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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Schläuche und insbesondere einen
flexiblen Metallschlauch, der zum Transportieren von fließenden Substanzen
aufgebaut ist.
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Stand der
Technik
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DE 38 04 105 offenbart einen
Metallschlauch, der durch schraubenförmiges Wickeln eines Metallstreifens
ausgebildet ist.
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Solche
streifengewickelten flexiblen Metallschläuche werden seit langem in
Anwendungen zur Handhabung von Materialien eingesetzt, wo giftige Gase
oder partikelförmige
Substanzen transportiert werden müssen. Diese Art von Schlauch
wird auch oft zum Handhaben von Lebensmittelprodukten wie beispielsweise
Getreide sowie Plastik verwendet, wo eine hohe Reinheit beibehalten
werden muss, sowie von Verbrennungsprodukten. Das fließende Material wird
durch den Schlauch hindurch durch einen Differentialdruck befördert, der über die
Länge des Schlauchs
aufgebracht wird.
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Ursprüngliche
kontinuierliche Bandausgestaltungen besaßen inhärent signifikante Nachteile. Die
verbindenden Bandkanten hatten eine Tendenz, sich bei starker Beanspruchung
zu trennen oder abzuwickeln, d.h. bei einer stärkeren Verdrehung, Verbiegung
oder während
der anfänglichen
Montage, insbesondere angrenzend an jegliche Position eines in Umfangsrichtung
verlaufenden Schnitts. Dieses Abwickeln führte zu einem Produktverlust,
verlorener Produktionszeit und Reparaturkosten. Wenn sich eine Schlauchwand
geteilt hat, war außerdem
eine erfolgreiche und andauernde Reparatur extrem schwierig zu erreichen.
Aus diesen Gründen
wurde eine sekundäre
Verstärkung
durch den Endbenutzer in der Technik gängig. Verstärkungstechniken beinhalten
das Umwickeln des Schlauchs mit Klebeband und das physikalische
Crimpen von Schneideflächen,
um ein Abwickeln zu verhindern. Diese Schritte haben Zeit, Material,
Aufwand sowie Arbeitskosten hinzugefügt.
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Das
US-Patent Nr. 3 682 203 von Foti et al. (das Patent '203) offenbart einen
aus einem schraubenförmig
aufgewickelten Metallstreifen ausgebildeten flexiblen Metallschlauch.
Die Kanten von aneinandergrenzenden Wicklungen oder Umdrehungen sind
verformt, so dass sie gleitend zusammenfalten, so dass benachbarte
Wicklungen axial gegeneinander gleiten. Diese Gleitbewegung ermöglicht eine Verbiegung
des Schlauchs. In einem herkömmlichen Schlauch
dieser Art verhindern mehrere zusammenpassende Vorsprünge und
Ausnehmungen, dass sich die Gleitflächen in der Schraubenrichtung
bewegen, während
ein Gleiten in der axialen Richtung möglich ist, wenn der Schlauch
verbogen wird. Gemäß dem Patent '203 ausgebildete
Schläuche
brauchen normalerweise keine sekundäre Verstärkung oder spezielle Handhabungstechniken
während
der Montage.
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In
dem durch das '203
Patent offenbarten Schlauch wurden die passenden Vorsprünge und Ausnehmungen
ausgebildet durch Verzahnungsmuster an Passflächen benachbarter Wicklungen. Verzahnungen
in einer Oberfläche
geraten in physikalischen Eingriff mit Verzahnungen in einer gegenüberliegenden
Oberfläche,
was die Kraft erhöht,
die erforderlich ist, um den Streifen in der Schraubenrichtung abzuwickeln,
während
eine relative axiale Bewegung der Umdrehungen vereinfacht wurde,
wenn der Schlauch verbogen wurde.
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Wenn
fließende
Substanzen durch einen Schlauch hindurch transportiert wurden, der
gemäß dem Patent '203 aufgebaut war,
war oft das Aufbringen eines Differentialdrucks erforderlich, um
die Substanz effizient zu bewegen. Die Verzahnungen bildeten Leckagekanäle hin zu
dem Schlauch oder aus dem Schlauch heraus, was die Aufrechterhaltung
eines Differentialdrucks schwierig machte. Die Massendurchflussgeschwindigkeit
von gasförmigen
oder partikelförmigen
Substanzen nahm so weit ab, dass der grundsätzliche Schlauch modifiziert
wurde, indem das Innere des Schlauchs gegen die Umgebung abgedichtet
wurde. Eine Technik bestand darin, die Verbindungen zwischen den
Umdrehungen oder Wicklungen mit einem schraubenförmigen Wulst von Dichtungsmaterial
auszukleiden, um diese Leckagekanäle zu blockieren. Obwohl diese
Technik eine Abdichtung aufrechterhalten hat, war der so modifizierte Schlauch
recht kostenintensiv in der Herstellung und daher auch teuer im
Erwerb.
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Die
vorliegende Erfindung schafft einen neuen und verbesserten flexiblen
Metallschlauch für
die Verwendung beim Transportieren von fließenden Materialien wie beispielsweise
Gasen und partikelförmigen
Substanzen, wobei der Schlauch einfach verbogen werden kann, ohne
dass die Windungen sich abwickeln, wobei der Schlauch aber dennoch
die fließenden
Materialien effektiv dort hindurchrichtet, ohne dass irgendwelche
Dichtungsmaterialien erforderlich wären.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein flexibler Metallschlauch zum Transportieren einer fließenden Substanz
geschaffen, welcher Schlauch aus einem Metallstreifen gebildet ist,
der im Allgemeinen schraubenförmig
um eine Schlauchachse herum gewickelt ist und eine im Allgemeinen
S-förmige Querschnittsgestalt
hat, die durch axial beabstandete, radial innere und äußere Körperbereiche
gebildet ist, und einander gegenüberliegende
Streifenkanten, die durch umgekehrtes Krümmen radial äußerer und innerer
Lippen gebildet sind, die sich von den jeweiligen Körperbereichen
aus erstrecken, wobei die Lippen benachbarter Schraubengänge ineinander
gepasst sind, so dass sie eine erste Oberfläche an einem Schraubengang
schaffen, die eine Gleitbewegung relativ zu einer zweiten Oberfläche eines
benachbarten Schraubengangs ausführt,
wenn der Schlauch verbogen wird, wobei folgendes vorhanden ist:
- (i) eine Vielzahl von Vorsprüngen und
Ausnehmungen an der ersten und der zweiten Oberfläche, welche
Vorsprünge
und Ausnehmungen miteinander kämmen,
damit die Oberflächen
relativ zueinander im Allgemeinen parallel zu der Schlauchachse
gleiten, während
ein relatives Gleiten in Richtungen, die nicht im Allgemeinen parallel
zu der Schlauchachse verlaufen, im Wesentlichen verhindert wird,
wobei die besagte erste Oberfläche
an einer Lippe eines Schraubengangs vorgesehen ist und die zweite
Oberfläche an
einem Körperbereich
des angrenzenden Schraubengangs, und
- (ii) eine dritte glatte Oberfläche, die an der Lippe des anderen
Schraubengangs ausgebildet ist und in einen dichtenden Eingriff
mit einer sich anpassenden Dichtungsfläche vorgespannt ist, wobei der
dichtende Eingriff zwischen der dritten und der sich anpassenden
Dichtungsfläche
sich kontinuierlich entlang des Schlauchs auf einem im Allgemeinen
schraubenförmigen
Weg erstreckt, um das Auflaufen des fließenden Materials zwischen der
ersten und der zweiten Oberfläche
zu blockieren.
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In
einer offenbarten Ausführungsform
bildet die dritte Oberfläche
eine radial äußere Fläche der anderen
Lippe und die sich anpassende Dichtungsfläche eine radial innere Fläche des
sich anpassenden Körperbereichs
des angrenzenden Schraubengangs, wobei die besagten im Eingriff
befindlichen Dichtungsflächen
zwischen dem Inneren des Schlauchs und der ersten und der zweiten
Oberfläche
vorgesehen sind.
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In
einer anderen Ausführungsform
ist der flexible Metallschlauch ein Schlauch mit "glatter Bohrung" insofern, als er
einen zweiten im Allgemeinen schraubenförmigen Streifen beinhaltet,
der mit dem ersten Streifen gewickelt ist, um eine relativ glatte
Innenwand in dem Schlauch zu schaffen. Der zweite Streifen weist
einen ersten Kantenbereich auf, der um die Schlauchachse herum gekrümmt ist
und sich entlang des Inneren des Schlauchs erstreckt, wobei eine
radial innere Fläche
des ersten Kantenbereichs die innere Oberfläche des Schlauchs bildet, und
einen zweiten Kantenbereich, der sich zwischen benachbarten Schraubengängen des
ersten Streifens erstreckt, wobei die besagte sich anpassende Dichtungsfläche an einer
radialen Fläche
des besagten zweiten Kantenbereichs ausgebildet ist.
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In
dieser Ausführungsform
definiert der zweite Kantenbereich des zweiten Streifens eine gegenüberliegende
Fläche,
die mit der dritten Oberfläche des
umgebenden Körperbereichs
des ersten Streifens in dichtendem Eingriff ist.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden
ausführlichen Beschreibung
von veranschaulichten Ausführungsformen,
und zwar mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine vergrößerte Ansicht
eines Schlauchs gemäß der vorliegenden
Erfindung, wobei Bereiche weggebrochen sind und teilweise im Querschnitt
gezeigt sind;
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2 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
des in 1 veranschaulichten Schlauchs, innerhalb der Linie
2-2 gezeigt;
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3 ist
eine Querschnittsansicht des in 1 dargestellten
Schlauchs, ungefähr
aus der durch die Linien 3-3
der 2 bezeichneten Ebene gesehen;
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4 ist
eine vergrößerte perspektivische, fragmentarische
Ansicht eines Bereichs einer einzelnen Schraubenwindung auf der
unteren Seite des in 1 veranschaulichten Schlauchs;
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5 ist
eine Querschnittsansicht einer alternativen Konstruktion eines Schlauchs
gemäß der vorliegenden
Erfindung, ähnlich 2;
und
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6 ist
eine Querschnittsansicht der Ausführungsform gemäß 5,
ungefähr
aus der durch die Linie 6-6 der 5 bezeichneten
Ebene gesehen.
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Ausführliche
Beschreibung
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Ein
flexibler Metallschlauch 10 für die Verwendung beim Transportieren
von fließenden
Substanzen ist in den Zeichnungen dargestellt. Mit Bezug auf die 1 und 2 weist
der Schlauch 10 einen geformten Metallstreifen oder ein
geformtes Metallband 12 auf, welcher bzw. welches schraubenförmig gewickelt
ist, wobei die Kanten benachbarter Windungen so gegeneinander versperrt
sind oder ineinander greifen, dass der Schlauch flexibel und im
Wesentlichen gasundurchlässig
ist. Ein Differentialdruck kann über
die Länge
des Schlauchs hinüber
aufgebaut werden, um einen Strom von fließendem Material axial durch
den Schlauch hindurch zu erzeugen. Während der Schlauch 10 zum
Transportieren von jeglichem geeignetem fließenden Material verwendet werden
kann, ist er insbesondere angepasst an die Beförderung von partikelförmigem Material
von Stelle zu Stelle.
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Der
Schlauch 10 ist ausgebildet, indem ein flacher dünner Metallstreifen
durch Formen hindurchgeführt
wird und der Streifen schraubenförmig
auf einem Dorn aufgewickelt wird, wobei aneinandergrenzende Windungen
gegeneinander verriegelt sind, um einen kontinuierlichen Schlauch
zu bilden. Weitere Details mit Bezug auf die spezifische Vorrichtung,
die auf die Verfahren zur Montage des flexiblen Metallschlauchs
gerichtet ist, sind im US-Patent Nr. 3 682 203 von Foti et al. offenbart.
Der Schlauch kann jeden geeigneten Durchmesser oder Länge haben. Fachleute
sollten erkennen, dass eine Vielzahl von Schlauchgrößen hergestellt
werden kann.
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Der
Streifen wird durch eine Form hindurchgeführt und auf dem Dorn aufgewickelt,
um ein im Allgemeinen "S-förmiges" Band mit einem radial
inneren 14 und einen radial äußeren Körperbereich 14 zu bilden,
welche axial beabstandet sind und durch eine sich radial erstreckende Übergangswand 18 verbunden
sind, und weiter mit umgekehrt gekrümmten radial inneren 20 und äußeren Lippen 22,
die sich von den jeweiligen Körperbereichen
aus erstrecken, um gegenüberliegende
Streifenkanten zu bilden. Wenn der Streifen auf den Dorn heraufbewegt
wird, passt die radial innere Lippe 20 mit der radial äußeren Lippe 22 der
benachbarten Windung zusammen, wie in 1 und 2 dargestellt.
Der Streifen wird weiter auf dem Dorn auf diese Art und Weise aufgewickelt, um
einen kontinuierlichen Schlauch zu bilden, der aus miteinander verriegelten
schraubenförmigen Windungen
eines einzelnen Metallstreifens gemacht ist.
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Benachbarte
Windungen sind so aufgebaut und angeordnet, dass der Schlauch 10 verbogen werden
kann und auch Verdrehkräften
unterworfen werden kann, ohne dass sich die Windungen abwickeln
bzw. voneinander lösen.
In dem veranschaulichten Schlauch 10 prägen die Formen parallele Bänder von
Vorsprüngen
und Ausnehmungen 30, 32 auf den Streifen 12.
In dem veranschaulichten Schlauch haben diese Vorsprünge und
Ausnehmungen die Form von Verzahnungen, die sich quer relativ zum
Streifen 12 erstrecken. Die Verzahnungen 30, 32 von
benachbarten Windungen sind im Eingriff und kämmen miteinander, wenn die
Windungen miteinander versperrt sind (siehe 3). Die
dargestellten Verzahnungen 30, 32 erstrecken sich
axial relativ zu dem Schlauch 10, allgemein parallel zu
der Schlauchachse, wobei jedes Band von Verzahnungen eine Schraube
bildet, die sich kontinuierlich von einem Schlauchende zum anderen
erstreckt. Die Verzahnungen von benachbarten Windungen kämmen, so
dass benachbarte Windungen sich relativ zueinander in der axialen
Richtung versetzen können – so dass
der Schlauch 10 verbogen werden kann –, aber nicht in der Richtung
der Windungen, was sonst dazu führen
würde,
dass die Windungen außer
Eingriff geraten und sich abwickeln.
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In
dem dargestellten Schlauch sind die Verzahnungen 30 in
der radial inneren Lippe 20 eingeprägt, und die Verzahnungen 32 sind
in dem radial inneren Wandbereich 16 eingeprägt. Wenn
der Streifen 12 schraubenförmig gewickelt wird und die
Lippen 20, 22 gegeneinander verriegelt worden
sind, kämmen
die Verzahnungen 30 mit den Verzahnungen 32 entlang
der Länge
des Schlauchs. Der Streifen oder das Band 12 ist recht
dünn dargestellt,
so dass die gesamte Wand angestaucht wird, um die Verzahnungen zu
bilden (3). Der Metallstreifen kann
jede geeignete Breite und Dicke haben. Während Verzahnungen dargestellt
sind, können
auch andere Formen von gegenseitig verriegelnden oder kämmenden
Strukturen statt der Verzahnungen verwendet werden, solange die
Fähigkeit
des Schlauchs beibehalten wird, sich ohne ein Abwickeln zu verbiegen.
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Obwohl
die Verzahnungen 30, 32 kämmen, wenn der Schlauch verwendet
wird, passen sie nicht eng genug zusammen, um den Schlauch gasundurchlässig zu
machen, d.h. um ein Ausströmen
von Luft in den Schlauch hinein oder aus dem Schlauch heraus zu
verhindern, wenn ein Druckdifferential über die Länge des Schlauchs hinüber aufgebaut wird.
Der Schlauch 10 ist so aufgebaut und angeordnet, dass ein
Ausströmen
durch die Verzahnungen 30, 32 hindurch blockiert
wird, ohne dass der Einschluss eines flüssigen Dichtungselements erforderlich
wäre. Eine
erste und eine zweite dichtend im Eingriff befindliche Oberfläche erstrecken
sich kontinuierlich entlang des Schlauchs auf einem schraubenförmigen Weg
angrenzend an die zusammenpassenden Verzahnungen, um ein Ausströmen durch
die Verzahnungen hindurch zu blockieren.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung, dargestellt in den 1 bis 4,
sind die Dichtungsflächen
definiert durch die radial äußere Fläche 36 der radial äußeren Lippe 22 bzw.
die radial innere Fläche 38 des
radial äußeren Körperbereichs 14.
Die Oberflächen 36, 38 sind
regulär
und glatt, so dass, wenn sie in Eingriff gezwungen werden, ihre
Verbindung nicht gasdurchlässig
ist.
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In
dem dargestellten Schlauch 10 wird die Lippe 22 anfänglich so
ausgebildet, dass sie unter einem spitzen Winkel von dem Zylinder
hervorsteht, der durch den Streifen 12 ausgebildet ist,
wie durch durchbrochene Linien auf der rechten Seite der Darstellung
der 2 dargestellt. Wenn der Streifen 12 um
den Dorn herumgewickelt wird, um eine Schlauchumdrehung zu bilden,
nimmt die Lippe 22 eine im Allgemeinen kegelstumpfförmige Konfiguration
ein. Wenn die Lippen 20, 22 benachbarter Windungen
miteinander versperrt werden, wird die Lippe 22 elastisch
durch den Eingriff mit dem benachbarten Körperbereich 14 verformt,
so dass die Oberflächen 36, 38 elastisch
in Eingriff gezwungen werden, wie im mittleren Teil der Veranschaulichung
der 2 und in 3 dargestellt.
Die elastische Verformung der Kantenlippe 22 ist deswegen
wichtig, weil, wenn der Schlauch verbogen wird, die Winkligkeit
zwischen der Lippe 22 und dem Körperbereich 14 der
benachbarten Windung sich leicht verändert. Die Lippe 22 folgt
dieser Veränderung
der Winkligkeit elastisch, um die Integrität der Dichtung beizubehalten.
Der elastische abdichtende Eingriff zwischen den Oberflächen 36, 38 erstreckt
sich schraubenförmig über die
Länge des
Schlauchs 10 und blockiert effektiv den Durchtritt von
Luft oder anderen Gasen in den Schlauch 10 hinein oder
aus diesem heraus durch die Verzahnungen 30, 32.
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Zusätzlich zu
den elastischen Eingriffskräften
zwischen der Lippe 22 und der Oberfläche 38 gerät der radial äußere Umfang 40 der
Lippe 20 mit dem radial inneren Umfang 42 der
Lippe 22 in Eingriff, wenn die Windungen gegenseitig versperrt
werden. Die Eingriffskraft zwischen den Lippen erzeugt eine zusätzliche
Abdichtdruckkraft auf die Oberflächen 36, 38,
welche die Effektivität
der Dichtung weiter verstärkt.
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In
einer anderen dargestellten Ausführungsform
der Erfindung, dargestellt in den 5 und 6,
ist ein Schlauch 100 mit "glattem Bohrloch" vorgesehen. Der Schlauch 100 weist
den Streifen 12 auf, der so ausgebildet ist, wie es oben
mit Bezug auf die 1 bis 4 beschrieben
ist, und einen zweiten Streifen 102, der mit dem Streifen 12 ausgebildet und
gewickelt ist, um ein glattes inneres Bohrloch herzustellen, das
sich durch den Schlauch 100 hindurch erstreckt. Der zweite
Streifen 102 weist erste und zweite radial innere und radial äußere Körperbereiche 104, 106 auf,
die axial beabstandet sind und verbunden sind durch einen mittleren
im Allgemeinen radialen Übergangsbereich 110.
Die Körperbereiche 104, 106 sind
im Wesentlichen zylindrisch, wobei sich die radial inneren Bereiche 104 entlang
des Innenumfangs des Schlauchs 100 erstrecken. Die hervorstehende
Kante des Körperbereichs 104 überlappt
den Körperbereich 104 an
der benachbarten Windung, so dass ein schindelartiger Effekt innerhalb des
Schlauchs 100 erzeugt wird. Die Kanten des Körperbereichs
bestehen entlang des Inneren des Schlauchs in der Richtung des Durchflusses
hervor, wie durch den Pfeil in 5 angezeigt.
Der radial äußere Körperbereich 106 erstreckt
sich zwischen der Lippe 22 und dem Körperbereich 14 des
Streifens 12. Die Lippe 22 gerät so abdichtend mit der radial
inneren Oberfläche
des Körperbereichs 106 in
Eingriff und zwingt den Körperbereich 106 in
einen festen abdichtenden Eingriff mit der Oberfläche 38 des
Körperbereichs 14.
Auch hier geraten die Verzahnungen 30, 32 an der
Lippe 20 mit der Lippe 22 in Eingriff und zwingen
die Lippe 22 in Richtung eines abdichtenden Kontakts mit
der inneren Oberfläche
des Körperbereichs 106,
um die Effektivität
der Dichtung zu steigern.
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Die überlappten
radial inneren Körperbereiche 104 an
benachbarten Windungen sind gegeneinander gleitbar, wenn der Schlauch
verbogen wird. Diese Bereiche, die gleitend im Eingriff sind, definieren
glatte regelmäßige Oberflächen, die
eine sekundäre
Dichtung bilden, die dazu tendiert, einen Fluss hin zu der primären Dichtung
zwischen der Lippe 22 und der Oberfläche des Körperbereichs zu blockieren.
Der Körperbereich 106 ist
ebenfalls glatt und regelmäßig und
ist mit der Oberfläche 38 des
Körperbereichs
im Eingriff, um eine sekundäre
Dichtung zwischen diesen zu schaffen.
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Während zwei
Ausführungsformen
der Erfindung recht genau dargestellt und beschrieben worden sind,
soll die vorliegende Erfindung nicht auf die präzisen offenbarten Aufbauten
beschränkt
verstanden werden. Verschiedene Änderungen,
Modifikationen und Verwendungen der Erfindung können für Fachleute auf dem Gebiet,
auf das sich die Erfindung bezieht, offensichtlich sein.