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Die vorliegende Erfindung betrifft einen flexiblen Wellschlauch gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Herstellung eines flexiblen Wellschlauchs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 12.
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Flexible Wellschläuche der in Rede stehenden Art werden insbesondere zur Leitung von fließfähigen Medien, insbesondere Flüssigkeiten, eingesetzt. Dabei werden durch die wellenförmige Struktur gegenüber starren Glattrohren eine deutlich erhöhte Biegsamkeit und ein gleichzeitiger Schutz gegen Abknicken erreicht.
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Die
WO 97/39279 A1 offenbart einen zweischichtigen Kunststoffschlauch für Fluide mit einem das Fluid leitenden Innenschlauch und einem den Innenschlauch umgebenden Mantel, wobei der Innenschlauch und der Mantel ein durchgehend gewelltes Profil aufweisen. Dieser Schlauch zeigt kein optimales Strömungsverhalten.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen flexiblen Wellschlauch und ein Verfahren zur Herstellung eines Wellschlauchs anzugeben, wobei der Wellschlauch verbesserte Strömungs- und/oder Geräuscheigenschaften aufweist.
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Die obige Aufgabe wird durch einen flexiblen Wellschlauch gemäß Anspruch 1 oder ein Verfahren zur Herstellung eines flexiblen Wellschlauchs gemäß Anspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Vorschlagsgemäß ist vorgesehen, dass der Innenschlauch innenseitig zumindest im Wesentlichen glatt bzw. wellenfrei ausgebildet ist. Dies gestattet eine vorzugsweise zumindest im Wesentlichen wirbelfreie und/oder laminare Fluidströmung. Dadurch wird insbesondere ermöglicht, dass der vorschlagsgemäße flexible Wellschlauch nahezu identische Strömungseigenschaften wie herkömmliche Glattrohre aufweist.
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Mit anderen Worten weist der Innenschlauch innenseitig bzw. fluidseitig vorzugsweise einen zumindest im Wesentlichen konstanten Querschnitt bzw. Durchmesser auf. Im entscheidenden Unterschied zu bekannten Wellschläuchen weist der vorschlagsgemäße Wellschlauch somit fluidseitig kein wellenförmiges Profil auf.
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Besonders bevorzugt liegt der Innenschlauch ausschließlich im Bereich der Wellentäler am gewellten Mantel an. Hierdurch wird der Innenschlauch sicher innerhalb des Mantels gehalten. Insbesondere gestattet dies ein individuelles Kürzen des vorschlagsgemäßen Wellschlauchs, vorzugsweise ohne dass sich der Innenschlauch in unerwünschter Weise vom gewellten Mantel löst.
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Insbesondere ist der Innenschlauch vorzugsweise ausschließlich im Bereich der Wellentäler mit dem Mantel verbunden. Dies gestattet einen kompakten Aufbau und die Bildung von Hohlräumen zwischen dem gewellten Mantel und dem Innenschlauch zur Aufnahme bzw. Fixierung von beispielsweise Sensoren zur elektronischen Leckagedetektion.
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Besonders bevorzugt ist der Innenschlauch gegenüber dem Mantel aus einem weicheren bzw. flexibleren Material hergestellt. Hierdurch wird insbesondere eine „Hart-Weich-Kombination” realisiert, die einer unerwünschten Delamination – insbesondere bei kleineren Biegeradien – vorbeugt.
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Insbesondere wird ein Wellschlauch angegeben, der verbesserte Strömungseigenschaften aufweist, wobei sich nahezu keine Einbußen hinsichtlich der Biegeflexibilität gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Wellschläuchen mit wellenförmig ausgebildeter Innenseite des Innenschlauchs einstellen.
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Ein vorschlagsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines flexiblen Wellschlauchs sieht vor, den Innenschlauch und den gewellten Mantel zu extrudieren. Ein derartiges Verfahren zeichnet sich durch eine kostengünstige Umsetzung aus und eignet sich insbesondere zur Herstellung langer, flexibler Wellschläuche auf besonders wirtschaftliche Art und Weise.
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Vorzugsweise wird der gewellte Mantel auf den Innenschlauch extrudiert. Dies gestattet eine besonders sichere und schonende Herstellung des vorschlagsgemäßen Wellschlauchs, da die Formstabilität des Mantels nicht durch einen nachträglich in den Mantel extrudierten Innenschlauch beeinträchtigt wird. Alternativ ist es jedoch auch möglich, den Innenschlauch in den Mantel zu extrudieren.
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Weitere Aspekte, Vorteile, Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung einer vorschlagsgemäßen Ausführungsform anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
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1 eine Seitenansicht eines Teilabschnitts eines vorschlagsgemäßen flexiblen Wellschlauchs; und
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2 einen schematischen Längsschnitt des vorschlagsgemäßen flexiblen Wellschlauchs.
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Bei der nachfolgenden Beschreibung werden für gleiche und gleichartige Bauteile und Komponenten dieselben Bezugszeichen verwendet, wobei sich entsprechende Eigenschaften und Merkmale ergeben, auch wenn eine wiederholte Beschreibung weggelassen ist.
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1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht einen Teilbereich eines vorschlagsgemäßen flexiblen Wellschlauchs 1.
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2 zeigt einen schematischen Längsschnitt des vorschlagsgemäßen Wellschlauchs 1 gemäß 1.
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Der Wellschlauch 1 weist einen Innenschlauch 2 zur Führung eines Fluidstroms F auf.
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Vorzugsweise handelt es sich bei dem Fluidstrom F um einen Flüssigkeitsstrom. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem Fluidstrom F um einen Wasserstrom. Jedoch ist der vorschlagsgemäße Wellschlauch 1 prinzipiell auch zur Leitung anderer fließfähiger Medien ausgelegt.
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Vorzugsweise wird der vorschlagsgemäße Wellschlauch 1 als Versorgungsschlauch, beispielsweise zwischen zwei wasserführenden Vorrichtungen, eingesetzt. Weiter ist es jedoch auch möglich, dass der Wellschlauch 1 als Verbindungsschlauch oder für sonstige Zwecke eingesetzt wird.
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Der Mantel 3 ist gewellt und weist daher vorzugsweise mindestens eine Welle 4, insbesondere eine Vielzahl von Wellen 4 auf.
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Die Wellen 4 sind insbesondere zumindest im Wesentlichen wulstartig ausgebildet.
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Vorzugsweise erstrecken sich die Wellen 4 ringförmig in einer Axialebene entlang des Umfangs des Mantels 3.
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Beim Darstellungsbeispiel erstrecken sich im Längsschnitt des Mantels 3 vorzugsweise mehrere aufeinander folgende Wellen 4 ringförmig in Axialebenen den Mantel 3.
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Prinzipiell ist es möglich, dass das wellenförmige Profil des Mantels 3 im Längsschnitt durch lediglich eine Welle 4 oder beispielsweise zwei Wellen 4 gebildet ist.
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Insbesondere kann sich mindestens eine Welle 4 entlang der Haupterstreckungsrichtung des Mantels 3 schraubenförmig bzw. helixförmig erstrecken. Vorzugsweise verläuft die Welle 4 dabei über die gesamte Länge des Mantels 3. Besonders bevorzugt erstrecken sich zwei – ggf. unterschiedlich geformte – zumindest im Wesentlichen parallel zueinander verlaufende Wellen 4 helixförmig bzw. schraubenförmig entlang des Mantels 3.
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Bevorzugt ist es jedoch, dass das wellenförmige Profil des Mantels 3 durch mehrere benachbarte ringförmige Wellen 4 gebildet ist.
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Eine Welle 4 im Sinne der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise durch zwei Wellenflanken 5 gebildet, die über einen Wellenberg 6 bzw. 7 oder ein Wellental 8 miteinander verbunden sind.
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Beim Darstellungsbeispiel sind die Wellenflanken 5 vorzugsweise zumindest im Wesentlichen gerade ausgebildet. Alternativ ist jedoch auch eine gekrümmte Ausbildung der Wellenflanken 5 möglich.
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Vorzugsweise ist der Wellenberg 6 gebogen bzw. gekrümmt ausgebildet. Alternativ ist jedoch auch eine zumindest im Wesentlichen gerade bzw. ebene Ausbildung des Wellenbergs 6 möglich.
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Beim Darstellungsbeispiel wird das wellenförmige Profil des Mantels 3 im Längsschnitt vorzugsweise durch mehrere unmittelbar ineinander übergehende bzw. benachbarte Wellen 4 gebildet. Insbesondere sind jeweils benachbarte Wellen 4 über ein nach innen gerichtetes bzw. am Innenschlauch 2 anliegendes Wellental 8 miteinander verbunden.
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Beim Darstellungsbeispiel ist das Wellental 8 vorzugsweise zumindest im Wesentlichen gebogen bzw. gekrümmt ausgebildet. Alternativ ist jedoch auch eine zumindest im Wesentlichen gerade bzw. flache Ausbildung des Wellentals 8 möglich.
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Vorzugsweise ist die Welle 4 zumindest im Wesentlichen sinusförmig ausgebildet. In diesem Fall sind die Wellenflanken 5 zumindest im Wesentlichen gerade ausgebildet und gegenüber der Haupterstreckungsrichtung des Innenschlauchs 2 geneigt angeordnet.
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Alternativ oder zusätzlich oder alternierend ist die Welle 4 vorzugsweise zumindest im Wesentlichen rechteckig oder trapezförmig ausgebildet. In diesem Fall ist es entsprechend bevorzugt oder möglich, den Wellenberg 7 zumindest im Wesentlichen krümmungsfrei bzw. flach auszubilden und/oder zumindest im Wesentlichen parallel zur Haupterstreckungsrichtung des Innenschlauchs 2 zu orientieren.
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Besonders bevorzugt sind die Wellenflanken 5 zumindest im Wesentlichen orthogonal bzw. senkrecht zum zumindest im Wesentlichen flachen Wellenberg 7 und/oder zur Haupterstreckungsrichtung des Innenschlauchs 2 ausgerichtet.
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Prinzipiell lässt sich die Neigung der Wellenflanken 5 relativ zum Innenschlauch 2 und/oder zum Wellenberg 6 bzw. 7 beliebig variieren. Ist eine zumindest im Wesentlichen rechteckige Ausbildung der Welle 4 bevorzugt, sind die Wellenflanken 5 vorzugsweise zumindest im Wesentlichen orthogonal bzw. senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung des Innenschlauchs 2 und/oder zum Wellenberg 7 ausgerichtet. Entsprechend ist es bevorzugt, zur Ausbildung einer trapezförmigen oder sinusförmigen Welle 4 mindestens eine Wellenflanke 5 gegenüber gekrümmten Wellenberg 6 geneigt zu orientieren. Dadurch lässt sich bedarfsweise eine sinusförmige, trapezförmige oder rechteckige Ausbildung der Welle 4 realisieren.
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Vorzugsweise bilden die Wellen 4 entlang der Haupterstreckungsrichtung des Mantels 3 ein zumindest im Wesentlichen regelmäßiges wellenförmiges Profil. Jedoch ist prinzipiell auch eine unregelmäßige Ausbildung des Profils des Mantels 3 möglich.
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Vorzugsweise sind die Wellen 4 bzw. Wellenflanken 5 einer Welle 4 zumindest im Wesentlichen symmetrisch in Schlauchrichtung bzw. Richtung der Fluidströmung F ausgebildet. Jedoch ist auch eine asymmetrische Ausbildung möglich.
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Besonders bevorzugt sind die Wellen 4 abwechselnd zumindest im Wesentlichen einerseits sinusförmig und andererseits rechteckig oder trapezförmig ausgebildet.
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Alternativ ist es möglich, die Wellen 4 abwechselnd rechteckig und trapezförmig auszubilden.
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Vorzugsweise weisen die Wellen 4 entlang des wellenförmigen Profils des Mantels 3 unterschiedliche radiale Höhe bzw. Ausdehnungen mit Bezug auf die Haupterstreckungsrichtung des Innenschlauchs 2 bzw. Wellschlauchs 1 auf.
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Besonders bevorzugt weist die trapezförmige bzw. rechteckige Welle 4 eine größere radiale Höhe als die sinusförmige Welle 4 auf.
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Die Wellen 4 verhindern auf effektive Weise ein Abknicken des Wellschlauchs 1 bei kleinen Biegeradien. Ist der Biegeradius sehr klein, können die radial hervorstehenden bzw. rechteckigen bzw. trapezförmigen Wellen 4 im Bereich der Innenseite der Biegung gegenseitig zur Auflage kommen und somit eine weitere Biegung des Wellschlauchs 1 begrenzen oder verhindern, so dass eine Abknicksicherung des Wellschlauchs 1 gebildet wird.
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Insbesondere ist der Wellschlauch 1 flexibel ausgebildet. Der Begriff ”flexibel” bezieht sich in diesem Zusammenhang vorzugsweise auf eine insbesondere elastische Biegsamkeit des Wellschlauchs 1. Insbesondere verhindert der Wellschlauch 1 bzw. Mantel 3 dabei ein unerwünschtes Abknicken des Innenschlauchs 2.
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2 zeigt einen schematischen Längsschnitt des vorschlagsgemäßen Wellschlauchs 1 gemäß 1. Vorzugsweise ist innerhalb des Mantels 3 der Innenschlauch 2 angeordnet.
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Zur Vermeidung unerwünschter Turbulenzen des Fluidstroms F ist der Innenschlauch 2 innenseitig bzw. fluidseitig vorzugsweise zumindest im Wesentlichen glatt bzw. wellenfrei ausgebildet.
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Der Ausdruck ”glatt bzw. wellenfrei” ausgebildet bezieht sich insbesondere auf den zumindest im Wesentlichen konstanten Innendurchmesser des Innenschlauchs 2. Das wellenfreie Profil der Innenseite 2 ist im Sinne der vorliegenden Erfindung also vorzugsweise gegenüber dem gewellten Profil des Mantels 3 geglättet bzw. zumindest im Wesentlichen krümmungsfrei ausgebildet.
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Besonders bevorzugt schließt die glatte bzw. wellenfreie innenseitige Ausbildung des Innenschlauchs 2 neben der makroskopischen Ausbildung auch die mikroskopische oder lokale Oberflächengestaltung, insbesondere geringe Rauhigkeit, ein. Dies gestattet oder erleichtert einen laminaren Fluidstrom F, wobei durch eine kleine Rohrreibungszahl des Innenschlauchs 2 weiter verbesserte Strömungseigenschaften des Wellschlauchs 1 erzielt werden.
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Vorzugsweise liegt der Innenschlauch 2 vorzugsweise ausschließlich im Bereich mindestens eines Wellentals 8 bzw. der Wellentäler 8 am Mantel 3 an. Dies gewährleistet eine radiale und/oder axiale Fixierung und/oder Fixierung des Innenschlauchs 2 innerhalb des Mantels 3. Vorzugsweise bildet der Mantel 3 bzw. das Wellental 8 eine lokal am Innenschlauch 2 anliegende Auflagefläche bzw. Ringfläche.
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Insbesondere ist der Innenschlauch 2 kraftschlüssig oder stoffschlüssig mit dem Mantel 3 verbunden. Beispielsweise kann hierzu ein Übermaß des Durchmessers bzw. der lichten Weite des Innenschlauchs 2 gegenüber dem Mantel 3 bzw. mindestens eines Wellentals 8 vorgesehen sein.
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Alternativ kann der Innenschlauch 2 auch formschlüssig mit dem Mantel 3 verbunden sein. In diesem Fall ist es beispielsweise möglich, den Innenschlauch 2 mit nach außen radial vorstehenden Rillen oder Vorsprüngen zu versehen, die mindestens ein Wellental 8 des Mantels 3 vorzugsweise beidseitig umschließen in eine oder mehrere Wellen 4 eingreifen und so den Innenschlauch 2 innerhalb des Mantels 3 halten und/oder axial fixieren.
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Vorzugsweise ist der Innenschlauch 2 unlösbar bzw. stoffschlüssig, beispielsweise durch Verschweißen, Kleben o. dgl., mit dem Mantel 3 verbunden.
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Vorzugsweise ist der Innenschlauch 2 derart innerhalb des Mantels 3 fixiert bzw. gehalten, dass ein Herausrutschen des Innenschlauchs 2 aus dem Mantel 3, insbesondere bei vergleichsweise kurz dimensioniertem Wellschlauch 1, verhindert wird.
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Wird der Wellschlauch 1 im Gebrauchszustand gebogen, ist der Innenschlauch 2 im Inneren des Mantels 3 einer außenliegenden Dehnung und einer innenliegenden Stauchung ausgesetzt. Dabei können sich im Stauchungsbereich innerhalb des Innenschlauchs 2 Unebenheiten ausbilden, die wiederrum zu unerwünschten Verwirbelungen innerhalb des Fluidstroms F führen. Daher ist es vorteilhaft, den Innenschlauch 2 in Längsrichtung gegenüber dem Mantel 3 (etwas) vorzuspannen, so dass der Bildung von Unebenheiten an der Innenseite des Innenschlauchs 2 insbesondere im (nicht dargestellten) gekrümmten Zustand des Wellschlauchs 1 entgegengewirkt wird.
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Weiter ist es möglich, zwischen dem Mantel 3 und dem Innenschlauch 2 eine Zwischenschicht, oder einen Haftvermittler, Klebstoff oder dergleichen, anzuordnen, um eine feste bzw. gute Verbindung von Innenschlauch 2 und Mantel 3 zur ermöglichen oder zu gewährleisten.
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Vorzugsweise ist der Mantel 3 aus einem Kunststoff, besonders bevorzugt einem thermoplastischen Elastomer, hergestellt. Insbesondere ist der Mantel 3 aus einem Material aus der Familie der Polyolefine hergestellt.
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Insbesondere ist der Innenschlauch 2 aus einem gummiartigen oder kautschukartigen und/oder lebensmittelzugelassenen Kunststoff, besonders bevorzugt einem thermoplastischen Silikon, hergestellt.
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Insbesondere ist der Innenschlauch 2 weicher und/oder flexibler als der Mantel 3 ausgebildet. Hierdurch wird vorzugsweise eine „Hart-Weich-Kombination” des Innenschlauchs 2 mit dem Mantel 3 realisiert. Dies ist einer homogeneren Spannungsverteilung innerhalb des gekrümmten bzw. gebogenen Wellschlauchs 1 zuträglich und verringert insbesondere die Krafteinwirkung auf den Mantel 3 durch den Innenschlauch 2.
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Besonders bevorzugt weist der Innenschlauch 2 eine Härte im Bereich von mehr als 30 Shore A und/oder weniger als 90 Shore A auf.
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Besonders bevorzugt sind die Materialien des Innenschlauchs 2 und/oder des Mantels 3 derart ausgewählt, dass der vorschlagsgemäße Wellschlauch 1 zum Leiten von Trinkwasser geeignet bzw. zugelassen ist.
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Vorzugsweise weist der Innenschlauch 2 eine zumindest im Wesentlichen einheitliche Wandstärke und/oder eine geringere Wandstärke als der Wellschlauch 3 auf. Jedoch kann auch zweckmäßig sein, den Innenschlauch 2 mit einer größeren Wandstärke als den Mantel 3 auszubilden. Alternativ ist es auch möglich, dass der Innenschlauch 2 zumindest im Wesentlichen dieselbe Wandstärke wie der Mantel 3 aufweist.
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Vorzugsweise weist der Mantel 3 eine zumindest im Wesentlichen einheitliche Wandstärke auf.
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Vorzugsweise ist der vorschlagsgemäße Wellschlauch 1 als Sensorschlauch, beispielsweise im Zusammenhang mit einer elektronischen Leckagedetektion des Innenschlauchs 2, ausgebildet. Besonders bevorzugt ist der Wellschlauch 1 zum Anschluss an eine (nicht dargestellte) Auswerteelektronik ausgebildet, um im Falle einer Leckage des Innenschlauchs 2 ein entsprechendes Signal an diese zu übermitteln. In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn der Innenschlauch 2 zumindest bereichsweise aus einem elektrisch leitenden Kunststoff gebildet ist und so an seinen Endbereichen an die (nicht dargestellte) Auswerteelektronik anschließbar ist. Alternativ können zur elektronischen Leckagedetektion des Innenschlauchs 2 (nicht dargestellte) Sensorelektroden zwischen dem Innenschlauch 2 und dem Mantel 3 vorgesehen sein. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn die zwischen dem wellenfreien Innenschlauch 2 und dem gewellten Mantel 3 gebildeten Hohlräume zur Aufnahme der Sensorelektroden fungieren bzw. eine Halterung oder Fixierung für die Sensorelektroden bilden.
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Die Herstellung des Innenschlauchs 2 und/oder des Mantels 3 erfolgt vorzugsweise durch Extrusion.
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Besonders bevorzugt erfolgt die Herstellung des Innenschlauchs 2 und des Mantels 3 durch Koextrusion. Hierdurch wird eine vorzugsweise kraftschlüssige und/oder stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Innenschlauch 2 und dem Mantel 3 erzielt. Insbesondere können der Innenschlauch 2 und der Mantel 3 direkt aneinander haften bzw. weisen eine hohe Widerstandskraft gegenüber Delamination, insbesondere im stark gebogenen Zustand des Wellschlauchs 1, auf.
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Alternativ zur Koextrusion ist auch eine stufenweise Extrusion des Mantels 3 und des Innenschlauchs 2 möglich. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der Mantel 3 auf den Innenschlauch 2 extrudiert wird. Hierdurch wird vorzugsweise die Formstabilität des außenseitig angeordneten Mantels 3 gesichert bzw. gewährleistet.
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Alternativ kann auch der Innenschlauch 2 in den Mantel 3 extrudiert werden.
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Beim Darstellungsbeispiel wird der Wellschlauch 1 lediglich von dem Innenschlauch 2 und dem Mantel 3 bzw. vorzugsweise Zweischicht-Verbund gebildet. Allerdings ist es nicht ausgeschlossen, dass der Mantel 3 seinerseits durch einen weiteren Mantel, Schlauch, ein weiteres Gewebe, eine weitere Folie, Hülle, Abdeckung o. dgl. umgeben ist. Daher kann der vorschlagsgemäße Wellschlauch 1 auch Teil eines (nicht dargestellten) drei- oder mehrlagig aufgebauten Wellschlauchs bzw. eines Drei- oder Mehrschicht-Verbunds sein. Folglich ist der Aufbau des Wellschlauchs 1 nicht zwingend auf den dargestellten Zweischicht-Verbund beschränkt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wellschlauch
- 2
- Innenschlauch
- 3
- Mantel
- 4
- Welle
- 5
- Wellenflanke
- 6
- gekrümmter Wellenberg
- 7
- glatter Wellenberg
- 8
- Wellental
- F
- Fluidstrom
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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