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Biegsame Rohrleitung und Verfahren zu ihrer Herstellung Die Erfindung
bezieht sich auf eine biegsame Rohrleitung, insbesondere für flüssige und gasförmige
Medien, mit einer aus mehreren im Abstand voneinander angeordneten Windungen gebildeten,
mit elastomerischem Material ummantelten Verstärkungswendel, bestehend aus einem
elastischen inneren Rohr, das von der Wendel umgeben wird und an angrenzenden Abschnitten
der Innenfläche der Verstärkungswendel anliegt, sowie einem biegsamen äußeren Rohr,
welches unter Spannung um die Wendel herum liegt und zwischen nebeneinanderliegenden
Windungen der Wendel das innere Rohr berührt, jedoch nicht mit ihm verbunden ist.
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Leitungen dieser Art haben sich wegen ihres geringen Gewichtes, ihrer
Widerstandsfähigkeit und Biegsamkeit im Haushalt und in der Industrie, z. B. als
Staubsaugerschläuche, bewährt. Man hat sie auch zur Sauerstoffzufuhr in Flugzeugen,
für Inhaliergeräte und Verteilanlagen für gasförmigen und flüssigen Brennstoff benutzt.
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Eine bekannte Schlauchleitung dieser Art besteht aus einem inneren
geraden Rohr aus Gummi, das von einer Verstärkungswendel derart umgeben ist,
daß das Gummirohr an angrenzenden Abschnitten der Innenfläche der Verstärkungswendel
anliegt (vgl. belgische Patentschrift 503 984). Diese Anordnung ist mit einer
biegsamen Schicht aus einem Kunststoff bedeckt, die die Eigenschaft hat, nach der
Verformung zu schwinden, so daß die genaue Lage der Wendel sichergestellt wird.
Der Schlauch erhält seine wendelförmig gewellte Außenkontur durch bleibende Verformung
der äußeren Schicht, beispielsweise indem man diese zwischen zwei Whidungen der
Wendel mit einem Band umwickelt und eine bleibende Verförmung der äußeren Schicht
herbeiführt.
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Ein anderer aus der USA.-Patentschrift 2 780 273
bekannter Schlauch
besteht aus einem inneren rohrförmigen Teil aus einem mehrschichtigen elastomerisehen
Material, der an eine bleibende, wendelförmig gewellte Form gebracht und an seinen
Wellenbergen von einer mit elastomerischem Material ummantelten Verstärkungswendel
umgeben ist, wobei die äußere Schicht an der Wendelummantelung haftet, also fest
mit dieser verbunden ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Biegsamkeit der bekannten
Wellschläuche zu verbessem und diese so zu gestalten, daß ihre Herste17 fung insbesondere
durch Vermeiden einer bleibenden Verformung des äußeren und/oder inneren Rohres
vereinfacht wird.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der ungespannte äußere Durchmesser
des inneren Rohres kleiner ist als der innere Durchmesser der Verstärkungswendel
und das innere Rohr unter elastischer radialer Dehnung mit dem inneren Scheitel
der Verstärkungswendel-Ummantelung verbunden ist, wobei Abschnitte des inneren Rohres
zwischen den Windungen der Wendel Wellentäler bilden und einen inneren Durchmesser
haben, der ungefähr dem. ungespannten inneren Durchmesser entspricht, und daß das
innerhalb seiner Elastizitätsgrenze gedehnte äußere Rohr im ungespannten Zustand
einen inneren Durchmesser hat, der kleiner ist als der äußere Durchmesser der ummantelten
Verstärkungswendel.
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Gegenüber dem durch die belgische Patentschrift bekanntgewordenen
Schlauch hat die Rohrleitung gemäß vorliegender Erfindung den Vorteil, daß bleibende
Verformungen des Materials vermieden werden und sich die äußeren Abschnitte der
Leitung zwischen den Windungen der Wendel allmählich glätten und sich der Verlängerung
des Schlauches an der Außenseite anpassen können, wenn der Schlauch nach innen gebogen
wird; sollten sich zwischen diesen Abschnitten Unregelmäßigkeiten ausbilden, so
kann das äußere Rohr diese dadurch, daß es sich im Verhältnis zu den Windungen der
Wendel frei bewegen kann, kompensieren. In ähnlicher Weise kön# nen sich die flachen
Wellentäler des inneren Rohres, wenn der Schlauch nach außen gebogen wird, strekken
und sich der dadurch bedingten Verlängerung
des Schlauches anpassen.,
' Die durch bleibende Verformung hergestelltenbekamitenSchläuche sindhierzu
nicht in der Lage, so daß gegenüber dem Stand der Technik einmal durch Fortfall
der Verformungsarbeit die Herstellung vereinfacht ist und andererseits die Biegsamkeit
erhöht wird. Dieser Vorteil ist auch gegenüber der AusfÜhrungsform nach der USA.-Patentschrift
2780273 gegeben.
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Die Erfindung sieht ferner vor, daß äußere Rohr in an sich bekannter
Weise aus einem anderen Material als das innere Rohr zu bilden; zewckmäßigerweise
besteht eines der Rohre, und zwar entweder das innere oder das äußere, aus vulkanisiertem
Gummi und das andere Rohr aus chlorsulfiertem Polyäthylen.
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Bei dem Verfahren zur Herstellung einer verstärkten biegsamen Rohrleitung
obiger Art besteht die Erfindung darin, daß zunächst der innere elastische rohrförmige
Teil in an sich bekannter Weise innerhalb seiner Elastizitätsgrenze so weit gedehnt
wird, daß er die angrenzenden Abschnitte der ummantelten Verstärkungswendel berührt
und an diesen Stellen mit der Wendelummantelung verbunden wird, worauf das innere
Rohr wieder entspannt wird, wobei die zwischen den Windungen liegenden, nicht mit
der Weiidel verbundenen Abschnitte nach innen gezogen werden, und daß dann das vorbereitete
äußere Rohr mit einem inneren Durchmesser, der kleiner ist als der äußere Durchmesser
der Verstärkungswendel, in an sich bekannter Weise innerhalb seiner Elastizitätsgrenze
bis auf einen Durchmesser gedehnt wird, der den der ummantelten Verstärkungswendel
übersteigt und über das innere, mit der Wendel verbundene Rohr gebracht wird, worauf
man das äußere Rohr entspannt, so daß es sich um die Wendäl herumlegt und an dieser
sowie ini ungebogenen Zustand an den zwischen den Windungen liegenden Abschnitten
des inneren Rohres anliegt, ohne damit verbunden zu werden.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Es zeigt F lg. 1 eine Außenansicht, teilweise im Ouerschnitt eines erfindungsgemäßen
Rohrstückes bei dem ersten Schritt seiner Herstellung, F i g. 2 eine Ansicht
entsprechend F i g. 1 bei einem späteren Schritt in der Herstellung; F i
g. # eine Ansicht entsprechend der Darstellung in F i g. 2, die ein Zwischenprödukt
des beschrie-be# nen Rohrstückes darstellt, F i g. 4 einen vergrößerten Teilquerschnitt.
entsprechend der Darstellung in F i g. 3,
'F i'g. 5 eine Darstellung
des letzten Herstellungsschrittes in der Herstellung des erfindungsgemäßen Röhrstückes,
F i g. 6 eine Ansicht, die die fertige Ausbildung des Rohrstückes zeigt,
F i g. 7 eine Ansicht des in F i g. 6 dargestellten Rohres bei axialer
Belastung.
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Entsprechend der Darstellung in 1? i g. 1 ist ein Dorn
10 mit e-m*er dehnbaren, elastischen Hülle 11
tersehen, die iin allgemeinen
als Luftsack bekannt ist. Der nurchinesser des Luftsackes ist um ein wenig geringer
als der Durchmesser des elastischen Rohres 12, das darübergezogen wird und das innere
Rohr der etfindungsgemäßen Leitung bildet. Das Rohr 12, das durch Pressen geformt
werden kann, besteht aus elastischem Stoff und weist einen Durchniesser auf, der
dem normalen inneren Durchmesser der herzustellenden Leitung entspricht und der
im allgemeinen kleiner als der innere Durchmesser der Verstärkungswendel ist. Bevorzugte
Materialien zur Herstellung des Rohres 12 sind elastische, thermoplastische Materialien,
wie Polyvitlyldhlorid oder Polyäthylen; es können aUch vulkanisierte öder 'teil,
vulkanisierte Natur- oder synthetische Gurnmiarten verwendet werden, d. h.,
es können alle Materialien verwendet werden, die gestatten, daß das Rohr elastisch
ausgedehnt und später zu seinem normalen Durchmesser zurückgeführt werden kann.
Nachdem das Rohr 12 über den Luftsack auf dem Dorn gebracht worden ist, wird die
Verstärkungswendel 13
in Form von ausemandergezogenen Windungen einer ummantelten
StAlwendel aufgebracht. Diese Windungen weisen einen solchen Durchmesser auf, daß
er mit dem gewünschten äußeren Durchmesser der Leitung zuzüglich einem äußeren Rohr,
das darauf aufgebracht wird, übereinstimmt. Die Drähte der
Stahlwendel sind
mit einer Auflage 14 aus eiastornerischem Material versehen, das aus dem gleichen
Stoff wie das Rohr 12 sein kann, aber nicht sein muß. Der Dorn 10 ist mit
einer inneren töhrung 15 versehen, von der aus radiale Durchtritte
16 nach der Oberfläche des Dornes gerichtet sind. Wie es in P i
g. 2 daraestellt ist, dehnt sich der Luftsack 11 bei der Einführung
von Luft oder einem anderen Müdium unter Druck in das Innere des Dornes
10 aus und hebt mit sich das Rohr 12 an. Dabei wird ein so starker Druck
aufgebracht, bis sich das Rohr 12 gegen die innere Oberfläche der Windungen der
Verstärkungen 13 und deren Auflage 14 legt. Dadurch wird es dem Rohr 12 ermöglicht,
sich mit der inneren Oberfläche der Verstärkunü, 13 z. 13. durch Klebung
zu verbinden, wobei das Rohr 12 zunächst mit einem zweckmäßigen Klebemittel eingestrichen
und der innere Druck so lange aufrechterhalten wird, bis das Klebemittel trocken
geworden ist. Üin die Verbindung zwischen den Windungen 13 und dem Rohr 12
auch von außen zu befestigen, kann über einzelne Windungen ein Klebestreifen
17 gelegt und fest mit der äußeren Oberfläche des inneren Rohres 12, z. IB.
durch Kleben, verbunden werden. An Stelle der Verwendung eines Klebemittels und
ganz besonders dann, wenn das Rohr 12 und die Auflage 14 auf den Wendelwindungen
13 aus thermoplatischein Material sind, kann bekannterweise eine Wärmebehandlung
in der Weise stattfinden, daß elektrischer Strom durch den Draht der Verstärkungen
13 ge-
leitet wird. Dadurch wird ein Erweichen des Rohres 12 und des Auflagematerials
an den Berührungsflächen erzielt. Beim Abschalten des Stromes und beim Abkühlen
des Drahtes wird das thermo# plastische Material fest, und es wird eine unlösbare
Verbindung zwischen dem Rohr und dem Umhilllungsmaterial der Verstärkungsspirale
erreicht. Wenn es gewünscht wird, kann die gesamte Vorrichtung in die Reizungszone
eine Induktionsofens gebracht werden, und der Draht kann durch Induktionswärme zur
Erwärmung gebracht werden. Für den Fall, daß das Rohr 12 und die Auflage
auf dem Draht aus teilvulkanisiertem Gummi bestehen, kann das Verbinden zwischen
diesen Teilen durch die PUnführung von Dampf oder heißer Luft in den Luftsack
11 geschehen, wodurch eine vollständige Vulkanisatiön zwischen dem Rohr 12
und der Auflage 14 stattfindet, während sie in Verbindung stehen. Pür den Fall,
daß beide Teile aus vulkanisiertem Gummi sind,
kann die Ve
- rbindurig' 'du'rc'h die Verwendung eines Klebemittels, wie Gumini18suhg,-"die
auf den Draht oder das Rohr oder beides gebracht werden, hergestellt werden. Sobäld
diese Verbindung festgeworden ist, wird der innere Druck auf den> Luftsack
11 entiemt und- die sich ergebeilde Verbindung voll der Vorrichtung abgezogen.
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Gemäß der Dürstellung in V i g. 3 besteht die Rohrleitung
aus einem inneren Rohr 12, auf das die Windungen der Verstärktifigswendel
13 auf der äußeren Oberfläche des Pöhres aufgebracht silid und dio mit dem
Inneren Scheitel der Verstärkungswendelummantelung verbunden ist. Das elastisch
ausgedehnte Rohrmaterial ist bestrebt, zum urgprÜnglichen Durchmesser zurückzukehreti,
der geringer ist als der Durchmesser der Verstärkungswendel, so daß Wällen
zwischen den Windungen der VerstärkUngs-Wendel entstehen. Das dabei entstehende
Erzeugnis käml in vielen Fällen in dieser Form weitetverwandt weden, insbesondere
für den Fall, daß ein einfaches Röhr mit leichtem Gewicht gewünscht wird. Das ist
i äüz besonders dann der Fall, wenn eine Leitung benötigt wird, die eitlen
geringen Überdruck oder Unterdruck des fließenden Mediums aufzunehmen hät,
da dann di Beans riuchung der Verbindungsstellen zwischen den W ndungen der
Verstarkungsweildel 13 und dem Rohr nicht besonders groß ist.
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Für die meisten Fälle jedoch wird eine zusätzliche Verstärkung des
Rohres gewünscht, und in diesen Fällen wird eine zweite kohrhülle über die Wendel
aufgebracht, wie es ebenfalls in F i g. 3 gezeigt ist. Nach dieser wird eine
Ausdehnungskammer 18 verwendet. Diese Kammer 18 besitzt ein Anschlußstück
19, das einen Durchtritt 20 zu einer Absaugleitung aufweist. Innerhalb der
rohrförmigen Ausdehnungskarnmer 18 ist ein Rohr 21 angebracht, dessen
Enden über die Eitdeift der Ausdehnungskämmer 18
gezogen sind (nur die linke
seitliche Begrenzung ist in der Zeichnung dargestellt). Dadurch wird der Zwischenraum
zwischen dem Rohr und der innenseite der Kammer druckdicht äbgeschlossen, so daß
das Rohr 21 durch Unterdruck ausgedehnt werden kann, d. h., es wird
von innen gegen die Wand der Kammer gesogen, wenn Unterdruck aufgebracht wird. Das
Rohr 21 kann durch Strangpressen oder eine andere Art und Weise geformt werden und
besitzt iin ungespannten Zustand einen Durchmesser, der kleiner als der äußere Durchmesser
der ummantelten Verstärkungswendel ist. Nach Aufheben des Unterdruckes ist, wie
es in F i g. 5 dargestellt ist, das Rohr 21 bestrebt, seinen ursprünglichen
Durchmesser einzunehmen, und legt sich mit Spannung über die Verstärkungswendel
13 und bildet dadurch eine zweite äußere Auflage, die die ummantelte Verstärkungswendel
und das innere Rohr umgibt. Sodann wird das entstandene Erzeugnis aus der Kammer
entfernt, und es zeigt eine Struktur, wie sie in F i g. 6
dargestellt ist.
Daraus ist ersichtlich, daß die mit der Anlage 14 ummantelten Verstärkungswendel
13 mit dem inneren Rohr 12 verbunden ist. Dieses seinerseits steht unter
dem Druck zwischen den Windungen der Verstärkungswendel. Das äußere Rohr 21 umhüllt
sowohl die Verstärkungswendel 13 als auch das innere Rohr 12 unter Spannung
und legt sich schmiegsam zwischen den Wellen an, ist aber mit ihnen nicht fest verbunden.
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Wie es die F i g. 7 zeigt, kann das entstehende Erzeugnis in
axialer Richtung frei ausgedehnt werden durch Ziehen öder Recken, und es ist öffensichtlich,
daß in d!6'9&üfZügtaftd das innere GefÜge der Rohre nicht verändert wird,
da die Wellungen det Leitufij nur etwas ebengezogen werden. Bei axialer Belastung
wird das innere. Rohr 12 zwischen den einzelnen Wüidufigeii ausgedehnt, und
das äußere Xöh-t 11 wird ebenfalls verlängert, da es nur in lösein Zugämmenhalt
mit der äußeren Oberfläche det Vörstärku:ngswindel 13 und der äußeren Oberfläche
des inneren Rohres 12 steht. Dabei ist eg'niöglich, daß ein gewisses Rutschen des
äußeren Rohres 21 gegenüber der inneren Konstruktion stattfindet, wenn die Leitung
ausgedehnt oder gebogen wird.
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Bei einer anderen nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung,
bei der das innere Rohr 12 ebenfalls mit der Verstärkungswendel 13 bzw. der
Untniantelung 14 in der oben beschriebenen Weise, verbunden ist, wird vor
dem Aufbringen des äußeren Rohres 21 ein Klebband Über etwa die äußere Hälfte der
Windungen der Wendel gelegt, um ehie zusätzlIche Verstärkung in diesem Bereich zu
erzielen. Das Klebband kann aus elastischem oder streckbarem Material bestehen,
so daß man es unter Spannung aufbringen kann, so daß in diesem Fall ein Verkleben
entfällt. im allgemeinen wird, jedoch bevor das Klebbänd über die Windungen
der Weildel gelegt w ir * d, ein Klebstoff, beispielsweise Gummilösung, aufgebracht.
Das äußere Rohr wird dann in der Weise aufgelegt, wie es in Zusammenhang mit den
F i g. 3 bis 6 beschrieben wurde. Diese Konstruktion ist besonders
in den Fällen vorteilhaft, wo tiefe Wellungen erwünscht sind, die ihrerseits
einen beachtlicheii Grad von Druck auf die elastischen Rohre ausüben, aber sicherstellen,
daß ein solcher Schlauch hohen Zugbeanspruchungen unterworfen werden kann. Diese
tiefen Wellungen werden dadurch erreicht, daß beide Rohre 12, 11 so g6förmt
werden, daß sie einen geringeren Durchmesser aufweisen, als ihn die Verstärkungswendel
besitzt. Das bedeutet, daß während der Fabrikation die Rohre auf einen größeren
Durchmesser ausgezogen werden und beim Nachlassen des Druckes sich zwischen
die eitizelnen Wellen der Verstärkung zusammenziehen bis zu
einem Maß,
das beachtlich unterhalb des inneren Durchmessers der Verstärkungswendel liegt,
und sich so tiefe Wellungen ergeben. Zur gleichen Zeit werden dadurch die Wellungen
zueinandergezogen und verkürzen den Schlauch. Andererseits wird der Grad der aufzubringenden
Belastung beim Ausziehen des Schlauches von der Tiefe dieser Wellungen bestinmit.
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Im Hinblick auf die Tatsache, daß das äußere Rohr 21 dieser Leitung
auf der Wendel nicht festgeklebt wird, können für die Rohre 12, 21 solche Werkstoffe
gewählt werden, die nicht unbedingt die gleiche Zusammensetzung besitzen und die
andererseits infolge dieser Unterschiede in der Zusammensetzung weder verschmolzen
noch vulkanisiert werden können oder bei denen es schwierig wäre, sie auf andere
Weise zu verbinden. So kann beispielsweise nach der vorliegenden Erfindung das innere
Rohr aus Gummi oder Polyvinylchlorid sein und das äußere Rohr aus Polyäthylen, oder
umgekehrt. Das äußere Rohr kann aus einem Material gefertigt sein, das besonders
widerstandsfähig gegen die Angriffe ist, die auf die äußere Oberfläche einwirken,
und es kann beispielsweise besonders aus einem Material gefertigt sein, das Erosionen
oder Korrosionen widersteht. Es ist
aigeh denkbar, -daß dieses -Material
besonders dem Sonnenlicht und ähnlichen äußeren - Eififlüssen resistent ist.
Als Beispiel einer solchen Kombination kann die Leitung- mit einer -inneren Gummi-
oder Polyvinylchlorid-Auflage versehen werdeil und einer äußeren Umhüllung von Butylgummi,
Neopren. oder chlorsulfuriertein Polyäthylen.
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- Einzelheiten der Zeichnungsbeschreibung, die nicht im Sinne
des Patentbegehrens zur Aufgabenlösung beitragen, gehören nicht zur Erfindung, sondem
sind lediglich zum besseren Verständnis der gezeichneten Gesamtanordnung näher erläutert.