DE3120688A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von hochdruckschlaeuchen - Google Patents

Abstract

1 Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Hochdruckschläuchen, die aus einer Kunststoff-Seele und mehreren Lagen wendelförmig gewickelter Druckträger, insbesondere solchen aus hochzugfesten Kunststoff-Drähten, wobei die Drähte in einer Umspulvorrichtung von einer Mutterspule auf mehrere Arbeitsspulen umgespult werden und ggf. aus einem aus plastischem Material bestehendem Außenmantel zusammengesetzt sind. Zwischen den wendelförmig gewickelten Druckträgern ist jeweils eine Zwischenwickellage aus Kunststoff-Garn angeordnet. Ferner werden die für die wendelförmig gewickelten Druckträgerlagen erforderlichen Drähte in der Umspulvorrichtung nach dem Abspulen über eine gehärtete Kante wendelförmig vorgeformt und dann in gestrecktem Zustand auf die Arbeitsspule gespult. Dieses Vorwendeln wird nach einer Ausführungsform nicht während der Schlauchfertigung durchgeführt, also in der Verseilmaschine, sondern bereits eine Stufe vorher, in der Umspulvorrichtung, in der die Einzeldrähte von einer Mutterspule auf die sogenannten Arbeitsspulen aufgewickelt werden.

Description

Deckblatt

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Hochdruckschläuchen, zusammengesetzt aus einer Kunststoff-Seele und mehreren Lagen wendelförmig gewickelter Druckträger, insbesondere solchen aus hochzugfesten Kunststoff-Drähten, wobei die Drähte in einer Umspulvorrichtung von einer Mutterspule auf mehrere Arbeitsspulen umgespult werden, und gegebenenfalls aus einem aus plastischem Material bestehenden Außenmantel.

Bei derartigen Hochdruckschläuchen ist ein hohes Maß an Flexibilität und Biegewilligkeit mit einer gewissen Teilelastizität selbst bei hohen Betriebsdrücken erwünscht. Um dies zu erreichen, sind mehrere im folgenden aufgeführte Herstellungstechniken bekannt.

Es ist bei der Herstellung von hochdruckbelastbaren Schläuchen, insbesondere solchen aus vulkanisierbaren Elastomeren mit geflochtenen oder gewendelten Druckträgern, bekannt, zur Verbesserung der Haftung zwischen äußerer Seelenwand und Druckträger, sowie auch den Druckträgern untereinander bzw. Druckträger und Oberdeckel, vulkanisierbare Haftvermittler/Kleber aufzubringen. Die sich bei der Vulkanisation bildende Bindeschicht stellt einen Bestandteil der Schlauchwand dar. Neben dem Vorteil der besseren Homogenität und der daraus resultierenden höheren Schwingungsfestigkeit sowie Druckbelastbarkeit wird eine gute "Gummi-Metallverbindung" erzielt und beim Verschneiden des Schlauches auf die gewünschten Einbaulängen ein Aufspringen (Aufpinseln) der Geflechte oder der gewendelten Metalleinlage vermieden.

Weiterhin ist bei derartigen Schläuchen bekannt, Metalldrähte zur Verbesserung ihrer Affinität zu anderen Haftvermittlern zu präparieren, sei es durch einen galvanischen Auftrag eines Messingüberzuges oder anderer Metalle. Es entsteht so die erwähnte bessere "Gummi-Freundlichkeit" beim Vulkanisationsprozeß. Eine wesentliche Voraussetzung hierfür ist jedoch eine weitgehende Fettfestigkeit der eingesetzten Stahldrähte. Dies ist in der Praxis nur recht aufwendig zu verwirklichen. Auch ist bekannt, zur Verbesserung der Gummi-Metallverbindung den Bindemitteln Schwermetalloxide beizumischen, die eine weitere Verbesserung der Trennlastwerte und damit der Flexibilität ergeben können.

Die in der deutschen Patentschrift DP 1 188 388 geschilderten Maßnahmen beziehen sich ausschließlich auf Schläuche aus Elastomeren. Die in der deutschen Patentschrift DP 2 014 887 beschriebenen Schläuche sehen zur Verbesserung der Flexibilität den Einsatz vulkanisierbarer

Gemische als Zwischenschicht vor.

Die in vielen anderen Schriften geschilderten Maßnahmen dienen der Verbesserung der Homogenität und der Fixierung der Druckträger in die Schlauchwand, um ein "Aufpinseln" beim Ablängen zu vermeiden. Diese Literaturstellen gehen alle davon aus, daß eine Vulkanisation des vorkonfektionierten Schlauches notwendig ist.

Bei der Herstellung von Druckträgern aus Thermoplasten, insbesondere solchen mit gewendelten Druckträgern aus Stahldrähten, entfällt bekanntlich ein Vulkanisationsprozeß. Innenrohr sowie Oberdecke werden streng extrudiert. Die Applikation vor gewendelter Stahldrähte an sich in bekannter Weise macht den Einsatz eines zusätzlichen Klebers nicht notwendig, daß die gewendelten Drähte bzw. die Wickellagen auch ohne zusätzliche Kleber in ihrer ursprünglichen Lage verharren.

Schläuche aus Thermoplasten, insbesondere solche mit höherer Druckfestigkeit, zwingen zum Einsatz von Thermoplasttypen mit vergleichsweise hohen Festigkeitswerten. Solche Werkstoffe haben jedoch zwangsläufig eine höhere Steifigkeit, insbesondere bei der Innen-Seele. Daraus ergibt sich für die Einsatzpraxis eine vergleichsweise geringe Biegewilligkeit, erst recht, wenn mehr als zwei

Stahldrahtwickellagen aufgebracht werden müssen. Dies gilt insbesondere bei solchen Schlauchausführungen, die in ihrem Aufbau für sehr hohe Drücke konzipiert sind, eine stärkere Seelenwand haben und z.B. aus polyamidartigen Thermoplasten bestehen.

Bekannt ist auch bei Schläuchen aus Thermoplasten, zur Verbesserung der Flexibilität zwischen jeweils zwei gegenläufigen Wickellagen Kleber aufzutragen. Da keine Vulkanisation erfolgt, sind diese in der Regel lösungsmittelhaltig. Sie werden zwischen Schlauch-Seele und erster Wickellage und zwischen den Wickellagen selbst aufgetragen.

Der Nachteil derartiger Maßnahmen bei der Herstellung thermoplastischer Schläuche besteht darin, daß vor dem Auftragen der Oberdecke die im Kleber enthaltenen Lösungsmittel entfernt werden müssen, um bei Aufextrudieren der Oberdecke und der damit verbundenen Wärmeeinwirkung eine "Abgasen" der restlichen Lösungsmittel zu vermeiden. Dieses Abgasen verhindert jedoch eine Verbindung der Oberdecke mit den Druckträgern. Es ist auch möglich, an Stelle lösungsmittelhaltiger Kleber z.B. zwei Komponentenkleber einzusetzen oder gar Thermoplaste als Bindemittel über eine zusätzliche Extrusionsanlage unmittelbar beim Verseilvorgang auf- zutragen. Alle diese Maßnahmen bedeuten jedoch einen erheblichen apparativen Aufwand, der zudem äußerst umständlich zu handhaben ist und kostenmäßig ins Gewicht fällt.

Auch der Vorschlag gemäß der deutschen Patentschrift DP 2 223 523 zwischen den einzelnen Drucklagen ein Band aus einer Schmelzklebefolie einzusetzen, erweist sich bei der Massenfabrikation als nachteilig, da diese Folien einem zusätzlichen Arbeitsgang durch eine Wärmebehandlung aktiviert werden muß und somit zusätzliche Kosten verursacht.

Bei der Herstellung von Druckschläuchen aus Elastomeren mit gewendelten Druckträgerlagen aus Stahldrähten ist es bekannt, die Stahldrähte während des laufenden Fertigungsprozesses der Schlauchherstellung in einer Verformvorrichtung wendelförmig zu verformen, damit die einzelnen Drähte, dem jeweiligen Schlauch-Seelen-Durchmesser angepaßt, diese mehr oder weniger fest umschließen.

Bekannt ist, daß dieser Verformvorgang der Einzeldrähte in der Verseilmaschine, d.h. beim eigentlichen Aufwickeln auf die jeweilige Schlauchschicht erfolgt. Dieser Verformvorgang der Einzeldrähte erfolgt also kurz vor dem sogenannten Wickelpunkt in der Weise, daß die Drähte über eine ringförmig gebogene scharfe Kante geführt werden und sich hierdurch wendelförmig verformen.

Um diese wendelförmige Verformung zu erzielen, sind mindestens zwei wesentliche Voraussetzungen erforderlich. Erstens muß der Draht zwischen der Arbeitsspule und dem Wickelpunkt eine bestimmte Mindestspannung aufweisen. Zweitens muß die zu armierende Schlauch-Seele eine ausreichende Druckfestigkeit besitzen. Diese kann erreicht werden durch den Einsatz sogenannter Dorne, die vor dem Einlaufen in die Spiralisiermaschine in einer Kühlvorrichtung so weit unterkühlt werden, daß sie eine sehr hohe Steifigkeit erhalten.

Bei diesem oben genannten Verfahren ergeben sich einige Nachteile:

Durch die sich ändernden Durchmesser der Spulen-Draht-Füllung, ändern sich zwangsläufig auch die Spannungskräfte, d.h. sie erhöhen sich mit geringerem Füllungsgrad der Spule im Fertigungsablauf ständig und ergeben unterschiedliche Spiralisierungskräfte. Eine Veränderung der Spulenbremskräfte ist deswegen schwer oder nur unter ganz erheblichen Investitionsaufwendungen möglich, da die Spulen bekanntlich kreisförmig auf einer rotierenden

Verseilscheibe angeordnet sind. Die Bremsen dieser Spule müssen vor der eigentlichen Fertigung manuell fest vorjustiert werden. In der Praxis wirkt sich dieser Umstand bezüglich einer genauen Einhaltung der Schlauchdurchmesser nachteilig aus.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu entwickeln, so daß ohne Vulkanisation und ohne Einsatz von Klebern eine Verbesserung der Biegewilligkeit bewirkt wird und gleichzeitig keine Nachteile im Bezug auf Druckfestigkeit, Impulsfestigkeit, oder gar eine Vergrößerung der Wandstärken entstehen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen den wendelförmig gewickelten Druckträgern jeweils eine aus Garn, insbesondere aus Kunststoff-Garn bestehende Zwischenwickellage gewickelt ist.

Der Aufbau des Schlauches ist in der Weise gestaltet, daß auf die Schlauch-Seele eine Drahtlage gewickelt wird, die in einer Richtung gewendelt ist. Auf die Drahtlage folgte die erfindungsgemäße Zwischenwickellage aus Kunststoff-Garn. Auf diese Kunststoff-Garn-Lage wird dann gegenläufig zu der Richtung der ersten Drahtlage die zweite Drahtlage gewickelt. Je nach Erforderlichkeit kann der Schlauch, auch paarweise aus mehreren Drahtlagen bestehen. Dann wird zwischen jeder Drahtlage eine Lage aus Kunststoff-Garn gewickelt. Abschließend bekommt der Schlauch eine im allgemeinen aus thermoplastischem Kunststoff bestehende Decke. Die Kunststoffwickellage besteht vorzugsweise aus einem aus Einzelfäden gesponnenen Polyestergarn von 200 bis 750 Dtex, so daß sich vorzugsweise ein Durchmesser von 0,1 bis 0,2 mm ergibt. Durch die Einführung der Kunststoffwickellage wird die Biegewilligkeit des Schlauches wesentlich erhöht.

Vorzugsweise werden die für die wendelförmig gewickelten Druckträgerlagen erforderlichen Drähte in der Umspulvorrichtung nach dem Abspulen über eine gehärtete Kante wendelförmig vorgeformt und dann im gestreckten Zustand auf die Arbeitsspule gespult.

Der Draht wird von den Arbeitsspulen, die sich auf einer von einem Motor angetriebenen Achse befinden, von der Mutterspule gezogen. Hierbei wird der Draht über eine gehärtete Kante gezogen und erhöht hierdurch den bewußten Wendeleffekt. Er wird jedoch in gestrecktem Zustand auf die Arbeitsspule aufgewickelt.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die für die wendelförmig gewickelten Druckträgerlagen erfor- derlichen Drähte während der Schlauchwickelung über eine gehärtete Kante wendelförmig vorgeformt.

Vorzugsweise erfolgt die Verformung der Drähte je nach Erforderlichkeit wendelförmig rechts- bzw. linksgängig.

Diese Wendeln rechts- oder linksgängig zu gestalten, entspricht dem Aufbau des Schlauches. Denn für den Schlauch müssen mindestens zwei Wickellagen gegenläufig aufgebracht werden.

Die oben genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Umspulvorrichtung eine im wesentlichen aus einer gehärteten Kante bestehende Drahtverformvorrichtung sowie eine elektronische Meß- und Regelvorrichtung zur ständigen Kontrolle bzw. Regelung der Drahtspannung aufweist, wobei die Regelung die Drehgeschwindigkeit der Mutterspule mehr oder weniger abbremst.

Das Verfahren des Vorwendelns geschieht also gemäß einer Ausführungsform nicht während der Schlauchfertigung, also in der Verseilmaschine, sondern bereits eine Stufe vorher, beim Umspulen der Einzeldrähte von der Mutterspule auf die Arbeitsspule, in der Umspulvorrichtung. Eine solche Umspulvorrichtung weist somit eine spezielle Drahtverformvorrichtung auf. Die eigentliche Verformung geschieht über eine gehärtete Kante. Eine notwendige Voraussetzung für das Umspulen der Drähte ist eine exakte und konstante Drahtspannung. Daher wird die Drahtspannung in der genannten Umspulvorrichtung ständig kontrolliert und je nach Bedarf eingeregelt. Diese Regelung erfolgt dadurch, daß die Bremskräfte auf der Achse der Mutterspule fein zu steuern sind. Es ist somit möglich, einen gleichbleibenden Verformungsgrad der einzelnen Drähte über maximale Lauflängen zu erzielen.

Vorzugsweise erfolgt die Abbremsung der Mutterspule elektromagnetisch.

Die Bremsen der Mutterspule können Elektromagnetbremsen sein.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform geschieht die Abbremsung über Druckluftmembranbremsen.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die so hergestellten Hochdruckschläuche eine hohe Biegewilligkeit und eine große Flexibilität besitzen. Durch den Wendeleffekt der vorgeformten Drähte wird der "Aufpinseleffekt" vermieden. Dies ist von wesentlicher Bedeutung beim fertigen Schlauch bzw. beim Ablängen. Weitere Vorteile ergeben sich durch die Regulierung der Bremselemente: Der exakte Durchmesser der Drahtwendel wird entsprechend den Schlauch-Seelen-Durchmessern eingehalten. Auch die genaue Steigung dieser Wendel ist gemäß dem neutralen Wickelwinkel in einfacher Weise einzujustieren.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung von Hochdruckschläuchen, zusammengesetzt aus einer Kunststoff-Seele und mehreren Lagen wendelförmig gewickelter Druckträger, insbesondere solchen aus hochzugfesten Kunststoff-Drähten, wobei die Drähte in einer Umspulvorrichtung von einer Mutterspule auf mehrere Arbeitsspulen umgespult werden, und gegebenenfalls aus einem aus plastischem Material bestehenden Außenmantel,

dadurch gekennzeichnet,

daß zwischen den wendelförmig gewickelten Druckträgerlagen jeweils eine aus Garn, insbesondere Kunststoff-Garn bestehende Zwischenwickellage gewickelt ist.

2. Verfahren zur Herstellung von Hochdruckschläuchen nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß die für die wendelförmig gewickelten Druckträgerlagen erforderlichen Drähte in der Umspulvorrichtung nach dem Abspulen über eine gehärtete Kante wendelförmig vorgeformt und dann im gestreckten Zustand auf die Arbeitsspulen gespult werden.

3. Verfahren zur Herstellung von Hochdruckschläuchen nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß die für die wendelförmig gewickelten Druckträgerlagen erforderlichen Drähte während der Schlauchwickelung über eine gehärtete Kante wendelförmig vorgeformt werden.

4. Verfahren zur Herstellung von Hochdruckschläuchen nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Verformung der Drähte je nach Erforderlichkeit wendelförmig rechts- bzw. linksgängig erfolgt.

5. Vorrichtung zur Herstellung von Hochdruckschläuchen, zusammengesetzt aus einer Kunststoff-Seele und mehreren Lagen wendelförmig gewickelter Druckträger, insbesondere solchen aus hochzugfesten Kunststoff-Drähten, wobei die Drähte in einer Umspulvorrichtung von einer Mutterspule auf mehrere Arbeitsspulen umgespult werden, und gegebenenfalls aus einem aus plastischem Material bestehendem Außenmantel,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Umspulvorrichtung eine im wesentlichen aus einer gehärteten Kante bestehenden Drahtverformvorrichtung sowie eine elektronische Meß- und Regelvorrichtung zur ständigen Kontrolle bzw. Regelung der Drahtspannung aufweist, wobei die Regelung die Drehgeschwindigkeit der Mutterspule mehr oder weniger abbremst.

6. Vorrichtung zur Herstellung von Hochdruckschläuchen nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Abbremsung der Mutterspule elektromagnetisch erfolgt.

7. Vorrichtung zur Herstellung von Hochdruckschläuchen nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Abbremsung über Druckluftmembranbremsen erfolgt.