04(2006.01)A, F, I, 20060617, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B29C 67/24(2006.01)A, L, I, 20060617, B, H, DE   B32B 15/06(2006.01)A, L, I, 20060617, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Naturkautschukteil, insbesondere im Verbund mit einem Metallteil, und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Naturkautschukteils, insbesondere eines solchen Verbundes.
Erfindungsgemäß ist das Naturkautschukteil mit einem thermoplastischen Polyurethan (TPU) beschichtet.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Naturkautschukteil, insbesondere im Verbund mit einem Metallteil, und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Naturkautschukteils, insbesondere eines solchen Verbundes.

Naturkautschukteile werden in diversen Formen, insbesondere im Verbund mit Metallteilen, in unterschiedlichsten Bereichen insbesondere der Automobilindustrie verwendet.

Bekannt sind beispielsweise Naturkautschukteile, die im Verbund mit Metallteilen Motorlager oder Schwingungsdämpfer bilden. Die Motorlager können beispielsweise durch hydraulisch dämpfende Buchsen oder Lager gebildet sein. Als Schwingungsdämpfer sind so genannte Torsionsschwingungsdämpfer bekannt. Das Metallteil ist üblicherweise durch ein Nabenteil und einen das Nabenteil mit radialem Abstand umschließenden Außenring gebildet, wobei das Naturkautschukteil durch zumindest einen Federkörper gebildet ist, der in dem durch den Abstand gebildeten Spalt zwischen dem Nabenteil und dem Außenring einvulkanisiert ist. Es gibt selbstverständlich auch andere Ausgestaltungen von Motorlagern und Schwingungsdämpfern.

Die Verwendung von Naturkautschuk in derartigen Verbunden stößt an ihre Grenzen, wenn der Verbund bei höheren Temperaturen verwendet wird und das Naturkautschukteil mit dessen Substanz angreifenden Medien, insbesondere mit Öl oder Treibstoff, in Kontakt kommt. In beiden Fällen ist die Lebensdauer des Naturkautschukteils relativ gering.

Es ist versucht worden, die genannten Grenzen dadurch zu überwinden, dass anstelle der Naturkautschukteile teure Synthesekautschukteile verwendet werden. Es hat sich aber gezeigt, dass derartige Synthesekautschukteile nicht nur unwirtschaftlich sind, sondern auch ihre Aufgaben innerhalb des Verbundteils häufig nicht zufriedenstellend erfüllen.

Aus dem letzt genannten Grund werden daher bevorzugt Naturkautschukeile verwendet, bei denen versucht wird, die Temperaturbeständigkeit durch Abschirmen mit Hitzeschutzschilden sowie Wärmeleitblechen und die Beständigkeit gegenüber aggressiven Medien durch aufwendige Schutzanstriche zu verbessern.

Nachteilig an den Hitzeschutzschilden und Wärmeleitblechen ist, dass diese als zusätzliche Bauteile aufwendig und kostenintensiv mit dem Naturkautschukteil bzw. dem Verbund aus Naturkautschukteil und Metallteil verbaut werden müssen. Insbesondere dort, wo bei der späteren Verwendung des Naturkautschukteils bzw. des Verbundes nur geringer Raum für dessen Einbau zur Verfügung steht, macht sich der Nachteil der zusätzlichen Bauteile besonders bemerkbar. Darüber hinaus ist auch ein Nachteil darin zu sehen, dass diese zusätzlichen Bauteile nur gegen Wärmestrahlung schützen, zum Schutz des Naturkautschukteils gegenüber aggressiven Medien aber nichts beitragen. Der angesprochene aufwendige Schutzanstrich, der das Naturkautschukteil gegenüber aggressiven Medien schützen soll, hat den Nachteil, dass dieser bei dynamischer Beanspruchung und großen Dehnungen, wie sie insbesondere bei Motorlagern und Schwingungsdämpfern im Einsatz auftreten, reißt, so dass das Naturkautschukteil dann wiederum relativ schnell den aggressiven Medien ausgesetzt ist.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verbundteil aus einem Metallteil und einem Naturkautschukteil derart zu verbessern, dass das Naturkautschukteil gegen höhere Temperaturen und aggressive Medien geschützt ist, insbesondere ohne hierbei den Verbund aus Naturkautschukteil und Metallteil baulich verändern zu müssen.

Diese Aufgabe wird bei einem Naturkautschukteil, insbesondere im Verbund mit einem Metallteil, dadurch gelöst, dass das Naturkautschukteil mit einem thermoplastischen Polyurethan (TPU) beschichtet ist.

Erfindungsgemäß muss die Beschichtung hierbei nicht vollumfänglich erfolgen, sondern kann auch nur in dem Bereich des Naturkautschukteils vorhanden sein, der später tatsächlich höheren Temperaturen und aggressiven Medien ausgesetzt ist.

Die Herstellung des Naturkautschukteils, insbesondere des Verbundes aus Naturkautschukteil und Metallteil, erfolgt hierbei zunächst in der dem Fachmann bekannten Weise, indem zunächst das Naturkautschukteil, insbesondere mit dem Metallteil vulkanisiert wird. Erfindungsgemäß wird aber anschließend, also nach dem Vulkanisieren, ein thermoplastisches Polyurethan auf das Naturkautschukteil aufgebracht. Es hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn das thermoplastische Polyurethan auf das Naturkautschukteil aufgespritzt wird.

Durch die Beschichtung des Naturkautschukteils mit thermoplastischem Polyurethan wird auf einfache Weise erreicht, dass das Naturkautschukteil gegenüber aggressiven Medien, insbesondere Ölen und Treibstoffen, und gegen höhere Temperaturen beständig ist und somit gegenüber den herkömmlichen Naturkautschukteilen bzw. Verbunden aus Naturkautschukteil und Metallteil eine wesentlich längere Lebensdauer aufweist. Dadurch wird die Funktionsfähigkeit des Naturkautschukteils bzw. des Verbundes, insbesondere wenn es sich im letzteren Fall um ein Motorlager oder Schwingungsdämpfer handelt, über einen längeren Zeitraum gewährleistet.

Die Herstellung des Naturkautschukteils bzw. des Verbundes ist apparativ einfach zu handhaben. Insbesondere zeichnet sich das erfindungsgemäße Naturkautschukteil bzw. der erfindungsgemäße Verbund dadurch aus, dass keine zusätzlichen Bauteile erforderlich sind, um einen Schutz vor höheren Temperaturen oder aggressiven Medien zu erreichen.

Durch die Schicht aus thermoplastischem Polyurethan wird der Naturkautschuk insbesondere gegen oxidative Alterungsprozesse geschützt. Die verbesserte Temperaturbeständigkeit wird im Wesentlichen darauf zurückgeführt, dass durch das thermoplastische Polyurethan der Zugang von Sauerstoff zum Naturkautschuk verhindert wird, wodurch es zur massiven Reduzierung der thermooxidativen Schädigung des Naturkautschuks kommt. Die Beständigkeit gegenüber aggressiven Medien ist auf die Chemikalienresistenz thermoplastischer Polyurethane zurückzuführen. Diese bilden auf dem Naturkautschuk eine Art Schutzfilm, der den Kontakt des Naturkautschuks mit den aggressiven Medien verhindert.

Die genannten Effekte treten nur bei ungeschäumten Polyurethanen auf. Unter thermoplastischen Polyurethanen werden im Sinne der Erfindung demnach nur solche verstanden, die ungeschäumt vorliegen.

Bei den erfindungsgemäß verwendeten thermoplastischen Polyurethanen handelt es sich um den Fachmann bekannte, handelsübliche TPU-Elastomere (z.B. Elastollan der BASF AG/Elastogran GmbH). Die thermoplastischen Polyurethane können entweder Polyether-Polyurethane und/oder Polyester-Polyurethane sein.

Durch das vorzugsweise Aufspritzen des thermoplastischen Polyurethans wird eine gleichmäßige Schutzschicht erhalten. Dies ist vorteilhaft, da sich herausgestellt hat, dass Ungleichmäßigkeiten in der Schutzschicht bei Naturkautschukteilen, die hoher dynamischer Beanspruchung und großen Dehnungen ausgesetzt sind, die Gefahr von Rissen erhöhen können.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das thermoplastische Polyurethan eine Schichtdicke von 0,5 bis 5 mm aufweist.

Eine derart dünne Schicht aus thermoplastischem Polyurethan hat sich als bevorzugt zur Erhöhung der Beständigkeit des Naturkautschukteils gegenüber höheren Temperaturen und aggressiven Medien erwiesen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das thermoplastische Polyurethan unlösbar mit dem Naturkautschukteil verbunden.

Durch die fest haftende Verbindung mit der Oberfläche des Naturkautschukteils sind dynamische Belastungen und große Dehnungen ohne Zerstörung der Schutzschicht aus thermoplastischem Polyurethan möglich.

Weiterhin ist vorgesehen, dass das thermoplastische Polyurethan mit einem Haftmittel versehen oder zwischen Naturkautschukteil und thermoplastischem Polyurethan ein Haftmittel vorgesehen ist.

Hierbei wird vorzugsweise dem thermoplastischen Polyurethan vor dem Aufbringen auf das Naturkautschukteil ein Haftmittel zugesetzt, so dass das thermoplastische Polyurethan fest mit dem Naturkautschuk verbunden ist. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann es zweckmäßig sein, vor dem Aufbringen des thermoplastischen Polyurethans ein Haftmittel auf das Naturkautschukteil aufzubringen, um die Festigkeit der Verbindung von Naturkautschuk und thermoplastischem Polyurethan zu erhöhen. Dadurch sind noch größere dynamische Belastungen und Dehnungen des Naturkautschukteils ohne Zerstörung der Schutzschicht aus thermoplastischem Polyurethan möglich.

Eine Weiterbildung sieht vor, dass das thermoplastische Polyurethan eine Shore-Härte im Bereich von 50 bis 95 ShA aufweist. Die Verwendung thermoplastischer Polyurethane in einem derartigen Shore-Härte-Bereich hat sich als besonders vorteilhaft für die Aufbringung auf das Naturkautschukteil und für die Sicherstellung der Barrierefunktion der Schutzschicht erwiesen, wobei ein derartiges thermoplastisches Polyurethan große dynamische Belastungen und große Dehnungen des Naturkautschukteils mitmacht, ohne zu reißen.

Es hat sich weiterhin als vorteilhaft herausgestellt, wenn das thermoplastische Polyurethan einen Farbstoff bzw. ein gleich wirkendes Additiv als weiteren Schutz gegen Wärmestrahlung umfasst. Dadurch kann die Temperaturbeständigkeit des Naturkautschukteils weiter erhöht werden.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem Verbundteil um ein Motorlager oder um einen Schwingungsdämpfer. Es hat sich gezeigt, dass gerade bei diesen beiden Verbundteilen die größten Probleme hinsichtlich der Temperatur- und Medienbeständigkeit auftreten, welche nun erfindungsgemäß gelöst sind.

Beispiel:

Zunächst wird ein Verbundteil aus einem Metallteil und einem Naturkautschukteil in einer dem Fachmann bekannten Weise hergestellt. Es gibt diverse Möglichkeiten ein solches Verbundteil, bei dem das Metallteil mit dem Naturkautschukteil vulkanisiert ist, herzustellen, die in der Patentliteratur ohne weiteres zu finden sind.

Anschließend wird das Verbundteil mit einem thermoplastischen Polyurethan (z.B. Elastollan der BASF AG) mit einer Shore-Härte von ca. 70 ShA in einer dünnen Schicht von ca. 2 mm auf das Naturkautschukteil aufgespritzt.

Geeignete Verfahren zum Aufspritzen bzw. Aufsprühen von Kunststoffen sind dem Fachmann bekannt und ebenfalls der Patentliteratur ohne weiteres entnehmbar.

Das derart hergestellte Verbundteil zeichnet sich durch ein Naturkautschukteil aus, dass gegenüber höheren Temperaturen und aggressiven Medien geschützt ist.


Anspruch[de]
Naturkautschukteil, insbesondere im Verbund mit einem Metallteil, dadurch gekennzeichnet, dass das Naturkautschukteil mit einem thermoplastischen Polyurethan (TPU) beschichtet ist. Naturkautschukteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Polyurethan eine Schichtdicke von 0,5 bis 5 mm aufweist. Naturkautschukteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Polyurethan unlösbar mit dem Naturkautschukteil verbunden ist. Naturkautschukteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Polyurethan mit einem Haftmittel versehen oder zwischen Naturkautschukteil und thermoplastischem Material ein Haftmittel vorgesehen ist. Naturkautschukteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Polyurethan eine Shore-Härte im Bereich von 50 bis 95 ShA aufweist. Naturkautschukteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Polyurethan einen Farbstoff bzw. ein gleich wirkendes Additiv als weiteren Schutz gegen Wärmestrahlung umfasst. Naturkautschukteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbund aus Naturkautschukteil und Metallteil ein Motorlager oder ein Schwingungsdämpfer ist. Verfahren zur Herstellung eines Naturkautschukteil, insbesondere im Verbund mit einem Metallteil, bei dem das Naturkautschukteil, insbesondere mit dem Metallteil vulkanisiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Vulkanisieren ein thermoplastisches Polyurethan auf das Naturkautschukteil aufgebracht, vorzugsweise aufgespritzt, wird. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem thermoplastischen Polyurethan vor dem Aufbringen ein Haftmittel zugesetzt wird. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufbringen des thermoplastischen Polyurethans ein Haftmittel auf das Naturkautschukteil aufgebracht wird.






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