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Verfahren zum Anschließen eines biegsamen Schlauches aus einem thermoplastischen
Kunststoff und Anschlußkupplung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren zum Anschließen eines biegsamen Schlauches aus einem thermoplastischen
Kunststoff, dessen Moleküle vor der Einspannung willkürlich orientiert sind, zwischen
einem eine glatte, zusammenlaufende Außenfläche aufweisenden Innenkörper und einem
an dem Innenkörper befestigbaren Außenkörper, der gemeinsam mit dem Innenkörper
einen Raum zur Aufnahme des Schlauchendes im Preßsitz bildet. Schläuche dieser Art
werden häufig zur Aufnahme eines unter hohem Druck stehenden Mediums z. B. in hydraulischen
Bremssystemen verwendet.
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Bei einer bekannten Ausführungsform wird das Kunststoffrohrende auf
eine Spreizhülse aufgeschoben, wodurch das Rohrende etwas aufgeweitet wird. Gegen
die Außenffäche des aufgeweiteten Rohrendes wird ein Verschraubungsnippel, der eine
konische Innenfläche aufweist, in Anlage gebracht. Ein Ende des Verschraubungsnippels
erstreckt sich über das Rohrende und das Spreizhülsenende hinaus; in diesem überstehenden
Teil ist eine Ringmutter eingeschraubt, die mit ihrer Stirnfläche gegen das Spreizhülsenende
anliegt. Wenn diese Ringmutter stärker in den überstehenden Teil des Verschraubungsnippels
eingeschraubt wird, wird die konisch erweiterte Spreizhülse, auf die das aufgeweitete
Rohrende geschoben ist, mit diesem Rohrende gegen die konische Innenfläche des Verschraubungsnippels
gepreßt. Die Druckkraft soll jedoch ausdrücklich derart bemessen sein, daß das Rohrmaterial
nicht deformiert wird.
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Weiterhin ist es bekannt, Rohrenden, auch aus dehnbarem Kunststoff,
auf einen konisch erweiterten Dorn zu ziehen und durch einen entsprechend weiteren
konischen überwurfteil bei unwesentlicher Änderung des Rohrquerschnitts zu halten.
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Wenn als Material für den Kunststoffschlauch ein thermoplastischer
Kunststoff, dessen Moleküle willkürlich orientiert sind, verwendet werden soll,
treten beim Anschließen jedoch gewisse Probleme auf, die auf die physikalischen
Eigenschaften des thermoplastischen Kunststoffes zurückzuführen sind. Häufig möchte
man auch einen thermoplastischen Kunststoffschlauch anwenden, der aus mehreren Schichten
aufgebaut ist. Als Material des inneren Schlauches kann z. B. ein Polyamid benutzt
werden, das von einer Verstärkungsschicht aus thermoplastischem Kunststoffgarn hoher
Zugfestigkeit, z. B. aus einem Polyamid, umgeben ist; diese Verstärkungsschicht
kann wiederum von einer scheuer- und reibfesten Deckschicht aus einem thernloplastischen
Material umgeben sein, das ebenfalls ein Polyamid sein kann. Diese thermoplastischen
Kunststoffe neigen im Gegensatz zu den Elastomeren, z. B. den Gummiarten, zu sogenannten
Kaltfließ- oder Kriecherscheinungen, die von der Zeit abhängig sind und sich in
einer allmählichen Deformation unter Belastung auswirken. Dies hat zur Folge, daß
sich bei Anwendung eines thermoplastischen Kunststoffschlauches in der bekannten
Anschlußkupplung das Schlauchende zwischen den konischen Gegenflächen allmählich
lokkert, wodurch die Kräfte, die das Schlauchende in der Kupplung festhalten, wesentlich
nachlassen. Dieses spezielle Problem, das bei Anwendung eines thermoplastischen
Kunststoffes als Schlauchmaterial in der Anschlußkupplung mit der Zeit zu Leckstellen
führt, besitzt bei Anwendung kautschukartiger Materialien eine nur verhältnismäßig
geringe Bedeutung.
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Zu dem Problem des Kaltfließens treten Schwierigkeiten durch den hohen
Koeffizienten der Wärmeausdehnung des Thermoplastes gegenüber dem des Metalls der
Anschlußkupplung auf. Dieser Unterschied kann in der Größenordnung von
10: 1 liegen,
was bedeutet, daß sich das thermoplastische
Material beim Erhitzen viel schneller ausdehnt als die Teile der Kupplung, derart,
daß das Material des Schlauches dazu neigt, aus der Kupplung herauszufließen. Wird
die Temperatur gesenkt, so ist die Volumenänderung des Polyamids wiederum viel größer
als die der Kupplungsteile, so daß die Kräfte, die den Schlauch in der Kupplung
halten, schnell abnehmen.
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Erfindungsgemäß werden einige besondere Eigenschaften von Polyamiden
oder ähnlichen Stoffen dadurch vorteilhaft ausgenutzt, daß das einzuspannende Schlauchende
im Preßsitz innerhalb des Aufnahmeraumes einer so großen Druckkraft ausgesetzt wird,
daß die Dicke des thermoplastischen Kunststoffes auf die Hälfte bis ein Viertel
der Dicke vor der Einspannung verhindert wird, wobei die ursprünfflich willkürlich
orientierten Moleküle des thermoplastischen Kunststoffes im wesentlichen parallel
gestellt, entwirrt und langgestreckt werden. Es wurde gefunden, daß bei Polyamiden
und anderen Thermoplasten, wenn sie durch Zusammenquetschen zwischen zwei Teilen
orientiert werden, die Änderung der Molekularstruktur zu einer starken Erhöhung
der Zugfestigkeit führt, wie dies bei der Reckung derartiger Kunststoffe bekannt
ist. Während dieser Orientierung werden die regellos durcheinanderliegenden Moleküle
gestreckt und entwirrt, so daß sie im wesentlichen parallel verlaufen und völlig
langgestreckt sind. Die Zunahme der Zugfestigkeit kann in der Größenordnung von
3 bis 4: 1 liegen, so daß bei Anwendung eines Verfahrens der eingangs
bezeichneten Art die Dicke der thermoplastischen Wandung des Schlauches auf die
Hälfte bis ein Viertel verringert werden kann, während die Zugfestigkeit auf das
Drei- bis Vierfache zunimmt, so daß die Gesamtfestigkeit des Schlauches dabei praktisch
unverändert bleibt. Werden also die thermoplastischen Wandungen des Schlauches bis
zur vollständigen Orientierung gequetscht, so wird die Gesamtzugfestigkeit des Schlauches
nicht wesentlich herabgesetzt, jedoch kann der Schlauch dabei sehr wirksam
und dauerhaft zwischen den glatten Oberflächen der Teile der Kupplung festgeklemmt
werden.
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Ein weiteres vorteilhaftes Ergebnis der Orientierung des Polyamids
oder dergleichen Materials besteht darin, daß das Thermoplast bestimmte Eigenschaften
erhält, die denen eines kautschukartigen Elastomers verwandt sind. Die Neigung zum
Kaltfließen und Kriechen wird so stark herabgesetzt,- daß sie praktisch als -überwunden
betrachtet werden kann.
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Wenn das richtige Maß an Orientierung der Moleküle erteilt wird, so
behält das Material eine gewisse Dehnbarkeit bei; jedoch ist dieses fast vollständig
elastisch, so daß die obengenannten Probleme nicht mehr auftreten.
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Bei einer Anschlußkupplung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist die glatt-konische Außenfläche des Innenkörpers zweckmäßig steiler
als die glatt-konische Innenfläche des Außenkörpers ausgebildet, um einen allmählichen
übergang vom freien Schlauch zum eingespannten Schlauchende, zu erzielen.
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Die Erfindung ist im folgenden für ein Ausführungsbeispiel an Hand
der Zeichnungen näher erläutert, und zwar zeigt F i g. 1 teilweise im Schnitt
eine Ansicht eines Stückes eines thermoplastischen Schlauches, an dessen Enden je
eine Anschlußkupplung angebracht is4 F i g. 2 in größerem Maßstab, teilweise
im Schnitt, eine Ansicht der an dem einen Ende des Schlauches nach F i
g. 1 angebrachten Kupplun 'g' F i g. 3 in auseinandergezogener Darstellung
eine Schnittansicht, die die Bauweise der abgewandelten Kupplung, die auf dem gegenüberliegenden
Ende des Schlauches nach F i g. 1 angebracht ist, zeigt, und F i
g. 4 einen Querschnitt durch den verwendeten Schlauch.
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F i g. 4 zeigt einen Querschnitt eines bei der Erfindung verwendeten,
typischen biegsamen Hochdruckschlauches, der allgemein mit 10 bezeichnet
ist und ein inneres Rohr 11 aus Nylon aufweist. Das innere Rohr ist von einer
ringförmigen Schicht 12 aus geflochtenem, verstärkendem äußerst zugfestem Nylongam
umgeben, während das Garn wiederum von einer reibungsbeständigen Schicht bzw. einem
überzug 13
umgeben ist, der ebenfalls aus Nylon bestehen kann.
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In F i g. 1 ist ein Stück eines thennoplastischen Schlauches
mit dem Bezugszeichen 15 versehen. Das Schlauchstück 15 weist eine
erste Anschlußkupplung 20 am einen Ende und eine zweite Anschlußkupplung 21 am gegenüberliegenden
Ende auf.
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In F i g. 2 sind Einzelheiten der Bauweise der Anschlußkupplung
20 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist als Innenkörper ein Spanndorn 21
a mit einer Längsbohrung 22 versehen sowie mit einem äußeren Rohrgewinde
23 an seinem einen Ende.
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Auf dem Spanndom ist ein Sechskantkopf 25 ausgebildet, von
dem aus sich ein Gewindeteil 26 erstreckt, der vor dem äußeren Endteil
30 des Spanndorns endet.
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Der Endteil 30 des Spanndoms hat eine praktisch glatte, sich
axial nach außen verjüngende, äußere Oberfläche 31, die in einem abgerundeten,
vorderen Kantenteil 32 endet.
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Zur Kupplung 20 gehört weiterhin als Außenkörper eine Buchse 40 mit
einem Sechskantteil 41 und einem Innengewinde 42 am inneren Ende, wobei das Innengewinde
42 in den Gewindeteil 26 des Spanndorns eingreift.
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Die Buchse 40 bildet einen radialen Bund 45, und der äußere Endteil
46 der Buchse hat an den Bund anschließend eine erste glatte, sich nach innen verjüngende
Fläche 47, an die sich eine zweite glatte Fläche 48 nach vom anschließt die, wie
dargestellt, unter einem kleinen Winkel zu der Fläche 47 und praktisch parallel
zu der Längsachse der Buchse verläuft. Wenn die Teile zusammengesetzt sind, ist
der Schlauch zwischen der glatten äußeren Oberfläche 31
des Spanndorns und
der glatten inneren Oberfläche 47, 48 der Buchse 40 festgeklemmt. Die Wandstärke
des Schlauches wird dadurch beträchtlich verringert, jedoch sind alle scharfen Kanten,
die in die Wandung des Schlauches einschneiden könnten, vermieden.
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Gemäß F i g. 3, welche die andere Anschlußkupplung 21 in auseinandergezogener
Darstellung zeigt, trägt ein innerer Spanndorn 50 auf seinem mittleren Teil
ein Außengewinde 51, und ein im wesentlichen glatter, sich radial nach innen
verjüngender, äußerer Endteil 52 erstreckt sich nach vom bis zu einer abgerundeten
äußeren Endkante 53. In diesem Fall verläuft die glatte, äußere, sich verjüngende
Oberfläche 52 unter einem Winkel von etwa 60 zu der Längsachse der
Buchse.
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Am gegenüberliegenden Endteil des Spanndorns kann sich eine überwurfinutter
80 abstützen, deren Innengewinde 82 dazu dient, die Anschlußkupplung mit
einem geeigneten Anschluß zu verbinden.
Eine Buchse 60 weist
eine Bohrung mit Innengewinde 61 auf, das mit dem Gewinde 51 des Spanndorns
in Eingriff tritt. An der hinteren Stimfläche 63
der Buchse ist eine ringförmige
Abschrägung 62 ausgebildet, die unter einem Winkel von etwa 15' zu
der Stirnfläche verläuft Die äußere Oberfläche 65 der Buchse verjüngt sich
unter einem Winkel von etwa 7' zu der äußeren zylindrischen Oberfläche
66 der Buchse.
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Wie dargestellt, ist die innere Bohrung 70 des äußeren Endteiles
der Buchse praktisch glatt und verläuft etwas schräg zur Achse, so daß sie sich
nach dem vorderen Ende der Buchse hin etwas verjüngt, wobei die Fläche
70 unter einem Winkel von etwa 21' zu der Längsachse der Buchse geneigt ist.
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Das vordere oder Ausgangsende 71 der Buchse ist bei
72 erweitert und endet in einem abgerundeten Teil 73, der an die äußere
Oberfläche 65 anschließt. Die Erweiterung 72 verläuft unter einem
Winkel von etwa 141 zu der Längsachse der Buchse.
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Die Anschlußkupplung wird an dem Schlauch angebracht, indem der Schlauch
zuerst in - die Buchse 60 geschoben und gegen den inneren Bund oder
Vorsprung in der Bohrung der Buchse gedrückt (in Fig. 2 mit dem Bezugszeichen 45
versehen). Der Schlauch und die Buchse werden dann in ein geeignetes Werkzeug eingesetzt
und so festgeklemmt, daß sich die Buchse und der Schlauch nicht relativ zueinander
bewegen können. Der Spanndorn wird dann in die Buchse eingeschraubt, wodurch das
Ende des Schlauches automatisch zwischen den glatten Oberflächen des Dorns und der
Buchse zusammengepreßt wird. Damit wird das thermoplastische Material des Schlauches
orientiert und der Schlauch in der Arbeitsstellung festgeklemmt.
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Obwohl die Buchse 60 mit einer sich leicht verjüngenden inneren
Bohrung 70 dargestellt ist, kann die Bohrung gegebenenfalls auch praktisch
zylindrische Form aufweisen.
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Da die vorderen Enden der Spanndorne abgerundete Endkanten aufweisen,
kann sich der Schlauch gegenüber diesen Kanten biegen, ohne beschädigt zu werden.
Weiterhin erlaubt die verjüngte Oberfläche 72 der Buchse 60 ohne weiteres
ein Biegen des Schlauches relativ zu der Buchse 60, und darüber hinaus ermöglicht
es die Winkelneigung der Oberflächen 47 und 48 der Buchse 40, daß der Schlauch
5 relativ zu dieser Buchse leicht biegbar ist.