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Flexible röhrenförmige Körper und Verfahren zu deren Herstellung Die
Erfindung betrifft ein Vertahren zum Herstellen flexibler röhrenförmiger Körper.
Gegenstand der erfindung sind auch die auf diese Weise erhaltenen röhrenförmigen
Körper selbst.
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Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung röhrenförmiger flexibler
Körper wie z.B. von Rohren oder flexiblen Leitungen, die insbesondere Jedoch nicht
ausschließlich flir den Transport von Fluiden wie Kohlenwasserstoffen verwendet
werden können.
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Insbesondere befaßt sich die Erfindung auf die Herstellung flexibler
Leitungen, die auf dem Gebiet des Bohrens nach erdöl verwendet werden und unter
dem Namen "Turblnenbohren" und "Bohren mit elektrincher Bohrturbine" bekannt sind
bei denen ein hydraulischer oder elektrischer Bodenotor, der am Ende einer flexiblen
Leitung hängt, das Bohrwerkseug in Drehung versetzt.
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Diese flexiblen Leitungen umfassen gewöhnlich eine Innenhtlle oder
rohrförmige oder röhrenförmige Seele, die durch wenigstens eine Armierung umgeben
ist, welche aus einer spiralförmigen Umwicklung eines metallischen Bandes hergestellt
ist, wobei diese Armierung geeignet ist, die mechaniachen Kräfte, denen die Leitung
ausgesetzt ist, Stand auszuhalten Nach dem Stand der Technik werden die flexiblen
Leitungen der obengenannten Art hergestellt, in dem man direkt auf die röhrenförmige
Seele das metallische die Armierung bildende Band aufwickelt. Die röhrenförmige
8eele wird dann ausge richtet auf die in der Bildung befindliche Bewehrung angebracht.
Da die Innenhülle im allgemeinen einen Außendurchmesser im wesentlichen gleich dem
innendurchmesser der Armierung aufweist und da es, um die spiralförmige Verformung
des metallischen Banden zu erhalten unerläßlich ist, aufgrund der Elastizität dieses
metallischen Bandes es zu verformen, indem man es an einer Stelle passieren läßt,
die in beachtlicher Weise im Inneren des Kreises sich befindet, ã er den Innendurchmesser
der Armierung, die man herstellen will begrenzt, so wird man gesoungen, sehr stark
und dauernd beispielsweise durch Abflachung die röhrenförmige Seele an der Stelle
zu verf ormen, wo sich die spiralförmige Bewicklung des metallischen Bandes bildet.
Mechanische oder hydraulische Einrichtungen werden dann verwendet, um der Innenhülle
der Leitung ihre Gestalt zu verleihen.
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Dieses Herstellungsverfahren-bietet Nachteile, die, insbesondere entstehen,
wenn man gezwungen ist stark und dauernd die Innshülle zu verformen und sie dann
wieder in ihre Gestalt zu bringen. Man muß nämlich tatsächlich zur Herstellung der
Innenhülle ein Material verwenden, das in der Lage ist, diese Verformungen aus zuhalten.
Es verbleibt Jedoch eine nicht-vernachlässigbare Gefahr einer örtlichen Beschädigung
dieser Hülle an den Stellen, wo die Faltung bzw. das Einschlagen oder Abbiegen erfolgt.
Desweiteren ermöglicht es das Wiedergestaltgeben der Tülle nicht immer zu einem
vollkommen kreisförmigen Querschnitt zu gelangen, was unzweckmäßig ist, wenn beispielsweise
während der Bohr- oder Wartungsvorgänge in der Leitung unter dem Einfluß eines gepumpten
Fluides verschiebbare Werkzeuge zirkulieren müssen.
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i*in solches Fabrikationsverfahren kann acht verwendet werden wenn
die Innenhüle mit relativ zerbrechlichen elementen versehen ist, wie dies beispielsweise
elektrische oder hydraulische Pernsteuerungs- oder Fernmeßleitungen oder Leistungsleitungen
sind, die in unheilbarer Weise bei der Deformation der inneren röhrenförmigen Seele
beschädigt würden.
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wesentlich ist es erfindungsgemäß somit . ein Herstellungsverfhren
für röhrenförmige flexible Körper, beispielsweise flexible ableitungen der oben
angegebenen Art zu schaffen, die es ermöglichen, die geiiannten Nachteile zu vermeiden.
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rauch gilt es erfindungsgemäß röhrenförmige flexible Körper der oben
genannten Art zu liefern, bei denen man eine im wesentlichen gleichförmige Verteilung
der mechanischen Kräfte oder Beanspruchungen erhält, die auf die Innenhülle ausgeübt
werden.
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Das Verfahren nach der Erfindung eur Herstellung eines röhrenförmigen
flexiblen Körpers mit einer inneren Dichtungshülle, die mit wenigstens einer Armierung
bestehend aus der spiralförmigen Wicklung eines metallischen Bandes ummantelt ist
. wobei diese Armierung dazu dient, die mechanischen Kräfte aufzunehmen, denen der
röhrenförmige körper ausgesetzt 1St, zeichnet sich dadurch aus, daß man sie getrennt
von dieser Armierung und dieser Innenhülle herstellt; daß man der Helle einen Außendurohmesser
kleiner als der Innendurchmesser dieser Armierung verleicht, daß man diese Stille
an ihren Ort bringt, indem man sie in die Armierung einführt und daß man diese HUlle
gleichförmig verteilten Beanspruchungen aussetzt, um sie durch bleibende Deformation
gegen die Innenwand dieser Armierung anzulegen und zu pressen.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der erfindung verformt man
die Innenhülle, bis man deren leichtes Ließen zwischen die benachbarten Spiralen
der Wicklung des metiLlischen Bandes erhält, Beispielsweise Ausführungsformen der
Erfindung sollen nun anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden,
in denen Fig. 1 schematisch den Typ von flexibler Leitung zeigt, bei dem das Verfahren
nach der Erfindung Anwendung findet; die Fig. 2 bis 5 zeigen schematisch die verschiedenen
aufeinanderfolgenden Schritte des Herstellungsverfahrens nach der Erfindung einer
flexiblen Leitung der in Fig. 1 gezeigten Art; die Fig. 6 bis 9 geben verschiedene
Arten flexibler Leitungen wieder, die bei Verwendung des Verfahrens nach der Erfindung
erhalten wurden;
die Fig. 10 bis 12 zeigen Schnitte durch metallische
Drähte, die für die Herstellung metallischer Armierung verwendet werden können.
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im folgenden wird besonders Bezug auf in der Brdölindustrie verwendete
flexible Leitungen genommen ohne daß die erfindung hierauf beschränkt wäre.
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Fig. 1 zeigt schematisch einen Typ von flexibler Leitung auf den das
Verfahren nach der Erfindung anwendbar ist.
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Diese Leitung besteht im wesentlichen aus einer Innenhülle 1 die von
einem flexiblen Schutzmantel umgeben ist, der insgesamt mit dem Bezugsz.eichen 2
bezeichnet ist.
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Die Innenhülle 1 besteht aus einem verformbaren Material, beispielsweise
einem plastischen oder elastomeren Material.
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Sie sorgt für die Innenabdichtung der Leitung und muß Je nach der
Verwendung, für den die Leitung bestimmt ist, ein günstiges Verhalten gegenüber
den transportierten Fluiden, eine gute 3eständigkeit gegen Abrieb und eine solche
Innenfläche aufweisen, daß Druckverluste minimal werden.
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Zerbrechliche Elemente wie elektrische oder hydraulische Fernsteuer-
Fernmeß- oder Leistungsleitungen können in die Innenhülle 1 eingebaut werden.
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Der Schutzmantel. 2 ist so ausgebildet, daß er mechanischen Kräften,
denen die Leitung ausgesetzt ist, Stand zu hatten in der Lage ist. Dieser Mantel
kann aus ein/oder mehreren metallischen Armierungen oder Bewehrungen gebildet sein
und gegebenenfalls eine äußere Schutzhjiile umfassen, die dichtend ist.
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Im allgemeinen wlid dieser Schutzmantel 2 wenigstens eine metallische
Druckbeständige Armierung in Kontakt mit der
Innenhülle 1 aufweisen,
wobei diese Armierung durch spiralförmiges Wickeln bei kurzer Teilung eines metallischen
sich selbst verhakenden Bandes gebildet ist, dessen Querschnittsprofil von S oder
Z-Gestalt ist.
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Der Mantel 2 kann gegebenenfalls eine Hülle aus platisehem oder elastomeren
Material aufweisen, die für die äußere Abdichtung sorgt, sowie ein oder mehrere
ugbeständige Armierungen, die durch spiralförmiges Wickeln son Drähten oder metallischen
Litzen hergestellt; sind.
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Die ig. 2 bis 5 zeigen schematisch die verschiedenen Herstellungsschritte
einer flexiblen Leitung nach dem Der fahren der erfindung wo man gesondert den Schutzmantel
2 und die röhrenförmige Hülle oder Seele 1 herstellt. Bei dem in Pig. 2 dargestellten
Fall wird die Schutzhülle 2 durch eine einzige druckbeständige Innen- und Außenarmierung
3 gebildet, die durch spiralförmiges Wickeln eines metallischen sich selbst verhakenden
Bandes mit einem Querschnitt von S-oder Z-Gestalt aufgebaut ist.
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Die innenhülle oder röhrenförmige Seele 1 wj.e sie An Fig. 3 dargestellt
ist und die elektrische oder hydrauTische Kerns meß- oder Fernsteuero oder Leistungsleitungen
aufweisen kann, wird mit einem Außendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser
der Armierung 3, beispielsweise mit einem Spiel zwischen 1 und 2 mm hergestellt.
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Nach sorgfältiger Reinigung der Bohrung der metallischen Armierung
3 führt man die Innenhülle 1 in die Bohrung der Innenarmierung 3 ein, wie dies Fig.
4 erkennen läßt. Dieser Vorgang kann mittels irgendeiner bekannten. Vorrichtung
durchgeführt werden.
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Innen an die Innenhülle 1 legt man, beispielsweise über ein Fluid,
einen Druck, der ausreicht, um eine permanente
Ausdehnung dieser
Helle zu erreichen, um diese Hillis gegen die Innenwandung der Armierung 3 anzulegen
und zu pressen.
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Vorzugsweise wendet man, wie Fig. 5 zeigt, einen ausreichenden Tnnendurck
an, um für ein leichtes Fließen der Innenhülle 1 zwischen Aufeinanderfolgenden Spiralen
der Armierung 3 zu sorgenDieses bei 4 in Fig. 5 dargestellte Fließen kann über eine
Höhe zwischen 0,1 und 1 mm durchgeführt werden.
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Der Wert des im Inneren der Innenhülle ausgebübten Druckes P ist derart,
daß P># ## hierin bedeuten :#f die Fließbeanspruchung in Kilogramm/mm² des die
Hülle bildenden Materials, e die Dicke der röhrenförmigen Seele in mm und + der
mittlere Durchmesser der röhrenförmigen Seele 1, gemessen in mm Nach einer besonderen
Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung setzt man gleichzeitig die Ille
1 einem Druck, wie oben angegeben, und einer Temperaturerhöhung aüs, die ausreicht,
um das dauernde Fließen dieser Hülle hervorzurufen oder zu erleichtern, damit sie
sich gegen die Innenwandung der Armierung 2 legt und zwischen den beschbarten Spiralen
der diese Armierung bildenden Wicklung fließt.
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Die Temperatur, der die flülle während des Herstellungsverfahrens
nach der Erfindung ausgesetzt wird, wird selbst verständlich als Funktion nicht
nur des die Hülle bildenden Materials sondern auch der Druckanwendunsdauer im Inneren
der röhrenförmigen Hülle gewählt, damit das dauernde gewünschte Fließen erfolgen
kann, bevor noch Aufhebungserscheinungen der durch den Druck erzeugen Innenbeanspruchungen
sich einstellen können, wobei diese Temperatur für gegebene Werte dieser Beannpruchungen
um so höher liegt Je kürzer die Dauer der anwendung dieser Beanspruchungen wird,
Im
Falle der Verwendung von RILSAN für die Hülle beispielsweise bringt man die Temperatur
auf einen Wert, der zwischen 100°C und 170°C bertagen kann.
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Die bei der Druchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltenen
Vorteile sind die folgenden: 1g Die an die Innenhülle aufgebrachten Beanspruchungen
werden gleichförmig verteilt, was es ermöglicht, eine gute Homogenität dieser Innenhülle
1 nach deren Anbringung zu erhalten und der Innenfläche dieser Hülle das gleichförmige
und das glatte Aussehen zu erhalten, das sie bei der Herstellung hatte, was es beispielsweise
möglich macht, die Druckverluste beim Fließen eines Fluids in dieser Leitung zu
vereindern Darüber hinaus bleibt der Innenquerscbnitt der Hülle im wesentlichen
konstant längs dr gesamten Leitung, was ein evtl. Durchführen von Werkzeugen erleichtert.
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2.- Da die zur Herstellung der Armierungen verwendeten Geräte beachtliche
Beanspruchungen einsetzen ermöglicht die gesonderte Herstellung der Armierung und
der Innenhülle es, zu vermeiden, daß die Herstellung der einen der Grund für eine,
selbst teilweise Zerstörung der anderen bilden kann.
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3.- Nach einer längeren Verwendung die zu einer Beschädigung der röhrenförmigen
Seele führt, ist es leicht, die Innenhülle zu erstzen, um die metallische(n) Armierung(en)
wieder zu verwenden, was bei den bekannten Herstellungsverfahren nicht möglich war.
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4.- Das leichte Fließen der Hülle 1 zwischen den Spiralen der Armierung
3 sorgt für eine gute Verbindung dieser
beiden Elemente und die
Kräfte, die die Armierung 4 auf die Hülle 1 zu übertragen inner Lage ist, werden
gleichförmig auf letztere verteilt, wodurch auf diese Weise eine Konzentration von
Beanspruchungen an einer besonderen Stelle der Hülle vermieden wird, wobei diese
Konzentration von Beanspruchungen zu einer örtlichen schnellen Zerstörung der Innenhülle
führt, Die Fig. 6 bis 9 zfsigen andere Arten flexibler Leitungen, wie sie nach dem
Verfahren nach der Erfindung erhalten werden können.
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Pig. 6 zeigt eine flexible Leitung, wie sie für den transport von
Fluiden wie Kohlenwasserstoffen Verwendung finden kann und die im Betrieb axialen
säften nicht ausæe,dzt wird.
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Diese Leitungen sind beispielsweise 51- oder GasSitungenjdie in Gräben
in der Erde verlegt werden.
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Sie werden, wie Fig. 6 zeigt, durch wenigstens eine Innenhülle aus
einem plastischen oder elastomeren Material gebildet, das ein günstiges Verhalten
gegen die transportierten Fluide zeigt, sowie durch wenigstens eine metallische
Armierung 3, die beständig gegen Innen- und Außendruck ist und besteht aus einem
metallischen sich selbst verhakenden Band mit einem S- oder Z-förmigem Querschnitt,
das in der Lage ist, die mechanischen Kräfte auszuhalten, die auf die Leitung ausgeübt
werden, wenn sie sich an ihrem Ort befindet.
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Für den Fall, wo im Betrieb der Innenduck der Leitung nicht immer
höher als der Außendruck der Leitung ist, kann ma die Armierung 3 mit einer dichtenden
Außenhülle 5 umgeben, die durch Exrtrudieren eines plastischen oder elastomeren
Materials um die Armierung 3 vorgesehen wird. Wie Fig. 6 erkennen
läßt,
ist diese Extrudierung vorzugsweise derart, daß ein geringes Eindringen des die
Hülle 5 bildenden Materials zwischen die benachbarten Spiralwindungen der Armierung
3 erfolgt.
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Diese Außenhülle bietet den Vorteil, daß die Armierung 3 gegen die
Korrosion aufgrund der äußeren Umgebung geschützt wird.
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Blig. 7 zeigt eine flexible Leitung, die so ausgebildet ist, daß sie
im Betrieb axiale Beanspruchungen auszuhalten in der Lage ist. Solche Leitungen
können insbesondere auf dem Gebiet des sogenannten Turbinenbohrens Verwendung finden
oder für getauchte Fluidtransportleitungen.
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Sie bestehen aus einer dichtenden Innenhülle 1, die von wenigsteins
einer gegen Innen- und Außendruck beständtgen armierung 3 umgeben ist einer dichtenden
Außenhülle 5, auf der eine gegen Zug- und Biegemomente beständige Armierung ruht.
Die letz-tge-@unnte Armierung umfaßt wenigstens zwei spiralförmige Wicklungen entgegengesetzter
Steigung aus Drähten, Kabeln oder tuetallischen Lintzen. Vorzugsweise haben diese
Drähte einen S- oder Z-föriuigen Querschnitt.
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Es wird bevorzungt, ohne dass die Erfindung darauf beschränkt ist,
daß die äußere Dichtwlgshiille 5 zwischen den oder die ttruckbeständigen Armierungen
3 und die zugbeständigen Armierungen gesetzt wird.
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Diese Anordnung weist zwei wesentliche Vorteile aufs 1.- Die äußere
Diohtungehulle befindet sich nicht in Kontakt mit den Zugvorrichtungen für die flexible
leitung wie Zugraupen etc. ... und wird somit durch diese Geräte nicht bea chädigt.
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2.- Sie sorgt für eine elektrische Isolierung der druckbeständigen
Armierung 3, die gegebenenfalls als elektrischer Leiter zur Transmission von informations-
oder Steuersignalen verwendet werden kann.
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Die Fig. 8 und 9 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform einer mit
zerbrechlichen Elementen versehenen dichtenden Innenhülle zur elektrischen Transmission
von Fernmeß-, Fernsteuer- oder Lerstungssignalen, die die Herstellung einer flexiblen
Leitung ermöglicht, welche insbesondere so ausgebildet ist, daß sie auf dem Gebiet
des Bohrens mit elektrischer Bohrturbine verwendet werden kann, wo ein elektrischer
Motor an das Ende einer flexiben Leitung gehängt ist, um ein Bohrwerkzeug in Drehung
zu versetzen.
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jaine dichtende Innenhülle umfaßt eine erste zentrale Hülse 8 aus
plastischem oder elastomeren Material, auf die spiralförmig die elektrischen eine
Schicht 9 bildenden Leiter 11 gewickelt sind, die an ihrem Ort durch eine Hülle
10 aus plastischem oder elastomeren Material geringer Dicke gehalten werden welche
bei der Herstellung der Leitung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zwischen benachbarte
Spiralwicklungen der armierung 5 fließt.
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Selbstverständlich kann die Hülle 10 durch eine lokalisierte Bandagierung
mit Hilfe eines Schrumpfringes oder einer Frette, die sehr d5Mm ist und aus plastischem
Material besteht, ersetzt werden, wobei das die elektriscbe leiter umgebende Isoliermittel
dann zwischen die Spiralwindungen der Armierung 3 fließt.
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Fig. 9 ist ein Schnitt längs der Linie IX-IX in Fig. 8 für den Fall,
wo die Innenhülle mit elektrschen Leistungoleitern versehen ist0 Wie aus dieser
Figur zu sehen bestehen die
elektrischen die elektrische Leistung
übertragenden Leiter 11 vorzugsweise aus flachen Strombändern oder 'l'ressen von
handelsüblicher Art und sind spiralförmig isoliert und auf die Innenhülle 8 gewickelt,
Die Verwendung isolierter pressen ermöglicht es, daß man über den Querschnitt der
Leitung einen stärkeren Schwellkoeffizienten des Kupfers erhält; d,h. bei gleichem
Platzbedarf der Schichten 9, 8 und 10 (Fig. 8) erhält man einen maximalen Kupferquerschnitt,
der es ermöglicht, eine maximale elektrische Leistung bei einer gegebenen Strouidichte
zu ubertragen.
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Fernmeß- und Fernsteuerleiter wie sie bei 12 in Fig. 9 dargestellt
sind, können zwischen die Leistungsleiter zwischengeschaltet werden.
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Wie bereits oben erwähnt, können die metallischen Armierungen 3, 6
und 7 aus metallischen Drähten mit Querschnitten in S- oder Z-Porm bestehen. Diese
Querschnitte können symmetrisch oder asymmetrisch sein, wie dies die Fig. 10, tt
und 12 erkennen lassen.
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Was die zugfeste Armierung, (6 und 7) betrifft, so erfolgt das Wickeln
unter einem Neigungswinkel zwischen 12030 und 320301 wobei der geringere Winkel
einer Armierung mit einer verminderten Flexibilität entspricht, Jedoch beständig
gegen sehr hohe Zugkräfte ist und der größere Winkel einer Armierung mit einer großen
Flexibilität entspricht, der Jedoch sehr hohe Zugkräfte auszuhalten nicht in ir
Lage ist.
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Für den Fall einer Bohrlei.tung wird man in Praxis einen Neigungswinkel
benachbart von 250 wählen.
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Für Bohrleitungen oder Leitungen zum 'ltrQsport von Kohlenwasserstoffen
bevorzugt man zur Herstellung der dichtenden
Innenhülle die Verwendung
weich gemachten RILSANS welches eine günstige mechanische Festigkeit, ein günstiges
Verhalten gegenüber Lösungsmitteln,unter denen Öle und Kohlenwasserstoffe zu nennen
sind, und auch eine günstige Elastizität aufweist. Diese Wahl ist icbt als begrenzend
anzusehen und die Spezialisten werden als Funktion der Verwendung der flexiblen
Leitung unter solchen Materialien, die sich leicht extrudieren lassen, dasjenige
aussuchen, das am besten geeignet ist.
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Man kann auch das Verfahren kontinuierlich durchführen, indem man
einen hohlen Dorn verwendet, auf welchem spiralförmig kontinuierlich die benachbarten
Spiralwindungen der Qußenarmierung vom Bandeisen- oder Stahlbandtyp wickelt und
in deren Innerem man die dichtende Innenhülle vorbeiführt, die gleichzeitig bei
gleicher Ladens nach den bekannten Verfahren hergestellt ist, derart, daß bei Austritt
des Domes man selbstätig die Innenhülle mit einem gewissen Spiel im Inneren der
Armierung lagert ;, im wesentlichen der Diole des Domes entsprechend, vorfindet.
Sa genügt hierzu, am austretenden Ende der Innenhülle einendichtenden Abschluß oder
Stopfen zu verwenden und die Innenhülle in dem Ausmaße wie sie fertig gestellt Lcrd
mit unter Druck stehendem Gas zu speisen, indem man gegebenenfalls den hergestellten
Teil von Rohr oder Schlauch einer Teperaturerhöhung aussetz, um die nachgesuchte
Dauerverformung für die Innenhülle zu erhalten.
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Patentansprüche