DE2945637C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines verstärkten Schlauches aus einem thermoplastischen Kern­ rohr und einer metallischen Verstärkung unter Erwärmung der Kern­ rohr-Außenschicht. Die erhaltenen Schläuche können beispielsweise als hydraulische Flüssigkeiten führende Druckschläuche eingesetzt werden, etwa in hydraulischen Anlagen der in der Landwirtschaft oder im Bauwesen eingesetzten Maschinen.

Ein Verfahren der angegebenen Art ist aus der US. Patentschrift 39 44 453 bekannt. Beim bekannten Verfahren wird auf dem Außenum­ fang des Kernrohres eine Schicht aus thermoplastischem Material aufgebracht, das mit dem Kernrohrmaterial übereinstimmen oder ähn­ liche Eigenschaften aufweisen kann. Diese thermoplastische Schicht und Außenabschnitte des Kernrohres werden durch Erwärmung zum Er­ weichen und/oder Schmelzen gebracht. Die Erwärmung kann durch ir­ gendwelche geeigneten Heizeinrichtungen erfolgen, wie etwa Laser­ strahlheizung, Wärmeübertragung von einem Heizmedium, Aktivierung von in das Kernrohrmaterial eingebetteten Heizdrähten, Strahlungs­ heizung und dergleichen. In die durch Erwärmung plastisch gewor­ dene Masse werden die Elemente der metallischen Verstärkung ein­ gebettet. Nach ihrer Erstarrung bildet die Außenschicht eine me­ chanische Verriegelung mit der metallischen Verstärkung und einen homogenen Übergang zum Kernrohr.

Die Aufbringung einer zusätzlichen Schicht, welche für die Bin­ dung zwischen Verstärkung und Kernrohr sorgt, wird als nachteilig empfunden.

Die Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, das bekannte Verfahren mit dem Ziel zu verbessern, auch ohne zusätzliche Bindungsschicht eine mechanische Verriegelung zwischen metallischer Verstärkung und Kernrohr zu schaffen, die hohe Knickfestigkeit und Beständig­ keit des Schlauches bei Druckstößen gewährleistet.

Ausgehend von einem Verfahren zur Herstellung eines verstärkten Schlauches aus einem thermoplastischen Kernrohr und einer metalli­ schen Verstärkung, wobei Abschnitte der Kernrohraußenschicht er­ wärmt werden, ist die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe da­ durch gekennzeichnet, daß auf der Außenfläche des Kernrohres aus thermoplastischem Material eine metallische Verstärkung aufge­ bracht wird, die Zwischenräume oder Lücken aufweist, durch induk­ tive Energiezufuhr das Kernrohr in ausgewählten Abschnitten benach­ bart zur Außenfläche erwärmt wird, wobei diese Abschnitte erwei­ chen und in die Lücken hineinwandern, und diese Abschnitte abge­ kühlt werden, damit eine mechanische Verriegelung zwischen dem Kernrohr und der Verstärkung gebildet wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich einfach ausführen und er­ gibt einen homogenen, einstückigen Verbund zwischen Kernrohr und Verstärkung.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungs­ gemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen. So kann vorteilhafterweise eine induktive Erwärmung der metallischen Ver­ stärkung vorgenommen werden, und die Erweichung der ausgewählten Kernrohrabschnitte erfolgt dann durch Wärmeübergang von der Ver­ stärkung auf das Kernrohrmaterial. Vorzugsweise kann eine solche induktive Erwärmung bei einer Frequenz von im Bereich von 60 Hz bis 1 MHz, insbesondere im Bereich von 300 bis 400 kHz durchge­ führt werden. Während der Erwärmung kann das Kernrohr von innen abgestützt werden, beispielsweise mittels Druckluft. Auf dem mit der Verstärkung versehenen Kernrohr kann - in an sich bekannter Weise - eine zusätzliche Deckschicht aufgebracht werden, die über eine Schmelzverklebung mit dem die Verstärkung durchdringenden Kernrohrmaterial gehalten wird. Weiterhin kann vorzugsweise ein mehrschichtiges Kernrohr verwendet werden.

Erfindungsgemäß wird an der Außenfläche eines thermoplastischen Kernrohres eine Lücken oder Zwischenräume aufweisende Metallver­ stärkung angebracht. Danach werden an dem Kernrohr ausgewählte Abschnitte benachbart zur Außenfläche mittels Induktions- bzw. Hochfrequenzheizung erhitzt so daß diese Abschnitte erweichen und in die Lücken hineinwandern. Nach dieser Wanderung werden diese Bereiche abgekühlt und bilden eine einheitliche (das heißt lösungsmittelfreie) mechanische Verriegelung zwischen dem Kern­ rohr und der Verstärkung. Vorteile dieser verbesserten Verriege­ lung liegen darin, daß die Einstückigkeit des Verbundmaterials beibehalten wird was eine erhöhte Knickfestigkeit gewährleistet und bessere Beständigkeit und Lebensdauer bei der Einwirkung von Druckimpulsen. Sofern das verstärkte Kernrohr mit einem mit dem Kernrohrmaterial verträglichen Material bedeckt wird, wird die Wärme der extrudierten Deckschicht die durch Wanderung innerhalb der Lücken gebildeten Abschnitte des Kernrohres erweichen, so daß es zu einer Schmelzverklebung zwischen der Deckschicht und diesen Abschnitten des Kernrohres kommt.

Nachfolgend wird die Erfindung mehr im einzelnen anhand von Aus­ führungsformen mit Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 8 erläutert; es zeigt:

Fig. 1 eine ausschnittsweise, perspektivische Darstellung eines Schlauches, von dem Teile entfernt sind, um seinen Aufbau erkennen zu lassen;

Fig. 2 in einer schematischen, ausschnittsweisen Draufsicht einen Teil einer Vorrichtung zur Aufbringung einer Verstär­ kungsschicht auf einem Kernrohr;

Fig. 3 in einer schematischen Draufsicht eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 4 einen ausschnittsweisen Längsschnitt durch einen Teil des erfindungsgemäß hergestellten Schlauches;

Fig. 5 in ausschnittsweiser, perspektivischer Darstellung die Außenansicht des Schlauches nach Fig. 4;

Fig. 6 in einer Darstellung analog zu Fig. 4 einen Verbund­ schlauch mit zusätzlicher Deckschicht;

Fig. 7 in einer vergrößerten, ausschnittsweisen Darstel­ lung den Schlauch nach Fig. 6; und

Fig. 8 in einer Darstellung analog zu Fig. 4 eine modifi­ zierte Ausführungsform eines erfindungsgemäß hergestellten Schlauches.

Fig. 1 zeigt einen üblichen Schlauch 10, der aus den bekannten Komponenten besteht nämlich einem Kernrohr 11 einer Verstär­ kung 12 und einer Deckschicht 13.

Die Verstärkung 12 ist auf dem Kernrohr 11 zweckmäßigerweise mit­ tels einer Vorrichtung 14 (vgl. Fig. 3) aufgebracht worden, die ein Metallseil bzw. einen Metalldraht um das Kernrohr flicht oder spiralförmig herumwickelt. In der mit Fig. 2 wiedergegebenen Weise ist die Verstärkung aus Metalldrähten 15 gebildet worden, die in solcher Weise um das Kernrohr herumgeflochten oder spiralförmig gewickelt worden sind, daß die Metalldrähte 15 eine Vielzahl von Lücken bzw. Zwischenräume 16 umschließen. Beim spiralförmigen Wickeln bleibt jede Gruppe von Drähten in einer einzigen Schicht, während beim Flechten Überkreuzungen der einen Drahtgruppe mit der anderen Drahtgruppe auftreten. Unabhängig vom gewählten Ver­ fahren wird eine Vielzahl von Lücken 16 gebildet.

Wie das mit Fig. 3 dargestellt ist, wird das verstärkte Kernrohr 11 nach Verlassen der Flechteinrichtung 14 durch eine Heizschlange 17 einer Induktions-Heizeinrichtung geführt, die dahingehend aus­ gelegt ist daß ausgewählte Abschnitte des Kernrohres erwärmt werden.

Mit Fig. 4 ist (aus Gründen der größeren Übersicht) lediglich eine Drahtschicht dargestellt; ersichtlich reichen eine Anzahl von Vorsprungen 18 aus dem Material des Kernrohres in die Lücken zwischen den verschiedenen Geflechten oder Bändern der Verstär­ kungsschicht 12 hinein. Wie mit Fig. 5 dargestellt, besteht ein Geflecht 15 aus einer Anzahl von Seilen bzw. Drähten 19. Die Vor­ sprünge 18 entsprechen den durch Wanderung erzeugten Abschnitten, wie das oben ausgeführt ist. Aus Fig. 5 ist ersichtlich, daß je­ der Verstärkungsabschnitt zumeist die doppelte Dicke eines Drah­ tes, das heißt der Stränge 19, aufweist; dies ist unabhängig da­ von, ob zur Erzeugung der Verstärkungsschicht ein Flecht- oder Spiralwickelverfahren angewandt worden ist.

Mit Fig. 6 ist die Anordnung einer Deckschicht 13 auf einem bereits eine Verstärkung aufweisenden Kernrohr 11 dargestellt. Nach der üblichen Praxis wird die Abdeckung über das mit der Verstärkung versehene Kernrohr extrudiert was zweckmäßigerweise an einem Ort erfolgt, der physikalisch von der Stelle zum Umflechten oder spiralig Umwickeln des Kernrohres getrennt ist. Das Erwärmen des mit der Verstärkung versehenen Kernrohres, um ausgewählte Ab­ schnitte des Kernrohrmaterials in die Lücken zwischen der Ver­ stärkung hineinwandern zu lassen, kann, wie mit der Heizspule 17 dargestellt, unmittelbar benachbart zur Station, wo das Kernrohr umflochten oder spiralig umwickelt wird, erfolgen, oder diese Er­ wärmung kann im Abstand stromabwärts, jedoch noch in einer Inline- Anordnung mit dem kontinuierlich fortbewegten Kernrohr erfolgen; alternativ könnte die Erwärmung des mit der Verstärkung versehen­ en Kernrohres auch an einer physikalisch getrennten Stelle durch­ geführt werden. Darüberhinaus könnte die Erwärmung auch nach Auf­ bringung der Deckschicht durchgeführt werden, oder das Aufbringen der Deckschicht und die Erwärmung (zum Hineinwandern des Kernma­ terials in die Lücken der metallischen Verstärkung) können gleich­ zeitig durchgeführt werden.

Darüberhinaus können mehrere Verstärkungsschichten vorgesehen werden, wie das beispielsweise mit den beiden getrennten Ver­ stärkungsschichten 12 und 112 in Fig. 8 dargestellt ist. In einem solchen Falle wird, nach Aufbringung der ersten Verstär­ kungsschicht auf dem Kernrohr und nachfolgender Erwärmung zur Er­ zeugung der Vorsprünge 18 eine Folie oder eine Schicht aus thermo­ plastischem Material 111 aufgebracht und auf dieser Schicht durch Flechten oder spiralförmig Umwickeln eine weitere, Lücken aufwei­ sende Verstärkung 112 aufgebracht; anschließend wird eine erneute Wärmebehandlung durchgeführt, um das thermoplastische Material der Schicht 111 in die Lücken der Verstärkung 112 hineinwandern zu lassen, um dadurch Vorsprünge 118 zu erzeugen. In diesem Falle muß das Material der Folie oder Schicht 111 mit dem Kernrohrma­ terial verträglich sein, so daß zwischen beiden Materialien eine Schmelzverklebung möglich ist.

Die Fig. 7 zeigt die Schmelzverklebung zwischen Kernschichtmateri­ al und Deckschichtmaterial eines erfindungsgemäß verstärkten Schlauches in vergrößerter, schematischer Darstellung. Durch ent­ sprechende Erwärmung ist das Kernrohrmaterial zwischen benachbar­ ten, jedoch eine Lücke zwischen sich einschließenden Metalldräh­ ten 19 hindurchgedrungen und hat nach entsprechender Wanderung den Vorsprung 18 gebildet, was die mechanische Verriegelung zwi­ schen Kernrohrmaterial und Metallverstärkung gewährleistet. Das aufgebrachte Deckschichtmaterial wird im Bereich des Vorsprunges 18 mit dem Kernrohrmaterial eine Schmelzverklebung eingehen, so­ fern diese beiden Materialien hierzu geeignet ausgewählt sind. Im Ergebnis kommt es dadurch zu einer mechanischen Verriegelung zwischen Deckschicht, Kernrohrmaterial und Metallverstärkung. Für die Auswahl von Kernrohrmaterial sowie Deckschichtmaterial be­ stehen eine Reihe von Möglichkeiten. Zum Beispiel kann das thermo­ plastische Material für das Kernrohr 11 ein Elastomer auf Poly­ esterbasis sein, wie es von E.I. duPont deNemours & Company, Inc. hergestellt und unter der Handelsbezeichnung "Hytrel" vertrieben wird. Das gleiche Material kann auch für die Deckschicht verwen­ det werden; alternativ könnte für die Deckschicht und/oder für das Kernrohr auch ein Polyurethan oder ein Polyamid verwendet werden, wobei Deckschichtmaterial und Kernrohrmaterial nicht not­ wendigerweise übereinstimmen müssen.

Die nachfolgenden Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung der Erfindung, ohne diese einzuschränken.

Beispiel 1

Als Kernrohr dient ein Halb-Zoll-Rohr aus thermoplastischem Mate­ rial (Hytrel) mit einer Wandstärke von 1,27 mm. Dieses Kernrohr wird mit Stahldraht umwickelt, der mit einer 0,05 mm dicken Mes­ singschicht beschichtet ist. Jedes Flechtband besteht aus sieben Stahldrähten, und es wird eine Steigung von 1,385 eingehalten. Das auf diese Weise umflochtene Kernrohr weist relativ kleine Lücken innerhalb der Umflechtung auf und wird daraufhin durch eine Induktions-Heizeinrichtung (Lepel-2,5 kW-Gerät) geführt, die bei einer Leistungseinstellung von 95 und einer Gitterein­ stellung von 67 mit einer Frequenz von angenähert 300 bis 400 kHz betrieben wird. Die Spule hat 10,5 Windungen bei einem Innendurch­ messer von ca. 32 mm. Die Windungen selbst bestehen aus einem mit Teflon beschichteten Kupferrohr (Durchmesser 4,7 mm), durch das entsalztes Wasser mit einer Temperatur von ca. 27°C strömt. Der aus den beiden Komponenten bestehende Schlauch wird mit einer Ge­ schwindigkeit von 2,4 m/min durch die Induktions-Heizeinrichtung geführt. Gleichzeitig läßt man durch den Innenraum des Schlauches langsam Druckluft strömen, die unter einem Druck von 21 N/cm² ge­ halten wird. Nach dem Austritt des verstärkten Rohres aus der In­ duktions-Heizeinrichtung wird der verstärkte Schlauch abgekühlt und mit einer 0,76 mm dicken Schicht aus Hart-Polyurethan (Typ 80 A) versehen. Nach der Abkühlung wird ein Verbundschlauch er­ halten, dessen Bestandteile gut miteinander verbunden sind, der ausreichend biegsam ist, nicht zur Knickstellenbildung neigt und eine gute Beständigkeit unter der Einwirkung von Druckimpulsen entsprechend der Norm S.A.E. 1517 aufweist. Der Schlauch weist geringes Gewicht auf und läßt sich wirtschaftlich herstellen. Der Schlauch übertrifft die Anforderungen der Norm S.A.E. 100R1 bei weitem. Die erzeugte Verriegelung zwischen Kernrohrmaterial und Metallverstärkung verhindert ein "Ausfransen" des Schlauches. Ein solches Ausfransen kann bei der Anbringung von Kupplungs­ oder Verbindungsstücken auftreten, und die festgehaltenen Drähte stehen dann radial nach außen ab. Üblicherweise sind die Kupp­ lungsstücke an den Außendurchmesser des Schlauches angepaßt, und ein solches Ausfransen würde den einfachen Zusammenbau verhin­ dern.

Beispiel 2

Im wesentlichen wird das Verfahren nach Beispiel 1 wiederholt. Abweichend wird ein 3/8-Zoll-Kernrohr (Durchmesser 9,5 mm) mit einer Wandstärke von 1,14 mm aus thermoplastischem Material (Hy­ trel) verwendet. Der aus diesem Kernrohr fertiggestellte Schlauch hat einen Innendurchmesser von 9,78 mm und einen Außendurchmesser von 14,73 mm. Es wird die in Beispiel 1 angegebene Verstärkung aufgebracht und die Verriegelung zwischen Verstärkung und Kern­ rohrmaterial erfolgt durch induktive Erwärmung mit der gleichen Spule in der gleichen Induktions-Heizeinrichtung. Abweichend wird der Schlauch mit einer Geschwindigkeit von 4,2 m/min durch die Heizeinrichtung geführt, und innerhalb des Schlauches ein Druckluftdruck von 35 N/cm² aufrechterhalten. Die Leistungsein­ stellung beträgt 100 und die Gittereinstellung beträgt 64. An­ schließend wird auf dem mit der Verstärkung versehenen Schlauch analog zu Beispiel 1 eine 0,76 mm starke Deckschicht aufgebracht. Der nach diesem Beispiel erhaltene Verbundschlauch erweist sich als genauso zufriedenstellend wie der nach Beispiel 1 erhaltene Schlauch.

Wie bereits oben angedeutet, können zur Durchführung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens eine Vielzahl von Materialien eingesetzt werden. Insbesondere sind für die Erfindung alle solchen poly­ meren Materialien geeignet, welche bei Erwärmung erweichen und schmelzen. Beispielhafte thermoplastische Materialien für das Kernrohr und/oder die Deckschicht sind etwa Nylon 11, Nylon 12, Polyester (insbesondere "Hytrel" von duPont), Polyurethan und thermisch vernetzbare Polymere die bei Erwärmung schmelzen und anschließend vernetzen.

Im Rahmen dieser Erfindung ist es weiterhin möglich, daß das Kernrohr aus mehr als einer Schicht besteht, welche mehreren Schichten durch Schmelzverklebung miteinander verbunden sind. Zum Beispiel kann die erste Innenschicht des Kernrohres aus Poly­ ester ("Hytrel") bestehen, der eine besonders hohe chemische Be­ ständigkeit gewährleistet. Die zweite, weiter außen liegende Schicht kann aus Polyurethan bestehen. Ein solcher Aufbau ge­ währleistet höhere Biegsamkeit und erlaubt Einsparungen hin­ sichtlich der Materialkosten.

Die metallische Verstärkung kann eine spiralförmige Wicklung, ein Flechtwerk oder eine sonstige zweckmäßige Ausbildung einer sol­ chen Verstärkung sein. Gut bewährt hat sich als Verstärkungsmate­ rial ein mit Messing beschichteter Stahldraht, wie er in obigen Beispielen verwendet wird. Weiterhin können auch andere Metall­ drähte verwendet werden, welche dem Schlauch die angestrebte Festigkeit verleihen und welche durch Induktions-Heizung erwärm­ bar sind. Die Erwärmung wird zweckmäßigerweise auf die Abschnitte unmittelbar benachbart zur Außenfläche des Kernrohres (oder der Folie bzw. Schicht im Falle einer mehrschichtigen Verstärkung) beschränkt sein, so daß sich die Vorsprünge in die Lücken der Verstärkung hinein entwickeln. Für die Induktions-Heizung wird zweckmäßigerweise eine Frequenz im Bereich von 60 Hz bis unge­ fähr 1 MHz vorgesehen.

Das Ausmaß der, der Verstärkungsschicht erteilten Erwärmung wird zweckmäßigerweise durch die Ausgestaltung der Spule, die Vor­ schubgeschwindigkeit des Schlauches durch die Spule, die dem Ge­ nerator zugeführte Energiemenge und die Betriebsfrequenz bestimmt. Im Rahmen dieser Erfindung ist es besonders zweckmäßig, die aus dem Draht oder der sonstigen Verstärkung in das Kernrohr hinein übertragene Wärmemenge dadurch zu steuern, daß ein Kühlmedium durch den Kernrohr-Innenraum geführt wird. Hierbei wird das Kern­ rohr auch von innen her gegen ein mögliches Kollabieren abgestützt. Wie bereits oben angedeutet kann diese Kühlung und Abstützung durch Einführung von Druckluft in das Kernrohr 11 erfolgen, wo­ bei der angestrebte Druck durch Verengung des stromabwärts be­ findlichen Kernrohrendes aufrechterhalten wird, so daß die Druck­ luft lediglich beschränkt ausgeblasen wird. Die resultierende langsame Druckluftströmung durch das Rohrinnere führt überschüssi­ ge Wärme ab, wodurch eine örtliche Verschlechterung des Kernrohres vermieden wird.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung eines verstärkten Schlauches aus einem thermoplastischen Kernrohr und einer metallischen Verstärkung unter Erwärmung der Kernrohr-Außenschicht dadurch gekennzeichnet, daß
auf der Außenfläche des Kernrohres (11) aus thermoplastischem Material eine metallische Verstärkung (12) aufgebracht wird, die Zwischenräume oder Lücken aufweist;
durch induktive Energiezufuhr das Kernrohr in ausgewählten Ab­ schnitten benachbart zur Außenfläche erwärmt wird, wobei diese Abschnitte erweichen und in die Lücken hineinwandern; und
diese Abschnitte abgekühlt werden, damit eine mechanische Ver­ riegelung zwischen dem Kernrohr und der Verstärkung gebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
eine induktive Erwärmung der metallischen Verstärkung vorge­ nommen wird; und
die Erweichung der ausgewählten Kernrohrabschnitte durch Wärme­ übergang von der Verstärkung auf das Kernrohrmaterial erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die induktive Erwärmung bei einer Frequenz im Bereich von 60 Hz bis 1 MHz, bevorzugt bei 300 bis 400 KHz, durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernrohr (11) während der Erwärmung von innen abgestützt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abstützung Druckluft durch das Kernrohr geleitet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf das mit der Verstärkung (12) versehene Kernrohr (11) eine Deckschicht (13) extrudiert und über eine Schmelzverklebung mit dem Kernrohrmaterial befestigt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein mehrschichtiges Kernrohr eingesetzt wird.