BRPI0908796B1 - mangueira de expansão, montagem da mangueira e método - Google Patents

Abstract

mangueira de expansão, montagem da mangueira e método trata-se de uma mangueira de expansão adaptada para suavizar flutuações de pressão em um sistema hidráulico possuindo um tubo interno, um reforço têxtil e uma cobertura externa. o reforço inclui vários fios, os quais, por sua vez, possuem vários filamentos de primeiro tipo de material de fibra e vários filamentos de segundo tipo de material de fibra, com o primeiro tipo de fibra possuindo alongamento na ruptura maior do que o segundo tipo de fibra por pelo menos 4% de alongamento. a mangueira de expansão pode ser parte de uma montagem incluindo pelo menos um encaixe, acoplamento, suporte, braçadeira da mangueira ou outra mangueira.

Description

“MANGUEIRA DE EXPANSÃO, MONTAGEM DA MANGUEIRA E MÉTODO” ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Campo da Invenção Esta invenção se relaciona em geral com uma mangueira de alta pressão com expansão controlada adequada para aplicações de direção hidráulica, mais particularmente, com uma mangueira de expansão com uma camada têxtil de reforço compreendendo filamentos de náilon como de poliéster, e especificamente, com uma mangueira de expansão com uma primeira camada de reforço trançada de náilon e com uma segunda camada de reforço trançada de poliéster.

Descrição da Técnica Anterior Mangueiras de expansão são utilizadas em sistemas de transferência de fluido em alta pressão ou sistemas de força de fluido, tal como sistemas hidráulicos, sistemas de direção hidráulica, e assim por diante. Em tais aplicações dinâmicas, onde uma mangueira é sujeita à pulsação por pressão, uma mangueira de expansão com uma quantidade controlada predeterminada de expansão volumétrica pode ser útil para suavizar as flutuações de pressão, amortecer as vibrações, reduzir o ruído, ou de outro modo melhorar a resposta do sistema aos pulsos de pressão. A expansão do volume se refere à variação do volume interno da mangueira quando provida de um fluido em alta pressão. A expansão controlada se refere a uma mangueira projetada para exibir uma quantidade predeterminada de expansão volumétrica em uma dada pressão interna. Tal mangueira é normalmente referida como “mangueira de expansão”. Um esquema de classificação que pode ser pode ser utilizado para a mangueira de expansão é baseado na expansão volumétrica por comprimento unitário da mangueira, especificado em cc/m. Por exemplo, um padrão publicado pela SAE International, SAE J2050, descreve a mangueira de expansão para aplicação de mangueira de pressão de direção hidráulica como possuindo expansão volumétrica na faixa de 10 até 46 cc/m em uma pressão interna de 9,0 MPa para uma mangueira possuindo um diâmetro interno (“ID”) de 9,85 mm. Outra especificação, publicada por um fabricante de veículos recomenda que a mangueira de direção hidráulica com alta expansão exiba expansão volumétri-ca de 27 até 40 cc/m em 9,0 MPa para um ID de cerca de 10 mm. Assim, a mangueira de expansão pode alguma coisa arbitrariamente se adicionalmente classificada como mangueira de pouca expansão ou mangueira de alta expansão. A mangueira de baixa expansão pode possui uma expansão volumétrica relativa de cerca de 13% até cerca de 35% em uma pressão máxima de trabalho predeterminada. A mangueira de alta expansão pode possuir uma expansão volumétrica de mais do que cerca de 35% em uma pressão máxima de trabalho predeterminada. A mangueira de expansão geralmente é projetada para possuir uma pressão de ruptura de cerca de quatro vezes a pressão máxima de trabalho. A alta pressão de ruptura pode geralmente ser obtida pela utilização de camadas de reforço com arames, fibras, ou fios de alta resistência. Porém, a alta pressão de ruptura e a alta expansão volumétrica podem ser metas opostas. A resistência à fadiga também é requerida quando mangueiras de expansão são sujeitas às condições dinâmicas, tal como pulso de pressão alta repetidos. Por exemplo, a SAE J2050 recomenda a performance mínima de 200.000 ciclos de pressão que atinge o auge em 100% da pressão máxima do projeto de 10,5 MPa. Infelizmente, à medida que as demandas em relação à mangueira de expansão geralmente se movem em direção às pressões, temperaturas e resistência á fadiga mais elevadas, as três metas de ter certa pressão de ruptura mínima, expansão volumétrica predeterminada em certa pressão de trabalho, e uma alta resistência à fadiga ao impulso são vistas como estando em oposição. Simplesmente aumentar a pressão de trabalho irá aumentar a expansão volumétrica e diminuir a duração da fadiga. Aumentar a quantidade de reforço pode aumentar à pressão de ruptura, mas ao mesmo tempo irá diminuir a expansão volumétrica. Parâmetros de reforço, tal como ângulo de entrelaçamento ou ângulo de espiral, podem ser utilizados para controlar alguma coisa a expansão volumétrica, mas desvios a partir das configurações normais ideais também causam efeitos negativos em relação a outros aspectos da performance da mangueira tal como estabilidade do comprimento. A Patente US 5.172.729 revela um exemplo de uma mangueira de expansão possuindo um corpo interno oco flexível que se estende de forma coaxial com uma mangueira de pressão externa. Tais projetos de mangueira dupla são complexos. A Patente US 7.063.181 revela uma mangueira de direção hidráulica possuindo um núcleo interno com múltiplas camadas, coberto com duas camadas de reforço tubulares na forma de um material trançado ou em espiral ou entrelaçado, tal como náilon. A expansão da mangueira é dita como sendo controlada através do alongamento do fio e do ângulo no qual ele é aplicado, mas nenhum exemplo da mesma é oferecido. A Patente US 5.660.210 revela uma mangueira reforçada possuindo pelo menos duas camadas de fio de reforço, incluindo uma camada inferior de um fio de poliéster possuindo alongamento de 10% no rompimento, e uma camada superior de fio de poliéster ou de álcool polivinílico. A mangueira resultante é dita como possuindo excelente resistência à fadiga, mas expansão de volume muito pequena. A Patente US 5.660.210 instrui que não existe fio de reforço que satisfaça ambas características, isto é, resistência à fadiga e expansão de volume, simultaneamente. Mesmo quando os materiais das duas camadas são variados, nenhuma construção ainda satisfatoriamente harmonizou estas duas características contraditórias. A Patente US 6.807.988 revela uma construção de mangueira termoplástica reforçada possuindo pelo menos uma primeira e uma segunda camada de reforço de uma pri- meira e de uma segunda fibra, com as duas camadas unidas por um agente de ligação que é controlado para umedecer somente uma parte dos filamentos. A expansão radial e o alongamento axial são ditos como sendo afetados pelo ângulo de passo das camadas espirala-das, as quais são enroladas de forma oposta em pares para contrabalancear os efeitos de rotação torsional. A Patente US 5.316.046 revela uma mangueira de direção hidráulica possuindo uma ou mais camadas de reforço de fibras orgânicas. A mangueira exibe uma expansão volumétrica de 20 até 26 cc / m em 9 MPa (6 até cc / pés em 91 kg / cm2), o que corresponde a uma expansão volumétrica de cerca de 35%. A Patente US 5.077.108 revela laminados compostos para a mangueira incluindo reforços fibrosos na forma de entrelaçamentos de um material selecionado de náilons, poli-ésteres, raiom, algodões, vinylons, aramidas, e assim por diante. A Patente US 6.677.018 revela uma mangueira de alta pressão possuindo várias camadas de reforço incluindo uma camada reforçada com arame de aço e uma camada reforçada com fibra orgânica baseada em poliamida aromática. A Patente US 7.143.789 revela uma mangueira de alta pressão possuindo um número ímpar de camadas de pregas de reforço que de preferência são idênticas ou pelo menos o seu módulo de elasticidade é similar. A Patente US 3.383.258 revela uma mangueira de alta pressão possuindo pelo menos uma camada de fios trançados compreendendo filamentos de poliéster. A Patente US 3.605.818 revela uma mangueira de alta pressão possuindo pelo menos uma camada trançada de uma fita impregnada com aglutinante de fios não torcidos com múltiplos filamentos compreendendo filamentos sintéticos ou naturais. Um material preferido é um filamento com dois constituintes de náilon e poliéster misturados por fusão. A Publicação de Patente Japonesa Não Examinada JP 02-147328 revela um cor-donel para reforçar a mangueira de resina compreendendo uma fibra composta de núcleo / revestimento de núcleo de poliéster e de revestimento de náilon. Entretanto, é conhecido na técnica que misturas de duas fibras com diferentes propriedades geralmente não segue uma relação linear com a proporção da mistura, e a propriedade resultante geralmente é menos do que a proporcional. (Veja, por exemplo, Wellington Sears Handbook of Industrial Textiles, §292 (1963).) A Patente US 4.898.212 revela uma mangueira flexível reforçada possuindo um par de camadas enroladas opostamente de forma helicoidal de reforço compreendendo uma primeira fibra (poliamida aromática) possuindo uma tenacidade de cerca de 12 até cerca de 25 gramas em relação a denier e um alongamento na ruptura de cerca de 2% até cerca de 8% que são dispostas em relação contígua alternada com uma segunda fibra (de preferência, poliéster) possuindo uma tenacidade de cerca de 7 até 11 gramas por denier e um alon- gamento de ruptura de cerca de 9% até cerca de 17%. Uma mangueira ilustrativa possuindo uma primeira camada trançada de Kevlar e uma segunda camada trançada de poliéster exibiu resistência à fadiga de flexão inferior. A expansão volumétrica das mangueiras reveladas era muito baixa para ser considerada mangueira de expansão.

SUMÁRIO A presente invenção é direcionada para uma mangueira de expansão que proporciona uma expansão volumétrica predeterminada e excelente resistência à fadiga por pressão de impulso para aplicações de alta pressão, tal como mangueira de direção hidráulica. Em particular, a presente invenção está relacionada com uma mangueira de expansão possuindo resistência à fadiga por impulso melhorada e pressão de ruptura em uma expansão vo-lumétrica e / ou pressão de trabalho mais elevada do que a mangueira da técnica anterior. Em outras palavras, a presente invenção otimiza simultaneamente duas características contraditórias, isto é, resistência à fadiga por impulso e expansão de volume controlada. A presente invenção é direcionada para uma mangueira de expansão possuindo um tubo interno, um reforço têxtil e uma cobertura externa. O reforço têxtil inclui vários fios, os quais por sua vez incluem filamentos de um primeiro tipo de material de fibra e um segundo tipo de material de fibra. Em uma concretização, o primeiro tipo de fibra possui alongamento no rompimento maior do que o segundo tipo de fibra, pelo menos cerca de 4% de alongamento. Em outra concretização, o primeiro tipo de fibra é náilon e o segundo tipo de fibra é poliéster. O reforço têxtil pode estar presente como duas camadas têxteis separadas, uma de cada tipo de fibra. As camadas podem ser camadas de reforço equilibradas, e a camada de fios do primeiro tipo de fibra pode ser interior à camada de fios do segundo tipo de fibra. As camadas têxteis podem ser pares trançados ou enrolados ou espiralados de direções opostas de enrolamento. A mangueira de expansão adicionalmente pode incluir uma camada de fricção entre as duas camadas de reforço. O reforço têxtil pode ser substancialmente penetrado por um tratamento adesivo.

Em outra concretização, o reforço têxtil da mangueira de expansão pode ser uma camada de reforço equilibrada de fios trançados, espiralados ou enrolados, onde os fios são uma mistura do primeiro e do segundo tipo de material de fibra. Mais do que uma camada pode ser utilizada.

Em outra concretização, o reforço têxtil da mangueira de expansão pode ser uma camada de reforço equilibrada de fios trançados, espiralados ou enrolados, onde os dois tipos de materiais de fibra estão presentes como dois respectivos tipos de fios, os dois tipos de fios dispostos de um modo alternado na camada equilibrada. Os dois tipos de materiais de fibra podem ser náilon e poliéster.

Uma concretização da mangueira de expansão da presente invenção pode possuir uma expansão volumétrica na faixa de 13% até cerca de 35% em uma pressão na faixa de cerca de 6,9 MPa (1000 psi) até cerca de 20,7 MPa (3000 psi). A mangueira de expansão, assim, pode ser adaptada para reduzir ou suavizar as flutuações de pressão em um sistema hidráulico. A invenção também é direcionada para uma montagem incluindo a mangueira de expansão descrita acima e pelo menos um encaixe, acoplamento, suporte, ou outra mangueira. O dito anteriormente esboçou um tanto amplamente os aspectos e as vantagens técnicas da presente invenção de modo que a descrição detalhada da invenção que segue possa ser mais bem entendida. Aspectos e vantagens adicionais da invenção serão descritos daqui para frente, os quais formam o assunto das reivindicações da invenção. Deve ser apreciado pelos versados na técnica que o conceito e a concretização específica revelados podem ser prontamente utilizados como uma base para modificação ou projeto de outras estruturas para realizar os mesmos propósitos da presente invenção. Também deve ser percebido pelos versados na técnica que tais construções equivalentes não se afastam do espírito e do escopo da invenção, como expostos nas reivindicações anexas. Os novos aspectos, os quais se acredita como sendo característicos da invenção, tanto quanto a sua organização e quanto ao método de operação, juntos com objetivos e vantagens adicionais serão mais bem entendidos a partir da descrição seguinte quando considerados em conexão com as figuras acompanhantes. Entretanto, é para ser expressamente entendido que cada uma das figuras é proporcionada para o propósito somente de ilustração e de descrição, e não é pretendida como uma definição dos limites da presente invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Os desenhos acompanhantes, os quais são incorporados e fazem parte do relatório descritivo, no qual números iguais designam partes iguais, ilustram concretizações da presente invenção e juntos com a descrição, servem para explicar os princípios da invenção. Nos desenhos: A FIGURA 1 é uma vista em perspectiva parcialmente fragmentada de uma mangueira de expansão construída de acordo com a presente invenção; e A FIGURA 2 é uma vista em perspectiva de uma montagem de mangueira de acordo com uma concretização da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA

Referindo-se à FIG. 1, é ilustrada uma mangueira de expansão, construída de acordo com uma concretização da presente invenção. A mangueira de expansão 10 compreende o tubo interno 11, o reforço compreendendo as camadas trançadas 12 e 14 separadas pela camada de fricção 13, e a cobertura externa 15 posicionada sobre a camada de reforço 14. O tubo 11 pode compreender uma ou mais camadas de um ou mais materiais flexíveis, tal como um elastômero ou um plástico. Em geral, o reforço pode compreender uma ou mais camadas têxteis distintas, as quais podem ser camadas trançadas equilibradas ou camadas espiraladas equilibradas, e as quais compreendem dois tipos de fibras. Equilibrada significa possuir um número igual de fios iguais enrolados, espiralados ou trançados em cada direção ao redor da mangueira. Isto também significa que os fios de direção oposta de enrolamento possuem ângulos de enrolamento iguais, porém opostos, mais ou menos. Se os fios opostamente enrolados não estiverem na mesma posição radialmente ou na mesma camada, um ângulo de envolvimento ligeiramente diferente pode ser utilizado para compensar a diferença na posição radial. O equilíbrio minimiza qualquer tendência da mangueira torcer. A concretização da FIG. 1 apresenta duas camadas de reforço trançadas 12 e 14, as quais são trançadas sobre o tubo interno 11. O material da superfície interna do tubo pode ser fabricado de um ou mais materiais elastoméricos ou plásticos flexíveis escolhidos para suportar os fluidos e a condição ambiental esperada dentro da mangueira. A cobertura 15 pode ser fabricada de um ou mais materiais elastoméricos ou plásticos flexíveis para suportar o ambiente exterior encontrado. A cobertura 15 pode incluir um membro de cobertura têxtil para resistência à abrasão ou outra propriedade especial. A camada de fricção 13 pode ser fabricada de um ou mais materiais elastoméricos ou plásticos flexíveis adequados para unir ou aderir as duas camadas de reforço têxtil juntas. O tubo 11, a camada de fricção 13 e a cobertura 15 podem ser fabricados do mesmo material ou de materiais diferentes. O tubo 10 pode ser formado por métodos incluindo etapas, tal como moldagem, envolvimento, vul-canização e / ou extrusão.

De acordo com a invenção, o reforço compreende dois tipos diferentes de fibras de filamentos de polímero sintético. Os dois tipos de fibras sintéticas podem ser selecionados de poliamidas, poliésteres, poliamidas ou aramidas aromáticas, raiom, acrílicos, acetatos, álcool polivinílico, sulfetos de poliarileno, poliolefinas, e assim por diante. De preferência, um tipo de fibra é de alongamento superior no rompimento do que o outro. A diferença no alongamento entre os dois tipos de fibra pode ser 4% ou mais, em termos de alongamento percentual. Em uma concretização, a camada têxtil interna 12 compreende fibras com um material de alongamento relativamente elevado, tal como náilon, acrílico, e assim por diante. Um material de alto alongamento preferido para a camada têxtil interna 12 é náilon. Um náilon preferido é o náilon 66. Na mesma concretização, a camada têxtil externa 14 compreende fibras de um material com pouco alongamento com o módulo relativamente alto, tal como aramida, poliéster, raiom, sulfeto de polifenileno (“PPS”), naftalato de polietileno (“PEN”), poli (benzobistiazol) (“PBT”), polietileno de ultra-alto peso molecular (“UHMWPE”), e assim por diante. Um material com pouco alongamento preferido é poliéster. Um poliéster preferido é o poli (tereftalato de etileno) (“PET”). Assim, em uma concretização, a camada interna 12 compreende filamentos de náilon e a camada externa 14 compreende filamentos de poliéster. Alternativamente, a camada têxtil interna 12 pode ser de uma fibra com pouco alongamento e a camada têxtil externa 14 pode ser de uma fibra com alto alongamento.

De acordo com a presente invenção, foi verificado que a combinação de um material de fibra de alto alongamento com um de baixo alongamento, como reforços da mangueira de expansão, proporciona propriedades de performance melhores do que podem ser obtidas com qualquer um dos materiais sozinhos. O aperfeiçoamento na performance pode ser significativamente maior do que predito por um relação linear baseada nas proporções de fibra. Por exemplo, a combinação do reforço de náilon com poliéster é vantajoso para a mangueira de expansão requerendo alta pressão de ruptura, alta resistência à fadiga pela pressão de impulso, e expansão volumétrica relativamente alta, tal como requerido nas aplicações de direção hidráulica. A invenção também proporciona um método melhorado para sintonizar a expansão da mangueira para as aplicações particulares, reduzindo a ressonância nos sistemas hidráulicos, reduzindo o ruído em sistemas de mangueira hidráulico ou não hidráulicos. Estas vantagens podem ser alcançadas sem a necessidade de sintonizar cabos ou outros dispositivos complexos, tal como descritos nas patentes US 5.172.729 e 6.155.378, assim resultando em sistemas mais simples e / ou na redução de custo.

Em uma concretização da invenção, as camadas de reforço 12 e 14 podem ser combinadas em uma única camada trançada incluindo alguns fios com alto alongamento e alguns fios com baixo alongamento, por exemplo, alguns fios de náilon e alguns fios de poli-éster, trançados em uma disposição regularmente alternada. Por exemplo, cada outro porta-fios de trançar em uma máquina de trançar com múltiplos portadores poderia aplicar o fio de poliéster, e outros porta-fios poderiam aplicar o fio de náilon. Se o porta-fios possuir capacidade de múltiplas extremidades, então o padrão trançado poderia ser uma série de extremidades de náilon alternando com outra série de extremidades de poliéster. Ou, como outro exemplo, cada outra extremidade do fio poderia ser fio de poliéster alternando com o fio de náilon. A mangueira pode possuir duas ou mais camadas similares de fios de reforço, de acordo com os requerimentos do projeto para a aplicação da mangueira de expansão. As camadas de reforço podem ser separadas por uma camada de fricção ou por outra camada adesiva.

Ainda em outra concretização, as camadas de reforço 12 e 14 podem ser combinadas em uma única camada trançada de fios misturados compreendendo uma mistura de filamentos ou fibras com alto alongamento com filamentos ou fibras de baixo alongamento, por exemplo, uma mistura de filamentos de náilon e filamentos de poliéster. De preferência, a mistura é uma trançado de fios de uma mistura de duas fibras cortadas, ou um filamento de fio entrançado de dois materiais trançados juntos. De preferência, o fio misturado não é uma construção de núcleo / revestimento. De preferência, cada filamento é de material de alto alongamento ou de material de baixo alongamento, por exemplo, de náilon ou de poliés-ter, e não uma mistura molecular dos dois materiais. A mangueira pode possuir duas ou mais camadas similares, de acordo com os requerimentos do projeto para a aplicação da mangueira. Náilon se refere a qualquer poliamida sintética de cadeia longa possuindo grupos recorrentes de amido, como uma parte integral da cadeia do polímero, incluindo, por exemplo, náilon 66, o qual é adipamida de poli (hexametilenodiamina), e náilon 6, o qual é polica-prolactam. Fibras de poliamida de alta tenacidade ou fibras com tenacidade normal podem ser utilizadas nas concretizações da invenção. fibras de náilon representativas são comercializadas por companhias, tal como DuPont, Acordis, e Solutia. Fios de náilon ou threads úteis podem exibir um alongamento na ruptura de cerca de 13% até cerca de 27%, de preferência, pelo menos 17%, ou de cerca de 19% até cerca de 21%. Fios de náilon úteis podem estar na faixa de 500 até 5000 denier e / ou podem ser retorcidos a partir de um número de fios menores, opcionalmente com uma torção de cerca de 1 até 5 voltas por polegada.

Poliéster se refere a qualquer polímero sintético de cadeia longa composto de pelo menos cerca de 85% por peso de um éster de álcool dihídrico e ácido tereftálico possuindo grupos recorrentes de amido como uma parte integral da cadeia do polímero, incluindo, por exemplo, poli (tereftalato de etileno) ou PET. Fibras de poliéster com alta tenacidade ou de tenacidade normal podem ser utilizadas. Fibras de poliéster representativas são comercializadas por companhias, tal como DuPont, Acordis e KoSa. Fibras ou fios de poliéster úteis podem exibir um alongamento na ruptura de cerca de 10% até cerca de 19%, ou de cerca de 11% até cerca de 19%, ou cerca de 15%. Fios de poliéster úteis podem estar na faixa de 500 até 5000 denier e / ou podem ser retorcido a partir de um número de fios pequenos, opcionalmente com uma torção de cerca de 1 até 5 voltas por polegada.

Assim, em uma concretização da presente invenção, uma expansão volumétrica predeterminada e uma excelente duração da fadiga pode ser obtidas em uma mangueira de expansão pela seleção para o reforço de um fio possuindo um alto alongamento, isto é, um alongamento maior do que cerca de 17%, e um fio com alongamento inferior possuindo um alongamento de pelo menos cerca de 4% menos do que o fio de alto alongamento. Em outra concretização, ambos os fios podem possuir mais do que 9% ou 10% de alongamento e uma diferença no alongamento de pelo menos 4% de alongamento. Assim, uma mangueira de expansão de acordo com a presente invenção pode ser formada, a qual exibe uma expansão volumétrica em algum lugar na faixa de 13% até 35% em alguma pressão de trabalho na faixa de 6,9 MPa (1000 psi) até 17,2 MPa (2500 psi), ou até 20,7 MPa (3000 psi).

Os fios podem ser tratados com adesivo para melhorar a adesão ao tubo, à camada de fricção, ou à cobertura, e / ou para melhorar o processamento ou a manipulação. Vários tratamentos conhecidos na técnica podem ser úteis, incluindo látex de resorcinol- formaldeído (“RFL”), epóxi, isocianato, uretano, e assim por diante. Em uma concretização preferida, os fios são tratados de uma maneira resultado em penetração substancialmente completa no fio pelo tratamento adesivo. Os fios podem ser tratados para ligação por revestimento e secagem de um cimento de borracha ou RFL. Geralmente, a penetração pode ser obtida por passar o fio através de um tanque de imersão possuindo um tratamento adesivo com viscosidade suficientemente baixa e utilizando por cima uma ou mais matrizes ou rolos dentro e / ou fora do tanque de imersão para trabalhar o tratamento para dentro do fio. Ao mesmo tempo em que a vulcanização da mangueira, o adesivo pode ser reagido por calor, causando que os fios ou filamentos sejam fortemente unidos um com o outro e / ou com uma ou mais camadas de borracha ou de plástico da mangueira.

Uma camada de reforço têxtil pode ser trançada ou enrolada em espiral. Uma camada trançada inclui um certo número de extremidades enroladas em cada direção ao redor do tubo e deixadas de um modo repetitivo por cima / por baixo. Uma disposição útil são quatro extremidades trançadas em um padrão dois em cima, dois em baixo. Outro padrão trançado útil é o três em cima, três em baixo. Contudo, qualquer padrão trançado desejado e / ou número de extremidade podem ser utilizados. O ângulo da hélice pode estar próximo ou ser o assim chamado “ângulo neutro” ou “ângulo trava” de cerca de 540 e 44' com respeito ao eixo geométrico longitudinal da mangueira. Se o enrolamento em espiral for utilizado, então uma camada de preferência inclui duas camadas com um número igual de fios e um passo igual, mas com uma direção de enrolamento oposta para equilíbrio. Um par de camadas opostamente espiraladas pode incluir uma camada de fricção ou adesiva entre o mesmo. Em qualquer caso de construção em espiral ou trançada, o ângulo da hélice pode estar na faixa de cerca de 40 até 60 graus, de preferência de 47 até 60 graus, ou cerca de 54 graus.

Em um típico processo de trancamento, cada bandeja do trançador pode possuir o número requerido de porta-fios ou fusos para uma camada completa. Dos porta-fios, metade pode ir no sentido horário e metade no sentido anti-horário. Cada porta-fios pode possuir um rolo cônico ou bobina que pode conter fios de extremidade única ou com múltiplas extremidades. O número de extremidades, o diâmetro ou volume do fio, e a densidade do trançado podem ser selecionados para proporcionar um nível desejado de cobertura pela camada trançada. A cobertura na faixa de 50% até cerca de 100% pode ser vantajosa, ou de cerca de 60% até cerca de 95%. Geralmente, uma densidade do trançado a mais alta possível é desejável, enquanto permitindo abertura suficiente para boa penetração de borracha para adesão.

Materiais de borracha úteis para o tubo, para a camada (camadas) de fricção, e / ou para a cobertura incluem polietileno clorossulfonado (“CSM”), elastômero de polietileno clo-rado (“CPE”), nitrilo, nitrilo hidrogenado, flúorelastomeros, elastômeros de etileno / alfa- olefinas (tal como EPM, EPDM, e assim por diante) ou coisa parecida. Os materiais de borracha podem ser compostos para incluir vários ingredientes, como é bem conhecido na técnica, tal como enchimentos, fibras curtas, plastificantes, antioxidantes, antiozonadores, estabilizadores, aditivos de processo, extensores, promotores de adesão, coagentes, agentes de vulcanização, curativos, e assim por diante. Da mesma forma, materiais plásticos ou elastômeros termoplásticos podem ser compostos e / ou utilizados ao invés da borracha ou em adição aos materiais de borracha no tubo, nas camadas de fricção e / ou na cobertura.

De acordo com a presente invenção, métodos conhecidos para fabricar mangueira geralmente podem ser utilizados. O tubo pode ser extrudado ou dobrado em um mandril. O reforço pode ser aplicado junto ao tubo, como descrito acima. As camadas de fricção podem ser enroladas, laminadas, ou extrudadas sobre o reforço à medida que necessárias. Da mesma forma, uma camada de cobertura de borracha pode ser enrolada, laminada ou ex-trudada como a última camada. Altemativamente ou em adição, uma cobertura têxtil pode ser trançada, enrolada, ou espiralada sobre a mangueira. Os materiais de cobertura têxteis não estão limitados, mas, de preferência, podem ser compreendidos de um fio entrançado que pode compreender fibras de poliéster, náilon, raiom, algodão, aramida, ou quaisquer outras fibras adequadas ou misturas das mesmas.

Exemplo Uma mangueira de expansão para um sistema de direção hidráulica foi construída de acordo com uma concretização da invenção e será referida neste documento como mangueira Ilustrativa. As propriedades desejadas para esta mangueira de expansão incluíam uma pressão de ruptura mínima de 62 MPa (900 psi), e uma expansão volumétrica de 22% até 30% em 15,5 MPa (2250 psi) .

Três mangueiras comparativas foram construídas de acordo com os métodos convencionais e serão referidas neste documento como Exemplos Comparativos A, B e C. Os exemplos comparativos A e B e as mangueiras Ilustrativas foram construídas no mesmo equipamento e com o mesmo tubo interno de borracha de polietileno clorado (“CPE”) com cerca de 1,5 mm de espessura (0,060 polegadas) e a mesma cobertura externa de borracha de CPE. O diâmetro externo final de cada mangueira era cerca de 23,5 mm (0,0925 polegadas) e o diâmetro interno era cerca de 12.7 m (0,5 polegadas). O Exemplo Comparativo C utilizou borracha de polietileno clorossulfonado (“CSM”) ao invés de CPE, e camada interna do tubo de borracha era alguma coisa mais espessa do que os outros exemplos comparativos. Todas as mangueiras incluíam uma cobertura têxtil externa de fio de poliéster entrançado (8’s/3) trançado com quatro extremidades próximas ou no ângulo neutro com vinte e quatro porta-fios e um padrão de dois em cima, dois em baixo. A cobertura têxtil externa era pretendida para resistência às condições ambientais, mas proporcionada sem resistência mecânica significativa. As camadas de reforço trançadas eram todas tranças equilibradas produzidas com quatro extremidades em cada vinte e quatro porta-fios, com o padrão dois em cima, dois em baixo aproximadamente no ângulo neutro de cerca de 54 graus. Os fios de reforço são discutidos em maiores detalhes abaixo. Intermediária às duas camadas de reforço trançadas estava uma camada de fricção com 0,25 mm até 0,5 mm (10 até 20 milésimos de polegada) de espessura e da mesma composição de borracha que o tubo e a cobertura. A mangueira do Exemplo Comparativo A foi construída com duas camadas trançadas de fio de náilon 66 (fio de denier 840-3, trança com quatro extremidades). O Exemplo comparativo B foi construído com duas camadas trançadas de fio de poliéster (fio de denier 1500/2, trança com quatro extremidades). A resistência à tração e o alongamento dos fios são indicados na Tabela 1. O Exemplo Comparativo C foi construído como o Exemplo Comparativo A, mas com um tubo interno mais grosso com dois mm (0,080 polegadas) de espessura para diminuir a expansão volumétrica relativa com o Exemplo Comparativo A. O Exemplo da invenção foi construído com uma camada trançada de fio de náilon 6-6 (fio com denier 840-2, trança com 4 extremidades), seguida por uma camada trançada de fio de poli-éster (fio 1500/2, trança com quatro extremidades). Os fios foram todos tratados com adesivo com RFL que penetrou nos fios substancialmente completamente.

As mangueiras foram sujeitas a uma teste de expansão volumétrica onde a expansão de volume percentual foi determinada em uma pressão interna de 15,5 MPa (2250 psi) e de acordo com os procedimentos da SAE J2050. As mangueiras também foram sujeitas a um teste de pressão de ruptura, reportado como uma média de dois testes, de acordo com os procedimentos da ATM D380 “Standard Test Methods for Rubber Hose”. As mangueiras também foram sujeitas a um teste de vida de impulso de acordo com a SAE J343 sob uma pressão de impulso de 15,5 MPa (2250 psi) e em uma temperatura de 1350 C (2750 F). A Vida de Impulso Média é reportada baseada em uma média de três testes. A alteração percentual de comprimento das mangueiras também foi monitorada de acordo com os procedimentos de teste da SAE J343 e os procedimentos de medição da SAE J517.

Tabela 1 O Exemplo Comparativo A, utilizando somente reforço de náilon, não estava apto a atender à combinação desejada de alvos de performance. Utilizar fio de náilon suficiente para obter a classificação de pressão de ruptura desejada resultou em uma expansão volumétrica muito alta (cerca de 40%). Nas condições de teste de impulso, a mangueira falhou somente em 258.134 ciclos na média. O exemplo comparativo C ilustra o uso de outra variável, a saber, a espessura interna do tubo, de modo a ajustar a expansão volumétrica para baixo com as mesmas camadas de reforço de náilon. Contudo, o Exemplo Comparativo C ainda exibia uma vida de teste de impulso de somente 277.399 ciclos. O Exemplo Comparativo B, utilizando somente reforço de poliéster, não estava apto a atender à combinação desejada de alvos de performance. Utilizar fio de poliéster suficiente para obter a classificação de pressão de ruptura desejada resultou em uma expansão volumétrica muito baixa. Os resultados do teste de impulso foram satisfatórios, mas a baixa expansão volumétrica não seria satisfatória para aplicações particulares de direção hidráulica, por exemplo, estas com certos limites de ruído, requerimentos de amortecimento e assim por diante.

Por outro lado, a mangueira Exemplo, utilizando uma camada de reforço de náilon e uma camada de reforço de poliéster atendeu a todos os alvos de performance. Em particular, a vida do teste de impulso excedeu muito às expectativas, exibindo uma vida média de 1.882.789 ciclos. Ao invés de executar em algum lugar intermediário entre o Exemplo Comparativo A e o Exemplo Comparativo B, o Exemplo exibiu tanto vida de impulso como pressão de ruptura que foram melhores do que os exemplos comparativos, mesmo que no entanto o Exemplo tivesse menos fios de reforço total. A alteração de comprimento de cada uma das mangueiras estava dentro dos limites normais. A invenção também se relaciona com uma montagem de mangueira de expansão possuindo uma mangueira de expansão de acordo com uma concretização da invenção e um ou mais encaixes, acoplamentos, montagens, outras mangueiras e assim por diante. Uma montagem de mangueira de expansão de acordo com uma concretização da invenção é ilustrada na Fig. 2. Referindo-se à Fig. 2, a montagem de mangueira de expansão 20 possui a mangueira de expansão 10 e a mangueira de retorno 21. As duas extremidades da mangueira de expansão 10 possuem encaixes de alta pressão 24 e 26. O encaixe 24 possui uma conexão de friso com a mangueira e uma porca giratória para conexão com outros encaixes hidráulicos com rosca que podem ser parte de um sistema hidráulico. O encaixe 26 inclui uma conexão de friso similar, porca, e um cotovelo. Uma extremidade da mangueira de retorno 21 é aberta para conexão com um bocal roscado ou encaixe farpado ou coisa parecida com uma braçadeira de faixa ou coisa parecida (não apresentada, mas possivelmente parte de uma montagem de mangueira de expansão). A outra extremidade da mangueira de retorno 21 possui o encaixe 28 que também é um encaixe de friso com porca giratória com roscas e cotovelo. A montagem 20 também possui um braçadeira de faixa 22 que mantém as duas mangueiras juntas em uma relação paralela desejada. A braçadeira de faixa 22 também inclui o suporte angular de montagem 29, o qual pode ser moldado inteiriço com a braçadeira de faixa como apresentado nesta concretização. A invenção também se relaciona com um método para fabricar uma mangueira de expansão com propriedades aperfeiçoadas. Em uma concretização, o método inclui as etapas de: (1) pegar um projeto de mangueira possuindo uma camada ou camadas de reforço com fibra com alto alongamento; e (2) substituir uma parte da fibra com alto alongamento por uma fibra possuindo um alongamento inferior na ruptura. A quantidade de fibra com baixo alongamento de substituição pode ser até 10% ou 20% menos do que a quantidade de fibra com alto alongamento substituída. A diferença no alongamento na ruptura entre as fibras com alto e baixo alongamento pode ser pelo menos cerca de 4% de alongamento. De preferência, a fibra com alto alongamento pode ser náilon e a fibra com baixo alongamento pode ser poliéster. Assim, uma mangueira de expansão pode ser formada possuindo uma expansão volumétrica predeterminada ou específica de pelo menos 13% ou na faixa de 13% até 35% em uma pressão na faixa de 1000 psi até 3000 psi. A pesar da presente invenção e de suas vantagens terem sido descritas em detalhes, deve ser entendido que várias alterações, substituições e mudanças podem ser feitas neste documento sem afastamento do espírito e do escopo da invenção como definidos pelas reivindicações anexas. Além disso, o escopo do presente pedido não é pretendido como sendo limitado às concretizações particulares do processo, máquina, fabricação, composição de material, dispositivos, métodos e etapas descritos no relatório descritivo. Como os versados na técnica irão prontamente apreciar a partir da revelação da presente invenção, os processos, máquinas, fabricação, composições de materiais, dispositivos, métodos, ou etapas, atualmente existentes ou posteriormente a serem desenvolvidos que executam substancialmente a mesma função ou obtém substancialmente o mesmo resultado que as concretizações correspondentes descritas neste documento podem ser utilizados de acordo com a presente invenção. Por consequência, as reivindicações anexas são pretendidas para incluírem dentro de seu escopo tais processos, máquinas, fabricação, composições de material, dispositivos, métodos ou etapas. A invenção revelada neste documento pode de forma adequada ser praticada na ausência de qualquer elemento que não seja especificamente revelado neste documento.

REIVINDICAÇÕES

Claims (20)

1. Mangueira de expansão (10), CARACTERIZADA por compreender um tubo interno (11), um reforço têxtil (12, 14), e uma cobertura externa (15); o reforço (12, 14) consistindo essencialmente de uma pluralidade de fios de náilon e de uma pluralidade fios de poli-éster, em que o dito reforço têxtil (12, 14) compreende uma única camada de reforço equilibrada ou duas camadas equilibradas de fios trançados, espiralados ou enrolados, e em que em uma única camada os fios de náilon e de poliéster são dispostos de modo alternado na camada equilibrada, e as duas camadas equilibradas consistem em uma primeira camada trançada de fios de náilon e uma segunda camada trançada de fios de poliéster, ou as duas camadas equilibradas consistem em uma pluralidade de fios de náilon em um primeiro par equilibrado de camadas enroladas em espiral, e uma pluralidade de fios de poliéster em um segundo par equilibrado de camadas enroladas em espiral.

2. Mangueira de expansão (10), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que os fios de náilon e poliéster possuem alongamento na ruptura diferindo um do outro por pelo menos 4% de alongamento.

3. Mangueira de expansão (10), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o reforço têxtil (12, 14) consiste em uma primeira camada trançada (12) dos fios de náilon e uma segunda camada trançada (14) dos fios de poliéster.

4. Mangueira de expansão (10), de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADA pelo fato de que a dita segunda camada trançada (14) é uma camada externa em relação à dita primeira camada trançada (12).

5. Mangueira de expansão (10), de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADA pelo fato de que as ditas camadas trançadas (12, 14) possuem uma camada de borracha entre as mesmas, e o dito reforço têxtil é penetrado com um tratamento de adesivo.

6. Mangueira de expansão (10), de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADA pelo fato de possuir uma expansão volumétrica na faixa de 13% até 35% em uma pressão interna na faixa de 6,9 MPa até 20,7 MPa.

7. Mangueira de expansão (10), de acordo com a reivindicação 6, CARACTERIZADA pelo fato de possuir uma pressão de ruptura de pelo menos 62 MPa.

8. Mangueira de expansão (10), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o reforço têxtil (12, 14) consiste em uma pluralidade de fios de náilon em um primeiro par equilibrado de camadas enroladas espiraladas, e uma pluralidade de fios de poliéster em um segundo par equilibrado de camadas enroladas espi-raladas.

9. Mangueira de expansão (10), de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADA pelo fato de que o primeiro par equilibrado está no lado interior do segundo par equilibrado.

10. Mangueira de expansão (10), de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADA por adicionalmente compreender uma camada de fricção (13) entre os dois pares equilibrados de camadas.

11. Mangueira de expansão (10), de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADA pelo fato de que os fios de náilon possuem um alongamento na ruptura de pelo menos 17% e possuem um alongamento na ruptura maior que os fios de poliéster por pelo menos 4% de alongamento.

12. Mangueira de expansão (10), de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADA pelo fato de que o dito reforço têxtil (12, 14) é penetrado com um tratamento de adesivo.

13. Mangueira de expansão (10), de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADA pelo fato de possuir uma pressão de ruptura de pelo menos 62 MPa.

14. Mangueira de expansão (10), de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que os fios de náilon possuem um alongamento na ruptura de pelo menos 17% e possuem um alongamento na ruptura maior que os fios de poliéster por pelo menos 4% a 6% de alongamento.

15. Mangueira de expansão (10), de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADA pelo fato de que os fios de náilon possuem um alongamento na ruptura de pelo menos 17% e possuem um alongamento na ruptura maior que os fios de poliéster por pelo menos 4% a 6% de alongamento.

16. Mangueira de expansão (10), de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADA por possuir uma expansão volumétrica na faixa de 13% até 35% em uma pressão interna na faixa de 6,9 MPa até 20,7 MPa.

17. Montagem de mangueira (20), CARACTERIZADA por compreender uma mangueira de expansão (10), conforme definida na reivindicação 1, para suavizar flutuações de pressão e pelo menos um encaixe (22, 24, 26, 28), acoplamento, suporte (29), braçadeira de mangueira, ou outra mangueira (21); em que o reforço (12, 14) consiste em uma primeira camada trançada ou enrolada equilibrada de fios de náilon e uma segunda camada trançada ou enrolada equilibrada de fios de poliéster.

18. Montagem de mangueira (20), CARACTERIZADA por compreender uma mangueira de expansão (10), conforme definida na reivindicação 1, para suavizar flutuações de pressão e pelo menos um encaixe (22, 24, 26, 28), acoplamento, suporte (29), braçadeira de mangueira, ou outra mangueira (21); em que o reforço (12, 14) consiste essencialmente de fios de poliéster e fios de náilon em uma camada trançada equilibrada possuindo dois tipos de fio dispostos de modo alternado na camada equilibrada.

19. Método, CARACTERIZADO por compreender: a) formar um tubo (11); b) aplicar ao dito tubo (11) (i) um reforço (12, 14) compreendendo essencialmente de fios de poliéster e fios de náilon em uma camada trançada equilibrada possuindo os dois tipos de fios dispostos de modo alternado na camada trançada equilibrada ou (ii) um reforço (12, 14) compreendendo de uma primeira camada trançada ou enrolada equilibrada (12) dos ditos fios de náilon e em uma segunda camada trançada ou enrolada equilibrada (14) dos ditos fios de poliéster; c) aplicar uma camada de fricção de borracha (13) entre a dita primeira camada (12) e a dita segunda camada trançada (14) se a alternativa de aplicação (ii) for selecionada; e d) aplicar uma camada de cobertura (15) de borracha e/ou de têxtil para formar uma mangueira de expansão (10) conforme definida na reivindicação 1 com classificação de pressão de ruptura e de expansão volumétrica predeterminadas, desse modo adaptada para suavizar pulsos de pressão em um sistema hidráulico; e em que os ditos fios são penetrados por um tratamento de adesivo; e em que a dita expansão volumétrica é maior do que 13% em uma pressão na faixa de 6,9 MPa até 17,2 MPa, e em que a dita camada de náilon (12) é uma camada interna em relação à dita camada de poliéster (14), e em que os ditos fios de náilon possuem maior alongamento na ruptura do que os ditos fios de poliéster.

20. Método, de acordo com a reivindicação 19, CARACTERIZADO pelo fato de que o dito reforço (12, 14) consiste essencialmente de uma primeira camada trançada (12) dos ditos fios de náilon e de uma segunda camada trançada (14) dos ditos fios de poliéster.