Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Ver
bindung eines Schlauches, insbesondere eines Druckschlauches mit
einer Armatur. Der Druckschlauch, insbesondere Hochdruckschlauch,
ist mit einer zwischen einer Außenschicht und einer Innenschicht
aus Kunststoff oder Gummi angeordneten Einlage eines druckresisten
ten Geflechts aus Kunststoff- oder Stahldrähten aufgebaut und die
zur Verbindung mit diesem vorgesehene Armatur umfaßt eine in den
Schlauch einschiebbare Tülle und eine über den Schlauch aufschieb
bare, durch Verpressen im Durchmesser reduzierbare Hülse. Die
Erfindung betrifft auch eine nach dem Verfahren hergestellte
Schlauchverbindung.
Verbindungen eines Druckschlauches mit einer Armatur, bevorzugt
einer Preßarmatur, sind in großer Zahl mit unterschiedlichen Nenn
weiten im Bereich hydraulischer Kraftaggregate, pneumatischer
Kraftaggregate sowie Förderleitungssysteme bspw. bei Kränen, Fahr
zeugen sowie Arbeitsmaschinen, ebenso wie in Flugzeugen im Zusammen
wirken mit Hydraulikaggregaten, Kompressoren und Fördereinrichtungen
vorhanden. Sie müssen im Interesse der von Ihrer Funktion abhängigen
Sicherheit bspw. in Lenk-, oder Bremssystemen mit absoluter Zuver
lässigkeit arbeiten. Dabei ist zu berücksichtigen, daß in Hydraulik
systemen Druckspitzen auftreten können, die bspw. ein Vielfaches
des System-Nenndruckes betragen. Sowohl durch Druckspitzen, als auch
als Folge pulsierender Drücke darf es bei den Verbindungen zwischen
Druckschlauch und Armatur nicht zum Ausreißen des Schlauches bzw.
der Armatur kommen.
Außer der vorerwähnten Zuverlässigkeit der Verbindung soll diese
eine Reihe weiterer Forderungen erfüllen. So sollen bspw. im Bereich
einer vorgenannten Verbindung möglichst keine Querschnittsänderungen
mit z. B. vorspringenden Kanten im Strömungsverlauf zwischen Schlauch
und Armatur vorhanden sein.
Weiterhin sollen mit Rücksicht auf vielfach äußerst beengte Ein
bauräume, wie sie bspw. bei Walzgerüsten vorliegen, die Armaturen
und kompletten Schlauchleitungen möglichst leicht und platzsparend
ausgeführt sein.
Aus der DE-OS 40 03 379 A1 ist eine Schlauchverbindung für Hoch
druck-Installationen und ein Verfahren für deren Herstellung be
kannt, bei welcher ein Nippel, versehen mit nach außen vorstehenden
Wülsten oder Rippen zunächst in den inneren Durchmesser des Schlau
ches expandiert wird. Gleichzeitig wird der Schlauch gegen Aus
dehnung durch ein zylindrisches manschettenartiges Teil mit einer
glatten inneren Oberfläche gehalten. Das manschettenartige Teil wird
sodann einer nach innen gerichteten Deformation ausgesetzt, bspw.
mittels eines Kröpfungswerkzeuges, wobei im Falle von ringförmig
eingewaltzen Ausbauchungen diese derart angeordnet sind, daß der
tiefste Punkt einer ringförmigen Ausbauchung zwischen Scheitelpunk
ten von benachbarten Wülsten oder Rippen liegt.
In der DE-OS 25 57 026 wird eine Verbindung eines Schlauches mit
einem Anschlußstück vorgeschlagen, bei der ein Schlauch mit kunst
stoff- oder gummibeschichteter Stahlgewebeeinlage verwendet wird.
Innerhalb der Verbindung sind Schichten im Bereich von Tülle und
Hülse entfernt bzw. nahezu entfernt, so daß mit Hülle und Hülse
vorgesehene Vorsprünge unmittelbar mit der Stahlgewebeschicht in
Berührung kommen. Dadurch soll eine formschlüssige Verbindung der
Tülle mit der Hülse verwirklicht werden.
Ähnlich wie beim vorgenannten Dokument DE-OS 40 03 379 A1 wird auch
bei dieser Verbindung, nachdem Hülse und Tülle am Schlauch in
Montagestellung gebracht sind, die Tülle um 1/5 bis 1/8 ihres
Innendurchmessers unter Verwendung eines konischen Aufweitwerkzeuges
aufgeweitet. Hierbei wird das Material der Tülle teilweise bis zu
20% ihres Durchmesser gedehnt, woraus eine annährend 16%ige Dehnung
des Materials am Umfang resultiert. Dabei ist nicht auszuschließen,
daß bei Dehnung des Materials im kalten Zustand nachteilige Gefü
geänderungen, bspw. Risse im Materialgefüge entstehen, die bei
anschließender Dauerbeanspruchung zu schwerwiegenden Schäden an der
Armatur führen können. Als weiterer Nachteil zeigt sich, daß die
innenliegende Hülse und damit die Sicherheit der Verbindung nicht
kontrollierbar sind Besonders nachteilig ist, daß 45° sowie 90°
Bogenarmaturen so überhaupt nicht verarbeitet werden können.
Die DE-OS 21 58 688 offenbart ein Prüfungsverfahren für den Sitz
einer Verbindungsmuffe an einem flexiblen Schlauch sowie eine
automatische Vorrichtung zum Begrenzen des Aufziehens.
Hier wird eine Arbeitsweise vor geschlagen, bei der man den Wider
stand des in die innere Hülse des Schlauches einzuführenden Muff
körperteils bestimmt, so daß die zum Reduzieren dieses Teils erfor
derliche Kraft gliech der zum Zusammendrücken des Schlauches zuläs
sige Kraft ist.
Damit soll die Möglichkeit einer Kontrolle des Aufziehens in dessen
Verlauf für ein Zusammendrücken aller zu verbindender unter den
gleichen günstigen Bedingungen und ein Vermeiden jeder Gefahr einer
Undichtigkeit oder eines Bruchs erreicht werden.
Die DE-OS 22 58 207 beschreibt die Ausbildung eines Schlauchendform
stücks mit Einsatz und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Dieses
Schlauchendformstück ist in Verbindung mit einem Normnippel näher
bestimmt durch die Kombination mit einer Zwinge, die mindestens
einen Teil des Einsatzes umgibt und mit dem anderen Ende desselben
einen ringförmigen Hohlraum für die Aufnahme eines Endabschnitts
eines Schlauches begrenzt, wobei das dem anderen Ende des Einsatzes
abgewendete Ende der Zwinge zum Angriff an dem Einsatz und zum
Halten der Zwinge gegen axiale Relativbewegung in Bezug auf den
Einsatz befestigt ist.
Mit dieser Ausbildung der Schlauchverbindung soll ein hohes Mass
an Funktionssicherheit erreicht werden.
Die DE-AS 23 14 178 offenbart eine Schlauchfassung für Druckschläu
che, die eine elastomere innere Seele, einen diese umgebende Druck
träger, vorzugsweise in Form einer Armierung, und eine den Druck
träger umgebende elastomere Decke aufweisen, mit einem in das
Schlauchende einführbaren Nippel, einer auf das Schlauchende auf
pressbaren Hülse, die eine hintere Abdichtzone mit dem entsprechen
den Nippelabschnitt bildet und die im vorderen Bereich an der
Innenseite einen ringförmigen Verankerungswulst mit schrägen, in
Richtung der Hülsenachse konvergierenden Flanken aufweist, der mit
einer entsprechend ausgebildeten Nut des Nippels in einer Veranke
rungszone liegt, in der lediglich der von der Schlauchseele und
Decke befreite Druckträger einspannbar ist, und Mitteln an Hülse
und Nippel, um die aufgepreßte Hülse gegenüber dem Nippel axial
festzulegen. Der zwischen der hinteren Flanke des Verankerungswul
stes und der zugeordneten Flanke der Nut gebildete Spalt ist klei
ner, als der Spalt zwischen vorderer Wulstflanke und entsprechender
Nutflanke. Hierdurch soll eine Schwächung der Drahtlagen des
Druckträgers vermieden werden, da diese nicht über den Bund des
Nippels gezogen werden.
Die Schlauchfassung nach der DE-PS 11 69 737 bezieht sich auf einen
mit Bewehrungseinlagen versehenen Hochdruckschlauch, der an seinem
Ende von der elastischen Decklage zumindest teilweise befreit und
zwischen einem in das Schlauchende eingeführten Nippel und einer
plastisch verengbaren, auf ihrer inneren Mantelfläche wulstartig
profilierten Hülse eingespannt ist.
Zur Herstellung der Schlauchfassung wird die innere Mantelfläche
der Hülse im unverformten Zustand am Hülsengrund glatt-zylindrisch
ausgebildet, und geht anschliessend in eine Ausnehmung mit glatter
Oberfläche über, an die sich zur Hülsenöffnung hin ein langgestreck
ter, etwa doppelkegelicher Wulst mit glatter Oberfläche anschliesst.
Das Schlauchende wird im glatt-zylindrischen Hülsenbereich von
seiner elastischen Decklage befreit und hat seine elastische Deck
lage im Bereich der Hülsenausnehmung behalten. Im Bereich des etwa
doppelkegeligen Hülsenwulstes ist seine elastische Decklage mit
kegeligem Anstieg zur Hülsenöffnung hin abgeschält. Hierdurch sollen
Kerbwirkungen vermieden werden, die für Schlauch und Bewehrungsein
lagen besonders schädlich sind.
Aus der GB 1 317 618 ist eine Schlauchverbindung bekannt, bei der
der Schlauch in üblicher Weise aus einem Drahtgeflecht mit beidsei
tigen Auflagen aus elastomerem Material besteht. Das Schlauchende
ist mit einer eine äußere Hülse und einen inneren Nippel aufweisen
den Armierung versehen. Der Nippel ist an seiner Aussenseite mit
Rillen ausgebildet. Die Hülse besitzt innen umlaufende kreisförmig
angeordnet zahnartige Vorsprünge.
Am vorderen Bereich der Verbindung sind die elastomeren Auflagen
innen und aussen vollständig abgeschält, so daß das restliche
Stahlgefecht des Schlauches im Zusammenwirken von Hülse und Nippel
beim Verpressen im Kontakt mit den Armierungsteilen fest eingespannt
wird.
Bei allen diesen bekannten Schlauchverbindungen ist der Strömungs
querschnitt in der Bohrung des Nippels kleiner, als im freien
Schlauchquerschnitt. Das Gleiche trifft auch auf die öffentliche
Druckschrift der deutschen Industrienorm DIN 20066 zu. Danach ist
bei einer Nennweite einer Schlauch-Armaturenverbindung nach dem
Verpressvorgang bei NW 8 der zulässige Innendurchmesser mit 5,5 mm;
bei NW 10 mit 6,2 mm und bei NW 12 mit 9,0 angegeben.
Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung
die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Schlauch
verbindung der im Obergriff von Anspruch 1 genannten Art weiter
zuentwickeln und zu verbessern, um unter strikter Vermeidung eine
Querschnittsverengung die Bruchsicherheit der querschnittsoptimie
renden Verbindung signifikant zu erhöhen, zugleich sowohl die Feld-
als auch Werkstattarbeit bei der Montage zu erleichtern und deren
Zuverlässigkeit zu optimieren sowie eine Überprüfbarkeit der korrek
ten Verbindung zu ermöglichen.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren mit den im Kennzeichnungs
teil von Anspruch 1 angegebenen Arbeitsschritten vorgeschlagen.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unter
ansprüchen.
Dadurch, daß die Innenschicht des Schlauches auf einem der Tülle
etwa entsprechenden Kontaktbereich unter Vergrößerung des Innen
durchmessers entsprechend der Lehre von Anspruch 1 mit einer dei
Form der Tülle etwa kongruenten Innenform ausgeschält und zugleich
der Bohrungsdurchmesser der Tülle dem Schlauchdurchmesser angepaßt
wird, ergeben sich beim nachfolgenden Verpressen der Hülse mit einer
vorgegebenen konzentrischen Anpresskraft gegen die Tülle unter
strikter Vermeidung einer Querschnittsverengung äußerst hohe Festig
keitswerte, die ein Zerreißen oder einen Bruch der erfindungsgemäßen
Verbindung selbst unter erschwerten Bedingungen verhindern und eine
unerwünschte Erhöhung der Strömungswiderstände in der Leitung
vermeiden.
Weil infolge der Ausschälung von überschüssigem Gummi oder Kunst
stoff bis auf eine vergleichsweise dünne Restschicht sowohl ein
Formschluß zwischen den Elementen der Armatur und dem Stahlgewebe
des Schlauches als auch eine Mediendichtigkeit durch die Restschicht
gewährleistet ist, können Alterungserscheinungen, Ermüdung oder
geringe Scherfestigkeit der Weichauflagen auf dem druckresistenten
Geflecht die Zuverlässigkeit der fertigen Verbindung nicht beein
trächtigen.
Die Außenschicht des Schlauches wird im Bedarfsfall in einem der
Hülse etwa entsprechenden Kontaktbereich unter Verringerung des
Durchmessers bis auf eine vergleichsweise dünne Restschicht abge
schält.
Weil die Verpressung der Hülse meßbar ist, kann die Verbindung
problemlos nach dem Verpressen kontrolliert werden. Ein aus Ver
suchen und Erfahrung vorher festgelegtes Maß der Verformung der
Hülse und der Tülle kann dabei für alle weiteren Montagearbeiten
zugrundegelegt werden.
Weitere vorteilhafte bzw. zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung
sind entsprechend den Unteransprüchen vorgesehen.
Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen schematisch
dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch die Hochdruck-Schlauchverbindung,
wobei in der Darstellung oberhalb der Mittelachse x-x die
Verbindung lediglich vormontiert, jedoch noch nicht
hergestellt ist, während unterhalb der Mittelachse eine
fertige Verbindung gezeigt ist;
Fig. 2a bis 2c zeigen teilweise in Ansicht (Fig. 2a) und teilweise im
Schnitt (Fig. 2b, Fig. 2c) Einzelteile der Verbindung.
Fig. 1 zeigt unterschiedliche Phasen bei der Herstellung einer
Verbindung eines Druckschlauches 1 mit einer zwischen einer Außen
schicht 2 und einer Innenschicht 4 aus Kunststoff oder Gummi an
geordneten Einlage 6 eines druckresistenten Geflechts aus Kunst
stoff- oder Stahldrähten, und einer Armatur 10 umfassend eine in
den Schlauch 1 einschiebbare Tülle 7 und eine über den Schlauch 1
aufschiebbare, durch Verpressen im Durchmesser reduzierbare, z. B.
eine Medienabdichtung ausbildbare Hülse 8.
Die Darstellung der Verbindungsteile 1, 8 und 7 oberhalb der Mittel
achse x-x zeigt diese lediglich in vormontiertem Zustand, d. h. vor
dem Verpressen der Hülse 8.
Die Innenschicht 4 des Schlauches 1 ist auf einem der Tülle 7
entsprechenden Kontaktbereich unter Ausbildung einer konisch/zylin
derförmigen Vergrößerung des Innendurchmessers entsprechend einer
mit der Form der Tülle 7 kongruenten Innenform ausgearbeitet,
bevorzugt auf Maß und Form geschliffen, so daß der Innendurchmesser
der Tülle 7 im wesentlichen dem Innendurchmesser des Schlauches 1
entspricht.
Die Außenschicht 2 des Schlauches 1 ist in einem der Hülse 8 ent
sprechenden Kontaktbereich unter Verringerung des Außendurchmesser
bis auf eine vergleichsweise dünne Restschicht 3 abgeschält. Je nach
Einzelfall braucht die Außenschicht nicht notwendigerweise abge
schält werden.
Die Bearbeitung des Schlauches zur Vorbereitung der Verbindung
erfolgt demnach in einem Ausmaß, daß sowohl die Hülse 8 als auch
die Tülle 7 ohne Zwang, ggfs. mit geringem Zwang oder durch "passi
ves Aufweiten" über das entsprechend vorbereitete Schlauchende
geschoben werden können und daß der Innendurchmesser der Hülse
möglichst genau dem Innendurchmesser des Schlauches entspricht oder
größer als dieser ist. Sofern der Schlauch ein kabelführender
Schlauch ist, kann hierdurch die Zahl der in den Schlauch eingezoge
nen Kabel erhöht werden. Sofern der Schlauch ein medienführender
Druckschlauch ist, können hierdurch Strömungsverluste infolge von
Turbulenzen vermieden oder vermindert werden. Ebenso werden Abrieb
und Verschleißverluste an der Tülle 7 bei abrasiven Fördermedien
herabgesetzt.
Durch die Schlauchausschälungen außen und innen wird ein verbes
serter Formschluß zwischen Hülse 8 und Tülle 7 mit der Gewebeeinlage
6 erreicht und eine Schwächung der Verbindung bspw. in Folge zuneh
mender Alterung des Gummi- oder Kunststoffmaterials vermieden. Die
stehenbleibenden Restschichten 3b und 5b dienen dann lediglich der
Herstellung einer Abdichtung gegen das die Verbindung durchfließende
Medium bzw. gegen Korrosion von außen.
Nach der Vorbereitung des Schlauchendes 9 durch Abschälen der
Außenschicht 3 und Ausschälen der Innenschicht 4 bis auf die Rest
schichten 3b, 5b wird das so vorbereitete Schlauchende 9 außen mit
der Hülse 8 und innen mit der Tülle 7 armiert und die Hülse 8 mit
einer vorgegebenen konzentrischen Anpreßkraft gegen die Tülle 7
verpreßt.
Zur Kontrolle einer korrekten Ausführung und insbesondere der Ver
pressung der Verbindung wird der Außendurchmesser der Hülse 8 bevor
zugt an mehreren Stellen unter Verwendung einer Rachenlehre abgeta
stet. Diese Maßnahme ist umkompliziert und dient der Erfüllung
höchster Ansprüche an die Sicherheit der Verbindung. Eine andere
und ggfs. bessere Prüfmethode ist die Messung der Durchmesserver
änderung der Tülle 7 mittels Prüfdorn; 0,2 bis 0,5 mm Verengung ist
ein guter Anhaltspunkt für eine sichere Verbindung.
Wie insbesondere die Einzeldarstellung der für die Verbindung
erforderlichen Elemente zeigt, weist die in Fig. 2a dargestellte
Tülle 7 in ihrem vorderen Außendurchmesserbereich 15 eine konische
Verjüngung 16 auf. Weiterhin ist deren rückwärtiger, zylinderförmi
ger Bereich mit ringförmigen Rillen 17 versehen. Diese erhöhen nach
Art einer Wellenform die Festigkeit zwischen der inneren Restschicht
3 der Gummiauflage und der Tülle 7 bzw. zwischen der Tülle und der
Gewebeeinlage bei vollständiger Entfernung der Innenschicht 5a.
Die in der Fig. 2b gezeigte Hülse 8 weist innerhalb der Bohrung 11
an dem dem Schlauch 1 zugewandten Endbereich 13 eine konische
Erweiterung 14 mit einem Winkel ∝2 auf, der nach dem Verpressen der
Verbindung auf einen Winkel ∝1 reduziert ist. Diese dient der Er
leichterung der Montage bzw. der unterschiedlichen Druckverteilung
im Dichtbereich 5b nach der Endpressung zum Schonen desselben und
der in diesem Bereich dünnwandigen Hülse 7. Ferner weist die Hülse
8 in ihrer Bohrung 11 umlaufende Vorsprünge 12 auf. Die inneren
Vorsprünge 12 der Hülse 8 weisen die Kontur von stumpfen Pyramiden
auf, die fußseitig mit zylinderförmigen Rillen 24 beabstandet sind.
Die Tülle 7 weist in ihrem rückwärtigen Bereich weiterhin eine
kreisförmige Nut 18 auf, die mit einem komplatiblen Innenvorsprung
19 mit dem dem Schlauch abgewandten Ende 20 der Hülse 8 beim Preß
vorgang zusammenwirkt. Mit diesen Elementen, der Tülle 7 und der
Hülse 8 in Verbindung mit dem entsprechend der Fig. 2c vorgearbei
teten Schlauchende 9 ist die erfindungsgemäße Schlauchverbindung
nach dem vorgenannten Verfahren herstellbar.
Dabei ist es von Bedeutung, daß die innere Ausschälung 21 entspre
chend der Form der Tülle 7 einen ersten zylinderförmigen Bereich
22 und einen unmittelbar anschließenden konisch verjüngten Bereich
23 aufweist, die durch einen exakten Schliff 5, 5a, 5b mit einem
entsprechenden Formwerkzeug in an sich bekannter Weise herstellbar
sind.
Die auf dem Einlagengeflecht 6 verbleibende Restschicht 3b der
Außenschicht 2 des Schlauches 1 soll gemäß der Darstellung in Fig.
2c eine ausreichende Dicke aufweisen, um die Dichtigkeit zu gewähr
leisten.
Gleiches gilt für die Innenschicht. Die auf dem Einlagengeflecht
6 verbleibende Restschicht 5b im Inneren des Schlauches 1 soll eine
ausreichende Dichtigkeit gewährleisten. Die Außenschicht 2 und die
Innenschicht 4 des Schlauches aus Gummi oder Kunststoff kann eine
Härte zwischen 60° Shore und 95° Shore haben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Verbindung
eines Schlauches, insbesondere eines Druckschlauches 1 mit einer
Armatur 10 und die damit hergestellte Schlauchverbindung ist unkom
pliziert, verursacht keine Verengung der Innendurchmesser im Bereich
der Verbindung, genügt höchsten Sicherheitsanforderungen und ist
insbesondere nach ihrer Herstellung problemlos einer Überprüfung
auf Qualität und Funktionalität zugängig. Ferner lassen sich nunmehr
Bogenarmaturen ohne oder mit minimaler Querschnittsverengung als
Verbindungselemente einsetzen.
Die erfindungsgemäße Schlauchverbindung wird nachfolgend anhand
eines Vergleichsbeispiels erläutert:
1. Beispiel für einen typischen bisherigen Leitungsquerschnitt:
HD-Verbindung Rohr-Schlauch-Rohr mit 250 bar Betriebsdruck nach
DIN 20066, d. h. die Verbindung darf frühestens bei 1000 bar
bersten:
- - Rohr 18 × 2 (LW 14,0 mm)
- - Schlaucharmatur NW16-2SN nach Verpressen LW12,0-12,5 mm
- - Schlauch LW 15,9 mm (NW16-2SN gem. DIN: 250 bar BD)
- - Schlaucharmatur NW16-2SN nach Verpressen LW12,0-12,5 mm
- - Rohr 18 × 2 (LW 14,0 mm)
Leitungsquerschnitt als LW ist somit: 14/12,3/15,9/12,3/14 mm
2. Beispiel für einen Leitungsquerschnitt gemäß der Erfindung:
HD-Verbindung Rohr-Schlauch-Rohr mit 250 bar Betriebsdruck,
d. h. die Verbindung darf frühestens bei 1000 bar bersten:
- - Rohr 18 × 2 (LW 14,0 mm)
- - Schlaucharmatur NW13-2SN nach Verpressen LW12,6-12,8 mm
- - Schlauch LW 12,7 mm (NW13-2SN gem. DIN: 275 bar BD)
- - Schlaucharmatur NW13-2SN nach Verpressen LW12,6-12,8 mm
- - Rohr 18 × 2 (LW 14,0 mm)
Leitungsquerschnitt als LW ist somit: 14/12, 7/12, 7/12,
7/14 mm
Man kann also mit der erfindungsgemäßen Schlauchverbindung bei
ähnlichem minimalen Innendurchmesser den Schlauch eine Nenn
weite kleiner wählen, was zu erheblichen Kosteneinsparungen
führt.