DE60116759T2

DE60116759T2 - Schlauch

Info

Publication number: DE60116759T2
Application number: DE60116759T
Authority: DE
Inventors: Nicholas Raymond BURKE; Joseph Eric DAVIS; Gerard Anthony Hall; Matthew Vernon Elwood 3184 Melbourne RIDOLFI; Simon Peter Alexander Thorp; Joel Aron Witz
Original assignee: BHP Billiton Petroleum Pty Ltd
Current assignee: BHP Billiton Petroleum Pty Ltd
Priority date: 2000-06-12
Filing date: 2001-06-12
Publication date: 2006-11-02
Anticipated expiration: 2021-06-13
Also published as: AU6407501A; US7743792B2; CN1441884A; AU2001264075B2; US20030178085A1; US7712792B2; SG144732A1; EA200300016A1; CA2684456C; NO20025899L; US20060232065A1; DE60142805D1; ATE477448T1; EA005484B1; AU2011200833A1; EP1677040A2; US20060232064A1; CA2684456A1; EP1677040B1; DE60116759D1

Description

Die Erfindung betrifft einen Schlauch und betrifft insbesondere einen Schlauch mit einer verbesserten axialen Festigkeit. Die Erfindung betrifft besonders einen Schlauch, der unter Tieftemperaturbedingungen verwendet werden kann. Die Erfindung betrifft auch ein Endanschlußstück für einen Schlauch und ein Verfahren zur Herstellung eines Schlauchs.
Typische Anwendungen für einen Schlauch umfassen das Pumpen von Fluiden aus einem Fluidbehälter unter Druck. Beispiele umfassen das Zuführen von Haushaltsheizöl oder verflüssigtem Propangas an einen Heizungskessel; das Transportieren von hergestellten Ölfeld-Flüssigkeiten und/oder Gasen von einer festen oder schwimmenden Herstellungsplattform an den Frachtraum eines Schiffes oder von einem Schiffsfrachtraum zu einer Lagereinheit an Land; das Übertragen von Treibstoff an Rennautos, insbesondere während dem Nachtanken in der Formel 1; und das Befördern von zersetzenden Flüssigkeiten, wie etwa Schwefelsäure.
Es ist wohlbekannt, einen Schlauch für den Transport von Fluiden, wie etwa verflüssigten Gasen, bei niedriger Temperatur zu verwenden. Ein derartiger Schlauch wird üblicherweise verwendet, um verflüssigte Gase, wie etwa verflüssigtes Erdgas (LNG) und verflüssigtes Propangas (LPG) zu transportieren.
Damit der Schlauch hinreichend flexibel ist, muß jede gegebene Länge zumindest teilweise aus flexiblen Materialien, d.h. nicht starren Materialien, aufgebaut werden.
Die Struktur eines derartigen Schlauchs weist im allgemeinen einen röhrenförmigen Körper aus flexiblem Material auf, das zwischen inneren und äußeren spiralförmig gewickelten Haltedrähten angeordnet ist. Herkömmlicherweise sind die zwei Drähte mit der gleichen Teilung gewickelt, aber ihre Windungen sind um eine halbe Teilungsbreite gegeneinander versetzt. Der röhrenförmige Körper weist typischerweise innere und äußere Lagen mit einer Dichtungslage dazwischen auf. Die inneren und äußeren Lagen verleihen der Struktur die Festigkeit, um das Fluid darin zu befördern. Herkömmlicherweise weisen die inneren und äußeren Lagen des röhrenförmigen Körpers Gewebelagen auf, die aus einem Polyester, wie etwa Polyethylenterephthalat, gebildet sind. Die dazwischenliegende Dichtungslage stellt eine Dichtung bereit, um ein Durchdringen des Schlauchs durch das Fluid zu verhüten, und ist typischerweise eine polymere Folie.
Die Haltedrähte werden typischerweise unter Zugspannung um die inneren und äußeren Oberflächen des röhrenförmigen Körpers aufgebracht. Die Haltedrähte wirken in erster Linie derart, daß sie die Geometrie des röhrenförmigen Körpers beibehalten. Außerdem kann der äußere Draht derart wirken, daß er eine übermäßige Ringverformung des Schlauchs unter hohem Druck einschränkt. Die inneren und äußeren Drähte können auch derart wirken, daß sie dem Quetschen des Schlauchs widerstehen.
Ein Schlauch dieser allgemeinen Art ist in der europäischen Patentveröffentlichung Nr. 0076540A1 beschrieben. Der in dieser Beschreibung beschriebene Schlauch umfaßt eine Zwischenlage aus biaxial orientiertem Polypropylen, das die Fähigkeit des Schlauchs, der durch wiederholtes Biegen verursachten Ermüdung zu widerstehen, verbessern soll.
Ein anderer Schlauch ist in GB-2223817A beschrieben. Der in dieser Veröffentlichung beschriebene Schlauch ist ein zusammengesetzter Schlauch, der einen inneren spiralförmigen Metallkern, mehrere Lagen aus auf den Kern gewickelten Plastikmaterialfasern und Folien, mindestens eine Lage aus Glasgewebe und mindestens eine Lage aus Aluminiumfolie nebeneinander angeordnet und auf das Plastikmaterial gewickelt und eine äußere spiralförmige Wickelform aufweist. Dieser Schlauch gilt als geeignet für den Transport von brennbaren Treibstoffen und Ölen.
Ein anderer Schlauch ist in GB-1034956A beschrieben. Der in dieser Anmeldung beschriebene Schlauch ist ein elektrischer Schlauch oder eine Leitung, d.h. er ist eher für das Aufnehmen elektrischer Drähte als für den Transport von Fluiden gedacht. Als ein Ergebnis davon sind die mit der Konstruktion dieses Schlauchs einhergehenden Überlegungen völlig andere als die mit dem in EP-0076540A1 und GB-2223817A beschriebenen Schlauch einhergehenden Überlegungen. Der in GB-1034956A beschriebene Schlauch weist auf:

(i) einen innen angeordneten spiralförmig gewickelten Draht;
(ii) einen den inneren Draht umschließenden stranggepreßten Neoprenschlauch;
(iii) eine den Neoprenschlauch umschließende Metallgeflechthülle;
(iv) eine spiralförmig auf die Hülle aufgebrachte Nylonschnur;
(v) eine Segeltuchumhüllung um die Nylonschnur und die Hülle; und
(vi) einen äußeren spiralförmig gewickelten Draht, der um die Segeltuchumhüllung angeordnet ist.

Die Metallgeflechthülle wird hergestellt, um den Windungen des inneren Drahts zu folgen, indem während der Herstellung des Schlauchs vorübergehend ein weiterer Draht um die Hülle gewickelt wird.
DE34 40 459 A offenbart ein mehrlagiges flexibles Rohr, das für die Beförderung von Flüssigkeiten und Gasen geeignet ist. Das Rohr weist auf: eine Stahlspirale; einen um die Stahlspirale herum angeordneten ersten Schutzmantel; eine um die erste Schutzlage herum angeordnete flüssigkeitsdichte Röhre aus Folie; um die Röhre aus Folie herum angeordnete gewickelte Folienstreifen; eine um die Folienstreifen herum angeordnete untere Verstärkungslage; eine um die untere Verstärkungslage herum angeordnete obere Verstärkungslage; einen um die obere Verstärkungslage herum angeordneten zweiten Verstärkungsmantel, und eine um den zweiten Verstärkungsmantel herum angeordnete Stahlspirale.
DE 14 25 435 A offenbart ein flexibles Druckrohr für die Verwendung beim Transport von zersetzenden bzw. korrodierenden Materialien. Das Rohr weist eine Innenspirale auf, die unter anderem einen Mantel trägt, der aus einer Polyamidfolie besteht und ein Gewebe aus Polyamidfasern angeklebt hat.
Viele Anwendungen eines Schlauchs erfordern, daß der Schlauch entlang seiner Länge unterstützt wird. Dies gilt insbesondere für den Transport der weiter oben erwähnten hergestellten Flüssigkeiten und/oder Gase. Ohne zusätzliche Unterstützung ist der herkömmliche Schlauch häufig unfähig, sein Eigengewicht oder das Gewicht des darin enthaltenen Fluids zu halten.
Wir haben nun einen Weg gefunden, um die Lasttragfähigkeiten des Schlauchs, insbesondere der in EP-0076540A1 beschriebenen Art von Schlauch, zu verbessern, so daß er verwendet werden kann, um Fluide entweder ganz ohne die Notwendigkeit einer Unterstützung oder mit einer stark verringerten Anforderung an die Unterstützung zu befördern. Der Schlauch ist sowohl für Tieftemperatur- als auch für Nicht-Tieftemperaturanwendungen geeignet.
Wir haben auch einen Weg gefunden, die Dichtungslage in dem Schlauch der weiter oben beschriebenen Art zu verbessern.
In dem Schlauch der in EP0076540A1 beschriebenen Art ist es wichtig, daß die Drähte in der richtigen Position gehalten werden. Im allgemeinen sind die inneren und äußeren spiralförmigen Drähte relativ zueinander um einen Abstand in der Längsrichtung versetzt, der etwa gleich einer halben Teilungslänge ist. Es hat sich herausgestellt, daß diese Anordnung die beste strukturelle Intaktheit bereitstellt. Dennoch ist eines der Probleme mit dieser Art von Schlauch, daß wiederholtes Biegen bewirken kann, daß die Spiralen des Drahts aus der richtigen Ausrichtung verschoben werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch die Verbesserung eines äußeren Abschnitts des Schlauchs der weiter oben beschriebenen Art, d.h. den Abschnitt des Schlauchs außerhalb des röhrenförmigen Körpers.
Die in EP0076540A1 beschriebene Art von Schlauch wird gewöhnlich durch das folgende Verfahren ausgebildet: ein innerer Draht wird um einen röhrenförmigen Dorn gewickelt, um eine Innenspirale zu bilden; eine innere Verstärkungslage wird um den röhrenförmigen Dorn und die Innenspirale gewickelt; eine Dichtungslage wird um die innere Verstärkungslage gewickelt; eine äußere Verstärkungslage wird um die Dichtungslage gewickelt; ein äußerer Draht wird um die äußere Verstärkungslage gewickelt, um eine Außenspirale zu bilden; die Enden des Schlauchs werden durch Quetschverbinden befestigt; und der Schlauch wird von dem Dorn entfernt.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Verbesserung des Abschlusses der Schlauchenden.
Allgemein stellen wir ein axiales Festigungsmittel für den Schlauch zur Verfügung, wobei der Schlauch einer größeren axialen Zugspannung standhalten kann als früher möglich war, ohne daß die anderen Eigenschaften des Schlauchs beeinträchtigt werden.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Schlauch wie in Patentanspruch 1 definiert zur Verfügung gestellt. Weitere Merkmale dieses Aspekts der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 45 definiert. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Bruchdehnung des röhrenförmigen Körpers und des axialen Festigungsmittels im Bereich von 1 bis 10%. Bevorzugter ist die Bruchdehnung bei Umgebungs- und Tieftemperaturen über 5%.
Mit Hilfe dieser Anordnung verbessert das axiale Festigungsmittel die Fähigkeit des Schlauchs, axiale Spannungen zu bewältigen, und kann gleichzeitig während einer axialen Zugspannung zur strukturellen Intaktheit des Schlauchs beitragen, indem es zumindest gegen einen Teil des röhrenförmigen Körpers drückt. Außerdem sind die Materialien des röhrenförmigen Körpers und des axialen Festigungsmittels vorteilhaft zusammenpassend, so daß jedes im Betrieb in ähn licher Weise arbeitet, so daß kein einzelner Bestandteil übermäßigen Spannungen und Dehnungen ausgesetzt ist. Dies bedeutet, daß die Materialien des röhrenförmigen Körpers und des axialen Festigungsmittels in ähnlicher Weise auf Dehnungen reagieren. Eine Biegedehnung (für einen zylinderförmigen Bestandteil) von mindestens 3% ist im allgemeinen für die von der vorliegenden Erfindung in erster Linie vorgesehene Art von Schlauchanwendungen erforderlich. Während das Rutschen zwischen Lagen und die Begradigung spiralförmig orientierter Bestandteile für einen Teil des Rutschens verantwortlich sind, wird es immer noch eine sich ergebende Dehnung von 1% geben, die auf die strukturellen Bestandteile der Schlauchwand wirkt. Dies ist mit einer typischen Fließdehnung für Metalle von 0,2% zu vergleichen.
Es wird insbesondere bevorzugt, daß das axiale Festigungsmittel aus nichtmetallischem Material, insbesondere einem Plastik- bzw. Kunststoffmaterial hergestellt wird -geeignete Materialien werden weiter unten im Detail diskutiert. Dies liegt daran, daß für metallische Materialien unwahrscheinlich ist, daß sie die gewünschten Dehnungseigenschaften haben.
Wie weiter unten detaillierter beschrieben, wird bevorzugt, daß der röhrenförmige Körper und das axiale Festigungsmittel das gleiche Material, am bevorzugtesten Polyethylen mit einem ultrahohen Molekulargewicht (UHMWPE) aufweisen.
Der röhrenförmige Körper weist bevorzugt mindestens eine Verstärkungslage und mindestens eine Dichtungslage auf. Bevorzugter gibt es mindestens zwei Verstärkungslagen, wobei die Dichtungslage dazwischen eingeschlossen ist.
Bevorzugt ist eine weitere Verstärkungslage zwischen dem äußeren Greifelement und dem axialen Festigungsmittel vorgesehen.
Die äußerste Festigkeit der Verstärkungslage(n) ist für einen Schlauch mit 8" (200 mm) Durchmesser bevorzugt zwischen 100 und 700 kN. Es wird bevorzugt, daß die Bruchbiegedehnung der Verstärkungslage(n) im Bereich von 2% bis 15% ist. Wünschenswerterweise sind weitere Verstärkungslage(n) aus dem gleichen Material wie das axiale Festigungsmittel, am bevorzugtesten UHMWPE.
Bevorzugt weist das axiale Festigungsmittel eine im allgemeinen röhrenförmige Hülle auf, die aus einem in Röhrenform bereitgestellten Schichtmaterial gebildet wird, so daß die Hülle die Intaktheit ihrer Röhrenform erhalten kann, wenn sie axialer Zugspannung ausgesetzt wird. Der Schlauch kann mit zwei oder mehr röhrenförmigen Hüllen versehen werden, um die Leistungsfähigkeit des Schlauchs unter axialer Zugspannung weiter zu verbessern.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist das axiale Festigungsmittel in der Form eines im allgemeinen röhrenförmigen Geflechts vorgesehen. In dieser Beschreibung bezieht sich der Begriff "Geflecht" auf ein Material, das aus zwei oder mehr Fasern oder Garnen gebildet ist, die ineinander verflochten wurden, um eine längliche Struktur zu bilden. Es ist ein Merkmal von Geflecht, daß es sich verlängern kann, wenn es einer axialen Zugspannung ausgesetzt wird. Es ist ein weiteres Merkmal von Geflecht, daß das Geflecht, wenn es in einer röhrenförmigen Form bereitgestellt wird, seinen Durchmesser reduzieren wird, wenn es einer axialen Zugspannung ausgesetzt wird. Somit wird das Geflecht durch Bereitstellen eines röhrenförmigen Geflechts um den röhrenförmigen Körper herum oder innerhalb der Struktur des röhrenförmigen Körpers zumindest auf einen Teil des röhrenförmigen Körpers eine radial nach innen gerichtete Kraft ausüben, wenn es einer axialen Zugspannung ausgesetzt wird.
Es wird bevorzugt, daß die gesamte röhrenförmige Hülle in der Form des Geflechts vorgesehen wird. Es ist jedoch möglich, daß nur ein oder mehrere Teile der Länge der röhrenförmigen Hülle in der Geflechtform vorgesehen werden.
Es wird auch bevorzugt, daß das Geflecht den ganzen Weg um den Umfang der röhrenförmigen Hülle verläuft. Es ist jedoch möglich, daß nur ein Teil des Umfangs der röhrenförmigen Hülle in der Geflechtform vorgesehen werden.
Das Geflecht kann in einer biaxialen Form (d.h. in der das Geflecht aus zwei ineinander verflochtenen Fasern oder Garnen gebildet ist) oder in einer triaxialen Form (d.h. in der es auch längs verlaufende Fasern oder Garne gibt) vorgesehen werden.
Die Konstruktionsmaterialien des Schlauchs sollten derart ausgewählt werden, daß sie den Schlauch in die Lage versetzen, in der für ihn vorgesehenen Umgebung zu funktionieren. Somit besteht ein Bedarf dafür, daß der Schlauch fähig ist, unter Druck stehende Fluide ohne Lecken des Fluids durch die Schlauchwände zu transportieren. Es besteht auch ein Bedarf dafür, daß der Schlauch wiederholtem Biegen standhält und axialen Spannungen standhält, die durch die Verbindung des Schlauch- und des Fluidgewichts verursacht werden. Wenn der Schlauch für die Verwendung zum Transport von Tieftemperaturfluiden vorgesehen ist, sollten die Materialien auch in der Lage sein, bei äußerst kalten Temperaturen ohne eine maßgebliche Verringerung der Leistungsfähigkeit zu arbeiten.
Der Hauptzweck der oder jeder Verstärkungslage ist, den Ringspannungen standzuhalten, denen jeder Schlauch während des Transports von Fluiden durch ihn hindurch ausgesetzt ist. Somit ist jede Verstärkungslage, die das erforderliche Maß an Flexibilität hat und die den notwendigen Spannungen standhalten kann, geeignet. Auch wenn der Schlauch für den Transport von Tieftemperaturfluiden vorgesehen ist, muß die oder jede Verstärkungslage fähig sein, Tieftemperaturen standzuhalten.
Wir bevorzugen, daß die oder jede Verstärkungslage aus einer Materialschicht gebildet wird, die durch Wickeln des Schichtmaterials in einer spiralförmigen Weise in eine Röhrenform gewickelt wurde. Dies bedeutet, daß die oder jede Verstärkungslage nicht viel Widerstandsfähigkeit gegen axiale Zugspannung hat, da das Anwenden einer axialen Kraft dazu neigt, die Windungen auseinander zu ziehen. Die oder jede Verstärkungslage kann eine einzige zusammenhängende Lage des Schichtmaterials aufweisen oder kann zwei oder mehr einzelne zusammenhängende Lagen des Schichtmaterials aufweisen. Üblicher (und abhängig von der Länge des Schlauchs) wird die oder jede Lage des Schichtmaterials jedoch aus mehreren getrennten Längen des Schichtmaterials gebildet, die entlang der Länge des Schlauchs angeordnet werden.
In der bevorzugten Ausführungsform weist jede Verstärkungslage einen Stoff, am bevorzugtesten einen Gewebestoff auf. Die oder jede Verstärkungslage kann aus Natur- oder synthetischem Material sein. Die oder jede Verstärkungslage wird in geeigneter Weise aus einem synthetischen Polymer, wie etwa einem Polyester, einem Polyamid oder einem Polyolefin, gebildet. Das synthetische Polymer kann in der Form von Fasern oder einem Garn, aus denen das Gewebe erzeugt wird, vorgesehen werden.
Wenn die oder jede Verstärkungslage ein Polyester aufweist, dann ist es bevorzugt Polyethylenterephthalat. Wenn die oder jede Verstärkungslage ein Polyamid aufweist, dann kann es ein aliphatisches Polyamid, wie etwa ein Nylon, sein, oder es kann ein aromatisches Polyamid, wie etwa eine Aramidverbindung sein. Zum Beispiel kann die oder jede Verstärkungslage ein Poly-(p-Phenylenterephthalamid), wie etwa KEVLAR (eingetragenes Warenzeichen) sein.
Wenn die oder jede Verstärkungslage ein Polyolefin aufweist, dann kann es ein Polyethylen, Polypropylen oder Polybutylenhomopolymer oder ein Kopolymer oder Terpolymer davon sein und ist bevorzugt monoaxial oder biaxial orientiert. Noch bevorzugter ist das Polyolefin ein Polyethylen, und am bevorzugtesten ist das Polyethylen ein Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht, insbesondere UHMWPE.
Das in der vorliegenden Erfindung verwendete UHMWPE hat im allgemeinen ein mittleres Molekulargewicht von über 400000, typischerweise über 800000 und gewöhnlich über 1000000. Das Gewicht des mittleren Molekulargewichts übersteigt normalerweise nicht etwa 15000000. Das UHMWPE ist bevorzugt durch ein Molekulargewicht von 1000000 bis 6000000 gekennzeichnet. Das in der vorliegenden Erfindung am besten geeignete UHMWPE ist hoch orientiert und wurde mindestens 2 –5 mal in eine Richtung und mindestens 10 bis 15 mal in die andere Richtung gedehnt.
Das in der vorliegenden Erfindung am besten geeignete UHMWPE hat im allgemeinen eine parallele Orientierung von mehr als 80%, noch üblicher höher als 90% und am besten höher als 95%. Die Kristallinität ist im allgemeinen größer als 50%, noch üblicher höher als 70%. Eine Kristallinität bis zu 85–90% ist möglich.
UHMWPE ist zum Beispiel in US-A-4344908, US-A-4411845, US-A-4422993, US-A-4430383, US-A-4436689, EP-A-183285, EP-A-0438831 und EP-A0215507 beschrieben.
Es ist insbesondere vorteilhaft, daß die oder jede Verstärkungslage ein hoch orientiertes UHMWPE, wie etwa das unter dem Handelsnamen DYNEEMA von DSM High Performance Fibres BV (eine niederländische Firma) erhältliche oder das unter dem Handelsnamen SPECTRA von der US-Gesellschaft AlliedSignal Inc. erhältliche, aufweist.
Weitere Details über DYNEEMA sind in einer Handelsunterlage mit dem Titel "DYNEEMA; the top performance in fibers; properties and application", herausgegeben von DSM High Performance Fibres BV, Ausgabe 02/98, offenbart. Weitere Details über SPECTRA sind in einer Handelsunterlage mit dem Titel "Spectra Performance Materials", herausgegeben von der AlliedSignal Inc., Ausgabe 5/96, offenbart. Diese Materialien sind seit den 1980ern erhältlich.
In der bevorzugten Ausführungsform weist die oder jede Verstärkungslage ein Gewebe auf, das aus Fasern gebildet ist, die in einer Kett- und einer Schußfadenrichtung angeordnet sind. Wir haben herausgefunden, daß es besonders vorteilhaft ist, wenn die oder jede Verstärkungslage derart angeordnet ist, daß die Gewebekettfadenrichtung in einem Winkel von weniger als 20° zu der Axialrichtung des Schlauchs ist; wir bevorzugen auch, daß dieser Winkel größer als 5° ist. In der bevorzugten Ausführungsform ist die oder jede Verstärkungslage derart angeordnet, daß die Kettfadenrichtung des Gewebes in einem Winkel von 10° bis 20°, am bevorzugtesten etwa 15°, zu der Axialrichtung des Schlauchs ist.
Der Zweck der Dichtungslage ist in erster Linie, das Lecken von transportierten Fluids durch den röhrenförmigen Körper zu verhüten. Somit ist jede Dichtungslage, die das erforderlich Maß an Flexibilität hat und die gewünschte Dichtungsfunktion bereitstellen kann, geeignet. Wenn der Schlauch zum Transportieren von Tieftemperaturfluiden vorgesehen ist, dann muß die Dichtungslage auch fähig sein, Tieftemperaturen standzuhalten.
Die Dichtungslage kann aus den gleichen Grundmaterialien wie die oder jede Verstärkungslage hergestellt werden. Als eine Alternative kann die Dichtungslage ein Fluoropolymer, wie etwa Polytetrafluorethylen (PFTE), ein fluoriertes Ethylenpropylen-Kopolymer, wie etwa ein Kopolymer von Hexafluorpropylen und Tetrafluorethylen (Tetrafluorethylenperfluorpropylen), das unter dem Handelsnamen Teflon FEP von DuPont Fluoroproducts erhältlich ist; oder ein fluorierter Kohlenwasserstoff – Perfluoralkoxy – erhältlich unter dem Handelsnamen Teflon PFA von DuPont Fluoroproducts, sein. Diese Folien können durch Strangpressen oder Blasen hergestellt werden.
Wir bevorzugen, daß die Dichtungslage aus einer Materialschicht gebildet wird, die durch Wickeln des Schichtmaterials in einer spiralförmigen Weise in eine Röhrenform gewickelt wurde. Wie bei den Verstärkungslagen bedeutet dies, daß die oder jede Dichtungslage nicht viel Widerstandsfähigkeit gegen eine axiale Zugspannung hat, da die Anwendung einer axialen Kraft dazu neigt, die Windungen auseinander zu ziehen. Die Dichtungslage kann eine einzige zusammenhängende Lage aus dem Schichtmaterial aufweisen oder kann zwei oder mehr zusammenhängende Lagen aus dem Schichtmaterial aufweisen. Üblicher (und abhängig von der Länge des Schlauchs) wird die oder jede Lage des Schichtmaterials jedoch aus mehreren getrennten Längen des Schichtmaterials gebildet, die entlang der Länge des Schlauchs angeordnet werden. Falls gewünscht, kann die Dichtungslage ein oder meh rere wärmeschrumpfbare Dichtungshülsen (d.h. mit Röhrenform) aufweisen, die über der inneren Verstärkungslage angeordnet sind.
Wir bevorzugen, daß die Dichtungslage mehrere überlappende Lagen aus Folie aufweist. Bevorzugt gibt es mindestens 2 Lagen, bevorzugter mindestens 5 Lagen und noch bevorzugter mindestens 10 Lagen. In der Praxis kann die Dichtungslage 20, 30, 40, 50 oder mehr Folienlagen aufweisen. Die Obergrenze für die Anzahl der Lagen hängt von der Gesamtgröße des Schlauchs ab, aber es ist unwahrscheinlich, daß mehr als 100 Lagen benötigt werden. Gewöhnlich werden höchstens 50 Lagen ausreichen. Die Dicke jeder Folienlage ist typischerweise im Bereich von 50 bis 100 Mikrometer.
Es wäre natürlich willkommen, daß mehr als eine Dichtungslage bereitgestellt werden kann.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Dichtungslage wird weiter unten beschrieben.
Das axiale Festigungsmittel kann auch aus dem gleichen Material wie die oder jede Verstärkungslage hergestellt werden. Auf diese Weise wird deutlich, daß das axiale Festigungsmittel, die oder jede Verstärkungslage und die Dichtungslage alle aus der gleichen Grundzusammensetzung gebildet werden können. Die Form der Zusammensetzung muß jedoch verschieden sein, um die erforderliche Funktion bereitzustellen, d.h. das axiale Festigungsmittel stellt eine axiale Verstärkungsfunktion bereit, die oder jede Verstärkungslage stellt die Verstärkung gegen Ringspannungen bereit, und die Dichtungslage stellt eine Dichtungsfunktion bereit. Wir haben herausgefunden, daß die UHMWPE-Materialien, insbesondere die DYNEEMA- und SPECTRA-Produkte, am geeignetsten sind. Für diese Materialien hat sich auch herausgestellt, daß sie unter Tieftemperaturbedingungen gut arbeiten. Die weiter oben in Bezug auf die Verstärkungslagen diskutierten bevorzugten Parameter des UHMWPE (Bereich des Molekulargewichts, etc.) sind auch für die axialen Festigungsmittel geeignet. In dieser Hinsicht sollte bemerkt werden, daß die Parameter des in dem axialen Festigungsmittel verwendeten UHMWPE nicht die gleichen Parameter zu sein brauchen wie die Parameter des in den Verstärkungslagen verwendeten UHMWPE.
Es wäre möglich, daß das axiale Festigungsmittel innerhalb der Lagen des röhrenförmigen Körpers vorgesehen wird. Wir bevorzugen jedoch, daß das axiale Festigungsmittel zwischen dem röhrenförmigen Körper und dem äußeren Greifelement angeordnet ist. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist das axiale Festigungsmittel innerhalb der Lagen des röhrenförmigen Körpers vorgesehen, und ein weiteres axiales Festigungsmittel ist auch zwischen dem röhrenförmigen Körper und dem äußeren Greifelement vorgesehen.
Wenn der Schlauch für Tieftemperaturanwendungen vorgesehen ist, dann ist es wünschenswert, eine Isolierung über dem röhrenförmigen Körper vorzusehen. Die Isolierung könnte zwischen dem äußeren Draht und der röhrenförmigen Hülle und/oder außerhalb des äußeren Drahts vorgesehen werden. Die Isolierung kann Material aufweisen, das herkömmlicherweise verwendet wird, um Tieftemperatureinrichtungen mit einer Isolierung zu versehen, wie etwa ein synthetisches Schaumstoffmaterial. Es wird bevorzugt, daß das axiale Festigungsmittel auch um die Isolierlage herum vorgesehen ist, um die Isolierlagen zu komprimieren und ihre strukturelle Intaktheit zu erhalten. Das axiale Festigungsmittel um die Isolierlage ist bevorzugt neben dem axialen Festigungsmittel zwischen dem äußeren Greifelement und dem röhrenförmigen Körper vorgesehen. Eine besonders geeignete Form der Isolierung wird weiter unten detaillierter bereitgestellt.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Schlauchs, wie in Patentanspruch 46 definiert, zur Verfügung gestellt. Weitere Merkmale dieses Aspekts der Erfindung sind in den Patentansprüchen 47 bis 51 definiert.
Bevorzugt werden die Spiralen und das Schichtmaterial unter Zugspannung aufgebracht, um den Schlauch mit einer guten strukturellen Intaktheit zu versehen.
Bevorzugt wird eine innere Verstärkungslage in Schichtform spiralförmig um die Innenspirale und den Dorn gewickelt; dann wird die Dichtungslage in Schichtform spiralförmig um die innere Verstärkungslage gewickelt, dann wird die äußere Verstärkungslage in Schichtform um die Dichtungslage gewickelt. Gewöhnlich werden mehrere Dichtungslagen aufgebracht.
Die röhrenförmige Festigungshülle kann die gleiche wie die weiter oben beschriebene axiale Festigungshülle sein.
Bevorzugt werden die inneren und äußeren Spiralen in einer spiralförmigen Konfiguration mit der gleichen Teilung aufgebracht, und die Position der Spiralen der Außenspirale ist um eine halbe Teilungslänge von der Position der Spiralen der Innenspirale versetzt.
Die Dichtungslage weist bevorzugt mindestens zwei polymere Folien auf, wobei eine der Folien aus einem ersten Polymer und eine andere der Folien aus einem zweiten Polymer hergestellt ist, welches sich von dem ersten Polymer unterscheidet.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist eine der Polymerfolien steifer als die andere der Folien, wodurch in den Materialeigenschaften bei der Betriebstemperatur und dem Druck eine differentielle Fließdehnung vorhanden ist. Bevorzugt ist die äußere Folie steifer als die innere Folie. Die Wirkung davon ist, daß beim unglücklichen Auftreten eines Schlauchbruchs ein kontrollierter Fehler der Dichtungslage derart ist, daß die steifere äußere Polymerfolie versagt, während das dehnbarere Polymer den Innendruck für eine endliche Zeit hält, was ermöglicht, daß der Druck allmählich abgebaut wird.
In der bevorzugten Ausführungsform ist die maximale Bruchdehnung bei Raumtemperatur mehr als 100% für die dehnbarere Lage und mindestens 20% weniger für die andere Lage.
Jede Polymerfolie der Dichtungslage ist bevorzugt ein Polyamid, ein Polyolefin oder ein Fluoropolymer.
Wenn die Polymerfolie der Dichtungslage ein Polyamid aufweist, dann kann es ein aliphatisches Polyamid, wie etwa ein Nylon sein, oder es kann ein aromatisches Polyamid, wie etwa eine Aramidverbindung sein.
Wir bevorzugen, daß eine der Polymerfolien der Dichtungslage ein Polyolefin ist und eine andere der Polymerfolien der Dichtungslage ein Fluoropolymer ist.
Geeignete Polyolefine umfassen ein Polyethylen, Polypropylen oder Polybutylenhomopolymer oder ein Kopolymer oder Terpolymer davon. Bevorzugt ist die Polyolefinfolie monoaxial oder biaxial orientiert. Noch besser ist das Polyolefin ein Polyethylen, und am besten ist das Polyethylen ein Polyethylen mit einem ultrahohen Molekulargewicht, insbesondere UHMWPE, das weiter oben detaillierter beschrieben ist. Die weiter oben in Bezug auf die Verstärkungslagen diskutierten bevorzugten Parameter des UHMWPE (Bereich des Molekulargewichts, etc.) sind auch für die Dichtungslage geeignet. In dieser Hinsicht sollte jedoch bemerkt werden, daß die Parameter des in der Dichtungslage verwendeten UHMWPE nicht die gleichen wie die Parameter des in den Verstärkungslagen verwendeten UHMWPE zu sein brauchen.
Da die Dichtungslage dafür vorgesehen ist, eine Dichtungsfunktion bereitzustellen, sollte die Dichtungslage in der Form einer Folie vorgesehen werden, die im wesentlichen undurchlässig für die transportierten Fluide ist. Auf diese Weise muß das hoch orientierte UHMWPE in einer Form bereitgestellt werden, die zufriedenstellende Dichtungseigenschaften hat. Diese Produkte werden gewöhnlich in der Form eines festen Blocks bereitgestellt, der weiter verarbeitet werden kann, um das Material in der erforderlichen Form zu erhalten. Die Folie kann durch Schälen einer dünnen Folie von der Oberfläche des festen Blocks hergestellt werden. Alternativ können die Folien geblasene Folien aus UHMWPE sein.
Geeignete Fluoropolymere umfassen Polytetrafluorethylen (PFTE); ein fluoriertes Ethylenpropylenkopolymer, wie etwa ein Kopolymer von Hexafluorpropylen und Tetrafluor ethylen (Tetrafluorethylenperfluorpropylen), das unter dem Handelsnamen Teflon FEP von DuPont Fluoroproducts erhältlich ist; oder ein fluorierter Kohlenwasserstoff – Perfluoralkoxy – erhältlich unter dem Handelsnamen Teflon PFA von DuPont Fluoroproducts. Diese Folien können durch Strangpressen oder durch Blasen hergestellt werden.
Bevorzugt weist die Dichtungslage mehrere Lagen von jeder der Polymerfolien auf. In einer Ausführungsform können die Schichten derart angeordnet werden, daß sich die ersten und zweiten Polymere durch die Dicke der Dichtungslage abwechseln. Dies ist jedoch nicht die einzig mögliche Anordnung. In einer anderen Ausführungsform können alle Lagen des ersten Polymers von allen Lagen des zweiten Polymers umschlossen sein oder umgekehrt.
Wir bevorzugen, daß die Polymerfolien der Dichtungslage aus einer Materialschicht gebildet werden, die durch Wickeln des Schichtmaterials in einer spiralförmigen Form in eine Röhrenform gewickelt wurde. Jede Polymerfolie kann eine einzige zusammenhängende Schicht aufweisen, die von einem Ende des Schlauchs zum anderen um die innere Verstärkungslage gewickelt ist. Üblicher (und abhängig von der Länge des Schlauchs) werden jedoch mehrere getrennte Längen der Polymerfolie um die innere Verstärkungslage gewickelt, wobei jede Folienlänge einen Teil der Schlauchlänge bedeckt. Falls gewünscht, kann die Dichtungslage mindestens zwei wärmeschrumpfbare Hülsen (d.h. in Röhrenform) aufweisen, die über der inneren Verstärkungslage angeordnet sind. Mindestens zwei der Hülsen sollten aus einem anderen Material hergestellt sein.
Die Dichtungslage weist mindestens zwei verschiedene Folien auf, und diese sind bevorzugt in einer überlappenden Beziehung angeordnet. Es wird bevorzugt, daß die Dichtungslage mindestens 5 überlappende Lagen, bevorzugter mindestens 10 überlappende Lagen aufweist. In der Praxis kann die Dichtungslage 20, 30, 40, 50 oder mehr überlappende Folienlagen aufweisen. Die Obergrenze für die Anzahl der Lagen hängt von der Gesamtgröße des Schlauchs ab, aber es ist unwahrschein lich, daß mehr als 100 Lagen benötigt werden. Gewöhnlich werden höchstens 50 Lagen ausreichen. Die Dicke jeder Folienlage ist typischerweise im Bereich von 50 bis 100 Mikrometer. Die Lagen werden aus mindestens zwei verschiedenen Polymerfolienarten hergestellt.
Es ist natürlich willkommen, daß mehr als eine Dichtungslage vorgesehen wird.
Bevorzugt weist die Dichtungslage ferner mindestens eine Lage auf, die teilweise oder ganz aus einem Metall, einem Metalloxid oder einer Mischung daraus besteht. In dieser Beschreibung umfassen Referenzen auf metallenthaltende Folien, sofern nicht anders festgestellt, metalloxidenthaltende Folien. Somit kann die Metallage eine Lage aus metallischer Folie (d.h. eine getrennte Lage, die im wesentlichen ganz aus einem Metall, einem Metalloxid oder einer Mischung daraus besteht) oder eine mit einem Polymer beschichtete Metallfolie oder eine metallisierte Polymerfolie sein. Wir bevorzugen, daß die Metallschicht eine mit einem Polymer beschichtete Metallfolie ist. Das Metall kann zum Beispiel Aluminiumoxid sein. Das Polymer kann zum Beispiel ein Polyester sein.
Geeignete polymerbeschichtete Metallfolien umfassen die Folien, die unter den Handlesnamen MEX505, MET800, MET800B und MET852 von HiFi Industrial Film, Stevenage, England, erhältlich sind; MET800B wird bevorzugt.
Eine weitere Metallschicht kann außerhalb der Dichtungslage angeordnet werden. Bevorzugt ist die weitere Metallage zwischen dem röhrenförmigen Körper und dem äußeren Greifelement angeordnet. Steinwollelagen können hier, bevorzugt zwischen der Dichtungslage und der äußeren Metallage, ebenfalls vorgesehen werden, um die Wärmeisolierung zu verbessern – das Ziel hiervon ist, eine Thermoringkammer zwischen den zwei Metallschichten zu erzeugen.
In einer Ausführungsform weist die Dichtungslage mindestens eine Lage aus einer Metallfolie (d.h. eine getrennte Lage, die im wesentlichen ganz aus einem Metall, einem Metalloxid oder einer Mischung daraus besteht) oder eine mit einem Polymer beschichtete Metallfolie oder eine metallisierte Polymerfolie auf.
Die metallenthaltende Folie ist reflektierend und verringert daher den Wärmeverlust oder den Wärmegewinn – dies ist besonders nützlich bei Tieftemperaturanwendungen. Außerdem stellt die metallenthaltende Folie gute Sperreigenschaften zur Verfügung, wodurch die Dampftransmission verringert wird – dies ist nützlich, um den Materialverlust beim Transport von Gasen zu verhüten.
Wenn ein Schlauch für Tieftemperaturanwendungen vorgesehen ist, dann ist es wünschenswert, über dem röhrenförmigen Körper eine Isolierung vorzusehen. Die Isolierung könnte zwischen dem äußeren Draht und dem röhrenförmigen Element und/oder außerhalb des äußeren Drahts vorgesehen werden. Die Isolierung kann Material aufweisen, das herkömmlicherweise verwendet wird, um in Tieftemperatureinrichtungen eine Isolierung bereitzustellen, wie etwa ein synthetisches Schaumstoffmaterial. Eine besonders geeignete Form der Isolierung wird weiter unten beschrieben.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft die Verbesserung der Biegefähigkeiten des Schlauchs. Allgemein umfaßt unsere Erfindung die Bereitstellung einer Einrichtung, um die äußeren Drähte in ihrer Position zu halten, ohne die Biegefähigkeiten des Schlauchs zu gefährden.
In einer Ausführungsform ist eine gehärtete Harzmatrix um den röhrenförmigen Körper herum angeordnet, wobei die äußeren Greifelemente zumindest teilweise in der Harzmatrix eingebettet sind, um die relative Bewegung zwischen den äußeren Greifelementen und dem Rest des Schlauchs einzuschränken.
Die gehärtete Harzmatrix muß eine ausreichende Flexibilität haben, um dem Schlauch zu ermöglichen, sich in einem Maß zu biegen, das für die spezifischen Anwendungen des Schlauchs erforderlich ist. Eindeutig können manche Anwendungen mehr Flexibilität als andere erfordern.
Die Harzmatrix weist bevorzugt ein synthetisches Polymer, wie etwa Polyurethan auf. Es wird insbesondere be vorzugt, daß die Harzmatrix aus einem Material mit der Fähigkeit hergestellt wird, vor dem Härten in flüssiger Form auf den Schlauch aufgetragen zu werden. Typischerweise kann das ungehärtete Harz durch Sprühen, Gießen oder Streichen auf den Schlauch aufgetragen werden. Dies ermöglicht, daß das ungehärtete Harz über der äußeren Oberfläche des röhrenförmigen Körpers und der äußeren Greifelemente aufgetragen wird und dann an Ort und Stelle gehärtet wird, um einen festen flexiblen Überzug zu bilden. Der Härtungsmechanismus kann Licht, Feuchtigkeit, etc. sein.
Die Harzmatrix kann an einer Lage unter dem äußeren Greifelement und auch an jeder auf der äußeren Oberfläche der Harzmatrix vorgesehenen Lage kleben. Es wird bevorzugt, daß mindestens eine der zu der gehärteten Harzmatrix benachbarten Lagen fähig ist, Tieftemperaturen standzuhalten, so daß die benachbarte Lage die Harzmatrix aufgrund der Haftung zwischen der Harzmatrix und der benachbarten Lage zusammenhält, wenn die Harzmatrix aufgrund der Tieftemperaturen platzt. Die stabilste Struktur wird erzielt, wen beide Seiten der Harzmatrix an benachbarte Lagen geklebt sind.
Wir haben auch herausgefunden, daß gewisse Materialien einen Schlauch mit besonders guter Isolierung, insbesondere bei Tieftemperaturen, zur Verfügung stellen können. Insbesondere haben wir herausgefunden, daß aus Basaltfasern gebildete Gewebe eine besonders gute Isolierung bereitstellen.
In einer Ausführungsform ist eine Isolierlage um den röhrenförmigen Körper herum angeordnet und dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierlage ein aus Basaltfasern gebildetes Gewebe umfaßt.
Geeignete Basaltfasern sind unter den Handelsbezeichnungen BT-5, BT-8, BT-10, BT-11 und BT-13 von der Sudaglass Fiber Company erhältlich. Die bevorzugte Dicke des Gewebes ist von etwa 0,1 mm bis zu etwa 0,3 mm. Falls gewünscht, können mehrere Lagen des Basaltgewebes verwendet werden.
Wir haben auch herausgefunden, daß die Isolationseigenschaften von Basaltgeweben sich unter Kompression verbessern, daher bevorzugen wir, eine Kompressionslage um das Basaltgewebe herum vorzusehen, welche zum Komprimieren der Basaltlage dient.
Die Isolierlage kann ferner neben der/den Lage/n aus Basaltgewebe Lagen umfassen, die aus einem anderen Isoliermaterial, wie etwa Polymerschaumstoffen, hergestellt sind.
Wir bevorzugen, daß die Isolierlage ferner mindestens eine Verstärkungslage umfaßt. Die Verstärkungslage kann ein synthetisches Polymer, wie etwa ein Polyester, ein Polyamid oder ein Polyolefin, aufweisen. Die Verstärkungslage kann aus den gleichen Materialien wie die weiter oben beschriebenen inneren und äußeren Verstärkungslagen des röhrenförmigen Körpers hergestellt werden. Es wird insbesondere bevorzugt, daß die Verstärkungslage der Isolierlage ein Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht (UHMWPE), wie etwa DYNEEMA oder SPECTRA, wie weiter oben beschrieben, ist.
Der röhrenförmige Körper weist bevorzugt mindestens eine Verstärkungslage und mindestens eine Dichtungslage auf. Bevorzugter gibt es mindestens zwei Verstärkungslagen, zwischen denen die Dichtungslage eingeschlossen ist.
Der röhrenförmige Körper kann ferner eine oder mehrere Isolierlagen umfassen, die aus herkömmlichem Isoliermaterial hergestellt sind und/oder aus dem weiter oben beschriebenen Basaltgewebe hergestellt sind.
Ein anderer Aspekt der Erfindung betrifft die Verbesserung der thermischen Widerstandsfähigkeit und/oder des Auftriebs des Schlauchs. Im allgemeinen bedingt dies die Verwendung einer Lage, die ein Plastikmaterial mit darin injizierten Gasblasen aufweist.
In einer Ausführungsform ist eine Lage aus Plastikmaterial um das röhrenförmige Element herum angeordnet, wobei das Plastikmaterial Gasblasen enthält.
Das Plastikmaterial ist bevorzugt ein Polyurethan. Es wird bevorzugt, daß das Plastikmaterial durch Sprühen des Plastikmaterials über die Oberfläche des röhrenförmigen Kör pers in flüssiger Form auf den röhrenförmigen Körper aufgetragen wird, und dann härten gelassen wird. Wieder kann das Härten einfach stattfinden, indem der beschichtete Schlauch in Luft stehen gelassen wird, oder es kann durch ein aktives Mittel, wie etwa Heizen, bewirkt oder beschleunigt werden.
Die Gasblasen können vor dem Sprühen durch Injizieren von Gas in das Plastikmaterial, während es noch in einer flüssigen Form ist, aufgenommen werden.
Die sich ergebende Lage aus gashaltigem Plastikmaterial hat einige der vorteilhaften Struktureigenschaften des Plastikmaterials selbst, wie etwa gute Widerstandsfähigkeit gegen Abnutzung und Quetschen, hat aber auch wesentlich verbesserte Isoliereigenschaften. Es hat auch einen verbesserten Auftrieb, der durch das Vorhandensein des Gases verursacht wird, und kann verwendet werden, um einen Schlauch mit entlang seiner Länge gleichmäßig verteiltem Auftrieb herzustellen, der fähig ist, in Wasser zu schwimmen.
Bevorzugt ist das gashaltige Plastikmaterial mit einer weiteren Lage aus Plastikmaterial überzogen, die keine wesentliche Menge an Gasblasen enthält. Bevorzugt ist diese weitere Lage aus Plastikmaterial sicher an die gashaltige Lage geklebt. Die weitere Lage aus Plastikmaterial kann aus dem gleichen Plastikmaterial wie die gashaltige Lage sein. Bevorzugt weist die weitere Lage aus Plastikmaterial ein Polyurethan auf.
Beide Lagen aus Plastikmaterial können durch andere Verfahren als Sprühen wie etwa Gießen, Streichen oder Strangpressen aufgetragen werden.
Jedes geeignete Gas, einschließlich Luft, Stickstoff oder ein inertes Gas, kann verwendet werden, um Blasen zu bilden.
Die spezifische Schwere des Polyurethans vor der Belüftung ist bevorzugt etwa 1,2.
Der Schlauch hat ohne die gashaltige Lage typischerweise eine spezifische Schwere von etwa 1,8. Bevorzugt hat der Schlauch nach dem Auftragen der gashaltigen Lage insgesamt eine spezifische Schwere von weniger als 1, bevorzugt weniger als 0,8. Die PU-Beschichtungsdicke kann zum Beispiel etwa 4–8 mm, bevorzugt etwa 6 mm sein. Die Gasblasen haben bevorzugt weniger als 2 mm Durchmesser.
Die gasblasenenthaltende Lage kann auch in den weiter oben beschriebenen Ausführungsformen des Schlauchs verwendet werden. Insbesondere kann die Erfindung eine Lage umfassen, die neben einer gashaltigen Lage eine gehärtete Harzmatrix, wie weiter oben beschrieben, aufweist. In dieser Konstruktion wird die gashaltige Lage typischerweise außerhalb der gehärteten Harzmatrix angeordnet. Es ist möglich, die gehärtete Harzmatrix mit der gashaltigen Lage zu ersetzen, so daß die gashaltige Lage die Greifelemente in sich eingebettet hat, um die relative Bewegung der äußeren Greifelemente einzuschränken.
In den oben beschriebenen Aspekten der Erfindung weisen die Greifelemente typischerweise jeweils einen spiralförmig gewickelten Draht auf. Die Spiralen der Drähte sind typischerweise derart angeordnet, daß sie gegeneinander um einen Abstand versetzt sind, welcher der halben Teilung der Spiralen entspricht. Der Zweck der Drähte ist, den röhrenförmigen Körper fest dazwischen zu greifen, um die Lagen des röhrenförmigen Körpers intakt zu halten und dem Schlauch strukturelle Intaktheit zu verleihen. Die inneren und äußeren Drähte können zum Beispiel Weichstahl, Austenitedelstahl oder Aluminium sein. Falls gewünscht, können die Drähte galvanisiert oder mit einem Polymer beschichtet sein.
Obwohl die Drähte, welche die Greifelemente bilden, eine beträchtliche Zugfestigkeit haben können, ist es willkommen, daß die Anordnung der Drähte in Spiralen bedeutet, daß die Greifelemente sich verformen können, wenn sie einer relativ kleinen axialen Zugspannung ausgesetzt werden. Jede erhebliche Verformung der Spiralen wird schnell die strukturelle Intaktheit des Schlauchs zerstören.
Der erfindungsgemäße Schlauch kann unter einer großen Vielfalt an Bedingungen, wie etwa Temperaturen über 100°C, Temperaturen von 0°C bis 100°C und Temperaturen unter 0°C verwendet werden. Mit einer geeigneten Materialauswahl kann der Schlauch bei Temperaturen unter –20°C, unter –50°C oder sogar unter –100°C verwendet werden. Zum Beispiel kann es sein, daß der Schlauch für den Transport von flüssigem Erdgas bei Temperaturen von einer Tiefe bis –170°C oder sogar tiefer arbeiten muß. Außerdem wird auch betrachtet, daß der Schlauch verwendet werden kann, um flüssigen Sauerstoff (Siedepunkt –183°C) oder flüssigen Stickstoff (Siedepunkt –196°C) zu transportieren, wobei es in diesem Fall sein kann, daß der Schlauch bei Temperaturen von –200°C oder niedriger arbeiten muß.
Der erfindungsgemäße Schlauch kann auch für die Verwendung für eine Vielfalt verschiedener Aufgaben zur Verfügung gestellt werden. Typischerweise wird der Innendurchmesser des Schlauchs von etwa 2 Inch (51 mm) bis etwa 24 Inch (610 mm), typischer von etwa 8 Inch (203 mm) bis etwa 16 Inch (406 mm), reichen. Im allgemeinen ist der Arbeitsdruck des Schlauchs im Bereich einer Messung von etwa 500 kPa bis zu etwa 2000 kPa oder möglicherweise bis zu etwa 2500 kPa. Diese Drücke betreffen den Arbeitsdruck des Schlauchs, nicht den Druck beim Bruch (der einige Male höher sein muß). Der Volumendurchsatz hängt von dem Fluidmedium, dem Druck und dem Innendurchmesser ab. Durchsätze von 100 m³/h bis zu 12000 m³/h sind typisch.
Der erfindungsgemäße Schlauch kann auch für die Verwendung mit zersetzenden Materialien, wie etwa starken Säuren, verwendet werden.
Nun wird Bezug genommen auf die beigefügten Zeichnungen, wobei:
1 ein schematisches Diagramm ist, das die prinzipiellen Spannungen zeigt, denen der erfindungsgemäße Schlauch im Betrieb ausgesetzt sein kann;
2 eine schematische Querschnittansicht eines erfindungsgemäßen Schlauchs ist;
3 eine Querschnittsansicht ist, welche die Anordnung einer Verstärkungslage des erfindungsgemäßen Schlauchs zeigt;
4A eine Schnittansicht ist, welche die Anordnung einer röhrenförmigen axialen Festigungshülle des erfindungsgemäßen Schlauchs zeigt, wobei die axiale Festigungshülle in einem entspannten Zustand ist;
4B eine Schnittansicht ist, welche die Anordnung einer röhrenförmigen axialen Festigungshülle des erfindungsgemäßen Schlauchs zeigt, wobei die axiale Festigungshülle in einem straff gezogenen Zustand ist;
5A, 5B, 5C und 5D vier Anwendungen des erfindungsgemäßen Schlauchs zeigen;
6 eine Querschnittansicht ist, die eine Dichtungslage eines erfindungsgemäßen Schlauchs zeigt;
7 eine Querschnittansicht ist, die eine Isolierlage des Schlauchs von 2 detaillierter zeigt; und
8 eine schematische Querschnittansicht eines Endanschlußstücks des erfindungsgemäßen Schlauchs ist.
1 zeigt die Spannungen, denen ein Schlauch H während der Verwendung normalerweise ausgesetzt ist. Die Ringspannung ist durch die Pfeile HS bezeichnet und ist die Spannung, die tangential auf den Umfang des Schlauchs H wirkt . Die axiale Spannung ist durch die Pfeile AS bezeichnet und ist die Spannung, die axial entlang der Länge des Schlauchs H wirkt. Die Biegespannung ist mit FS bezeichnet und ist die Spannung, die quer zu der Längsachse des Schlauchs H wirkt, wenn er gebogen wird. Die Verdrillungsspannung ist mit TS bezeichnet und ist eine Drehspannung, die um die Längsachse des Schlauchs wirkt. Die Quetschspannung ist mit CS bezeichnet und ergibt sich aus Lasten, die radial auf das Äußere des Schlauchs H aufgebracht werden.
Die Ringspannung HS wird durch den Druck des Fluids in dem Schlauch H erzeugt. Die axiale Spannung AS wird durch den Druck des Fluids in dem Schlauch und auch durch die Kombination des Fluidgewichts in dem Schlauch H und des Eigengewichts des Schlauchs H erzeugt. Die Biegespannung FS wird durch die Notwendigkeit, den Schlauch H zu dessen richtiger Positionierung zu biegen, und durch die Bewegung des Schlauchs H während der Verwendung verursacht. Die Verdrillungsspannung TS wird durch Verdrehen des Schlauchs verursacht. Der Schlauch des bisherigen Stands der Technik ist im allgemeinen fähig, den Ringspannungen HS, den Biegespannungen FS und den Verdrillungsspannungen TS standzuhalten, aber er ist weniger fähig, den axialen Spannungen AS standzuhalten. Wenn Schläuche des bisherigen Stands der Technik großen axialen Spannungen AS ausgesetzt wurden, mußten sie aus diesem Grund im allgemeinen unterstützt werden, um die axialen Spannungen AS zu minimieren.
Das Problem des Standhaltens gegen axiale Spannungen AS wurde durch die vorliegende Erfindung gelöst. In 2 ist ein erfindungsgemäßer Schlauch allgemein mit 10 bezeichnet. Um die Deutlichkeit zu verbessern, werden die Windungen der verschiedenen Lagen in 2 und in den anderen Figuren nicht gezeigt.
Der Schlauch 10 weist einen röhrenförmigen Körper 12 auf, der eine innere Verstärkungslage 14, eine äußere Verstärkungslage 16 und eine zwischen den Lagen 14 und 16 eingeschlossene Dichtungslage 18 aufweist. Eine im allgemeinen röhrenförmige Hülle 20, die eine axiale Festigung bereitstellt, ist um die äußere Oberfläche der Verstärkungslage 16 herum angeordnet.
Der röhrenförmige Körper 12 und die röhrenförmige Hülle 20 sind zwischen einem spiralförmig gewickelten inneren Draht 22 und einem spiralförmig gewickelten äußeren Draht 24 angeordnet. Die inneren und äußeren Drähte 22 und 24 sind derart angeordnet, daß sie gegeneinander um einen Abstand versetzt sind, der einer halben Teilungslänge der Spirale der Spiralen entspricht.
Eine Isolierlage 26 ist um den äußeren Draht 24 herum angeordnet. Die Isolierlage kann ein herkömmliches Isoliermaterial, wie etwa ein Plastikschaumstoff, sein oder kann ein weiter unten in Bezug auf 7 beschriebenes Material sein.
Die Verstärkungslagen 14 und 16 weisen Gewebe aus einem synthetischen Material, wie etwa UHMWPE oder Aramidfasern auf. 3 stellt die innere Verstärkungslage 14 dar, wobei deutlich wird, daß die innere Verstärkungslage 14 Fasern 14a, die in einer Kettfadenrichtung W angeordnet sind, und Fasern 14b, die in einer Schußfadenrichtung F angeordnet sind, aufweist. In 3 wird nur die Schicht 14 gezeigt, um die Deutlichkeit zu verbessern. Wir haben unerwartet herausgefunden, daß die axiale Festigkeit des Schlauchs 10 verbessert werden kann, indem die innere Verstärkungslage 14 derart angeordnet wird, daß die Kettfadenrichtung W in einem kleinen Winkel von weniger als 20° und typischerweise um 15° zu der Längsachse des Schlauchs 10 ist. Dieser Winkel ist in 3 durch das Symbol α angezeigt. Die Struktur und Orientierung der äußeren Verstärkungslage 16 ist im wesentlichen identisch mit der inneren Verstärkungslage 14; der Winkel α für die äußere Verstärkungslage 16 kann der gleiche oder ein anderer als der Winkel α für die innere Verstärkungslage 14 sein.
Die Dichtungslage 18 weist mehrere Lagen aus Plastikfolie auf, die um die äußere Oberfläche der inneren Verstärkungslage 14 gewickelt sind, um eine fluiddichte Dichtung zwischen den inneren und äußeren Verstärkungslagen 14 und 16 bereitzustellen.
Der Schlauch 10 umfaßt ferner eine zwischen der Hülle 20 und den äußeren Drähten 24 angeordnete Verstärkungslage 21. Die Verstärkungslage 21 kann ähnliche Eigenschaften wie die Hülle 20 und der röhrenförmige Körper 12 haben.
Die röhrenförmige Hülle 20 ist aus zwei Gruppen von Fasern 20a und 20b gebildet, die verflochten sind, um ein röhrenförmiges Geflecht zu bilden. Dies ist in den 4A und 4B gezeigt – in diesen Figuren ist, um die Deutlichkeit zu verbessern, nur die röhrenförmige Hülle 20 gezeigt. Es gibt Zwischenräume 28 zwischen den Fasergruppen 20a und 20b, so daß sich die Fasern 20a und 20b mit einer Bewegung in die Zwischenräume 28 zusammenziehen können, wenn die röhrenförmige Hülle 20 einer axialen Zugspannung unterzogen wird. Dies wirkt in einer Weise, in der versucht wird, den Durchmesser der röhrenförmigen Hülle 20 zu verringern, was bewirkt, daß sie sich um den röhrenförmigen Körper 12 festzieht, wodurch die strukturelle Intaktheit und der Bruchdruck des Schlauchs 10 vergrößert werden. 4B zeigt die röhrenförmige Hülle 20 in dem straff gezogenen Zustand.
Die Dichtungslage 18 ist in 6 detaillierter gezeigt. Die Bereitstellung der Dichtungslage 18 verbessert die Widerstandsfähigkeit des Schlauchs gegen die Biegespannung FS und die Ringspannung HS.
Wie in 6 gezeigt, weist die Dichtungslage 18 mehrere Lagen 18a einer aus einem ersten Polymer (wie etwa einem hoch orientierten UHMWPE) hergestellten Folie auf, die mit mehreren Lagen 18b einer aus einem zweiten Polymer (wie etwa PFTE oder FEP) hergestellten Folie verzahnt sind, wobei die zwei Polymere eine unterschiedliche Steifheit haben. Die Lagen 18a und 18b wurden um die äußere Oberfläche der inneren Verstärkungslage 14 gewickelt, um eine fluiddichte Dichtung zwischen den inneren und äußeren Verstärkungslagen 14 und 16 bereitzustellen. Wie weiter oben erwähnt, brauchen die Lagen 18a und 18b nicht notwendigerweise in einer abwechselnden Weise angeordnet werden. Zum Beispiel könnten alle Lagen 18a zusammen angeordnet werden, und alle Lagen 18b könnten zusammen angeordnet werden.
Die Isolierlage 26 ist in 7 detaillierter gezeigt. Die Isolierlage betrifft in erster Linie die Verbesserung der Widerstandsfähigkeit des Schlauchs gegen die Biegespannung FS und die Isolierung des Schlauchs.
Die Isolierlage 26 weist eine innere Lage 26a, die aus einem Polyurethan gebildet ist, das gesprüht, gegossen oder anders über dem röhrenförmigen Körper 12 aufgetragen wurde, und den äußeren Draht 24 auf. Nach dem Härten bildet die Polyurethanlage 26a eine feste Matrix, in die der äußere Draht 24 eingebettet ist. Dies trägt dazu bei, den äußeren Draht 24 fest in seiner Position zu halten. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die innere Lage 26a mit Luftblasen versehen.
Die Isolierlage 26 umfaßt eine Lage 26b über der Lage 26a. Die Lage 26b weist ein aus Basaltfasern gebildetes Gewebe auf. Die Lage 26b stellt den Hauptteil der Isoliereigenschaften des Schlauchs 10 bereit.
Die Isolierlage 26 umfaßt ferner eine Lage 26c über der Lage 26b. Die Lage 26c weist ein UHMWPE, wie etwa DYNEEMA oder SPECTRA, auf. Der Zweck der Lage 26c ist in erster Linie, eine Verfestigung gegen Ring- und Biegespannungen bereitzustellen.
Die Isolierlage 26 umfaßt ferner eine Kompressionslage 26d. Der Zweck der Kompressionslage 26d ist, die Lage 26b zusammenzudrücken, da wir herausgefunden haben, daß die Isoliereigenschaften der Basaltgewebelage 26b unter Kompression stark verbessert werden. Die Kompressionslage 26d kann zum Beispiel ein Seil oder eine Schnur aufweisen, das/die straff um die Lage 26c gewickelt ist. Bevorzugt weist die Kompressionslage 26d eine axiale Festigungshülle, wie die weiter oben beschriebene Hülle 20 auf.
Eine weitere (nicht gezeigte) Polyurethanlage, die Gasblasen enthält, kann über der Lage 26d vorgesehen werden, um die Isoliereigenschaften und den Auftrieb des Schlauchs 10 weiter zu verbessern. Über der gashaltigen Polyurethanlage kann noch eine weitere (nicht gezeigte) Polyurethanlage, die keine Gasblasen enthält, vorgesehen werden. Die weitere Polyurethanlage könnte zusätzlich oder statt dessen innerhalb der Lage 26d vorgesehen werden. Es ist auch möglich, daß die Schicht 26a selbst die Gasblasen enthält.
Der Schlauch 10 kann durch das folgende Verfahren hergestellt werden. Als ein erster Schritt wird der innere Draht 22 um einen (nicht gezeigten) Trägerdorn gewickelt, um eine spiralförmige Anordnung mit der gewünschten Teilung bereitzustellen. Der Durchmesser des Trägerdorns entspricht dem gewünschten Innendurchmesser des Schlauchs 10. Die innere Verstärkungslage 14 wird dann um den inneren Draht 22 und den Trägerdorn gewickelt, so daß die Kettfadenrichtung W in dem gewünschten Winkel α festgelegt wird.
Mehrere Lagen der Plastikfolien 18a, 18b, welche die Dichtungslage 18 bilden, werden dann um die äußere Oberfläche der inneren Verstärkungslage 14 gewickelt. Normalerweise haben die Folien 18a und 18b eine Länge, die wesentlich geringer als die Länge des Schlauchs 10 ist, so daß mehrere separate Längen der Folien 18a und 18b um die innere Lage 14 gewickelt werden müssen. Die Folien 18a und 18b werden bevorzugt in einer über die Dicke der Dichtungslage 18 abwechselnden Weise angeordnet. Typischerweise könnte es über die Dicke der Dichtungslage fünf separate Lagen der Folien 18a und 18b geben.
Die äußere Verstärkungslage 16 wird dann um die Dichtungslage 18 gewickelt, so daß die Kettfadenrichtung W auf den gewünschten Winkel (der α sein kann oder ein anderer Winkel nahe α sein kann) festgelegt wird. Die röhrenförmige axiale Festigungshülle 20 wird über die Außenseite der äußeren Verstärkungslage 16 gezogen. Die weitere Verstärkungslage 21 wird dann um die Hülle 20 gewickelt.
Der äußere Draht 24 wird dann um die weitere Verstärkungslage 21 gewickelt, um die spiralförmige Anordnung mit der gewünschten Teilung bereitzustellen. Die Teilung des äußeren Drahts ist normalerweise die gleiche wie die Teilung des inneren Drahts 22, und die Position des Drahts 24 ist normalerweise derart, daß die Spiralen des Drahts 24 gegen die Spiralen des Drahts 22 um einen Abstand versetzt sind, der einer halben Teilungslänge entspricht; dies ist in 2 dargestellt, wo die Teilungslänge mit p bezeichnet ist.
Dann wird über die äußere Oberfläche der Verstärkungslage 21 ein Polyurethanharz gesprüht, um einen Harzüberzug über der Verstärkungslage 21 und dem äußeren Draht 24 zu bilden. Das Harz kann härtengelassen werden, um die Lage 26a zu bilden. Das Harz kann vor dem Härten (typischerweise vor dem Sprühen oder Streichen) belüftet werden, um Gasblasen darin bereitzustellen. Die Basaltgewebelage 26b wird dann um die Polyurethanlage 26a gewickelt, und die UHMWPE-Lage 26c wird dann um die Lage 26b gewickelt. Schließlich wird die Kompressionslage 26d über der Lage 26c aufgebracht.
Die Enden des Schlauchs 10 können durch Quetschen einer Hülse auf einen Einsatz in dem Schlauch 10 verschlossen werden. Dieser Abschluß wird im allgemeinen aufgebracht, nachdem der Schlauch 10 von dem Dorn entfernt wurde.
Die Enden des Schlauchs 10 können unter Verwendung des in 8 gezeigten Endanschlußstücks 200 abgedichtet werden. In 8 ist der Schlauch 10 nicht gezeigt, um die Deutlichkeit zu verbessern. Das Endanschlußstück 200 weist ein röhrenförmiges Innenelement 202 mit einem Schlauchende 202a und einem hinteren Ende 202b auf. Das Endanschlußstück 200 umfaßt ferner ein Dichtungselement, das einen PTFE-Dichtungsring 204 und einen geteilten Edelstahlring 206 um den PTFE-Dichtungsring 204 herum aufweist.
Das Endanschlußstück 200 umfast ferner eine Lastübertragungseinrichtung, die ein Schlaucheingriffselement 208, ein Lastübertragungselement 210 und ein Endelement in der Form einer scheibenförmigen Platte 212 aufweist. Das Lastübertragungselement weist eine scheibenförmige Platte 214 und mindestens einen Lastübertragungsstab 216 auf. In 2 sind zwei Stäbe 216, aber es ist möglich, drei oder mehr der Stäbe 216 bereitzustellen. Auf jedem Stab 216 ist eine Festziehmutter 218 vorgesehen. Die Platten 212 und 214 haben zum Aufnehmen der Stäbe 216 jeweils Öffnungen 212a und 214a.
Die Platten 212 und 214 können jeweils eine Simonplatte sein, das Schlaucheingriffselement 202 kann ein Gedring sein und der geteilte Ring 206 kann ein Ericring sein.
Die Platte 212 ist ferner mit Öffnungen 212b versehen, und das hintere Ende 202b des Innenelements 202 ist mit Öffnungen 202c versehen. Durch die Öffnungen 202b und 212b verlaufen Befestigungsbolzen 220, um die Platte 212 an dem hinteren Ende 202a des Innenelements 202 zu befestigen. In 2 sind zwei Befestigungsbolzen 220 und zugehörige Öff nungen, aber es ist willkommen, daß weniger oder mehr Befestigungsbolzen 220 und zugehörige Öffnungen vorgesehen werden könnten.
Das Schlaucheingriffselement 208 ist mit einer spiralförmigen inneren Aussparung in Form von Rillen 208a versehen, die so gestaltet sind, daß sie den äußeren Draht 24 des Schlauchs 10 darin aufnehmen. Das Innenelement 202 ist mit einer spiralförmigen äußeren Aussparung in Form von Rillen 202d versehen, die so gestaltet sind, daß sie den inneren Draht 22 darin aufnehmen. Es ist aus 2 zu erkennen, daß die Rillen 208a und 202d, wie die inneren und äußeren Drähte 22 und 24, um eine halbe Teilungslänge p beabstandet sind.
Das Innenelement 202 ist mit zwei Umfangsvorsprüngen 202e versehen, die unter dem Dichtungsring 204 angeordnet sind. Die Vorsprünge 202e dienen dazu, die Dichtung des röhrenförmigen Elements 20 zwischen dem Innenelement 202 und dem Dichtungsring 204 zu verbessern, und tragen dazu bei, zu verhindern, daß das röhrenförmige Element unabsichtlich aus seiner Position gezogen wird.
Der Schlauch 10 wird wie folgt an dem Endanschlußstück 200 befestigt. Das Innenelement 202 wird in das Ende des Schlauchs 10 gefädelt, so daß der Schlauch 10 nahe an der Platte 212 liegt. Der innere Draht 22 wird in den Rillen 202d aufgenommen, und der äußere Draht 24 wird in den Rillen 208a aufgenommen. Die inneren und äußeren Drähte 22 und 24 werden zurückgeschnitten, so daß sie sich nicht entlang des Innenelements über die Rillen 202d und 208a hinaus erstrecken. Die Isolierung 26 wird ebenfalls auf diesen Punkt zurückgeschnitten. Die innere Verstärkungslage 14 wird ebenfalls auf diesen Punkt oder auf einen Punkt, bevor die innere Verstärkungslage 14 den Dichtungsring 204 erreicht, zurückgeschnitten. Dies bedeutet, daß die Dichtungslage 18 direkt in die äußere Oberfläche des Innenelements 202 eingreift. Für den Rest des röhrenförmigen Körpers 12 wird jedoch zugelassen, daß er entlang des Innenelements zwischen dem Innenelement 202 und dem Dichtungsring 204 verläuft.
Das Schlaucheingriffselement 208 wird dann festgezogen, um es auf den Schlauch 10 zu klemmen und in einen festen Eingriff mit dem Schlauch 10 zu bringen. Die Muttern 218 werden dann festgezogen, was eine axiale Zugspannung in dem Schlauch 10 induziert, wodurch jedes Spiel in dem System aufgenommen wird. Diese Kräfte werden von dem Schlaucheingriffselement 208 an die Platte 214, an den Stab 216, an die Platte 212 und an das hintere Ende 202b des Innenelements 202 übertragen. Das röhrenförmige Element 208 wird über die obere Oberfläche des Schlaucheingriffselements zurück gezogen und an den Vorsprüngen 208b befestigt, die sich von der oberen Oberfläche des Schlaucheingriffselements 208 aus erstrecken.
Der röhrenförmige Körper 12 verläuft unter dem Dichtungsring 204. Nachdem das Schlaucheingriffselement 208 und die Muttern 218 festgezogen wurden, wird der geteilte Ring 206 festgezogen, um die durch den Dichtungsring 204 auf den röhrenförmigen Körper 12 angewendete Kraft zu vergrößern.
Das Endanschlußstück 200 wird dann mit flüssigem Stickstoff auf eine tiefe Temperatur gekühlt. Dies bewirkt, daß der Dichtungsring 204 sich relativ weiter als der geteilte Ring 206 zusammenzieht, wodurch die von dem geteilten Ring 206 auf den Dichtungsring 204 angewendete Kompressionskraft verringert wird. Während der geteilte Ring 206 und der Dichtungsring 204 auf einer relativ niedrigen Temperatur sind, wird der geteilte Ring 206 erneut festgezogen. Es wird dann zugelassen, daß die Temperatur auf Umgebungsbedingungen steigt, wodurch die Kompressionskraft auf den Dichtungsring aufgrund der relativ zu dem geteilten Ring 206 größeren Ausdehnung des Dichtungsrings 204 zunimmt.
Dies schließt die Endmontage für den Schlauch 10 ab. Das Schlaucheingriffselement 208 stellt einen Teil der Dichtung für das Ende des Schlauchs 10 bereit und trägt dazu bei, axiale Kräfte in dem Schlauch 10 um den Dichtungsring 204 herum aufzunehmen. Der Dichtungsring 204 stellt den Rest der Dichtung des Schlauchs 10 bereit.
5A bis 5D zeigen drei Anwendungen für den Schlauch 10. In jeder der 5A bis 5C ist ein schwimmender Herstellungs-, Lagerungs- und Entladungsbehälter (FPSO) 102 mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Schlauchs 10 mit einem Träger 104 für verflüssigtes Erdgas verbunden. Der Schlauch 10 befördert verflüssigtes Erdgas von einem Lagerbehälter des FPSO 102 in einen Lagerbehälter des Trägers 104 für flüssiges Erdgas. In 5A liegt der Schlauch 10 über dem Meeresspiegel 106. In 5B ist der Schlauch 10 unter den Meeresspiegel 106 eingetaucht. In 5C schwimmt der Schlauch 10 in der Nähe der Meeresoberfläche. In jedem Fall befördert der Schlauch 10 das verflüssigte Erdgas ohne dazwischenliegende Unterstützung. In 5D ist der Träger für verflüssigtes Erdgas über den Schlauch 10 mit einer landbasierten Lagerungseinrichtung 108 verbunden.
Der Schlauch 10 kann, abgesehen von den in 5A bis 5C gezeigten Anwendungen, für viele andere Anwendungen verwendet werden. Der Schlauch kann unter Tieftemperaturbedingungen und Nicht-Tieftemperaturbedingungen verwendet werden.
Es ist willkommen, daß die weiter oben beschriebene Erfindung innerhalb des Schutzbereich der folgenden Patentansprüche verändert werden kann. Zum Beispiel könnte die röhrenförmige Hülle 20 außerhalb des äußeren Drahts 24 angeordnet werden. Auch kann der Schlauch 10 zusätzliche Verstärkungslagen 14, 18, Dichtungslagen 16 und/oder röhrenförmige Hüllen 20 umfassen. Eine oder mehrere oder sogar alle Dichtungslagen 18a können eine mit einem Polymer überzogene Metallfolie oder eine metallisierte Polymerfolie sein. Ähnlich können ein oder mehrere oder sogar alle Dichtungslagen 18b eine mit einem Polymer überzogene Metallfolie oder eine metallisierte Polymerfolie sein.

Claims

Schlauch (10), der einen röhrenförmigen Körper (12) aus einem flexiblen Material umfasst, das zwischen einem inneren und einem äußeren spiralförmigen Greifelement (22, 24) angeordnet ist, wobei der röhrenförmige Körper (12) zum Transportieren von Fluid durch den Schlauch (10) sowie zum Verhüten von Fluidlecks durch den Körper (12) dient, wobei der röhrenförmige Körper (12) eine innere Verstärkungslage (14), die um das röhrenförmige innere Greifelement (22) gewickelt ist, eine um die innere Verstärkungslage (14) gewickelte Dichtungslage (18) und eine um die Dichtungslage (18) gewickelte äußere Verstärkungslage (16) umfasst, so dass die beiden Verstärkungslagen (14, 16) die Dichtungslage (18) zwischen sich einschließen, wobei der Schlauch (10) ferner ein axiales Festigungsmittel in der Form eines allgemein röhrenförmigen Geflechts (20) umfasst, das die Aufgabe hat, Verformungen des röhrenförmigen Körpers (12) zu reduzieren, wenn der röhrenförmige Körper (12) axialer Zugspannung ausgesetzt wird, und wobei das axiale Festigungsmittel eine allgemein röhrenförmige Hülle (20) umfasst, die aus einer röhrenförmigen Materialschicht gebildet ist, so dass die Röhrenform der röhrenförmigen Hülle intakt bleibt, wenn sie axialen Zugspannungen ausgesetzt wird.
Schlauch nach Anspruch 1, der zwei oder mehr der genannten röhrenförmigen Hüllen umfasst.
Schlauch nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Bruchdehnung des röhrenförmigen Körpers und des axialen Festigungsmittels im Bereich von 1% bis 10% liegt.
Schlauch nach Anspruch 3, bei dem das Geflecht in einer triaxialen Form vorgesehen ist.
Schlauch nach einem der vorherigen Ansprüche, der ferner eine Verstärkungslage zwischen dem axialen Festigungsmittel und dem äußeren Greifelement umfasst.
Schlauch nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das axiale Festigungsmittel zwischen zwei der Lagen des röhrenförmigen Körpers angeordnet ist.
Schlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das axiale Festigungsmittel zwischen der äußeren Verstärkungslage und dem äußeren Greifelement angeordnet ist.
Schlauch nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der röhrenförmige Körper, das axiale Festigungsmittel sowie die innere und äußere Verstärkungslage alle aus demselben polymeren Material hergestellt sind.
Schlauch nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die innere und/oder die äußere Verstärkungslage ein Gewebe aus Fasern umfassen, die in einer Kett- und einer Schussfadenrichtung angeordnet sind, und wobei die oder jede Verstärkungslage so angeordnet ist, dass die Kettfadenrichtung einen Winkel von weniger als 20° zur Längsachse des Schlauchs hat.
Schlauch nach Anspruch 9, bei dem die innere und/oder die äußere Verstärkungslage so angeordnet ist/sind, dass die Kettfadenrichtung einen Winkel von weniger als 10° zur Längsachse des Schlauchs hat.
Schlauch nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die innere und die äußere Verstärkungslage ein Polyethylen mit ultrahohem Molekülgewicht umfassen.
Schlauch nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem das axiale Festigungsmittel ein Polyethylen, Aramidfasern oder Polyesterfasern mit ultrahohem Molekülgewicht umfasst.
Schlauch nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Dichtungslage ein Polyethylen oder ein Kopolymer aus Hexafluorpolypropylen und Tetrafluorethylen mit ultrahohem Molekülgewicht umfasst.
Schlauch nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Dichtungslage ferner wenigstens eine Lage beinhaltet, die ganz oder teilweise ein Metall oder ein Metalloxid umfasst.
Schlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem die Dichtungslage wenigstens zwei polymere Folien (18a, 18b) umfasst, wobei die eine der Folien aus einem ersten Polymer und eine andere der Folien aus einem zweiten Polymer hergestellt ist, das sich von dem ersten Polymer unterscheidet, wobei eine der Folien steifer ist als die andere Folie.
Schlauch nach Anspruch 15, bei dem die äußere Folie steifer ist als die innere Folie.
Schlauch nach Anspruch 15 oder 16, bei dem die polymeren Folien der Dichtungslage ein Polyester, ein Polyamid, ein Polyolefin oder ein Fluorpolymer umfassen.
Schlauch nach Anspruch 15, 16 oder 17, bei dem eine der polymeren Folien der Dichtungslage ein Polyolefin und die andere der polymeren Folien ein Fluorpolymer aufweist.
Schlauch nach Anspruch 17 oder 18, bei dem eine der polymeren Folien der Dichtungslage ein hoch orientiertes Polyethylen von ultrahoher Dichte umfasst.
Schlauch nach Anspruch 17, 18 oder 19, bei dem eine der polymeren Folien der Dichtungslage ein Kopolymer aus Hexafluorpropylen und Tetrafluorethylen umfasst.
Schlauch nach einem der Ansprüche 15 bis 20, bei dem die Dichtungslage eine Mehrzahl von Lagen (18a, 18b) aus jeder der polymeren Folien umfasst, wobei die Lagen so angeordnet sind, dass das erste und das zweite Polymer durch die Dicke der Dichtungslage abwechseln.
Schlauch nach einem der Ansprüche 15 bis 21 in Abhängigkeit von Anspruch 15, bei dem die Metall- oder Metalloxidlage eine Lage aus einer Metall- oder Metalloxidfolie oder eine mit Polymer beschichtete Metall- oder Metalloxidfolie oder eine mit einem Metall oder Metalloxid metallisierte Polymerfolie ist.
Schlauch nach einem der vorherigen Ansprüche, der ferner eine Isolierlage (26) umfasst.
Schlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 22, der ferner eine gehärtete Harzmatrix (26) umfasst, die um den äußeren Draht angeordnet ist, wobei der äußere Draht wenigstens teilweise in der Harzmatrix eingebettet ist, um eine relative Bewegung zwischen dem äußeren Draht und dem Rest des Schlauchs zu beschränken.
Schlauch nach Anspruch 24, bei dem das die Harzmatrix bildende ungehärtete Harz ein Material ist, das in flüssiger Form auf das röhrenförmige Element aufgebracht wird.
Schlauch nach Anspruch 24 oder 25, bei dem die Harzmatrix ein Polyurethan ist.
Schlauch nach Anspruch 24, 25 oder 26, der ferner eine Isolierlage (26b) umfasst, die ein aus Basaltfasern gebildetes Gewebe umfasst.
Schlauch nach Anspruch 27, der ferner eine Kompressionslage (26d) um das Basaltgewebe umfasst, die zum Komprimieren des Basaltgewebes dient.
Schlauch nach Anspruch 28, bei dem die Kompressionslage ein Polyethylen mit ultrahohem Molekülgewicht umfasst.
Schlauch nach einem der vorherigen Ansprüche, der ferner eine Lage aus Plastikmaterial um das röhrenförmige Element umfasst, wobei das Plastikmaterial Gasblasen enthält.
Schlauch nach Anspruch 30, bei dem das Plastikmaterial ein Polyurethan ist.
Schlauch nach Anspruch 30 oder 31, bei dem das Plastikmaterial durch Sprühen in flüssiger Form über die Oberfläche des röhrenförmigen Körpers und anschließendes Härtenlassen auf den röhrenförmigen Körper aufgebracht wird.
Schlauch nach Anspruch 30, 31 oder 32, bei dem die Gasblasen durch Injizieren des Gases vor dem Sprühen in das noch flüssige Plastikmaterial integriert werden.
Schlauch nach einem der Ansprüche 30 bis 33, der ferner eine weitere Lage aus Plastikmaterial umfasst, die keine erhebliche Menge an Gasblasen enthält und die über dem gashaltigen Plastikmaterial angeordnet ist.
Schlauch nach Anspruch 34, bei dem die weitere Lage aus Plastikmaterial ein Polyurethan ist.
Schlauch nach einem der vorherigen Ansprüche, der ferner ein Endanschlussstück (200) aufweist, das Folgendes umfasst: ein inneres Element (202), das so gestaltet ist, dass es wenigstens teilweise im Schlauch angeordnet wird; ein Dichtungselement mit der Aufgabe, wenigstens einen Teil des röhrenförmigen Körpers um den Umfang zwischen dem Dichtungselement und dem inneren Element völlig abzudichten; und ein separates Lastübertragungsmittel mit der Aufgabe, auf den Schlauch aufgebrachte axiale Lasten um das Dichtungselement zu übertragen, um die axiale Belastung des Schlauchs zwischen dem Dichtungselement und dem inneren Element zu reduzieren oder zu eliminieren.
Schlauch nach Anspruch 36, bei dem das innere Element im Wesentlichen zylindrisch ist und das Dichtungselement die Form eines Rings hat, der so gestaltet ist, dass er das innere Element darin aufnimmt, so dass der röhrenförmige Körper zwischen der Außenfläche des inneren Elements und der Innenfläche des Rings eingeklemmt werden kann.
Schlauch nach Anspruch 36 oder 37, bei dem das Dichtungselement einen inneren Dichtungsring (204) und einen äußeren geteilten Ring (206) umfasst, der festgezogen werden kann, um den Dichtungsring in Eingriff mit dem röhrenförmigen Körper und dem inneren Element zu zwingen.
Schlauch nach Anspruch 38, wobei der geteilte Ring aus Edelstahl und der Dichtungsring aus Polytetrafluorethylen ist.
Schlauch nach einem der Ansprüche 36 bis 39, wobei das Lastübertragungsmittel ein Schlaucheingriffselement (208), ein Lastübertragungselement (210) und ein am inneren Element befestigtes Endelement (212) aufweist, wobei die Anordnung derart ist, dass das Dichtungselement zwischen dem Lastübertragungselement und dem Endelement angeordnet ist und dass das Schlaucheingriffselement und das Endelement durch das Lastübertragungselement verbunden sind.
Schlauch nach Anspruch 39, wobei das Schlaucheingriffselement so gestaltet ist, dass es auf eine solche Weise in den Schlauch eingreift, dass wenigstens ein Teil der axialen Kräfte im Schlauch von dem Schlauch auf das Schlaucheingriffselement übertragen werden.
Schlauch nach Anspruch 40 oder 41, wobei das innere Element und das Schlaucheingriffselement jeweils einen Abschnitt aufweisen, der so konfiguriert ist, dass er das innere und das äußere Greifelement des Schlauchs aufnimmt.
Schlauch nach Anspruch 39, 40 oder 41, bei dem das Lastübertragungselement eine Lastübertragungsplatte mit einer Öffnung darin umfasst, die so gestaltet ist, dass sie den Schlauch dadurch aufnimmt, wobei die Platte eine Oberfläche aufweist, an der das Schlaucheingriffselement angreifen kann, so dass Lasten vom Schlaucheingriffselement auf die Platte übertragen werden können.
Schlauch nach Anspruch 43, bei dem das Lastübertragungselement ferner einen Lastübertragungsstab (216) aufweist, der zwischen der Platte und dem Endelement befestigt ist, um Lasten von der Platte auf das Endelement zu übertragen.
Schlauch nach einem der Ansprüche 36 bis 44, bei dem das innere Element ein Schlauchende (202a) hat, das so gestaltet ist, dass es innerhalb eines Endabschnitts des Schlauchs verläuft, und ein hinteres Ende (202b) fern vom Schlauchende, und wobei das Endelement auf einer Seite des Dichtungselementes neben dem hinteren Ende angeordnet ist, und das Schlaucheingriffselement auf der anderen Seite des Dichtungselementes neben dem Schlauchende angeordnet ist.
Verfahren zum Herstellen eines Schlauchs, das die folgenden Schritte umfasst: (a) Wickeln eines Drahtes um einen röhrenförmigen Dorn zum Erzeugen einer Innenspirale (22); (b) Wickeln einer inneren Verstärkungslage (14) um den röhrenförmigen Dorn und die Innenspirale (22), Wickeln einer Dichtungslage (18) um die innere Verstärkungslage (14) und Wickeln einer äußeren Verstärkungslage (16) um die Dichtungslage (18), um einen röhrenförmigen Körper (12) zu bilden, in dem die Dichtungslage (18) zwischen der inneren und der äußeren Verstärkungslage (14, 16) eingeschlossen ist; (c) Ziehen eines röhrenförmigen axialen Festigungsmittels, das ein Geflecht in der Form einer Hülle (20) ist, über ein freies Ende des Dorns, so dass der Dorn innerhalb der axialen Festigungshülle (20) verläuft, dann Ziehen der axialen Festigungshülle (20) an dem Dorn entlang, so dass sie den röhrenförmigen Körper (12) wenigstens teilweise bedeckt, wobei die axiale Festigungshülle (20) die Aufgabe hat, Verformungen des röhrenförmigen Körpers zu reduzieren, wenn der röhrenförmige Körper axialen Zugspannungen unterzogen wird, und die Aufgabe hat eine radial einwärtige Kraft auf wenigstens einen Teil des röhrenförmigen Körpers auszuüben, wenn die axiale Festigungshülle axialen Zugspannungen ausgesetzt wird; (d) Wickeln eines Drahtes um die axiale Festigungshülle zur Bildung einer Außenspirale (24); (e) Befestigen der Enden des in Schritt (d) hergestellten Schlauchs (10); und (f) Entfernen des Schlauchs (10) von dem Dorn.
Verfahren nach Anspruch 46, bei dem die Spiralen und das Folienmaterial unter Zugspannung aufgebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 46 oder 47, bei dem die innere Verstärkungslage in, Schichtform spiralförmig um die Innenspirale und den Dorn gewickelt wird; dann die Dichtungslage in Schichtform spiralförmig um die innere Verstärkungslage gewickelt wird; dann die äußere Verstärkungslage in Schichtform um die Dichtungslage gewickelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 46 bis 48, bei dem die Innen- und die Außenspirale in einer spiralförmigen Konfiguration im Wesentlichen mit derselben Teilung aufgebracht werden und die Position der Spiralen der Außenspirale um die Hälfte einer Teilungslänge von der Position der Spiralen der Innenspirale versetzt positioniert sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 46 bis 49, das ferner die folgenden Schritte umfasst: (g) Aufbringen eines härtbaren, belüfteten flüssigen Harzes über den äußeren Draht; (h) Härtenlassen des Harzes, um einen festen Plastiküberzug zu bilden, in dem Gasblasen enthalten sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 46 bis 50, das ferner zwischen den Schritten (c) und (d) den Schritt des Wickelns einer Verstärkungslage um die axiale Festigungshülle umfasst.