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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen thermoplastische verstärkte Schläuche für Anwendungen
mit niedrigem, mittlerem oder hohem Druck und insbesondere eine
Konstruktion dafür, welche
zu einer verbesserten Flexibilität
des Schlauches führt.
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Thermoplastische
verstärkte
Schläuche
werden in einer Reihe von Fluidtransferanwendungen verwendet. Bei
einer grundlegenden Struktur können Schläuche, die
hier verwendet werden, auf herkömmliche
Weise mit einem rohrförmigen
Kern hergestellt werden, der von einer oder mehreren Verstärkungsreihen
aus Naturfaser oder Kunstfaser und/oder Stahldraht umgeben ist.
Die Verstärkungsreihen
wiederum sind durch eine sie umgebende Außenhülle oder Abdeckung geschützt, welche
aus demselben Material wie das Kernrohr oder aus einem anderen Material
hergestellt werden kann. Die Abdeckung verleiht dem Schlauch auch
eine bessere Abriebfestigkeit.
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Das
Kernrohr, das aus einem thermoplastischen Material, beispielsweise
Polyamid, Polyolefin, Polyvinylchlorid, Fluorpolymer oder Polyurethan
oder einem synthetischen Gummimaterial wie Buna-N oder Neopren bestehen
kann, wird auf herkömmliche Weise
extrudiert und abgekühlt
oder gehärtet.
Wie detailliert in den US-Patentschriften Nr. 3,116,760; 3,159,183;
3,966,238; 4,952,262 angeführt,
kann das Rohr falls erforderlich über einen Dorn zur Unterstützung kreuzkopfextrudiert
oder auf andere Weise bei darauffolgenden Formungsschritten unter
Verwendung von Luftdruck und/oder verringerten Verfahrenstemperaturen
unterstützt
werden.
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Vom
Extruder heraus kann das Rohr auf einer Rolle oder einer anderen
Aufnahmevorrichtung zur weiteren Verarbeitung aufgenommen werden. Nach
der Abgabe von der Rolle kann das Rohr optional als nächstes durch
eine Auftragvorrichtung geführt
werden, um eine Außenschicht
eines Klebematerials zu erhalten, das – im Fall von thermoplastischen
Schläuchen – ein Polyurethanklebemittel
oder ein anderes auf Isocyanat basierendes Klebemittel sein kann.
Das Kernrohr kann dann durch eine Flechtmaschine und/oder einen
Spiralwickler geführt werden,
um mit einer oder mehreren umgebenden Schichten eines Drahtes und/oder
faserartigen Materials oder einer Mischung, wie eines Monofilaments, Garns,
einer Garn-Draht-Verbindung oder eines Vorgarns, verstärkt zu werden.
Wie in der japanischen (Kokai) Patentschrift Nr. 10-169854 A2, der
kanadischen Patentschrift Nr. 973,074 und den US-Patentschriften
Nr. 3,654,967; 3,682,201; 3,790,419; 3,861,973; 3,905,398; 4,007,070;
4,064,913; 4,343,333; und 4,898,212 beschrieben, umfassen diese
Verstärkungsschichten,
die unter Spannung aufgetragen und die mit dem Kern und benachbarten Verstärkungsschichten
verbunden werden können, typischerweise
eine eingewebte Flechte oder eine Spiralwicklung eines Nylon-, Polyester-,
Polyphenylenbezobisoxazol-, Polyvinylacetat- oder Aramid-Garns oder eines
hochfesten Stahls oder anderen Metalldrahtes.
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Nach
dem Auftragen der Verstärkungsschichten
können
die Abdeckung oder Hülle
optional aufgetragen werden. Eine solche Abdeckung, die als Kreuzkopf-Extrusion,
feuchtigkeitsgehärtete
oder auf einem Lösemittel
basierende Tauchbeschichtung oder als eine spiralgewickelte Umwicklung
ausgebildet sein kann, umfasst typischerweise ein abriebfestes polymeres
Material, beispielsweise Polyamid, Polyolefin, Fluorpolymer, Polyvinylchlorid
oder Polyurethan. Wie zuvor, kann eine Klebemittelschicht verwendet
werden, um die Außenabdeckung
mit den Verstärkungsschichten
zu verbinden. Repräsentative Schlauchkonstruktionen
sowie Herstellungsverfahren und Materialien für diese werden in den US-Patentschriften
Nr. 1,281,557; 3,566,924; 3,654,967; 3,682,202; 3,707,178; 3,773,089;
3,779,308; 3,790,419; 3,791,415; 3,805,848; 3,881,975; 3,889,716;
3,890,181; 3,905,398; 3,914,146; 3,932,559; 3,966,238; 3,982,982;
3,988,188; 4,000,759; 4,098,298; 4,111,237; 4,142,554; 4,175,992;
4,182,019; 4,148,963; 4,241,763; 4,259,991; 4,273,160; 4,294,636;
4,304,266; 4,317,000; 4,342,612; 4,343,333; 4,380,252; 4,384,595;
4,444,707; 4,456,034; 4,459,168; 4,463,779; 4,552,235; 4,537,222;
4,553,568; 4,585,035; 4,652,475; 4,668,318; 4,699,178; 4,850,395;
4,898,212; 4,952,262; 5,024,252; 5,062,456; 5,361,806; 5,609,962;
5,698,278; 5,778,940 und 5,862,623, gezeigt.
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Die
US-Patentschrift 4,898,212 offenbart ein Verfahren zur Herstellung
eines flexiblen Schlauches. Das Verfahren umfasst die Bereitstellung
eines Kernrohrs und das Aufnehmen von mindestens einem Paar entgegengesetzt
schraubenförmig
gewundener Schichten einer faserartigen Verstärkung um das Kernrohr herum.
Der Schlauch umfasst eine schützende
Abdeckungshülle
und ein Klebemittel, um eine oder mehrere der Verstärkungsschichten oder
die gesamte Konstruktion miteinander zu verbinden.
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Bei
normaler Verwendung, beispielsweise in mobilen oder industriellen
Anwendungen, können Schläuche jener
Art, die hierin verwendet werden, einer Reihe von Umweltfaktoren
und mechanischen Belastungen ausgesetzt werden, die nicht immer
vorhersehbar sind. Von allergrößter Bedeutung
für die Integrität und Leistung
des Schlauches ist, dass eine starke Bindung zwischen den Bestandteilen
des Schlauches erzielt wird. Obwohl es wichtig ist, diese Teile
miteinander zu verbinden, ist es ebenso wichtig, dass der Schlauch
nicht übermäßig steif
wird, so dass er für
Knicken oder Materialermüdung
anfällig wird,
oder auf andere Weise für
bestimmte Anwendungen verwendbar ist.
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Angesichts
der zuvor gemachten Angaben wird geschätzt werden, dass Schlauchkonstruktionen ein
bedeutendes Gleichgewicht zwischen chemischen und physikalischen
Eigen schaften aufweisen müssen.
Mit der steigenden Anzahl an kommerziellen Anwendungen für Schläuche wird
in der Tat angenommen, dass Verbesserungen bei Schlauchkonstruktionen
von zahlreichen Branchen positiv aufgenommen würden. Besonders wünschenswert
wäre eine
Konstruktion, die flexibel und von geringem Gewicht ist, gleichzeitig
aber äußeren Belastungen
in einer Reihe von mobilen und industriellen Anwendungen widersteht.
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KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines
flexiblen Schlauches bereitgestellt, der geeignet ist, Fluide unter
Druck zu befördern,
wobei sich der Schlauch in einer axialen Richtung entlang einer
zentralen Längsachse
auf eine unbestimmte Länge
erstreckt und in einer radialen Richtung umfangsmäßig um die Längsachse,
wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: (a) Bereitstellen
eines Kernrohrs mit einer umfangsmäßigen inneren Kernrohroberfläche und
einer entgegengesetzten umfangsmäßigen äußeren Kernrohroberfläche; (b)
Bereitstellen einer ersten Verstärkungsschicht
um die äußere Kernrohroberfläche herum,
wobei die erste Verstärkungsschicht
aus einem oder mehreren Filamenten von mindestens einer ersten Faser
gebildet ist; (c) Bereitstellen von mindestens einer zweiten Faserverstärkungsschicht um
die erste Verstärkungsschicht
herum, wobei die zweite Verstärkungsschicht
aus einem oder mehreren Filamenten von mindestens einer zweiten
Faser gebildet wird; und (d) Verbinden der zweiten Verstärkungsschicht
mit der ersten Verstärkungsschicht durch
ein Bindemittel, welches in einer fließfähigen Phase aufgetragen wird,
welche nur einen Abschnitt der Filamente der ersten Verstärkungsschicht
und der zweiten Verstärkungsschicht
benetzt, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass die
Viskosität
des Bindemittels, das in Schritt (d) aufgetragen wird, derart geregelt
ist, dass die Sättigung
davon in die Filamente der ersten und der zweiten Verstärkungsschicht
begrenzt wird.
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Gemäß eines
zweiten Aspektes der vorliegenden Erfindung wird ein nach dem Verfahren
des ersten Aspektes der vorliegenden Erfindung hergestellter Schlauch
bereitgestellt.
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Zu
den Vorteilen von Beispielen der vorliegenden Erfindung gehören eine
Schlauchkonstruktion, die ein geringes Gewicht aufweist, abriebfest
und flexibel ist, die aber auch gegenüber internen und externen Bedingungen
sowie Belastungen stark widerstandsfähig ist. Zusätzliche
Vorteile schließen
eine knickfeste Hochdruck-Schlauchkonstruktion ein, welche in relativ
großen
Längen
hergestellt und an Verwendungen in einer Reihe von Fluidtransferanwendungen
angepasst und die, falls gewünscht,
elektrisch nichtleitend oder statisch ableitend gemacht werden kann.
Diese und andere Vorteile werden Fachleuten dank der in vorliegender
Anmeldung enthaltenen Offenbarung deutlich werden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Für ein besseres
Verständnis
der Natur und Aufgaben der vorliegenden Erfindung sollte auf die folgende
detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen
Bezug genommen werden. Es zeigen:
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1 eine
abgeschnittene Seitenaufrissansicht einer repräsentativen Ausführungsform
eines flexiblen thermoplastischen verstärkten Schlauches, der gemäß der vorliegenden
Erfindung konstruiert wurde;
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2 eine
radiale Querschnittansicht der Schlauchkonstruktion von 1 entlang
der Linie 2-2 von 1;
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3A eine
schematische Darstellung der radialen Querschnittansicht von 2,
welche vergrößert ist,
um Details davon aufzuzeigen; und
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3B eine
vergleichende schematische Darstellung einer Schlauchkonstruktion,
die für
den Stand der Technik repräsentativ
ist.
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Die
Zeichnungen werden weiterhin in Verbindung mit folgender detaillierter
Beschreibung der Erfindung beschrieben.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Bei
der folgenden Beschreibung kann aus Gründen der Zweckmäßigkeit
eine bestimmte Terminologie verwendet werden, die jedoch keinerlei
einschränkende
Wirkung hat. Zum Beispiel bezeichnen die Begriffe „vorwärts", „rückwärts", „rechts", „links", „oben" und „unten" Richtungen in den
Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird, wobei die Begriffe „nach innen", „intern", „innere" oder „nach innen
gerichtet" und „nach außen", „außen", „äußere" oder „nach außen gerichtet" jeweils auf Richtungen
zu und vom Zentrum des betreffenden Elementes Bezug nehmen, und
wobei die Begriffe „radial" und „axial" sich jeweils auf
Richtungen beziehen, die zur zentralen Längsachse des betreffenden Elementes
senkrecht und parallel sind. Begriffe mit ähnlicher Bedeutung, die jedoch
nicht oben speziell angeführt
wurden, sind ebenfalls als Begriffe zu verstehen, die aus Gründen der
Zweckmäßigkeit
und keinesfalls mit einschränkendem
Charakter verwendet werden.
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In
den Figuren kann auf Elemente, welche eine alphanumerische Bezeichnung
aufweisen, – wie aus
dem jeweiligen Kontext hervorgehen wird – entweder durch die gemeinsame
alphanumerische Bezeichnung oder alternativ nur durch den numerischen Teil
der Bezeichnung Bezug genommen werden. Ferner können die Bestandteile verschiedener
Elemente in den Figuren mit unterschiedlichen Bezugszeichen bezeichnet
werden, welche so auszulegen sind, dass sie sich auf diesen Bestandteil
des Elementes und nicht auf das Element in seiner Gesamtheit beziehen. Allgemeine
Bezugnahmen sowie Bezugnahmen auf Räume, Oberflächen, Abmessungen und Ausmaße können mit
Pfeilen bezeichnet werden.
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Zum
Zwecke der folgenden Besprechung werden die Grundsätze der
Verbundverstärkungsschicht
der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit ihrer Verwendung innerhalb
einer repräsentativen Schlauchkonstruktion
beschrieben, welche insbesondere zur Verwendung bei mobilen oder
industriellen hydraulischen Anwendungen mit mittlerem bis hohem
Druck, d. h. ungefähr
150 bis 12.000 psi (1,0 bis 82,7 MPa), geeignet ist. Es wird jedoch
geschätzt werden,
dass die Aspekte der vorliegenden Erfindung bei anderen Schlauchkonstruktionen
in einer Reihe von allgemeinen hydraulischen oder anderen Fluidtransferanwendungen
Anwendung finden können.
Eine Verwendung im Rahmen solcher anderen Anwendungen sollte daher
ausdrücklich
als in den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung fallend betrachtet
werden.
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Unter
Bezugnahme auf die Figuren, wo entsprechende Bezugszeichen verwendet
werden, um entsprechende Elemente in den verschiedenen Ansichten
zu bezeichnen, wird eine repräsentative Schlauchkonstruktion
gemäß der vorliegenden
Erfindung im Allgemeinen bei 10 in der abgeschnittenen Ansicht
von 1 und in der radialen Querschnittansicht von 2 gezeigt.
In den grundlegenden Abmessungen erstreckt sich der Schlauch 10 axial
auf eine unbestimmte Länge
entlang einer zentralen Längsachse 12 und
weist einen Innen- und einen Außendurchmesser
auf, die jeweils als „Di" und „Do" in der
radialen Querschnittansicht in 2 bezeichnet werden.
Die Abmessungen des Innen- und des Außendurchmessers können in
Abhängigkeit
von der verwendeten speziellen Fluidbeförderungsanwendung variieren,
werden aber im Allgemeinen zwischen ungefähr 3/32-2
Inch (0,24–5 cm)
für den
Innendurchmesser Di und ungefähr 0,30
bis 2,8 Inch (0,76 bis 7,1 cm) für
den Außendurchmesser
Do liegen, bei einer Gesamtwanddicke „w" dazwischen von ungefähr 0,26
bis 0,40 Inch (0,66 bis 1,0 cm).
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Wie
in den verschiedenen Ansichten von 1 und 2 zu
sehen ist, wird der Schlauch 10 so konstruiert, dass er
um einen rohrförmigen
Kern herum gebildet wird, der das Bezugszeichen 14 erhält. Herkömmlicherweise
kann das Kernrohr 14 als aus einem thermoplastischen Material
extrudiert bereitgestellt werden, beispielsweise Polyolefin, Polyester,
Fluorpolymer, Polyvinylchlorid, Ethylenvinylalkohol (EVA), Polyacetal,
Polyoxymethylen (POM), Silikon, thermoplastischer Gummi oder Polyurethan oder
vorzugsweise ein Polyamid wie Nylon 6, 6/66, 11, 12 oder 6/12, das
unter Beachtung der chemischen Kompatibilität mit dem zu handhabenden Fluid ausgewählt werden
kann. Alternativ dazu kann das Kernrohr 14 aus einem vulkanisierbaren,
d. h. einem aushärtenden
oder schmelzverarbeitbaren, d. h. thermoplastischen, natürlichen
oder künstlichen Gummi
wie SBR, Polybutadien, EPDM, Butyl, Neopren, Nitril, Polyisopren,
buna-N, Copolymergummi oder einer Mischung wie Ethylenpropylengummi
extrudiert werden. Das Kernrohr 14 weist eine umfangsmäßige innere
Kernrohroberfläche 16 auf,
welche den Innendurchmesser Di des Schlauchs 10 definiert, und
eine umfangsmäßige äußere Kernrohroberfläche 18.
So wie bei den Gesamtabmessungen des Schlauchs 10 kann
die Wanddicke des Kernrohrs 14 bei speziellen ins Auge
gefassten Anwendungen variieren, wird aber typischerweise zwischen
ungefähr 0,02
bis 0,12 Inch (0,51 bis 3,1 mm) liegen.
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Obwohl
das Kernrohr 14 aus einer einstückigen Einzelschichtkonstruktion
ausgebildet werden kann, wird für
viele Anwendungen bevorzugt, dass das Kernrohr 14, wie
dargestellt, so bereitgestellt wird, dass es eine mehrschichtige
Verbundkonstruktion aufweist. In einer solchen mehrschichtigen Konstruktion
weist das Kernrohr 14 eine innerste Schicht oder Auskleidung 20 auf,
welche die innere Kernrohroberfläche 16 definiert,
und eine äußerste Schicht 22,
welche die äußere Kernrohroberfläche 18 definiert.
Zum Zwecke chemischer Widerstandsfähigkeit kann die innerste Schicht 20 in
extrudierter Form oder in einer anderen aus einem schmelzverarbeitbaren
thermoplastischen Material gebildeten Form bereitgestellt werden,
das ein Fluorpolymer, Polyamid oder Co-Polyester sein kann. So wie
hierin verwendet, ist „chemische
Widerstandsfähigkeit" so zu verstehen,
dass der Begriff die Fähigkeit
bezeichnet, dem Anschwellen, einer Craze-Bildung, Spannungsreißen, Korrosion
oder auf sonstige Weise Angriffen von schwach sauren oder alkalinen
Lösungen, Phosphat-Ester-Lösungen und
Alkoholen und anderen organischen Lösemitteln und Kohlenwasserstoffen
sowie anorganischen Lösemitteln
wie Wasser oder Sole zu widerstehen. Zu den bevorzugten Fluorpolymeren
gehören
Polytetrafluorethylen (PTFE), fluoriertes Ethylenpolypropylen (FEP)-Copolymer,
Perfluoralkoxy (PFA)-Harz, Polychlortrifluorethylen (PCTFE)-Copolymer,
Ethylenchlortrifluorethylen (ECTFE)-Copolymer, Ethylentetrafluorethylen
(ETFE)-Terpolymer, Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polyvinylfluorid
(PVF) und Copolymere sowie Mischungen davon. Aus Kostenüberlegungen
kann die Wanddicke der innersten Schicht 20 auf das absolut
notwendige Minimum beschränkt
werden, um den gewünschten
Lösemittel-,
Gas- oder Flüssigkeitspermeationswiderstand
bereitzustellen und kann bei den meisten Anwendungen zwischen ungefähr 2 bis
30 mils (0,05 bis 0,76 mm) liegen.
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Die äußerste Schicht 22 wiederum
wird als aus einem relativ flexiblen polymeren Material ausgebildet
bereitgestellt, welches thermoplastisch oder auf andere Weise schmelzverarbeitbar
oder alternativ dazu vulkanisierbar oder auf andere Weise quervernetzbar
oder aushärtend
sein kann. Ein solches Material kann spezifisch nach Flexibilität ausgewählt werden,
das heißt
als Material mit einem niedrigeren Biegemodul als jener des Materials,
welches die innerste Schicht 20 bildet, oder sonst nach
Temperaturleistung und/oder Kompatibilität mit dem Kernrohr 14. Geeignete
Materialien schließen
Kunststoffe wie Polyamide, Polyester, Polyurethane, Polyolefine,
Polyvinylchloride, Polyacetale, Ethylenvinylalkohole, Polyoxymethylene,
natürliche
Gummis wie Hevea und thermoplastische, d. h. schmelzverarbeitbare
oder aushärtende,
d. h. vulkanisierbare, synthetische Gummis wie Fluorpolymer, Chlorsulfonat,
Polybutadien, Butyl, Neopren, Nitril, Polyisopren und buna-N, Copolymergummis
wie Ethylenpropylen (EPR), Ethylenpropylendienmonomer, Nitrilbutadien
(NBR) und Styrolbutadien (SBR) oder Mischungen wie Ethylen oder
Propylen-EPDM, EPR oder NBR und Copolymere und Mischungen von irgendeinem
des vorhergehend Genannten ein. Der Begriff „synthetische Gummis" sollte so verstanden
werden, dass er auch Materialien umfasst, welche alternativ grob
als thermoplastische oder aushärtende
Elastomere klassifiziert werden können, wie beispielsweise Polyurethane,
Silikone, Fluorsilikone, Styrolisoprenstyrol (SIS) und Styrolbutadienstyrol
(SBS) sowie andere Polymere, welche gummiähnliche Eigenschaften aufweisen,
beispielsweise weichmacherhaltige Nylons, Polyester, Ethylenvinylacetate
und Polyvinylchloride. So wie in der vorliegenden Beschreibung verwendet, liegt
die herkömmliche
Bedeutung des Begriffs „elastomer" im Sinne des Aufweisens
gummiähnlicher
Eigenschaften der Compliance, Nachgiebigkeit oder Kompressionsabweichung,
geringer Verformungsrest, Flexibilität und die Fähigkeit, sich nach der Verformung
wieder zu erholen, d. h. Spannungsrelaxation.
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Vorzugsweise
wird die äußerste Schicht 22 aus
einem Material gebildet, welches mit der innersten Schicht 20 kompatibel
oder auf sonstige Weise direkt damit verbindbar ist. Alternativ
dazu können die
zwei Schichten, falls sie inkompatibel sind, mit Hilfe einer Verbindungsschicht
in einer im Folgenden beschriebenen Weise verbunden werden. Aus Überlegungen
der Festigkeit und Flexibilität
heraus kann die Wanddicke der äußersten
Schicht 22 dicker als jene der innersten Schicht 20 sein
und wird typischerweise von ungefähr 15 mils (0,38 mm) bis ungefähr 110 mils
(2,8 mm) reichen.
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Die
Kernschichten 20 und 22 können durch Extrusion, Co-Extrusion oder sequentielle
Extrusion hergestellt werden, und – wenn sie aus kompatiblen Materialien
ausgebildet werden – dadurch
quervernetzt oder auf andere Weise an ihrer Schnittstelle in eine
integrale, rohrförmige
Verbundstruktur chemisch verbunden oder fusionsverbunden werden.
Wenn sie jedoch aus chemisch ungleichen oder auf sonstige Weise
inkompatiblen Materialien ausgebildet sind, kann eine haftungsfördernde
Oberflächenbehandlung
durchgeführt
oder es kann eine Zwischenbindungs- oder Zwischenverbindungsschicht,
die als Phantomzeichnung bei 24 in 1 dargestellt
ist, mit den Schichten 20 und 22 co-extrudiert,
d. h. „tri-extrudiert" oder sequentiell
extrudiert oder dazwischen aufbeschichtet werden, so dass sie aus
einem Material ausgebildet werden, das mit beiden Materialien der
Schichten 20 und 22 klebebindungskompatibel ist.
Vorzugsweise wird die Zwischenschicht 24 aus einem Material
ausgebildet, welches auch gegenüber einer
Lösemittelpermeation
widerstandsfähig
ist und welches im Allgemeinen elastischer als das Material ist,
das die Schicht 20 ausbildet. Zu geeigneten Materialien
zählen
PVDF, PVF, Polyvinylacetat (PVA), Methylacryle, Urethane, Polyvinylchloride,
Polyolefine und Copolymere, Legierungen und Mischungen davon sowie
thermoplastische oder aushärtende Gummis.
Die Wanddicke der Zwischenschicht wird typischerweise weniger als
oder ungefähr
gleich der Wanddicke der inneren Schicht 20 sein. Verbundrohre
des hierin behandelten Typs werden weiterhin in den US-Patentschriften
Nr. 3,561,493; 5,076,329; 5,167,259; 5,284,184; 5,383,087; 5,419,374; 5,460,771;
5,469,892; 5,500,257; 5,554,425; 5,566,720; 5,622,210; 5,678,611;
und 5,743,304 beschrieben und werden im Handel von ITT Automotive,
Inc. (Auburn Hills, MI) und von Pilot Industries, Inc. (Dexter,
MI) vertrieben.
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Im
Hinblick auf die spiralgewickelte Konstruktion, die in 1 und 2 dargestellt
wird, werden mindestens zwei – wie
gezeigt – und
bis zu acht oder mehr Verstärkungsschichten, 30a–b, über dem
Kernrohr 14 angeordnet. Jede der Verstärkungsschichten 30 kann
auf herkömmliche
Weise als geflochtene, gestrickte, verpackte oder – wie gezeigt – spiralenförmige, d.
h. schraubenförmige
Wicklung von beispielsweise 1 bis ungefähr 60 Enden Monofilament, kontinuierlichem
Multifilament, d. h. als Garn, in Strangform, Bindfaden, Vorgarn,
Faden, Band oder Lage oder „kurzstapelige" Stränge eines
Fasermaterials ausgebildet sein. Das Fasermaterial, das in den Schichten 30a–b gleich
oder unterschiedlich sein kann, kann ein natürliches oder synthetisches
polymeres Material wie Nylon, Baumwolle, Polyester, Polyamid, Aramid,
Polyolefin, Polyvinylalkohol (PVA), Polyvinylacetat oder Polyphenylenbezobisoxazol (PBO)
oder eine Mischung, ein Stahl, der rostfrei oder galvanisiert sein
kann, Messing, Zink oder verzinkt, oder ein anderer Metalldraht
oder eine Mischung davon sein. In einer geflochtenen Konstruktion
(nicht dargestellt), welche auch zusätzliche spiralgewickelte, verpackte
und/oder gestrickte Schichten enthalten kann, kann jede der Verstärkungsschichten unter
Spannung in einem Nickwinkel von zwischen ungefähr 45 bis 63° geflochten
werden, unter Verwendung von zwischen 12 bis 96 Trägern, von
denen jeder von 1 bis ungefähr
32 Enden eines 420 bis 6.600 Denier (470 bis 7400 Decitex) Multifilament-Aramid-,
Polyester-, Nylon-, PVA- oder PBO-Garns aufweist.
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In
der dargestellten spiralgewickelten Konstruktion 10 von 1 und 2,
welche auch zusätzliche
geflochtene und/oder gestrickte Schichten (nicht dargestellt) enthalten
kann, sind die Verstärkungsschichten 30 entgegengesetzt
in Paaren gewickelt, um Verdrehungszwirneffekte auszugleichen. Für jede der
spiralgewickelten Schichten 30a–b können von 1 bis ungefähr 60 parallele
Enden von vorzugsweise einem 420–6600 Denier (470–7400 Decitex)
Multifilament-Aramid-, Polyester-, Nylon-, PVA- oder PBO-Garn schraubenförmig unter
Spannung in eine Richtung gewickelt werden, d. h. entweder links oder
rechts, wobei die nächste,
unmittelbar darauffolgende Schicht 30 in die entgegengesetzte
Richtung gewickelt wird. Die Schichten 30a–b können wie
in 1 dargestellt direkt über die äußere Fläche 18 des Kerns 14 oder
alternativ dazu über
eine oder mehrere dazwischenliegende Verstärkungsschichten gewickelt werden,
mit einem vorbestimmten Nickwinkel, der in 1 mit θ für Schicht 30a und
mit –θ für Schicht 30b bezeichnet
wird, gemessen relativ zur Längsachse 12 des
Schlauches 10. Die Schichten können weiterhin so gewickelt
werden, dass das Garn oder das andere Ende eine Drehung im Uhrzeigersinn
oder gegen den Uhrzeigersinn von zwischen 0 und ungefähr 2 Drehungen
pro Zentimeter aufweisen, welche so wie vom Hersteller geliefert
durchgeführt
werden kann, d. h. gemäß Herstellerdrehung, oder
die durchgeführt
wird, während
die Enden gespult werden. Wie auf dem Fachgebiet bekannt, kann die
Drehung variiert werden, um beispielsweise die Biegeermüdung und/oder
Druckfestigkeit des Schlauches zu optimieren oder den Schlauchdurchmesser
oder die Kosten für
den Schlauch zu minimieren.
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Für typische
Anwendungen wird der Nickwinkel Θ so
ausgewählt,
dass er zwischen ungefähr 40
bis 65° liegt,
kann aber insbesondere in Abhängigkeit
von der gewünschten
Konvergenz von Stärke, Dehnung,
Gewicht und Eigenschaften der räumlichen
Ausdehnung von Schlauch 10 ausgewählt werden. Im Allgemeinen
weisen höhere
Nickwinkel oberhalb von ungefähr
54,7° eine
verringerte radiale Ausdehnung des Schlauchs unter Druck, aber eine
erhöhte
axiale Dehnung auf. Für
Hochdruckanwendungen wird im Allgemeinen ein „neutraler" Nickwinkel von ungefähr 54,7° bevorzugt,
um die Dehnung auf ungefähr ±3% der
ursprünglichen
Schlauchlänge
zu minimieren. Jede der Schichten 30 kann im selben oder
in einem anderen absoluten Nickwinkel gewickelt werden, und es ist
bekannt, dass die Nickwinkel von je weiligen Verstärkungsschichten
variiert werden können,
um sich auf die physikalischen Eigenschaften des Schlauches auszuwirken.
In einer bevorzugten Konstruktion werden die Nickwinkel von Verstärkungsschichten 30a–b jedoch
ungefähr
in gleicher Weise, aber umgekehrt in aufeinanderfolgenden Schichten
bereitgestellt.
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Wichtig
ist, dass die Spannung und die Flächendeckung, mit welcher die
Verstärkungsschichten 30 geflochten,
gewickelt oder gestrickt werden, variiert werden können, um
die gewünschte
Flexibilität
zu erzielen, welche durch Biegeradius, Biegekräfte oder dergleichen des Schlauches 10 gemessen
werden kann. Für
die spiralgewickelten Schichten 30a–b, die in 1 und 2 dargestellt
sind, werden die bildenden Garne oder anderen Enden im Allgemeinen mit
oder ungefähr
100% Deckung aufgetragen, so dass im Wesentlichen zwischen aufeinanderfolgenden
Drehungen kein Raum oder keine Zwischenfläche besteht, und unter einer
Spannung von zwischen ungefähr
0,12 bis 10,0 ft-lbs (0,53–44,3
N). Auf diese Weise – und
wie im Folgenden näher
erläutert – kann der
Grad der Benetzung der einzelnen Faserfilamente, welche die Verstärkungsschichten 30 umfassen, durch
ein aufgetragenes Bindemittel, beispielsweise ein Klebemittel, Lösemittel,
einen Klebrigmacher, ein Harz oder einen Weichmacher, geregelt werden.
Im Fall eines Garns, Bindfadens, Vorgarns oder einer anderen Strangfaser
kann das Benetzen auch durch das Drehen davon geregelt werden, wobei
es sich vorzugsweise um eine „Z"- oder „S"-Drehung von zwischen
ungefähr
0,15 bis 3,5 Drehungen pro Inch (0,6 bis 1,38 Drehungen pro cm)
Länge handelt.
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Um
die Dehnung und Kontraktion des Schlauches 10 besser kontrollieren
zu können
und um die Impulsermüdungslebenszeit
zu verbessern, kann die innerste Verstärkungsschicht 30a mit
Hilfe von Fusion, durch mechanische, chemische oder klebrige Bindung
oder eine Kombination davon oder auf andere Weise mit der äußeren umfangsmäßigen Außenoberfläche 18 des
Kernrohrs 14 verbunden werden. Vorzugsweise weist eine
solche Bindung eine Festigkeit von mindestens ungefähr 4 pli
(Pfund pro laufendem Inch (0,72 kg/Laufzentimeter) auf und kann
durch Solvatisierung, Klebrigmachung oder Weichmachung der Kernrohraußenoberfläche 18 mit einem
geeigneten Lösemittel,
wie Karbonsäure
oder eine andere organische Säure,
Klebrigmacher oder Weichmacher, wie eine wässrige oder andere Lösung eines
Amins wie n-Methylpyrrolidon
oder ein Phenol wie Metacresol oder Resorcinol oder unter Verwendung
von Urethan, Epoxidharz, Vinylchlorid, Vinylacetat, Methylacryl
oder andere Klebemittel ausgeführt
werden, welche eine Affinität
für die
Materialien haben, welche das Rohr 14 und die Schicht 30a bilden,
oder sonst in der Weise, die zum Beispiel in den US-Patentschriften
Nr. 3,654,967; 3,682,201; 3,773,089; 3,790,419; 3,861,973; 3,881,975; 3,905,398;
3,914,146; 3,982,982; 3,988,188; 4,007,070; 4,064,913; 4,343,333;
4,898,212 und in der japanischen (Kokai) Beschreibung Nr. 10-169854 A2
und der kanadischen Patentschrift Nr. 973,074 beschrieben werden.
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Die äußerste Verstärkungsschicht 30b wiederum
kann innerhalb einer oder mehrerer Schichten einer koaxialumgebenden
Schutzschicht oder -hülle, die
mit 40 bezeichnet wird, umhüllt werden, welche eine umfangsmäßige innere
Oberfläche 42 und
eine entgegengesetzte umfangsmäßige äußere Oberfläche 44 aufweist.
In Abhängigkeit
von ihrer Konstruktion kann die Abdeckung 40 sprühaufgetragen, tauchbeschichtet,
kreuzkopf- oder co-extrudiert oder auf sonstige herkömmliche
Weise extrudiert, spiralenförmig
oder längsseitig
aufgetragen werden, d. h. als „Zigarette", verpackt oder über die
Verstärkungsschicht 30b,
beispielsweise als 0,02 bis 0,15 Inch (0,5 bis 3,8 mm) dicke Schicht
eines abriebfesten, vorzugsweise schmelzverarbeitbaren, thermoplastischen
Materials geflochten werden, als Copolymer, Legierung oder Mischung
einer Faser, Glas, Keramik oder metallgefülltes oder ungefülltes Polyamid,
Polyolefin, Polyester, Polyvinylchlorid, Fluorpolymer, thermoplastischer
Gummi (TPR), thermoplastisches Elastomer (TPE), thermoplastisches
Olefin (TPO) oder – am
bevorzugtesten – thermoplastisches
Polyurethan(TPU)-Elastomer. Unter „abriebfest" ist zu verstehen,
dass das thermoplastische Material zum Ausbilden der Abdeckung 30 eine
Härte von
zwischen ungefähr
60 bis 98 Shore A Durometer aufweisen kann. Wie beim Kern 14 kann
die Abdeckung 40 alternativ dazu aus einem vulkanisierbaren
natürlichen
oder synthetischen Gummi wie SBR, Polybutadien, EPDM, Butyl, Neopren,
Nitril, Polyisopren, Silikon, Fluorsilikon, buna-N, Copolymergummis oder Mischungen wie
Ethylenpropylengummi ausgebildet werden. Jedes dieser Materialien,
welches die Abdeckung 60 ausbildet, kann mit Metallpartikeln,
Russ oder anderen elektrisch leitenden Partikeln, Flocken oder Faserfüllern gefüllt werden,
um den Schlauch 10 elektrisch leitend für statische Ableitung oder
andere Anwendungen zu machen. Getrennte elektrisch leitende Faser-
oder Harzschichten (nicht gezeigt), welche in der Form von Spiralen
oder „zigarettenverpackten" Bändern oder
auf andere Weise bereitgestellt werden, können ebenfalls in die Schlauchkonstruktion 10 zwischen
dem Kern 14 und der innersten Verstärkungsschicht 30a,
zwischen den Verstärkungsschichten 30 oder
zwischen der äußersten
Verstärkungsschicht 30b und
der Abdeckung 40 aufgenommen werden.
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Ähnlich wie
beim Verbinden des Kerns 14 mit der innersten Verstärkungsschicht 30a,
kann die innere Oberfläche 42 der
Abdeckung 40 mit der äußersten
Verstärkungsschicht 30b verbunden
werden. Eine solche Verbindung kann wiederum durch Fusion, chemische,
mechanische oder Klebemittel oder eine Kombination davon oder mit
Hilfe anderer Mittel erfolgen und wird vorzugsweise eine Festigkeit
von mindestens ungefähr
8 pli (1,43 kg/Laufzentimeter) aufweisen. Wie zuvor, kann die Verbindung
durch Solvatisierung, Klebrigmachen oder Weichmachen der Oberfläche der äußersten
Verstärkungsschicht 30b mit
einem geeigneten Lösemittel,
wie Karbonsäure
oder eine andere organische Säure,
Klebrigmacher oder Weichmacher, wie eine wässerige oder eine andere Lösung eines
Amins erfolgen, wie n-Methylpyrrolidon oder mit einem Phenol wie
Metacresol oder Resorcinol oder durch Verwendung von Urethan oder
eines anderen Klebemittels mit einer Affinität für die Materialien, welche die
Verstärkungsschicht 30b und
die Abdeckung 40 ausbilden oder auf andere in den oben
zitierten Referenzen beschriebene Weise oder in der Weise, die in
Zusammenhang mit dem Verbinden zwischen Schichten 30a–b beschrieben wird.
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In
der dargestellten Mehrschichtkonstruktion der Abdeckung, die in 1 und 2 gezeigt
wird, wird die Abdeckung 40 als Abdeckung mit einer innersten
Abdeckschicht 46 bereitgestellt, welche aus einem ersten,
vorzugsweise thermoplastischen Material ausgebildet wird und welche
die innere Abdeckfläche 42 und
eine umgebende äußerste Abdeckschicht 48 definiert,
welche aus einem zweiten, vorzugsweise thermoplastischen Material
gebildet wird, und welche die äußere Abdeckfläche 44 definiert.
In Abhängigkeit
von der Anwendung können
die relativen Dicken der Schichten 46 und 48 unterschiedlich oder
ungefähr
gleich sein. Um jedoch die Flexibilität des Schlauches 10 weiter
zu verbessern, kann das erste thermoplastische Material, welches
die innerste Abdeckschicht 46 bildet, so ausgewählt werden, dass
es einen Biegemodul aufweist, der geringer als der Biegemodul der äußersten
Abdeckschicht 48 ist. Auf diese Weise kann die Dicke der
weniger flexiblen äußersten
Abdeckschicht 48 im Vergleich zu einer Einzelschichtkonstruktion
der Abdeckung 40 verringert werden. Obwohl viele Materialkombinationen verwendet
werden können,
kann das erste thermoplastische Material, welches die flexiblere
innerste Schicht 46 ausbildet, ein Polyamid, Polyolefin,
Polyester, EVA, TPO, TPE, TPU, TPR, Fluorelastomer oder ein anderes
Fluorpolymer, Polyvinylchlorid, Silikon, Polyurethan, ein natürlicher
oder synthetischer Gummi oder ein Copolymer einer Mischung davon sein,
wobei das zweite Material in unabhängiger Weise weniger flexibel
aber härter
ist, d. h. mindestens ungefähr
60 Shore A Durometer aufweist, und als gefülltes oder ungefülltes Polyamid,
Polyurethan, Polyester, Polyolefin, Fluorpolymer, TPE, Ionomerharz wie „Surlyn®" (DuPont, Wilmington,
DE) oder ein Copolymer oder eine Mischung davon vorliegt. Falls
aus chemisch kompatiblen thermoplastischen Materialien ausgebildet,
können
die jeweiligen Schichten 44 und 46 an ihrer Schnittstelle
fusionsverbunden werden. Wenn sie aus chemisch inkompatiblen Materialien ausgebildet
sind, können
die jeweiligen Schichten 44 und 46 alternativ
dazu mit einem Klebemittel oder mit Hilfe einer Oberflächenbehandlung
oder Verbindungsschicht (nicht dargestellt), die dazwischen angeordnet
ist, miteinander verbunden werden.
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Um
nun wieder auf 1 und 2 zu sprechen
zu kommen, sei gesagt, dass jede der Verstärkungsschichten, wie die Schicht 30a,
innerhalb des Schlauches 10 typischerweise chemisch und
in den meisten Fällen
auch mechanisch mit ihrer darauffolgenden Schicht, wie der Schicht 30b,
verbunden ist, um den effizienteren Transfer von induzierten internen
oder externen Spannungen bereitzustellen. Unter „chemisch verbunden" ist zu verstehen,
dass die Schichten miteinander durch Fusion oder Quervernetzung
direkt oder indirekt durch ein dazwischenliegendes Klebemittel,
Harz oder eine andere Zwischenschicht, wie in 1 und 2 mit
60 bezeichnet, verbunden sind, so dass Atome der Materialien, welche
die Verstärkungsschichten 30a–30b bilden, mit
Atomen der anderen Schicht 30a oder 30b oder mit
Atomen des Materials, das die Zwischenschicht 60 bildet,
verbunden sind. Die chemische Bindung kann entweder kovalent, ionisch
oder hydridisch sein – d.
h. Wasserstoff-, Brückenbindung – und führt gemeinsam
mit jeder beliebigen mechanischen Bindung zur Bildung einer integralen
Verstärkungsstruktur,
welche zum Beispiel eine Zwischenschichtverbindung, d. h. 270° Abziehfestigkeit
per ASTM D413-98, „Standard
Test Methods for Rubber Property- Adhesion
to Flexible Substrates",
von mindestens ungefähr 6,0
pli (1,07 kg/Laufzentimeter) aufweisen. Gemäß den Prinzipien der vorliegenden
Erfindung wird jedoch die radiale Penetration oder ein anderes „Benetzen" der einzelnen Filamente
der Fasern, welche die Verstärkungsschichten 30 ausbilden,
durch die aufgetragene flüssige
Form eines Bindemittels, das ein Klebemittel, Harz, Weichmacher,
Klebrigmacher, Lösemittel
oder dergleichen sein kann, minimiert oder auf sonstige Weise derart
geregelt, dass im Wesentlichen nur die Oberflächenfilamente oder ein anderer
Abschnitt der Filamente dieser Fasern durch das Bindemittel berührt werden.
Auf diese Weise werden die restlichen Filamente nicht verbunden
und bleiben dadurch frei, um sich auszudehnen oder auf andere Weise
zu biegen, während
sie eine optimale und konsequente Spannungsverteilung bereitstellen. Typischerweise
wird der benetzte Abschnitt der Filamente ein geringerer Abschnitt
der Verstärkungsfasern
sein, d. h. zwischen ungefähr
0,5 bis 20 Prozent entweder nach Gesamtgewicht, Filamentanzahl oder Volumendurchschnitt,
wobei der größere Abschnitt der
unbenetzte Rest ist.
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In
einer dargestellten Ausführungsform
wird das Bindemittel als Klebemittel in Form eines schmelzverarbeitbaren
oder vulkanisierbaren Materials bereitgestellt, das extrudiert oder
auf sonstige Weise in einer geschmolzenen, erweichten oder anderen
Weise fließfähigen Phase über die
Verstärkungsschicht 30a aufgetragen
wird, um die Zwischenschicht zu bilden, die in 1 und 2 mit 60 bezeichnet
wird, welche eine Dicke von zwischen ungefähr 1 bis 25 mils (0,025–0,64 mm)
aufweisen kann. Die Verstärkungsschicht 30b kann
dann über die
Zwischenschicht 60 gewickelt werden, während sie sich noch in ihrer
erweichten Phase befindet. Alternativ dazu kann im Fall einer thermoplastischen Zwischenschicht 60 die
Schicht wieder erhitzt werden, um vor dem Wickeln der Verstärkungsschicht 30b ihr
Wiedererweichen durchzuführen.
Der Begriff „erweichen" wird im vorliegenden
Dokument in seiner breitesten Bedeutung verwendet, um einen Übergang
von einer formstabilen kristallinen oder glasartigen festen Phase
zu einer fließfähigen Flüssigkeit, Halbflüssigkeit
oder sonstigen viskosen Phase zu bezeichnen, welche im Allgemeinen
dadurch gekennzeichnet sein kann, dass sie eine intermolekulare Kettenrotation
aufweist. Für
jegliche Anzahl von Verstärkungsschichten 30,
die in der Konstruktion des Schlauches 10 bereitgestellt
werden, kann eine getrennte Zwischenschicht 60 zwischen
der Schicht 30 und jeder darauffolgenden Schicht 30 zwischengelegt
werden, um eine Bindung gemäß der vorliegenden
Erfindung dazwischen auszuführen.
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Das
Material, welches die Zwischenschicht 60 bildet, kann speziell
für eine
Hochtemperaturleistung, Flexibilität oder sonst für Kompatibilität mit den Verstärkungsschichten 30 ausgewählt werden.
Zu geeigneten Materialien zählen
natürliche
Gummis wie Hevea und thermoplastische, d. h. schmelzverarbeitbare
oder aushärtende,
d. h. vulkanisierbare, Harze, welche so zu verstehen sind, dass
sie grob gesagt auch Materialien einschließen, welche als Elastomere
oder Heißschmelzmassen
bezeichnet werden. Repräsentative
Harze schließen
weichgemachte oder nicht weichgemachte Polyamide wie Nylon 6, 66,
11 und 12, Polyester, Copolyester, Ethylenvinylacetate, Polybutylen-
oder Polyethylenterephthalate, Polyvinylchloride, Polyolefine, Fluorpolymer,
thermoplastische Elastomere, thermoplastische Heizschmelzmassen,
Copolymergummis, Mischungen wie Ethylen- oder Propylen-EPDM, EPR oder NBR, Polyurethane
und Silikone ein. Im Fall von thermoplastischen Harzen weisen diese
Harze typischerweise Erweichungs- oder Schmelzpunkte, d. h. Vicat-Temperaturen,
von zwischen ungefähr
77–250°C auf. Für amorphe
oder andere thermoplastische Harze, welche keine klar definierte
Schmelzspitze aufweisen, wird der Begriff Schmelzpunkt auch austauschbar
mit Glasübergangspunkt
verwendet.
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In
Abhängigkeit
von der Zusammensetzung der Schichten 30a–b gegenüber jener
der Zwischenschicht 60, kann das Material, welches die
Zwischenschicht 60 bildet, mit zwischen ungefähr 0,1 bis 15,0%
Gesamtgewicht eines Haftverstärkers,
beispielsweise von Maleinsäureanhydrid,
Methylmethacrylat, Polyhydroxystyrol oder einer Mischung, Legierung
oder einem Gemisch davon, modifiziert werden. Solche Verstärker helfen
bei der Bildung von chemischen Bindungen zwischen den Schichten
und im Fall von thermoplastischen Harzmaterialien erhöhen sie
die Temperaturfestigkeit ohne eine entsprechende Steigerung des
Biegemoduls. Ähnliche
Behandlungen können
auch bei den Fasermaterialien angewendet werden, welche die Verstärkungsschichten 30 bilden.
Solche Behandlungen können – wie auch
weiterhin in der internationalen Anmeldung (PCT) Nr. WO 95/22576
beschrieben – ein
Haftmittelsystem einschließen,
welches ein Isocyanat und eines oder mehrere mehrfach ungesättigte Heteroatompolymere
umfasst. Alternativ dazu kann eine herkömmlichere Resorcinolformaldehydlatex(RFL)-Behandlung
angewendet werden.
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Das
Material, welches die Zwischenschicht 60 bildet, oder in
einer oder mehreren der Zwischenschichten 60 ist, welche
nahe bei oder von dem Kernrohr 14 in einer Konstruktion 10 beabstandet
sein können,
welche mehr als zwei Verstärkungsschichten 30 aufweist,
können
auch mit Metallpartikeln, Russ oder anderen elektrisch leitenden
Füllmaterialien
gefüllt
sein, um den Schlauch 10 elektrisch leitend für statische
Ableitung oder andere Anwendungen zu machen. Im Gegenzug kann durch
Auswahl einer hydrophoben Faser für die Verstärkungsschichten 30a–b und die
Verwendung eines Harzes als Bindemittel dafür eine elektrisch nicht-leitende
spiralgewickelte oder andere Schlauchkonstruktion erzeugt werden.
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Die
Zwischenschicht 60 kann alternativ dazu als Co-Extrusion, Laminat
oder ein anderes Verbundsystem bereitge stellt werden, das aus zwei
oder mehr aufeinanderfolgenden Schichten gebildet wird, wobei jede
der Schichten aus einem anderen Harz gebildet wird, das zum Beispiel
ausgesucht wird, um kompatibel mit oder auf andere Weise affin zu
einer benachbarten Verstärkungsschicht 30 zu
sein. Auf diese Weise können
die Verstärkungsschichten 30a–b, welche
aus Materialien mit unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen
gebildet sind, effektiv über
eine Verbundzwischenschicht 60 hinweg verbunden werden.
Wenn die unterschiedlichen Harze innerhalb der jeweiligen Schichten
der Verbundzwischenschicht 60 selbst inkompatibel sind,
können eine
oder mehr Zwischenverbindungsschichten, die aus einem oder mehreren
kompatibilisierenden Harzen gebildet sind, zwischen den inkompatiblen
Harzschichten bereitgestellt werden, um über die Gesamtheit der Zwischenschicht 60 hinweg
eine Bindung auszuführen.
Repräsentative
Beispiele eines zweischichtigen Harzsystems für die Zwischenschicht 60 schließen Polyvinylchloridpolyester,
Polyamidpolyurethan, Polyester- und Copolyesterurethan, Polyvinylidenfluoridpolyurethan
und Polyolefinpolyester-Kombinationen
ein. Jedes dieser Harze innerhalb der jeweiligen Schichten der Verbundzwischenschicht 60 kann
durch einen Haftungsverstärker
verstärkt
oder sonst gefüllt
oder in der zuvor beschriebenen Weise modifiziert werden.
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In
einer alternativen Ausführungsform
kann ein herkömmliches
mit Luftfeuchtigkeit aushärtendes Urethan,
oder ein Epoxidharz, Silikon oder ein anderes Klebemittel anstatt
des Harzes verwendet werden, das die Zwischenschicht 60 bildet.
In einer anderen alternativen Ausführungsform können die
Verstärkungsschichten 30 direkt
durch Solvatisierung, Weichmachen oder Klebrigmachen der Filamente der
Fasern verbunden werden, welche die Verstärkungsschichten 30 bilden.
In dieser alternativen Ausführungsform
kann das Bindemittel als Lösemittel, beispielsweise
als organische Säure,
oder als eine wässerige
oder andere Lösung
eines Klebrigmachers oder Weichmachers bereitgestellt werden, die ein
Amin wie n-Methylpyrrolidon oder ein Phenol wie Metacresol oder
Resorcinol sein können.
Die Lösung kann über die
Verstärkungsschicht 30a aufgetragen werden,
beispielsweise indem der Schlauchkorpus durch ein Bad der Lösung geführt wird.
Wenn eine Verstärkungsschicht 30a auf
diese Weise erweicht wurde, kann danach die Verstärkungsschicht 30b darauf
gewickelt werden, um die zwei Schichten beispielsweise durch Fusion
zu einer integralen Struktur zu verbinden, wobei die Schicht 30b ebenfalls
durch einen Film des Weichmachers, Lösemittels oder Klebrigmachers
erweicht wird, die an der Verstärkungsschicht 30a haften
können.
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Wichtig
ist, dass die Viskosität
des Klebemittels, Harzes, Lösemittels,
Weichmachers, Klebrigmachers oder anderen Bindemittels, das extrudiert,
als Schicht aufgetragen, gesprüht
oder auf sonstige Weise über
die Verstärkungsschicht 30a aufgetragen wird,
entweder intrinsisch oder durch Zugabe, Auswahl oder Modifikation
von Trägern,
Verdickungsmitteln oder anderen Zusatzmitteln geregelt wird, um mindestens
zum Beispiel ungefähr
20.000 Centipoise aufzuweisen, um so ihre Sättigung der Filamente der Fasern
zu begrenzen, welche die Verstärkungsschichten 30 bilden.
In dieser Hinsicht kann auf 3A Bezug
genommen werden, in der eine vergrößerte radiale Querschnittansicht
von Schlauch 10 der 1 und 2 schematisch
bei 70 dargestellt wird. wie in 3A zu
sehen, ist die Penetration der Haftmittelzwischenschicht 60 in
die einzelnen Filamente, von denen eines mit 72 bezeichnet
wird, der Garne 74, welche die Verstärkungsschichten 30a–b bilden,
derart begrenzt, dass die Mehrheit der Filamente 72 von
der Klebemittelschicht 60 nicht berührt und infolgedessen nicht
verbunden werden. Vielmehr sind es im Wesentlichen nur die umfangsmäßigen äußeren und
inneren Flächen,
jeweils mit 76 und 78 gekennzeichnet, definiert
durch einen entsprechenden inneren und äußeren Verlauf der Filamente
der Fasern, welche die Verstärkungsschichten 30a und 30b bilden,
welche durch die Klebemittelschicht 60 benetzt und verbunden
werden. Im Gegensatz dazu – und
wie unter Bezug auf die vergleichende Ansicht des Stands der Technik,
in 3B mit 80 gekennzeichnet, zu sehen ist,
sättigt
die Klebemittelschicht 82, die bisher auf dem Fachgebiet
als bekannt galt, im Wesentlichen vollständig die einzelnen Filamente 84 der
Garne 86, welche die Verstärkungsschichten 88a–b bilden,
wodurch sich ein schwererer und weniger flexibler Schlauch ergibt.
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Wie
unter nochmalige Bezugnahme auf 3A bei 90 zu
sehen ist, kann auch eine zweite Klebemittelschicht 60 verwendet
werden, um die innerste Verstärkungsschicht 30a mit
der äußeren Kernrohroberfläche 18 zu
verbinden. Wie zuvor, wird die Viskosität des Klebemittels, Harzes,
Lösemittels, Weichmachers,
Klebrigmachers oder anderen Bindemittels, das extrudiert, als Schicht
aufgetragen, gesprüht
oder auf andere Weise auf das Kernrohr 14 aufgetragen wird,
derart geregelt, dass ihre Sättigung der
Filamente der Fasern, welche die Verstärkungsschicht 30a bilden,
begrenzt wird. In dieser Hinsicht ist es im Wesentlichen nur die
umfangsmäßige innere
Oberfläche,
mit 92 gekennzeichnet, definiert durch einen inneren Verlauf
der die Verstärkungsschicht 30a bildenden
Fasern, welche durch die Klebemittelschicht 92 benetzt
und verbunden wird. Im Gegenzug – und wie unter nochmalige
Bezugnahme auf die vergleichende Ansicht des bekannten Stands der
Technik, in 3B mit 80 gekennzeichnet,
zu sehen ist – sättigt die
Klebemittelschicht 82 – die
bisher als auf dem Fachgebiet bekannt galt – vollständig die einzelnen Filamente 84 des
Garns 86, welches die Verstärkungsschicht 88a bildet,
beim Verbinden dieser Schicht mit der äußeren Oberfläche 18 des
Kernrohrs.
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Zusätzlich oder
als Alternative zur Regelung der Viskosität des Bindemittels kann die
Penetration des Bindemittels in die Verstärkung durch die Spannung oder
Deckung des Garns oder anderer Fasern, welche die Verstärkung bilden, geregelt
werden, und/oder – im
Fall eines Garns, Bindfadens, Vorgarns oder anderer Strangfasern – über ihre
Drehung. Auf diese Weise kann die scheinbare oder effektive Porosität der Verstärkung relativ
zum Bindemittel verringert werden, was zu einer Verringerung der
Sättigung oder
anderen Benetzung der Verstärkung
durch das Bindemittel führt.
Im Allgemeinen werden höhere
Deckungen, Spannungen und Drehungen beobachtet werden, welche die
Fasern – und
infolgedessen die von diesen gebildeten Verstärkungsschichten – weniger
porös machen
werden.
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Alternativ
dazu können
Verstärkungsschichten 30a–b gestrickt,
geflochten oder gewickelt werden, aus einer oder mehreren Enden
eines Garns, welches aus einer Mischung oder einem Bindfaden oder
einer anderen Filamentlage einer ersten Faser und einer zweiten
Faser besteht, die von der ersten Faser unterschiedlich ist. Wie
zuvor, können
die Garne, welche die erste und die zweite Verstärkungsschicht 30a–b bilden,
gleich oder unterschiedlich sein. Nun wird jedoch die erste Faser
mittels Polarität,
Oberflächenenergie
oder anderer chemischer oder physikalischer Eigenschaften, wie Spannung oder
Drehung, ausgewählt,
um vorzugsweise durch das Bindemittel benetzt zu werden, wobei die
zweite Faser derart ausgewählt
wird, dass sie im Wesentlichen nicht durch das Bindemittel benetzt
wird. Auf diese Weise kann der Grad der Sättigung der Verstärkungsschichten 30 durch
das Bindemittel wieder geregelt werden. In ähnlicher Weise können, anstatt ein
Garn zu verwenden, das eine Lage oder Mischung unterschiedlicher
Fasern ist, zwei oder mehrere unterschiedliche Garne, welche dieselben
oder unterschiedliche Fasern aufweisen, beim Wickeln, Flechten oder
Stricken jeder der Verstärkungsschichten 30 verwendet
werden, wobei die Garne wieder auf der Grundlage der Filamentzählung oder
Denier, Polarität,
Oberflächenenergie
oder anderer chemischer oder physikalischer Eigenschaften ausgewählt werden,
um den gewünschten
Grad an Sättigung durch
das Bindemittel zu erzielen. In der Tat können die Garne auch aus derselben
Faser gebildet werden, wobei eines der Garne mit einem Harz beschichtet
wird oder auf sonstige Weise behandelt oder gespannt oder gedreht
wird, um – je
nach Bedarf – seinen
Grad an Sättigung
durch das Bindemittel zu erhöhen
oder zu verringern. In Schläuchen 10 mit
einer solchen Konstruktion kann einer der verwendeten Fasertypen
als „opfernd" ausgewählt werden
und zwar so, dass er eine Affinität aufweist, um vorzugsweise
mit dem Bindemittel zu binden, während
einer oder mehrerer der anderen verwendeten Fasertypen derart ausgewählt werden
können,
dass er eine geringere oder im Wesentlichen keine Affinität aufweist,
mit dem Bindemittel zu binden und dadurch flexibler in der Konstruktion
bleibt, um eine bessere Verstärkungsfähigkeit
zu gewährleisten.
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Obwohl
der dargestellte Schlauch 10 als Schlauch beschrieben wurde,
bei dem zwei spiralgewickelte Verstärkungsschichten 30 verwendet
werden, können
andere Konstruktionen aufgrund der hierin enthaltenen Offenbarung
ins Auge gefasst werden. Zum Beispiel können – wie erwähnt wurde – die spiralgewickelten Schichten 30 in
Kombination mit einer oder mehreren geflochtenen Schichten verwendet
werden, die aus natürlicher,
synthetischer Faser oder Metallfaser ausgebildet sein können, in
Abhängigkeit
von den spezifischen Anforderungen der speziellen Anwendung.
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Somit
wird eine darstellende Schlauchkonstruktion beschrieben, welche
zu einem effizienten Lasttransfer zwischen den jeweiligen Komponentenschichten
der Konstruktion führt.
Eine solche Konstruktion, welche zur Gänze thermoplastisch, aus Gummi
oder eine Kombination davon sein kann, ist besonders für eine Reihe
von hydraulischen und anderen Fluidkraftanwendungen geeignet und
weist im Vergleich zu den bisher auf dem Fachgebiet bekannten Schläuchen dank
einer einzigartigen verbundenen Verstärkungskonstruktion verbesserte
Flexibilität und
Lebensdauer bei verringertem Gewicht auf.