-
Die Erfindung betrifft im allgemeinen das Klemmen von elastomeren
Schläuchen und Rohren an Befestigungseinrichtungen und
Schlauchanschlußvorrichtungen und die Verwendung von Klemmbändern aus
wärmeschrumpfbarem Polymer zum Aufbringen einer Kontraktionskraft um den
elastomeren Schlauch und das Rohr. Insbesondere betrifft die Erfindung
eine verbesserte elastomere Schlauch- und Rohrklemme, die aus einem
Band aus wärmeschrumpfbarem Polymer besteht. Im einzelnen betrifft die
Erfindung ein verbessertes Klemmband zum dichten Anbringen von
Schläuchen und Rohren an Befestigungseinrichtungen und Kupplungen in
Verbindung mit Kühlsystemen von Kraftfahrzeugen.
-
Elastomere Schläuche (verstärkt) und Rohre, im folgenden allgemein als
Schläuche bezeichnet, dienen als Teil von Transportsystemen üblicherweise
dem Transport verschiedenartiger Fluide, wobei diese Fluide einer Vielzahl
von Drücken und Temperaturen ausgesetzt sind. Damit diese Systeme
arbeiten können, müssen die Verbindungen zwischen Schläuchen und den
Einrichtungen, mit denen die Schläuche in Fluidverbindung stehen,
fluiddicht und gegen Lösen, das ansonsten unter Einwirkung des Fluiddrucks
eintreten würde, oder Absprengen sowie gegen die Umgebung oder gegen
Abziehen gesichert sein.
-
Im allgemeinen werden diese Verbindungen hergestellt, indem das offene
Ende des Schlauchs über einen Schaft oder Kopplungseinsatz gestülpt wird.
Der Schlauch und der zugehörige Schaft oder Einsatz sind üblicherweise
derart bemessen und geformt, daß das offene Ende des Schlauchs im
Paßsitz über den Schaft oder den Einsatz geschoben werden kann. Bei
Systemen, die mit bestimmten Drücken und in bestimmten Umgebungen
arbeiten, ist nicht mehr erforderlich. In den meisten Fällen wird jedoch eine
Schlauchklemme nah dem offenen Ende des Schlauchs angebracht, durch
welche der Schlauch enger ab den Schaft oder den Einsatz gedruckt wird,
um gegen Leckagen, Absprengen oder Abziehen gesichert zu sein.
-
Schlauchklemmen werden in verschiedenen Größen Formen und Materialien
hergestellt. Eine gängige Art von Schlauchklemmen, die einstellbare
Gewindebandklemme, weist eine Metallband mit einem an einem Ende, dem
Gehäuseende, angebrachten Gehäuse auf. Das Gehäuse weist einen Raum
auf, der ein Hindurchführen des gegenüberliegenden Endes des Bandes,
des freien Endes, derart ermöglicht, daß das Band sich zu Bildung einer
Schleife selbst überlappt. Das Gehäuse weist ferner einen
Gewindeschraubenmechanismus auf. Das Band weist, beginnend am gegenüberliegenden
Ende, eine Reihe von Vertiefungen oder Schlitzen auf, die mit dem Gewinde
des Schraubenmechanismus zusammenwirken. In der Praxis wird diese Art
Schlauchklemme an der Stelle, an der das Klemmen erfolgen soll, um den
Schlauch gelegt; das freie Ende wird in den Raum des Gehäuses eingeführt,
bis die Vertiefungen und das Gewinde ineinandergreifen; anschließend wird
der Schraubenmechanismus zum Spannen der Klemme gedreht.
-
Diese Art von Schlauchklemme ist von einfachem Aufbau und kann relativ
große dynamische und statische Umfangsspannungen erzeugen.
Dynamische Umfangsspannungen sind die Kontraktionskräfte, welche die
Klemme auf das geklemmte Objekt infolge der aktiven Verringerung des
Innendurchmessers der Klemme aufbringt, wobei die Verringerung im
vorliegenden Fall durch den Schraubenmechanismus bewirkt wird. Die statische
Umfangsspannung ist die Kontraktionskraft, welche die Klemme auf ein zu
klemmendes Objekt aufbringt, wenn sie einem aktiven
Ausdehnungsbestreben des geklemmten Objekts entgegenwirkt. Je nach dem
betreffenden Schlauchklemmenaufbau können diese beiden Spannungen gleich oder
verschieden sein. Die Gewindebandklemme kann unterschiedliche
dynamische und statische Umfangsspannungen erzeugen. Die dynamische
Umfangsspannung ist üblicherweise durch die Kraft begrenzt, die, der
Schraubenmechanismus erzeugen kann. Die statische Umfangsspannung
ist durch den Punkt begrenzt, an dem die Schraube von den Vertiefungen
oder Schlitzen gelöst ist.
-
Die relativ erheblichen Umfangsspannungen der Gewindebandklemme
schaffen eine Verbindung mit hoher Sicherheit gegen Absprengen und
Abziehen. Die Gewindebandklemme weist jedoch zahlreiche Nachteile auf.
Da sie aus einem Band gebildet ist, weist sie zwei relativ scharfe Kanten
auf, die das Anschlußende des Schlauchs umschließen und die Möglichkeit
einer Beschädigung und einer Fehlfunktion des Schlauchs in sich tragen. Je
nach dem Metall, aus dem sie gebildet ist, ist sie ferner korrosionsanfällig.
Das Schraubengehäuse und der Mechanismus stehen vom Band ab,
wodurch sie manchmal wertvollen Platz einnehmen und eine Stelle bilden, an
der sich Gegenstände aus der Umgebung verfangen können. Die Natur des
Schraubenmechanismus erfordert ein Werkzeug zur Betätigung und
manchmal wertvollen freien Raum zur Handhabung des Werkzeugs. Die Klemme
ist nicht auf einfache Weise für eine automatische Anbringung in einer
Montagelinie geeignet und ist unter Verwendung eines beliebigen
Verfahrens relativ zeitraubend in der Anbringung.
-
Der bedeutendste Nachteil der Gewindebandklemme ist, wenigstens bei
Anwendungen in Automobilkühlsystemen, ihre mangelnde Fähigkeit im
Verlauf der Zeit Kaltleckagen zu verhindern. Eine Kaltleckage tritt auf, wenn
das Kühlsystem kalt ist und stellt dem häufigsten und beständigsten Fall
von Leckageproblemen moderner Automobilkühlsysteme dar. Zwar sind
ältere Systeme für diese Probleme anfälliger, doch sind moderne Systeme
nicht davor geschützt. Eine häufige Ursache der Kaltleckage besteht in der
Unfähigkeit der Kombination aus Elastizität und thermischem
Ausdehnungskoeffizienten des Klemmenmaterials der Kontraktion des Materials des
Schafts beim Abkühlen der beiden zu folgen. Nach nur wenigen Wärmezyklen
des Kühlsystems bewirkt die thermische Expansionsaktivität des
Schafts und der Klemme das Fließen eines Teils des Materials des
Schlauches aus dem Bereich zwischen dem Schaft und der Klemme. Dies führt zu
einer Lockerung der Klemme. Beim anschließenden Abkühlen schrumpft der
Schaft von der Innenseite des Schlauchs weggerichtet zusammen und die
Dichtwirkung ist aufgehoben; das Systemfluid tritt aus.
-
Kaltleckagen werden ferner verschärft, wenn die verwendete
Schlauchklemme eine ungleichmäßige Kontraktionskraft auf den Umfang des
Anschlußendes des Schlauchs ausübt. Eine derartige Ungleichmäßigkeit führt
ferner zu Leckagen, auch wenn das System nicht kalt ist. In jedem Fall
kann die Ungleichmäßigkeit ein Lösen des Schafts und des Schlauchs
bewirken, wodurch die Dichtwirkung aufgehoben wird und eine Leckage
auftritt.
-
Die Gewindebandschlauchklemme ist durch die Geometrie der Klemme und
die relative Starrheit des Klemmenmaterials ebenfalls nachteilig von der
ungleichmäßigen Kontraktionskraft betroffen, und zwar an der Stelle, an
der das Gehäuse mit dem Band verbunden ist, und an der Stelle, an der
sich die Enden des Bandes überlappen. Die Ungleichmäßigkeit der
Kontraktionskraft wird ferner verstärkt, wenn eine Unregelmäßigkeit in der
Form des Schlauchs oder des darunter liegenden Schafts gegeben ist,
welche diese Art von Klemme nicht ausgleichen kann. Jedoch sind die
Materialien der Gewindebandschlauchklemmen im allgemeinen gegen die
im Zusammenhang mit Automobilkühlsystemen auftretenden Chemikalien
resistent.
-
Ein weiterer verbreiteter Typ von Schlauchklemmen ist die
Schraubenklemme. Diese Art der Klemme ist entweder aus einem Band zu einer
Schleife geformt, wie bei der Gewindebandklemme, oder sie weist zwei im
wesentlichen parallele Bänder dicken Drahts auf. Nahe den Enden des
Bandes oder der Bänder stehen radial nach außen zwei Ansätze ab. Einer
der Ansätze weist ein Innengewinde zum Aufnehmen einer Schraube auf,
während der andere ein Loch aufweist, das den Durchtritt des
Schraubenschafts, jedoch nicht des Kopfes erlaubt. Zwischen den Ansätzen erstreckt
sich eine Schraube. Wenn die Schraube gedreht wird, wird die Klemme
gespannt. Die Schraubenklemme ist in hohem Maße mit der
Gewindebandklemme vergleichbar.
-
Ein anderer üblicher Typ von Schlauchklemmen ist die Federklemme mit
konstanter Spannung. Die Federklemme ist aus Federmaterial zu einer
Schleife mit überlappenden Enden geformt. Üblicherweise ist eines der
Enden gegabelt, um das Überlappen dergestalt zu ermöglichen, daß ein
Ende zwischen den Gabeln des anderen Endes liegt. Ein Vorsprung in Form
eines umgekehrten "U" erstreckt sich radial vom gegabelten Ende aus. Ein
"I"-förmiger Vorsprung erstreckt sich radial vom anderen Ende aus. Beide
Vorsprünge sind nach außen gebogene Endbereiche des Bandes. Wenn die
beiden Vorsprünge aufeinander zu gedrückt werden, nimmt der
Innendurchmesser der Klemme zu. In der Praxis wird die Klemme von einer auf
die beiden Vorsprünge gesetzten Kappe in der aufgeweiteten Position
gehalten; die Klemme wird über das Anschlußende des Schlauchs
positioniert; der Schlauch wird auf den Schaft oder den Einsatz gesteckt; und die
Kappe wird von den Vorsprüngen entfernt, so daß die Klemme sich auf dem
Schlauch zusammenziehen kann und den Schlauch auf den Schaft oder
Einsatz klemmt.
-
Die Federklemme weist gegenüber den zuvor beschriebenen Arten Vorteile
auf. Sie ist sehr gut für eine schnelle Anbringung in modernen
Fertigungsstraßen geeignet. Ferner ist sie wirksamer in der Vermeidung von
Kaltleckagen, wenn sie sehr sorgfältig angebracht wird. Ihre verbesserte
Wirksamkeit gegen Kaltleckagen ergibt sich aus der größeren Gleichmäßigkeit,
mit der sie sich um den Schlauch zieht und aus den Selbsteinstellungsmechanismen.
Die Selbsteinstellungseigenschaft rührt von der Federnatur
der Klemme her; wenn der Schlauch und der Schaft ihre Abmessungen in
Abhängigkeit von der Temperatur und der Zeit ändern, verändert sich die
Abmessung der Klemme entsprechend. Es bestehen jedoch einige
erhebliche Einschränkungen bezüglich des Betrags der verfügbaren
Selbsteinstellung, da Selbsteinstellung negative Auswirkungen auf die
Gleichmäßigkeit der Kontraktion hat.
-
Die Federklemme weist durchgehend variierende Materialmengen bezüglich
der Winkelposition um den Umfang der Klemme auf, um eine Geometrie
auszugleichen, die ansonsten eine erheblich variierende Kontraktionskraft
um diesen Umfang erzeugen würde. Dies führt zu einer im wesentlichen
gleichmäßigen Kontraktionskraft über einen von der Klemme bei
Vorhandensein eines Schlauches eingenommenen Durchmesser. Da Zeit und
Temperatur Auswirkungen auf den Schlauch und den Schaft haben, an
welche sich die Federklemme anpassen soll, verändert sich der von der
Feder eingenommene Durchmesser. Je mehr die Anpassung vom
vorgegebenen Durchmesser abweicht, desto größer ist die Ungleichmäßigkeit
der Kontraktionskraft. Das Endergebnis ist, daß eine Federklemme
Kaltleckagen besser verhindert, jedoch nicht völlig ausschließt.
-
Ferner stehen die Federklemmenvorsprünge, wie das Gehäuse und der
Mechanismus der Gewindebandklemme, von der Klemme ab, nehmen so
manchmal wertvollen Raum ein und bilden eine Stelle, an der sich Objekte
aus der Umgebung verfangen können; ferner sich die für diese und alle
zuvor genannten Klemmen geeigneten Materialien relativ schwer.
-
Sämtliche zuvor erörterten Klemmen bestehen notwendigerweise aus
Materialien, die nicht in der Lage sind, Unregelmäßigkeiten in der Form des
Schlauchs oder des Schafts auszugleichen.
-
Das US-Patent 3 315 986, Quick, offenbart einen anderen Lösungsansatz
zum Klemmen eines elastomeren Schlauchs an einen Schaft oder einen
Einsatz. Dieses Dokument beschreibt das Vorsehen eines
wärmeschrumpfbaren Kunstharzrohres um den elastomeren Schlauch; das Vorsehen des
Schafts oder des Einsatzes in dem Anschlußende des Schlauchs; vorsehen
eines pyrotechnischen Materials um die Anordnung; Zünden des
pyrotechnischen Materials, wodurch das Schrumpfen des Kunstharzrohres sowie das
Festklemmen des Schlauchs auf den Schaft oder Einsatz erreicht wird. Das
US-Patent offenbart insbesondere die Verwendung von
wärmeschrumpfbarem polymerisierten Chloropren, wärmeschrumpfbarem Tetrafluorethylen
und wärmeschrumpfbaren polyorganischen Siloxanelastomeren. Nach dem
US-Patent 3 315 986 werden diese Materialien geformt und anschließend
mechanisch geweitet. Dieser Vorgang wird manchmal als Orientieren des
Polymers bezeichnet. Das Patent gibt die orientierten oder geweiteten
Abmessungen mit ungefähr 20% über den Abmessungen vor dem
Orientieren oder Weiten an.
-
Das US-Patent 3 315 986 gibt als Anwendungsbeispiel das Reparieren eines
Gartenschlauchs unter Verwendung der genanten Materialien und des
genannten Verfahrens an. Das Patent geht von einer Umgebung aus, in der
relativ geringe dynamische und statische Umfangsspannungen ausreichen,
wie durch die angegebene Verwendung und die genannten Materialien
ersichtlich. Ferner wird die Notwendigkeit der zum Eliminieren von
Kaltleckagen vorgesehene Selbsteinstellung einer in Automobilkühlsystemen
verwendeten Klemme nicht erkannt oder angesprochen. Ferner wird die
Widerstandsfähigkeit gegen Chemikalien, die üblicherweise in
Zusammenhang mit Automobilkühlsystemen auftreten nicht angesprochen.
-
Es bleibt insbesondere im Zusammenhang mit Automobilkühlsystemen die
Notwendigkeit einer Schlauch- und Rohrklemme, die: im wesentlichen
Kaltleckagen durch Selbsteinstellung über einen erheblichen Bereich thermischer
und temporaler Bedingungen eliminiert und gleichzeitig eine
gleichmäßige Kontraktionskraft schafft; ausreichende dynamische und statische
Umfangsspannungen schafft, um Absprengen und Abziehen zu verhindern;
in der Lage ist, sich an Unregelmäßigkeiten von Schlauch- und
Schaftformen anzupassen, die im Bereich der Automobilkühlsystemanwendungen
üblicherweise auftreten; in geeigneter Weise gegen die Chemikalien der
Automobilkühlsysteme resistent ist; korrosionsbeständig ist; schnell zu
installieren und zum Installieren in modernen Fertigungsstraßen geeignet
ist; leicht ist; und ohne Vorsprünge ausgebildet ist, die Raum einnehmen
und die Ursache für das Ansammeln von Ablagerungen sein können.
-
In EP-A-0253712 ist ein Klemmband zur Verwendung in Kraftfahrzeugen
offenbart, das einen ersten Durchmesser zum Positionieren und einen
zweiten, verringerten Klemmdurchmesser aufweist, der durch Erwärmen
und somit durch Schrumpfen des Bandes erreicht wird.
-
In WO-A-8604542 ist ebenfalls ein Klemmband offenbart, das bei
Erwärmung schrumpft und eine Klemmkraft aufbringt. Dieses Band hat jedoch
eine Glasübergangstemperatur die höher als ungefähr 25ºC ist, und dies
wird als wesentlich erachtet. Im Gegensatz dazu hat die Anmelderin
festgestellt, daß ein Band dieses Typs nicht zufriedenstellend arbeitet, da es
nicht möglich ist, die Durchmesserreduzierungs-Freigabetemperatur des
Bandes vorzuwählen.
-
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Schlauch- und
Rohrklemmband zu schaffen, das das Zurückhalten von Fluiden in
Fluidtransportsystemen, insbesondere den die Automobilkühlung betreffenden
Systemen, verbessert.
-
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Schlauch- und
Rohrklemmband zu schaffen, das über einen erheblichen Bereich thermischer
und temporaler Bedingungen selbsteinstellend ist und gleichzeitig
eine gleichmäßige Kontraktionskraft schafft.
-
Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Schlauch- und
Rohrklemmband zu schaffen, das modernen Fertigungsstraßen schnell zu
installieren ist und ein geringes Gewicht hat.
-
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Schlauch- und
Rohrklemmband zu schaffen, das ausreichende dynamische und statische
Umfangsspannungen erzeugt, um bei Anwendung in
Automobilkühlsystemen ein Absprengen und Abziehen zu verhindern.
-
Andere Aufgaben der Erfindung sind das Vorsehen eines Schlauch- und
Rohrklemmbands, das sich an Unregelmäßigkeiten der Schaft- und
Einsatzformen anpaßt, und das keine platzraubenden Vorsprünge aufweist, an
denen sich Ablagerungen sammeln können.
-
Erifndungsgemäß ist ein Klemmband zum Festklemmen eines
Anschlußendes eines elastomeren Schlauchs auf einem Schaft, auf den das Ende
aufgebracht wurde, vorgesehen, wobei das Band aus einem orientierten
Polymer gebildet ist, das bei einer Erstarrungstemperatur orientiert wurde,
um es wärmeschrumpfbar zu machen, und ausgelegt ist, um das
Anschlußende des elastomeren Schlauchs um den Schaft herum bis zu einem
abdichtenden Kontakt des Schlauchs mit dem Schaft zusammenzudrücken,
und die axiale Bewegung des Schlauchs relativ zu dem Schaft zu
begrenzen, wenn es bis zu einer DurchmesserreduzierungsFreigabetemperatur
erhitzt wird, wobei das Band einen ersten inneren Durchmesser hat, der als
der Durchmesser definiert ist, den das Band annimmt, wenn es in dem
freien Raum geschrumpft wird, wobei die
Durchmesserreduzierungs-Freigabetemperatur des Bandes innerhalb des Bereichs von ungefähr -40ºC bis
175ºC liegt und von der vorausgewählten Erstarrungstemperatur abhängig
ist, und wobei das Material des Bandes jedesmal, wenn es einer
Temperatur bei oder über seiner DurchmesserreduzierungsFreigabetemperatur
unterworfen wird, zum Schrumpfen neigt, während es durch den Schlauch
an einer wesentlichen Schrumpfung gehindert wird, solange das Material
nicht einen Schrumpfungspunkt erreicht hat, der dem ersten inneren
Durchmesser entspricht, und wobei das Polymer einen
Wärmeausdehnungskoeffizienten hat, der größer als 0,2 mm pro Meter pro Grad Celsius ist,
wodurch bewirkt wird, daß das Band sich selbst einstellt.
-
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Anbringen und
Festklemmen eines Anschlußendes eines elastomeren Schlauchs auf einem Schaft,
bei der der Schlauch bis zu einem abdichtenden Kontakt mit dem Schaft
zusammengedrückt wird und die axiale Bewegung des Schlauchs relativ zu
dem Schaft begrenzt wird, wobei in den Verfahrensschritten das
Anschlußende radial um den Schaft herum angeordnet wird, ein Band aus
polymerem Material gebildet wird, das polymere Band so orientiert wird, daß es
wärmeschrumpfbar wird, das Band radial um die Kombination aus dem
Anschlußende und dem Schaft herum angeordnet wird, Wärme auf das
Band aufgebracht wird, um zu bewirken, daß es um diese Kombination
herum schrumpft, wodurch der Schlauch bis zu einem abdichtenden
Kontakt mit dem Schaft zusammengedrückt wird, und die axiale Bewegung des
Schlauchs relativ zu dem Schaft begrenzt wird, wobei eine
Durchmesserreduzierungs-Freigabetemperatur für das Band aus einer im
wesentlichen kontinuierlichen Vielzahl von verschiedenen, verfügbaren
Freigabetemperaturen innerhalb des Bereichs von ungefähr -40ºC bis
175ºC vorausgewählt wird, indem eine Erstarrungstemperatur
vorausgewählt wird, bei der das Band orientiert wird, und wobei dann bewirkt wird,
daß das Band die ausgewählte
Durchmesserreduzierungs-Freigabetemperatur annimmt, und danach einer Wärmeeinwirkung unterworfen wird, so daß
die Temperatur des Bandes bis auf mindestens die
Durchmesserreduzierungs-Freigabetemperatur angehoben wird und die
Schrumpfung des Bandes um die Kombination herum bewirkt wird, und
wobei der Wärmeausdehnungskoeffizient des Bandes so ausgewählt wird,
daß er größer als 0,2 mm pro Meter pro Grad Celsius ist, und das Band
jedesmal, wenn es einer Temperatur bei oder über seiner
DurchmesserreduzierungsEreigabetemperatur unterworfen wird, zum Schrumpfen neigt,
während es durch den Schlauch an einer wesentlichen Schrumpfung
gehindert wird, solange das Material nicht einen Schrumpfungspunkt erreicht
hat, der dem Durchmesser entspricht, den das Band annehmen würde,
wenn es sich während einer längeren Zeitdauer in einem freien Raum
befinden würde.
-
Zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden
im Folgenden unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen
beschrieben, welche zeigen:
-
Fig. 1 - eine perspektivische Darstellung einer bekannten Klemme;
-
Fig. 2 - eine perspektivische Darstellung einer anderen bekannten
Klemme;
-
Fig. 3 - eine perspektivische Darstellung einer weiteren bekannten
Klemme;
-
Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels der Erfindung vor dem Orientieren des wärmeschrumpfbaren
Polymermaterials;
-
Fig. 5 - eine Endansicht des bevorzugten Ausführungsbeispiels entlang der
Linie 5-5 der Fig. 6, zur Darstellung des in die gewünschte Position
wärmegeschrumpften orientierten Polymers;
-
Fig. 6 - eine geschnittene Seitenansicht zur Darstellung des auf einen
Schlauch auf einem Schaft angewandten bevorzugten
Ausführungsbeispiels;
-
Fig. 7 - eine perspektivische Ansicht eines anderen bevorzugten
Ausführungsbeispiels zur Darstellung des Polymers vor und nach dem
Orientieren:
-
Fig. 8 - eine Endansicht des anderen bevorzugten Ausführungsbeispiels
zur Darstellung des in die gewünschte Position wärmegeschrumpften
orientierten Polymers.
-
In den Fig. 1 bis 3 der Zeichnungen sind drei bekannte
Schlauchklemmen dargestellt. Wie zuvor beschrieben zeigen diese Fig. 1-3 Beispiele
existierender Schlauchklemmen, deren Nachteile von der vorliegenden
Erfindung überwunden werden.
-
Fig. 4 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung in Form eines wärmeschrumpfbaren polymeren Schlauch- und
Rohrklemmbandes oder einer Klemme 10 im nicht orientierten Zustand vor dem
Weiten. Die Klemme 10 wird gebildet, indem zuerst ein Rohr aus
Klemmenmaterial mit einer Bohrung 12 extrudiert wird und anschließend auf
passende Länge geschnitten wird, wie dargestellt. Das Rohr wird sodann bei einer
bestimmten Temperatur mechanisch geweitet, wie im folgenden erläutert,
so daß es die in der Fig. 5 durch durchgezogene Linien dargestellte
Endform annimmt. Dieses mechanische Weiten bei einer bestimmten
Temperatur (der Erstarrungstemperatur) bewirkt die Polymerorientierung, bei der es
sich um das mechanische Verformen des Polymermaterials zum Erzeugen
von Spannung in der Polymerstruktur handelt, welche später gelöst werden
kann. Das Lösen der Spannung zeigt sich dadurch, daß das Polymermaterial
sich wieder zu der Form rückbildet, das es vor der Polymerorientierung
innehatte.
-
Das mechanische Weiten erfolgt vorzugsweise um einen Faktor im Bereich
von ungefähr 20% bis ungefähr 600%. Das mechanische Weiten erfolgt
meist bevorzugt um einen Faktor im Bereich von ungefähr 100% bis
ungefähr 550%, und höchst vorzugsweise um einen Faktor im Bereich von
ungefähr 300% bis ungefähr 500%. Zu diesem Zeitpunkt weist die Klemme
10 einen Innendurchmesser auf, der während einer Übergangszeit nach
dem Polymerorientieren und vor dem Schrumpfen gegeben ist und als
dritter Innendurchmesser A bezeichnet wird.
-
Zu diesem Zeitpunkt wird die Schlauchklemme 10 zum Anbringen um das
Anschlußende eines elastomeren Schlauchs oder Rohrs angebracht, um den
Schlauch oder das Rohr mit einem Schaft oder einem anderen
Schlaucheinsatz 16 zu verspannen, wie in den Fig. 5 und 6 dargestellt. Der
Schaft oder der Einsatz 16 kann mit einem beliebigen Fluidleitsystem
verbunden sein. Jedoch sind derartige Schafte und Einsätze vorzugsweise
mit Systemen verbunden, die Flüssigkeiten mit Temperaturen im Bereich
von ungefähr -40ºC bis ungefähr 175ºC führen. In einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel, sind die Schafte und Einsätze mit Kühlsystemen von
Kraftfahrzeugmotoren verbunden.
-
Das Anbringen der Klemme 10 umfaßt im allgemeinen das lose Anordnen
der Klemme 10 um den Schlauch 14, der ein verstärkter Schlauch oder ein
verstärktes Rohr sein kann, und zwar am Anschlußende 18 desselben, das
Anbringen des Anschlußendes 18 um den Schaft oder Einsatz 16, Erwärmen
der Klemme 10 auf eine als Durchmesserreduzierungs-Freigabetemperatur
bezeichnete Temperatur, bei der ein Schrumpfen erfolgt. Die Temperatur
wird zumindest auf der oder um die Freigabetemperatur gehalten, bis die
Klemme 10 so geschrumpft ist, daß sie sehr eng um das Anschlußende 18
liegt, wie in Fig. 6 und durch die gestrichelten Linien in Fig. 5 dargestellt.
Der Durchmesser, den die Klemme 10 an diesem Punkt eingenommen hat,
ist als zweiter Einsatzdurchmesser B bezeichnet. Da das Material der
Klemme 10 reichlich flexibel ist und die Form der Klemme keine erheblichen
Unterbrechungen aufweist, ist offensichtlich, daß die von der Klemme 10
aufgebrachte Kontraktionskraft im wesentlichen gleichmäßig ist.
-
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist in den Fig. 7 und 8
dargestellt. In diesem Fall ist das Material der Klemme 10 zu einem Streifen
10a geformt. Der Streifen wird sodann erwärmt und gedehnt, und zwar um
dieselben bevorzugten Faktoren wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel,
um so die Polymerorientierung zu bewirken, wie in Fig. 7 dargestellt. Der
orientierte Streifen 10b wird sodann zu Bildung eines Bandes auf sich selbst
gelegt und die Überlappung wird chemisch verschweißt, wie in
durchgezogenen Linien bei der Klemme 10c in Fig. 8 dargestellt. Das Anbringen der
Klemme 10c in diesem Ausführungsbeispiel ist gleich dem Anbringen des
vorherigen Ausführungsbeispiels. Das Ausführungsbeispiel hat jedoch eine
erhebliche Diskontinuität in der Klemme 10, an der Stelle der Überlappung
des Streifens, wodurch sich eine weniger gleichmäßige Kontraktionskraft
ergibt. Ob diese Verringerung der Gleichmäßigkeit eine Möglichkeit der
Entstehung von Leckagen bildet, hängt von der Klemmenanwendung ab.
-
Die Eigenschaften des Materials der beiden zuvor beschriebenen
Ausführungsbeispiele sind im wesentlichen gleich. Erfindungsgemäß liegt die
Durchmesserreduzierungs-Freigabetemperatur im Bereich zwischen
ungefähr -40º und 175ºC, vorzugsweise im Bereich von 0º bis 105ºC, oder höchst
bevorzugt im Bereich von 35ºC bis 75ºC.
-
Es ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung, daß die Freigabetemperatur
innerhalb des gegebenen Bereichs für eine bestimmte Anwendung durch
Die Wahl der Temperatur (der Erstarrungstemperatur) vorgewählt werden
kann, auf der das Material während der Polymerorientierung gehalten wird.
Dies gibt dem Entwickler der Klemme die Flexibilität, Klemmen für eine
Reihe verschiedener Anwendungen sowie für eine Vielzahl von
Bedingungen zu entwickeln, denen die Klemme während des Transports und der
Lagerung ausgesetzt ist.
-
Das Material der Klemme 10 schrumpft jedesmal, wenn es einer
Temperatur über oder unter der Freigabetemperatur ausgesetzt ist, während es an
einer wesentlichen Schrumpfung durch den geklemmten Gegenstand
gehindert ist, solange das Material nicht einen Schrumpfungspunkt erreicht
hat, der dem Schrumpfungspunkt entspricht, der aufträte, wenn die
Klemme einer über der Freigabetemperatur liegenden Temperatur über einen
längeren Zeitraum ausgesetzt wäre und die Klemme in freiem Raum
ungehindert wäre, wobei dies als der (nicht dargestellte) erste
Innendurchmesser definiert wird. Dies wird als zähe Schrumpfung bezeichnet. Dies
steht im Gegensatz zu solchen wärmeschrumpfbaren Materialien, die nur
wenige Male oder gar nur einmal bis zu einer durch die Umgebung
vorgegebenen Grenze schrumpfen und anschließend aushärten, so daß das
Material selbst im ungehinderten Zustand nicht wieder merklich schrumpft.
-
Das Material weist ferner eine Kombination aus Elastizität und einem
thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf, so daß sich die Klemme unter
Kühlungsbedingungen wenigstens genauso schnell zusammenzieht wie das
Material auf das die Klemme wirkt.
-
Spezifisch für Anwendungen in Zusammenhang mit
Kraftfahrzeugkühlsystemen ist ein Materialkoeffizient von mehr als 0,2 mm pro Meter pro
Grad Celsius.
-
Die Kombination aus zähem Schrumpfen, einem relativ hohen thermischen
Ausdehnungskoeffizienten und erheblicher Elastizität, verleiht der Klemme
die selbsteinstellende Eigenschaft in den Fällen, in denen die Klemme
kontinuierlich oder zeitweilig Temperaturen über der gewählten
Freigabetemperatur ausgesetzt ist. Angenommen, die dynamischen und statischen
Umfangsspannungen sind angemessen, verleiht die Selbsteinstellfähigkeit,
in Verbindung mit erheblicher Gleichmäßigkeit der Kontraktionskraft und
der Fähigkeit zur Anpassung an Unregelmäßigkeiten der Schaft- oder
Einsatzformen, der Klemme die Fähigkeit, Temperatur- und
Alterungseinflüsse auf den Schlauch und den Schaft auszugleichen, um Warm- und
Kaltleckagen über die Lebensdauer der Klemme und des zugehörigen
Fluidtransportsystems zu verhindern. Die Temperaturauswirkungen sind
unter anderem wiederholte thermische Kontraktion und Expansion. Die
bedeutsameren Auswirkungen des Alterns sind das Fließen oder das
Komprimieren des Schlauch- oder Rohrmaterials, durch welche die Wände von
Schlauch oder Rohr in der Nähe der Klemme dünner werden.
-
Die Angemessenheit der dynamischen und statischen Umfangsspannungen
hängt von den Umfangsspannungen ab, welche die Klemme im Verhältnis
zu der gegebenen Anwendung erzeugen kann. Bei einer Verwendung in
einem Kraftfahrzeugkühlsystem mit Schaften und Einsätzen üblicher
Ausbildung beträgt die dynamische Umfangsspannung vorzugsweise
wenigstens 0,1 · 10&sup6; Pascal pro Zentimeter des zweiten Innendurchmessers, oder
vorzugsweise 0,5 · 10&sup6;, oder höchst bevorzugt 1,1 · 10&sup6;; die statische
Umfangsspannung beträgt vorzugsweise wenigstens 10 · 10&sup6; Pascal pro
Zentimeter des zweiten Innendurchmessers, oder vorzugsweise 25 · 10&sup6;, oder
höchst bevorzugt 50 · 10&sup6;; sämtlich über den Temperaturbereich von -40ºC
bis 175ºC.
-
Um eine lange andauernde Wirksamkeit der Klemme zu gewährleisten, ist
es erforderlich, daß das Material nicht mehr als eine maximale Kriechneigung
von vorzugsweise 7%, meist bevorzugt 5% und höchst bevorzugt
3% aufweist.
-
Bei der bevorzugten Anwendung im Rahmen eines
Kraftfahrzeugkühlsystems weist das Material eine bevorzugte Schlagzugfestigkeit von
wenigstens 1,0KJ/ m², oder eine meist bevorzugte Schlagzugfestigkeit von
wenigstens 5,0KJ/m², oder eine höchst bevorzugte Schlagzugfestigkeit von
wenigstens 10KJ/m² sowie eine bevorzugte minimale Schlagzerreißfähigkeit
von vorzugsweise 0,04 J/m, meist bevorzugt 0,09 J/m oder höchst
bevorzugt 0,4 J/m. Die zur Bestimmung der Schlagzugfestigkeit und der
minimalten Schlagzerreißfestigkeit verwendeten Verfahren sind in ASTM 256-88 als
die IZOD-Testverfahren A, C und D beschriebenen Verfahren. Die ASTM
256-88 ist durch Bezugnahme Teil des Gegenstandes der Erfindung.
-
Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung haben den
zusätzlichen Vorteil, das Material des geklemmten Schlauchs zu halten, so daß das
Ausfließen von Material zwischen der Klemme und dem Schaft oder Einsatz
verringert verhindert wird.
-
Das bevorzugte Material, das die zuvor genannten bevorzugten
Eigenschaften erfüllt, wird von DuPont unter dem Warenzeichen HYTREL
vertrieben. Andere Copolymermaterialien mit ähnlichen Eigenschaften, welche
die genannten Kriterien erfüllen, sind ebenfalls möglich. Bevorzugte
Materialien sind Copolyester.
-
Das erfindungsgemäße wärmeschrumpfbare polymere Schlauch- und
Rohrklemmband ist selbsteinstellend, um so die Auswirkungen von
Temperatur und Alterung auf Schläuche oder Rohre und Schafte oder Einsätze
auszugleichen. Die Klemme besteht aus einem relativ flexiblen Material, das
es ihr ermöglicht, sowohl eine gleichmäßige Kontraktionskraft aufzubringen,
als auch eine Anpassung an Unregelmäßigkeiten der Form des Schlauchs
oder des Schafts vorzunehmen. Ferner hält die Klemme das
Schlauchmaterial, wodurch die Neigung des Schlauchmaterials verringert wird, aus
dem Bereich zwischen Klemme und Schaft zu fließen. Als Endergebnis
dieser Eigenschaften ergibt sich eine verbesserte Widerstandsfähigkeit
gegen Warm- und Kaltleckagen der durch die bevorzugten
Ausführungsbeispiele der Erfindung geklemmten Verbindungen.
-
Das erfindungsgemäße Klemmband schafft ferner adäquate
Umfangsspannungen zum Verhindern des Absprengens und des Abziehens von
Schläuchen, die mit Kraftfahrzeugkühlsystemen mit üblich ausgebildeten
Schaften und Einsätzen verbunden sind. Es ist in geeigneter Weise gegen
die im Zusammenhang mit Kraftfahrzeugkühlsystemen vorkommenden
Chemikalien und gegen Korrosion widerstandsfähig, um eine lange
Lebensdauer zu bieten. Es ist leicht und frei von Vorsprüngen, die Platz
verbrauchen und das Ansammeln von Ablagerungen begünstigen. Ferner ist das
Klemmband schnell anzubringen und zur Anbringung durch moderne
Fertigungsstraßen geeignet. Diese Kombination von Eigenschaften und Vorteilen
war bisher bei Schlauchklemmen, insbesondere bei Schlauchklemmen im
Bereich von Kraftfahrzeugkühlsystemen, nicht verfügbar.
-
Es sei darauf hingewiesen, daß die vorhergehende Beschreibung der
Erfindung lediglich exemplarisch ist, und daß der Rahmen der Erfindung nur
durch die im Hinblick auf den Stand der Technik ausgelegten
Patentansprüche begrenzt ist. Ferner kann die illustrativ offenbarte Erfindung in
geeigneter Weise auch bei Fehlen eines hierin nicht spezifisch offenbarten
Elements ausgeführt werden.