DE2554432B2 - Schwimmfähiger Schlauch - Google Patents
Schwimmfähiger SchlauchInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen schwimmfähigen Schlauch mit einem Innenrohr, um das mehrere
Auftriebsrohre schraubenförmig herumgewickelt sind, deren Enden am Schlauchende abgedichtet sind, und
einem die Auftriebsrohre überdeckenden Schlauchmantel.
Bei einem bekannten schwimmfähigen Schlauch dieser Art (US-PS 31 17 596) sind um das Innenrohr
zwei Auftriebsrohre schraubenförmig in einer einzigen Lage herumgewickelt. Die Auftriebsrohre sind mit
großer Steigung gewickelt, so daß sie keine dichtgewikkelte Lage bilden, sondern Abstände zwischen den
benachbarten Windungen der Auftriebsrohre vorhanden sind. Zwar können zwei Auftriebsrohre paarweise
eng nebeneinanderliegen, jedoch haben die Rohrpaare dann untereinander einen größeren Abstand. Bei
solchen Schläuchen treten Schwierigkeiten insbesondere während des Saugbetriebes auf, wenn in dem
Schlauch ein Unterdruck erzeugt wird. Dann besteht nämlich die Gefahr von Längskontraktionen, weil der
Schlauch infolge der mit gegenseitigen Abständen gewickelten Auftriebsrohre oder Auftriebsrohrpaare in
Längsrichtung zusammendrückbar ist. Die Verstärkung durch die einzige Auftriebsrohrlage wirkt lediglich in
radialer Richtung und nicht gegen Verwindungen und
ίο Längsspannungen.
Ferner ist ein biegsamer Schlauch bekannt (DT-OS 22 17 311), der eine Verstärkung aus Textilfaden oder
Stahldrähten aufweist. Die einzelnen Verstärkungslagen sind schraubenförmig gewickelt und zwei benachbarte
Verstärkungslagen haben jeweils entgegengesetzten Wickelsinn.
Schließlich ist es bekannt (US-PS 30 47 026), einen flexiblen Schlauch mit ringförmigen Verstärkungselementen
aus elastomerem Material zu versehen, die entweder aus Vollmaterial bestehen oder eine Axialbohrung
haben.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen schwimmfähigen Schlauch der eingangs genannten Art zu schaffen,
dessen Auftriebsrohre die Festigkeit des Schlauches sowohl gegenüber Längsbeanspruchungen als auch
gegenüber radialen Belastungen wesentlich erhöhen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Auftriebsrohre eng gewickelt in
mehreren Lagen übereinandergewickelt sind, und daß die Wickelrichtungen zweier benachbarter Lagen
einander entgegengesetzt sind.
Während es bei schwimmfähigen Schläuchen generell nur üblich ist, die Auftriebsrohre in Form einer einzigen
Lage aufzubringen und außerdem die Windungen mit
■!5 gegenseitigen Längsabständen zu wickeln, sind bei dem
erfindungsgemäßen Schlauch mehrere Lagen von Auftriebsrohren übereinandergewickelt und die Auftriebsrohre
einer jeden Lage liegen in dichter Packung. Daher können zur Erzielung einer bestimmten Auf-
■»<> triebskraft Auftriebsrohre mit relativ kleinem Durchmesser
verwendet werden. Die Verkleinerung des Rohrdurchmessers führt aber gleichzeitig zu einer
Erhöhung der Festigkeit der Auftriebsrohre, so daß der gesamte Schlauch eine höhere Formsteifigkeit und
Festigkeit erhält.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann zwischen den Lagen der Auftriebsrohre eine Elastomer-Schicht
angeordnet sein, die beispielsweise aus Schaumstoff besteht. Diese Schicht kann nicht wesentlich
zusammengedrückt werden, weil gegenseitige Verschiebungen der Auftriebsrohre wegen der dichten Packung
nur in ganz begrenztem Maße möglich sind. Die Auftriebsrohre verhindern daher das Zusammendrükken
der Elastomer-Schicht beim Gebrauch des Schlauches. Die Schaum-Elastomer-Schicht trägt daher zur
Schwimmfähigkeit bei. Die Auftriebsrohre bewirken eine Verstärkung und Festigkeitserhöhung sowohl in
Längsrichtung als auch in radialer Richtung.
Durch die gegensinnige Wicklung der einzelnen
so Rohrlagen entsteht bei Druckbeaufschlagung des
Schlauches ein Kräfteausgleich. Die Auftriebsrohre werden somit in größtmöglichem Maße zugleich als
Verstärkungselemente genutzt, während sie bei den bekannten schwimmfähigen Schläuchen im wesentli-
i>r> chen nur reine Auftriebsfunktionen haben und nur
unwesentlich zur Festigkeitserhöhung beitragen. Bei dem schwimmfähigen Schlauch nach der Erfindung
tragen die Auftriebsrohre in hohem Maße zur Erhöhung
der Schlauchfestigkeit in Längsrichtung und in radialer
Richtung bei. Wird ein großer Auftrieb benötigt, und erhöht sich dadurch die Größe des erforderlichen
Luftvolumens, so wird lediglich die Anzahl der Rohrlagen erhöht, während die Durchmesser der
einzelnen Auftriebsrohre gegenüber einem Schlauch mit geringer Auftriebskraft unverändert sind. Insbesondere
bei Schläuchen mit großem Luftvolumen ist die Sicherheit gegen Kollabieren und Vollaufen mit Wasser
gegenüber den bekannten Konstruktionen erhöht.
Durch die mehrlagige Wicklung aus Auftriebsrohren entsteht eine größere Anzahl voneinander getrennter
Auftriebskammern- wodurch die Störanfälligkeit des Schlauches verringert wird.
Durch die Doppelfunktion der Auftriebsrohre erhält man bei der Konstruktion eines Druckschlauches ein
geringeres spezifisches Schlauchgewicht als bei konventionellen Konstruktionen.
Die Erfindung wird im folgenden unter bezugnahme auf die Figuren an Ausführungsbeispielen näher
erläutert.
F i g. 1 zeigt eine Darstellung der einzelnen Schichten des erfindungsgemäßen Schlauches in freiliegendem
Zustand,
F i g. 2 ist ein vergrößerter Querschnitt entlang der Linie 2-2 der F ig. 1,
Fig.3 zeigt eine axiale Seitenansicht eines mit Kupplungsstücken versehenen Schwimmschlauches
nach der Erfindung,
Fig.4 zeigt einen Axialschnitt durch das Ende des
Schwimmschlauches einschließlich des Kupplungsstükkes entlang der Linie 4-4 der F i g. 3,
F i g. 5 zeigt den Querschnitt entlang der Linie 5-5 der F i g. 4 in Explosionsdarstellung, und
F i g. 6 zeigt eine vergrößerte Ansicht der abgedichteten Verstärkungen aus F i g. 4 nach der Erfindung.
In den F i g. 1 und 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform des Druckschlauches 10 dargestellt. Zu den
wesentlichsten Bauelementen des Schlauches gehören ein Innenrohr 12, zwei Verstärkungsschichten 14,16 und
ein Schlauchmantel 18. Wahlweise kann zwischen den Verstärkungsschichten eine Reibung verhindernde
Elastomer-Schicht angeordnet sein, um die Verstärkungsschichten vollständig einzubetten. An den Verstärkungsschichten
können zu demselben Zweck noch zusätzliche Elastomer-Schichten verwendet werden.
Das Material des Innenrohres ist so gewählt, daß es mit dem durch den Schlauch zu fördernden Material
kompatibel ist. Das Innenrohr 12 besteht aus einem Elastomermaterial, wie beispielsweise aus natürlichen
oder synthetischen Kautschuken oder Kautschukgemischen, oder das Rohr kann aus einem Kunststoffmaterial
bestehen, wie plastiziertem Polyester, Nylon, Polyvonylchlorid oder Polyrethan. Beispielsweise kann das
Innenrohr aus gegenüber öl widerstandsfähigem Kautschuk bestehen, z. B. Neopren.
Eine erste Verstärkungsschicht 14 aus mehreren Rohren 22 ist schraubenförmig um das Innenrohr mit
einem bestimmten Steigungswinkel A gewickelt. Über die erste Rohrlage ist schraubenlinienförmig eine zweite
Rohrlage gewickelt, vorzugsweise unter gleichem Steigungswinkel J5, jedoch mit umgekehrtem Wickelsinn.
Die Rohrlage 22 kann mit jedem beliebigen Steigungswinkel gewickelt sein, um den gewünschten
Kräfteausgleich innerhalb des Schlauches zu erzielen. Zur Erzielung der größten Wirksamkeit sind beide
Rohrlagen unter Winkeln von im wesentlichen 54° gewickelt, um das zu erhalten, was in der Fachwelt als
»ausgeglichene Verstärkung« (balanced reinforcement) bezeichnet wird. Die ausgeglichene Verstärkung stellt
sicher, daß man mit einem Minimum an Gewicht der Verstärkungseinlage auskommt, während die radiale
und longitudinal Expansion des Innenrohres im Falle der Druckbeaufschlagung begrenzt wird. Die Verstärkungsschichten
14,16 aus den Rohren 22 sind sehr eng gewickelt, um eine dichte Packung zu erhalten, wenn
eine maximale Festigkeit der Verstärkungseinlage in
ίο Verbindung mit einer geringen Dichte oder einem
geringen spezifischen Gewicht gefordert wird.
Das Rohrmaterial ist so ausgewählt, daß man eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen radiales Zusammenklappen,
eine hohe Längsflexibilität und Zugfestigkeit erhält. Zu denjenigen Materialien, die geeignete
Eigenschaften haben, gehören blockierte thermoplastische Polyesterelastomere, wie Hytrel von der Fa.
duPont, Nylon oder Polyurethan. Der Widerstand gegen radiales Zusammenklappen sollte so groß sein, daß das
Auftriebsrohrsystem seine Form beibehält, wenn der Schlauch hergestellt wird oder in einigen Fällen, wenn
er benutzt wird. Die Flexibilität ist erforderlich, da das Auftrieb-Ftohrsystem schraubengangförmig um das
Innenrohr gewickelt werden muß und der fertiggestellte Schlauch bestimmungsgemäß flexibel sein muß. Die
hohe Zugfestigkeit ist erforderlich, da jedes einzelne Rohr 22 einen Strang zur Verstärkung des Schlauches
bildet. Der Durchmesser der Auftrieb-Rohre und ihre Wandstärke kann verändert werden, um die jeweils
gewünschte Widerstandsfähigkeit gegen Einfallen des Schlauches, Leerräume oder Zugbeanspruchung zu
erhalten. Natürlich muß die Querschnittsform der Rohre nicht unbedingt rund sein, sondern es können auch
quadratische, rechteckige, dreieckige usw. Rohre verwendet werden. Die Rundform wird jedoch aus
Gründen der wirksameren Materialausnutzung bevorzugt. Das Auftrieb-Rohrsystem hat eine Zugfestigkeit,
die größer ist als diejenige des Innenrohres, der Elastomer-Schichten und des Schlauchmantels.
Das Material der Auftriebsrohre muß über verschiedene Temperaturbereiche flexibel bleiben. Wenn
Kautschuk als Innen- und/oder Mantelrohrmaterial verwendet wird, muß die Schmelztemperatur eines
thermoplastischen Auftriebrohres höher sein als die Vulkanisierungstemperatur des Kautschuks.
Zur Realisierung der verschiedenen Grade an Zugfestigkeit in Verbindung mit radialer Querschnittsdichte
können mehrere Verstärkungsschichten 14, 16 verwendet werden. Die äußerste Rohr-Verstärkungsschicht
ist mit dem Schlauchmantel 18 bedeckt. Dieser kann eine (nicht dargestellte) Karkassenverstärkung
aufweisen.
Wahlweise können Elastomerschichten 20 zwischen das Innenrohr, die erste Rohrlage und nachfolgende
weitere Rohrlagen gelegt werden, insbesondere wenn runde Rohre verwendet werden. Die Elastomerschichten,
die die Rohre einbetten, bilden eine im wesentlichen radial wirkende Stütze für die Auftriebrohre bei
Benutzung des fertigen Schlauches. Elastomerschichten
w) aus leichtgewichtigem, weichem Material, wie Gummi
oder Schaumstoff schaffen Flexibilität.
Die geschäumten Elafstomerschichten haben nicht die
nachteiligen Wirkungen zusammengedrückter Zellen oder wasseraufnehmender Zellen. Dies ist darauf
ii> zurückzuführen, daß die aufeinanderfolgenden Rohrlagen
im wesentlichen eng aneinanderliegen und gegenseitig die erforderliche radiale Abstützung bilden.
Schaumstoff füllt nur einen schmalen Zwischenraum
zwischen den Lagen. Auch die Verstärkungsschichten 12,14 aus den Rohren 22 stützen den Schlauch anstelle
der Elastomerschicht 20, die beispielsweise aus Schaumstoff besteht. Daher ist das Problem des Einfallens der
Schaumstoffzellen im wesentlichen, wenn nicht vollständig, eliminiert.
Der Schlauch 10 kann unter Verwendung bekannter Verfahren hergestellt werden, beispielsweise unter
Anwendung der Wickeltechnik. Kautschukschläuche werden unter Verwendung eines Kernes hergestellt.
Über den Kern wird ein Rohr 12 aufgebaut, auf das eine
Elastomerschicht 20 aufgebracht wird. Die erste Rohrlage 22 wird schraubengangförmig über die
Elastomerschicht 20, vorzugsweise mit einem Steigungswinkel von 54° und 44 Minuten, gewickelt. Dann
wird eine zweite Elstomerschicht 20, vorzugsweise aus Vollgummi oder Schaumgummi, aufgebracht, gefolgt
von einer zweiten Rohrlage 16, die gegensinnig zur ersten Rohrlage mit einem Steigungswinkel von
vorzugsweise 54° und 44 Minuten gewickelt ist. Natürlich kann in der zweiten Rohrlage auch eine
größere Anzahl von Rohren verwendet werden, weil der Wickeldurchmesser hier größer ist. Vorzugsweise
werden die Auftriebrohre 22 während des Wickelvorgangs mit Druck beaufschlagt, um sicherzustellen, daß
sie bei der mit dem Wickeln verbundenen Umbiegung um das Innenrohr, oder wenn der Schlauch vernetzt
wird, nicht einfallen. Während der Vernetzung der Kautschukbestandteile werden die Rohre 22 unter
Druck gesetzt, um sie am Einfallen zu hindern. Die Druckbeaufschlagung ist wichtig, wenn thermoplastische
Rohre verwendet werden, weil solche Materialien bei den Vernetzungstemperaturen des Kautschuks
leicht deformiert werden können (d.h. bei 121 bis 1480C).
In den F i g. 3 bis 6 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung in Form eines
Schwimmschlauches 26 dargestellt, der sich zum Ansaugen und zum Entladen von öl eignet, beispielsweise
zum Füllen oder Löschen von Öltankern auf See. Der eigentliche Schlauchtei! des Schwimmschlauches
gleicht weitgehend dem zuvor beschriebenen Schlauch und enthält ein Innenrohr, das von Karkassenlagen 28
umgeben ist. Die Karkassenlagen enthalten eine oder mehrere Lagen aus Cordgewebe oder schräggeschnittenem
Gewebe. Die Cords der Karkasse können unter einem Winkel von etwa 54° in bezug auf die Rohrachse
verlegt sein. Eine Elastomerschicht 20, die wahlweise lius Vollgummi oder Schaumgummi besteht, ist über der
Karkassenlage 28 angeordnet und in der Elastomerschicht 20 ist wahlweise ein schraubenförmig gewickelter
Draht 30 eingebettet, um die Steifigkeit des Schlauches für Saugbetrieb zu erhöhen. Oberhalb der
Drahtlage können noch weitere Karkassenlagen angeordnet sein. Ferner können in der oben schon
erläuterten Weise zusätzliche Elastomerschichten und Lagen aus mehreren Rohren angeordnet sein.
Die Karkassenlage 28 belastet: die Drahtverstärkungen und die Rohrlagen unter Saug- oder Druckbedingungen
gleichmäßig. Die Rohre 22, die Karkassenlagcn 28 und der Draht 30 sind während des Herstellungsprozesses
über radialen Rippen 32 des Kupplungsteiles 34 angebracht worden. Das Kupplungsteil 34, das sich in
axialer Richtung ein Stück in den Schlauch hinein erstreckt, besitzt an seinem äußeren Ende einen
Ringflansch. In Höhe der Rippen sind Spannbänder 36,
die die Rohrverstärkung, das Gewebe und den Draht einschnüren, aufgebracht. Die Spann- oder Schnürbänder
36 halten die Verrohrung 22 an dem Kupplungstei 34 fest und erlauben eine direkte Zugbeanspruchung de:
Innenrohres 12, wenn der Schlauch 26 unter Drucl steht. Die entgegengesetzt gewickelten Rohrlaget
verstärken den Schlauch sowohl radial als aucl longitudinal.
Das spezifische Gewicht des Kupplungsteiles 34 kanr zu groß sein, um die durch die Rohrlagen, die die
Verstärkungsstränge bilden, hervorgerufene Schwimm
ίο fähigkeit aufrechtzuerhalten. Zur Kompensation de;
hohen spezifischen Gewichtes der Kupplungsteil« können eine oder mehrere zusätzliche Lagen vor
Schwimmrohren 38 schraubenförmig mit hohem Steigungswinkel oberhalb des Kupplungsteiles über dei
äußersten Rohrlage aufgebracht sein. Die zusätzlicher Antriebsrohre 38 unterstützen die Einschnürbänder 36
indem sje die Enden der Antriebsrohre 22 an dei Kupplungseinrichtung festspannen. Die Rohre 38 bilder
ein sekundäres verstärkendes Einschnürband.
Zur Erläuterung der Wirkung der Rohre einerseits als Verstärkung und andererseits als Schwimmkammer sei
das folgende Beispiel gegeben. Ein Schlauch der oben beschriebenen Konstruktion wurde mit einem Innenrohr
mit einem Innendurchmesser von 15 cm aus mit Cordgewebe verstärktem Neopren hergestellt. Hierüber
wurden schraubenförmig 128 Auftriebrohre mit einem Außendurchmesser von 12,5 mm gewickelt. Die
Kautschukmaterialien des Schlauches einschließlich der Elastomerschichten haben ein spezifisches Gewicht von
etwa 1,0 bis 1,47 und die Auftrieb-Rohrlagen haben ein mittleres spezifisiches Volumengewicht von generell 0,4.
Die Metallteile einschließlich der Kupplungseinrichtungen und der Drahtwendel haben ein spezifisches
Gewicht von generell 6,8 bis 8,2. Der gesamte Schlauch hatte einen maximalen Durchmesser von 46 cm in der
Nähe der Kupplung an den Schwimmerrohren und einen Durchmesser von 26 cm im Mittelabschnitt, wo
zwei Rohrlagen mit gegenseitigem Wickelsinn vorhanden sind. Das mittlere oder effektive spezifische
Gewicht für den Gesamtschlauch beträgt 0,7 und ergibt somit eine Auftriebsreserve von 30%. In anderen
Worten ausgedrückt: die Auftrieb-Verrohrung nimmt annähernd die Hälfte der Radialabmessung im Mittelabschnitt
des Schlauches und zwei Drittel der Radialabmessung in der Nähe der Kupplungsteile ein, um
schließlich ein spezifisches Gewicht des Schlauches von 0,7 zu ergeben.
Verschiedene einzeln abgedichtete Kammern (z. B. 320 Rohre) sind zur Erzielung der Schwimmfähigkeit
vorgesehen. Sollte ein Rohr undicht werden, ist es weiterhin als Verstärkungsteil wirksam, obwohl ein
Faktor von 1/320 an Schwimmfähigkeit verlorengegangen ist. Bei dem obigen Beispiel können 80 bis 85 Rohre
undicht sein, ohne daß der Schlauch bei geöffneten Enden in Seewasser untergeht. Die Wahrscheinlichkeit
des Sinkens des Schlauches ist daher mit der Vielzahl von Auftriebsrohrlagen erheblich reduziert worden.
Natürlich erfordern Schläuche mit großen Durchmessern noch mehr Auftriebrohre, wodurch die Anzahl der
wi einzeln abgedichteten Kammern noch erhöht wird.
Wie oben erläutert wurde, stehen die Auftriebrohre bei der Schlauchherstellung unter Druck. Die Rohre
können an einem Ende wärmeverschweißt sein und am anderen Ende mit Druck beaufschlagt und durch Wärme
ι '· abgedichtet werden. Beispielsweise kann ein Ende 40
eines jeden Rohrstückes 22 umgefaltet werden, wie es in Fig.6 bei 42 angedeutet ist, um über die Faltstelle ein
zweites Rohrstück 44 zu schieben. Das abgeknickte
Rohr bildet während der Herstellung eine wirksame Abdichtung. Der Schlauch wird unter Druck gesetzt und
das Rohr abgeknickt und mit dem zweiten Rohrstück in ähnlicher Weise abgedichtet.
Es ist nicht immer notwendig, eine geradzahlige Anzahl von Auftrieb-Rohrlagen zu verwenden, um eine
»ausgeglichene« Schlauchkonstruktion zu erhalten. Soweit die Rohre als Verstärkung dienen, können sie
mit anderen Verstärkungsarten ausgeglichen werden, beispielsweise mit verdrallten Verstärkungen. Die
Auflösung der Längskraft und Radialkraft einer schraubenförmigen Cordverstärkungslage kann mit der
Auflösung der Längskraft und Radialkraft einer gegensinnig gewickelten Lage aus mehreren Verstärkungsrohren
ausgeglichen werden. In gleicher Weise kann die Kraftauflösung von zwei Rohrlagen desselben
Wickelsinnes ausgeglichen werden durch die Kraftauflösung einer einzigen gegensinnig gewickelten Rohrlage.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (9)
1. Schwimmfähiger Schlauch mit einem Innenrohr, um das mehrere Auftriebsrohre schraubenförmig
herumgewickelt sind, deren Enden am Schlauchende abgedichtet sind, und einem die Auftriebsrohre
überdeckenden Schlauchmantel, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftriebsrohre (22) eng
gewickelt in mehreren Lagen (14,16) übereinandergewickelt
sind, und daß die Wickelrichtungen zweier benachbarter Lagen einander entgegengesetzt sind.
2. Schlauch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Lagen (14, 16) eine
Elastomer-Schicht (20) angeordnet ist.
3. Schlauch nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dia Elastomer-Schicht (20) aus einem
flexiblen Schaumstoffmaterial besteht.
4. Schlauch nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elastomer-Schicht (20) aus
Vollgummi besteht
5. Schlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (12)
durch- mindestens eine Karkassenlage (28, 30) verstärkt ist
6. Schlauch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei am Ende des Innenrohres ein
Kupplungsstück in das Innenrohr eingeschoben ist und oberhalb des Kupplungsstückes zusätzliche
Auftriebsrohre angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Auftriebsrohre (38)
über der obersten durchgehenden Rohrlage (22) angeordnet sind.
7. Schlauch nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Auftriebsrohre (38) in
mehreren Lagen übereinander angeordnet sind und zwischen diesen Lagen Elastomer-Schichten (20)
angeordnet sind.
8. Schlauch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in einer
Elastomer-Schicht (20) zwischen den das Innenrohr (12) umgebenden Karkassenlagen ein schraubenförmig
gewickelter Verstärkungsdraht (30) angeordnet ist.
9. Schlauch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftriebsrohre
einer Rohrlage mit einem Steigungswinkel von im wesentlichen 54° in bezug auf die
Schlauchachse gewickelt sind.
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