DE2554432C3

DE2554432C3 - Schwimmfähiger Schlauch

Info

Publication number: DE2554432C3
Application number: DE2554432A
Authority: DE
Inventors: Charles D. Wheatridge Col. Higbee (V.St.A.)
Original assignee: Gates Rubber Co
Current assignee: Gates Rubber Co
Priority date: 1974-12-11
Filing date: 1975-12-03
Publication date: 1979-01-25
Also published as: DE2554432A1; BR7508087A; JPS5199323A; MX2975E; DE2554432B2; CA1030884A; US4000759A; NL7514374A; FR2294380A1; GB1487299A; IT1049844B; NO754182L; FR2294380B3

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 Verwirrungen und

ίο Längsspannungen.

Ferner ist ein biegsamer Schlauch bekannt (DE-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 verschen, die

μ 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 dfc; Auftriebsrohre eng gewickelt in mehreren Lagen übereinandergewickelt sind, und daß

jo 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 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-

•»o 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

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-

»> 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 Doppelfunkiion 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. i zeigt eine Darstellung der einzelnen Schichten des erfindungsgemäßen Schlauches in freilegendem Zustand,

Fig.2 ist ein vergrößerter Querschnitt entlang der Linie2-2derFig. I,

Fig.3 zeigt eine axiale Seitenansicht eines mit Kupplungsstücken versehenen Schwimmschlauches nach der Erfindung,

Fig.4 zeigt einen Axialschnitt durch das Fnde 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 V erstärkungen aus F i g. 4 nach der Erfindung.

In Jen Fig. 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 Schlauch mantel 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, v.ie plastiziertem Polyester, Nylon, Polyvonylchlorid oder Polyrethan. Beispielsweise kann das Innenrohr aus gegenüber Ol 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 B, jedoch mit umgekehrtem W'ickelsinn. 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 s und longitudinal Expansion des Innenrohres im Falle der Druckbeaufschlagung begrenzt wird. Die Verstär kungsschichten 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 eir-gen Fällen, wenn er benutzt wird. Die Flexibilität ist erforderlich, da das Auftrieb-Rohrsystem 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

JO 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 ver-

J5 wendet 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.

AO 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 weitete Rohrlagen gelegt werden, insbesondere wenn runde Rohre verwendet werden. Die Elastcmerschichten, die die Rohre einbetten, bilden eine im wesentlichen radial wirkende Stütze für die Auftriebrohre bei Benutzung des fertigen Schlauches. Elastomerschichten

w) aus leichtgewichtifim, weichem Material, wie Gummi oder Schaumstoff schaffen Flexibilität.

Die geschäumten Elastomerschichten haben nicht die nachteiligen Wirkungen zusammengedrückter Zellen oder wasseraufnehmender Zellen. Dies ist darauf

ii i zurückzuführen, daß die aufeinanderfolgenden Rohrlagen im wesentlichen ?ng 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 Vollgumrni 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 gröQere Anzahl von Rohren verwendet werden, weil der Wickeldurchmesser hier größer ist. Vorzugsweise werden die Auftriebrohre 22 wShrend 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 148° C).

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 Schlauchteil 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 aus 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 Karkassenlagen 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 Rohrlager verstärken den Schlauch sowohl radial als auch longitudinal.

Das spezifische Gewicht des Kupplungsteiles 34 kanr zu groß sein, um die durch die Rohrlagen, die die Verstärkungsstränge bilden, hervorgerufene Schwimm·

to fähigkeit aufrechtzuerhalten. Zur Kompensation de; hohen spezifischen Gewichtes der Kupplungsteile können eine oder mehrere zusätzliche Lagen vor Schwimmrohren 38 schraubenförmig mit hohem Steigungswinkel oberhalb des Kupplungsteiles über dei äußersten Rohrlagc aufgebracht sein. Die zusätzlicher Antriebsrohre 38 unterstützen die Einschnürbänder 36 indem sie die Enden der Antriebsrohre 22 an dei Kupplungseinrichtung festspannen. Die Rohre 38 bilder ein sekundäres verstärkendes Ein^hnürband.

Zur Erläuterung der Wirkung der Rohre einerseits al< Verstärkung und andererseits als Schwimmkammer se das folgende Beispiel gegeben. Ein Schlauch der ober beschriebenen Konstruktion wurde mit einem Innenrohr mit einem Innendurchmesser von 15 cm aus mil

2^r) Cordgewebe verstärktem Neopren hergestellt. Hierüber wurden schraubenförmig 128 Auftriebrohre mil einem Außendurchmesser von 12,5 mm gewickelt. Die Kuutschukmaterialien des Schlauches einsch!ic31ich dei ElastoiTierschichten haben ein spezifisches Gewicht vor etwa 1,0 bis 1,47 und die Auftrieb-Rohrlagen haben eir mittleres spezifisiches Volumengewicht von generell 0,4 Die Metallteile einschließlich der Kupplungseinrichtun gen und der Drahtwendel haben ein spezifische! Gewicht von generell 6,8 bis 8,2. Der gesamte Schlaucl· hatte einen maximalen Durchmesser von 46 cm in dei Nähe der Kupplung an den Schwimmerrohren unc einen Durchmesser von 26 cm im Mittelabschnitt, wc zwei Rohrlagen mit gegenseitigem Wickelsinn vorhanden sind. Das mittlere oder effektive spezifische Gewicht für den Gesamtschlauch beträgt 0,7 und ergibi somit eine Auftriebsreserve von 30%. In anderer Worten ausgedrückt: die Auftrieb-Verrohrung nimmi annähernd die Hälfte der Radialabmessung im Mittelab schnitt des Schlauches »r.d zwei Drittel der Radialab messung in der Nähe der Kupplungsteile ein, urr schließlich ein spezifisches Gewicht des Schlauches vor 0,7 zu ergeben.

Verschiedene einzeln abgedichtete Kammern (ζ. Β 320 Rohre) sind zur Erzielung der Schwimmfähigkeil

so 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

t>() 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 abgedichtet werden. Beispielsweise kann ein Ende 40 eines jeden Rohrstückes 22 umgefaltet werden, wie es in F i g. 6 bei 42 angedeutet ist um über die Faltsteile 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 RohrstUck 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 verdralllen 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

809 684/293

Claims

Patentansprüche:

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 die Elastomer-Schicht (20) aus einem flexiblen Schaumstoffmaterial besteht

4. Schlauch nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elastomer-Schicht (20) aus Vollgumrai 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 :ngeordnet 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.