DE2338948A1

DE2338948A1 - Aus elastomeren und verstaerkungseinlagen aufgebauter hochdruckschlauch

Info

Publication number: DE2338948A1
Application number: DE19732338948
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Dr Pahl
Original assignee: PAHL GUMMI ASBEST
Current assignee: PAHL GUMMI ASBEST
Priority date: 1973-08-01
Filing date: 1973-08-01
Publication date: 1975-02-13
Also published as: FR2239638B1; FR2239638A1; JPS6028652B2; DK141239C; DE2338948B2; BE818175A; ES428802A1; CA1062593A; SE7409943L; NL8602510A; NO791390L; DK404974A; SE416029B; NO792981L; NL7410028A; ES448669A1; JPS59131453A; ES448670A1; NL180455B; NO142161B

Description

2338943

PATENTANWALT DR. HANS-GUNTHER EGGERT, D1PL0MCHEMIXER

S KÖLN Sl₁ OBERLÄNDER UFER 90

Köln, den 3o. Juli 1973 Fü/pz/196

Pahl'sche Gummi- und Asbest-Gesellschaft "PAGUAG", 4 Düsseldorf 3o

Aus Elastomeren und Verstärkungseinlagen aufgebauter Hochdruckschlauch

Die Erfindung betrifft aus Elastomeren und Verstärkungseinlagen aufgebaute Hochdruckschläuche mit einer lichten Weite über 5o mm, in Längsrichtung einheitlichem Aufbau und beliebig großer Länge. Die Erfindung betrifft weiterhin Verfahren zur Herstellung derartiger Hochdruckschläuche.

Es ist bekannt, Hochdruckschlauchverbindungen großer Länge durch Aneinandersetzen einer großen Zahl von Einzelstücker. herzustellen. Diese haben jedoch nur geringe Einzellängen und die große Anzahl der verwendeten Armaturen zum Aneinandersetzen bilden eine unzulässige Schwachstelle und sind einer Schlauchreinigung hinderlich.

Zur Schürf-ung von Erdgas und öl in küstennahen Gebieten benötigt man für den Transport des Öls oder Gases von den im Meer gelegenen Fundstellen zu den Verbrauchsstellen Leitungen, die in normalen Fällen aus Stahlrohr bestehen.

50 9S07/Q562

Bei großen Tiefen und stark zerklüftetem Meeresgrund sind der Verwendung von Stahlrohren Grenzen gesetzt. Die Elastizität und Biegefähigkeit der Stahlrohre reicht bei schroffen Niveauunterschieden nicht aus. Außerdem ist die Montage von Stahlrohrleitungen bei größeren Meerestiefen durch die endliche Länge der einzelnen Stahlrohre von 12 - 18m wegen der vielen Rundschwetßiähte schwierig. Bei großen Meerestiefen besteht außerdem die Gefahr, daß der starke hydrostatische Druck die Stahlrohre während der Verlegung bereits bleibend verformt. Die Wanddicken müssen daher entsprechend dimensioniert werden. Für den Transport der Stahlrohre zu den Verlegungsgebieten muß sehr großer Frachtraum zur Verfügung stehen. Aus diesen Gründen wurden Stahlrohrleitungen bisher nur in verhältnismäßig seichten Gewässern bis zu Meerestiefen von ca. 200 m verlegt.

Zur überbrückung großer Meerestiefen eignen sich Großrohre aus Elastomeren, die ähnlich wie die Hochdruckschläuche konstruiert sind. Derartige Schläuche werden in der Hochdrucktechnik für die Aufnahme hoher Innendrücke bei relativ kleinem Durchmessern und kurzen Längen verwendet. Die technischen Bedingungen, die bei einer Unterwasserleitung für große Tiefen berücksichtigt werden müssen, lassen sich jedoch mit den bisher bekannten Schlauchkonstruktionen nicht erfüllen. Zunächst müssen selbstverständlich Werkstoffe für die "Rohrkonstruktion¹¹ gewählt werden, die seewasserbeständig sind. Die Außenflächen der Rohre dürfen selbst bei jahrelanger Benutzung nicht von. Seewasser angegriffen werden. Außerdem nu3 die Oberfläche so präpariert werden, daß der Ansatz von Meerestieren weitgehend eingeschränkt werden kann. Zur Überbrückung von schroffen Untiefen ist es erforderlich, selbst bei großen Durchmessern der Rohre, die in der Größenordnung von 3OO - 1000 mm liegen, Längen von vielen km vorzusehen.

I- 509807/0562

Es ist von großer Bedeutung, möglichst große Rohreinzellängen anzuwenden, um die Anzahl der Nahtstellen zwischen den Rohrenden, soweit als technisch möglich zu vermindern.

Dieses Ziel läßt sich aber nur dann erreichen, wenn gleichzeitig die Transportprobleme gelöst werden, die bei großen Durchmessern und langen Transportwegen auftreten. Ein "Rchr" in dem genannten Durchmesserbereich läßt sich in geraden Zustand mit einer Einzellänge von z.B. 100 m nicht nit den üblichen Mitteln transportieren. Es muß daher in bekannter Weise als Schlauch aufgewickelt werden. Bei den gewünschten großen Schlauchdurchmessern würde bei den bisher bekannten Schlauchkonstruktionen der erforderliche Tromme!durchmesser Abmessungen erhalten, die ebenfalls nicht mehr transportfähig sind.

Die bekannten Verfahren zur Herstellung von Hochdruckschläuchen aus Verbundwerkstoffen mit elastischem Trägermaterial lassen sich prinzipiell in Dornherstellverfahren und Dornlosverfahren einteilen.

Bei Dornherstellverfahren werden die einzelnen Materialbestandteile des Schlauches, wie z.B. Seele, Verstärkungseinlage und Decke einzeln auf einen als Formkern dienenden Dorn endlicher Länge aufgebracht. Die Dornlänge ist aus Gründen der leichteren "Entformbarkeit" begrenzt und beträgt in der Regel 20-40 m. Bei diskontinuierlicher Fertigung wird für kleine Schlauchdurchmesser meist ein massiver Stahldorn verwendet, bei größeren Durchmessern wegen der einfacheren Handhabung ein Aluminiumrohr (DT-PS 521 226).

509807/0562

Die Dornlosverfahren erlauben bisher als einzige eine kontinuierliche Herstellung beliebig langer Schlauchstücke, da hierbei die Längenbegrenzung durch das Entformen entfällt. Der Aufbau des Schlauches in der Konfektionierphase erfolgt in diesem Fall auf einem geringfügig komprimierten Fluid, in der Regel Luft. Die Fixierung der Schlauchabmessungen wird bei diesen Verfahren über den Aussendurchmesser erreicht, indem z.B. vor der Heizung ein Bleimantel aufgebracht und nach der Heizung kontinuierlich wieder abgezogen wird. Im Unterschied zum Dornverfahren hängt dabei die Genauigkeit des Innendurchmessers sehr stark von Material- und Maschinenparametern ab. Darüber hinaus sind die heute bekannten Dornlosverfahren nur bei großen Schlauchserien

Schlauch
und kleinen -abmessungen wirtschaftlich anwendbar ( Zeitschrift "Kautschuk und Gummi", Februar 1963, DK 678.06: 621.643.3).

Für die Herstellung von Hochdruckschläuchen großer und größter Abmessungen wurde bisher ausschließlich das Dornverfahren angewandt. Der Grund hierfür sind nicht so sehr die geforderte Konstanz des Innendurchmessers, sondern im wesentlichen 2 Fakten: Die für den Schlauchaufbau erforderliche metallische oder textile Bewehrung muß unter Spannung konfektioniert werden, was im Falle des Dornlosverfahrens bei großen lichten Weiten des Schlauches zu einer unzulässigen Einschnürung der Seele führen würde. In solchen Fällen ist eine Erhöhung des Stutζluftdruckes nicht möglich, da daraus ebenfalls eine, wenn auch anders gerichtete Deformation der Seele resultiert. Zum anderen würde die 'Ummantelung mit Blei während der Heizung zu wirtschaftlich nicht mehr vertretbaren Herstellkosten

führen.

509807/0582

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde/ Hochdruckschläuche aus Verbundwerkstoffen mit elastischem Trägermaterial in großen Längen zur Verfügung zu stellen« Besondere Aufgabe ist die Erzeugung großdimensionierter flexibler Rohre, die als elastische Pipelines in technisch einfacher Weise mit Einrichtungen, die auch z.B. auf Schiffen untergebracht werden können, verlegt werden können.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch aus Elastomer er. und Verstärkungseinlagen aufgebaute Hochdruckschläuche mit einer lichten Weite über 5o mm, die durch einen einheitlichen Aufbau und eine beliebig große Länge von mindestens loo m gekennzeichnet sind, gelöst.

Die erfindungsgemäßen Hochdruckschläuche können eine Armierung besitzen, die sie auch unter hohem Außendruck formstabil erhält. Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind sie unter Außendruck reversibel zusammendrückbar, wobei sich ihr Querschnitt zu einem flachen Oval und mehr verformt.

Die erfindungsgemäßen Hochdruckschläuche können bei nicht kreisförmigem Querschnitt eine Hauptträgheitsachse besitzen, wodurch ihnen beim Zusammendrücken eine definierte Knickebene gegeben wird und Torsionen vermieden werden.

509807/0862

Die erfindungsgemäßen Hochdrucksschläuche können einen oder mehrere in Längsrichtung verlaufende Zugträger zur Aufnahme der Längskräfte besitzen. Diese liegen vorzugsweise auf der Hauptträgheitsachse. Im Bereich der auf der Hauptträgheitsachse liegenden Verdickungen weist der erfindungsgemäße Hochdruckschlauch in einer bevorzugten Ausführungsform in Abständen Aussparungen auf«

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die Schlauchenden zur Befestigung von Anschlußarmaturen ohne Beeinträchtigung der Festigkeit Materialverdickungen auf. Der erfindungsgemäße Hochdrucksschlauch ist vorzugsweise so aufgebaut, daß die Durchlässigkeit des zum Aufbau verwendeten Werkstoffes gegen die für sie schädlichen Bestandteilen des Fördergutes von innen nach außen zunimmt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Hochdruckschläuchen ist dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauchaufbau auf einem stationären Dorn erfolgt, über den der Schlauch in Produktionsrichtung rollend oder gleitend abgezogen wird.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist der stationäre Dorn ganz oder teilweise als um seine Längsachse rotierender Rolldorn ausgebildet. Bei einer anderen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der stationäre Dorn

ganz oder teilweise als hydrostatisches

oder aerostatisches Lager ausgebildet. Der beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendete stationäre Dorn kann an seiner gesamten Oberfläche ein oder mehrere endlose Bänder aus wärmebeständigem biegeelastischem Material tragen, die von außen angetrieben, oder durch den Schlauch in Produktionsrichtung mitbewegt umlaufen. Weitere bevorzugte Ausführungsformen können der.folgenden Beschreibung entnommen werden.

509807/0562

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird der Schlauch auf einem stationären Dorn gefertigt, dessen Oberfläche durch den auf ihr aufgebauten Schlauch mit möglichst geringer Reibung in Produktionsrichtung mitbewegt wird. Ein solcher Dorn ist fester Bestandteil der eigentlichen Schlauchmaschine und somit nur zu Beginn der Produktionsstrecke bis evtl. in die Heizzone hinein vorhanden. Er kann je nach Ausführungsform aus einem oder mehreren Teilabschnitten bestehen, dergestalt, daß die Dornsegmente in Produktionsrichtung gesehen fest miteinander verbunden und nur dort vorhanden sind, wo durch Aufbringung einer neuen Materiallage auf den Schlauch, insbesondere also einer Cordwickellage oder auch des Heizwickels, einem von außen auf das Schlauchinnere gerichteten Druck das Gleichgewicht gehalten werden muß, um einer Deformation des Kreisquerschnittes entgegenzuwirken.

Das Verfahren gemäß der Erfindung kann in drei Hauptvarianten durchgeführt werden:

a)¹ mit einem Rollendorn nach Figur 1.

I Die den Extruder (1) verlassende Schlauchseele (2)

wird durch leichten Luftüberdruck im Inneren (3) kreisförmig gehalten und bis zum nächsten Arbeitsgang möglichst weit abgekühlt. Sie erreicht mit konstanter ! Geschwindigkeit ν die erste Schlauchwickelmaschine (4), I wo sie mit einer Lage cordlerten oder geklöppelten Garns I oder Drahtes umhüllt wird. Diese Fadenlagen müssen bei j einem Hochdruckschlauch äußerst exakt und reproduzierbar aufgeführt sein, weshalb eine Einschnürung der weichen und unstabilen Seele unter allen Umständen vermieden werden muß.

509807/0562

2338949

Dies läßt sich erfindungsgemäß erreichen durch einen Rollenkranz (5), der vorteilhaft in gegensinniger Drehrichtung wie die Cordier- oder Klöppelmaschine (4) umläuft. Der Rollenkranz (5) besteht aus einer möglichst großen Zahl leicht balliger Rollen (6), deren Drehachse gegenüber der Schlauchmittellinie eine veränderliche Schrägstellung aufweist. Bei vor-

\Schrägstellung

gegebener\der Rollen (6) und Schlauchabzugsgeschwindigkeit ν wird die Drehzahl η des Rollenkranzes (5) so eingestellt, daß die Rollen (6) sich an der Innenfläche der Schlauchseele (2) schraubenförmig abwälzen.

Der Wälzkreisdurchmesser (D.) ist ebenfalls variabel, um mit dem gleichen Rolldorn ein möglichst großes Schlauchprogramm fahren zu können. Auch läßt sich auf diese Weise während der Fertigung der Schlauchinnendurchmesser (D„) korrigieren.

Wird auch noch in der zweiten Cordier- oder Kßppelmaschine (7) ein stützender Dorn benötigt, so kann dieser entgegen dem ersten über eine flexible Antriebswelle (8) gedreht werden.

Nach dem Auftrag von 2 Fadenlagen aus Textil oder Drsirt: ist der im Aufbau begriffene Schlauch meist bereits so druckfest, daß zur weiteren Stützung ein überdruck im Schlauchinnern (9) von mehreren Atmosphären ausreicht Dieses Druckmedium hat vorteilhaft die zum späteren Heizen des Schlauches erforderliche Temperatur.

Um eine Abdichtung zwischen den Abschnitten (3) und (9) des Schlauchinnern zu erzielen, ist am letzten Rollenkranz (5) eine Gleitdichtung (10) drehbar befestigt.

509807/0562

In den Fällen, wo dem durch den Fadenwickler (4) oder (7) auf den Schlauch (2) übertragenen Drehmoment nicht durch den Rolldorn (5) ein gleichgroßes Gegenmoment das Gleichgewicht hält, muß eine Drehsicherung (11) vorgesehenwerden, um eine Torsion des Schlauches (2) und eine ungenaue Fadenlage zu vermeiden. Diese Drehsicherung ist vorteilhaft eine formschlüssige Verbindung zwischen der Schlauchoberflache und mehreren, in diese einschneidenden Schneiden oder auf ihr abwälzenden gerillten Walzen. Der Kraftangriffspunkt der Drehsicherung sollte so nahe wie möglich an der Fader.-auflaufstelle liegen.

b) mit einem hydrostatischen oder aerostatischen Dorn nach Figur 2.

Die extrudierte und abgekühlte Schlauchseele (2) v;irf. an einer oder auch mehreren Stellen äußerer Krafteir.-wirkung durch einen ortsfesten, evtl. um seine Achse rotierenden Stützdorn (13) vor einem Zusammendrücker, bewahrt. Um eine Berührung zwischen Schlauchseele '2' und Dornoberfläche zu vermeiden, muß zwischen beider. ein mit einem Lagermedium(14) gefüllter Spalt (15) aufrechtgehalten werden. DiesesLagermedium fließt unter Druck durch ein Zuführrohr (15a), Kapillaren ("6' in eineAnzahl Lagertaschen (17) und entspannt von dcrt über den Ringspalt (15) in das Schlauchinnere (3), vor. wo es über Rückflußbohrungen (18) wieder dem Druckerzeuger zugeführt wird.

OR/a/_NAL

509807/0562

Analog dem.Verfahren nach a) muß in allen Fällen, wo der Schlauchquerschnitt keine ausreichende Form-Stabilität besitzt, ein zusätzliches äußeres Stützlager (19) verwendet werden. Dieses läßt sich zweckmäßigerweise als aerostatisches Lager ausführen, da ein Flüssigkeitsfilm zwischen Seele (2) und Verstärkungseinlage (20) der Schlauchqualität unzuträglich ist. Auf diese Weise gleitet der Schlauch (2) reibungsarm mit konstanter Geschwindigkeit ν zwischen den beiden ortsfesten Lagern (13) und (19). Das Außenlager (19) ist zweckmäßigerweise Teil des Spulenhalters (12) der Schlauchwickelmaschine (4) und (7) und weist an seiner vorderen Seite Führungsbohrungen (21) als Fadendurchlaß auf. Auf diese Weise läßt sich auch auf der £chlauchaußenseite ein bis auf die Fadenauflaufsteile allseits geschlossener Lagerumgriff realisieren.

c) durch einen als Kaliber wirkenden stationären Dorn (23) nach Figur 3_; auf dessen Oberfläche eine Anzahl durch, den Schlauch (2) in Produktionsrichtung mitbewegter endloser flexibler Bänder (24) reibungsarm gleiten. Voraussetzung hierfür ist, daß der Reibwert zwischen der Innenseite der Seele (2) und der Außenseite der Bänder (24) erheblich größer ist als der Reibwert zwischen Bändern (24) und Dorn (23) . Ist die Gleitreibung bei gewissen Produktionsfällen trotzdem noch zu hoch, so können die Bänder zusätzlich noch über eine Vorrichtung (25) mit der Schlauchabzugsgeschwindigkeit v angetrieben werden. Insbesondere bei kleineren Schlauchinnendurchmessern ist die Unterbringung einer geeigneten Antriebsvorrichtung im Dorninnern au» Raumgründen schwierig.

609807/0562

In diesen Fällen läßt sich das Antriebsaggregat (25) auch nach außen verlegen (siehe Figur 4). Eine solche Anordnung ist zudem dann vorteilhaft, wenn die Schlauchseele nicht extrudiert, sondern aus Streifen (26) gewickelt wird.

Die Ausführung der endlosen Bänder (24) ist verschiedenartig und den Anforderungen an die Riefenfreiheit der Schlauchseele angepaßt. (Figur 5, 6, 7). Figur 5 zeigt einen Querschnitt längs A-B durch den Dorn aus Figur 3 oder Figur 4. Die Dornoberfläche (23) trägt eine Anzahl endloser Bänder, die in Längsrichtung steif, um ihre Mittellinie jedoch so flexibel sind, daß sie sich leicht der Dornkrümmung anpassen. Die Bänder sind an den seitlichen Stoßkanten (27) so gestaltet, daß sie sich bei Einwirken eines Außendrucks dicht aneinander legen. An ihrer Unterseite weisen sie in Längsrichtung verlaufende Führungsstege (29) auf, welche in entsprechende geformte Ausnehmungen (30) in die Oberfläche des Dorns (23) passen, um dadurch ein seitliches Verschieben der Bänder bei Einwirken eines Torsionsmomentes M. zu verhindern. Ebenso können die Ausnehmungen (31) auch an der Unterseite der Bänder liegen und auf entsprechenden Führungsleisten (32) auf der Dornoberfläche laufen (Figur 7). Zur Herabsetzung des Reibwertes zwischen Bändern (24) und Dorn (23) ist über Bohrungen die Zufuhr eines Schmiermittels möglich.

Bei nichtmetallischen Bändern (24) sind ein oder mehrere innerhalb des Querschnittes in Längsrichtung verlaufende Zugträger (28), z.B. aus Stahlcord vorteilhaft.

509807/0 562

In den Fällen, wo der Schlauch nach seiner Konfektionierung mit einem Heizwickel umgeben wird, um während der Heizung einen äußeren Druck auf den Schlauchquerschnitt zur Erzielung einer besseren Qualität auszuüben, kann dieser Druck dadurch noch erhöht werden, daß das Innere (33) der Bänder (24) mit Gas oder Flüssigkeit gefüllt ist. In diesem Fall müssen die Bänder (24) aus einem elastischem Material gefertigt sein, welches eine durch Wärmeexpansion der Bandfüllung gewünschte Dickenzunahme des Bandes erlaubt.

Auch bei einer noch so guten Abdichtung der Bänder (24) an den Kanten (27) läßt sich ein Abdruck dieser Kanter. als Rille an der Innenseite des fertigen Schlauches nicht restlos vermeiden. Um jedoch die Anzahl der Rillen und damit den Strömungswiderstand beim Gebrauch des Schlauches zu reduzieren, muß die Anzahl der ander Dornoberfläche mitbewegten Bänder so kleir. wie möglich gehalten werden und beträgt im Extrer,-fall 1 (Figur 6 und 7) . Um die Umlenkung des endloser. Bandes an den Enden des Dornes (23) zu erleichtern, kann das Band entweder ganz (Figur 6) oder nur teilweise (Figur 7) eine geringe Dicke aufweisen, so daß sich sein an-der Dornoberfläche kreisförmiger Querschnitt am Dornende leicht zusammenfalten läßt und so im Dorninneren zurücklaufen kann (34).

Um die gesamte Dornanordnung (23) in Schlauchabzugerichtung zu fixieren, muß der Dorn über Stege (35) mit einer Dornhalterung (22) verbunden sein. Da das Band (24) auf seinem Weg durch das Dorninnere diese Stege umlaufen mußj ist sein kreisförmiger Querschnitt an mindestens einer Stelle (36) unterbrochen.

509807/0562

Diese könnte dann auch noch entfallen, wenn es gelingt, den Dorn (23) ohne mechanische Arretierung (22,35) durch ein starkes Magnetfeld, welches von innen (36) und/oder außen (37) auf ihn wirkt, in seiner achsialen Lage zu fixieren (Figur 6). Ein auf diese Weise hergestellter Schlauch wäre im Innern absolut riefenfrei und von einem konventionell gefertigten Dornschlauch in dieser Hinsicht nicht zu unterscheiden.

Eine achsiale Dornarretierung ohne Halterung (22) ist auch in den Fällen notwendig, wo die Schlauchseele (27)in einem getrennten Arbeitsgang gefertigt wird (Figur 8). Die von einer Trommel (39) ablaufende Seele (2) durchläuft die Konfektionier- (40) und Heizzone (41). Der fertige Schlauch wird gekühlt und anschließend auf die Trommel (42) aufgewickelt.

Um auch in dienern Fall einer quasi-kontinuierlichen Fertigung "dornlos" arbeiten zu können, muß das die endlosen Bänder (24) tragende Rohrstück (23) ohne feste Verschraubung mit dor Schlauchmaschine in Achsialrichtung arretiert werden. Dies kann magnetisch nach Figur 6 oder hydraulisch (Figur 8) auf kraftschlüssige Weise erreicht werden. Im Falle der hydraulischen I>ornarretierung tragen die Dornenden über die Stege (35) und die Halterung (21) Kolbenflächen A und A₁ (43), die eine Abdichtung der Schlauchinnenräume (44) und (45) gegeneinander bewirken.

509807/0B62 "**"«■

Die Gas- oder Flüssigkeitsdrücke in diesen Räumen sind über eine Regelung so miteinander verbunden, daß die aus den Produkten von Druck und Kolbenfläche resultierende Kraft P₁A₁ - P A der zwischen Bändern (24) und Dorn (23) wirkenden Reibkraft R zu jeder Zeit das Gleichgewicht hält. Die achsiale Lage des Dorns (23) läßt sich nach den bekannten Methoden der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung, z.B. röntgenographisch erfassen und bei Veränderung über die oben beschriebene Differenzdruckregelung korrigieren.

Da die unbewehrte Seele (2) meist ohne unzulässige Deformation keinem großen Innendruck im Abschnitt 44 standhalten kann, läßt sich dieser auch gleich dem Atmosphärendruck einstellen, wodurch die vordere Kolbenfläche A_Q entfällt.

In vielen Fällen kann es durchaus vorteilhaft sein, die beschriebenen Verfahren a), b) und c) miteinander zu kombinieren. Ist z.B. bei einem Schlauch, dessen 1. Verstärkungseinlage nach Verfahren c) aufgebracht wurde, der Schlauchquerschnitt bereits soätabil, daß im Verlauf der Fertigung die folgenden Lagen nach Verfahren b) oder u.U. sogar nur unter Anwendung einer Gas- oder Flüssigkeitsfüllung im Schlauchinnern konfektioniert werden können, so läßt sich dies unter der Voraussetzung einer Medientrennung mit Hilfe einer oder mehrerer geeigneter Abdichtungen (10) leicht realisieren.

509807/0 56 2

Bei jedem Verfahren a) bis c) ist es möglich/ daß trotz der beschriebenen Maßnahmen ein zu großes Drehmoment auf den Schlauchquerschnitt ausgeübt wird, insbesondere durch das Aufbringen der verschiedenen Verstärkungseinlagen und die damit verbundene Einwirkung äußerer Kräfte in einer zum jeweiligen Schlauchaußendurchmesser tangentialen Richtung. Es ist Aufgabe der in Figur 9 dargestellten Vorrichtung, dieses Drehmoment durch ein annähernd gleich großes, aber entgegengesetzt gerichtetes weitestgehend aufzuheben und die störenden äußeren Kräfte in innere Kräfte umzuformen.

Dies wird im wesentlichen dadurch erzielt, daß ein nahes oder mit dem Faden oder dem aus mehreren Fäden oder Drähten bestehenden Fadenverbund (47) gleichsinnig auflaufendes endloses und flexibles Band (4 8) durch Reibschluß einen gewissen Anteil der Fadenauflaufspannung übernimmt. Dieser Effekt wird ermöglicht durch eine rauhe Oberfläche des Baides (48) einerseits sowie durch die Relativgeschwindigkeit zwischen (47) und (48) aufgrund ihrer unterschiedlichen Wickelcurchmesser auf dem Schlauchrol)ling (2) . Wie im Schnitt C-D von Figur 9 dargestellt, erzeugt das mit der Geschwindigkeit w umlaufende endlose Band 48 eine Kraft S₁, die als tangentiale Zugkraft am Schlauchrohling (2) angreift und auf diesen ein Drehmoment M ausübt. Wenn durch Antrieb resp. Bremsung des Umlenkrollensystems (49-52) die Ablaufkraft S» des Bandes 48 gleich der Auflaufkraft S₁ gehalten wird, so ist auch das dadurch erzeugte Drehmoment M,₂ gleich M.₁, und die angreifenden äußeren Kräfte des Bandes resultieren in einer Zusammenschnürung des auf den Schlauch aufspiralisierten Bandteils (53) und einer kein Drehmoment erzeugenden Auflage-kraft R.

509807/0562

Dieser statischen Reaktionskraft R wird durch den stationären Dorn nach Ausführung a) bis c) das Gleichgewicht gehalten.

Wenn Großrohre aus Hochpolymeren in Tiefseegebieten eingesetzt werden, dann erfolgt die Montage der Leitungen drucklos. Der Druck für die Förderung von Erdgas und 'ZZ. in Höhe von ca. 55 - 7 5 atü kann erst nach Fertigstellung des ganzen Leitungssystems aufgebracht werden. Bis zur. Zeitpunkt der Inbetriebnahme wirkt sich der hydrostatische Wasserdruck voll aus. Die Leitungsteile behalten daher die für den Transport erwähnte flach-ovale Forr¹. bei. Die Kreisform tritt erst ein, wenn der gewünschte Enddruck in der gewünschten Meerestiefe erreicht wurde. Um eine Torsion des Schlauches während des Zusammendrückens zu vermeiden, kann der Schlauch einen von der Kreisforr. abweichenden Querschnitt haben (Figur 1O). Durch Verdickungen (57) läßt sich eine Hauptträgheitsachse x-x einvulkanisieren, die dem Schlauch beim Zusammendrücken eine definierte Knickebene vorgibt. Die Längszugträger (56) werden vorteilhaft in diese Ebene verlegt.

Bei schwebender Verlegung einer solchen Pipeline in größeren Meere.stiefen muß der Auftrieb des Schlauches durch Gegengewichte kompensiert werden. Zur Anbringung dieser Gegengewichte oder um ihr Verschieben in LänaF-richtung zu verhindern, weist der Schlauch in Abständen Aussparungen auf (58) .

509807/0B62

Bei der Verlegung obengenannter flexibler Leitungen in großen Meerentiefen Lst es ökonomischer, den LeL-tungsqnerschnitt nicht auf den gewünschten absoluten Betriebs innendruck hin zn dimensionieren, sondern ihr: nur für den herrschenden Differenzdruck auszulegen. So genügt z.B. ein Schlauch von mindestens 20 kp/cr." Nenndruckfestigkeit bei einem Betriebsinnendruck von 70 kp/cm^ für den Teil der Leitung, der tiefer als 5OO m im Meer verlegt ist. Der bei der Verlegung des Schlauches im drucklosen Zustand von außen einwirkende hydrostatische Wasserdruck von ca. 50 kp/cm² verforr/.t den für nur 20 kp/cm Nenndruck ausgelegten Schlauch zwar dann umso mehr, was bei der Schlauchkonstruktior. berücksichtigt werden muß; dafür lassen sich aber größere Einzellängen auf der gleichen Trommel zur Verlegestelle transportieren.

Erfindungsgemäß werden die Stahldraht- oder andere Armierungen so in z.B. Gummi eingebettet, daß sich die einzelnen Verstärkungselemente bei den geschilderten Umformungen von der flach-cvalen Form in die Kreisfcrr. und umgekehrt nicht bleibend verformen.

Hierzu muß die Wandstärke der Schlauchseele so dick gehalten werden, daß selbst bei extremen Verformungen des Querschnittes der zulässige Biegeradius der verwendeten Verstärkungselemente nicht unterschritten werden kann.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden die VorteiLe fies Üornverf ahrens, insbesondere Aufnahme starker Verformungskräfte während des Konfektionsverfahrens, genaue Fixierung des Innendurchmessers, wirtschaftliche und flexible Fertigung auch kleiner Losgrößen, mit den

509807/0562 ^BAD opjq_INal

- 13 -

Vorteilen des Dornlosverfahrens, die insbesondere die Fertigung beliebiger Schlauchlängen gestatten, kombiniert.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es nunmehr möglich, einen beliebig aufgebauten Hochdruckschlauch mit vorwiegend, aber nicht notwendigerweise kreisförmigem Querschnitt kontinuierlich in großen Mengen zu fertigen und dabei die gleichen Qualitätsmerkmale eines auf Dorn gefertigten Schlauches zu erreichen.

Es läßt sich erfindungsgemäß aber auch erreichen, daß die Schläuche flach oval, also in einer treibriemenähr.li

c'^ei Form, auf Trommeln aufgewickelt werden können, ohne daß ihr innerer Aufbau, insbesondere die Stahldrahtarmierung ,bleibend verformt wird. Dies gestattet den rationellen Transport von Druckschläuchen sehr großer Einzellängen.

BAD OR'G!NAL.

509807/0562

Claims

Patentansprüche

1.; Aus Elastomeren und Verstärkungseinlagen aufgebauter Hochdruckschlauch mit einer lichten Weite über 50 mm, gekennzeichnet durch in Längsrichtung einheit]ichen Aufbau und eine beliebig große Länge von mindestens 100 m.

2. Hochdruckschlauch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er durch Einlage einer Armierung auch unter hohem Außendruck formstabil bleibt.

3. Hochdruckschlauch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er unter Außendruck reversibel zusammendrückbar ist, wobei sich sein Querschnitt zu einem flachen Oval und mehr verformt.

4. Hochdruckschlauch nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen nicht kreisförmigen Schlauchquerschnitt, der eine Hauptträgheitsachse aufweist, wodurch dem Schlauch beirr. Zusammendrücken eine definierte Knickebene vorgegeben wird und Torsionen vermieden werden.

5. Hochdruckschlauch nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet

durch einen oder mehrere in Längsrichtung verlaufende Zugträger 56 zur Aufnahme der Längskräfte.

6. Hochdruckschlauch nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugträger 56 auf der Hauptträgheitsachse liegen.

7- Hochdruckschlauch nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauch im Bereich der auf der Hauptträgheitsachse liegenden Verdickungen 57 in Abständen Aussparungen 58 aufweist.

509807/0562 ^SAD

8. Hochdruckschlauch nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlauchenden zur Befestigung von Anschlußarmaturen ohne Beeinträchtigung der Festigkeit Materialverdickungen aufweisen.

9. Hochdruckschlauch nach Anspruch 1 bis 8_f dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlässigkeit der zum Aufbau verwendeten Werkstoffe gegenüber den für sie schädlichen Bestandteilen des Fördergutes von innen nach außen zunimmt.

10. Hochdruckschlauch nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß seine Nenndruckfestigkeit für schwebende Verlegung in großen Meerestiefen mindestens dem dort herrschenden Differenzdruck zwischen hydrostatische™ Außendruck und Betriebsinnendruck entspricht.

11- Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Hochdruckschläuchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauchaufbau auf einem stationären Dorn erfolgt, über den der Schlauch reibungsarm rollend oder gleitend in Produktionsrichtung abgezogen wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der stationäre Dorn ganz oder teilweise als um seine Längsachse rotierender Rolldorn 5 ausgebildet ist.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der stationäre Dorn ganz oder teilweise als hydrostatisches oder aerostatischer Lager 19 ausgebildet ist.

509807/0562

14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der stationäre Dorn 23 an seiner gesamten Oberfläche ein oder mehrere endlose Bänder 24 aus wärmebeständigen biegeelastischem Material trägt, die von außen angetrieben oder durch den Schlauch in Produktionsrichtung mitbewegt umlaufen.

15. Verfahren nach Anspruch 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der stationäre Dorn bis in die Heiz- oder Vulkanisierzone reicht.

16. Verfahren nach Anspruch 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß die mitbewegten endlosen Bänder hohl und mit einer Flüssigkeit niedrigen Siedepunktes gefüllt sind.

17. Verfahren nach Anspruch 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß in Produktionsrichtung gesehen hintereinander verschiedene Dornausführungen zur Anwendung kommen.

18. Verfahren nach Anspruch 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorlage einer vorgefertigten, gegebenenfalls an- oder ausvulkanisierten Schlauchseele endli-cher Lär.re zu Beginn der Fertigungsstrecke der stationäre Dorn dadurch in seiner axialen Lage fixiert wird, daß über eir.e Differenzdruckregelung, die auf je einen starr mit der. Dorn verbundenen Kolben wirkt, eine in ihrer Größe regelbare Kraft ausgeübt wird.

19. Verfahren nach Anspruch 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere endlose Bänder 48 so auf den Schlauch auf- und wieder abgewickelt werden, daß eine durch die Konfektion des Schlauches verursachte Torsion des Schlauchs in der Aufbauphase vermieden wird.

BAD ORIGINAL

5 0 9 8 0 7/0562

φρ. Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Hochdruckschlauchen gemäß Anspruch 1 bis Io, gekennzeichnet durch einen oder mehrere Rollenkränze (5) aus mehreren Rollen (6), die schräg gestellt sind, so daß sie sich an der Innenfläche der Schlauchseele (2) schraubenförmig abwälzen,

sowie durch eine am letzten Rollenkranz (5) drehbar befestigte Gleitdichtung (lo).

21. Vorrichtung nach Anspruch 2o, gekennzeichnet durch eine Drehsicherung (11) zur Vermeidung einer Torsion des Schlauches (2) und einer ungenauen Fadenlage der Schlauchwickelmaschine (4).

22. Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Hochdruckschläuchen gemäß Anspruch 1 bis Io, gekennzeichnet durch einen ortsfesten, gegebenenfalls um seine Achse rotierenden Stützdorn (13) , einen mit einem fluiden Lagermedium (14) gefüllten Spalt (15) zwischen Schlauchseele (2) und Dornoberfläche, wobei das Lagermedium unter Druck durch ein Zuführrohr (15a) und Kapillaren (16) in mehrere Lagertaschen (17) geführt wird, von dort über den Ringspalt (15) in das Schlauchinnere (3) entspannt, von wo es über Rückflussbohrungen (18) wieder dem Druckerzeuger zugeführt wird.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, gekennzeichnet durch ein zusätzliches äußeres Stützlager (19) , das als aerostatisches Lager ausgebildet sein kann.

509807/0562

44. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützlager Teil des Spulenhalters 12 der Schlauchwickelmaschine (4) und (7) ist und an seiner vorderen Seite Führungsbohrungen (21) als Fadendurchlass aufweist.

Ä/5. Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Hochdruckschläuchen gemäß Anspruch 1 bis Io, gekennzeichnet durch einen als Kaliber wirkenden stationären Dorn (23), auf dessen Oberfläche ein oder mehrere durch den Schlauch (2) in Produktionsrichtung mitbewegte endlose flexible Bänder (24) reibungsarm gleiten.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, gekennzeichnet durch ein. Antriebsaggregat (25) für die flexiblen Bänder (24)

27. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die mitbewegten endlosen Bänder hohl und mit einer Flüssigkeit niedrigen Siedepunktes gefüllt sind.

28. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Bänder in Längsrichtung steif, um ihre Mittellinie jedoch flexibel sind, an den seitlichen Stosskanten (27) so gestaltet sind, daß sie sich bei Einwirken eines Außendrucks dicht aneinanderlegen, und an ihrer Unterseite entweder in Längsrichtung verlaufende Führungsstege (29) aufweisen, welche in entsprechende geformte Ausnehmungen (3o) in die Oberfläche des Dorns (23) passen, oder Ausnehmungen (31) aufweisen, die auf entsprechenden Führungsleisten (32) auf den Dornoberflächen laufen.

509807/0562

29. Vorrichtung nach Anspruch 2o bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn (23) ohne mechanische Arretierung (22, 3 5) durch ein starkes Magnetfeld, welches von innen (36) und/oder (37) auf ihn einwirkt, in seiner axialen Lage fixiert wird.

30. Vorrichtung nach Anspruch 2o bis 29, gekennzeichnet, durch ein endlose Bänder (24) tragendes Rohrstück (23), das hydraulisch in Axialrichtung arretiert wird und dessen Dornenden über Stege (35) und die Halterung (21) Kolbenflächen A und A.

(43) tragen, die die Schlauchinnenräume (44) und (45) gegeneinander abdichten.

31. Vorrichtung nach Anspruch 3o, dadurch gekennzeichnet, daß die Drücke des Fluidum in den Räumen (£4) und (45) über eine Regelung so miteinander verbunden sind, daß die aus den Produkten von Druck- und Kolbenfläche resultierende Kraft P,A₁ - Ρ_ΛΑ

Ii oo

der zwischen Bändern (24) und Dorn (23) wirkenden Reibkraft R das Gleichgewicht hält.

32. Vorrichtung nach Anspruch 2o bis 31, gekennzeichnet durch ein oder mehrere endlose Bänder (48), die so auf den Schlauch auf- und wieder abgewickelt werden, daß eine durch die Konfektion des Schlauches verursachte Torsion des Schlauches in der Aufbauphase vermieden wird.

33. Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Dorndruckschläuchen, gekennzeichnet durch eine Kombination von mindestens zwei Vorrichtungen der Ansprüche 2o, 22, 25.

509807/0562