Leverkusen

Gummi unter Druck

Elastomere Werkstoffe für die unterschiedlichsten Hydraulikanwendungen

Hohen Temperaturen, Innendrücken bis zu 800 bar aber auch mechanischen Beanspruchungen und aggressiven Flüssigkeiten müssen Hydraulikschläuche standhalten. Deshalb werden sie unter anderem aus Hochleistungspolymeren wie Perbunan®' Krynac®' Baypren®' Buna® EP sowie Therban® hergestellt.

An elastomeren Werkstoffen führt in der Technik nach wie vor kein Weg vorbei. Zwar präsentieren sich diese Vielstoffsysteme den Ingenieuren aufgrund ihrer enormen Vielseitigkeit weniger "griffig" als thermoplastische Kunststoffe oder gar Stahl und Aluminium, dafür können sie aber vom Anwender optimal auf die unterschiedlichsten Anwendungsbereiche zugeschnitten werden. Hierbei helfen speziell entwickelte polymere Rohstoffe mit einem maßgeschneiderten Eigenschaftsprofil, die von der Leverkusener Bayer AG ? einem Unternehmen mit jahrzehntelanger Kautschuk-Erfahrung, in dem unter anderem der erste Synthesekautschuk erfunden wurde ? entwickelt werden. Ein illustratives Beispiel hierfür sind Werkstoffe für Hydraulikschläuche.

Im Prinzip handelt es sich bei Hydraulikschläuchen um die beweglichen und dämpfenden Teile in ansonsten starren Hydrauliksystemen. Sie müssen daher zum einen elastisch und biegsam sein, zum anderen aber auch Innendrücke von etlichen hundert Bar, hohe Temperaturen und über eine lange Einsatzdauer den ständigen Kontakt mit aggressiven flüssige Medien überstehen. Diesem Aufgabenprofil werden speziell auf ihre Anwendungsgebiete zugeschnittene Hochleistungselastomere wie Perbunan®/Krynac®,Baypren®, Buna® EP und Therban® am besten gerecht.

Beispiel Baumaschinen: Hier kommt es vor allem darauf an, Hydraulikölen auf Mineralölbasis und hohen Drücken von bis zu 800 Bar zu trotzen. Diese Aufgabe lösen Ingenieure heute in 95% aller Fälle mit Schläuchen, in denen der spiralisierte oder geklöppelte Stahldraht, der dem Schlauch die nötige Druckfestigkeit verleiht, innenseitig durch Nitrilkautschuk (NBR) geschützt ist. Grund: Die polaren Nitrilgruppen dieses Elastomertyps, der von Bayer unter den Namen Perbunan® und Krynac® hergestellt und vertrieben wird, verhindern, dass das Hydrauliköl in das Gummimaterial eindringt und es aufquillen läßt. Dies gilt übrigens auch für biologisch abbaubare Hydraulikflüssigkeiten die neuerdings zum Beispiel in der Forstwirtschaft häufiger eingesetzt werden.

Perbunan und Krynac bauen eine ausgezeichnete Haftung zum stählernen Festigkeitsträger des Schlauches auf und sorgen durch ihren guten Druckverformungsrest dafür, dass die metallischen Kupplungselemente der Schläuche sicher halten. Diese Kupplungen werden in der Regel in den Schlauch gedrückt und festgezogen (sog. Quetschverbindung). Würde das Gummimaterial sich dabei bleibend verformen, könnte die Verbindung allmählich abrutschen. Als Außenhülle des Schlauchmaterials wird aus Kostengründen übrigens häufig auf Chloropren-Gummi (CR) zurückgegriffen ? bei Bayer unter dem Namen Baypren® zu haben. Dieses wetter- und ozonbeständige Elastomer verbindet sich ebenfalls fest mit metallischen und textilem Verstärkungsmaterial.

In Automobil-Servolenksystemen sieht das Anforderungsprofil etwas anders aus. Hier sind die Drücke zwar nicht so hoch wie bei Baumaschinen ? sie liegen im Extremfall bei rund 300 Bar ?, dafür sind die Temperaturen, unter denen Servolenkschläuche sicher funktionieren müssen, sehr hoch: Da sie unter der Motorhaube in unmittelbarer Nähe moderner, leistungsfähiger und kompakter Triebwerke untergebracht sind, heizen sie sich durch Wärmestrahlung auf Dauerbetriebstemperaturen von durchaus 130 Grad Celsius auf ? und dies in beständigem Kontakt mit aggressiven Ölzusätzen, die unter anderem die thermische Zersetzung der Hydraulikflüssigkeit verhindern sollen. Selbst NBR-Kautschuk würde unter diesen Bedingungen zu schnell altern. Daher greifen Automobil-Ingenieure ? zum Beispiel bei BMW, München ? hier häufig zum Hochleistungskautschuk Therban der Bayer AG, dem durch katalytische Hydrierung die Angriffspunkte für Alterungsreaktionen (Doppelbindungen) entzogen wurden.

Auch Therban zeichnet sich durch einen hervorragenden Druckverformungsrest und eine gute Haftung zum Schlauchfestigkeitsträger aus ? hier in der Regel ein elastisches Polyamidgewebe ? und reagiert auch auf die ständigen Dehnungen des Servolenkschlauchs, die ihn im Betrieb bei jeder Lenkbewegung um bis zu 25% "aufpumpen", nicht mit vorzeitiger Materialermüdung. Diese Dehnungen dämpfen die Reaktionen des Lenksystems auf die Lenkbewegung und machen es damit sogar überhaupt erst handhabbar. Sie fordert dem elastischen Material des Hydraulikschlauchs aber auch eine enorme dynamische Belastbarkeit ab ? erst Recht, da Servolenksysteme natürlich für die Fahrzeugsicherheit eine nicht unbeträchtliche Rolle spielen. Den Aspekt "Hohe Lebensdauer" sollte man hier wörtlich nehmen.

Dies gilt natürlich auch für Bremsschläuche. Hier muss das elastomere Material zwar nicht unbedingt Extremtemperaturen tolerieren. Dafür kreist im Bremssystem im allgemeinen keine mineralölbasierte Hydraulikflüssigkeit, sondern ein Polyglycol, das aufgrund seiner Polarität mit Nitrilkautschuken zu sehr verträglich ist und dieses Material daher aufquellen lassen könnte. Daher greift man zur Herstellung von Bremsschläuchen oft auf EPDM-Elastomere wie Buna EP zurück, die mit Polyvinylalkohol- oder Reyonfasern verstärkt werden. Diese dehnen sich im Gegensatz zu Polyamidfasern unter Zugbelastung nicht aus und gewährleisten, dass das Bremssystem sofort, angemessen und zuverlässig auf den Pedaldruck des Fahrers reagiert. Die auch bei tiefen Temperaturen noch flexiblen Vulkanisate aus Buna EP zeichnen sich ähnlich wie solche aus Therban durch einen geringen Gehalt an Restdoppelbindungen aus, der für die hervorragende Alterungs- und Ozonbeständigkeit dieses elastomeren Werkstoffs verantwortlich ist.

Quelle: Pressemitteilung der Bayer AG vom 22.06.2001

Bayer auf der K 2001

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Letzte Änderungen: 03.12.2001