DE102005013844B4

DE102005013844B4 - Verbundschlauch

Info

Publication number: DE102005013844B4
Application number: DE102005013844A
Authority: DE
Inventors: Yuji Komaki Takagi; Minoru Komaki Hiramatsu; Motoshige Komaki Hibino
Original assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Riko Co Ltd
Priority date: 2004-03-29
Filing date: 2005-03-24
Publication date: 2008-04-03
Anticipated expiration: 2025-03-25
Also published as: US7086419B2; JP2005282702A; DE102005013844A1; US20050211323A1

Abstract

Verbundschlauch mit:
einem Wellblechrohr (20) als Sperrschicht gegen Permeation von transportiertem Fluid,
einer elastischen Füllschicht (22), die in Talzwischenräume (42) zwischen Wellenbergen (38) auf einer Außenumfangsseite des Wellblechrohrs (20) gefüllt ist,
wobei die elastische Füllschicht (22) vollständig in die Talzwischenräume (42) bis zu den Spitzen der Wellenberge (38) gefüllt ist und eine Radialdicke (d) der elastischen Füllschicht (22) in der Messung radial nach außen von einer Radialposition der Spitzen der Wellenberge (38) höchstens 0,3 mm beträgt,
einer Verstärkungsschicht, die auf einer Radialaußenseite des Wellblechrohrs (20) direkt oder mit einer dazwischen liegenden anderen Schicht vorgesehen ist und
wobei die Verstärkungsschicht eine erste Verstärkungsschicht (26) aufweist, die durch Flechten eines Verstärkungsdrahtteils gebildet ist und eine zweite Verstärkungsschicht (30) die durch Flechten eines Verstärkungsdrahtteils gebildet ist und auf einer Außenseite der ersten Verstärkungsschicht (26) angeordnet ist mit einer dazwischen liegenden mittleren Gummischicht (28).

Description

Die Erfindung betrifft einen Verbundschlauch mit einem Wellblechrohr als Sperrschicht gegen Permeation von transportiertem Fluid, der vorzugsweise zum Kraftstofftransport in Automobilen, Kältemitteltransport, Zellenbrennstofftransport, z. B. von in einer Brennstoffzelle verwendetem Wasserstoffgas, oder für andere Anwendungen nutzbar ist.
Typische Gummischläuche, die z. B. aus einer Mischung aus Acrylnitril-Butadien-Kautschuk und Polyvinylchlorid (NBR/PVC-Mischung) hergestellt sind, die ausgezeichnete Beständigkeit gegen Benzindurchlässigkeit hat, kommen zum Transport von Kraftstoff (solchem Kraftstoff wie Motorbenzin) für Automobile o. ä. wegen ihrer hohen Schwingungsdämpfungsfähigkeit, leichten Montage o. ä. zum Einsatz. Als Beitrag zum weltweiten Umweltschutz wurden aber in letzter Zeit die Bestimmungen gegen die Permeation von Kraftstoff für Automobile o. ä. verschärft und werden künftig voraussichtlich noch strenger. Daher müssen solche Kraftstofftransportschläuche größere Permeationsbeständigkeit gegenüber Kraftstoff haben.
Ferner müssen Schläuche zum Transport von Brennstoff, z. B. in Brennstoffzellen verwendetem Wasserstoffgas, oder zum Transport von Kohlendioxidgas als Kältemittel extrem hohe Permeationsbeständigkeit gegenüber solchen transportierten Fluiden wie Wasserstoffgas und Kohlendioxidgas haben.
Im Hinblick auf diese Forderung haben aber ausschließlich aus organischen Materialien, z. B. Kautschuk oder Harz, aufgebaute Schläuche Schwierigkeiten, eine solche notwendige Beständigkeit zu erfüllen.
Angesichts dessen geht man davon aus, vorzugsweise einen Verbundschlauch zu bilden, indem man ihn mit einem Wellblechrohr als Sperrschicht gegen die Permeation von transportiertem Fluid kombiniert.
Beispielsweise offenbart die US-A-6354332 sowie die DE 103 54 392 A1 einen Verbundschlauch mit einem Wellblechrohr dieser Art.
Zudem verleiht eine Wellenform oder ein Leistungsmerkmal aufgrund dieser Form einem Wellblechrohr eine Flexibilitätswirkung. Ein Material des Wellblechrohrs selbst ist Metall und unterscheidet sich in seiner Elastizität nicht von Gummi o. ä.
Somit ist ein Schlauch in Kombination mit einem solchen Wellblechrohr dahingehend problematisch, daß beim Fluidtransport Innendruck auf das Wellblechrohr wiederholt ausgeübt wird, das Wellblechrohr radial expandierend und kontrahierend wiederholt verformt wird, wonach auf das Wellblechrohr wirkende Spannung dazu führt, daß das Wellblechrohr frühzeitig leicht Ermüdungsbruch zeigt.
Insbesondere wirkt bei Radialexpansion des Wellblechrohrs eine maximale oder große Zugspannung oder die größte Zugspannung auf Wellenberge. Bei ihrer Wiederholung reißen die Wellenberge leicht in Umfangsrichtung.
Andererseits werden die Wellentäler verzerrt und verformt, während das Wellblechrohr radial expandiert und kontrahiert. Infolge von wiederholter Verzerrung und Verformung reißen auch die Wellentäler leicht in Umfangsrichtung.
Im traditionell vorgeschlagenen Verbundschlauch mit einem Wellblechrohr dieser Art füllt ein elastisches Material, z. B. Gummi, die Talzwischenräume zwischen Wellenbergen auf der Außenumfangsseite des Wellblechrohrs. Dadurch dient das in die Talzwischenräume eindringende elastische Material dazu, die o. g. Verformung der Wellenberge und Wellentäler des Wellblechrohrs zu unterdrücken.
Bei einem herkömmlichen Verbundschlauch mit einem Wellblechrohr ist aber das o. g. elastische Material, das in die Talzwischenräume eindringt, nicht mit der Absicht vorgesehen, übermäßige Verformung der Wellenberge und -täler eines gewellten Abschnitts zu unterdrücken.
Im Rahmen der Erfindung wurde eine Probe eines Verbundschlauchs mit einem Wellblechrohr hergestellt, bei dem eine elastische Füllschicht vorgesehen ist, um die Talzwischenräume zwischen Wellenbergen auf einer Außenumfangsseite des Wellblechrohrs mit der Absicht zu füllen, übermäßige Verfor mung des Wellblechrohrs, insbesondere seiner Wellenberge und -täler, zu unterdrücken, und die Probe wurde ausgewertet.
7(A) zeigt ein Beispiel dafür als Vergleichsbeispiel.
In 7(A) bezeichnet die Bezugszahl 200 einen Verbundschlauch mit einem Wellblechrohr (im folgenden einfach Schlauch genannt), der ein Wellblechrohr 202 als innerste Schicht als Sperrschicht gegen Permeation von transportiertem Fluid aufweist. Eine Radialaußenseite des Wellblechrohrs 202 ist nacheinander mit einer Gummifüllschicht 204, einer ersten Verstärkungsschicht 206, einer mittleren Gummischicht 208, einer zweiten Verstärkungsschicht 210 und einer Außenflächen-Gummischicht (Gummideckschicht) 212 laminiert.
Hierbei erfüllt die erste Verstärkungsschicht 206 eine Druckbeständigkeitsfunktion, wenn Innendruck ausgeübt wird. Die erste Verstärkungsschicht 206 ist durch Flechten von Verstärkungsfäden, die aus organischer Faser hergestellt sind, in einem Flechtwinkel hergestellt, der größer als ein Neutralwinkel (etwa 55°) ist.
Die erste Verstärkungsschicht 206 dient dazu, den Schlauch 200 insgesamt an Verformung auf expandierende Weise zu hindern, wenn Innendruck ausgeübt wird.
Der die Expansion unterdrückende Effekt wirkt auch auf das Wellblechrohr 202. Außerdem dient die erste Verstärkungsschicht 206 dazu, das Wellblechrohr 202 an Verformung auf expandierende Weise zu hindern, wenn Innendruck ausgeübt wird.
In 7(B) bezeichnet die Bezugszahl 214 einen Wellenberg des Wellblechrohrs 202, insbesondere eines gewellten Abschnitts, die Bezugszahl 216 bezeichnet ein Wellental, und die Bezugszahl 218 bezeichnet einen Talzwischenraum, der zwischen benachbarten Wellenbergen 214, 214 auf einer Außenumfangsseite des Wellblechrohrs 202 gebildet ist.
Die o. g. Gummifüllschicht 204 dringt in die Talzwischenräume 218 ein, wodurch sie dazu dient, Verformung des Wellblechrohrs 202 auf expandierende Weise sowie übermäßige Verformung der Wellenberge 214 und Wellentäler 216 zu unterdrücken.
Ist somit gemäß 7(B) kein Füllstoff in den Talzwischenraum 218 zwischen den Wellenbergen 214, 214 des Wellblechrohrs 202 gefüllt und ist der Talzwischenraum 218 leer, wird das Wellblechrohr 202 leicht verformt und expandiert insgesamt in Diametralexpansionsrichtung, wenn Innendruck ausgeübt wird.
Dabei wirkt eine übermäßige Zugspannung auf die Wellenberge 214, während die Wellentäler 216 stark verzerrt und verformt werden.
Ist dagegen gemäß 7(C) der Talzwischenraum 218 mit der Gummifüllschicht 204 gefüllt, so ist eine solche Verformung unterdrückt. Durch diese Unterdrückungswirkung wird verhindert, daß die Wellenberge 214 übermäßiger Zugspannung ausgesetzt oder die Wellentäler 216 übermäßig verzerrt und verformt werden. Folglich verhindert man, daß das Wellblechrohr 202 auf expandierende Weise übermäßig verformt und eine übermäßige Spannung in den Wellenbergen 214 und Wellentälern 216 erzeugt wird. Erwartet wurde also, daß hierbei keine Risse im Wellblechrohr in einem Frühstadium auch dann auftreten, wenn Innendruck wiederholt auf das Wellblechrohr 202 ausgeübt wird, und daß sich folglich die Haltbarkeit des Wellblechrohrs 202 verbessert.
Allerdings wurde eine Haltbarkeitsprüfung (Stoßprüfung oder Stoßhaltbarkeitsprüfung) durchgeführt, bei der ein Innendruck wiederholt in Abständen auf den Schlauch 200 ausgeübt wurde, und es wurde festgestellt, daß der Schlauch 200 nicht unbedingt die notwendige Haltbarkeit hat.
Untersucht wurde der Grund für seine unzureichende Dauerbeständigkeit, wobei folgendes festgestellt wurde: Im Schlauch 200 gemäß 7(A) ist die Gummifüllschicht 204 auf einer Außenumfangsseite des Wellblechrohrs 202 so vorgesehen, daß sie eine bestimmte Radialdicke in der Messung radial nach außen von einer Radialposition von Spitzen der Wellenberge entlang einer gesamten Axiallänge des Wellblechrohrs 202 oder eines gewellten Abschnitts hat. Somit funktioniert der die Expansion unterdrückende Effekt der ersten Verstärkungsschicht 206 auf das Wellblechrohr 202 nicht ausreichend und wirksam. Das Wellblechrohr 202 wird radial nach außen expan dierend verformt, während die Gummifüllschicht 204 elastisch verformt wird. Aufgrund dessen erreicht das Wellblechrohr 202 sein Haltbarkeitsende und reißt in einem relativ frühen Stadium, wenn Innendruck darauf wiederholt ausgeübt wird.
Ist demgegenüber gemäß 7(D) die Gesamtmenge des Gummigehalts der Gummifüllschicht 204 klein und dringt diese Gummifüllschicht 204 nicht ausreichend in die Talzwischenräume 218 ein, hat das Wellblechrohr 202 auch keine vorteilhafte Haltbarkeit.
Grund dafür ist, daß wenn ein Raum in den Talzwischenräumen 218, die Gummi aufnehmen sollen, ungefüllt bleibt, der Gummi leicht in den ungefüllten Raum in den Talzwischenräumen 218 austreten kann und die Gummifüllschicht 204 keine ausreichende Funktion erfüllt, das Wellblechrohr 202 an Verformung zu hindern.
Die Erfindung kam angesichts dieser Umstände zustande. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Problem zu lösen, daß ein Wellblechrohr bei wiederholt ausgeübtem Innendruck radial expandierend und kontrahierend übermäßig verformt wird, was zur Ermüdungsrißauslösung im Wellblechrohr in einem Frühstadium führt, und einen Verbundschlauch mit einem Wellblechrohr bereitzustellen, der eine vorteilhafte Dauerleistung zeigt.
Erfindungsgemäß wird ein neuer Verbundschlauch mit einem Wellblechrohr bereitgestellt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Der Verbundschlauch verfügt über ein Wellblechrohr als Sperrschicht gegen Permeation von transportiertem Fluid und eine elastische Füllschicht, die in Talzwischenräume zwischen Wellenbergen auf einer Außenumfangsseite des Wellblechrohrs gefüllt ist. Die elastische Füllschicht ist in die Talzwischenräume bis zu den Spitzen der Wellenberge vollständig gefüllt. Eine Radialdicke oder Wanddicke der elastischen Füllschicht in der Messung radial nach außen von einer Radialposition der Spitzen der Wellenberge, d. h. ihre Radialdicke in der Messung radial nach außen an den Spitzen der Wellenberge oder ihre Radialdicke an den Spitzen der Wellenberge 38 ist mit höchstens 0,3 mm festgelegt. Eine Verstärkungsschicht ist dabei auf einer Radialaußenseite des Wellblech rohrs (20) direkt oder mit einer dazwischen liegenden anderen Schicht vorgesehen, wobei die Verstärkungsschicht eine erste Verstärkungsschicht aufweist, die durch Flechten eines Verstärkungsdrahtteils gebildet ist und eine zweite Verstärkungsschicht aufweist, die durch Flechten eines Verstärkungsdrahtteils gebildet ist, und auf einer Außenseite der ersten Verstärkungsschicht angeordnet ist mit einer dazwischen liegenden mittleren Gummischicht.
Die elastische Füllschicht kann aus einem nicht verschäumten Material hergestellt sein.
Wie zuvor erwähnt, ist in der Erfindung die elastische Füllschicht vollständig in die Talzwischenräume bis zu Spitzen der Wellenberge gefüllt, während eine Radialdicke oder Wanddicke der elastischen Füllschicht in der Messung radial nach außen von einer Radialposition der Spitzen der Wellenberge mit höchstens 0,3 mm festgelegt ist.
Dringt wie bereits erwähnt die elastische Füllschicht nicht vollständig in die zwischen den Wellenbergen gebildeten Talzwischenräume ein, d. h. ist die elastische Füllschicht in die Talzwischenräume nicht bis zu den Spitzen der Wellenberge gefüllt, kann eine solche elastische Füllschicht nicht ausreichend die Funktion erfüllen, das Wellblechrohr, insbesondere die Wellenberge und Wellentäler, daran zu hindern, übermäßig verformt zu werden, wodurch Ermüdungsrisse im Wellblechrohr in einem Frühstadium ausgelöst werden.
Gewöhnlich wird die elastische Füllschicht durch Extrusion eines elastischen Materials bei der Herstellung eines Schlauchs gebildet. Ist eine Extrusionsmenge des elastischen Materials in einem Extrusionsvorgang unzureichend, neigt die elastische Füllschicht dazu, die Talzwischenräume wie zuvor erwähnt unvollständig zu füllen.
Erhöht man die Extrusionsmenge, um dies zu verhindern, wird die Radialdicke der elastischen Füllschicht in der Messung radial nach außen von der Radialposition der Spitzen der Wellenberge zwangsläufig groß.
Ihre idealste Radialdicke in der Messung radial nach außen von den Spitzen der Wellenberge beträgt null, was aber aus Sicht der Produktion schwierig ist.
Im Rahmen der Erfindung wurde deshalb eine Beziehung zwischen der Radialdicke der elastischen Füllschicht in der Messung radial nach außen von der Radialposition der Spitzen der Wellenberge und der Haltbarkeit eines Verbundschlauchs mit einem Wellblechrohr untersucht, insbesondere des Wellblechrohrs, das sein Schwachpunkt ist, und es wurde festgestellt, daß der Verbundschlauch mit einem Wellblechrohr mit ausreichender Haltbarkeit bei wiederholtem Druck versehen werden kann, indem die Radialdicke so gesteuert wird, daß sie höchstens 0,3 mm beträgt.
Aufgrund dieser Feststellung kam die Erfindung zustande. Hierbei ist die 0. g. elastische Füllschicht vorzugsweise eine Gummifüllschicht.
In der Erfindung kann der Verbundschlauch mit einem Wellblechrohr ferner eine Verstärkungsschicht aufweisen, die auf einer Radialaußenseite des Wellblechrohrs direkt oder mit einer dazwischenliegenden anderen Schicht vorgesehen ist. Die Verstärkungsschicht kann durch Flechten oder Wickeln eines Verstärkungsdrahtteils gebildet sein, und ein Flecht-/Auflaufwinkel davon kann größer als ein Neutralwinkel sein. Dadurch wird dem Verbundschlauch mit einem Wellblechrohr eine große Wirkung verliehen.
Das Wellblechrohr kann einen geradwandigen Abschnitt mit Geradrohrform an einem Endabschnitt des Wellblechrohrs haben, und ein Muffenanschluß ist auf einem Endabschnitt (Außenumfang des Endabschnitts) des Schlauchkörpers in Diametralkontraktionsrichtung z. B. sicher verpreßt, um den geradwandigen Abschnitt radial nach innen zu drücken. Der Muffenanschluß drückt auf den geradwandigen Abschnitt z. B. über die elastische Füllschicht oder die elastische Füllschicht und die Verstärkungsschicht.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben.
1(A) ist eine Perspektivansicht eines Verbundschlauchs mit einem Wellblechrohr einer erfindungsgemäßen Ausführungsform.
1(B) ist eine Perspektivansicht des Aufbaus des Verbundschlauchs mit einem Wellblechrohr von 1(A).
2 ist eine Querschnittansicht des Verbundschlauchs mit einem Wellblechrohr von 1(A).
3 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines relevanten Abschnitts von 2.
4 ist eine Ansicht eines Flechtwinkels einer Verstärkungsschicht des Verbundschlauchs mit einem Wellblechrohr von 1(A).
5 ist eine Ansicht einer Biegeform eines Verbundschlauchs mit einem Wellblechrohr in einer Haltbarkeitsprüfung.
6 ist eine Ansicht einer Beziehung zwischen einer Wanddicke einer Gummifüllschicht und der Haltbarkeit eines Verbundschlauchs mit einem Wellblechrohr.
7(A) ist eine Ansicht eines Vergleichsbeispiels für einen Verbundschlauch mit einem Wellblechrohr.
7(B) ist eine Ansicht eines Verformungszustands eines Verbundschlauchs mit einem Wellblechrohr ohne Füllschicht.
7(C) ist eine Ansicht eines Verformungszustands des Verbundschlauchs mit einem Wellblechrohr von 7(A).
7(D) ist eine Ansicht, die zeigt, daß eine Gummifüllschicht in Talzwischenräume unzureichend eindringt.
In 1 und 2 bezeichnet die Bezugszahl 10 einen Verbundschlauch mit einem Wellblechrohr (im folgenden einfach Schlauch genannt), die Bezugszahl 12 einen Schlauchkörper und die Bezugszahl 14 einen Metallverbindungsanschluß, der an einem Endabschnitt des Schlauchkörpers 12 befestigt ist. Der Verbindungsanschluß 14 hat einen rohrartigen Metalleinsatzanschluß 16 und einen hülsenartigen Metallmuffenanschluß 18. Der Einsatzanschluß 16 und Muffenanschluß 18 sind am Endabschnitt des Schlauchkörpers 12 unbeweglich befestigt, indem der Muffenanschluß 18 auf den Schlauchkörper 12 in Radialkontraktionsrichtung sicher verpreßt ist.
Der Schlauch 10 hat ein Wellblechrohr 20 als innerste Schicht. Eine Radialaußenseite des Wellblechrohrs 20 ist in der Reihenfolge mit einer Gummifüllschicht 22 als elastische Füllschicht, einer Hartharzschicht 24, einer ersten Verstärkungsschicht 26, einer mittleren Gummischicht 28, einer zwei ten Verstärkungsschicht 30 und einer Außenflächen-Gummischicht (Gummideckschicht) 32 als äußerste Schicht abgedeckt oder laminiert.
Das Wellblechrohr 20 hat einen gewellten Abschnitt 34 und einen geradwandigen Abschnitt oder mit gerader Wand versehenen Abschnitt 36 mit Geradrohrform an einem Endabschnitt des Wellblechrohrs 20. Der o. g. Einsatzanschluß 16 ist in den geradwandigen Abschnitt 36 eingesetzt, während der Muffenanschluß 18 auf den Endabschnitt des Schlauchkörpers 12 sicher verpreßt ist (siehe Bezugszahl 15), wobei der geradwandige Abschnitt 36 als innerste Schicht angeordnet ist. Somit ist der geradwandige Abschnitt 36 des Wellblechrohrs 20 in Diametralkontraktionsrichtung verpreßt und wird am Einsatzanschluß 16 durch den Muffenanschluß 18 über Außenschichten gehalten oder ist darauf sicher aufgepreßt, insbesondere über die Gummifüllschicht 22, die Hartharzschicht 24, die erste Verstärkungsschicht 26, die mittlere Gummischicht 28, die zweite Verstärkungsschicht 30 und die Außenflächen-Gummischicht 32. Folglich ist die Permeationsbeständigkeit an einem Verbindungsabschnitt zwischen dem Einsatzanschluß 16 und dem geradwandigen Abschnitt 36 gewährleistet. Der geradwandige Abschnitt 36 weist einen Verlängerungsabschnitt 37 auf, der sich über einen nach innen gerichteten bundartigen Abschnitt 39 des Muffenanschlusses 18 hinaus aus den Außenschichten axial nach außen erstreckt. Hierbei ist der Verlängerungsabschnitt 37 zwischen einem Innenendabschnitt des nach innen gerichteten bundartigen Abschnitts 39 des Muffenanschlusses 18 und einer Ringnut 40 des Einsatzanschlusses 16 verspannt. Der Verlängerungsabschnitt 37 ist durch den nach innen gerichteten bundartigen Abschnitt 39 verpreßt und entlang der Ringnut 40 verformt. Eine Wanddicke des Innenendabschnitts des nach innen gerichteten bundartigen Abschnitts 39 vor dem Befestigen des Muffenanschlusses 18 durch Verpressen oder Ziehpressen kann so gestaltet sein, daß sie mindestens größer als ein Wert ist, den man durch Subtrahieren der doppelten Wanddicke des Verlängerungsabschnitts 37 von einer Breite der Ringnut 40 erhält. Bei einem solchen Aufbau kann der Innenendabschnitt des nach innen gerichteten bundartigen Abschnitts 39 des Muffenanschlusses 18 beim Befestigungsvorgang durch Verpressen plastisch verformt und sicher in die Ringnut 40 eingepaßt werden oder in sie eingreifen. Dadurch wird die Permeationsbeständigkeit am Verbindungsabschnitt zwischen dem Einsatzanschluß 16 und dem geradwandigen Abschnitt 36 weiter verstärkt.
Das Wellblechrohr 20 einer innersten Schicht dient als Sperrschicht gegen Permeation von transportiertem Fluid und erhält Flexibilität durch den gewellten Abschnitt 34.
Die Gummifüllschicht 22 ist eine Schicht, die in Talzwischenräume 42 zwischen benachbarten Wellenbergen 38, 38 des gewellten Abschnitts 34 auf einer Außenumfangsseite davon gemäß 3 eindringt, um den gewellten Abschnitt 34 an Verformung auf expandierende Weise zu hindern, wenn Innendruck auf den gewellten Abschnitt 34 ausgeübt wird. Vorzugsweise ist die Gummifüllschicht 22 eine Schicht, die aus einem Vollgummi hergestellt ist, der ein nicht verschäumtes Material ist, um eine große Wirkung beim Unterdrücken von Verformung auf expandierende Weise zu haben.
In dieser Ausführungsform ist die Gummifüllschicht 22 vollständig in die Talzwischenräume 42 bis zu Spitzen der Wellenberge 38 gefüllt. Eine Radialdicke oder Wanddicke d der Gummifüllschicht 22 in der Messung radial nach außen von einer Radialposition der Spitzen der Wellenberge 38 des gewellten Abschnitts 34, d. h. die Radialdicke d der Gummifüllschicht 22, die zwischen den Spitzen der Wellenberge 38 und der Hartharzschicht 24 oder einer Innenumfangsfläche der Hartharzschicht 24 gebildet ist, oder ihre Radialdicke d an den Spitzen der Wellenberge 38 ist mit höchstens 0,3 mm festgelegt.
Die erste und zweite Verstärkungsschicht 26, 30 sind vorgesehen, um die Druckbeständigkeit zu gewährleisten. Die erste Verstärkungsschicht 26 dieser Verstärkungsschichten ist hierbei durch Flechten eines Verstärkungsdrahtteils oder Verstärkungsfilamentteils, z. B. eines Verstärkungsfadens, in einem Flechtwinkel θ₂ gebildet, der größer als ein Neutralwinkel (etwa 55°) gemäß 4 ist.
Andererseits ist die zweite Verstärkungsschicht 30 auf einer Außenseite durch Flechten eines Verstärkungsdrahtteils, z. B. eines Metalldrahts, in einem Flechtwinkel θ₁ gebildet, der kleiner als der Neutralwinkel ist.
Außerdem dient die mittlere Gummischicht 28 zum Verhindern, daß die erste Verstärkungsschicht 26 und zweite Verstärkungsschicht 30 z. B. in Längsrichtung zueinander verschoben und verschlissen werden, und zum Vereinigen dieser Schichten. Ferner dient die Außenflächen-Gummischicht 32 als äußerste Schicht zum Schutz der zweiten Verstärkungsschicht 30.
Die Hartharzschicht 24 dient zum Einschließen oder Eingrenzen des Gummifüllstoffs 22A, der in die Talzwischenräume 42 oder Lücken 42 zwischen den Wellenbergen 38, 38 auf einer Außenumfangsseite des gewellten Abschnitts 34 gefüllt ist, in den Talzwischenräumen 42. Dadurch wird der Gummifüllstoff 22A daran gehindert, aus den Talzwischenräumen 42 radial nach außen auszutreten, wenn das Wellblechrohr 20 verformt wird.
In dieser Ausführungsform ist die erste Verstärkungsschicht 26 auf eine Außenfläche der Harzschicht 24 laminiert und direkt darauf gebildet.
Hierbei kann eine Gummischicht zwischen der Harzschicht 24 und der ersten Verstärkungsschicht 26 eingefügt sein. Ist aber die erste Verstärkungsschicht 26 direkt auf eine Außenfläche der Harzschicht 24 geflochten oder gewickelt, ist ein direkter Kontakt zwischen der Harzschicht 24 und der ersten Verstärkungsschicht 26 hergestellt. Berühren sich die Harzschicht 24 und erste Verstärkungsschicht 26 direkt, kann die erste Verstärkungsschicht 26 eine Radialänderung der Harzschicht 24 wirksam unterdrücken.
Vorzugsweise hat das o. g. Wellblechrohr 20 eine Wanddicke von höchstens 0,5 mm angesichts der erforderlichen Flexibilität und Elastizität.
Mit Blick auf die Verformbarkeit oder Bearbeitbarkeit eines Metallrohrs beträgt andererseits eine Wanddicke des Wellblechrohrs 20 vorzugsweise mindestens 0,1 mm.
Das Wellblechrohr 20 hat hier einen einschichtigen Aufbau. Außerdem kann das Wellblechrohr 20 einen mehrschichtigen Aufbau haben.
Als Material des Wellblechrohrs 20 kann rostfreier Stahl, Eisen und Stahl, Aluminium oder Aluminiumlegierung, Kupfer oder Kupferlegierung, Nickel oder Nickellegierung, Titan oder Titanlegierung o. ä. verwendet werden. Das Material des Wellblechrohrs 20 kann aus diesen Materialien ordnungsgemäß ausgewählt sein, im Hinblick auf Widerstand gegen Fluidtransport, Schwingungs-/Druckbeständigkeit, Bearbeitbarkeit eines Metallrohrs o. ä. Vorzugsweise kommt insbesondere rostfreier Stahl zum Einsatz.
Die erste Verstärkungsschicht 26 und/oder zweite Verstärkungsschicht 30 können entfallen, wenn ein ausgeübter Innendruck beim Fluidtransport usw. gering ist. Allgemein ist aber bevorzugt, diese Verstärkungsschichten vorzusehen, um Druckbeständigkeit zu gewährleisten.
In dieser Ausführungsform sind die erste Verstärkungsschicht 26 und zweite Verstärkungsschicht 30 gebildet, indem ein Verstärkungsdrahtteil mit einer Dichte von höchstens 80 %, d. h. einer Wicklungs- oder Flechtdichte von höchstens 80 % gewickelt oder geflochten ist, wodurch eine günstige Flexibilität über die Verstärkungsschichten selbst sichergestellt ist.
Als Verstärkungsdrahtteile der ersten Verstärkungsschicht 26 und zweiten Verstärkungsschicht 30 sind aus organischer Faser gebildete Verstärkungsfäden nutzbar, und als Material oder Rohmaterial für die Verstärkungsdrahtteile sind verschiedene andere Materialien nutzbar. Je nach Bedarf können Metalldrahtteile verwendet werden.
Die o. g. mittlere Gummischicht 28 kann eine Wanddicke in einem Bereich zwischen 0,1 mm und 5,0 mm haben. Allerdings liegt die Wanddicke der mittleren Gummischicht 28 vorzugsweise zwischen 0,1 mm und 0,5 mm im Hinblick auf von Verschleißverhütung und Vereinigung für die erste Verstärkungsschicht 26 und zweite Verstärkungsschicht 30.
Außerdem kann die mittlere Gummischicht 28 selbst einen mehrschichtigen Aufbau haben.
Materialien für die mittlere Gummischicht 28 und die Gummifüllschicht 22 sind im Hinblick auf Haftvermögen an einer benachbarten Schicht, Flexibilität, Beständigkeit gegen Betriebsbedingungen (äußere Flüssigkeiten oder mechanische Stöße) usw., Verformbarkeit o. ä. ordnungsgemäß ausgewählt.
Beispielsweise kann das Material für die mittlere Gummischicht 28 und die Gummifüllschicht 22 aus folgenden ordnungsgemäß ausgewählt sein: Naturkautschuk, Styrol-Butadien-Kautschuk, Butadienkautschuk, Isoprenkautschuk, Chloroprenkautschuk, Butylkautschuk, Nitrilkautschuk, Ethylen-Propylen-Kautschuk, Acrylkautschuk, Urethankautschuk, Siliconkautschuk, Fluorkohlenstoffkautschuk, Polysulfidkautschuk, Epichlorhydrinkautschuk, Propylenoxidkautschuk, Alfinkautschuk o. ä. Außerdem kann auch Hypalon-(Marke von Dupont) Kautschuk ausgewählt sein.
Gegebenenfalls können andere elastische Materialien als Gummi, z. B. thermoplastisches Elastomer, zum Einsatz kommen, um die Gummifüllschicht 22 und die mittlere Gummischicht 28 zu bilden.
Je nach Betriebsbedingungen kann die Außenflächen-Gummischicht 32 entfallen. Allerdings ist die Außenflächen-Gummischicht 32 vorzugsweise vorgesehen, im Hinblick auf den Schutz des Wellblechrohrs 20, von Verstärkungsschichten wie der ersten Verstärkungsschicht 26 und zweiten Verstärkungsschicht 30 vor äußeren Flüssigkeiten, mechanischen Stößen o. ä. Vorzugsweise hat die Außenflächen-Gummischicht 32 eine Wanddicke von etwa 0,2 mm bis 2,0 mm.
Ein Material für die Außenflächen-Gummischicht 32 ist im Hinblick auf Haftvermögen an einer benachbarten Schicht, Flexibilität, Beständigkeit gegen Betriebsbedingungen (äußere Flüssigkeiten oder mechanische Stöße) usw., Verformbarkeit o. ä. ordnungsgemäß ausgewählt.
Beispielsweise kann das Material für die Außenflächen-Gummischicht 32 aus folgenden ordnungsgemäß ausgewählt sein: Naturkautschuk, Styrol-Butadien-Kautschuk, Butadienkautschuk, Isoprenkautschuk, Chloroprenkautschuk, Butylkautschuk, Nitrilkautschuk, Ethylen-Propylen-Kautschuk, Acrylkautschuk, Urethankautschuk, Siliconkautschuk, Fluorkohlenstoff kautschuk, Polysulfidkautschuk, Epichlorhydrinkautschuk, Propylenoxidkautschuk, Alfinkautschuk o. ä. Außerdem kann auch Hypalon-(Marke von Dupont) Kautschuk ausgewählt sein.
Gegebenenfalls können andere elastische Materialien als Gummi, z. B. thermoplastisches Elastomer, zum Einsatz kommen, um die Außenflächen-Gummischicht 32 zu bilden.
Um dem funktionellen Notwendigkeiten nachzukommen, hat die o. g. Hartharzschicht 24 vorzugsweise eine solche Steifigkeit, daß sie sich nicht unter einer Spannung verformen kann, die durch Innendruck im Schlauch erzeugt wird, sowie eine dafür erforderliche Wanddicke. In diesem Sinn kann die Hartharzschicht 24 vorzugsweise eine Wanddicke von mindestens 0,15 mm haben.
Andererseits erhöht eine zu große Wanddicke von ihr die Steifigkeit des Schlauchs insgesamt und beeinträchtigt dadurch die Flexibilität des Schlauchs insgesamt. Daher beträgt vorzugsweise eine maximale Wanddicke der Harzschicht 24 0,30 mm.
Als Material für die Hartharzschicht 24 ist solches Harz verwendbar wie ein Legierungsmaterial aus Polyamid-6 (PA6) und Ethylen-Propylen-Dienkautschuk (EPDM), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), PA6, Polyamid-11 (PA11), Polyamid-12 (PA12), Polyethylenterephthalat (PET), Polybutylenterephthalat (PBT), Polybutylennaphthalat (PBN), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Ethylen-Tetrafluorethylen-Copolymer (ETFE), Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyphenylensulfid (PPS), Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer (ABS), Polyethylen-Vinylacetat (EVA) o. ä.
Beispiel
Hergestellt wurden Proben, darunter Vergleichsproben, für den gemäß Tabelle 1 aufgebauten Verbundschlauch 10 mit einem Wellblechrohr. Danach wurde eine Stoßprüfung (Prüfung mit wiederholten Druckzyklen) als Haltbarkeitsprüfung an den Proben durchgeführt, die U-förmig gemäß 5 gebogen waren, indem Innendruck unter den nachfolgend aufgeführten Bedingungen wiederholt darauf ausgeübt wurde.
In den Proben variierte eine Wanddicke der Gummifüllschicht 22 von 1,0 mm bis 0,3 mm. Hierbei bezeichnet die Wanddicke der Gummifüllschicht 22 eine Radialdicke in der Messung radial nach außen von einer Radialposition von Spitzen der Wellenberge 38.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 und 6 dargestellt.
Bedingungen für die Haltbarkeitsprüfung

Biegung R (Radius): 70 mm
Temperatur: 130°C
Druck: 0 ↔ 22,5 MPa
Frequenz (Druckzykluswiederholungen/Minute): 30 Zyklen pro Minute

Tabelle 1 – Aufbau der Probenschläuche

	Material	Wanddicke usw.
Wellblechrohr	SUS304	t = 0,23 mm
Gummifüllschicht	EPDM	t = 0,3 mm bis 1,0 mm (unter der Bedingung, daß die Gummifüllschicht ausreichend in die Talzwischenräume gefüllt ist)
Harzschicht	ST811 (Legierung aus PA6/EPDM)	t = 0,2 mm
Erste Verstärkungsschicht	Aramid	Flechtwinkel 64°
Mittlere Gummischicht	EPDM	t = 0,5 mm
Zweite Verstärkungsschicht	Draht mit Durchmesser 0,2 mm	Flechtwinkel 32°
Außenflächen-Gummischicht	EPDM	t = 1,0 mm

Tabelle 2 – Wanddicke der Gummifüllschicht und Anzahl der Haltbarkeitszyklen

Wanddicke der Gummifüllschicht (mm)	Anzahl der Haltbarkeitszyklen (Zykluszahl)
1,0	14341
0,8	24784
0,9	28638
0,5	72146
0,3	111646

Ist gemäß den Prüfungsergebnissen die Radialdicke der Gummifüllschicht 22 in der Messung radial nach außen von der Radialposition der Spitzen der Wellenberge 38 größer als 0,3 mm, erreicht die Anzahl der Haltbarkeitszyklen (Zykluszahl bis zur Ermüdungsrißauslösung) keine Sollanzahl von 100.000 Zyklen. Dagegen erreicht die Probe des erfindungsgemäßen Schlauchs 10 mit einem Wellblechrohr mit der Radialdicke der Gummifüllschicht 22 von 0,3 mm eine Haltbarkeit, bei der die Anzahl der Haltbarkeitszyklen die Sollanzahl von 100.000 Zyklen übersteigt, und zeigt eine vorteilhafte Haltbarkeit.
Hierbei ist das Wellblechrohr 20 an Verformung auf expandierende Weise gehindert, indem die Radialdicke der Gummifüllschicht 22 verringert ist, die eine Ursache für Verformung des Wellblechrohrs 20 auf expandierende Weise ist, wodurch eine Verbesserungswirkung der Haltbarkeit des Verbundschlauchs mit einem Wellblechrohr zustande kommt.
Während die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, sollte klar sein, daß diese nur zur Veranschaulichung dargestellt sind. Die Erfindung kann in vielfältigen Abwandlungen ausgeführt sein, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

Verbundschlauch mit: einem Wellblechrohr (20) als Sperrschicht gegen Permeation von transportiertem Fluid, einer elastischen Füllschicht (22), die in Talzwischenräume (42) zwischen Wellenbergen (38) auf einer Außenumfangsseite des Wellblechrohrs (20) gefüllt ist, wobei die elastische Füllschicht (22) vollständig in die Talzwischenräume (42) bis zu den Spitzen der Wellenberge (38) gefüllt ist und eine Radialdicke (d) der elastischen Füllschicht (22) in der Messung radial nach außen von einer Radialposition der Spitzen der Wellenberge (38) höchstens 0,3 mm beträgt, einer Verstärkungsschicht, die auf einer Radialaußenseite des Wellblechrohrs (20) direkt oder mit einer dazwischen liegenden anderen Schicht vorgesehen ist und wobei die Verstärkungsschicht eine erste Verstärkungsschicht (26) aufweist, die durch Flechten eines Verstärkungsdrahtteils gebildet ist und eine zweite Verstärkungsschicht (30) die durch Flechten eines Verstärkungsdrahtteils gebildet ist und auf einer Außenseite der ersten Verstärkungsschicht (26) angeordnet ist mit einer dazwischen liegenden mittleren Gummischicht (28).
Verbundschlauch nach Anspruch 1, wobei die mittlere Gummischicht (28) eine Wanddicke in einem Bereich von 0,1 mm bis 0,5 mm aufweist.
Verbundsschlauch nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Verstärkungsschicht (26) einen Flechtwinkel aufweist der größer als ein Neutralwinkel ist.
Verbundschlauch nach Anspruch 3, wobei die zweite Verstärkungsschicht (30) einen Flechtwinkel aufweist der kleiner als der Neutralwinkel ist.
Verbundschlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein elastischer Füllstoff (22A) der elastischen Füllschicht (22) ein nicht verschäumtes Material ist.
Verbundschlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner mit: einem Muffenanschluss (18), der in Diametralkontraktionsrichtung sicher aufgepresst ist, wobei das Wellblechrohr (20) einen geradwandigen Abschnitt (36) mit Geradrohrform an einem Endabschnitt des Wellblechrohrs (20) hat und der geradwandige Abschnitt (36) durch den Muffenanschluss (18) radial nach innen gedrückt ist.