DE1943167B2 - Schlauch mit mindestens zwei Schichten und einer Verstärkungslage zur Verbindung mit einer einen außen gezahnten Rohrstutzen aufweisenden Kupplung - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Schlauch mit mindestens zwei Schichten und einer Verstärkungslage, wobei die die innere Schicht umgebende Schicht aus einem wärmehärtbaren Elastomer besteht und mit dieser festhaftend verbunden ist und die Verstärkungslage in einem Abstand vom Außenumfang der inneren Schicht angeordnet ist, zur Verbindung mit einer Kupplung, die mit einem gezahten Rohrstutzen in das Schlauchende eingreift und mit einer radial verengbaren Hülse das Schlauchende umspannt Ein aus zwei Schichten und einer Verstärkungslage bestehender Schlauch ist bekannt aus dem deutschen Gebrauchsmuster 1 842 582. Diesem bekannten Schlauch liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber säurehaltigen Medien widerstandsfähige innenwandung zur Verfügung zu stellen, die mit einer Außenwandung verbunden werden kann, die widerstandsfähig ist gegenüber Lösungsmitteln üblicher Art. Hierzu besteht die innere Schicht des bekannten Schlauches aus einem Mischpolymerisat eines Kunststoffes, nämlich Polyvinylchlorid, und eines Emulsionskautschuks, wodurch sich die innere Schicht auch besser mit der umgebenden äußeren Schicht aus Kautschuk verbinden läßt. Eine Verstärkungseinlage kann dabei an beliebiger Stelle in der äußeren Schicht angeordnet werden. Über die Härte im Verhältnis der beiden Schichten zueinander sowie den Aufbau der Verstärkungseinlage ist nichts ausgesagt

Ferner ist aus dem DT-Gbm 1 784 016 ein aus zwei Schichten und einer Verstärkungslage bestehender Schlauch bekanntgeworden; dieser bekannte Druckschlauch zur Durchleitung von Gasen und Flüssigkeiten besteht aus elastisch biegsamem Kunststoff, Gummi od. dgl, wobei die innere, von den im Schlauch befindlichen Medien berührte Schicht höhere Elastizität und Festigkeitseigenschaften als die äußere Schicht aufweist und unmittelbar von einer in der äußeren Schicht eingebetteten metallischen Verstärkung umgeben ist Diese metallische Verstärkung kann aus in Längsrichtung angeordneten Drähten oder aus einer Metall-Xwendel bestehen. Als Material für die äußere Schicht wird dabei Gummi oder Kunststoff, vorzugsweise ein Polyäthylen, und für die innere Schicht ein hochwertigerer Kunststoff, vorzugsweise ein Polyamid, verwendet Ein solcher Druckschlauch weist eine hohe allseitige Biegsamkeit auf, weil die einzelnen Schichten nicht festhaftend miteinander verbunden, sondern relativ zueinander beweglich sind. Ein solcher Schlauch ist jedoch dann ungeeignet, wenn es um eine sichere Verbindung mit einer Schlauchkupplung geht

Grundsätzlich können mehrschichtige und Verstärkungslagen aufweisende Schläuche oder Hochdruckschläuche mit verschiedenartigen Verbindungsstücken oder Kupplungsstücken versehen werden. Eine für diesen Zweck bekannte Kupplung besteht aus einem in das Schlauchende eingreifenden, außen gezahnten Rohrstutzen und einer das Schlauchende umspannendea radial verengbaren Hülse, vgl. zum Beispiel US-PS 2 211 446.

Es läßt sich feststellen, daß die bei Schlauchverbindungen hauptsächlich auftretenden Fehler eine Undichtheit zwischen Kupplung und Schlauch bzw. ein Herausreißen des Schlauches aus der zugeordneten Kupplung ist Im Gegensatz dazu wird ein Schlauch selten außerhalb des Verbindungsbereiches mit der Kupplung schadhaft.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schlauch der in Rede stehenden Art so weiter zu bilden, daß seine Verbindung mit einer Kupplung, die mit einem außen gezahnten Rohrstutzen in das Schlauchende eingreift und mit einer radial verengbaren Hülse das Schlauchende umspannt auch bei hohen und häufigen Druckstoßbelastungen fest und dicht bleibt.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Schlauch dadurch gelöst daß die mit Bezug auf die umgebende Schicht härtere innere Schicht aus einem thermoplastischen Kunststoff aus der Gruppe der Polyamide, Polyolefine, Polyester oder thermoplastischen Polyurethane in zäher und verformbarer Einstellung mit hohem Elastizitätsmodul besteht.

Auf diese Weise gelingt es für die beschriebene Kupplung einen Schlauch zur Verfügung zu stellen, der bekannten Schläuchen in beträchtlichem Maße überlegen ist, wie weiter hinten noch genauer erläutert wird. Bisher ist so vorgegangen worden, daß zur Vermeidung von Schäden an Schläuchen im Verbindungsbereich mit Kupplungen die Schläuche beträchtlich überdimensioniert worden sind. d. h., beträgt der Betriebsdruck einer Flüssigkeit beispielsweise 70 kg/cm², dann wird ein solcher Schlauch mit 350 kg/cm² geprüft. Dies hat zur Folge, daß sich die Festigkeitseigenschaften eines solchen Schlauches im Normalbetrieb nicht ausnutzen lassen, trotzdem die beträchtlichen Kostensteigerungen für stärkere Schläuche in Kauf genommen werden müssen.

Als Grund für das Aufreißen des Schlauches an der Kupplung ist vermutlich eine sehr hohe Scherspannung an der inneren Schicht des Schlauches anzusehen, was zum Teil durch eine ungleiche Spannungsverteilung im Schlauchendbereich 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 elastomere!» Werkstoffe des Schlauches, Se beim Zusammenklemmen oder Zusammenquet- ^ien auftritt, entstehen sehr hohe Scherspannungen, ^₅ läßt sich aber auch feststellen, daß selbst bei nur geringen Scherspannungen ein Aufreißen der elasto-Bjeren Schlauchmaterialien hervrygerufen wird. Der Grund hierfür ist darin zu sehen, daß bisher das Augenmerk nicht auf die wichtige Kombinationswirkung der einzelnen Schlauchschichten miteinander und mit den Zähnen der Kupplung gerichtet worden ist, sondern immer lediglich versucht wurde, durch entsprechende Matrial- und Schichtungsauswahl den Schlauch auf jjae hohe innere Druckbelastung auszulegen.

Die vorliegende Erfindung ist speziell auf einen Schlauch zur Verbindung mit einer solchen Kupplung gerichtet, die mit einem gezahnten Rohrstutzen in das Schlauchende eingreift und mit einer radial verengba fen Hülse das Schlauchende umspannt und weist für den Schlauch eine solche Materialkombination nach, daß die innerhalb des Kupplungsnückes auftretenden Spannungen gleichmäßiger verteilt und dadurch geringer als bei bekannten Schläuchen gehalten werden können. Es gelingt auf diese Weise auch, wesentlich höhere Betriebsdrücke im Bereich der Kupplungsverbindung aufzunehmen, auch werden die beim Zusammenfügen von Schlauch und Kupplung auftretenden Druckspannungen durch die Schlauchmateria!· Kombination to absorbiert, daß Rißbildungen nicht auftreten können.

Bei der aus der US-PS 2 211461 bekannten Schlauchverbindung aus Kupplung und Schlauch umspannt die Kupplung ebenfalls mit einer radial verengbaren Hülse das Schlauchende, und es greift in das Schlauchende ein außen gezahnter Rohrstutzen ein. Dabei besteht der Schlauch aus einer äußeren Schicht «us Gummi, einer Zwischenschicht aus einem Drahtoder Textilgewebe und einer inneren Schicht aus einem Polyvinylalkohol, schon durch diese Schichtung lassen sich die vorteilhaften Kombinationseigenschaften nicht erzielen, da der Polyvinylalkohol der inneren Schicht seiner Natur nach zu weich ist und eine weiche innere Schicht keine ausreichende Haltekraft und insbesondere auch keine einwandfreie Kräfteverteilung auszuüben vermag. Darüber hinaus trennt die Verstärkungsschicht aus Metall oder Textilgewebe die beiden Schichten ohnehin in einer solchen Weise, daß sich die vorteilhaften Wirkungen von zwei unmittelbar aneinanderliegenden Schichten, wie bei der Erfindung, bei der die innere Schicht aus einem thermoplastischen Kunststoff in zäher und verformbarer Einstellung mit hohem Elastizitätsmodul und die äußere, eine Verstärkungslage enthaltende Schicht aus einem wärmehärtbaren Elastomer besteht, nicht ergeben können.

Es sein noch erwähnt, daß Schutz nur beansprucht wird für die Gesamtheit der den Anspruch 1 bildenden Merkmale.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist dann noch die innere Schicht aus Polyamid mit der diese umgebenden Schicht aus Gummi verklebt, diese ist von einer Wicklung oder einem Geflecht aus Draht oder Textilfaden umgeben, worauf eine flexible Mantelschicht aus Elastomeren, Polyamiden, Polyurethanen oder Polyolefinen folgt.

Die nachfolgende Beschreibung erläutert an Hand der Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung in Aufbau und Wirkungsweise im einzelnen. Dabei zeigt

F i g. 1 einen in eine zugeordnete Kupplung eingeschobenen Schlauch,

F i g. 2 zeigt in einer der F i g. 1 ähnlichen ^Qchnittdarstellung die sich nach radialer Zusammenpressung der verengbaren Hülse der Kupplung ergebende Lage, während

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

In F i g. 1 ist ein Schlauch 2 dargestellt, an dessen Ende eine Kupplung 4 befestigt ist Der Schlauch 2 besteht aus mehreren rohrförmigen Schichten.

Die innerste Schicht 6 besteht im Gegensatz zu einem wärmehärtenden Material aus einem thermoplastischen Material in zäher und verformbarer Einstellung mit hohem Elastizitätsmodul aus der Gruppe der Polyamide, es können aber auch Polyolefine, Polyester und thermoplastische Polyurethane verwendet werdea Die nächste Schicht 8 ist ein wärmehärtendes Elastomer, wie z. B. natürlicher Gummi, oder irgendein 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 Verstärkungsschicht 10 zuläßt, die z. B. ein übliches Drahtgeflecht oder ein Gewebe sein kann. Die Verstärkungsschicht 10 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 vorzugsweise eine äußere Schutzschicht 12 angeordnet, die aus einem Elastomer oder einem Polyamid wie die innere Schicht 6 bestehen kann.

Die Kupplung 4 besitzt eine äußere Hülse 14 und einen inneren Rohrstutzen 16. Der Rohrstutzen 16 ist gezahnt, wie durch das Bezugszeichen 18 angezeigt ist. Die Durchmesser des Rohrstutzens 16 und der Hülse 14 sind so gewählt, daß der Schlauch 2 in dem Raum zwischen ihnen zunächst locker aufgenommen werden kann.

F i g. 2 zeigt die Verbindung von Schlauch und Kupplung, nachdem die Hülse 14 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 18 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 18 hineingedrückt worden ist. Bei der Verbindung der Kupplung mit dem Schlauch wird die innere Schicht 6 langer, da ihre Wandstärke beim Nachgeben des Materials infolge des Zusammenpressen 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 Kupplungsverbindungen von bekannten Schläuchen, bei welchen die Scherspannungen teilweise durch den Reibungskoeffizienten zwischen den beiden Flächen begrenzt werden. Dieser Effekt ist hier jedoch insofern beträchtlich unterschiedlich, als die Schicht 8 mit der Schicht 6 verbunden ist, so daß zwischen ihnen kein Gleiten möglich ist. Diese Verbindung kann beispielsweise mit Hilfe eines Klebstoffes, z. B. eines lsozianat-Klebstoffes in an sich bekannter Weise durchgeführt werden.

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 Kupplungsverbindungen der bisher bekannten Schläuche in der am inneren Rohrstutzen anliegenden Schicht auftreten. Durch die Anpassung der inneren Schicht 6 an die Verzahnungen 18 wird auch eine mechanische Verankerung des Schlauches im Kupplungsstück gegen ein Herausziehen erreicht Da die Gummischicht 8 mit der Innenschicht 6 verbunden ist und sich daher nicht verschiebt, ist die gesamte Länge des Verbindungsstükkes ausnutzbar.

Da der Schlauch mehr durch mechanische Verankerung als durch Reibung gehalten wird, kann die Verbindung des Schlauches mit der Kupplung 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, ein Durchsickern oder eine Undichtigkeit zwischen Schlauch und Kupplungsstück zu verhindern. Durch Erwärmen des Schlauches vor dem Zusammenpressen oder durch verformbarere Einstellung der Schicht 6 kann die Fließgrenze des Materials der inneren Schicht 6 herabgesetzt werden, wodurch die Drükke zur Herstellung der Schlauchverbindung, d.h. um den Schlauch an die Verzahnungen 18 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 Gummischicht 8 zwischen der Drahtverstärkung und der Innenschicht 6 hat eine weitere wichtige Funktion, infolge der Weichheit des Elastomers und deswegen, weil seine Querkontraktionszahl praktisch V2 beträgt, erhält man eine im wesentlichen lineare Abnahme der Spannung in den Verstärkungsdrähten der Ver-

is Stärkungsschicht 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 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.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Schlauch mit mindestens zwei Schichten und einer Verstärkungslage, wobei die die innere Schicht umgebende Schicht aus einem wärmehärtbaren Elastomer besteht und mit dieser festhaftend verbunden ist und die Verstärkungslage in einem Abstand vom Außenumfang der inneren Schicht angeordnet ist, zur Verbindung mit einer Kupplung, die mit einem außen gezahnten Rohrstutzen in das Schlauchende eingreift und mit einer radial verengbaren Hülse das Schlauchende umspannt, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Bezug auf die umgebende Schicht (8) härtere innere Schicht (6) aus einem thermoplastischen Kunststoff aus der Gruppe der Polyamide, Polyolefine, Polyester oder thermoplastischen Polyurethane in zäher und verformbarer Einstellung mit hohem Elastizitätsmodul besteht

2. Schlauch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Schicht (6) aus Polyamid mit der diese umgebenden Schicht (8) aus Gummi verklebt ist, die von einer Wicklung (10) oder einem Geflecht (10) aus Draht oder Textilfaden umgeben ist, worauf eine flexible Mantelschicht (12) aus Elastomeren, Polyamiden, Polyurethanen oder Polyolefinen folgt