DE202004012258U1

DE202004012258U1 - Hochdruckschlauch

Info

Publication number: DE202004012258U1
Application number: DE200420012258
Authority: DE
Original assignee: Paul Hammelmann Maschinenfabrik GmbH; Hammelmann Maschinenfabrik GmbH
Current assignee: Paul Hammelmann Maschinenfabrik GmbH; Hammelmann Maschinenfabrik GmbH
Priority date: 2004-08-05
Filing date: 2004-08-05
Publication date: 2005-12-15
Anticipated expiration: 2014-08-06

Abstract

Hochdruckschlauch, bestehend aus einer inneren Seele (1), mindestens einer, die Seele ummantelnden Druckträgerlage (2) sowie einer die Druckträgerlage (2) umhüllenden Decke (4), dadurch gekennzeichnet, dass die Seele (1) aus einem aufwickelbaren, im Querschnitt weitgehend formstabilen Metallrohr besteht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hochdruckschlauch gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Derartige Hochdruckschläuche kommen insbesondere in der Wasserstrahlhochdrucktechnik zum Einsatz, wo sie der Durchleitung von unter Drücken bis zu 4000 bar stehenden Medien dienen, beispielsweise Wasser. Dabei bemisst die Leitungsstrecke vielfach mehr als 100 Meter, vor allem bei wechselnden Einsatzorten, wie Baustellen oder dergleichen.
Aufgrund der konzeptionell bedingt hohen Herstellungskosten einerseits und ihrer durch die außerordentlich hohe Beanspruchung relativ geringe Lebensdauer andererseits, die je nach Einsatz im Bereich lediglich einiger hundert Betriebsstunden liegt, sind die bekannten Hochdruckschläuche ein die Wirtschaftlichkeit der gesamten Wasserstrahlhochdruckanwendung maßgeblich bestimmender Faktor.
Darüber hinaus stellen die bislang verwendeten Hochdruckschläuche aufgrund des hohen Energieinhalts des geführten Mediums ein potentielles Sicherheitsrisiko dar, mit der Folge, dass es im Versagensfall zu erheblichen Verletzungen kommen kann.
Dieses Sicherheitsrisiko sowie die erwähnten relativ geringen Standzeiten resultieren vornehmlich aus dem Aufbau der bekannten Hochdruckschläuche, wobei die innere Seele aus einem Kunststoff besteht, z. B. aus Polyamid (PA 6) oder Polyacetal (POM) mit einer Wandstärke von etwa 1 mm, die mit mehreren Druckträgerlagen umwickelt ist.
Diese bis zu 8-lagigen Druckträger bestehen auch aus hochfesten, jedoch nicht korrosionsbeständigen metallischen Einzeldrähten mit einem Durchmesser von etwa 0, 5 mm.
Die die letzte Druckträgerlage umhüllende Decke besteht ebenfalls aus Kunststoff, üblicherweise aus Polyamid oder Polyurethan und dient dem Schutz gegen Umgebungseinflüsse sowohl witterungsbedingter wie auch mechanischer Art.
An den stirnseitigen Enden sind Verbindungsmittel vorgesehen, wie Tüllen, Nippel oder dergleichen, an die Armaturen oder Gerätschaften anschließbar sind.
Diese Verbindungsmittel sind über eine Presshülse außenseitig mit der Druckträgerlage und innenseitig mit der Seele verpresst, wobei die Höhe des Verpressungsdrucks die Dichtwirkung bestimmt.
Ein derartiger Hochdruckschlauch ist aus der DE 31 53 010 C2 bekannt.
Neben den bereits erwähnten Nachteilen ist des weiteren bei den bekannten Hochdruckschläuchen zu beklagen, dass es bei der Herstellung der Kunststoff-Seele zu nicht erkennbaren Materialfehlern kommen kann, die sich insbesondere aus Verunreinigungen im verwendeten Kunststoff ergeben sowie aus der Endlos-Fertigung durch Extrusion. Diese Materialfehler führen zu örtlichen Undichtigkeiten, durch die aufgrund der hohen Belastungen der gesamte Schlauch unbrauchbar wird.
Der bislang verwendete Werkstoff der Seele begrenzt die Anwendungstemperatur auf maximal 60 bis 70°C. Dies führt vor allem beim Einsatz in heißen Ländern zu frühzeitigen Ausfällen, wenn die Temperatur des in dem Hochdruckschlauch geführten Mediums diese Temperaturgrenze erreicht.
Da die Hochdruckschläuche auch zum Wasserabrasivsuspensionsstrahlen eingesetzt werden, unterliegt die Innenseele durch das Fördern der Suspensionen einem sehr hohen Abrasivverschleiß mit der Folge einer nur geringen Standzeit der Kunststoff-Seele.
Weiter ist zu beobachten, dass die Drähte der einzelnen Druckträgerlagen, besonders der ersten Lagen direkt über der Mantelfläche der Seele aufgrund von Druckwechseln und/oder -pulsationen durch vorzeitigen Ermüdungsbruch versagen. Dies wird durch eine relative Mikrobewegung der einzelnen Drähte gegeneinander im Bereich der Kontaktpunkte zusätzlich verstärkt.
Das Drahtmaterial der Druckträgerlagen neigt in Verbindung mit Feuchtigkeit, die sowohl bei der Fertigung als auch im späteren Betrieb nicht ausgeschlossen werden kann, zu Spannungsrisskorrosion. Bei einem dieser sich daraus resultierenden Bruch der Drähte der ersten Druckträgerlage brechen die nachfolgenden Lagen aufgrund von Überlastung sehr schnell.
Die eingepressten Anschlussmittel, wie die besagten Nippel oder dergleichen, neigen aufgrund von Setzungserscheinungen, durch die die Vorpressspannung nicht mehr in voller Höhe gegeben ist, zur Leckage. In diesem Fall dürfen die Hochdruckschläuche aus Sicherheitsgründen nicht mehr verwendet werden.
Darüber hinaus ist die Fertigung der Hochdruckschläuche außerordentlich aufwendig und daher teuer. So ist ein aus der DE 31 20 688 A1 bekanntes Herstellungsverfahren gebräuchlich, bei dem die Kunststoffseele mit flüssigen Stickstoff gekühlt wird, um die radiale Druckbeanspruchung durch die Drähte der Druckträgerlagen beim Wickeln ertragen zu können.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Hochdruckschlauch der gattungsgemäßen Art so weiter zu entwickeln, dass seine Verwendungsfähigkeit verbessert, die Standzeit erhöht, der Betrieb sicherer und die Herstellung einfacher und kostengünstiger wird.
Diese Aufgabe wird durch einen Hochdruckschlauch gelöst, der die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
Ein in diesem Sinne ausgebildeter Hochdruckschlauch bietet gegenüber einem nach dem Stand der Technik erhebliche Vorteile.
Neben einem sichereren und wirtschaftlicheren Betrieb, die insbesondere aus den ungleich besseren Materialeigenschaften von Metall gegenüber Kunststoff für diesen Einsatzzweck resultieren, ist auch die mögliche einfache und kostengünstige Herstellung zu nennen. In vorteilhafter Weise wird als Seele ein Metallrohr eingesetzt, das sehr dünnwandig ist, vorzugsweise etwa 0,3 bis 0,1 mm und aus einem flexiblen, korrosionsbeständigen Material besteht. Solche Metallrohre sind in großen Längen herstellbar und werden als Coil geliefert. Dieser Lieferzustand erlaubt eine leichte Integration in den Schlauchherstellungsprozess.
Aufgrund der geringen Wandstärke ist die Flexibilität, also insbesondere die Aufwickelbarkeit des Hochdruckschlauches etwa vergleichbar dem bekannten.
Um eine dauerhafte, weitgehende Formstabilität des Querschnitts des Hochdruckschlauches zu erreichen, ist nach einem weiteren Gedanken vorgesehen, das Metallrohr als Wellrohr auszubilden, wobei die Wellung wendelförmig oder aus einzelnen, nebeneinander liegenden Wellen bestehen kann.
Solche metallischen Seelen sind geeignet, je nach Festigkeit des Materials und der Nennweite, Drücke von bis 500 bar ungestützt durch die Druckträgerlagen aufzunehmen. Ein Versagen durch Undichtigkeiten ist dadurch ausgeschlossen.
Der Außendurchmesser des Hochdruckschlauches kann bei gleichem oder geringerem Gewicht kleiner werden und damit die Handhabung vereinfachen. Statt dessen kann auch der Innendurchmesser vergrößert werden, was zu geringeren Druckverlusten und damit zu niedrigeren Betriebskosten führt.
Durch die hohe Festigkeit werden Verschleißprobleme, auch solche, die durch geführte abrasive Suspensionen verursacht werden, vermieden. Hinzu kommt, dass die Grenze der Anwendungstemperatur bei weit über 100° C liegt, so dass auch die Verwendbarkeit des neuen Hochdruckschlauches verbessert ist.
Setzungserscheinungen aufgrund eines Fließens des Materials sind ausgeschlossen. Durch die Eigensteifigkeit des Metallrohres entfällt eine notwendige aufwendige Kühlung bei der Verseilung der Druckträger. Tatsächlich können die Drähte vor einem Aufbringen erwärmt werden, beispielsweise induktiv, so dass bei einem späteren selbsttätigen Abkühlen der Drähte Druckvorspannungen auf das Innenrohr entstehen, die zur Festigkeitssteigerung insgesamt führen.
Die Druckträgerlagen können jeweils aus Drahtseilen gebildet sein, die aus vielen, sehr dünnen und hochfesten Einzeldrähten bestehen, vorzugsweise aus rostfreiem Stahl, wodurch Korrosionsprobleme vermieden werden. Die Anzahl der Kontaktpunkte der übereinanderliegenden Druckträgerlagen wird erhöht und damit eine sehr gleichmäßige Kraftübertragung erzielt. Überdies können sehr dünne Einzeldrähte mit höheren Festigkeitswerten gezogen werden als dickere Drähte. Denkbar ist auch der Einsatz von Kunststoffdrähten oder -fasern zur Herstellung der Druckträgerlagen.
Die Vielzahl der Einzeldrähte stellte eine Redundanz dar, so dass im Versagensfall eines einzelnen Drahtes die Zusatzbelastungen von den anderen problemlos übernommen werden können. In jedem Fall ist die Flexibilität einer solchen Druckträgerlage höher als die von Hochdruckschläuchen mit Einzeldrahtlagen.
Die Anbindung der Anschlussteile an den neuen Hochdruckschlauch ist anders zu gestalten als bei einem nach dem Stand der Technik und bietet diesen gegenüber zusätzliche Vorteile.
Dabei sind die Dichtung einerseits und die Kraftübertragung andererseits unabhängig von einander zu gestalten, wobei die Kraftübertragung ausschließlich von einer Presshülse übernommen wird. Die Dichtung hingegen wird über eine Beschichtung beispielsweise eines Nippels mit Elastomeren oder Thermoplasten erzielt. Denkbar sind auch Lot- oder Klebverbindungen, Schrumpfverbindungen oder eine Kombination der genannten Verbindungsarten.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben.
Die einzige Figur zeigt einen teilweise geschnittenen Hochdruckschlauch in einer Seitenansicht.
In der Figur ist ein Hochdruckschlauch dargestellt, bestehend aus einer inneren Seele 1, einer Vielzahl von aufeinander liegenden Druckträgerlagen 2, die die Seele 1 ummantelt, sowie einer die äußere Druckträgerlage umhüllenden Decke 4. Jede Druckträgerlage 2 besteht aus vielen unmittelbar aneinander liegenden aufgewickelten Einzeldrähten 3. Erfindungsgemäß ist die Seele 1 aus einem Metallrohr, vorzugsweise aus einem rostfreien Stahl gebildet.

Claims

Hochdruckschlauch, bestehend aus einer inneren Seele (1), mindestens einer, die Seele ummantelnden Druckträgerlage (2) sowie einer die Druckträgerlage (2) umhüllenden Decke (4), dadurch gekennzeichnet, dass die Seele (1) aus einem aufwickelbaren, im Querschnitt weitgehend formstabilen Metallrohr besteht.
Hochdruckschlauch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Seele (1) aus einem Wellrohr besteht.
Hochdruckschlauch nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellen des Wellrohres wendelförmig verlaufen oder als nebeneinander liegende Einzelwellen.
Hochdruckschlauch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Seele (1) aus einem nicht rostendem Metall, vorzugsweise einem nicht rostendem Stahl besteht.
Hochdruckschlauch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke der Seele (1) etwa 0,1 bis 0,3 mm beträgt.
Hochdruckschlauch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Druckträgerlage (2) aus Drahtseilen besteht.
Hochdruckschlauch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Drahtseil aus mehreren Einzeldrähten besteht.
Hochdruckschlauch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtseile bzw. Einzeldrähte aus einem rostfreiem Material, vorzugsweise aus einem rostfreiem Stahl bestehen.
Hochdruckschlauch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckträgerlagen aus Kunststoffdrähten oder -fasern gebildet sind.
Hochdruckschlauch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckträgerlagen (2) im erwärmten Zustand aufgewickelt sind.
Hochdruckschlauch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem endseitig Anschlussmittel, wie Nippel oder dergleichen befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abdichtung das jeweilige Anschlussmittel mit einer Beschichtung versehen ist.
Hochdruckschlauch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung der Anschlussmittels aus Elastomeren oder Thermoplasten besteht.
Hochdruckschlauch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussmittel stoffschlüssig mit dem Hochdruckschlauch im übrigen verbunden ist.
Hochdruckschlauch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stoffschluss durch Kleben oder Löten erfolgt ist.
Hochdruckschlauch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussmittel durch Schrumpfen mit dem Hochdruckschlauch im übrigen verbunden ist.