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Diese
Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Schläuchen oder
anderen verlängerten
Artikeln, und bezieht sich insbesondere, aber nicht ausschließlich auf
Formen von Bewehrungsbändern
und das Wickeln von Maschinen zur Ummantelung oder zum Bewehren
von Schläuchen
oder anderen verlängerten
Artikeln.
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Schläuche sind
flexible Rohre, die, wenn sie größer sind,
für die
Massenübertragung
von Flüssigkeiten
und Gasen (z. B. zwischen einer Ölproduktionsplattform
und einem Tanker) in einer Meeresumgebung verwendet werden können. Derartige
große Schläuche werden üblicherweise
zur erhöhten
Festigkeit gegen Zerquetschen und Zugbelastungen bewehrt, und auch,
um ihre Fähigkeit
zu verbessern, innerem Druck standzuhalten. In einem gewissen Ausmaß können große elektrische
Kabel zur unterirdischen Verwendung oder zur Unterwasserverwendung
als gleichwertig zu Schläuchen
betrachtet werden, die einen oder mehrere elektrische Leiter enthalten,
mindestens von Erwägungen
des Bedarfs an und Verfahren zum Ummanteln und Bewehren elektrischer
Kabel (zu berücksichtigen
sind z. B. elektrische Kabel, die gekühlt und/oder unter Druck durch internes
Fluid isoliert werden). Andere verlängerte Artikel (z. B. Versorgungskabel)
können ähnliche
Eigenschaften und Erfordernisse aufweisen, die durch Ummantelung
und Bewehrung erfüllt
werden können.
In der folgenden Beschreibung werden der Einfachheit und Kürze halber
der Begriff „Schlauch" (oder „Schläuche" im Plural) als eine
kollektive Bezeichnung für
verlängerte
Artikel einschließlich
aber Kabel, Versorgungskabel und andere verlängerte Artikel mit analogen
Eigenschaften, für
die Ummantelung und/oder Bewehrung wünschenswert oder notwendig
ist, benutzt; Aussagen in der folgenden Beschreibung sollten dementsprechend
konstruiert werden.
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Auf
dem gegenwärtigen
Stand der Technik der Schlauchfertigung werden gummigebundene Schläuche zuerst
durch das Wickeln oder Extrudieren einer Schicht von Gummi um einen
Kern des Schlauchs (Anordnung von inneren Schichten) bewehrt, wobei
der gummibeschichtete Kern dann mit einsträngigen Stahldrähten oder
mehrsträngigen Stahlkabeln
als das Bewehrungsmaterial umwickelt wird. Aufeinander folgende
Schichten von Gummi und Bewehrung werden um den teilweise hergestellten
Schlauch extrudiert/gewickelt, um einen vollständigen Schlauch aufzubauen.
Dieser Gummi wird zunächst
unvulkanisiert, und jeder Bewehrungsdraht oder jedes Bewehrungskabel
wird individuell unter angewandter Spannung auf den unvulkanisierten Gummi
gewickelt. Wenn der unvulkanisierte Gummi nicht selbst verstärkt oder
anderweitig auf eine geeignete Weise eingeschränkt ist, schneiden der Bewehrungsdraht
oder das Bewehrungskabel durch den Gummi, um die Bewehrungsschicht
ungerade und unstabil zurückzulassen,
und folglich die Festigkeit und Stabilität der Bewehrungsschicht zu
reduzieren. Dieses Problem wird gegenwärtig durch das Füllen jeder
Schicht von Gummi mit einem Webstoff entschärft, um den Gummi am Herausquellen
um den Bewehrungsdraht oder das Bewehrungskabel herum, während der
Draht oder das Kabel um die Gummischicht gewickelt wird, zu hindern.
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Probleme
ergeben sich wie folgt aus den herkömmlichen Schlauchbewehrungstechniken:
- (1) der Webstoff (als eine Füllung benutzt)
absorbiert das Gas während
der Verwendung des fertig gestellten Schlauchs, und ist verantwortlich
für die Initiierung
der Delaminierung und/oder Spaltung des mehrschichtigen Schlauchs
bei einer explosiven Dekomprimierung (d. h. bei schnellem Druckablassen
von Fluid, das in der Bohrung des Schlauchs enthalten ist);
- (2) der Stoff trägt
bezüglich
des Extramaterials und der erforderlichen zusätzlichen Fertigungsverfahrensweisen
zu den Kosten des fertig gestellten Schlauchs bei;
- (3) die Einrichtzeit für
eine Wickelmaschine, die sich drehen und ein paar hundert Drähte oder
Kabel hochwickeln muss, ist übermäßig, und
dadurch, dass das Einrichten üblicherweise
die Produktion unterbricht (da die Produktion während des Einrichtens nicht
weiterlaufen kann), ist diese Verfahrensweise kontraproduktiv;
- (4) die Bewehrungsdrähte
oder -kabel müssen
mit einer Packungsdichte von weniger als 100 % gelegt werden, und
das Wickeln der individuellen Drähte
und Kabel resultiert unweigerlich in Bündelung und Akkumulation von
Spalten, so dass das Endprodukt nicht einheitlich flexibel ist und
zu „Bird
caging" neigt (einer
Form von Kabelversagen, bei der Ablösung und Wölbung der Bewehrung auftreten);
- (5) herkömmliche
Bewehrungswickelmaschinen induzieren das Verdrehen der Bewehrungsdrähte und
-kabel, während
sie gewickelt werden;
- (6) das alternative Wickeln von Gummischichten und Draht/Kabelschichten
resultiert in einer oberflächlichen
Bindung zwischen diesen aufeinander folgenden Schichten, was zu
den in Absatz (4) oben behandelten Problemen beiträgt;
- (7) herkömmliche
Bewehrungswickelmaschinen sind planetarisch, d. h. Rollen von Wickeldraht/-kabel
werden in Bahnen um den aufgebauten Schlauch getragen, und von der
Außenseite der
Rollen abgespult; dies ist zulässig
für kleine Rollen,
bei denen die Trägheit
minimal ist, wird aber zu einem ernsthaften Problem bei Rollen, deren
Durchmesser vier oder fünf
Meter beträgt und
die mehrere Tonnen wiegen (wie sie für größere Schläuche benötigt werden, die ohne Gelenke
in den Bewehrungsdrähten
gefertigt werden müssen,
selbst bei Schläuchen
von großer
Länge);
- (8) herkömmliche
Bewehrungswickelmaschinen sind ausreichend groß und teuer, um für die Hersteller
von Schläuchen
den Erwerb auf eine einzige solche Maschine zu begrenzen; diese
Begrenzung auf eine einzelne Maschine erfordert, dass während ihrer
Herstellung ein gegebener Schlauch jedes Mal, wenn eine andere Schicht von
Drähten/Kabeln
hinzugefügt
wird (mit dem Rücksetzen
der Maschine zwischen jedem Durchlauf) durch die Maschine verlaufen
muss, während
ein Schlauch idealerweise nur einmal entlang einer Produktionsanlage
für mehrere
Maschinen verläuft.
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Im
Vergleich zu herkömmlichen
Schlauchbewehrungstechniken wäre
es vorzuziehen, wenn:
- (1) der Gummi oder das
andere Elastomer frei von Stoff wären;
- (2) die Bewehrungsdrähte
oder -kabel gleichmäßig verteilt
wären;
- (3) die zum Einrichten erforderliche Zeit (und folglich die
Dauer der Unterbrechung der Produktion) bedeutend reduziert würde;
- (4) gewährleistet
werden könnte,
dass ein unvulkanisierter Gummi oder anderes Polymer ganz um die
Bewehrungsdähte
oder -kabel fließen könnte, und
bei mehrsträngigen
Kabeln ebenfalls gleichmäßig innerhalb
der Kabel dispergiert würde;
- (5) die Verwendung alternativer Materialien zur Bewehrung (z.
B. Kohlenstofffaser, Aramid und dergleichen, was in der Form von
Schnüren, Drähten, Fasern
oder Kabeln vorliegen kann) unter Verwendung der gleichen Fertigungsausrüstung erlaubt
würde.
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Das
Erreichen dieser Desiderate würde
sicherstellen, dass der resultierende Schlauch die maximale Festigkeit
aufweist und unter minimaler Zersetzung leidet, und würde die
Chancen der Delaminierung aus explosiver Komprimierung minimieren, während das
Potential zum Zerreißen,
das durch Ermüdungsdefekte
des Stoffs initiiert würde,
eliminiert wird.
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WO
99/14150 beschreibt eine Maschine und ein Verfahren, das einigen
dieser Bedürfnisse
entspricht. Insbesondere vermeidet es die Verwendung schwerer umkreisender
Rollen der Verstärkung durch
das Aufweisen von verstärkenden
Drähten
auf Rollen, die koaxial zu der Achse des Schlauchs sind. Dieser
Stand der Technik erfordert jedoch die Verwendung von Rollen und
mehrfachen Führungspfaden,
um die Drähte
von der Außenseite
der Rollen zu dem Schlauch zu bringen. Das Bauen und Betreiben dieser
Anordnung ist komplex.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum
Herstellen eines Schlauchs wie in Anspruch 1 definiert bereitgestellt.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Schlauchwickelmaschine wie
in Anspruch 13 definiert bereitgestellt.
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Ausführungsformen
der Erfindung werden nun beispielhaft und mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen
beschrieben, wobei:
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1 eine
vereinfachte Perspektivansicht einer Rolle von Schlauchummantelungsband
gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung ist (1 einschließlich einer
Endansicht des Bands, das zu einem transversalen Querschnitt des
Bands äquivalent ist);
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2 ein
fragmentarischer stark vergrößerter Teilabschnitt
einer Beschichtungsdüse
zum Bilden des Schlauchummantelungsbands aus 1 ist;
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3 eine
vereinfachte Draufsicht teilweise im Schnitt einer Rolle Schlauchummantelungsband ist,
das auf einen Schlauch durch eine erste Ausführungsform der Schlauchwickelmaschine
gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung angewendet wird;
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4 ein
vereinfachter Endaufriss der Anordnung aus 3 ist, gesehen
entlang der Achse des Schlauchs;
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5 ein
vereinfachter Endaufriss der Anordnung aus 3 ist, gesehen
entlang der Achse der Rolle;
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6 eine
vereinfachte Draufsicht teilweise im Schnitt einer Rolle Schlauchummantelungsband, das
auf einen Schlauch durch eine zweite Ausführungsform der Schlauchwickelmaschine
gemäß der vorliegenden
Erfindung angewendet wird, ist;
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7 ein
vereinfachter Endaufriss der Schlauchwickelmaschine aus 6 ist,
gesehen entlang der Achse der Rolle;
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8 und 9 jeweils
Flächen-
und Seitenaufrisse eines ersten Teils von Rollenmontage- und Bandhandhabungseinheiten
sind, die in der Schlauchwickelmaschine aus 6 beinhaltet
sind;
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10 und 11 jeweils
Flächen-
und Seitenaufrisse eines zweiten Teils von Rollenmontage- und Bandhandhabungseinheiten
sind, die in der Schlauchwickelmaschine aus 6 beinhaltet
sind; und
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12 eine
vereinfachte Perspektivansicht der kompletten Schlauchwickelmaschine
aus 6 ist.
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Unter
anfänglicher
Bezugnahme auf 1 stellt dies schematisch eine
Rolle 100 von Schlauchummantelungsband 102 in
der Form einer Reihe von mehrsträngigen
Stahlkabeln 104 dar, die in einer Beschichtung 106 eines
geeigneten Polymers wie etwa einem Elastomer (z. B. einem synthetischen
Gummi, der zum Widerstand gegen Meerwasser formuliert ist) eingebettet
sind. Die Kabel 104 bilden eine Anordnung, in der sie wechselseitig
parallel und in einer einzelnen Schicht nah mit Abstand voneinander
angeordnet sind, ohne sich zu berühren oder wechselseitig zu
kreuzen. Das Material der Kabel 104 ist so ausgewählt, dass
das Band 102 zum Ummanteln eines Schlauchs (in 1 nicht
gezeigt) geeignet ist, um eine Bewehrungsschicht des Schlauchs zu
bilden, wie nachfolgend detailliert beschrieben wird. Das Verseilen
der Kabel 104 erlaubt dem Elastomer 106, in die
Struktur der Kabel 104 zu dispergieren, um das wechselseitige
Binden der Kabel 104 mit dem Elastomer 106 zu
verbessern. Die Rolle 100 ist im Allgemeinen kreisförmig (und
zwar eine dicht gespulte Spirale) um eine Längsachse 108, die
die Achse ist, um die die Rolle 100 zunächst gespult wurde. Die Rolle 100 weist
einen hohlen Kern 109 auf, um den die innerste Schicht
des Bands 102 freigelegt wird. Die Bildung und das Montieren
der Rolle 100 sind derart, dass, während die Rolle 100 von
einer anfänglichen
innersten Schicht nach außen gespult
wird, wie es für
das Spulen länglicher
Netze herkömmlich
ist, die vollständige
Rolle 100 ebenfalls in der gleichen Sequenz abgespult werden
kann, d. h. von der innersten Windung nach außen oder „zuerst auf, dann ab" (im Gegensatz zu
der herkömmlichen
Abspulsequenz der äußersten
Windung nach innen oder „zuletzt
auf, zuerst ab").
Die fundamentale Wichtigkeit, dass die Bandrolle 100 dazu
fähig ist, von
ihrer Innenseite (d. h. von ihrem hohlen Kern 109) abgespult
zu werden, wird nachfolgend erklärt.
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2 zeigt
einen Teil einer Beschichtungsdüse 110,
die benutzt werden kann, um das Band 102 zu bilden. Die
Düse 110 weist
die allgemeine Form einer hohlen Box auf, mit einer Einlassseite,
einer Auslassseite (nicht gezeigt) und einem Elastomereinlass (nicht
gezeigt). 2 zeigt die Einlassseite der
Düse 110,
die eine Linie von Durchlässen 112 beinhaltet,
von denen jeder dimensioniert ist, um eines der Kabel 104 mit
einem Gleitsitz zu führen.
Die Anzahl von Durchlässen 112 in
der Düse 110 entspricht der
Anzahl von in das Band 102 zu inkorporierenden Kabeln 104,
wobei die Düse 110 ein
entsprechendes laterales Ausmaß aufweist
(nur fünf
solcher Durchlässe
werden der Einfachheit halber in 2 gezeigt).
Die Auslassseite der Düse 110 beinhaltet
einen dünnen,
breiten, rechteckigen Schlitz (nicht gezeigt), dessen Dimensionen
die des fertig gestellten Bands 102 sind, zuzüglich der
notwendigen Toleranz, die für
dimensionale Veränderungen
bei dem neu beschichteten Band, das die Düse verlässt, notwendig sein kann (wie
sie z. B. aufgrund des Druckablassens und/oder Aushärtens und/oder
Abkühlen
des Elastomers fällig
sein kann). Um das Band 102 zu bilden, weist jeder der
Durchlässe 112 ein
entsprechendes Kabel 104 auf, das dadurch und heraus durch
den Schlitz zu einer geeigneten Aufnahmeanordnung (nicht gezeigt)
wie etwa einem Coiler, der das neu gebildete Band zu einer Rolle
spult, die von ihrer innersten Schicht nach außen abgespult werden kann,
gewunden werden kann. (Der Zweck dieser Einrichtung wird nachfolgend
detailliert beschrieben). Um das Einfügen der Kabel 104 in
die Durchlässe 112 zu
erleichtern, kann die Düse 110 in
zwei passenden Hälften
gebildet werden, die entlang einer Linie 114, die sich
durch die mittlere Linie der Durchlässe 112 erstreckt,
trennbar sind. Plastifiziertes Elastomer wird durch den Elastomereinlass
(nicht gezeigt) in das Innere der Düse 110 gepumpt, um
die Kabel 104 zu beschichten und um schließlich die
Kabel in eine Elastomerummantelung in der Form des Bands 102,
das durch den Coiler oder eine andere Aufnahme von der Düse 110 entnommen
wird, einzubetten, um die Rolle 100 zu bilden. Diese Verfahrensweise
resultiert in der Produktion eines Bands aus unvulkanisiertem Elastomer 106,
das eine einheitliche Schicht Stahlkabel 104 umgibt und
an diese gebunden ist. Der obere Teil aus 1 zeigt
das Ende des Bands 102 in einer Ansicht, die einem transversalen
Querschnitt des Bands 102 entspricht, und zeigt die interne
Struktur des Bands 102. Das Band 102 kann zum
Ummanteln eines Schlauchs (nicht in 1 oder 2 gezeigt) benutzt
werden, um den Schlauch zu verstärken und/oder
den Schlauch zu bewehren. Da zeitgemäße Standards für Schläuche mit
großen
Bohrungen und flexible Rohre zur Seeverwendung Gelenke in ihren verstärkenden
Drähten
und Kabeln untersagen, folgt daraus, dass wenn ein langer Schlauch
oder ein flexibles Rohr in einem Stück hergestellt werden soll, eine
Rolle Schlauchummantelungsband, das einen Kern aus Draht oder einen
Kern aus Kabel aufweist, bis zu einhundert Tonnen wiegen kann und
einen Durchmesser von bis zu sechs Metern aufweisen kann. Ein derartiges
Gewicht und eine derartige Größe schließen die
Verwendung herkömmlicher
planetarischer Schlauchwickelmaschinen aus, aber ein weiterer Aspekt
der Erfindung erlaubt die Verwendung von Rollen, die groß und schwer
sind, durch das Nutzen der Fähigkeit
von Rollen von Schlauchummantelungsband gemäß der Erfindung, von ihrer
innersten Windung nach außen
abgewickelt zu werden.
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Während die
Kabel 104 vorzugsweise jedes eine offene mehrsträngige Form
zur Maximierung des Elastomer/Stahlbindungsbereichs aufweisen und
vorzugsweise ebenfalls von einer relativ großen Anzahl von Drähten mit
relativ kleinem Durchmesser zur größeren Festigkeit des Bands
pro Einheit Querschnittsbereich verseilt sind (mit folgenden Reduzierungen
von Gewicht und Kosten für
einen mit Band ummantelten Schlauch gegebener Leistung), kann jedes
der Kabel 104 durch einsträngigen Stahldraht ersetzt werden.
Als eine Alternative zu Stahl können die
Kabel 104 aus einem geeigneten Material, das nicht Stahl
ist, z. B. Kohlenstofffaser, Aramid und dergleichen, die in der
Form von Schnüren,
Drähten,
Fasern oder Kabeln vorliegen können,
gebildet sein. Die Band bildende Beschichtungsdüse 110 wird Dimensionen
zuzüglich
Durchlassgrößen und
-anzahlen aufweisen, um für
die Größe und Zusammensetzung des
Bands, das dadurch gebildet werden soll, geeignet zu sein, wobei
eine separate Düse
für jede
Variation bereitgestellt wird.
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Nun
wird Bezug auf 3, 4 und 5 genommen,
die schematisch eine erste Ausführungsform 200 der
Schlauchwickelmaschine gemäß einem
Aspekt der Erfindung darstellen. In 3 bis 5 wird
die Maschine 200 gezeigt, wie sie das Band 102 spiralförmig (wie
vorher unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben)
auf einen Schlauch 300 und entlang von diesem wickelt.
Der Schlauch 300 wird zunächst mit einem Kern 302 (d. h.
einer Anordnung von inneren Schichten des Schlauchs 300)
gebildet, und es ist dieser Kern 302, bei dem Band 102 auf
die Außenseite
des Kerns 302 gespult ist, um den Kern 302 mit
einer spiralförmig gespulten
Schicht von Bewehrungs- und Verstärkungskabeln 104 (die
bereits in dem Elastomer 106 eingebettet sind) zu ummanteln,
um den verstärkten und
bewehrten Schlauch 300 zu bilden. Die Schlauchwickelmaschine 200 montiert
die Rolle 100, so dass die Rolle 100 den Schlauch 300 abgrenzt
(d. h. der Schlauch 300 verläuft durch den hohlen Kern 109 der
Rolle 100), und das Band 102 spult sich von der
Innenseite der Rolle 100 direkt auf den Kern des Schlauchs 302 ab,
wobei es durch das Zentrum der Rolle 100 verläuft. Der
Schlauch 300 wird durch Schlauchausgabe- und Schlauchaufnahmemittel (nicht gezeigt)
bewegt, um sich longitudinal (d. h. entlang seiner Achse 304)
in eine Richtung zu der Oberseite von 3 hin zu
bewegen, der Schlauch 300 dreht sich aber nicht um seine
Längsachse 304. Während des
Wickelns des Kerns des Schlauchs 302 mit Band, das von
der Innenseite der Rolle 100 abgezogen wird, erlebt die
Rolle 100 kombinierte Drehungen (unten detailliert beschrieben),
die Rolle 100 bewegt sich aber nicht entlang der Achse
des Schlauchs 304.
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Wie
in 3 zu sehen ist, kontaktiert das Band 102 unmittelbar
den obersten Teil der Oberfläche
des Kerns des Schlauchs 302. Da das Band 102 spiralförmig auf
den Schlauch 300 und entlang von diesem gespult werden
soll, ist es für
die Rolle 100 vorzuziehen, mit ihrer ursprünglichen
Spuldrehachse 108, die durch den Schrägungswinkel relativ zu der Längsachse 304 des
Schlauchs 300, der wiederum eine Funktion der Breite des
Bands 102 und des Umfangs des Kerns des Schlauchs 302 ist,
schräg
verläuft,
montiert zu werden. Bei der Anordnung aus 3 dreht
sich die Rolle 100 jedoch körperlich um die Längsachse
des nicht rotierenden Schlauchs 300, und dreht sich ebenfalls
um ihre eigene Achse 108, gerade genug, um das Band 102 auf
den Kern des Schlauchs 302 abzugeben, wobei diese kombinierte
Drehung dazu dient, das Band 102 in einer anhaltenden und
abweichenden Spirale ohne Verdrehen des gewickelten Bands 102 zu
wickeln. (Als eine Alternative zum Drehen der Rolle 100 um
die Längsachse 304 des
sich nicht drehenden Schlauchs 300, der gewickelt wird,
wäre es
für den
Schlauch 300 möglich,
der notwendigen Drehung um ihre Längsachse 304 unterzogen
zu werden, was die Rolle 100 nur um ihre eigene Achse 108 um
einen Betrag drehen lässt,
der gerade ausreichend ist, um die erforderliche Länge des
Bands 102 auszugeben; die eigentliche Drehung des Schlauchs
kann jedoch undurchführbar
sein, besonders für
die größeren Größen, nicht
zuletzt weil die gesamte Länge
des Schlauchs erfordern würde,
einheitlich gedreht zu werden). Mittel zum drehbaren Montieren und
kontrollierbaren Drehen der Rolle 100 werden bei 3 bis 5 der
Klarheit halber ausgelassen.
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Während des
Wickelns des Bands 102 auf den Kern des Schlauchs 302 wird
die Spannung, unter der das Band 102 gewickelt wird, gefühlt und durch
ein kooperierendes Paar Klemmrollkörper 202 (4 und 5),
die einen Teil der Schlauchwickelmaschine 200 bilden, kontrolliert.
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In
der bestimmten Situation, in der der Schlauch 300 einen
fertig gestellten Außendurchmesser
von nominalen vierzehn Zoll (ungefähr dreihundert und sechsundfünfzig Millimeter)
aufweisen soll, kann das Band 102 einhundertzweiundzwanzig Kabel 104 bei
einer Packungsdichte von 95 % aufweisen, wobei jedes Kabel 104 einen
Durchmesser von 6,5 Millimeter aufweist. Das Band 102 wird
eine Breite von vier hundert und achtzig Millimeter aufweisen, und
der Schrägungswinkel
wird im Bereich von vierzig (Winkel-)Grad bis siebzig (Winkel-)Grad
sein. Die Rolle 100, die über genügend dieser Form des Bands 102 verfügt, um einen
Schlauch von vierzehn Zoll mit einer Gesamtlänge von fünfhundert Meter zu wickeln,
wiegt ungefähr
sechsundzwanzig Tonnen.
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Für einen
Schlauch ähnlicher
Länge,
der aber einen nominalen Außendurchmesser
von drei Zoll (ungefähr
sechsundsiebzig Millimeter) aufweist und Verstärkungskabel mit individuellen Durchmessern
von ungefähr
drei Millimeter aufweist, wird das Band eine Breite von einhundertachtzig
Millimeter aufweisen, und die Rolle wird ungefähr acht Tonnen wiegen.
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Diese
hohen Rollengewichte weisen auf die Nützlichkeit der Erfindung beim
Ermöglichen
des Vermeidens immenser technischer Schwierigkeiten beim Bewegen
derart massiver Rollen in planetarischen Bahnen um den Kern des
Schlauchs zum Zweck des Wickelns des Schlauchs mit dem in der Rolle
enthaltenen Band hin. Das Band selbst vereinfacht die Probleme des
Wickelns eines Schlauchs in einer großen Anzahl von Bewehrungsdrähten oder Verstärkungskabeln
bedeutend durch das einfache Wickeln auf Schläuche, ohne eine große Anzahl
an individuellen Verstärkungskabeln
unter Spannung anwenden zu müssen,
wodurch der Bedarf an Verstärkung
durch Stoff ausgeschlossen wird, und das Band vermeidet ebenfalls
die Probleme des Sicherstellens einer guten Bindung zwischen den
Drähten oder
Kabeln und dem Gummi oder anderem Elastomer, da sie wechselseitig
unter Druck innerhalb der Beschichtungsdüse 110 anstatt innerhalb
der Ummantelung des Schlauchs gebunden werden.
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Nun
wird Bezug auf 6 bis 12 genommen,
diese zeigen eine zweite Ausführungsform 400 der
Schlauchwickelmaschine gemäß einem
Aspekt der Erfindung. Die Schlauchwickelmaschine 400, wie
in 6 gezeigt, entspricht der Schlauchwickelmaschine 200 wie
in 3 gezeigt, außer
dass die Maschine 400 aus 6 zusätzlich Bandspannungsrollkörper 402 (7 und 10),
Bandzuführungsrollkörper 404 (7 und 8),
Abstandsrollkörper 406 (7 und 8)
und ein Rollenmontagesystem 408 (6, 7, 8 und 9)
zusammen mit anderen Merkmalen, die alle unten detailliert beschrieben
werden, beinhaltet. Wie bei der ersten Ausführungsform 200 benutzt
die Schlauchwickelmaschine 400 eine Rolle 100 aus
vorgeformtem Bewehrungsband 102, wie vorher mit Bezug auf 1 detailliert
beschrieben.
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Unter
besonderer Bezugnahme auf 7 ist dies
eine vereinfachte Darstellung der Maschine 400, gesehen
entlang der Achse 108 der Rolle 100 (d. h. die
Achse 108 ist senkrecht zu der Ebene aus 7, während die
diametrale Ebene der Rolle 100 parallel zu der Ebene aus 7 ist);
nur bestimmte Teile der Maschine 400 werden in 7 gezeigt.
Innerhalb des hohlen Zentrums der Rolle 100 (durch das
der Schlauch 300 in einem Ablenkwinkel wie in der ersten
Ausführungsform 200 verläuft), wird
ein ringförmiges
Schild 410 montiert, um zu verhindern, dass die innerste
Schicht des Bands 102 unter ihrem eigenen Gewicht in einen
unbeabsichtigten Kontakt mit einem unangemessenen Teil des Schlauchs 300 zusammenfällt. Das
ringförmige
Schild 410 weist einen kurzen Spalt 412 auf, durch
den das Band 102 durch die Bandzuführungsrollkörper 404 nach innen
gezogen wird, um zwischen dem Paar Bandspannungsrollkörpern 402 zusammengedrückt zu werden
und dann unter kontrollierter Spannung um den Schlauch 300 gewickelt
zu werden. Die Abstandsrollkörper 406 verhindern,
dass die innerste Schicht Band, die auf der Rolle 100 bleibt,
auf die neu abgespulte Strecke Band fällt, die sich zu den Bandzuführungsrollkörpern 404 und
daher durch den Spalt 412 zu dem Inneren des Schilds 410 erstreckt.
Wie unten detailliert beschrieben werden wird, drehen sich unterschiedliche
Teilabschnitte der Schlauchwickelmaschine 400 bei unterschiedlichen
Geschwindigkeiten, und das Montieren der verschiedenen Rollkörper 402, 404 und 406 auf
diesen Teilabschnitten wird so ausgewählt, dass diese Rollkörper korrekte relative
Positionen halten, wie ebenfalls unten detailliert beschrieben werden
wird.
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Da
bei dieser Rolle 100 das gespulte Band 102 der
Rolle 100 durch das Abspulen der innersten Schicht des
gespulten Materials entnommen wird, kann die Rolle 100 nicht
durch eine herkömmliche Nabenmontage
(nur geeignet für
die herkömmliche periphere
Entnahme) gestützt
werden. Stattdessen wird die Rolle 100 extern durch das
Rollenmontagesystem 408 (6-9)
geklemmt, das eine periphere Klammer 414 beinhaltet, die
auf einem drehbaren Stützrad 416 montiert
ist. Die Klammer 414 (6, 7 und 9)
klemmt sich auf die Peripherie der Rolle 100, um die Rolle 100 sicher
und konzentrisch zu halten, während
das hohle Zentrum der Rolle 100 für das Band 102 frei
gehalten wird, um von der Innenseite der Rolle 100 abgespult
zu werden. Das Stützrad 416 (8 und 9)
wird drehbar durch vier Stützrollkörper 418 (8)
gestützt und
wird bei Verwendung kontrollierbar durch ein geeignetes Antriebssystem
(nicht gezeigt) durch ein Getriebe 420 (8, 9 und 12),
das in die Peripherie mit Getriebezähnen 422 des Stützrads 416 eingreift,
gedreht. Die Rollkörper 404 und 406, zusammen
mit dem ringförmigen
Schild 410, werden auf dem Stützrad 416 (siehe 8)
montiert. Das Schild 410 und die Spannungsrollkörper 402 werden auf
einem drehbar montierten vorderen Rad 424 (6, 10, 11 und 12),
das im Allgemeinen dem Stützrad 416 ähnlich ist,
montiert. Das vordere Rad 424 wird drehbar durch vier periphere Rollkörper 426 zur
Drehung um die gleiche Drehachse wie das Stützrad 416 gestützt, wobei
diese Drehachse mit der Achse 108 der Rolle 100 koaxial
ist und relativ zu der Achse des Schlauchs 304 durch den Schrägungswinkel
wie vorher detailliert beschrieben schräg verläuft. Das vordere Rad 424 dreht
sich jedoch bei einer Geschwindigkeit, die sich von der Drehgeschwindigkeit
des Stützrads 416 aus
unten detailliert beschriebenen Gründen unterscheidet. Das vordere
Rad 424 wird bei Verwendung durch ein geeignetes Antriebssystem
(nicht gezeigt) durch ein Getriebe 428 (10, 11 und 12),
das in die Peripherie mit Getriebezähnen 430 des vorderen Rads 424 eingreift,
kontrollierbar gedreht.
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Das
vordere Rad 424, das Stützrad 408 und ihre
entsprechenden Antriebssysteme werden alle auf einer gemeinsamen
Drehscheibe 432 (12) montiert,
deren Drehachse (vertikal in 12) die Längsachse
des Schlauchs 304 (horizontal in 12) in
rechten Winkeln schneidet. Die Drehposition der Drehscheibe 432 (und
der auf der Drehscheibe 432 montierten Schlauchwickelmaschine 400) wird
vor dem Beginnen des Wickelns einer Länge Band auf den Schlauch 300 eingestellt,
um den Schrägungswinkel,
bei dem diese bestimmte Länge von
Band um den Schlauch gewickelt wird, einzustellen, wobei diese Dreheinstellung
normalerweise während
des Wickelbetriebs unverändert
gehalten wird. Die Drehposition der Drehscheibe 432 wird durch
ein geeignetes Antriebssystem (nicht gezeigt) durch ein Getriebe 434,
das in die Peripherie mit Getriebezähnen 436 der Drehscheibe 432 eingreift,
kontrolliert.
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Für die Schlauchwickelmaschine 400,
wie in 12 gezeigt, um Band auf den
Schlauch 300 und entlang von diesem in einer einheitlichen
Spirale zu wickeln, ist es notwendig, dass es eine relative longitudinale
Bewegung und eine gleichzeitige relative Drehbewegung zwischen dem
Schlauch 300 und der Maschine 400 gibt. Diese
notwendigen relativen Bewegungen können durch das Halten des Schlauchs oder
der Maschine statisch in einem absoluten Sinn und das Bewegen des
anderen in einem absoluten Sinn erreicht werden, oder durch das
Bewegen von sowohl dem Schlauch als auch der Maschine in einem absoluten
Sinn. Die Zuteilung von absoluter Bewegung zu dem einen oder anderen
(oder beiden) des Schlauchs und der Maschine kann unabhängig für die zwei
Arten von relativer Bewegung ausgewählt werden (d. h. es kann eine
wechselseitig unabhängige
Auswahl für
die longitudinale Bewegung und für
die Drehbewegung geben). Bezüglich
der ersten Ausführungsform 200 der
Schlauchwickelmaschine (wie unter Bezugnahme auf 3-5 detailliert beschrieben)
wurde es vorgezogen, den Schlauch 300 longitudinal zu bewegen,
während
der Schlauch drehend statisch gehalten wurde, und um umgekehrt die
Schlauchwickelmaschine 200 longitudinal statisch zu halten,
während
die Maschine 200 um den Schlauch 300 gedreht wird.
Bezüglich
der zweiten Ausführungsform 400 der
Schlauchwickelmaschine (wie unter Bezugnahme auf 6-12 detailliert beschrieben)
wird es vorgezogen, den Schlauch 300 longitudinal durch
eine longitudinal statische Maschine 400 zu bewegen, wobei
die notwendige relative Drehbewegung entweder durch körperliches
Bewegen der ganzen Maschine 400 um einen nicht drehenden
Schlauch 300, oder durch das Drehen des Schlauchs 300 um
seine Längsachse 304 innerhalb einer
Maschine 400, in der die einzige Drehung die separate Drehung
der Räder 408 und 424 um
ihre gemeinsame Achse ist (wie unten detailliert beschrieben), erzielt
werden kann. Für
die Option des körperlichen
Drehens der gesamten Maschine 400 könnte sie in einem drehbaren
Gestell oder Gerüst
(nicht gezeigt) kontrollierbar um die Längsachse 304 des Schlauchs 300,
der durch die Maschine 400 gewickelt wird, montiert werden.
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Welche
Option auch immer zur relativen Drehung von Schlauch und Maschine
in der Anordnung aus 12 ausgewählt wird, wird die Drehung
der Räder 408 und 424 (relativ
zu dem Rest der Schlauchwickelmaschine 400) so kontrolliert,
dass sich das vordere Rad 424 um die schräg verlaufende Achse
der Rolle 108 bei einer Umdrehung pro Schritt des gewickelten
Bands dreht, während
sich das Stützrad 408 um
die gleiche geschrägte
Achse der Rolle 108 bei einer Umdrehung pro Schritt des
gewickelten Bands zuzüglich
ausreichend zusätzlicher Drehung
dreht, um eine Schrittlänge
des Bands von der Innenseite der Rolle 100 abzuspulen.
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Eine
weitere Alternative für
den Schlauchwickelbetrieb besteht im Modifizieren der Maschine 400 wie
oben beschrieben und wie in 12 dargestellt,
so dass sowohl der Schlauch 300 als auch die Maschine 400 (im
Ganzen) nicht drehend um die Längsachse 304 gehalten
werden. Bei dieser weiteren Alternative ist nur die Bandrolle 100 mit
ihren unmittelbaren Stützstrukturen 408 und 424 drehbar,
wobei die Drehung ausschließlich
um die Achse der Rolle 108, die relativ zu der Achse des
Schlauchs 304 um den beabsichtigten Schrägungswinkel
des gewickelten Bands schräg
verläuft,
stattfindet. Die Achse der Rolle 108 an sich ist völlig fixiert
und dreht sich nicht um die Achse des Schlauchs 304, wie
in manchen vorherigen Formen der Schlauchwickelmaschine. Um das
einheitliche spiralförmige
Wickeln des Bands auf den Schlauch bei dieser weiteren Alternative
zu erleichtern, wird ein Mittel zu Korrektur der Lage (nicht gezeigt)
vorzugsweise zwischen die Rolle und den Schlauch gestellt, wobei
das Mittel zur Korrektur der Lage auf das frisch abgespulte aber noch
nicht gewickelte Band angewendet wird, um das Band richtig auszurichten,
wenn es mit dem gewickelten Schlauch in Kontakt kommt.
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Ebenso
wie das Wickeln von mit Kabel verstärktem Bewehrungsband 100 (wie
unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben)
können
die Schlauchwickelmaschinen 200 und 400 ohne Modifizierung
für das
Wickeln von Bändern,
die keine Drähte
oder Kabel (z. B. Bänder
aus reinem Elastomer zum einfachen Imprägnieren) enthalten, benutzt
werden. Die Schlauchwickelmaschinen gemäß der Erfindung können ohne
Modifizierung für
alle Stufen der Schlauchherstellung und in einer Produktionsanlage für mehrere
Maschinen verwendet werden, alle Schlauchwickelmaschinen können von
der gleichen Art sein. Das Einrichten und die Betriebskontrolle
zur Verwendung der gleichen Maschine in aufeinander folgenden Herstellungsstufen
(mit mehreren Läufen des
Schlauchs) oder für
die Verwendung von mehreren Maschinen in einer Produktionsanlage
für mehrere
Stufen, an denen der Schlauch einmal vorbeiläuft, werden erheblich vereinfacht
und beschleunigt. Im Vergleich zu herkömmlichen Schlauchwickelmaschinen
sind die Maschinen der Erfindung kleiner und kostengünstiger,
und verbrauchen bei der Verwendung weniger Energie. Viel längere Längen an Schlauch
können
nun ohne Gelenke hergestellt werden, und Rollen Wickelmaterial,
die viel schwerer sind als jene, die zuvor gehandhabt werden konnten, können nun
relativ leicht bewältigt
werden. Das Abspulen des Bands von der Innenseite der Bandrolle eliminiert
das Verdrehen und Dehnen von Bandwickelmaterialien, insbesondere
Bewehrungsdrähte und
Kabel werden nicht länger
beim Wickeln auf Schläuche
verdreht.
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Obgleich
oben bestimmte Abwandlungen und Variationen beschrieben worden sind,
ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, und es können andere
Abwandlungen und Variationen übernommen werden,
ohne von dem in den angehängten
Ansprüchen
definierten Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.