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Diese Erfindung bezieht sich auf
Schläuche oder
flexible Rohre und bezieht sich insbesondere, aber nicht ausschließlich, auf
Schläuche
oder flexible Rohre, die an den Transport von Kohlenwasserstoffen
angepasst sind.
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Die Begriffe „Schlauch" und „flexibles Rohr", die in dieser Beschreibung
verwendet werden, sind Synonyme. Ein Schlauch (oder flexibles Rohr)
ist eine längliche
flexible Röhre,
die für
den Transport von Fluiden (Flüssigkeiten
und/oder Gasen) geeignet ist und die sich ohne dauerhafte Verformung
an verschiedene Wege anpassen kann, um z. B. einen Fluidweg zwischen
Objekten, die sich in Relativbewegung befinden, wie beispielsweise
ein schwimmender Tanker und eine auf dem Meeresboden verankerte
Produktionsplattform, bereitzustellen. Kohlenwasserstoffe, die durch
Unterwasserbohrlöcher
erzeugt wurden, sind häufig
chemisch und physikalisch aggressiv und deshalb für die Verursachung
von inakzeptablem Schaden an Transportschläuchen verantwortlich.
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Schläuche erfordern normalerweise
Endverbindungen, durch die die Schlauchenden mechanisch verankert
werden können
und auch auf eine fluiddichte Weise an einer Quelle oder einem Empfänger des
durch den Schlauch zu transportierenden Fluids gesichert werden
können.
Solche Endverbindungen müssen
mit dem Schlauch zuverlässig
abgedichtet sein, um sowohl dem Druck als auch der Degradation durch
das im Schlauch transportierte Fluid standzuhalten.
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US-A-5062456 offenbart einen Schlauch
mit kleinem Biegeradius, der eine Polyfluorkohlenstoff-Auskleidung
aufweist.
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Diese Konstruktion wendet sich nicht
den Problemen zu, die mit Schläuchen
oder flexiblen Rohren, die in rauhen Umgebungen verwendet werden
und Erdölprodukte
und die damit verbundenen Gase angemessen transportieren können, einhergehen.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird ein Schlauch oder flexibles Rohr, wie in Anspruch
1 beschrieben, bereitgestellt.
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Der Schlauch, oder das flexible Rohr,
ist vorzugsweise so gebildet, dass die Wand des Schlauchs oder des
flexiblen Rohrs eine Verbundstruktur, mindestens in dem Teil der
Wand, der mit der Innenauskleidung in Berührung kommt, ist. Die Wand
des Schlauchs oder des flexiblen Rohrs ist vorzugsweise eine vollkommene
Verbundstruktur.
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Das Fluoropolymer der Innenauskleidung
ist vorzugsweise mindestens ein Fluoropolymer, das aus der Fluoropolymergruppe
ausgewählt
ist, die ETFE (Ethyl-Terfluor-Ethylen), FEP (Fluorethylenpropylen),
HFP (Hexafluorpropylen) und PFA (Perfluoralkozyl) beinhaltet.
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Der Schlauch oder das flexible Rohr
können ein
Verstärkungsmittel,
das vorzugsweise in der Wand des Schlauchs oder des flexiblen Rohrs
eingebettet ist, beinhalten. Das Verstärkungsmittel beinhaltet vorzugsweise
mindestens eine Verstärkung, die
aus der Gruppe von Verstärkungen
ausgewählt ist,
die mindestens zwei Schichten Stahldraht, der schraubenförmig um
den Schlauch oder das flexible Rohr und entlang diesem gewickelt
ist, oder mindestens eine Schicht synthetisches Polymer-Textilmaterial,
das Aramidfasern beinhalten kann. Das Verstärkungsmittel kann in einem
Elastomer, das Silikonkautschuk beinhalten kann, eingebettet sein,
wobei das Elastomer vorzugsweise durch eingebettetes Garn verstärkt ist.
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Die Innenauskleidung des Schlauchs
oder des flexiblen Rohrs kann selbst innen mit einer faltbeständigen Auskleidung,
die die Form einer in sich greifenden Spirale aus Stahlband aufweisen
kann, ausgekleidet sein.
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Zum besseren Verständnis der
Erfindung, aber nicht als Teil der Erfindung, wird eine druckbetätigte Abdichtung
zum Abdichten der Grenzfläche
zwischen einer Endverbindung, die auf einem Ende eines Schlauchs
oder flexiblen Rohrs montiert ist und daran gesichert ist und der
Innenauskleidung des Schlauchs oder flexiblen Rohrs beschrieben,
dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichtung mindestens eine Vertiefung
in der Endverbindung beinhaltet, wobei die oder jede der Vertiefung
an die Grenzfläche
anliegt, und dass eine jeweilige Menge Polymer-Material in der oder
jeden Vertiefung angebracht ist, die an die Grenzfläche anliegen
soll, wobei die oder jede Vertiefung mit der Bohrung des Schlauchs oder
des flexiblen Rohrs in Verbindung steht, um den Fluiddruck in der
Bohrung des Schlauchs oder des flexiblen Rohrs auf die entsprechende
Menge Polymer-Material zu übertragen,
so dass die entsprechende Menge Polymer-Material gegen den Abschnitt
der Innenauskleidung gedrängt
wird, die den Teil der Grenzfläche,
an die die entsprechende Vertiefung anliegt, festlegt.
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Die Abdichtung kann ein separates
Verbindungsmittel zum Verbinden der oder jeder Vertiefung mit der
Bohrung des Schlauchs oder des flexiblen Rohrs beinhalten. Das separate
Verbindungsmittel kann ein Fluidkanalmittel beinhalten und wo sich
eine Vielzahl von Vertiefungen in der Endverbindung befindet, kann
das Fluidkanalmittel von einer gegebenen Vertiefung, entweder direkt
zur Bohrung des Schlauchs oder des flexiblen Rohrs oder indirekt über eine
andere Vertiefung, die selbst direkt oder indirekt durch ein weiteres
Fluidkanalmittel in Verbindung mit der Bohrung des Schlauchs oder
des flexiblen Rohrs steht, führen.
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Mindestens eine Vertiefung in der
Endverbindung kann sich im Umfang um das Anschlussstück erstrecken
und die in der sich peripher erstreckenden Vertiefung befindliche
entsprechende Menge Polymer-Material
kann im Allgemeinen ringförmig
sein. Die oder jede im Allgemeinen ringförmige Menge Polymer-Material
kann ein jeweiliges Verstärkungselement,
das selbst im Allgemeinen ringförmig
ist und vorzugsweise in der jeweiligen Menge Polymer-Material eingebettet
ist, einschließen.
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Das Polymer-Material des Abdichtungsmittels
ist vorzugsweise ein Fluoropolymer, das ein Fluoropolymer sein kann,
das aus der Polymergruppe ausgewählt
ist, die ETFE (Ethyl-Terfluor-Ethylen), PTFE (Poly-Tetra-Fluor-Ethylen)
FEP (Fluorethylenpropylen), HFP (Hexafluorpropylen) und PFA (Perfluoralkozyl)
oder eine Mischung aus zwei oder mehreren Fluoropolymeren, die aus
der Gruppe der Fluoropolymere ausgewählt sind, beinhalten kann.
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Bei dem Abdichtungsmittel kann die
oder jede Menge Polymer-Material einem jeweiligen nicht polymeren
Element, das zwischen mindestens dem größeren Teil der entsprechenden
Menge und dem Einlass oder den Einlässen zur jeweiligen Vertiefung des
Fluidkanalmittels angeordnet ist, zugehörig sein. Das oder jedes nicht
polymere Element kann aus Blech gebildet sein und in oder auf der
jeweiligen Menge Polymer-Material mindestens in dem Abschnitt oder
den Abschnitten davon, die an den Einlass oder die Einlässe angrenzen,
vorhanden sein.
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Ausführungsformen der Erfindung
werden nun beispielhaft und mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen
beschrieben, wobei:
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1 ein
Längs-Durchmesserdurchschnitt einer
ersten Ausführungsform
des Schlauchs ist;
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2 ein
Längs-Durchmesserdurchschnitt einer
zweiten Ausführungsform
des Schlauchs ist;
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3 ein
sehr vergrößerter,
bruchstückartiger
Längs-Durchmesserdurchschnitt
eines Teils des Endes der ersten Ausführungsform des Schlauchs, an
dem gerade eine Endverbindung gesichert und darauf gesiegelt wird,
ist;
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4 eine
Perspektivansicht einer Abdichtung ist, die einen Teil des in 3 veranschaulichten Systems bildet;
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5 ein
schräger
(Querschnitt der in 4 veranschaulichten
Abdichtung ist;
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6 ein
Längs-Durchmesserdurchschnitt eines
zweiten Schlauchende-, Verbindungs- und Abdichtungssystems ist;
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7 ein
Längs-Durchmesserdurchschnitt eines
inneren Teils der Endverbindung aus 6 ist, der
für den
Empfang einer Abdichtung vorbereitet wird;
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8 eine
Ansicht ist, die 7 entspricht und
das Pressspritzen der Abdichtung in dem inneren Teil der Endverbindung
veranschaulicht;
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9 ein
Längs-Durchmesserdurchschnitt eines
dritten Schlauchende-, Verbindungs- und Abdichtungssystems ist;
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10 ein
Längs-Durchmesserdurchschnitt eines
inneren Teils der Endverbindung aus 9 ist, der
für den
Empfang einer Abdichtung vorbereitet wird; und
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11 eine
Ansicht, die 10 entspricht und das
Pressspritzen der Abdichtung in dem inneren Teil der Endverbindung
veranschaulicht ist.
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Zunächst mit Bezug auf 1 wird eine erste Ausführungsform
des Schlauchs gemäß der Erfindung
durch einen Schlauch 100 mit einer röhrenförmigen Wand 102, die
eine Bohrung 104 umgibt, dargestellt. Die Struktur der
Schlauchwand 102 ist vollständig verbunden und beinhaltet
eine Schicht 106 Silikonkautschuk, die als eine Verstärkung Garn
einschließt.
In die Kautschukschicht 106 sind zwei Schichten 108 und 110 Verstärkung eingebettet,
wobei jede Verstärkungsschicht 108, 110 einen
jeweiligen Stahldraht, der spiralförmig um den Schlauch 100 und
entlang diesem gewickelt ist, beinhaltet.
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Der Schlauch 100 ist mit
einer äußeren Schicht 112 Kautschuk,
wie beispielsweise Chloropren oder Hypalon, überzogen. Der Schlauch 100 weist
optional eine äußere Abdeckung 114 aus schrumpfgepasstem
Kunststoff auf, der perforiert ist, um durch die Schlauchwand 102 der
Bohrung 104 durchdringende Gase abzugeben.
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Der Schlauch 100 ist innen
mit einer Innenauskleidung 116, die aus einem geeigneten
Fluoropolymer wie beispielsweise ETFE (Ethyl-Terfluor-Ethylen), FEP (Fluorethylenpropylen),
HFP (Hexafluorpropylen) oder PFA (Perfluoralkozyl) zusammengestzt
ist, ausgekleidet. Die Auskleidung 116 kann aus anderen
geeigneten Fluoropolymeren oder einer Mischung aus zwei oder mehreren
Fluoropolymeren zusammengesetzt sein.
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Die Innenauskleidung 116 ist
optional mit einer abriebfesten Schicht oder Grenzschicht 118 aus einem
beliebigen geeigneten Material, zum Beispiel einer in sich greifenden
Spirale aus Stahlband, ausgekleidet.
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Verschiedene Vorteile treten bei
der Verwendung eines Fluoropolymers als Innenauskleidungsmaterial
für einen
Kohlenwasserstoff transportierenden Schlauch auf:
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- (a) im Gegensatz zu anderen Kunststoffen bilden Fluoropolymere
auf Grund der gasinduzierten explosiven Zersetzung keine Blasen;
- (b) im Gegensatz zu anderen Kunststoffen erfordern Fluoropolymere
keine Weichmacher, die durch heiße, trockene, durch den Schlauch
transportierte Gase ausgewaschen werden können, um die Auskleidung versprödet zu lassen.
Als Schlauchauskleidungsmaterial sind Fluoropolymere typischerweise zehn
mal flexibler als der Kautschuk, der vorher als Schlauchauskleidungsmaterial
eingesetzt wurde;
- (c) Fluoropolymere sind stark gasundurchlässig, wobei sie typischerweise
einen Zehntel der Gasdurchlässigkeit
des Kautschuks, der vorher als Schlauchauskleidungsmaterial eingesetzt
wurde, aufweisen;
- (d) als Schlauchauskleidungsmaterialien können Fluoropolymere bei viel
höheren
Temperaturen als andere Kunststoffe verwendet werden;
- (e) Fluoropolymere sind die flexiblen Materialien, die gegenüber Rohöl und damit
verbundenen Gasen chemisch am widerstandsfähigsten sind, während sie
zur Massenverwendung brauchbar sind.
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Mit Bezug auf 2 veranschaulicht
dies eine zweite Ausführungsform
des Schlauchs gemäß der Erfindung,
die einen Schlauch 200 mit einer röhrenförmigen Wand 202, die
eine Bohrung 204 umgibt, beinhaltet. Die Struktur der Schlauchwand 202 ist
im Allgemeinen ähnlich
der Struktur der Schlauchwand 102, die vorher mit Bezug
auf die erste Ausführungsform
des Schlauchs 100 beschrieben wurde, nämlich mit Garn verstärkter Kautschuk 206,
der außen
mit einer Kautschukschicht 112 überzogen ist, mit einer optionalen äußeren Schicht 214 aus
perforierten Kunststoffen, einer Innenauskleidung 216 aus Fluoropolymer,
das das gleiche Fluoropolymer (oder ein Gemisch aus Fluoropolymeren)
sein kann, das für die
Innenauskleidung 116 der ersten Ausführungsform 100 verwendet wurde,
und eine optionale innerste abriebfeste Auskleidung 218 aus
einem in sich greifenden Spiralmetallband.
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Die zweite Ausführungsform des Schlauchs 200 unterscheidet
sich von der ersten Ausführungsform
des Schlauchs 100 dadurch, dass die Schichten 108 und 110 aus
spiralförmig
gewundener Stahldrahtverstärkung
durch jeweilige auf dem Kautschuk 206 eingebettete Schichten 208 und 210 aus
Aramidgewebe ersetzt sind, um als eine Zwei-Schichten-Verstärkung des
Schlauchs 200 zu dienen.
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In der zweiten Form des Schlauchs 200 dient die
Fluoropolymer-Innenauskleidung 216 dem
gleichen Zweck wie die Fluoropolymer-Auskleidung 116 in der ersten
Form des Schlauchs 100, mit den gleichen Vorteilen.
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Sowohl in der ersten als auch der
zweiten Form des Schlauchs 100 und 200 haben ihre
vollständig
verbundenen Wandstrukturen den Vorteil, durchgehenden Halt für die Fluoropolymer-Innenauskleidung
bereitzustellen, da Fluoropolymere dazu tendieren, unter Druck kalt
zu fließen,
und deshalb verursachen nicht verbundene Schlauchwandstrukturen
Schwierigkeiten bei der Bereitstellung von angemessenem Halt für Fluoropolymer-Auskleidungen. Wenn
es für
mindestens einen Teil der Wandstruktur eines Schlauchs gemäß der Erfindung
notwendig oder erwünscht
ist, nicht verbunden zu sein, dann sollten mindestens jene Teile
der Wandstruktur, die an die Innenauskleidung angrenzen, wenigstens
verbunden oder anderweitig gebildet sein, um der Fluoropolymer-Auskleidung
im Wesentlichen durchgehenden Halt bereitzustellen. Vollständig verbundene Schläuche und
flexible Rohre werden bevorzugt, da verbundene Schläuche und
flexible Rohre im Allgemeinen kostengünstiger herzustellen sind,
leichter pro Längeneinheit
und flexibler als nicht verbundene Schläuche und flexible Rohre sind.
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Die Verwendung von hitzebeständigen Fluoropolymeren
als Innenauskleidungen in verbundenen Schläuchen und flexiblen Rohren
erlaubt die Verwendung in den verbundenen Schlauchwänden aus
Kautschuk, der gegenüber
hohen Temperaturen beständig
ist, um der höheren
Temperaturbeständigkeit
von Fluoropolymeren zu entsprechen, besonders Kautschuk, der hitzebeständiger als
die bisher bei Schläuchen
verwendeten Materialien ist (wobei die Verwendung von Kautschuk,
der beständig
gegenüber
hoher Temperatur war, beim Fehlen einer passenden Hitzebeständigkeit
für beliebige
eingesetzte Auskleidungsmaterialien irrelevant und unnötig teuer
war). Dadurch können
verbundene Schläuche
mit Fluoropolymer-Auskleidungen gemäß der Erfindung Fluids, die
Gase bei hoher Temperatur und hohem Druck enthalten, transportieren,
aber ohne die Gefahr von Delamination oder Degradation, die mit
Schläuchen des
Stands der Technik einhergehen. Insbesondere kann ein verbundener
Schlauch mit Fluoropolymer-Auskleidung
bis zu 200°C
standhalten (was 70°C
heißer
ist als was jeder Schlauch des Stands der Technik für eine unbestimmte
Zeit standhalten kann), während
er beträchtlich
leichter und flexibler als Schläuche
des Stands der Technik ist.
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Mit Bezug auf 3 veranschaulicht
dies in dem Längs-Durchmesserdurchschnitt
und stark vergrößert einen
Teil des Endes des Schlauchs 100 (entsprechend der oberen
linken Ecke von 1) und Teile 300 und 400 eine
Endverbindung, die soeben an dem Ende des Schlauchs 100 gesichert
werden soll. Die Endverbindung ist anfangs aus zwei Teilen, nämlich aus
einer geeignet profilierten inneren Muffe 300 und einer
geeignet profilierten äußeren Muffe 400,
die jeweils innerhalb und außerhalb
des Schlauchendes platziert sind, (wie in 3 abgebildet),
um teilweise das Schlauchende zu durchdringen/darüber zu legen,
wobei Abschnitte von jedem Verbindungsteil (links von den in 3 gezeigten Abschnitten und selbst nicht
in 3 gezeigt), über dem Ende des Schlauchs 100 hinaus
verbleiben. (Endverbindungen, die ähnlich, aber nicht identisch
sind, sind in 6 und 9,
auf die Bezug genommen werden kann, um den Kontext von 3 zu verstehen, vollständiger gezeigt.) Um bei der
richtigen Anbringung der Endverbindung zu helfen, werden bestimmte
Schichten der Schlauchwand 102 zurückgeschnitten, wie in 3 gezeigt. Die äußere Kunststoffabdeckung 114 wird
im Wesentlichen vollständig
von dem Abschnitt des Schlauchendes, das innerhalb der Endverbindung
liegen soll, entfernt und die abriebfeste, in sich greifende Spirale 118 wird
um ungefähr
die halbe Entfernung, um die das Schlauchende der Endverbindung
durchdringen wird, zurückgeschnitten.
Von der wesentlichen Verbundstruktur der Schlauchwand 102 werden
der Kautschuküberzug 112,
die Fluoropolymer-Auskleidung 116 und Abschnitte der Kautschukschicht 106 radial
innerhalb der Verstärkungsschicht 108 und
radial außerhalb
der Verstärkungsschicht 110 um
ungefähr
einen Viertel der Tiefe der Durchdringung des Schlauchs in der Endverbindung abgelöst. Dies
hinterlässt
die Verstärkungsschichten 108 und 110 zusammen
mit so viel Kautschuk 106 wie zwischen den Schichten 108 und 110 gelegen hat,
ungeschnitten (außer
für mögliches
vorausgehendes Säubern
des äußersten
Endes des Schlauchs, um jegliche übermäßige Rauheit zu entfernen).
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Wenn die Muffen 300 und 400 angemessen auf
dem vorgetrimmten Ende des Schlauchs 100 angebracht sind,
wie in 3 gezeigt, werden die Muffenabschnitte,
die das Schlauchende einschließen, auf
das Schlauchende gesenkt, um den Schlauch zusammenzudrücken und
dauerhaft einzuschließen, wobei
das zur Rechten befindliche Ende des inneren Anschlussteils 30D radial
verlängert
ist und das zur Rechte befindliche Ende des äußeren Anschlussteils 400 radial
zusammengedrückt
ist. Wenn das Senken abgeschlossen ist, werden die Muffen 300 und 400 an
Punkten, die vom Schlauch 100 entfernt liegen, zusammengeschweißt oder
anderweitig geeignet aneinander gesichert und dadurch (zusammen
mit jedem anderen notwendigen Anschlussteil) in eine einheitliche
Endverbindung, durch die der Schlauch 100 in einer fluiddichten
Weise an einer Quelle oder einem Empfänger von Fluiden, die durch
einen Schlauch transportiert werden sollen, mechanisch verankert
und an diesen gekoppelt werden kann, geformt.
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Obwohl die Endverbindungen, die auf
herkömmliche
Schläuche
gesenkt sind, für
gewöhnlich angemessen
undurchlässig
sind, zeigen die extremeren Bedingungen, unter denen Schläuche in
der vorliegenden Erfindung verwendet werden, zusätzliche Probleme des Abdichtens,
die durch die Tendenz der Fluoropolymer-Innenauskleidung zum Kaltfliessen
erschwert werden, auf. Um solchen Problemen entgegenzuwirken und
um verlässliches
Abdichten zwischen dem Schlauch und seiner Endverbindung zu gewährleisten,
schließt
das in 3 gezeigte System ein Paar
aktive Abdichtungen, die nun genau beschrieben werden, ein.
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Mit nochmaligem Bezug auf 3 beruht die Abdichtung der Endverbindung 300 und 400 gegenüber dem
Schlauch 100 auf einer ersten aktiven Abdichtung 500 und
einer zweiten aktiven Abdichtung 502. Die erste und zweite
Abdichtung 500 und 502 weisen miteinander identische,
im Allgemeinen ringförmige
Strukturen auf, funktionieren aber unter unterschiedlichen Bedingungen
(wie anschließend
genau beschrieben wird). Details einer einzelnen der Abdichtungen 500 und 502 werden
unten mit Bezug auf 4 und 5 gegeben werden.
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Die erste aktive Abdichtung 500 ist
in einer Vertiefung 504, die die Form einer in der Peripherie des
inneren Endabschlussteils 300 maschinell bearbeiteten Umfangsrille
aufweist, untergebracht, wo dieser Teil eine Grenzfläche mit
dem Schlauch in der vollständig
zusammengesetzten Endverbindung bilden wird. Die Vertiefung oder
Rille 504 weist eine Breite in Längsrichtung des Anschlussteils 300 (waagerecht
in 3) auf, die etwas größer als
die gesamte axiale Länge
der Abdichtung 500 ist. Die Rille 504 weist eine
Tiefe in radialer Richtung des Anschlussteils 300 (senkrecht
in 3) auf, die etwas geringer als
die radiale Abmessung der Abdichtung 500 in ihrem entspannten
Zustand ist, (d. h. radiale Ausdehnung radial von der inneren zur äußeren Fläche beim
Fehlen von äußeren Kräften) aber
geringfügig
größer als
die radiale Abmessung der Abdichtung 500 in ihrem verbundenen
Zustand (d. h. radiale Ausdehnung von der inneren zur äußeren Fläche, wenn radial
komprimiert, gerade genug um eine interne Lücke, die anschließend mit
Bezug auf 4 und 5 genau
beschrieben wird, zu verbergen). Dadurch hält die Vertiefung 504 die
Abdichtung 500 in einem Zustand, in dem sie weder radial
entspannt noch radial geschlossen ist, wenn sie durch den angrenzenden Abschnitt
der Auskleidung 116, mit der der Anschlussteil 300 und
die Vertiefung 504 eine Grenzfläche bilden, verbunden ist.
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Die Vertiefung 504 ist durch
drei mit Abständen
angeordneten Bohrlöchern 506 (von
denen nur eine in 3 sichtbar ist)
mit der Umgebung der Anti-Abriebsauskleidung 118 und daher
mit dem Fluid in der Schlauchbohrung 104 durch die Windungslücken in
der Spiralbandschicht 118 verbunden. Deshalb ist die Vertiefung 504,
und an einer Seite der Abdichtung 500 (die rechte Seite
der Vertiefung 504, wie in
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3 ersichtlich),
jedem beliebigen in der Schlauchbohrung 104 herrschenden
Druck ausgesetzt.
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Die zweite aktive Abdichtung 502 (die
strukturell und dimensional mit der Abdichtung 500 identisch
ist) ist in einer Vertiefung 508 in der Form einer dimensional
mit der Vertiefung oder der Rille 508 identischen Umfangsrille
untergebracht, wobei die Vertiefung 508 auch in der Peripherie
des inneren Teils 300 der Endverbindung, aber axial weiter
weg vom Ende des Anschlussstücks,
welches in die Schlauchbohrung 104 führt, gebildet ist. Die Vertiefung 508 ist
an einer Seite (die rechte Seite, wie in 3 sichtbar)
durch drei mit Abständen
angeordnete Bohrlöchern 510 (von
denen nur eine in 3 ersichtlich ist)
mit einer Seite der Vertiefung 504 (die linke Seite, wie
in 3 sichtbar) an Stellen, die jeweils durch
die Abdichtung 500 von den Einlässen zu der Vertiefung 504 von
den Bohrlöchern 506 getrennt sind,
verbunden (wobei sich diese Einlässe
an der rechten Seite der Vertiefung 504, wie in 3 sichtbar, befinden). Deshalb ist die
entsprechende Seite der zweiten aktiven Abdichtung 502 (auch
die rechte Seite, wie in 3 ersichtlich)
nur dem Druck dessen, was an der Abdichtung 500 vorbei
entweicht, ausgesetzt, während
eine Seite der ersten aktiven Abdichtung 500 (die rechte
Seite, wie in 3 ersichtlich) dem vollständigen Druck
in der Schlauchbohrung 104 ausgesetzt ist. Dieser Unterschied
von Druckarten, denen die Abdichtungen 500 und 502 jeweils
ausgesetzt sind, führt
zu ihren funktionellen Unterschieden, wie durch die Begriffe „erste" bzw. „zweite" bezeichnet wird.
Der Begriff „aktiv", der auch auf beide
Abdichtungen 500 und 502 angewendet wird, rührt von
der Struktur dieser Abdichtungen her, die bewirkt, dass die äußere Hälfte jeder
Abdichtung dazu tendiert, radial nach außen zu expandieren, wenn sie
einem Druckdifferential axial über
die Abdichtung ausgesetzt ist, wie nun mit Bezug auf 4 und 5 genauer beschrieben werden wird.
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4 ist
eine Perspektivansicht einer vollständigen der Abdichtungen 500 oder 502,
während 5 ein schräger Querschnitt der Abdichtung 500 (oder
502) entlang der Linie V-V aus 4 ist,
und ist mit Bezug auf den Maßstab
aus 4 vergrößert dargestellt. Die Abdichtung 500 ist
im Allgemeinen ringförmig
(4) mit einem Querschnitt, der außen, wenn
entspannt (d. h. frei von äußeren Kräften) ein nahezu
rechteckiges Trapez (5) ist. Am wichtigsten
ist, dass die Abdichtung 500 einen annähernd U-förmigen Querschnitt mit einem
sich in Längsrichtung
erstreckenden inneren Teil 520 und einem sich in Längsrichtung
erstreckenden äußeren Teil 522, aufweist,
wobei diese Teile 520 und 522 durch einen sich
radial erstreckenden Teil 524 an einem axialen Ende der
Abdichtung miteinander gekoppelt sind. Die Teile 520, 522 und 524 unterscheiden
sich nicht voneinander, da die Abdichtung 500 integral
gebildet ist und auf verschiedene Teile der Abdichtung Bezug genommen
wird, um lediglich die funktionelle Beschreibung, die folgt, zu
erleichtern.
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Die Abdichtung 500 enthält ein U-förmiges Titaniumband 526 (5), um welches ein Fluoropolymer geformt
ist, mit Ausnahme eines Schlitzes 528, der sich entlang
der Mitte des U-förmigen
Bands 526 erstreckt. Der Schlitz 528 ist zu einer
Endfläche
der Abdichtung 500 (dem linken Ende, wie in 5 gezeigt, und dem rechten Ende, wie in 3 gezeigt) hin offen und legt deshalb
die drei Abdichtungsteile 520, 522 und 524 fest.
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Zu 3 zurückkehrend,
sind die Abdichtungen 500 und 502 in ihren jeweiligen
Vertiefungen oder Rillen 504 und 508, bevor die
innere Muffe 300 des Endabschlusstücks an das Ende des Schlauchs 100 dargebracht
ist, platziert. Wenn die Endverbindung zusammengesetzt und auf das
Ende des Schlauchs gesenkt ist, wobei sich die Abdichtung 500 und 502 an
dem in 3 angezeigten Ort befinden, und
die Schlauchbohrung 104 mit einem durch den Schlauch 100 zu
transportierenden Fluid unter Druck gesetzt ist, strömt das Fluid
durch die Zwischenräume
der Spiralbandwicklung, die die Schicht 118 ausmacht, und
durch die Bohrlöcher 506,
um die rechte Seite (wie in 3 ersichtlich)
der Vertiefung 504 unter Druck zu setzen. Da sich die Abdichtung 500 in der
Vertiefung 504 befindet, mit dem offenen Ende ihres Schlitzes 528 in
der rechten Seite der Vertiefung 504, tendiert die Druckbeaufschlagung
der rechten Seite der Vertiefung 504 und die darauf folgende Druckbeaufschlagung
des Schlitzes 528 dazu, die Abdichtung 500 zu öffnen, d.
h. zu bewirken, dass der äußere Teil 524 der
Abdichtung dazu tendiert, radial nach außen zu expandieren und in engere
Berührung mit
der Innenauskleidung 116 des Schlauchs 100 zu kommen.
(Der innere Teil 520 der Abdichtung 500 wird durch
den unterliegenden Körper
der Muffe 300 daran gehindert, sich radial nach innen zu
bewegen). Die Abdichtung 500 ist dadurch druckbetätigt, d.
h. ihre Abdichtungswirkung wird durch jegliche Abdichtung, die beim
Fehlen des Druckdifferentials hervorgerufen wird, auf einen höheren Abdichtungsgrad
erhöht,
wobei der Grad eine Funktion des abzudichtenden Drucks ist.
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Bis zu dem Punkt, an dem Mängel beim
Abdichten des Fluids erlauben, an der ersten Abdichtung 500 vorbeizuströmen, wird
solches Entweichen in die linke Seite der Vertiefung 504 (wie
in 3 ersichtlich) eine Erhöhung der
Druckbeaufschlagung mittels der Bohrlöcher 510 zur rechten
Seite der zweiten Abdichtung 502 übertragen und dadurch die Druckbetätigung der
Abdichtung 502 bewirken, um als Ersatz zur ersten Abdichtung 500 zu
wirken. Die Struktur und Funktion der zweiten Abdichtung 502 sind
die gleichen wie die der ersten Abdichtung 500, wobei die
einzigen substanziellen Unterschiede zwischen diesen Abdichtungen
in ihren jeweiligen Stellen und Quellen der Druckbeaufschlagung
liegen.
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6 zeigt
ein anderes System des Schlauchendes, der Endverbindung und der
aktiven Abdichtung, wobei dieses andere System grundsätzlich dem
System aus 3 ähnlich ist, sich aber im Detail unterscheidet.
Wie bei der vorherigen Endverbindung im System aus 6,
ist die Endverbindung anfangs aus zwei Teilen, nämlich einer geeignet profilierten
inneren Muffe 310 und einer geeignet profilierten äußeren Muffe 410,
die jeweils innerhalb und außerhalb
des Endes des Schlauchs 100 platziert sind. Im System in 6 ist die innere Muffe 310 an der
Innenauskleidung 116 des Schlauchs 100 durch eine
im Allgemeinen ringförmige
aktive Abdichtung 600 abdichtend angebracht. Die Abdichtung 600 ist aus
einem Fluoropolymer mit geeigneten Eigenschaften gebildet und kann
eines der Fluoropolymere, aus denen die Innenauskleidung 116 ausgewählt ist,
oder eine Mischung solcher Fluoropolymere sein. Die Abdichtung 600 befindet
sich in einer Vertiefung, die die Form einer Umfangsrille 602 in
der peripheren Fläche
der inneren Muffe 310 aufweist. Da die Vertiefung oder
Rille 602 von der Peripherie der Muffe 310 an
einem Abschnitt der Muffe 310, der sich innerhalb der Schlauchbohrung 104 befindet
und in Berührung mit
der Innenauskleidung 116 ist, nach innen geschnitten ist,
liegt die Vertiefung 602 an der Grenzfläche zwischen der Innenauskleidung 116 und
der inneren Muffe 310 der Endverbindung an. Der (Querschnitt
der Vertiefung 602 spitzt sich von einer zwei-winkligen
konvexen radial inneren Oberfläche aus
zum Ausgang der Vertiefung hin zu, wobei er etwas einem Pfeilkopf,
dessen Spitze abgeschnitten ist, ähnelt. Mehrere voneinander
mit Abstand angeordnete Durchgänge 604 erstrecken
sich durch den Körper
der inneren Muffe von der radial inneren Oberfläche der Vertiefung 602 radial
nach innen, um die Vertiefung 602 radial nach innen von
der Abdichtung 600 mit der Fortsetzung der Schlauchbohrung 104 durch
das Endabschlussstück
zu verbinden. Die Mitte des zwei-winkligen konvexen Bodens ist durch ein
im Umfang ausdehnbares ringförmiges
Band 606 aus Metall bedeckt, das dazu dient, Fluiddruck (der durch
die Durchgänge 604 von
der Schlauchbohrung 104 ankommt) zur radial inneren Seite
der Abdichtung 600 zu übertragen
und dadurch die Abdichtung 600 radial nach außen in abdichtende
Berührung
mit der Innenauskleidung 116 des Schlauchs 100 durch Druck
zu betätigen.
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Ein bevorzugtes Verfahren der Bildung
der Abdichtung 600 wird nun mit Bezug auf 7 und 8 beschrieben werden.
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7 zeigt
die erste Stufe der Bildung der Abdichtung 600. Die innere
Muffe 310 der Endverbindung ist anfangs getrennt von der äußeren Muffe 410 und
entfernt vom Schlauch 100. Die Peripherie der Muffe 310 ist
mit einer Umfangsvertiefung oder -rille 602 gebildet und die radialen
Durchgänge 604 sind gebohrt
oder anderweitig zwischen der radial inneren Oberfläche der
Vertiefung 602 und der Bohrung der Muffe 310 gebildet.
Das ringförmige
Metallband 606 wird dann auf die radiale innere Oberfläche der
Vertiefung 602 gepasst. Das Band 606 kann (zum Beispiel)
als ein Federstahlring mit einem einzelnen transversalen Spalt gebildet
sein, um im Umfang genug ausdehnbar zu sein, um über die Peripherie der Muffe 310 zu
passen und um entlang der Muffe zu gleiten, bis es in die Vertiefung 602 springt.
Eine solche Kapazität
des Bands 606 zur Umfangsausdehnung ist auch mehr als angemessen
für die
druckbetätigte
Ausdehnung der Abdichtung 600 in dem vollständigen Abdichtungssystem.
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7 stellt
die Vorbereitungsstufe für
die zweite Stufe der Bildung der Abdichtung 600 dar, die nun
mit Bezug auf 8 beschrieben werden
wird.
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In 8 ist
das System aus 7 mit einer Ringform 700,
die eine Feinpassung um die Peripherie der inneren Muffe 310 im
Bereich der Muffenperipherie ist, worin die Vertiefung oder Rille 602 gebildet ist,
ausgestattet. Die innere Fläche
der Form 700 ist mit der Muffenperipherie auf beiden axialen
Seiten der Vertiefung 602 durch eingebaute metallische O-Ringe 702 abgedichtet.
Die Form 700 ist radial auf der Muffe 310 durch eine
Feinpassung ihrer jeweils inneren und äußeren Peripherien ausgerichtet.
Die Form 700 ist auf der Muffe 310 durch eine
Endplatte 704, die an das Ende der Muffe 310 stößt, wenn
sich die Form 700 an ihrer korrekten axialen Stellung auf der
Muffe 310 befindet, axial ausgerichtet. Die Winkelausrichtung
der Form 700 auf der Muffe 310 ist nicht wesentlich,
da die Abdichtung 600, die letztendlich erzeugt werden
soll, im Umfang einheitlich ist.
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Die Ringform 700 schließt eine
Einspritzdüse 706,
durch die das geschmolzene Fluoropolymer von einem separaten Extruder
(nicht gezeigt) in die Vertiefung 602 eingespritzt wird,
ein, um an Ort und Stelle ein Pressspritzen der Abdichtung 600 durchzuführen. Da
die Durchgänge 604 durch
die Abdeckung dieser Durchgänge
mit dem Band 606 gegen Ausströmen
aus der Vertiefung 602 blockiert sind, wird die Entlüftung der
Gase und des überschüssigen Polymers
aus der Vertiefung 602 durch die Bereitstellung eines oder
mehrerer an geeigneter Stelle liegender Eingusslöcher 706 durch die
innere Fläche
der Form 700 ermöglicht.
Wenn das eingespritzte Fluoropolymer ausreichend geronnen ist, wird
die Form 700 von der Muffe 310 entfernt und inakzeptable
Oberflächenfehler
in der neu geformten Abdichtung 600 werden ausgebessert.
Die Funktionsfähigkeit
der Abdichtung 600 unter Druckbetätigung kann nach dem Aushärten, aber
vor der Installation der Muffe 310 als Teil eines Endabschlussstücks getestet
werden.
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9 zeigt
ein weiteres System des Schlauchendes, der Endverbindung und der
aktiven Abdichtung, wobei dieses weitere System im Wesentlichen ähnlich dem
System in 6 ist und sich hauptsächlich in
Details der aktiven Abdichtung unterscheidet. Verglichen mit der
Abdichtung 600 in 6 ist der Querschnitt
der Abdichtung 800 in 9 um
90° gedreht
und der Kegel der Abdichtung 600 ist in der Abdichtung 800 zur
Parallelität
abgeändert.
Die zwei-winklige konvexe Bodenoberfläche der Vertiefung 602 ist
nun eine Seite (die rechte Seite, wie in 9 ersichtlich)
der entsprechenden Vertiefung 802, aber das entsprechende
winklige Band 806 verbleibt auf dieser konvexen Oberfläche. Während sich in 6 die Druck übertragenden Fluiddurchgänge 604 radial
ausdehnten, dehnen sich nun in 9 die entsprechenden
Druck übertragenden
Durchgänge ferner
gemäß der 90° Transformation
der Querschnittsstruktur der Abdichtung 800 mit Bezug auf
die Querschnittsstruktur der Abdichtung 600 axial aus.
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10 und 11 zeigen Stufen im Pressspritzen der Abdichtung 800,
die genau den 7 und 8 entsprechen.
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9 zeigt
auch eine optimale Modifizierung, in der eine sekundäre oder
Ersatzabdichtung 850 bereitgestellt werden kann, wobei
ein jeweiliger Druck übertragender
Kanal (nicht gezeigt) entweder in die Vertiefung 802 führt (so
dass die Abdichtung 850 durch Entweichen an der Abdichtung 800 vorbei, durch
Druck betätigt
wird) oder direkt zur Bohrung der Muffe 310 führt (so
dass, anstatt eine Ersatzabdichtung zu sein, die Abdichtung 850 parallel
zur Abdichtung 800 durch Druck betätigt wird, aber stufenförmig abdichtet).
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Modifizierungen und Variationen der
oben beschriebenen Ausführungsformen
sind möglich. Zum
Beispiel können
zwei oder mehrere Abdichtungen im System in 6,
anstatt der gezeigten einzelnen Abdichtung, bereitgestellt werden.
In jedem beliebigen System der 3, 6 oder 9 könnte der Schlauch 100 (wie
in 1 genau beschrieben) durch
den Schlauch 200 (wie in 2 genau
beschrieben) oder durch jeden beliebigen anderen Schlauch mit einer
Fluoropolymer-Auskleidung
gemäß der Erfindung
ersetzt werden. Wie schon erwähnt,
sind die Schlauchschichten 114 und 118 in dem
Schlauch 100 (und die entsprechenden Schichten 214 und 218 in
dem Schlauch 200) optional und andere Modifizierungen wie
(zum Beispiel) das Bereitstellen einer Anzahl von Verstärkungsschichten (108, 110; 208; 210),
größer oder
geringer als zwei, oder das gänzliche
Auslassen von separaten Verstärkungsschichten
(und auf der Grundlage der Garnverstärkungen, die mit dem Kautschuk
der Schicht 106 oder 206 vermischt sind) können verwendet
werden. Alle Formen der druckbetätigten
Abdeckung, die bisher mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben
wurden, waren ringförmig
und im Umfang durchgehend, es ist aber denkbar, dass zusätzliche
oder alternative Abdichtungen für
Grenzflächenbereiche,
die keine vollständigen
Ringe sind, erforderlich oder erwünscht sein können und
als solche können
die druckbetätigten
Abdichtungen auf separate Abschnitte der Grenzfläche, deren Abschnitte nicht
ringartig sind, beschränkt
sein, wobei die Form der Abdichtungsoberfläche der Menge Abdichtungsmaterial
aus den veranschaulichten Ringformen zweckmäßig neu geformt ist.
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Andere Modifizierungen und Variationen
der oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen können, ohne
den in den angefügten
Ansprüchen
definierten Bereich der Erfindung zu verlassen, angebracht werden.