DE60125511T2 - Herstellung von schläuchen oder anderen langgestreckten gegenständen - Google Patents
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Description
- Diese Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Schläuchen oder anderen verlängerten Artikeln, und bezieht sich insbesondere, aber nicht ausschließlich auf Formen von Bewehrungsbändern und das Wickeln von Maschinen zur Ummantelung oder zum Bewehren von Schläuchen oder anderen verlängerten Artikeln.
- Schläuche sind flexible Rohre, die, wenn sie größer sind, für die Massenübertragung von Flüssigkeiten und Gasen (z. B. zwischen einer Ölproduktionsplattform und einem Tanker) in einer Meeresumgebung verwendet werden können. Derartige große Schläuche werden üblicherweise zur erhöhten Festigkeit gegen Zerquetschen und Zugbelastungen bewehrt, und auch, um ihre Fähigkeit zu verbessern, innerem Druck standzuhalten. In einem gewissen Ausmaß können große elektrische Kabel zur unterirdischen Verwendung oder zur Unterwasserverwendung als gleichwertig zu Schläuchen betrachtet werden, die einen oder mehrere elektrische Leiter enthalten, mindestens von Erwägungen des Bedarfs an und Verfahren zum Ummanteln und Bewehren elektrischer Kabel (zu berücksichtigen sind z. B. elektrische Kabel, die gekühlt und/oder unter Druck durch internes Fluid isoliert werden). Andere verlängerte Artikel (z. B. Versorgungskabel) können ähnliche Eigenschaften und Erfordernisse aufweisen, die durch Ummantelung und Bewehrung erfüllt werden können. In der folgenden Beschreibung werden der Einfachheit und Kürze halber der Begriff „Schlauch" (oder „Schläuche" im Plural) als eine kollektive Bezeichnung für verlängerte Artikel einschließlich aber Kabel, Versorgungskabel und andere verlängerte Artikel mit analogen Eigenschaften, für die Ummantelung und/oder Bewehrung wünschenswert oder notwendig ist, benutzt; Aussagen in der folgenden Beschreibung sollten dementsprechend konstruiert werden.
- Auf dem gegenwärtigen Stand der Technik der Schlauchfertigung werden gummigebundene Schläuche zuerst durch das Wickeln oder Extrudieren einer Schicht von Gummi um einen Kern des Schlauchs (Anordnung von inneren Schichten) bewehrt, wobei der gummibeschichtete Kern dann mit einsträngigen Stahldrähten oder mehrsträngigen Stahlkabeln als das Bewehrungsmaterial umwickelt wird. Aufeinander folgende Schichten von Gummi und Bewehrung werden um den teilweise hergestellten Schlauch extrudiert/gewickelt, um einen vollständigen Schlauch aufzubauen. Dieser Gummi wird zunächst unvulkanisiert, und jeder Bewehrungsdraht oder jedes Bewehrungskabel wird individuell unter angewandter Spannung auf den unvulkanisierten Gummi gewickelt. Wenn der unvulkanisierte Gummi nicht selbst verstärkt oder anderweitig auf eine geeignete Weise eingeschränkt ist, schneiden der Bewehrungsdraht oder das Bewehrungskabel durch den Gummi, um die Bewehrungsschicht ungerade und unstabil zurückzulassen, und folglich die Festigkeit und Stabilität der Bewehrungsschicht zu reduzieren. Dieses Problem wird gegenwärtig durch das Füllen jeder Schicht von Gummi mit einem Webstoff entschärft, um den Gummi am Herausquellen um den Bewehrungsdraht oder das Bewehrungskabel herum, während der Draht oder das Kabel um die Gummischicht gewickelt wird, zu hindern.
- Probleme ergeben sich wie folgt aus den herkömmlichen Schlauchbewehrungstechniken:
- (1) der Webstoff (als eine Füllung benutzt) absorbiert das Gas während der Verwendung des fertig gestellten Schlauchs, und ist verantwortlich für die Initiierung der Delaminierung und/oder Spaltung des mehrschichtigen Schlauchs bei einer explosiven Dekomprimierung (d. h. bei schnellem Druckablassen von Fluid, das in der Bohrung des Schlauchs enthalten ist);
- (2) der Stoff trägt bezüglich des Extramaterials und der erforderlichen zusätzlichen Fertigungsverfahrensweisen zu den Kosten des fertig gestellten Schlauchs bei;
- (3) die Einrichtzeit für eine Wickelmaschine, die sich drehen und ein paar hundert Drähte oder Kabel hochwickeln muss, ist übermäßig, und dadurch, dass das Einrichten üblicherweise die Produktion unterbricht (da die Produktion während des Einrichtens nicht weiterlaufen kann), ist diese Verfahrensweise kontraproduktiv;
- (4) die Bewehrungsdrähte oder -kabel müssen mit einer Packungsdichte von weniger als 100 % gelegt werden, und das Wickeln der individuellen Drähte und Kabel resultiert unweigerlich in Bündelung und Akkumulation von Spalten, so dass das Endprodukt nicht einheitlich flexibel ist und zu „Bird caging" neigt (einer Form von Kabelversagen, bei der Ablösung und Wölbung der Bewehrung auftreten);
- (5) herkömmliche Bewehrungswickelmaschinen induzieren das Verdrehen der Bewehrungsdrähte und -kabel, während sie gewickelt werden;
- (6) das alternative Wickeln von Gummischichten und Draht/Kabelschichten
resultiert in einer oberflächlichen
Bindung zwischen diesen aufeinander folgenden Schichten, was zu
den in Absatz (
4 ) oben behandelten Problemen beiträgt; - (7) herkömmliche Bewehrungswickelmaschinen sind planetarisch, d. h. Rollen von Wickeldraht/-kabel werden in Bahnen um den aufgebauten Schlauch getragen, und von der Außenseite der Rollen abgespult; dies ist zulässig für kleine Rollen, bei denen die Trägheit minimal ist, wird aber zu einem ernsthaften Problem bei Rollen, deren Durchmesser vier oder fünf Meter beträgt und die mehrere Tonnen wiegen (wie sie für größere Schläuche benötigt werden, die ohne Gelenke in den Bewehrungsdrähten gefertigt werden müssen, selbst bei Schläuchen von großer Länge);
- (8) herkömmliche Bewehrungswickelmaschinen sind ausreichend groß und teuer, um für die Hersteller von Schläuchen den Erwerb auf eine einzige solche Maschine zu begrenzen; diese Begrenzung auf eine einzelne Maschine erfordert, dass während ihrer Herstellung ein gegebener Schlauch jedes Mal, wenn eine andere Schicht von Drähten/Kabeln hinzugefügt wird (mit dem Rücksetzen der Maschine zwischen jedem Durchlauf) durch die Maschine verlaufen muss, während ein Schlauch idealerweise nur einmal entlang einer Produktionsanlage für mehrere Maschinen verläuft.
- Im Vergleich zu herkömmlichen Schlauchbewehrungstechniken wäre es vorzuziehen, wenn:
- (1) der Gummi oder das andere Elastomer frei von Stoff wären;
- (2) die Bewehrungsdrähte oder -kabel gleichmäßig verteilt wären;
- (3) die zum Einrichten erforderliche Zeit (und folglich die Dauer der Unterbrechung der Produktion) bedeutend reduziert würde;
- (4) gewährleistet werden könnte, dass ein unvulkanisierter Gummi oder anderes Polymer ganz um die Bewehrungsdähte oder -kabel fließen könnte, und bei mehrsträngigen Kabeln ebenfalls gleichmäßig innerhalb der Kabel dispergiert würde;
- (5) die Verwendung alternativer Materialien zur Bewehrung (z. B. Kohlenstofffaser, Aramid und dergleichen, was in der Form von Schnüren, Drähten, Fasern oder Kabeln vorliegen kann) unter Verwendung der gleichen Fertigungsausrüstung erlaubt würde.
- Das Erreichen dieser Desiderate würde sicherstellen, dass der resultierende Schlauch die maximale Festigkeit aufweist und unter minimaler Zersetzung leidet, und würde die Chancen der Delaminierung aus explosiver Komprimierung minimieren, während das Potential zum Zerreißen, das durch Ermüdungsdefekte des Stoffs initiiert würde, eliminiert wird.
- WO 99/14150 beschreibt eine Maschine und ein Verfahren, das einigen dieser Bedürfnisse entspricht. Insbesondere vermeidet es die Verwendung schwerer umkreisender Rollen der Verstärkung durch das Aufweisen von verstärkenden Drähten auf Rollen, die koaxial zu der Achse des Schlauchs sind. Dieser Stand der Technik erfordert jedoch die Verwendung von Rollen und mehrfachen Führungspfaden, um die Drähte von der Außenseite der Rollen zu dem Schlauch zu bringen. Das Bauen und Betreiben dieser Anordnung ist komplex.
- Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Schlauchs wie in Anspruch 1 definiert bereitgestellt.
- Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Schlauchwickelmaschine wie in Anspruch 13 definiert bereitgestellt.
- Ausführungsformen der Erfindung werden nun beispielhaft und mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, wobei:
-
1 eine vereinfachte Perspektivansicht einer Rolle von Schlauchummantelungsband gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist (1 einschließlich einer Endansicht des Bands, das zu einem transversalen Querschnitt des Bands äquivalent ist); -
2 ein fragmentarischer stark vergrößerter Teilabschnitt einer Beschichtungsdüse zum Bilden des Schlauchummantelungsbands aus1 ist; -
3 eine vereinfachte Draufsicht teilweise im Schnitt einer Rolle Schlauchummantelungsband ist, das auf einen Schlauch durch eine erste Ausführungsform der Schlauchwickelmaschine gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung angewendet wird; -
4 ein vereinfachter Endaufriss der Anordnung aus3 ist, gesehen entlang der Achse des Schlauchs; -
5 ein vereinfachter Endaufriss der Anordnung aus3 ist, gesehen entlang der Achse der Rolle; -
6 eine vereinfachte Draufsicht teilweise im Schnitt einer Rolle Schlauchummantelungsband, das auf einen Schlauch durch eine zweite Ausführungsform der Schlauchwickelmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet wird, ist; -
7 ein vereinfachter Endaufriss der Schlauchwickelmaschine aus6 ist, gesehen entlang der Achse der Rolle; -
8 und9 jeweils Flächen- und Seitenaufrisse eines ersten Teils von Rollenmontage- und Bandhandhabungseinheiten sind, die in der Schlauchwickelmaschine aus6 beinhaltet sind; -
10 und11 jeweils Flächen- und Seitenaufrisse eines zweiten Teils von Rollenmontage- und Bandhandhabungseinheiten sind, die in der Schlauchwickelmaschine aus6 beinhaltet sind; und -
12 eine vereinfachte Perspektivansicht der kompletten Schlauchwickelmaschine aus6 ist. - Unter anfänglicher Bezugnahme auf
1 stellt dies schematisch eine Rolle100 von Schlauchummantelungsband102 in der Form einer Reihe von mehrsträngigen Stahlkabeln104 dar, die in einer Beschichtung106 eines geeigneten Polymers wie etwa einem Elastomer (z. B. einem synthetischen Gummi, der zum Widerstand gegen Meerwasser formuliert ist) eingebettet sind. Die Kabel104 bilden eine Anordnung, in der sie wechselseitig parallel und in einer einzelnen Schicht nah mit Abstand voneinander angeordnet sind, ohne sich zu berühren oder wechselseitig zu kreuzen. Das Material der Kabel104 ist so ausgewählt, dass das Band102 zum Ummanteln eines Schlauchs (in1 nicht gezeigt) geeignet ist, um eine Bewehrungsschicht des Schlauchs zu bilden, wie nachfolgend detailliert beschrieben wird. Das Verseilen der Kabel104 erlaubt dem Elastomer106 , in die Struktur der Kabel104 zu dispergieren, um das wechselseitige Binden der Kabel104 mit dem Elastomer106 zu verbessern. Die Rolle100 ist im Allgemeinen kreisförmig (und zwar eine dicht gespulte Spirale) um eine Längsachse108 , die die Achse ist, um die die Rolle100 zunächst gespult wurde. Die Rolle100 weist einen hohlen Kern109 auf, um den die innerste Schicht des Bands102 freigelegt wird. Die Bildung und das Montieren der Rolle100 sind derart, dass, während die Rolle100 von einer anfänglichen innersten Schicht nach außen gespult wird, wie es für das Spulen länglicher Netze herkömmlich ist, die vollständige Rolle100 ebenfalls in der gleichen Sequenz abgespult werden kann, d. h. von der innersten Windung nach außen oder „zuerst auf, dann ab" (im Gegensatz zu der herkömmlichen Abspulsequenz der äußersten Windung nach innen oder „zuletzt auf, zuerst ab"). Die fundamentale Wichtigkeit, dass die Bandrolle100 dazu fähig ist, von ihrer Innenseite (d. h. von ihrem hohlen Kern109 ) abgespult zu werden, wird nachfolgend erklärt. -
2 zeigt einen Teil einer Beschichtungsdüse110 , die benutzt werden kann, um das Band102 zu bilden. Die Düse110 weist die allgemeine Form einer hohlen Box auf, mit einer Einlassseite, einer Auslassseite (nicht gezeigt) und einem Elastomereinlass (nicht gezeigt).2 zeigt die Einlassseite der Düse110 , die eine Linie von Durchlässen112 beinhaltet, von denen jeder dimensioniert ist, um eines der Kabel104 mit einem Gleitsitz zu führen. Die Anzahl von Durchlässen112 in der Düse110 entspricht der Anzahl von in das Band102 zu inkorporierenden Kabeln104 , wobei die Düse110 ein entsprechendes laterales Ausmaß aufweist (nur fünf solcher Durchlässe werden der Einfachheit halber in2 gezeigt). Die Auslassseite der Düse110 beinhaltet einen dünnen, breiten, rechteckigen Schlitz (nicht gezeigt), dessen Dimensionen die des fertig gestellten Bands102 sind, zuzüglich der notwendigen Toleranz, die für dimensionale Veränderungen bei dem neu beschichteten Band, das die Düse verlässt, notwendig sein kann (wie sie z. B. aufgrund des Druckablassens und/oder Aushärtens und/oder Abkühlen des Elastomers fällig sein kann). Um das Band102 zu bilden, weist jeder der Durchlässe112 ein entsprechendes Kabel104 auf, das dadurch und heraus durch den Schlitz zu einer geeigneten Aufnahmeanordnung (nicht gezeigt) wie etwa einem Coiler, der das neu gebildete Band zu einer Rolle spult, die von ihrer innersten Schicht nach außen abgespult werden kann, gewunden werden kann. (Der Zweck dieser Einrichtung wird nachfolgend detailliert beschrieben). Um das Einfügen der Kabel104 in die Durchlässe112 zu erleichtern, kann die Düse110 in zwei passenden Hälften gebildet werden, die entlang einer Linie114 , die sich durch die mittlere Linie der Durchlässe112 erstreckt, trennbar sind. Plastifiziertes Elastomer wird durch den Elastomereinlass (nicht gezeigt) in das Innere der Düse110 gepumpt, um die Kabel104 zu beschichten und um schließlich die Kabel in eine Elastomerummantelung in der Form des Bands102 , das durch den Coiler oder eine andere Aufnahme von der Düse110 entnommen wird, einzubetten, um die Rolle100 zu bilden. Diese Verfahrensweise resultiert in der Produktion eines Bands aus unvulkanisiertem Elastomer106 , das eine einheitliche Schicht Stahlkabel104 umgibt und an diese gebunden ist. Der obere Teil aus1 zeigt das Ende des Bands102 in einer Ansicht, die einem transversalen Querschnitt des Bands102 entspricht, und zeigt die interne Struktur des Bands102 . Das Band102 kann zum Ummanteln eines Schlauchs (nicht in1 oder2 gezeigt) benutzt werden, um den Schlauch zu verstärken und/oder den Schlauch zu bewehren. Da zeitgemäße Standards für Schläuche mit großen Bohrungen und flexible Rohre zur Seeverwendung Gelenke in ihren verstärkenden Drähten und Kabeln untersagen, folgt daraus, dass wenn ein langer Schlauch oder ein flexibles Rohr in einem Stück hergestellt werden soll, eine Rolle Schlauchummantelungsband, das einen Kern aus Draht oder einen Kern aus Kabel aufweist, bis zu einhundert Tonnen wiegen kann und einen Durchmesser von bis zu sechs Metern aufweisen kann. Ein derartiges Gewicht und eine derartige Größe schließen die Verwendung herkömmlicher planetarischer Schlauchwickelmaschinen aus, aber ein weiterer Aspekt der Erfindung erlaubt die Verwendung von Rollen, die groß und schwer sind, durch das Nutzen der Fähigkeit von Rollen von Schlauchummantelungsband gemäß der Erfindung, von ihrer innersten Windung nach außen abgewickelt zu werden. - Während die Kabel
104 vorzugsweise jedes eine offene mehrsträngige Form zur Maximierung des Elastomer/Stahlbindungsbereichs aufweisen und vorzugsweise ebenfalls von einer relativ großen Anzahl von Drähten mit relativ kleinem Durchmesser zur größeren Festigkeit des Bands pro Einheit Querschnittsbereich verseilt sind (mit folgenden Reduzierungen von Gewicht und Kosten für einen mit Band ummantelten Schlauch gegebener Leistung), kann jedes der Kabel104 durch einsträngigen Stahldraht ersetzt werden. Als eine Alternative zu Stahl können die Kabel104 aus einem geeigneten Material, das nicht Stahl ist, z. B. Kohlenstofffaser, Aramid und dergleichen, die in der Form von Schnüren, Drähten, Fasern oder Kabeln vorliegen können, gebildet sein. Die Band bildende Beschichtungsdüse110 wird Dimensionen zuzüglich Durchlassgrößen und -anzahlen aufweisen, um für die Größe und Zusammensetzung des Bands, das dadurch gebildet werden soll, geeignet zu sein, wobei eine separate Düse für jede Variation bereitgestellt wird. - Nun wird Bezug auf
3 ,4 und5 genommen, die schematisch eine erste Ausführungsform200 der Schlauchwickelmaschine gemäß einem Aspekt der Erfindung darstellen. In3 bis5 wird die Maschine200 gezeigt, wie sie das Band102 spiralförmig (wie vorher unter Bezugnahme auf1 und2 beschrieben) auf einen Schlauch300 und entlang von diesem wickelt. Der Schlauch300 wird zunächst mit einem Kern302 (d. h. einer Anordnung von inneren Schichten des Schlauchs300 ) gebildet, und es ist dieser Kern302 , bei dem Band102 auf die Außenseite des Kerns302 gespult ist, um den Kern302 mit einer spiralförmig gespulten Schicht von Bewehrungs- und Verstärkungskabeln104 (die bereits in dem Elastomer106 eingebettet sind) zu ummanteln, um den verstärkten und bewehrten Schlauch300 zu bilden. Die Schlauchwickelmaschine200 montiert die Rolle100 , so dass die Rolle100 den Schlauch300 abgrenzt (d. h. der Schlauch300 verläuft durch den hohlen Kern109 der Rolle100 ), und das Band102 spult sich von der Innenseite der Rolle100 direkt auf den Kern des Schlauchs302 ab, wobei es durch das Zentrum der Rolle100 verläuft. Der Schlauch300 wird durch Schlauchausgabe- und Schlauchaufnahmemittel (nicht gezeigt) bewegt, um sich longitudinal (d. h. entlang seiner Achse304 ) in eine Richtung zu der Oberseite von3 hin zu bewegen, der Schlauch300 dreht sich aber nicht um seine Längsachse304 . Während des Wickelns des Kerns des Schlauchs302 mit Band, das von der Innenseite der Rolle100 abgezogen wird, erlebt die Rolle100 kombinierte Drehungen (unten detailliert beschrieben), die Rolle100 bewegt sich aber nicht entlang der Achse des Schlauchs304 . - Wie in
3 zu sehen ist, kontaktiert das Band102 unmittelbar den obersten Teil der Oberfläche des Kerns des Schlauchs302 . Da das Band102 spiralförmig auf den Schlauch300 und entlang von diesem gespult werden soll, ist es für die Rolle100 vorzuziehen, mit ihrer ursprünglichen Spuldrehachse108 , die durch den Schrägungswinkel relativ zu der Längsachse304 des Schlauchs300 , der wiederum eine Funktion der Breite des Bands102 und des Umfangs des Kerns des Schlauchs302 ist, schräg verläuft, montiert zu werden. Bei der Anordnung aus3 dreht sich die Rolle100 jedoch körperlich um die Längsachse des nicht rotierenden Schlauchs300 , und dreht sich ebenfalls um ihre eigene Achse108 , gerade genug, um das Band102 auf den Kern des Schlauchs302 abzugeben, wobei diese kombinierte Drehung dazu dient, das Band102 in einer anhaltenden und abweichenden Spirale ohne Verdrehen des gewickelten Bands102 zu wickeln. (Als eine Alternative zum Drehen der Rolle100 um die Längsachse304 des sich nicht drehenden Schlauchs300 , der gewickelt wird, wäre es für den Schlauch300 möglich, der notwendigen Drehung um ihre Längsachse304 unterzogen zu werden, was die Rolle100 nur um ihre eigene Achse108 um einen Betrag drehen lässt, der gerade ausreichend ist, um die erforderliche Länge des Bands102 auszugeben; die eigentliche Drehung des Schlauchs kann jedoch undurchführbar sein, besonders für die größeren Größen, nicht zuletzt weil die gesamte Länge des Schlauchs erfordern würde, einheitlich gedreht zu werden). Mittel zum drehbaren Montieren und kontrollierbaren Drehen der Rolle100 werden bei3 bis5 der Klarheit halber ausgelassen. - Während des Wickelns des Bands
102 auf den Kern des Schlauchs302 wird die Spannung, unter der das Band102 gewickelt wird, gefühlt und durch ein kooperierendes Paar Klemmrollkörper202 (4 und5 ), die einen Teil der Schlauchwickelmaschine200 bilden, kontrolliert. - In der bestimmten Situation, in der der Schlauch
300 einen fertig gestellten Außendurchmesser von nominalen vierzehn Zoll (ungefähr dreihundert und sechsundfünfzig Millimeter) aufweisen soll, kann das Band102 einhundertzweiundzwanzig Kabel104 bei einer Packungsdichte von 95 % aufweisen, wobei jedes Kabel104 einen Durchmesser von 6,5 Millimeter aufweist. Das Band102 wird eine Breite von vier hundert und achtzig Millimeter aufweisen, und der Schrägungswinkel wird im Bereich von vierzig (Winkel-)Grad bis siebzig (Winkel-)Grad sein. Die Rolle100 , die über genügend dieser Form des Bands102 verfügt, um einen Schlauch von vierzehn Zoll mit einer Gesamtlänge von fünfhundert Meter zu wickeln, wiegt ungefähr sechsundzwanzig Tonnen. - Für einen Schlauch ähnlicher Länge, der aber einen nominalen Außendurchmesser von drei Zoll (ungefähr sechsundsiebzig Millimeter) aufweist und Verstärkungskabel mit individuellen Durchmessern von ungefähr drei Millimeter aufweist, wird das Band eine Breite von einhundertachtzig Millimeter aufweisen, und die Rolle wird ungefähr acht Tonnen wiegen.
- Diese hohen Rollengewichte weisen auf die Nützlichkeit der Erfindung beim Ermöglichen des Vermeidens immenser technischer Schwierigkeiten beim Bewegen derart massiver Rollen in planetarischen Bahnen um den Kern des Schlauchs zum Zweck des Wickelns des Schlauchs mit dem in der Rolle enthaltenen Band hin. Das Band selbst vereinfacht die Probleme des Wickelns eines Schlauchs in einer großen Anzahl von Bewehrungsdrähten oder Verstärkungskabeln bedeutend durch das einfache Wickeln auf Schläuche, ohne eine große Anzahl an individuellen Verstärkungskabeln unter Spannung anwenden zu müssen, wodurch der Bedarf an Verstärkung durch Stoff ausgeschlossen wird, und das Band vermeidet ebenfalls die Probleme des Sicherstellens einer guten Bindung zwischen den Drähten oder Kabeln und dem Gummi oder anderem Elastomer, da sie wechselseitig unter Druck innerhalb der Beschichtungsdüse
110 anstatt innerhalb der Ummantelung des Schlauchs gebunden werden. - Nun wird Bezug auf
6 bis12 genommen, diese zeigen eine zweite Ausführungsform400 der Schlauchwickelmaschine gemäß einem Aspekt der Erfindung. Die Schlauchwickelmaschine400 , wie in6 gezeigt, entspricht der Schlauchwickelmaschine200 wie in3 gezeigt, außer dass die Maschine400 aus6 zusätzlich Bandspannungsrollkörper402 (7 und10 ), Bandzuführungsrollkörper404 (7 und8 ), Abstandsrollkörper406 (7 und8 ) und ein Rollenmontagesystem408 (6 ,7 ,8 und9 ) zusammen mit anderen Merkmalen, die alle unten detailliert beschrieben werden, beinhaltet. Wie bei der ersten Ausführungsform200 benutzt die Schlauchwickelmaschine400 eine Rolle100 aus vorgeformtem Bewehrungsband102 , wie vorher mit Bezug auf1 detailliert beschrieben. - Unter besonderer Bezugnahme auf
7 ist dies eine vereinfachte Darstellung der Maschine400 , gesehen entlang der Achse108 der Rolle100 (d. h. die Achse108 ist senkrecht zu der Ebene aus7 , während die diametrale Ebene der Rolle100 parallel zu der Ebene aus7 ist); nur bestimmte Teile der Maschine400 werden in7 gezeigt. Innerhalb des hohlen Zentrums der Rolle100 (durch das der Schlauch300 in einem Ablenkwinkel wie in der ersten Ausführungsform200 verläuft), wird ein ringförmiges Schild410 montiert, um zu verhindern, dass die innerste Schicht des Bands102 unter ihrem eigenen Gewicht in einen unbeabsichtigten Kontakt mit einem unangemessenen Teil des Schlauchs300 zusammenfällt. Das ringförmige Schild410 weist einen kurzen Spalt412 auf, durch den das Band102 durch die Bandzuführungsrollkörper404 nach innen gezogen wird, um zwischen dem Paar Bandspannungsrollkörpern402 zusammengedrückt zu werden und dann unter kontrollierter Spannung um den Schlauch300 gewickelt zu werden. Die Abstandsrollkörper406 verhindern, dass die innerste Schicht Band, die auf der Rolle100 bleibt, auf die neu abgespulte Strecke Band fällt, die sich zu den Bandzuführungsrollkörpern404 und daher durch den Spalt412 zu dem Inneren des Schilds410 erstreckt. Wie unten detailliert beschrieben werden wird, drehen sich unterschiedliche Teilabschnitte der Schlauchwickelmaschine400 bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten, und das Montieren der verschiedenen Rollkörper402 ,404 und406 auf diesen Teilabschnitten wird so ausgewählt, dass diese Rollkörper korrekte relative Positionen halten, wie ebenfalls unten detailliert beschrieben werden wird. - Da bei dieser Rolle
100 das gespulte Band102 der Rolle100 durch das Abspulen der innersten Schicht des gespulten Materials entnommen wird, kann die Rolle100 nicht durch eine herkömmliche Nabenmontage (nur geeignet für die herkömmliche periphere Entnahme) gestützt werden. Stattdessen wird die Rolle100 extern durch das Rollenmontagesystem408 (6 -9 ) geklemmt, das eine periphere Klammer414 beinhaltet, die auf einem drehbaren Stützrad416 montiert ist. Die Klammer414 (6 ,7 und9 ) klemmt sich auf die Peripherie der Rolle100 , um die Rolle100 sicher und konzentrisch zu halten, während das hohle Zentrum der Rolle100 für das Band102 frei gehalten wird, um von der Innenseite der Rolle100 abgespult zu werden. Das Stützrad416 (8 und9 ) wird drehbar durch vier Stützrollkörper418 (8 ) gestützt und wird bei Verwendung kontrollierbar durch ein geeignetes Antriebssystem (nicht gezeigt) durch ein Getriebe420 (8 ,9 und12 ), das in die Peripherie mit Getriebezähnen422 des Stützrads416 eingreift, gedreht. Die Rollkörper404 und406 , zusammen mit dem ringförmigen Schild410 , werden auf dem Stützrad416 (siehe8 ) montiert. Das Schild410 und die Spannungsrollkörper402 werden auf einem drehbar montierten vorderen Rad424 (6 ,10 ,11 und12 ), das im Allgemeinen dem Stützrad416 ähnlich ist, montiert. Das vordere Rad424 wird drehbar durch vier periphere Rollkörper426 zur Drehung um die gleiche Drehachse wie das Stützrad416 gestützt, wobei diese Drehachse mit der Achse108 der Rolle100 koaxial ist und relativ zu der Achse des Schlauchs304 durch den Schrägungswinkel wie vorher detailliert beschrieben schräg verläuft. Das vordere Rad424 dreht sich jedoch bei einer Geschwindigkeit, die sich von der Drehgeschwindigkeit des Stützrads416 aus unten detailliert beschriebenen Gründen unterscheidet. Das vordere Rad424 wird bei Verwendung durch ein geeignetes Antriebssystem (nicht gezeigt) durch ein Getriebe428 (10 ,11 und12 ), das in die Peripherie mit Getriebezähnen430 des vorderen Rads424 eingreift, kontrollierbar gedreht. - Das vordere Rad
424 , das Stützrad408 und ihre entsprechenden Antriebssysteme werden alle auf einer gemeinsamen Drehscheibe432 (12 ) montiert, deren Drehachse (vertikal in12 ) die Längsachse des Schlauchs304 (horizontal in12 ) in rechten Winkeln schneidet. Die Drehposition der Drehscheibe432 (und der auf der Drehscheibe432 montierten Schlauchwickelmaschine400 ) wird vor dem Beginnen des Wickelns einer Länge Band auf den Schlauch300 eingestellt, um den Schrägungswinkel, bei dem diese bestimmte Länge von Band um den Schlauch gewickelt wird, einzustellen, wobei diese Dreheinstellung normalerweise während des Wickelbetriebs unverändert gehalten wird. Die Drehposition der Drehscheibe432 wird durch ein geeignetes Antriebssystem (nicht gezeigt) durch ein Getriebe434 , das in die Peripherie mit Getriebezähnen436 der Drehscheibe432 eingreift, kontrolliert. - Für die Schlauchwickelmaschine
400 , wie in12 gezeigt, um Band auf den Schlauch300 und entlang von diesem in einer einheitlichen Spirale zu wickeln, ist es notwendig, dass es eine relative longitudinale Bewegung und eine gleichzeitige relative Drehbewegung zwischen dem Schlauch300 und der Maschine400 gibt. Diese notwendigen relativen Bewegungen können durch das Halten des Schlauchs oder der Maschine statisch in einem absoluten Sinn und das Bewegen des anderen in einem absoluten Sinn erreicht werden, oder durch das Bewegen von sowohl dem Schlauch als auch der Maschine in einem absoluten Sinn. Die Zuteilung von absoluter Bewegung zu dem einen oder anderen (oder beiden) des Schlauchs und der Maschine kann unabhängig für die zwei Arten von relativer Bewegung ausgewählt werden (d. h. es kann eine wechselseitig unabhängige Auswahl für die longitudinale Bewegung und für die Drehbewegung geben). Bezüglich der ersten Ausführungsform200 der Schlauchwickelmaschine (wie unter Bezugnahme auf3 -5 detailliert beschrieben) wurde es vorgezogen, den Schlauch300 longitudinal zu bewegen, während der Schlauch drehend statisch gehalten wurde, und um umgekehrt die Schlauchwickelmaschine200 longitudinal statisch zu halten, während die Maschine200 um den Schlauch300 gedreht wird. Bezüglich der zweiten Ausführungsform400 der Schlauchwickelmaschine (wie unter Bezugnahme auf6 -12 detailliert beschrieben) wird es vorgezogen, den Schlauch300 longitudinal durch eine longitudinal statische Maschine400 zu bewegen, wobei die notwendige relative Drehbewegung entweder durch körperliches Bewegen der ganzen Maschine400 um einen nicht drehenden Schlauch300 , oder durch das Drehen des Schlauchs300 um seine Längsachse304 innerhalb einer Maschine400 , in der die einzige Drehung die separate Drehung der Räder408 und424 um ihre gemeinsame Achse ist (wie unten detailliert beschrieben), erzielt werden kann. Für die Option des körperlichen Drehens der gesamten Maschine400 könnte sie in einem drehbaren Gestell oder Gerüst (nicht gezeigt) kontrollierbar um die Längsachse304 des Schlauchs300 , der durch die Maschine400 gewickelt wird, montiert werden. - Welche Option auch immer zur relativen Drehung von Schlauch und Maschine in der Anordnung aus
12 ausgewählt wird, wird die Drehung der Räder408 und424 (relativ zu dem Rest der Schlauchwickelmaschine400 ) so kontrolliert, dass sich das vordere Rad424 um die schräg verlaufende Achse der Rolle108 bei einer Umdrehung pro Schritt des gewickelten Bands dreht, während sich das Stützrad408 um die gleiche geschrägte Achse der Rolle108 bei einer Umdrehung pro Schritt des gewickelten Bands zuzüglich ausreichend zusätzlicher Drehung dreht, um eine Schrittlänge des Bands von der Innenseite der Rolle100 abzuspulen. - Eine weitere Alternative für den Schlauchwickelbetrieb besteht im Modifizieren der Maschine
400 wie oben beschrieben und wie in12 dargestellt, so dass sowohl der Schlauch300 als auch die Maschine400 (im Ganzen) nicht drehend um die Längsachse304 gehalten werden. Bei dieser weiteren Alternative ist nur die Bandrolle100 mit ihren unmittelbaren Stützstrukturen408 und424 drehbar, wobei die Drehung ausschließlich um die Achse der Rolle108 , die relativ zu der Achse des Schlauchs304 um den beabsichtigten Schrägungswinkel des gewickelten Bands schräg verläuft, stattfindet. Die Achse der Rolle108 an sich ist völlig fixiert und dreht sich nicht um die Achse des Schlauchs304 , wie in manchen vorherigen Formen der Schlauchwickelmaschine. Um das einheitliche spiralförmige Wickeln des Bands auf den Schlauch bei dieser weiteren Alternative zu erleichtern, wird ein Mittel zu Korrektur der Lage (nicht gezeigt) vorzugsweise zwischen die Rolle und den Schlauch gestellt, wobei das Mittel zur Korrektur der Lage auf das frisch abgespulte aber noch nicht gewickelte Band angewendet wird, um das Band richtig auszurichten, wenn es mit dem gewickelten Schlauch in Kontakt kommt. - Ebenso wie das Wickeln von mit Kabel verstärktem Bewehrungsband
100 (wie unter Bezugnahme auf1 und2 beschrieben) können die Schlauchwickelmaschinen200 und400 ohne Modifizierung für das Wickeln von Bändern, die keine Drähte oder Kabel (z. B. Bänder aus reinem Elastomer zum einfachen Imprägnieren) enthalten, benutzt werden. Die Schlauchwickelmaschinen gemäß der Erfindung können ohne Modifizierung für alle Stufen der Schlauchherstellung und in einer Produktionsanlage für mehrere Maschinen verwendet werden, alle Schlauchwickelmaschinen können von der gleichen Art sein. Das Einrichten und die Betriebskontrolle zur Verwendung der gleichen Maschine in aufeinander folgenden Herstellungsstufen (mit mehreren Läufen des Schlauchs) oder für die Verwendung von mehreren Maschinen in einer Produktionsanlage für mehrere Stufen, an denen der Schlauch einmal vorbeiläuft, werden erheblich vereinfacht und beschleunigt. Im Vergleich zu herkömmlichen Schlauchwickelmaschinen sind die Maschinen der Erfindung kleiner und kostengünstiger, und verbrauchen bei der Verwendung weniger Energie. Viel längere Längen an Schlauch können nun ohne Gelenke hergestellt werden, und Rollen Wickelmaterial, die viel schwerer sind als jene, die zuvor gehandhabt werden konnten, können nun relativ leicht bewältigt werden. Das Abspulen des Bands von der Innenseite der Bandrolle eliminiert das Verdrehen und Dehnen von Bandwickelmaterialien, insbesondere Bewehrungsdrähte und Kabel werden nicht länger beim Wickeln auf Schläuche verdreht. - Obgleich oben bestimmte Abwandlungen und Variationen beschrieben worden sind, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, und es können andere Abwandlungen und Variationen übernommen werden, ohne von dem in den angehängten Ansprüchen definierten Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.
Claims (24)
- Ein Verfahren zum Herstellen eines Schlauchs (
300 ), der mit mindestens einer Schicht (102 ) Schlauchummantelungsmaterial (104 +106 ) ummantelt werden soll, wobei das Verfahren das Bereitstellen einer Rolle (100 ) des Schlauchummantelungsmaterials (104 +106 ), wobei die Rolle (100 ) einen hohlen Kern (109 ), dessen Durchmesser größer ist als der äußere Durchmesser des Schlauchs (300 ), aufweist, das Anordnen der Rolle (100 ) um den Schlauch (300 ), so dass der Schlauch (300 ) durch den Kern (109 ) der Rolle (100 ) verläuft, das Bewirken der relativen Drehung der Rolle (100 ) und des Schlauchs (300 ), um das Schlauchummantelungsmaterial (104 +106 ) von der Rolle (100 ) ab- und auf den Schlauch (300 ) aufzuspulen, bei gleichzeitigem Bewirken der relativen Längstranslation des Schlauchs (300 ) und der Rolle (100 ), um das Schlauchummantelungsmaterial (104 +106 ) spiralförmig auf den Schlauch (300 ) und entlang diesem zu wickeln, beinhaltet; dadurch gekennzeichnet, dass das Schlauchummantelungsmaterial (104 +106 ) in der Form eines Bands (102 ) bereitgestellt wird, das von der Innenseite (109 ) der Rolle (100 ) entnommen werden kann. - Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch den der Rolle (
100 ) relativ zu der Längsachse (304 ) des Schlauchs (300 ) um einen Ablenkwinkel, der im Wesentlichen dem Schrägungswinkel entspricht, mit dem Band (102) spiralförmig auf den Schlauch (300 ) und entlang diesem gewickelt ist, schräg verläuft. - Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Schritt des Drehens der Rolle (
100 ) um die Längsachse (304 ) des Schlauchs (300 ). - Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch den Schritt des Drehens der Rolle (
100 ) um ihre eigene Achse (108 ). - Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Schritt des gleichzeitigen Drehens der Rolle (
100 ) um ihre eigene Achse (108 ) und um die Längsachse (304 ) des Schlauchs (300 ). - Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Schritt des Drehens der Rolle (
100 ), während gleichzeitig der Schlauch (300 ) nicht drehend um seine Längsachse (304 ) gehalten wird. - Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch den Schritt des Drehens des Schlauchs (
300 ) um seine Längsachse (304 ), während gleichzeitig die Rolle (100 ) nicht drehend gehalten wird. - Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Schritt der Längstranslation des Schlauchs (
300 ), während die Rolle (100 ) longitudinal statisch gehalten wird. - Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch den Schritt der Längstranslation der Rolle (
100 ), während der Schlauch (300 ) longitudinal statisch gehalten wird. - Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Band (
102 ) des Schlauchummantelungsmaterial (104 +106 ) eine Anordnung von wechselseitig parallelen Bewehrungsdrähten oder -kabeln (104 ) beinhaltet, die sich entlang der Länge des Bands (102 ) erstrecken, wobei die Anordnung von Bewehrungsdrähten oder -kabeln (104 ) in einem Polymer (106 ) eingebettet ist. - Verfahren gemäß Anspruch 10, bei dem das Polymer (
106 ) ein Elastomer oder ein thermoplastisches Elastomer oder ein Kunststoff ist. - Verfahren gemäß Anspruch 10 oder Anspruch 11, wobei die Bewehrungsdrähte oder -kabel aus Stahl sind und eine Packungsdichte von 95 % aufweisen.
- Eine Schlauchwickelmaschine (
200 ;400 ) zum spiralförmigen Wickeln eines Bands (102 ) aus Schlauchummantelungsmaterial (104 +106 ) auf einen Schlauch (300 ), wobei die Schlauchwickelmaschine (200 ;400 ) Rollenmontagemittel (414 +416 +418 ) zum drehbaren Montieren einer Rolle (100 ) des Bands (102 ) um den Schlauch (300 ), wobei der Schlauch (300 ) durch einen hohlen Kern (109 ) der Rolle (100 ) verläuft, Bandhandhabungsmittel (402 ,404 ) zum Entnehmen des Bands (102 ) von der Innenseite (109 ) der Rolle (100 ) und zum Wickeln des Bands (102 ) auf den Schlauch (300 ), und Mittel zur relativen Bewegung (420 +422 ) zum Bewirken von relativer Drehung der Rolle (100 ) und des Schlauchs (300 ) und zum gleichzeitigen Bewirken von relativer Längstranslation des Schlauchs (300 ) und der Rolle (100 ), um das Band (102 ) aus Schlauchummantelungsmaterial (104 +106 ) spiralförmig auf den Schlauch (300 ) und entlang von diesem zu wickeln, beinhaltet. - Schlauchwickelmaschine (
200 ;400 ) gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Rollenmontagemittel (414 +416 +418 ) die Rolle (100 ) so montiert, dass die Achse (108 ) der Rolle (100 ) relativ zu der Längsachse (304 ) des Schlauchs (300 ) im Wesentlichen um den Schrägungswinkel, mit dem das Schlauchummantelungsband (102 ) auf den Schlauch (300 ) gewickelt werden soll, schräg verläuft. - Schlauchwickelmaschine (
200 ;400 ) gemäß einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Rollenmontagemittel (414 +416 +418 ) die Rolle (100 ) zur Drehung um die Längsachse (304 ) des Schlauchs (300 ) drehbar montiert. - Schlauchwickelmaschine (
200 ;400 ) gemäß einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Rollenmontagemittel (414 +416 +418 ) die Rolle (100 ) zur Drehung um ihre eigene Achse (108 ) drehbar montiert. - Schlauchwickelmaschine (
200 ;400 ) gemäß einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Rolle (100 ) zur gleichzeitigen Drehung um sowohl die Achse (108 ) der Rolle (100 ) als auch um die Längsachse (304 ) des Schlauchs (300 ), der gewickelt wird, montiert ist. - Schlauchwickelmaschine (
200 ;400 ) gemäß einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Rollenmontagemittel (414 +416 +418 ) die Rolle (100 ) drehbar montiert, während gleichzeitig der Schlauch (300 ) nicht drehend um seine Längsachse gehalten wird. - Schlauchwickelmaschine (
200 ;400 ) gemäß entweder Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Schlauch (300 ) um seine Längsachse (304 ) dreht, während die Rolle (100 ) gleichzeitig nicht drehend gehalten wird. - Schlauchwickelmaschine (
200 ;400 ) gemäß einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur relativen Bewegung derart ist, dass sich während des Betriebs der Schlauchwickelmaschine (200 ;400 ) der Schlauch (300 ) longitudinal bewegt, während die Rolle (100 ) des Schlauchummantelungsbands (102 ) longitudinal statisch bleibt. - Schlauchwickelmaschine (
200 ;400 ) gemäß einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur relativen Bewegung derart ist, dass sich während des Betriebs der Schlauchwickelmaschine (200 ;400 ) die Rolle (100 ) des Schlauchummantelungsbands (102 ) longitudinal bewegt, während der Schlauch (300 ) longitudinal statisch bleibt. - Schlauchwickelmaschine (
200 ;400 ) gemäß einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Band (102 ) des Schlauchummantelungsmaterials (104 +106 ) eine Anordnung von wechselseitig parallelen Bewehrungsdrähten oder -kabeln (104 ) beinhaltet, die sich entlang der Länge des Bands (102 ) erstrecken, wobei die Anordnung von Bewehrungsdrähten oder -kabeln (104 ) in einem Polymer (106 ) eingebettet ist. - Schlauchwickelmaschine gemäß Anspruch 22, bei der das Polymer ein Elastomer oder ein thermoplastisches Elastomer oder ein Kunststoff ist.
- Schlauchwickelmaschine gemäß Anspruch 22 oder Anspruch 23, wobei die Bewehrungsdrähte oder -kabel aus Stahl sind und eine Packungsdichte von 95 % aufweisen.
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