DE1943167A1 - Schlauchverbindung - Google Patents

Description

DR..INQ. DIPC-INQ. M. SC. DIPL.-PHYS. DR. OIPL.-PHYS. HÖGER - STELLRECHT- GRIESSBACH - HAECKER PATENTANWÄLTE IN STUTTGART Λ Γ\ Ι Λ4ΛΠ

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American Biltrite Rubber Co., Inc,

22 Willow Street, Chelsea, Massachusetts / USA

Schlauchverbindung

Die Erfindung betrifft eine aus einem Schlauch und einem Verbindungsstück bestehende Schlauchverbindung. Sie betrifft insbesondere die Kombination aus Schlauch und Verbindungsstück.

Schläuche, insbesondere Hochdruckschläuche können mit verschiedenartigen Verbindungsstücken bzw. Kupplungsstücken versehen werden. Die Kupplungen können sofort bei der Herstellung mit den Schläuchen verbunden werden oder es werden Schlauch ind

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Kupplungsstücke getrennt verkauft und durch den Käufer zusammengefügt. Kupplung und Schlauch werden gewöhnlich durch Zusammenpressen miteinander verbunden, was durch Verformung der Außenseite der Kupplung oder durch Verklemmen erreicht wird, wie es bei Hochdruckarmaturen durchgeführt wird.

Es wurde nun festgestellt, daß der hauptsächlich bei Schläuchen und Schlauchverbindungen auftretende Fehler eine Undichtheit zwischen Kupplung und Schlauch ist. Es kommt dagegen selten vor, daß der Schlauch selbst außerhalb des Schlauchverbindungsstückes schadhaft wird. Wenn dies manchmal auftritt, so liegt es meist daran, daß das Schlauchmaterial nicht ausreichend undurchlässig für die durch den Schlauch strömenden Flüssigkeiten ist oder daß der Flüssigkeitsdruck zu hoch ist.

Um sicher zu gehen, daß ein spezieller Schlauch zu einer speziellen Kupplung paßt, haben die Hersteller von Schläuchen mit Kupplungen eine bx*eite Anzahl von Versuchen entwickelt, die den Betrieb in der Praxis simulieren. Echte Versuche unter den Bedingungen wie sie in der Praxis vorkommen, werden jedoch von keinem der Hersteller durchgeführt. Der Schlauchhersteller beliefert den Kupplungshersteller mit Schläuchen, der die Kupplungen und die Schläuche miteinander verbindet, wobei die Schläuche dann die Versuche aushalten müssen, die der Kupplungs hersteller mit ihnen durchführt. Dies bringt zahlreiche ernste Probleme für den Hersteller der Schläuche mit sich.

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Es hat sich daher weitgehend eingebürgert, um Schäden zu vermeiden, die Schläuche zu überdimensionieren. Das heißt, wenn

der Betriebsdruck der Flüssigkeit z. B. 70 kg/cm (1000 psi) beträgt, wird der Schlauch mit 350 kg/cm (5000 psi) geprüft. Das bedeutet aber, daß der Schlauch im Betrieb nicht ausgenutzt wird, was in Folge der höheren Kosten für stärkere Schläuche zu Kostensteigerungen führt.

Ein Grund für das Aufreißen des Schlauches an der Kupplung . ist vermutlich eine sehr hohe Scherspannung an der inneren Schicht des Schlauches, was zum Teil durch eine ungleiche Spannungsverteilung im Schlauch hervorgerufen wird, der durch das Kupplungsstück umschlossen ist. Die hohen Scherspannungen werden ferner teilweise durch die Kupplung hervorgerufen, wenn sie verformt oder keilförmig auf den Schlauch gepreßt wird, oder wenn bei Verwendung eines Hochdruckverbindungsstückes dieses fest und dicht aufgeschraubt wird. Durch eine derartige starke Belastung der elastomeren Werkstoffe des Schlauches, die beim Zusammenklemmen oder Zusammenquetschen auftritt, entstehen sehr hohe Scherspannangen, es sei denn, diese Belastungen werden möglichst gleichmäßig aufgebracht. Es wurde festgestellt, daß bei handelsüblichen Schläuchen teilweise relativ niedrige Scherspannungen auftreten, daß jedoch selbst diese geringen Scherspannungen ein Aufreißen der elastomeren Schlauchmaterialien hervorrufen.

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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kombination aus Schlauch und Kupplung zu schaffen, die bei sämtlichen Betriebsbedingungen eine optimale Nutzungsdauer gewährleistet.

Gemäß der Erfindung wird dies bei der eingangs genannten Kombination aus Schlauch und Kupplung dadurch erreicht, daß die Wand des Schlauches aus einer Vielzahl von Schichten besteht, nämlich einer innersten Schicht aus einem thermoplastischen Harz mit einem hohen Elastizitätsmodul, wenigstens einer Schicht aus einem wärmehärtenden Elastomer", die über der innersten Schicht liegt und einen niedrigen Elastizitätsmodul hat, wobei die innerste Schicht mit der angrenzenden elastomeren Schicht verbunden ist, daß ferner die Kupplung eine das Ende des Schlauches umgehende äußere Hülse und einen in die öffnung des Sehlauches eintretenden inneren Rohrstutzen aufweist, und daß schließlich die Hülse und der Rohrstutzen zusammengepreßt'· sind, um das Ende des Schlauches fest und dicht zwischen sich einzuklemmen.

Durch die Erfindung wird ein Aufreißen oder Abreißen des Schlauches von der Kupplung sowie ein Undichtwerden des Schlauches und der Kupplung auf ein Minimum herabgedrückt. Die Betriebsdauer der erfindungsgemäßen Kombination aus Kupplung und Schlauch ist wesentlich größer als bisher bekannte Erzeugnisse. Die innerste Schicht kann beispielsweise aus Nylon bestehen, während die nächste Schicht eine'Gummischicht sein

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kann. Es kann ferner zweckmäßigerweise eine Verstärkung aus Draht vorgesehen sein, über die vorteilhafterweise eine Außenschicht aus Nylon oder Gummi gelegt ist. Die äußere Hülse verläuft zweckmäßigerweise koaxial zum inneren Rohrstutzen, und überlappt das Schlauchende.

Bei der erfindangsgemäßen Schlauchverbindung sind die im Schlauch innerhalb des Kupplungsstückes auftretenden Spannungen gleichmäßiger verteilt und dadurch geringer als bei den . bisher bekannten Schläuchen. Sie halten daher auch wesentlich höhere Betriebsdrücke aus als dies bei den bekannten Schläuchen der Fall ist. Die in der Hydraulik auftretenden Druckstöße werden gleichmäßiger auf die Drahtverstärkung und den Schlauch verteilt, was ebenfalls zu einer Verlängerung der Betriebszeit führt.

Die Materialien des erfindungsgemäßen Schlauches können Energie absorbieren, wodurch die auf die Verstärkangsdrähte wirkenden Kräfte reduziert werden, so daß höhere Betriebsdrücke möglich sind. Die Schlauchverbindung absorbiert die beim Zusammenfügen bzw. Zusammenpressen der Teile auftretenden Druckspannungen, wodurch die Gefahr von Rißbildungen im wesentlichen ausgeschaltet wird.

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Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der

Fig. 1 eine Schlauchverbindung im Schnitt

zeigt, wobei der Schlauch nur in das Kupplungsstück eingeschoben ist.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt ähnlich demjenigen

nach Fig. 1, wobei jedoch die Außenhülse des Kupplungsstücks radial auf den Schlauch zusammengepreßt ist.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt längs der Linie 3-3 vonFig. 2.

In Fig. 1 ist ein Schlauch 2 dargestellt, der mit einer Kupplung Ί kombiniert ist. Der Schlauch 2 besteht aus mehreren rohrförmigen Schichten.

Die innerste Schicht 6 besteht aus einem zähen thermoplastischen Material (im Gegensatz zu einem wärmehärtenden Material), wie z.B. Nylon, es können jedoch auch andere thermoplastische Stoffe' aus der Gruppe der Polyamide, aber auch Polyolefine, Polyester und thermoplastische Polyurethane verwendet werden.

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Die nächste Schicht 8 ist ein wärmehärtendes Elastomer wie z. B. natürlicher Gummi, oder irgend ein synthetischer Gummi oder ein synthetisches Elastomer, die gewöhnlich bei Hochdruckschläuchen verwendet werden. Das Material soll sich nur mit der Schicht 6 verbinden lassen und es soll weich genug sein, daß es wenigstens eine teilweise Einbettung der äußeren Verstärkungsschicht 10 zuläßt, die z. B. ein übliches Drahtgeflecht oder ein Gewebe sein kann. Die Verstärkungsschicht liegt über der Schicht 8 und die Drähte der Schicht können gewoben oder geflochten oder schraubenförmig aufgewickelt sein. Es kann-jedoch als Verstärkungsschicht 10 auch ein gewobenes Textilgewebe verwendet werden, über diesen Schichten ist vorsngjweise eine äußere Schutzschicht 12 angeordnet, die aus einem Elastomer oder einem Polyamid wie die innere Schicht 6 bestehen kann.

Die Kupplung k besitzt eine äußere Hülse Ik und einen inneren Rohrstutzen 16. Der Rohrstutzen 16 ist bei dieser Ausführungsform geriffelt oder gezahnt, wie durch das Bezagszeichen 18 angezeigt ist. Die Durchmesser des Bohrstutzens 16 und der Hülse Ik sind- so gewählt, daß der Schlauch 2 in dem Raum zwischen ihnen locker aufgenommen werden kann.

Fig. 2 zeigt die Schlauchverbindung nach Fig. 1, wobei doch die Hülse Ik um den Schlauch und den Rohrstutzen 16 zusammengepreßt worden ist. Die innere Schicht 6 des Schlauches hat beim Zusammenpressen nachgegeben und ist in die Verzahnungen

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hineingedrückt worden, denen sie sich angepaßt hat. Da das Zusammenpressen bei dieser Ausführungsform ausschließlich von außen erfolgt, ist der mittlere Durchmesser der Schlauchschichten einschließlich desjenigen der Verstärkungsschicht 10, der elastomeren Schichten und der inneren Schicht 6 reduziert worden, da die letztere in die Verzahnungen l8 hineingedrückt worden ist.

Bei der Verbindung der Kupplung mit dem Schlauch wird die innere Schicht 6 länger, da ihre Wandstärke beim Nachgeben des Materials infolge des Zusammenpressens verringert wurde. Durch diese axiale Bewegung werden die Scherspannungen auf der Innenseite der Gummischicht 8 teilweise abgebaut. Dieser Effekt ist etwa analog dem Gleiten zwischen dem Gummi und dem inneren Rohrstutzen bei den bekannten Schlauchverbindungen, bei welchen die Scherspannungen teilweise durch den Reibungskoeffizienten zwischen den beiden Flächen begrenzt werden. Dieser Effekt ist bei der Erfindung jedoch insofern beträchtlich unterschiedlich, als die Schicht 8 mit, der Schicht 6 verbunden kann, so daß zwischen ihnen kein Gleiten möglich ist.

Wie oben ausgeführt, ist die Schicht 8 mit der inneren Schicht 6 wenigstens innerhalb des Kupplungsstückes verbunden. Dies kann beispielsweise mit Hilfe eines Klebstoffes, z. B. eines IsozianatrKlebstoffes in an sich bekannter Weise durchgeführt werden.

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Nachfolgend wird ein Vergleich zweier gleich großer Schläuche gegeben. Einer der Schläuche ist ein Standardschlauch mit einem Durchmesser von etwa 12,7 mm (1/2 Zoll) und der Benennung Standard SAE 100 R2A, wobei eine Kupplung nach Fig. 1 verwendet wird; Der zweite Schlauch ist ein erfindungsgemäßer Schlauch mit einer inneren Schiht 6 aus Nylon, einer Schicht 8, der Verstärkungsschicht 10 und einer elastomeren Außenschicht 12, wobei der Schlauch mit der selben Kupplung wie der Schlauch 1 versehen ist. Die Gesamt-Wandstärke beider Schläuche war die selbe. ' ·

Versuchsergebnisse bei 121° G arid ^90 kg/cm . (250° P und 7000 psi).

Standardschlauch Bruch an der Kupplung nach weniger

als 500 Druckstößen.

Erfindungsgemäßer Schlauch Bruch an der Kupplung zwischen

20 000 und 28 000 Druckstößen.

Es wird angenommen, daß sämtliche Paktoren zusammenwirken und zu geringeren Spannungen in der Gummischicht des erfindungsgemäßen Schlauches führen im Gegensatz zu dem Standardschlauch.

Es wurde festgestellt, daß infolge des geringeren Druckes, der bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Schlauchverbindung, die nicht aufreißt, notwendig ist, der Verformungsgrad der elastomeren Schichten innerhalb der Kupplung wesentlich kleiner ist als bei Standardschläuchen.

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Durch das Nachgeben der thermoplastischen inneren Schicht 6, die sich an die Verzahnungen des inneren Rohrstutzens anpaßt, werden die Spannungen beträchtlich reduziert, insbesondere im Vergleich mit den hohen örtlichen Spannungen, die normalerweise bei normaler. Schlauchverbindungen der bisher bekannten Art in der am inneren Rohrstutzen anliegenden Gummischicht auftreten. Durch die Anpassung der inneren Schicht 6 an die Verzahnungen 18. wird auch eine mechanische Verankerung des Schlauches im Kupplungsstuck gegen ein Herauszien erreicht. Bei den bekannten Schlauchverbindungen wird dagegen die Innenschicht nur durch Reibung gehalten. Da ferner die Gummischicht 8 mit der InnenschichC 6 verbunden ist und sich daher nicht verschiebt, ist die gesamte Länge des Verbindungsstückes ausnutzbar. Auch bei den bekannten Schlauchverbindungen, die Verzahnungen haben, an denen die innere Gummischicht anliegt, wird der Schlauch trotzdem infolge des niedrigen Elastizitätsmoduls des Gummis hauptsächlich durch die Reibung gegen ein Herausziehen gehalten. Vermutlich verschiebt sich bei den bisher bekannten Schlauchverbindungen die Gummischicht gegenüber dem inneren Rohrstutzen am vorderen Ende des Kupplungsstückes wenn die Schlauchverbindung in Betrieb ist. Die simple Tatsache, daß bei deri bisher bekannten Erzeugnissen immer wieder die Schläuche herausgezogen werden, scheint diese Annahme zu bestätigen. Die thermoplastische Schicht 6 trägt durch ihre Verformung dazu bei, lokale Verformungen und Spannungen in der Schicht 8 auszugleichen. - - ^

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Da der Schlauch mehr durch mechanische Verankerung als durch Reibung gehalten wird, kann die Schlauchverbindung unter Anwendung geringerer Drücke hergestellt werden. Die untere Grenze ist hierbei der Druck, durch den die innere Schicht 6 noch in die Verzahnungen 8 hineingedrückt wird, jedoch so,daß die Verbindung dicht genug ist, um eine Lekage zwischen Schlauch und Kupplungsstück zu verhindern. Durch Erwärmen des Schlauches \or dem Zusammenpressen oder durch. Verwendung einer weicheren Schicht 6 kann die Fließgrenze des Materials der inneren Schicht 6 herabgesetzt werden, wodurch die Drücke zur Herstellung der Schlauchverbindung, d. h* um den Schlauch an die Verzahnungen anzupassen, reduziert werden können, Bei Anwendung geringerer Drücke können auch die Spannungen in den elastomeren Materialien des Schlauches vermindert werden, wodurch dessen Betriebsdauer verlängert und außerdem ein leichteres Kupplungsstück verwendet werden kann.

Die elastomere Schicht 8 zwischen der Drahtverstärkung und der* Innenschicht 6 hat eine weitere wichtige Punktion. Infolge der Weichheit des Elastomers und deswegen, weil seine Querkontraktionszahl praktisch 1/2 beträgt, erhält man eine im wesentlichen lineare Abnahme der Spannung in den Verstärkungsdrähten der Verstärkungsschicht 10, die beim Zusammenpressen auftritt, über die Länge der Kupplung. Wenn die Drähte direkt über der inneren thermoplastischen Schicht 6 angeordnet sind, würde die Belastung durch die Drähte der Verstärkungsschicht 10 nicht

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gleichmäßig auf die Kupplung übertragen werden, sondern der vordere Teil der Kupplung würde einen größeren Anteil aufnehmen müssen. —

Die Verbindung zwischen den Drähten und dem Gummi der Schicht 8 ist für die übertragung der axialen Zugkraft von der Verstärkungsschicht auf die anderen Schichten und damit auf die Kupplung wichtig. <

Der Schlauch 2 kann in bekannter Weise hergestellt werden, ebenso die Verbindμng zwischen Kupplung 4 und dem Ende des Schlauches. Die Erfindung betrifft somit den Schlauch 2 selbst wie auch die Kombination aus dem Schlauch.und der Kupplung H. Die Erfindung erstreckt sich auch auf Kupplungen., bei denen der Schlauch durch andere Mittel auf den Rohrstutzen gepreßt wird als durch die dargestellte Hülse l*f.

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Claims (1)

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   Patentansprüche

   71.j Schlauchverbindung, bestehend aus einem Schlauch und einer ■Kupplung, die am Ende des Schlauches befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand des Schlauches (2) aus einer inneren Schicht (6) aus einem thermoplastischen Harz mit einem hohen Elastizitätsmodul und wenigstens einer Schicht (8) aus einem wärmehärtenden Elastomer gebildet ist, die ■ über der inneren Schicht (6)angeordnet ist und einen niedrigen Elastizitätsmodul hat, daß" ferner die innere Schicht (6)mit der Schicht (8) verbunden ist, und daß die Kupplung (4) eine äußeren Hülse (I¹I), die das Ende des Schlauches (2) umgibt und einen inneren Rohrstutzen (16) aufweist, der in die Mündung des Schlauches (2) eingesetzt ist, und daß die Hülse Cl¹J) und der Rohrstutzen (l6) zusammengedrückt sind, um das Ende des Schlauches (2) fest und dicht zwischen sich einzuklemmen.

   2. Schlauchverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß'der Schlauch (2) innerhalb der äußeren Hülse (14) eine oder mehr Schichten (10) aus einem Verstärkungsmaterial aufweist, die die elastomere Schicht (8) umgeben..

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   3. Schlauchvei'bindang nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauch (2) innerhalb der äußeren Hülse (I¹O eine äußere Schicht (12) aus flexiblem Material aus
   der Gruppe wärmehartende Elastomere, Polyamide, Polyurethane und Polyolefine aufweist.

   *i. Schlauchverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche des Rohrstutzens (16) Verzahnungen (18) aufweist, und daß die innere Schicht (6) des Schlauches (2) wenigstens zum Teil diesen Verzahnungen (l8) angepaßt ist.

   5. Schlauchverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Schicht (6) aus
   Nylon und die Schicht (8) aus einem gummiähnlichen Elastomer besteht. -

   6. Schlauchverbindung nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (8) aus Gummi!besteht.

   7· Schlauchverbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungsmaterial eine Drahtwicklung ist.

   8. Schlauchverbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungsmaterial eine Umwicklung aus Fäden ist.

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   9· Schlauchverbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Schicht (12) aus einem gummiähnlichen elastonieren Material besteht.

   10. Schlauchverbindung nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Schicht (12) aus Gummi besteht.

   11. Schlauchverbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungsmaterial ein Drahtgeflecht ist.

   12. Schlauchverbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungsmaterial ein gev/obenes Textilgewebe
   ist.

   13· Schlauchverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   daß der Elastizitätsmodul des Materials der Schicht (8)

   kleiner ist als derjenige des Materials der inneren Schicht (6).

   1Ί. Schlauchverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schihtoder die Schichten
   aus Verstärkungsmaterial sich über die gesamte Länge des
   Schlauches (2) erstrecken.

   IS. Schlauchverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Schicht (12) sich
   über die gesamte Länge des Schlauches (2) erstreckt.

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   Leers e s t e