DE102018221464A1

DE102018221464A1 - Spiral-Hydraulikschlauch

Info

Publication number: DE102018221464A1
Application number: DE102018221464.6A
Authority: DE
Inventors: Robert Kozak; John Anthony Brookes; Ming Cheng; Wei Qi
Original assignee: ContiTech USA Inc
Current assignee: ContiTech USA Inc
Priority date: 2017-12-14
Filing date: 2018-12-12
Publication date: 2019-06-19
Also published as: US20190186656A1; CN109958827A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schlauch, der ein Innenrohr, eine Abdeckung und mindestens drei Verstärkungsschichten aufweist, die zwischen dem Innenrohr und der Abdeckung aufgebracht sind, wobei zwei direkt zueinander benachbarte Verstärkungsschichten der mindestens drei Verstärkungsschichten in der gleichen Spiralrichtung (+) (+) aufgebracht sind und die andere der mindestens drei Verstärkungsschichten in einer entgegengesetzten Spiralrichtung (-) aufgebracht ist. Das Innenrohr kann eine Rohrwandstärke (t) zwischen ca. 0,5 mm und ca. 1,5 mm aufweisen und der Schlauch kann eine Wandstärke (T) aufweisen, wobei die Rohrwandstärke (t) weniger als etwa 25% der Wandstärke des Schlauchs betragen kann. Eine optionale Klebeschicht ist jeweils zwischen den drei Verstärkungsschichten vorgesehen. Das Innenrohr kann stabförmige Partikel aufweisen, die im Wesentlichen parallel zur Mittellängsachse des Schlauchs ausgerichtet sind.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der flexiblen Gummischläuche, die für Niederdruck-, Mitteldruck- oder (insbesondere) Hochdruckhydraulikanwendungen verwendet werden.
Stand der Technik
Ein flexibler Gummischlauch wird in verschiedenen hydraulischen Anwendungen und anderen Anwendungen für Fluidzufuhr verwendet, die zum Fördern von Fluiddruck bei Anwendungen mit „hohem“ Druck verwendet werden, wobei der Fluiddruck normalerweise im Bereich von etwa 4000 psi (28 MPa) bis 8000 psi (55 MPa) oder in einem höheren Bereich liegt. In einer Grundstruktur ist ein Schlauch des Typs, auf den hierin Bezug genommen wird, mit einem rohrförmigen Innenrohr oder Kern ausgebildet, das/der von einer oder mehreren Außenschichten des geflochtenen oder spiralförmig gewundenen Verstärkungsmaterials umgeben ist, wobei das Verstärkungsmaterial Metall- oder Metalllegierungsdraht oder Naturfaser oder Kunstfaser sein kann. Die Verstärkungsschicht ist wiederum durch die am äußersten umlaufende Hülle oder Abdeckung geschützt, die aus einem Material bestehen kann, das gleich oder ungleich dem Material des Innenrohrs ist. Die Abdeckung bietet auch eine verbesserte Verschleißfestigkeit für den Schlauch.
Im Fall von „Gummi“ kann im Gegensatz zu einer thermoplastischen Schlauchstruktur das Innenrohr so ausgebildet werden, dass es aus einem vulkanisierbaren Naturkautschuk oder typischerweise aus einem synthetischen Gummimaterial wie Nitrilkautschuk oder Neopren® besteht. Solche Materialien oder Mischungen können auf herkömmliche Weise extrudiert und gekühlt oder ausgehärtet werden, um das Innenrohr zu bilden. In einigen Fällen kann das Rohr durch einen Kreuzkopf auf einem Stützdorn extrudiert oder anderweitig in einem nachfolgenden Formvorgang unter Verwendung von Luftdruck und/oder reduzierter Verarbeitungstemperatur abgestützt werden.
Aus dem Extruder kann das Innenrohr durch eine Flechtmaschine und/oder eine Spiralwickelmaschine zugeführt werden, um das Innenrohr mit einer oder mehreren umgebenden Schichten aus Metalldraht und/oder Fasermaterial oder Mischungen zu verstärken, die beispielsweise aus Monofilamenten, Garnen, Schnüren, Garnverbunden oder Rovings bestehen. Solche Verstärkungsschichten werden normalerweise im verspannten Zustand aufgebracht und können im Allgemeinen aus Geflechten oder Spiralwickeln gebildet werden, die durch das Verweben der Nylon-, Polyester-, Polyphenylenbenzobisazol-, Polyvinylacetat- oder aromatischen Polyamidgarne oder hochfesten Stahl- oder anderen Metalldrähte miteinander hergestellt werden. Eine relativ dünne Klebeschicht oder andere Zwischenschichten aus vulkanisierbaren Gummis können extrudiert oder auf andere Weise zwischen jeder Verstärkungsschicht aufgebracht werden, um jede Schicht mit der nächsten Schicht zu verkleben.
Eine äußere Abdeckung oder Hülle kann wahlweise nach dem Weben, Wickeln usw. der Verstärkungsschicht und der Zwischenschicht aufgebracht werden. Eine solche Abdeckung, die als eine Kreuzkopf-Extrusionsbeschichtung, eine nassgehärtete Beschichtung oder eine lösungsmittelbasierte Tauchbeschichtung oder eine spiralförmig gewickelte Beschichtung ausgebildet werden kann, umfasst normalerweise ein verschleißfestes synthetisches Gummi oder einen Thermoplast wie Polyurethan. Nach dem Aufbringen der Abdeckung wird die gebildete Schlauchstruktur erhitzt, um die Gummischicht zu vulkanisieren, wodurch diese Struktur in eine einstückige Schlauchstruktur integriert wird.
Beim normalen Gebrauch, wie in mobilen oder industriellen hydraulischen Anwendungen, können Schläuche der hier genannten Art verschiedenen Umweltfaktoren und mechanischen Belastungen ausgesetzt sein, die nicht immer vorhersehbar sind. Für die Integrität und Leistungen des Schlauchs ist es das Wichtigste, eine feste Verbindung zwischen seinen Komponenten zu erreichen. Obwohl die Verbindung dieser Komponenten miteinander wichtig ist, ist es ebenfalls wichtig, dass der Schlauch nicht zu steif gemacht wird, damit er ohne Ermüdung oder für einige Anwendungen leicht verdreht werden kann. Beim Auslegen der vorhandenen Spiralschläuche werden mehrere Schichten von Material verwendet. Der Schlauch beginnt normalerweise mit einem inneren Gummirohr, das von einer Schicht aus Textilgeflecht oder Drehergewebe bedeckt wird, um zu verhindern, dass das Ende des Metalldrahtes das Rohr während des Spiralwickelns durchstößt. Der Gummiklebstoff bedeckt das Textilgeflecht oder das Drehergewebe, um eine Klebeverbindung zwischen dem Rohr und der ersten Schicht des Metalldrahtes zu bilden. Mehrere Schichten des Metalldrahtes sind spiralförmig um den Schlauch gewickelt, wobei zwischen jeder Schicht des Metalldrahtes eine Reibschicht aus Gummi aufgebracht ist. Die Schichten des Metalldrahtes werden in wechselnden Spiralrichtungen aufgebracht. Mit anderen Worten: die erste Verstärkungsschicht des Metalldrahtes wird in einer Spiralrichtung aufgebracht und dann die nächste Schicht in der entgegengesetzten Spiralrichtung und die übernächste Schicht erneut in der gleichen Spiralrichtung wie die erste Verstärkungsschicht. Diese Schichten werden in Gruppen von zwei Schichten ausgebildet, wobei die beiden Schichten normalerweise durch eine Gummischicht getrennt sind.
Schließlich ist der Schlauch mit einer Außenschicht aus witterungsbeständigem und verschleißfestem Gummi überzogen. Daher erfordern herkömmliche Innenrohrverbindungen ein Textilgeflecht oder Drehergewebe, um das weiche ungehärtete Rohr während des Spiralwickelns des Metalldrahtes zu schützen. Das Textilgeflecht oder Drehergewebe verhindert, dass das Ende des Metalldrahtes den Rohling während des Spiralwickelns des Metalldrahtes durchstößt. Für die Herstellung solcher Schläuche erhöht diese Schutzschicht die Kosten der Herstellung und des Verfahrens.
Ein Problem bei solchem Design und Herstellungsverfahren besteht darin, dass der Schlauch eine hohe Steifigkeit und eine große Abmessung aufweist. In der betroffenen Industrie wird nach Hydraulikschläuchen gesucht, die flexibler, kompakter sind und einen kleineren Biegeradius aufweisen, so dass die Schläuche in einer kompakteren Umgebung platziert werden können und die Kosten durch Verwendung kürzerer Längen reduziert werden können. Dieser Bedarf wird durch die Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung zumindest teilweise befriedigt.
Offenbarung der Erfindung
Die Offenbarung der Erfindung dient dazu, die Auswahl der Begriffe in der folgenden detaillierten Beschreibung darzustellen. Die Offenbarung der Erfindung zielt nicht darauf ab, die wichtigsten bzw. wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstandes zu bestimmen oder den Umfang des beanspruchten Gegenstandes zu beschränken.
In einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst der Schlauch ein Innenrohr, das eine Mittellängsachse durch das Innenrohr definiert und aus einem vulkanisierten Gummi besteht, wobei das Innenrohr eine Rohrwandstärke (t) zwischen ca. 0,5 mm und ca. 1,5 mm aufweist. Eine erste Verstärkungsschicht ist benachbart zum Innenrohr unter einem Spiralwinkel θ in einer Spiralrichtung (+) aufgebracht und eine zweite Verstärkungsschicht unter einem Spiralwinkel θ' in der gleichen Spiralrichtung (+). Eine dritte Verstärkungsschicht ist benachbart zur zweiten Verstärkungsschicht und unter einem Spiralwinkel -θ in einer entgegengesetzten Spiralrichtung (-) aufgebracht. Eine Abdeckung ist an der Außenseite der dritten Verstärkungsschicht angeordnet. In einigen Aspekten weist der Schlauch eine Wandstärke (T) auf, und die Rohrwandstärke (t) beträgt weniger als etwa 25% der Wandstärke des Schlauchs.
Das vulkanisierte Gummi kann Nitrilkautschuk (NBR), hydrierter Nitrilkautschuk NBR (HNBR), vernetzter NBR (XNBR) oder Copolymere und Mischungen davon sein. Das Innenrohr kann mehrere stabförmige Partikel aufweisen, die im Wesentlichen parallel zur Mittellängsachse ausgerichtet sind, und wobei das Gewicht der mehreren stabförmigen Partikel weniger als 10% des Gesamtgewichts des Innenrohrs ausmacht. In einigen Aspekten macht das Gewicht der mehreren stabförmigen Partikel 1% bis 7% des Gesamtgewichts des Innenrohrs aus.
In einigen Ausführungsbeispielen ist jeweils eine Klebeschicht zwischen der ersten und der zweiten Verstärkungsschicht und/oder zwischen der zweiten und der dritten Verstärkungsschicht vorgesehen.
In einigen Ausführungsbeispielen ist eine vierte Verstärkungsschicht benachbart zur dritten Verstärkungsschicht und unter einem Spiralwinkel -θ' in einer entgegengesetzten Spiralrichtung (-) oder unter einem Spiralwinkel θ'' in der gleichen Spiralrichtung (+) aufgebracht.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst der Schlauch ein Innenrohr, eine Abdeckung und mindestens drei Verstärkungsschichten, die zwischen dem Innenrohr und der Abdeckung aufgebracht sind, wobei zwei direkt zueinander benachbarte Verstärkungsschichten der mindestens drei Verstärkungsschichten in der gleichen Spiralrichtung (+) (+) aufgebracht sind und die andere der mindestens drei Verstärkungsschichten in einer entgegengesetzten Spiralrichtung (-) aufgebracht ist. Das Innenrohr kann eine Rohrwandstärke (t) zwischen ca. 0,5 mm und ca. 1,5 mm aufweisen, und der Schlauch kann eine Wandstärke (T) aufweisen, wobei die Rohrwandstärke (t) weniger als etwa 25% der Wandstärke des Schlauchs betragen kann. Eine optionale Klebeschicht kann jeweils zwischen den mindestens drei Verstärkungsschichten vorgesehen werden.
In bestimmten Fällen umfasst das Innenrohr mehrere stabförmige Partikel, die im Wesentlichen parallel zur Mittellängsachse ausgerichtet sind. Das Gewicht der mehreren stabförmigen Partikel kann weniger als 10% des Gesamtgewichts des Innenrohrs ausmachen.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst der Schlauch ein Innenrohr, das eine Mittellängsachse durch das Innenrohr definiert und aus vulkanisiertem Gummi besteht. Eine erste Verstärkungsschicht ist benachbart zum Innenrohr unter einem Spiralwinkel θ in einer Spiralrichtung (+), eine zweite Verstärkungsschicht unter einem Spiralwinkel θ' in der gleichen Spiralrichtung (+) und eine dritte Verstärkungsschicht unter einem Spiralwinkel θ'' in der gleichen Spiralrichtung (+) aufgebracht. Eine vierte Verstärkungsschicht ist unter einem Spiralwinkel -Θ in einer entgegengesetzten Spiralrichtung (-) und eine fünfte Verstärkungsschicht unter einem Spiralwinkel -θ' in der Spiralrichtung (-) aufgebracht. Eine Abdeckung ist an der Außenseite der fünften Verstärkungsschicht angeordnet.
In einigen Aspekten ist jeweils eine optionale Klebeschicht zwischen der ersten und der zweiten Verstärkungsschicht, zwischen der zweiten und der dritten Verstärkungsschicht, zwischen der dritten und der vierten Verstärkungsschicht und/oder zwischen der vierten und der fünften Verstärkungsschicht vorgesehen.
In bestimmten Fällen weist das Innenrohr eine Rohrwandstärke (t) zwischen etwa 0,5 mm und etwa 1,5 mm auf. Der Schlauch kann eine Wandstärke (T) aufweisen, und die Rohrwandstärke (t) beträgt weniger als etwa 25% der Wandstärke des Schlauchs. Ferner kann das Innenrohr mehrere stabförmige Partikel aufweisen, die im Wesentlichen parallel zur Mittellängsachse ausgerichtet sind, und wobei das Gewicht der mehreren stabförmigen Partikel weniger als 10% des Gesamtgewichts des Innenrohrs ausmacht.
In einigen Aspekten ist eine kombinierte Zugfestigkeit der vierten Verstärkungsschicht und der fünften Verstärkungsschicht im Wesentlichen gleich einer kombinierten Zugfestigkeit der ersten Verstärkungsschicht, der zweiten Verstärkungsschicht und der dritten Verstärkungsschicht.
Figurenliste
Im Folgenden werden bestimmte Ausführungsbeispiele anhand von den Figuren beschrieben, wobei dieselben Bezugszeichen dieselben Elemente darstellen. Allerdings versteht es sich, dass die Figuren verschiedene hierin beschriebene Ausführungsformen veranschaulichen aber den Umfang der verschiedenen hierin beschriebenen Techniken nicht beschränken. Dabei zeigen:

1 einen Schlauch des Stands der Technik in einer perspektivischen Ansicht und 2 den in 1 gezeigten Schlauch in einer Querschnittsansicht;
3 bis 10 jeweils ein Ausführungsbeispiel einiger Schläuche gemäß den einzelnen Aspekten der vorliegenden Erfindung in einer perspektivischen Ansicht.

Ausführliche Ausführungsformen
Die folgende Beschreibung der Varianten dient lediglich der Veranschaulichung und beschränkt keinesfalls den Umfang der Erfindung, ihre Anwendung bzw. Verwendung. Die Beschreibungen und Beispiele hierin werden zum Zweck der Veranschaulichung der verschiedenen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung präsentiert und sollen nicht als Beschränkungen des Umfangs und der Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung ausgelegt werden. In der Offenbarung der Erfindung und deren detaillierten Beschreibung soll jeder Wert zeitweise so verstanden werden, dass er durch die Angabe „etwa“ eingeschränkt wird (es sei denn, er wurde explizit modifiziert); und dieser Wert wird dann wieder so verstanden, dass er nicht durch die Angabe „etwa“ eingeschränkt ist, wenn nichts anderes im Zusammenhang angegeben ist. Außerdem versteht es sich in der Offenbarung der Erfindung und deren detaillierter Beschreibung, dass Konzentrations-, Mengen- oder Wertbereiche, die als nützlich oder geeignet ausgeführt oder beschrieben werden, darauf hinweisen, dass irgendeine Konzentration oder Menge bzw. irgendein Wert in diesen Bereichen (einschließlich Start- und Endpunkte) als angegeben betrachtet werden soll. Zum Beispiel soll ein „Bereich von 1 bis 10“ jede mögliche Zahl entlang eines Kontinuums zwischen etwa 1 und etwa 10 umfassen. Selbst wenn ein bestimmter Datenpunkt innerhalb des Bereichs (oder sogar kein Datenpunkt in dem Bereich) explizit identifiziert wird oder nur weniger spezifische Datenpunkte angegeben werden, versteht es sich, dass der Erfinder glaubt und versteht, dass alle Datenpunkte innerhalb des Bereichs als bezeichnet gelten und der Erfinder den gesamten Bereich und alle Punkte im Bereich besitzt.
Sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, bezieht sich „oder“ auf inklusiv statt exklusiv. Zum Beispiel ist unter der Bedingung A oder B eines der Folgenden zu verstehen: A ist wahr (oder existiert) und B ist falsch (oder existiert nicht); A ist falsch (oder existiert nicht) und B ist wahr (oder existiert); sowie A und B sind wahr (oder existieren).
Ferner dient die Verwendung von Angaben „ein“ oder „eine“ zur Beschreibung der Elemente und Komponenten in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Die obige Verwendung erfolgt lediglich zugunsten der Zweckmäßigkeit und dient dazu, Begriffe im allgemeinen Sinne der Erfindung bereitzustellen. Sofern nicht anders angegeben, bedeuten solchen Angaben, dass ein (Singular) oder zumindest ein (Plural) eingeschlossen werden. Die hierin verwendeten Begriffe und Ausdrücke dienen dem Zweck der Beschreibung und sollen nicht als einschränkend ausgelegt werden. Durch Verwendung der Ausdrücke wie „umfassen“, „enthalten“, „aufweisen“, „haben“ oder „betreffen“ und Varianten davon sind nachfolgend aufgelistete Gegenstände, Äquivalente und zusätzliche nicht aufgelistete Gegenstände weitgehend abgedeckt.
Wie hierin dargestellt bedeutet ferner jede Bezugnahme auf „ein Ausführungsbeispiel“ oder „Ausführungsbeispiel“, dass ein bestimmtes Element bzw. Merkmal oder eine bestimme Struktur bzw. Eigenschaft, das/die in Kombination mit dem Ausführungsbeispiel beschrieben ist, in zumindest einem Ausführungsbeispiel enthalten ist. Phrasen „in einem Ausführungsbeispiel“ in der Beschreibung beziehen sich nicht unbedingt auf dasselbe Ausführungsbeispiel.
Zwecks der Darstellung wird die Ausgestaltung der kompakten Gummischlauchstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung in Kombination mit Konstruktionen beschrieben, die sich besonders für mobile Anwendungen oder industrielle Hydraulikanwendungen unter Hochdruck (d.h., von etwa 4000 bis 8000 psi (28 bis 55 MPa)) eignet. Es versteht sich jedoch, dass die einzelnen Aspekte der vorliegenden Erfindung auch in anderen Schlauchstrukturen für verschiedene oder allgemein hydraulische oder andere Fluidzufuhranwendungen verwendet werden können. Die Verwendung in diesen anderen Anwendungen wird daher als ausdrücklich im Umfang der Erfindung liegend angesehen. Bezugnehmend auf die Zeichnungen bezeichnen nun die jeweiligen Bezugszeichen in den Figuren die entsprechenden Elemente in allen Figuren, wobei äquivalente Elemente durch grundlegende oder sequentielle alphanumerische Zeichen dargestellt sind. Dabei ist eine repräsentative herkömmliche Schlauchstruktur nach dem Stand der Technik allgemein mit 100 in der Schnittansicht der 1 sowie in der radialen Querschnittsansicht der 2 versehen. In einer Grundgröße erstreckt sich der Schlauch 100 axial entlang der Mittellängsachse 102 zu einer unbestimmten Länge und hat einen ausgewählten Innen- und Außendurchmesser, wobei der Innen- und der Außendurchmesser in der radialen Querschnittsansicht von 2 jeweils durch „Di“ und „Do“ angezeigt sind. Die Abmessungen des Innen- und Außendurchmessers können in Abhängigkeit von der jeweiligen verwendeten Fluidzufuhranwendung variieren. Für viele HochdruckhydraulikAnwendungen liegt jedoch der Innendurchmesser Di etwa zwischen 0,25 und 2 Zoll (d.h., 6 bis 51 mm), der Außendurchmesser Do etwa zwischen 0,5 und 3 Zoll (d.h., 13 bis 76 mm) und die gesamte Wandstärke „T“ zwischen etwa 0,12 und etwa 0,5 Zoll (d.h., 3 bis 13 mm).
Wie in den verschiedenen Ansichten der 1 und 2 ersichtlich ist, ist der Schlauch 100 so ausgebildet, dass er um eine röhrenförmige Innenschicht (d.h., das Innenrohr oder der Kern 104) gebildet ist, die eine Einzel- oder Mehrschichtstruktur sein kann und im Allgemeinen vulkanisiertes Gummi umfasst. In irgendeiner Struktur hat das Innenrohr 104 eine umlaufende äußere Kernrohroberfläche 106 und eine umlaufende innere Kernrohroberfläche 108, die den Innendurchmesser Di des Schlauchs 100 definiert. Die Wandstärke ist durch die äußere Kernrohroberfläche 106 und die innere Kernrohroberfläche 108 definiert und ist in der Querschnittsansicht von 2 mit „t“ bezeichnet. Eine solche Stärke t, die etwa 0,02 bis 0,05 Zoll (0,5-1,25 mm) betragen kann, kann das Minimum sein, das erforderlich ist, um die gewünschte Druckstufe und Beständigkeit gegen Eindringen von Lösungsmittel, Gas und/oder Flüssigkeit bereitzustellen. Wie oben erwähnt, beträgt für Schläuche 100 vieler Abmessungen die gesamte Wandstärke T des Schlauchs 100 etwa 0,12 bis 0,5 Zoll (3 bis 13 mm). Daher kann die Rohrwandstärke t weniger als etwa 25% der Stärke T betragen, wobei der Rest aus einer Verstärkungsschicht, einer Klebeschicht und einer beliebigen Deckschicht des Schlauchs besteht, die für die Erfüllung der Abmessung, der gewünschten Druckstufe und/oder des Industriestandards erforderlich sind. An dem Innenrohr 104 ist eine Klebeschicht 110 angeordnet, die das Innenrohr 104 umgibt. Das Material, das in der Zusammensetzung des Innenrohrs 104 verwendet wird, ist auch bei relativ dünner Rohrwand in der Lage, wiederholten Zyklen des Hochspannungsimpulses zu widerstehen und das Zubehör zuverlässig abzudichten. Darüber hinaus kann bei der Herstellung wünschenswert sein, ein Textilgeflecht oder Drehergewebe zu verwenden, das auf der Außenfläche 106 des Innenrohrs 104 angeordnet ist.
In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung werden die stabförmigen Kohlenstoffpartikel mit der Verbindung für Innenrohr gemischt, um die Festigkeit des Rohlings wirksam zu erhöhen und zu ermöglichen, dass der Metalldraht ohne Verwendung einer Schutzschicht aus Textilgeflecht oder Drehergewebe spiralförmig gewickelt wird. Wenn die Verbindung für Innenrohr in der Form des Rohrs extrudiert wird, sind die stabförmigen Partikel in Längsrichtung zumindest im Wesentlichen entlang der Länge des Rohrs (d.h., der Mittellängsachse) ausgerichtet. Dies erzeugt sehr hohe Zugmoduleigenschaften in Extrusionsrichtung entlang der Mittellängsachse. Diese Eigenschaften reduzieren die Verformung des Rohres bei Zyklen des Hochspannungsimpulses, verhindern Nadellöcher im Rohr und verlängern die Lebensdauer des Schlauchs. Eine höhere Längsfestigkeit kann auch ein Zubehörteil besser an einem Ende des Schlauchs halten, um die Lebensdauer der Komponenten zu verlängern.
Erneut unter Bezug auf 1 und 2, wie in den verschiedenen Ansichten ersichtlich ist, ist der Schlauch 100 so ausgebildet, dass er um eine röhrenförmige Innenschicht (d.h., das Innenrohr oder der Kern 104) gebildet ist, die eine Einzel- oder Mehrschichtstruktur sein kann. In irgendeiner Struktur hat das Innenrohr 104 eine umlaufende äußere Kernrohroberfläche 106 und eine umlaufende innere Kernrohroberfläche 108, die den Innendurchmesser Di des Schlauchs 100 definiert. Die Wandstärke ist durch die äußere Kernrohroberfläche 106 und die innere Kernrohroberfläche 108 definiert und ist in der Querschnittsansicht von 2 mit „t“ bezeichnet. Eine solche Stärke t, die etwa 0,02 bis 0,05 Zoll (0,5-1,25 mm) betragen kann, kann das Minimum sein, das erforderlich ist, um die gewünschte Druckstufe und Beständigkeit gegen Eindringen von Lösungsmittel, Gas und/oder Flüssigkeit bereitzustellen. Wie oben erwähnt beträgt für Schläuche 100 vieler Abmessungen die gesamte Wandstärke T des Schlauchs 100 etwa 0,12 bis 0,5 Zoll (3 bis 13 mm). Daher kann die Rohrwandstärke t weniger als etwa 25% der Stärke T betragen, wobei der Rest aus einer Verstärkungsschicht, einer Klebeschicht und einer beliebigen Deckschicht des Schlauchs besteht, die für die Erfüllung der Abmessung, der gewünschten Druckstufe und/oder des Industriestandards erforderlich sind.
Bezüglich der spiralgewickelten Struktur, die in 1 und 2 gezeigt ist, sind mindestens zwei (normalerweise vier (wie gezeigt) oder bis zu sechs oder mehr) Verstärkungsschichten 130a bis 130d an dem Innenrohr 104 angeordnet. Jede Verstärkungsschicht 130 kann herkömmlicherweise als eine gewebte, gestrickte, oder umhüllte Verstärkungsschicht ausgebildet werden; oder sie kann auch wie gezeigt spiralförmig ausgebildet werden, und zwar beispielsweise spiralförmig von 1 bis etwa 180 Kettgarnen aus einem Monofilament, einem kontinuierlichen Multifilament (Garn, Litze, Schnur, Roving, Faden, Gürtel oder Strang) oder kurzen „Rohmaterial“-Strängen aus Fasermaterial gewickelt werden. In den Schichten 130a bis 130d können die Fasermaterialien natürliche bzw. synthetische polymere Materialien oder Mischungen, die beispielsweise Nylon, Baumwolle, Polyester, Polyamid, Aramid, Polyolefin, Polyvinylalkohol (PVA), Polyvinylacetat oder Polyphenylenbenzobisoxazol (PBO) sind, oder Stahl, der rostfreier Stahl oder galvanisierter Stahl sein kann, Messing, Zink oder galvanisiertes Zink oder andere Metalldrähte oder Mischungen davon sein, wobei die Fasermaterialien gleich oder verschieden sein können.
In der spiralgewickelten Struktur, die in den 1 und 2 gezeigt ist und auch eine nicht gezeigte zusätzliche Extrusionsschicht, Spiralschicht, Geflechtschicht und/oder gestrickte Schicht enthalten kann, sind die Verstärkungsschichten 130a bis 130d paarweise gegenüberliegend gewickelt, um den Torsions- bzw. Verzerrungseffekt auszugleichen. Für jede der spiralgewickelten Schichten 130a bis 130d können vorzugsweise 1 bis etwa 180 parallele Kettgarne des Monofilamentmetall- oder Metalllegierungsdrahts unter Spannung in einer Richtung (d.h., der linken Richtung oder der rechten Richtung) spiralgewickelt werden, wobei die unmittelbar folgende Schicht 130 in einer entgegengesetzten Richtung gewickelt ist. Die innere Verstärkungsschicht 130a kann, wie in 1 gezeigt, direkt auf die Außenfläche 106 des Innenrohrs 104 oder um ein Zwischengewebe, eine Folie, einen Film, eine Klebeschicht oder eine andere Schicht gewickelt sein.
Die Schichten 130a bis 130d können jeweils einen vorbestimmten Spiralwinkel aufweisen, der relativ zur Längsachse 102 des Schlauches 100 gemessen wird, wenn sie nacheinander in den Schlauch 100 gewickelt werden. In 1 sind die vorbestimmten Spiralwinkel der Schichten 130a und 130c mit -θ und die der Schichten 130b und 130d mit θ markiert. Der Spiralwinkel θ wird für typische Anwendungen zwischen etwa 45° und 65° ausgewählt, aber kann insbesondere abhängig von der gewünschten Konvergenz von Festigkeit, Dehnung, Gewicht und Volumenausdehnungseigenschaften des Schlauchs 100 ausgewählt werden. Im Allgemeinen zeigt ein höherer Spiralwinkel über etwa 54,7° eine Abnahme der radialen Ausdehnung des Schlauchs unter Druck, aber eine Zunahme der axialen Dehnung. Für Hochdruckanwendungen wird normalerweise ein „neutraler“ Spiralwinkel von etwa 54,7° bevorzugt, so dass die Dehnung auf etwa ± 3% der ursprünglichen Schlauchlänge minimiert wird. Jede Schicht 130 kann unter gleichen oder verschiedenen absoluten Spiralwinkeln gewickelt werden und es ist bekannt, dass der Spiralwinkel jeder Verstärkungsschicht zum Beeinflussen der physikalischen Eigenschaften des Schlauchs veränderbar ist. In einer bevorzugten Struktur sind die Spiralwinkel der Verstärkungsschichten 130a bis 130d jedoch so eingestellt, dass sie im Wesentlichen gleich aber in aufeinanderfolgenden Schichten umgekehrt sind.
Die äußerste Verstärkungsschicht 130d kann in einer oder mehreren koaxial umlaufenden Schutzabdeckungen oder -hüllen (mit 140 bezeichnet) angeordnet sein, die eine umlaufende Innenfläche 142, die den Außendurchmesser Do des Schlauchs definiert, und eine gegenüberliegende umlaufende Außenfläche 144 umfassen. Abhängig von ihren Ausbildungen kann die Abdeckung 140 auf die Verstärkungsschicht 130d aufgesprüht, tauchbeschichtet, kreuzkopfextrudiert oder coextrudiert oder auf andere Weise konventionell spiralförmig oder longitudinal extrudiert (d.h., „umhüllt“), gewickelt oder gewebt werden.
Jede der Verstärkungsschichten 130a bis 130d innerhalb des Schlauchs 100 kann beispielsweise chemisch und/oder mechanisch mit ihrer unmittelbar folgenden Schicht 130 kombiniert sein, um die resultierenden internen oder externen Spannungen wirksamer zu übertragen. Diese Kombination kann erreicht werden, indem ein Zwischenklebstoff, ein Harz oder ein Bindemittel in Form von weiteren Zwischenschichten 150a bis 150c bereitgestellt wird. In einem veranschaulichenden Ausführungsbeispiel kann ein solches Bindemittel einen Klebstoff in Form eines schmelzverarbeitbaren Materials oder eines vulkanisierbaren Materials bereitstellen, wobei der Klebstoff in einer geschmolzenen, erweichten, ungehärteten oder teilweise ungehärteten oder anderweitig fließfähigen Stufe extrudiert oder anderweitig auf jede der Verstärkungsschichten 130a bis 130d aufgetragen wird, um die jeweiligen Zwischenschichten 150a bis 150c zu bilden. Jede derartige Zwischenschicht 150 kann eine Stärke zwischen etwa 1 und 25 Mil (0,025-0,64 mm) aufweisen. Die jeweilige Verstärkungsschicht 130 kann dann um die jeweilige Zwischenschicht 150 gewickelt werden, während sich die jeweilige Zwischenschicht 150 noch in ihrer erweichten Stufe befindet. Alternativ kann im Fall der thermoplastischen Zwischenschicht 150 diese Zwischenschicht vor dem Wickeln der Verstärkungsschicht 130 erneut erwärmt werden, um ihre Wiedererweichung zu bewirken.
Das Material, aus dem die Zwischenschicht 150 besteht, kann speziell für Hochtemperatur- oder Niedrigtemperaturleistungen, Flexibilität oder andere Aspekte ausgewählt werden, damit die Zwischenschicht mit der Verstärkungsschicht 130 und/oder dem Innenrohr 104 und der Abdeckung 140 kompatibel ist. Zu geeigneten Materialien gehören Naturkautschuk und synthetisches Gummi sowie thermoplastische (d.h. schmelzverarbeitbare) oder duroplastische (d.h. vulkanisierbare) Harze, die im weiteren Sinne auch Materialien umfassen, die als Elastomer oder Heißschmelz klassifiziert werden können. Repräsentativ für solche Harze sind plastifizierte oder nichtplastifizierte Polyamide (z.B. Nylon 6, 66, 11 und 12), Polyester, Copolyester, Ethylenvinylacetat, Ethylenterpolymere, Polybuten oder Polyethylenterephthalat, Polyvinylchlorid, Polyolefin, Fluorpolymer, thermoplastisches Elastomer, technisches thermoplastisches Vulkanisat, thermoplastische Heißschmelze, Copolymerkautschuk, Mischungen (z.B. Ethylen oder Propylen-EPDM, EPR oder NBR), Polyurethan und Siloxan. Im Falle der thermoplastischen Harze weisen solche Harze im Allgemeinen einen Erweichungspunkt oder Schmelzpunkt (d.h. Vicat-Temperatur) von etwa 77 bis 250°C auf. Für amorphe oder andere thermoplastische Harze, die keinen gut definierten Schmelzpunkt aufweisen, wird der Fachbegriff „Schmelzpunkt“ austauschbar mit dem Glasübergangspunkt verwendet. Die entsprechenden Schichten 104 und die optionalen Klebeschichten 110, 130a, 150a, 130b, 150b, 130c, 150c, 130d sowie 140 werden in dieser Reihenfolge extrudiert, aufgewickelt oder anderweitig gebildet, wobei nach dem Aufbringen der Abdeckung 140 der Schlauch 100 erwärmt werden kann, um die Gummischicht zu vulkanisieren, wodurch die Struktur in eine einstückige Schlauchstruktur integriert wird.
Alle oben genannten Aspekte, Merkmale, Abmessungen und Materialien, die für herkömmliche Hydraulikschläuche des Standes der Technik beschrieben wurden, können nützlich sein oder anderweitig für die Schläuche gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden, die Erfindungshöhe besitzen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Hydraulikschläuchen des Stands der Technik weisen Hydraulikschläuche gemäß der vorliegenden Erfindung jedoch zumindest zwei benachbarte Verstärkungsschichten, die in der gleichen Spiralrichtung aufgebracht sind, und zumindest eine weitere Verstärkungsschicht auf, die in einer entgegengesetzten Spiralrichtung aufgebracht ist. Somit werden in einem Schlauch mit drei Verstärkungsschichten zwei benachbarte Schichten in der gleichen Spiralrichtung aufgebracht, während die dritte Schicht in der entgegengesetzten Spiralrichtung aufgebracht wird. Dieses Konzept ist in den 3 und 4 dargestellt.
Bezugnehmend auf 3 umfasst der Schlauch 300 ein Innenrohr (oder einen Kern) 304, das eine Einzel- oder Mehrschichtstruktur sein kann und im Allgemeinen vulkanisiertes Gummi umfasst. Die erste Verstärkungsschicht 330a ist benachbart zum Innenrohr 304 unter einem Spiralwinkel θ in einer Spiralrichtung (+) aufgebracht, und die zweite Verstärkungsschicht 330b ist unter einem Spiralwinkel θ' in der gleichen Spiralrichtung (+) aufgebracht. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung werden eng aneinander anschließende Verstärkungsschichten (z.B. die erste Verstärkungsschicht 330a und die zweite Verstärkungsschicht 330b) als direkt zueinander benachbarte Verstärkungsschichten angesehen. Der Spiralwinkel θ und der Spiralwinkel θ' können gleich oder ungleich sein, wie normalerweise bei jeder Verstärkungsschicht, die in Schlauchausführungsbeispielen verwendet wird, der Fall ist. Die optionale Klebeschicht 350a kann zwischen der Verstärkungsschicht 330a und der Verstärkungsschicht 330b vorgesehen werden. Die dritte Verstärkungsschicht 330c ist benachbart zur zweiten Verstärkungsschicht 330b vorgesehen, und die dritte Verstärkungsschicht 330c ist unter einem Spiralwinkel -θ in einer entgegengesetzten Spiralrichtung (-) aufgebracht. Die optionale Klebeschicht 350b kann zwischen der Verstärkungsschicht 330b und der Verstärkungsschicht 330c vorgesehen werden. Der Schlauch 300 umfasst noch eine Deckschicht 340, die die äußerste Schicht des Schlauchs 300 ist. Somit wird von der innersten Verstärkungsschicht bis zu der äußersten Verstärkungsschicht der Schlauch 300 mit mehreren Spiralrichtungen (+) (+) (-) der Verstärkungsschichten bereitgestellt.
Bezugnehmend auf 4 weist nun der Schlauch 400 ein Innenrohr 404 und eine erste Verstärkungsschicht 430a auf, wobei die erste Verstärkungsschicht 430a benachbart zum Innenrohr 404 unter einem Spiralwinkel θ in der Spiralrichtung (+) aufgebracht ist. Die zweite Verstärkungsschicht 430b ist unter einem Spiralwinkel -θ in der entgegengesetzten Spiralrichtung (-) aufgebracht. Die optionale Klebeschicht 450a kann zwischen der Verstärkungsschicht 430a und der Verstärkungsschicht 430b vorgesehen werden. Die dritte Verstärkungsschicht 430c ist benachbart zur zweiten Verstärkungsschicht 430b vorgesehen, und die dritte Verstärkungsschicht 430c ist unter einem Spiralwinkel -Θ' in der gleichen Spiralrichtung (-) aufgebracht. Die optionale Klebeschicht 450b kann zwischen der Verstärkungsschicht 430b und der Verstärkungsschicht 430c vorgesehen werden. Der Schlauch 400 umfasst noch eine Deckschicht 440 als die äußerste Schicht. Somit wird der Schlauch 400 mit mehreren Spiralrichtungen (+) (-) (-) der Verstärkungsschichten bereitgestellt.
Bezugnehmend auf 5, ist in 5 ein weiteres Schlauchausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der Schlauch 500 weist ein Innenrohr 504 und eine erste Verstärkungsschicht 530a auf, wobei die erste Verstärkungsschicht 530a benachbart zum Innenrohr 504 unter einem Spiralwinkel θ in der Spiralrichtung (+) aufgebracht ist.
Die zweite Verstärkungsschicht 530b ist unter einem Spiralwinkel θ' in der gleichen Spiralrichtung (+) aufgebracht. Die optionale Klebeschicht 550a kann zwischen der Verstärkungsschicht 530a und der Verstärkungsschicht 530b vorgesehen werden. Die dritte Verstärkungsschicht 530c ist benachbart zur zweiten Verstärkungsschicht 530b unter einem Spiralwinkel -θ in der entgegengesetzten Spiralrichtung (-) aufgebracht. Die optionale Klebeschicht 550b kann zwischen der Verstärkungsschicht 530b und der Verstärkungsschicht 530c vorgesehen werden. Die vierte Verstärkungsschicht 530d ist benachbart zur dritten Verstärkungsschicht 530c unter einem Spiralwinkel -Θ' in der gleichen Spiralrichtung (-) aufgebracht und die optionale Klebeschicht 550c kann zwischen der Verstärkungsschicht 530c und der Verstärkungsschicht 530d vorgesehen werden. Die Deckschicht 540 ist die äußerste Schicht. Somit wird der Schlauch 500 mit mehreren Spiralrichtungen (+) (+) (-) (-) der Verstärkungsschichten bereitgestellt.
6 zeigt ein weiteres Schlauchausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Schlauch 600 umfasst ein Innenrohr 604, eine erste Verstärkungsschicht 630a, eine zweite Verstärkungsschicht 630b, eine dritte Verstärkungsschicht 630c und eine vierte Verstärkungsschicht 630d, wobei die erste Verstärkungsschicht benachbart zum Innenrohr 604 unter einem Spiralwinkel θ in einer Spiralrichtung (+), die zweite Verstärkungsschicht unter einem Spiralwinkel θ' in der gleichen Spiralrichtung (+), die dritte Verstärkungsschicht benachbart zur zweiten Verstärkungsschicht 630b unter einem Spiralwinkel -θ in der entgegengesetzten Spiralrichtung (-) und die vierte Verstärkungsschicht benachbart zur Verstärkungsschicht 630c unter einem Spiralwinkel θ" in der entgegengesetzten Spiralrichtung (+) aufgebracht ist. Wie in der Figur gezeigt, können die optionalen Klebeschichten 650a, 650b und 650c zwischen den Verstärkungsschichten vorgesehen werden. Die Deckschicht 640 ist die äußerste Schicht. Somit wird der Schlauch 600 mit mehreren Spiralrichtungen (+) (+) (-) (+) der Verstärkungsschichten bereitgestellt.
Bezugnehmend auf 7 weist nun der Schlauch 700 ein Innenrohr 704 und eine erste Verstärkungsschicht 730a auf, wobei die erste Verstärkungsschicht 730a benachbart zum Innenrohr 704 unter einem Spiralwinkel θ in der Spiralrichtung (+) aufgebracht ist. Die zweite Verstärkungsschicht 730b ist unter einem Spiralwinkel -θ in der entgegengesetzten Spiralrichtung (-) aufgebracht. Die optionale Klebeschicht 750a kann zwischen der Verstärkungsschicht 730a und der Verstärkungsschicht 730b vorgesehen werden. Die dritte Verstärkungsschicht 730c ist benachbart zur zweiten Verstärkungsschicht 730b, und die dritte Verstärkungsschicht 730c ist unter einem Spiralwinkel -Θ' in der gleichen Spiralrichtung (-) aufgebracht. Die optionale Klebeschicht 750b kann zwischen der Verstärkungsschicht 730b und der Verstärkungsschicht 730c vorgesehen werden. Der Schlauch 700 umfasst noch eine Deckschicht 740 als die äußerste Schicht. Die vierte Verstärkungsschicht 730d ist benachbart zur Verstärkungsschicht 730c unter einem Spiralwinkel θ' in der entgegengesetzten Spiralrichtung (+) aufgebracht und die optionale Klebeschicht 750c kann zwischen der Verstärkungsschicht 730c und der Verstärkungsschicht 730d vorgesehen werden. Somit wird der Schlauch 700 mit mehreren Spiralrichtungen (+) (-) (-) (+) der Verstärkungsschichten bereitgestellt.
8 zeigt ein weiteres Schlauchausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Schlauch 800 umfasst ein Innenrohr 804, eine erste Verstärkungsschicht 830a, eine zweite Verstärkungsschicht 830b, eine dritte Verstärkungsschicht 830c, eine vierte Verstärkungsschicht 830d und eine fünfte Verstärkungsschicht 830e, wobei die erste Verstärkungsschicht benachbart zum Innenrohr 804 unter einem Spiralwinkel θ in einer Spiralrichtung (+), die zweite Verstärkungsschicht unter einem Spiralwinkel θ' in der gleichen Spiralrichtung (+), die dritte Verstärkungsschicht benachbart zur zweiten Verstärkungsschicht 830b unter einem Spiralwinkel θ'' in der gleichen Spiralrichtung (+), die vierte Verstärkungsschicht benachbart zur Verstärkungsschicht 830c unter einem Spiralwinkel -θ in der entgegengesetzten Spiralrichtung (-) und die fünfte Verstärkungsschicht benachbart zur Verstärkungsschicht 830d unter einem Spiralwinkel-θ' in der gleichen Spiralrichtung (-) aufgebracht ist. Wie in der Figur gezeigt können die optionalen Klebeschichten 850a, 850b, 850c und 850d zwischen den Verstärkungsschichten vorgesehen werden. Die Deckschicht 840 ist die äußerste Schicht. Somit wird der Schlauch 800 mit mehreren Spiralrichtungen (+) (+) (+) (-) (-) der Verstärkungsschichten bereitgestellt. Bei diesem Design des Schlauchs werden die ersten drei Verstärkungsschichten 830a, 830b, 830c in der gleichen Richtung aufgebracht, während die zwei äußeren Verstärkungsschichten 830d, 830e in entgegengesetzten Spiralrichtungen aufgebracht werden. Die zwei äußeren Verstärkungsschichten 830d, 830e können aus Metalldrähten/Staubfäden mit größerem Durchmesser gebildet werden und somit eine kombinierte Zugfestigkeit bereitstellen, die gleich einer kombinierten Zugfestigkeit der ersten drei Verstärkungsschichten 830a, 830b, 830c ist. Diese Ausbildung ermöglicht die gleiche Leistung wie bei einem Schlauch mit sechs Verstärkungsschichten.
Bezugnehmend auf 9, ist in 9 ein weiteres Schlauchausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der Schlauch 900 weist ein Innenrohr 904 und eine erste Verstärkungsschicht 930a auf, wobei die erste Verstärkungsschicht 930a benachbart zum Innenrohr 904 unter einem Spiralwinkel θ in der Spiralrichtung (+) aufgebracht ist. Die zweite Verstärkungsschicht 930b ist unter einem Spiralwinkel θ' in der gleichen Spiralrichtung (+) aufgebracht. Die optionale Klebeschicht 950a kann zwischen der Verstärkungsschicht 930a und der Verstärkungsschicht 930b vorgesehen werden. Die dritte Verstärkungsschicht 930c ist benachbart zur zweiten Verstärkungsschicht 930b unter einem Spiralwinkel -θ in der entgegengesetzten Spiralrichtung (-) aufgebracht. Die optionale Klebeschicht 950b kann zwischen der Verstärkungsschicht 930b und der Verstärkungsschicht 930c vorgesehen werden. Die vierte Verstärkungsschicht 930d ist benachbart zur Verstärkungsschicht 930c unter einem Spiralwinkel -Θ' in der gleichen Spiralrichtung (-) aufgebracht. Die optionale Klebeschicht 950c kann zwischen der Verstärkungsschicht 930c und der Verstärkungsschicht 930d vorgesehen werden. Die fünfte Verstärkungsschicht 930e ist benachbart zur Verstärkungsschicht 930d unter einem Spiralwinkel θ'' in der entgegengesetzten Spiralrichtung (+) aufgebracht. Die optionale Klebeschicht 950d kann zwischen der Verstärkungsschicht 930d und der Verstärkungsschicht 930e vorgesehen werden. Die sechste Verstärkungsschicht 930f ist benachbart zur Verstärkungsschicht 930e unter einem Spiralwinkel -θ'' in der entgegengesetzten Spiralrichtung (-) aufgebracht. Die optionale Klebeschicht 950e kann zwischen der Verstärkungsschicht 930e und der Verstärkungsschicht 930f vorgesehen werden. Die Deckschicht 940 ist die äußerste Schicht. Somit wird der Schlauch 900 mit mehreren Spiralrichtungen (+) (+) (-) (-) (+) (-) der Verstärkungsschichten bereitgestellt.
10 zeigt ein weiteres Schlauchausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Schlauch 1000 umfasst ein Innenrohr 1004, eine erste Verstärkungsschicht 1030a, eine zweite Verstärkungsschicht 1030b, eine dritte Verstärkungsschicht 1030c, eine vierte Verstärkungsschicht 1030d, eine fünfte Verstärkungsschicht 1030e und eine sechste Verstärkungsschicht 1030f, wobei die erste Verstärkungsschicht benachbart zum Innenrohr 1004 unter einem Spiralwinkel θ in einer Spiralrichtung (+), die zweite Verstärkungsschicht unter einem Spiralwinkel θ' in der gleichen Spiralrichtung (+), die dritte Verstärkungsschicht benachbart zur zweiten Verstärkungsschicht 1030b unter einem Spiralwinkel θ'' in der gleichen Spiralrichtung (+), die vierte Verstärkungsschicht benachbart zur Verstärkungsschicht 1030c unter einem Spiralwinkel -Θ in der entgegengesetzten Spiralrichtung (-), die fünfte Verstärkungsschicht benachbart zur Verstärkungsschicht 1030d unter einem Spiralwinkel -θ' in der gleichen Spiralrichtung (-) und die sechste Verstärkungsschicht benachbart zur Verstärkungsschicht 1030e unter einem Spiralwinkel -θ'' in der gleichen Spiralrichtung (-) aufgebracht ist. Wie in der Figur gezeigt, können die optionalen Klebeschichten 1050a, 1050b, 1050c, 1050d und 1050e zwischen den Verstärkungsschichten vorgesehen werden. Die Deckschicht 1040 ist die äußerste Schicht. Somit wird der Schlauch 1000 mit mehreren Spiralrichtungen (+) (+) (+) (-) (-) (-) der Verstärkungsschichten bereitgestellt.
Die Ausführungsbeispiele des Schlauchs, die in 3 bis 10 gezeigt sind, sind nicht beschränkend und dienen nur zur Erläuterung des Umfangs einiger der Ausbildungen der Spiralrichtungen der Verstärkungsschichten. Erfindungsgemäß kann unabhängig von den entsprechenden Spiralwinkeln der Verstärkungsschichten jede mögliche Ausbildung der Spiralrichtungen der Verstärkungsschichten verwendet werden, solange mindestens zwei benachbarte Verstärkungsschichten die gleiche Ausbildung der Spiralrichtungen aufweisen.
Das Innenrohr, das in Ausführungsbeispielen des erfindungsgemäßen Schlauchs verwendet wird, kann so vorgesehen werden, dass es extrudiert ist oder auf andere Weise aus einem vulkanisierbaren, chemisch beständigen synthetischen Gummi gebildet ist. Wie hierin verwendet wird unter „chemischer Beständigkeit“ die Fähigkeit verstanden, der Ausdehnung, Rissbildung, Spannungsrissbildung, Korrosion oder einem anderen Angriff durch organische Lösungsmittel und Kohlenwasserstoffe (z.B. Hydraulikflüssigkeiten), zu widerstehen. Geeignete Materialien umfassen Nitrilkautschuk (NBR) und modifiziertes NBR, wie hydriertes NBR (HNBR) und vernetztes NBR (XNBR), sowie Copolymere und Mischungen davon. Eine solche Mischung kann zum Beispiel XNBR oder HNBR sein, gemischt mit einem oder mehreren von chloriertem Polyethylen (CPE), Polyvinylchlorid (PVC) oder Polychloropren (CR).
In einer unverarbeiteten (d.h. ungemischten) Form kann der NBR einen mittleren bis hohen Gehalt an Acrylnitril (ACN) zwischen etwa 19% bis 36% und eine Mooney-Viskosität von mindestens etwa 90 ((ML 1+4) @ 212 ° F (100 ° C)) aufweisen. Diese Viskosität ermöglicht, dass das Gummimaterial zu etwa 15% bis 66% des Gesamtgewichts der Verbindung von einem oder mehreren verstärkenden Füllstoffen gemischt wird. Jeder dieser Füllstoffe kann unabhängig als Pulver oder Flocken, Faser oder andere Partikel oder als eine Mischung dieser Formen bereitgestellt werden. Typische derartige verstärkende Füllstoffe umfassen Ruß-, Ton- und Zellstofffasern. Bei Pulvern kann die durchschnittliche Partikelgröße des Füllstoffs, die der Durchmesser der Partikel, der Fülldurchmesser, das Gitter, das Netzloch, die Länge oder andere Abmessungen sein kann, im Bereich von etwa 10 bis etwa 500 nm liegen.
Zusätzliche Füllstoffe und Additive können in die Formulierung der Gummimischung eingeschlossen werden, was von den Anforderungen der speziellen vorgesehenen Anwendung abhängt. Diese Füllstoffe und Additive, die funktionell oder inert sein können, können Härtungsmittel oder Härtungssysteme, Benetzungsmittel oder Tenside, Weichmacher, Verarbeitungsöle, Pigmente, Dispergiermittel, Farbstoffe und andere Färbemittel, Trübungsmittel, Schäum- oder Entschäumungsmittel, Haftvermittler wie Titanate, Kettenverlängerer, Tackifier, Fließmittel, Pigmente, Gleitmittel, Silane und andere Mittel, Stabilisatoren, Emulgatoren, Antioxidantien, Verdickungsmittel und/oder Flammschutzmittel umfassen. Die Formulierung des Materials kann als eine Kautschuk- und Füllstoffkomponente und irgendein zusätzlicher Füllstoff oder eine Mischung von Additiven in einer herkömmlichen Mischvorrichtung gemischt werden. Etwa 15% bis 66% des Rußfüllstoffs werden vulkanisiert und gefüllt.
Die Spannungs- und Flächendeckung der gewobenen, gewickelten oder gestrikten Verstärkungsschicht kann variiert werden, um die gewünschte Flexibilität zu erreichen, die durch den Biegeradius, die Biegekraft usw. der Schlauchausführungsbeispiele gemessen werden kann.
In der dargestellten Struktur, die besonders für Hochdruckhydraulikanwendungen geeignet sein kann, kann jede Verstärkungsschicht spiralförmig aus einem Kettfaden aus Monofilament-Kohlenstoff oder Edelstahldraht mit einem im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt gewickelt sein, der einen Durchmesser zwischen etwa 0,008 und 0,04 Zoll (0,2-1 mm) aufweist. So ausgebildet kann somit jede Verstärkungsschicht eine Stärke des Drahtdurchmessers aufweisen. Obwohl ein kreisförmiger Metalldraht gezeigt ist, kann alternativ eine „flache Metalldraht“-Struktur verwendet werden, die unter Verwendung eines Drahtes mit einem rechteckigen, quadratischen oder anderen polygonalen Querschnitt erzielt wird. Ein ovaler oder ellipsenförmiger Draht mit niedrigem Profil kann ebenfalls verwendet werden. Um die Dehnung und Schrumpfung der Ausführungsbeispiele des Schlauchs besser zu kontrollieren und die Schlagfestigkeit zu verbessern, kann durch Verschmelzen (d.h Vulkanisation des Innenrohrs), mechanische Bindungen, chemische Bindungen oder Kleben oder eine Kombination daraus oder anderweitig die innerste Verstärkungsschicht mit der Außenfläche des Innenrohrs verbunden werden. In einigen Aspekten wird eine solche Verbindung durch eine Klebeschicht erreicht, die zwischen der innersten Verstärkungsschicht und der Außenfläche des Innenrohrs angeordnet ist.
In jenen Ausführungsformen, in denen die Klebeschicht zwischen der innersten Verstärkungsschicht und der Außenfläche des Innenrohrs angeordnet ist, kann die Klebeschicht aus einem oder mehreren Bindeharzen gebildet sein, die zwischen der Verstärkungsschicht und der Außenfläche angeordnet sind, um das Kleben über alle diese Schichten zu beeinflussen. Repräsentative Beispiele solcher Harze umfassen Ricobond® 1756 zum Härten von Verbindungen von Peroxiden und Ricobond® 1731 zum Härten von Verbindungen für die Vulkanisation.
In einigen Aspekten kann die koaxial umgebende Schutzabdeckung oder -hülle, die in den Ausführungsbeispielen des Schlauchs gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, eine dickere Schicht aus faser-, glas-, keramik- oder metallgefülltem oder ungefülltem verschleißfestem thermoplastischem (d.h., schmelzverarbeitbar) Kunststoff oder duroplastischem vulkanisierbarem Naturkautschuk oder synthetischem Gummi (z.B. Fluorpolymer, Chlorsulfonat, Polybutadien, Butylkautschuk, Neopren, Nitril, Polyisopren und Nitrilkautschuk), Copolymerkautschuk (wie Ethylen-Propylen-Kautschuk (EPM), Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM), Nitrilkautschuk (NBR) und Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR)) oder Mischungen (wie Ethylen oder Propylen- EPDM, EPM oder NBR) und Copolymere und Mischungen von irgendwelchen der obigen sein. Der Fachbegriff „synthetisches Gummi“ soll auch die folgenden Materialien umfassen: Alternativ kann das Material im weiteren Sinne als ein thermoplastisches oder wärmehärtbares Elastomer (z. B. Polyurethan, Silikon, Fluorsilikon, Styrol-Isopren-Styrol (SIS) und Styrol-Butadien-Styrol (SBS)) sowie andere Polymere, die kautschukartige Eigenschaften aufweisen (z. B. plastifiziertes Nylon, Polyester, Ethylenvinylacetat und Polyvinylchlorid) klassifiziert werden. Wie hierin verwendet, wird angenommen, dass der Fachbegriff „Elastomer“ die gewöhnliche Bedeutung von gummiartigen Eigenschaften (Nachgiebigkeit, Elastizität oder Druckverformung, geringer Druckverformungsrest, Flexibilität und Fähigkeit zur Erholung nach Verformung, und zwar Spannungsrelaxation) hat. Mit „Verschleißfestigkeit“ ist gemeint, dass solche Materialien, die zur Bildung der Abdeckung verwendet werden, eine Härte zwischen etwa 60 und 98 Shore A-Härte aufweisen können.
Jedes Material, das die Deckschicht in den Ausführungsbeispielen des Schlauchs gemäß der vorliegenden Erfindung bildet, kann mit Metallpartikeln, Ruß oder einem anderen elektrisch leitfähigen teilchenförmigen, flockenförmigen oder faserförmigen Füllstoff beladen sein, damit der Schlauch leitfähig und somit für statische Ableitung oder andere Anwendungen verwendbar ist. Auch kann die Schlauchstruktur zwischen dem Innenrohr und der innersten Verstärkungsschicht, zwischen den einzelnen Verstärkungsschichten oder zwischen der äußersten Verstärkungsschicht und der Abdeckung eine separate leitfähige Faserschicht oder Harzschicht (nicht gezeigt) umfassen, die in Form einer Spirale oder eines „umwickelten“ Bandes bereitgestellt werden kann.
Ähnlich wie bei der Verbindung zwischen dem Innenrohr und der innersten Verstärkungsschicht oder dem Gewebe oder anderen Schichten kann die Innenfläche der Deckschicht mit der äußersten Verstärkungsschicht verbunden sein. Diese Verbindung kann auch durch Verschmelzen, chemische Methode, mechanische Methode oder Klebemittel oder eine Kombination davon oder anderweitig erreicht werden.
Somit wird eine illustrative Gummischlauchstruktur beschrieben, die eine kompakte Struktur aufweist und äußerst flexibel ist. Solche Strukturen können zum Beispiel nach SAE J517 oder J1754, ISO 3862 oder J1745 und/oder DIN EN 856 bewertet werden oder auf andere Weise für verschiedene Anwendungen (z.B. ein mobiles oder industrielles hydraulisches Gerät, das einen relativ hohen Arbeitsdruck zwischen 4000 und 8000 psi (28 und 55 MPa) vorgibt) oder anderweitig für eine Vielzahl von pneumatischen Anwendungen, Vakuumanwendungen, Werkstattluftanwendungen, allgemeine Industrieanwendungen, Instandhaltungen und Automobilanwendungen (z.B. für Luft, Öl, Frostschutzmittel und Kraftstoff) geeignet sein. Diese Designs können auch in Hochdruck-Ölbohranwendungen wie Drosselklappenschläuchen oder Drehbohrschläuchen verwendet werden. Sie können auch in Hochdruck-Kompaktgeflecht-Hydraulikschläuchen verwendet werden.
Die vorhergehende Beschreibung der Ausführungsformen wurde zum Zwecke der Veranschaulichung und Beschreibung präsentiert. Die beispielhaften Ausführungsbeispiele werden bereitgestellt, um die vorliegende Erfindung ausreichend gründlich zu machen und den Umfang dem Fachmann auf diesem Gebiet zu vermitteln. Zahlreiche spezifische Details werden dargelegt, wie Beispiele von spezifischen Komponenten, Vorrichtungen und Verfahren, um ein gründliches Verständnis der Ausführungsbeispiele der Erfindung zu liefern, aber sie sollen die vorliegende Erfindung nicht erschöpfen oder einschränken. Es versteht sich, dass innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung die verschiedenen Elemente oder Merkmale eines bestimmten Ausführungsbeispiels im Allgemeinen nicht auf dieses bestimmte Ausführungsbeispiel beschränkt sind, sondern gegebenenfalls austauschbar und sogar, wenn nicht speziell dargestellt oder beschrieben, in ausgewählten Ausführungsbeispielen verwendet werden können. Derselbe Fall kann sich in vielerlei Hinsicht unterscheiden. Solche Variationen sind nicht als Abweichung von der Erfindung anzusehen und alle derartigen Modifikationen sollen in den Umfang der Erfindung eingeschlossen sein.
Obwohl vorstehend einige Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben wurden, ist für den Fachmann offensichtlich, dass viele Modifikationen vorgenommen werden können, ohne von den Lehren der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Dementsprechend sollen solche Modifikationen innerhalb des Umfangs der Erfindung liegen, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

ISO 3862 [0049]
DIN EN 856 [0049]

Claims

Schlauch (300), der Folgendes umfasst: ein inneres Rohr (304), das eine Mittellängsachse dort hindurch definiert und einen vulkanisierten Gummi umfasst, wobei das innere Rohr (304) eine Rohrwanddicke (t) von etwa 0,5 mm bis etwa 1,5 mm aufweist; eine erste Verstärkungslage (330a), die angrenzend an das innere Rohr (304) in einer Spiralrichtung (+) in einem Steigungswinkel θ aufgebracht ist, und eine zweite Verstärkungslage (330b), die in derselben Spiralrichtung (+) in einem Steigungswinkel θ' aufgebracht ist oder in einer entgegengesetzten Spiralrichtung (-) in einem Steigungswinkel -θ' aufgebracht ist; eine dritte Verstärkungslage (330c), die angrenzend an die zweite Verstärkungslage (330b) aufgebracht ist, wobei die dritte Verstärkungslage (330c) in einer entgegengesetzten Spiralrichtung (-) in einem Steigungswinkel -θ aufgebracht ist; und eine Abdeckung (340), die außerhalb der dritten Verstärkungslage (330c) angeordnet ist.
Schlauch (300) nach Anspruch 1, wobei der Schlauch (300) eine Wanddicke (T) aufweist und die Rohrwanddicke (t) weniger als etwa 25 % der Schlauchwanddicke umfasst.
Schlauch (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der vulkanisierte Gummi einen Acrylnitril-Butadien-Gummi (NBR), einen hydrieren NBR (HNBR), einen vernetzten NBR (XNBR) oder Copolymere und Mischungen davon umfasst.
Schlauch (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das innere Rohr (304) mehrere stangenförmige Partikel umfasst, die im Wesentlichen parallel zur Mittellängsachse ausgerichtet sind, und wobei die mehreren stangenförmigen Partikel in einer Menge von kleiner gleich 10 Gew.-% basierend auf dem Gesamtgewicht des inneren Rohrs (304) enthalten sind.
Schlauch (300) nach Anspruch 4, wobei die mehreren stangenförmigen Partikel in einer Menge von 1-7 Gew.-% basierend auf dem Gesamtgewicht des inneren Rohrs (304) enthalten sind.
Schlauch (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Gummi einen Modul von etwa 12 MPa und eine Zugfestigkeit von mindestens etwa 18 MPa aufweist.
Schlauch (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Bindungslage (350a) zwischen der ersten Verstärkungslage (330a) und der zweiten Verstärkungslage (330b) angeordnet ist.
Schlauch (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Bindungslage (350b) zwischen der zweiten Verstärkungslage (330b) und der dritten Verstärkungslage angeordnet ist.
Schlauch (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der ferner eine vierte Verstärkungslage (530d) umfasst, die angrenzend an die dritte Verstärkungslage (530c) aufgebracht ist, wobei die vierte Verstärkungslage (530d) in einer entgegengesetzten Spiralrichtung (-) in einem Steigungswinkel -θ' aufgebracht ist.
Schlauch (300) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der ferner mehrere Verstärkungslagen umfasst.