EA006588B1 - Шланг, имеющий окружную поверхность, которая состоит из некоторого количества металлических проводов или трубок - Google Patents

Abstract

Предложен шланг, имеющий окружную поверхность, которая состоит из некоторого количества металлических проводов или трубок, причем эти провода или трубки, по существу, параллельны друг другу и эти провода или трубки намотаны спирально вокруг продольной оси шлангообразного элемента.

Description

Изобретение относится к шлангам, имеющим внешнюю стенку, состоящую из некоторого количества металлических проводов или трубок.

Такие шланги широко известны и используются в качестве защитного рукава для направления продольных объектов, таких как электрические кабели, магистрали текучих сред и т.д., особенно в легковых автомобилях. Стенки этих шлангов в основном состоят из металлических проводов, которые сплетены, обычно - оплетены, что позволяет сформировать в основном непрерывную поверхность.

Эти известные шланги удовлетворительно выполняют свои функции. Тем не менее, существует потребность в аналогичных элементах с легковесными конструкциями, подходящими и для использования в других приложениях.

Эта задача решается за счет гарантии того, что все провода или трубки параллельны друг другу, и гарантии того, что эти провода или трубки намотаны спирально вокруг оси шланга.

Таким образом, можно получить очень эффективный и дешевый способ производства шлангов.

Металл предпочтительно является алюминием или сплавом алюминия.

Применяя металл этого типа, который легковесен и легко гнется, можно также получить удобный способ изготовления шлангов.

С другой стороны, при использовании трубок, можно применить шланг в качестве гибкого соединения в системе переноса текучей среды.

До настоящего времени, для этих приложений обычно использовали резиновые шланги, а при условии применения стальных нитей, эти шланги даже были способны выдерживать высокие давления, например, в случае использования в гидравлических системах. Свойством, делающим резиновые шланги пригодными для этой цели, является высокая степень их гибкости, вследствие чего эти рукава могут соединять неподвижные детали с подвижными деталями. Эти шланги также долговечны, даже когда подвергаются вибрации. Как таковые, они часто использовались в автомобильных системах, когда нужно соединить магистралью текучей среды два компонента, каждый из которых имеет собственную колеблющуюся систему, и при этом необходима некоторая степень гибкости. Примерами таких приложений являются системы кондиционирования воздуха, системы подачи топлива, тормозные магистрали, и т. д.

Вместе с тем, резина как материал страдает тем недостатком, что, по меньшей мере, некоторая текучая среда в форме газа может диффундировать сквозь этот материал. В тормозных системах автомобилей вода попадает в тормозную жидкость за счет диффузии через соединения на основе гибких резиновых шлангов. В системах кондиционирования воздуха, особенно в тех, которые основаны на применении диоксида углерода, этот диоксид углерода медленно просачивается сквозь резиновые шланги, что приводит к плохой работе систем и затратам времени и денег на повторное заполнение. Дополнительным недостатком резины является старение, которое обычно происходит при эксплуатации на открытом воздухе. В результате этого, резина разрушается и требует замены через интервалы времени, зависящие от ее применения. Помимо этого, прочность резины на растяжение сравнительно мала, что не делает резину весьма подходящей для приложений, предусматривающих высокое давление.

Следовательно, цель изобретения состоит в том, чтобы разработать шланг, имеющий окружную поверхность, образованную некоторым количеством металлических трубок, причем все эти трубки, по существу, параллельны друг другу, и намотаны спирально вокруг продольной оси шланга.

Другие характеристики и преимущества изобретения станут очевидными из нижеследующего описания, приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи.

На фиг. 1 показан вид сбоку шланга, соответствующего изобретению.

На фиг. 2 показан вид сбоку шланга в приложении, предусматривающем перенос текучей среды.

На фиг. 3-5 показан вид сбоку других примеров шлангов в приложении, предусматривающем перенос текучей среды.

На фиг. 6-7 показано поперечное сечение примера шланга в соответствии с сечением А-А, обозначенным на фиг. 4.

На фиг. 8 показано поперечное сечение примера шланга в соответствии с сечением В-В, обозначенным на фиг. 5.

На фиг. 9-11 показаны поперечные сечения примера шланга в соответствии с сечением А-А, обозначенным на фиг. 4.

На фиг. 12 показан вид сбоку примера шланга.

На фиг. 13 показано сечение С-С, обозначенное на фиг. 3.

На фиг. 14 представлен график, схематически иллюстрирующий изменение податливости и прочности в связи с диаметром трубок или проводов, используемых для изготовления шланга, в соответствии с изобретением.

На фиг. 15 представлен график, схематически иллюстрирующий изменение податливости и зависимость между падением давления и толщиной стенки трубки или провода с фиксированным диаметром для формирования шланга в соответствии с изобретением.

На фиг. 16 представлен график, иллюстрирующий изменение гибкости как функцию угла кручения для шланга, соответствующего изобретению.

- 1 006588

На фиг. 17 представлено перспективное изображение модифицированного примера концевого соединителя (патрубка), используемого в соединении со шлангом, соответствующим изобретению.

На фиг. 1 показан шланг (1), содержащий некоторое количество спирально намотанных или закрученных проводов или трубок (2). Этот шланг можно получить путем спиральной намотки некоторого количества проводов или трубок вокруг сердцевинного элемента, имеющего требуемую форму поперечного сечения, например, круглую, овальную, или любую другую полезную конфигурацию, с последующим извлечением сердцевинного элемента из получаемого шланга. Таким образом, возможно либо наличие соседних проводов или трубок, располагающихся настолько близко друг к другу, что получается шланг с замкнутой поверхностью, либо наличие некоторого расстояния между соседними проводами и трубками и получение полузамкнутой поверхности, дающей повышенную гибкость. Центральная часть шланга (1) может быть либо полой, либо заполненной сердцевинным материалом (10) (см. фиг. 6), в зависимости от приложения, для использования в котором предназначен шланг. Такой шланг (1) образует гибкий элемент, который можно упруго деформировать в направлении, перпендикулярном его продольной оси, т.е. он может гнуться и поглощать вибрации в этом направлении. Кроме того, возможна также упругая деформация в продольном направлении

Провода или трубки, составляющие шланги, предпочтительно изготавливают из алюминия или сплавов алюминия, которые способствуют достижению надлежащей деформируемости, гибкости и долговечности - полезных характеристик для производства и применения шланга.

В случаях, когда центральная часть является полой, шланг можно использовать в качестве защитного рукава для чувствительных продольных элементов, таких как электрические кабели, гибкие шланги и т.д. Это является предпочтительным приложением в самодвижущихся транспортных средствах, но шланг можно использовать и в других ситуациях. В таких приложениях, на каждый концевой участок шланга (1) можно наносить покрытие (не показано), чтобы защитить концы проводов или трубок.

Когда эта защита становится необходимой, может оказаться предпочтительной замкнутая поверхность, но в ряде приложений важным является лишь обеспечение возможности направления, так что можно использовать полуразомкнутую поверхность.

В таких приложениях, элементы, составляющие шланг, могут быть либо проводами, либо трубками, а при необходимости возможно предварительное продольное формование шланга, чтобы обеспечить требуемое направление продольных элементов.

В других приложениях шланг предназначен для использования в качестве гибкого соединения между двумя жесткими магистралями или средствами. В приложении этого типа, шланги должны быть выполнены из намотанных или закрученных трубок.

На фиг. 2-5 показаны шланги (1), содержащие намотанные или закрученные трубки (2) и концевые детали или патрубки (4). Концевые детали (4) можно использовать для сборки двух проточных плетей трубок в одну общую проточную плеть или наоборот для разделения одной проточной плети на трубки (2) . На фиг. 3 и 4 показан угол наклона V. Угол наклона - это угол, под которым наматывают или закручивают трубки. Трубки (2) можно наматывать или закручивать, получая любую форму, например, винтовой линии, спирали, витка, а также придавая желаемый угол наклона или диаметр, любо создавая комбинацию любых таких форм.

На фиг. 2 не намотанные или не закрученные прямые и параллельные трубки (2) изначально вставлены каждым концом в две концевые детали (4) (из которых показана только одна), а сердцевинный элемент (10) (не виден) уложен центрально в трубки (2). Концевые детали (4) затем закручивают друг относительно друга, вследствие чего закручиваются и трубки (2), делая это до тех пор, пока трубки (2) не получат постоянную крутку и не обеспечится поддержание изображенной формы. Трубку (2) обычно приклеивают, припаивают твердым припоем или приваривают к концевым деталям (4) для формирования плотного соединения. При осуществлении этих процессов, система (1) может иметь дополнительный полимерный защитный элемент (12) (фиг. 10), полученный литьевым формованием вокруг нее, вследствие чего она оказывается, по меньшей мере, частично заделанной в этот элемент. В альтернативном варианте можно удалить сердцевинный несущий элемент перед созданием защитного несущего элемента (12) (фиг. 11).

На фиг. 6 и 7 изображен шланг (1), в котором несколько трубок (2) расположены вокруг цилиндрического несущего элемента, роль которого в этих случаях играют сердцевинные элементы (10). Сердцевинный элемент изготовлен из полимерного материала, предпочтительно - эластомера, такого как полиуретан. На фиг. 6 трубки расположены в один слой (6), тогда как на фиг. 7 трубки расположены в два слоя (6) и (8).

Чем больше слоев, тем большее проходное сечение можно получить, уменьшая тем самым сопротивление потоку, проходящему через систему трубок, без увеличения внешнего диаметра системы (1).

На фиг. 8 изображен шланг (1), в котором намотанные или закрученные трубки (2) расположены на некотором расстоянии от продольной оси сердцевинного элемента (10), содержащего центральную полость (11), и параллельно этой оси.

На фиг. 9 изображена система (1) трубок, в которой шесть трубок (2) расположены вокруг сердцевинного элемента (10).

- 2 006588

На фиг. 10 изображен шланг (1), в котором шесть трубок (2) расположены вокруг сердцевинного элемента (10). Трубки (2) также заделаны в защитном несущем элементе (12).

На фиг. 11 показан шланг (1), содержащий несколько трубок (2), расположенных в два слоя (6) и (8). Трубки (2) заделаны в защитном несущем элементе (12), содержащем центральную полость (11).

На фиг. 12 показан шланг (1), содержащий патрубки (4), а также спиральную секцию (14) и прямолинейную секцию (16). Эта конструкция оказывается весьма подходящей для приложений, требующих очень высокой гибкости. Конечно, шланг может содержать и другие спиральные и/или прямолинейные секции.

На фиг. 13 изображен патрубок (4), содержащий монтажные отверстия (18), распределенные в подходящей конфигурации, для заключения в них трубок (2). Отверстия (18) сообщаются с центральным отверстием (20).

Шланг (1) можно использовать в системах высокого давления, обеспечивающих перенос газа, воздуха, воды, водяного пара, нефтехимических веществ или любого другого вещества, чтобы обеспечить индивидуальное перемещение единиц оборудования и соединительных магистралей. Шланг (1) также можно использовать в тормозных системах на автомобилях и других транспортных средствах. В приложениях этих типов можно использовать шланг как с сердцевинным несущим элементом, так и без него.

Степень гибкости системы трубок в соответствии с изобретением определяется некоторым количеством характеристик используемых трубок.

В случае трубки из некоторого заданного материала, податливость перпендикулярно продольному направлению зависит от диаметра трубки и толщины стенки. Фиг. 14 иллюстрирует изменение податливости (С) трубки, имеющей фиксированную толщину стенки по отношению к ее диаметру. Очевидно, что податливость будет возрастать с увеличением диаметра. Кроме того - и это показано на фиг. 15 - податливость трубки с постоянным диаметром возрастает с увеличением толщины трубки.

С другой стороны, давление разрыва (ВР) трубки из некоторого определенного материала зависит от диаметра. На фиг. 14 изменение давления разрыва показано как функция диаметра, и очевидно, что оно возрастает с увеличением диаметра. На фиг. 15 изменение падения давления показано как функция толщины стенки, и из этого графика следует, что падение давления возрастает с увеличением толщины стенки при постоянном диаметре.

Чтобы создать гибкую систему, обладающую достаточной податливостью, достаточной механической прочностью, особенно - стойкостью к внутреннему давлению, и наименьшим возможным падением давления, важно использовать трубки с диаметром и толщиной стенки, обеспечивающими компромисс между этими требованиями.

Испытания показали, что наиболее подходящие трубки будут иметь внутренний диаметр между 1 и 6 мм и толщину стенки между 0,1 и 0,5 мм.

В предпочтительном варианте, внутренний диаметр находится между 2 и 4 мм, а толщина стенки близка к диапазону между 0,2 и 0,4 мм.

С другой стороны обнаружено, что степень гибкости или податливости зависит от угла наклона V, т.е. угла между линией спиральной намотки и продольной осью системы трубок (см. фиг. 16). Кроме того, существует компромисс между углом наклона V и механической прочностью системы, в частности ее осевая прочность должна быть достаточной для поддержания системы трубок в правильном положении. Поэтому предпочтительно иметь угол наклона V между 50 и 85°. В идеальном случае, угол наклона должен находиться между 60 и 80°.

На фиг. 17 показан патрубок или соединительная деталь (25), который или которую можно использовать для соединения шланга, состоящего из некоторого количества капиллярных трубок, с одной трубкой.

Конструкция этой соединительной детали почти идентична конструкции, описанной в ЕР-В-0 895 051.

Изобретение, раскрытое в описании и на чертежах, можно модифицировать и изменять, и при этом оно по-прежнему будет находиться в рамках объема притязаний изобретения, охарактеризованного нижеследующей формулой изобретения.

Claims (12)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Шланг, имеющий окружную поверхность, которая состоит из некоторого количества металлических трубок, причем все эти трубки, по существу, параллельны друг другу и намотаны спирально вокруг продольной оси шланга, отличающийся тем, что трубки имеют внутренний диаметр от 1 до 6 мм и толщину стенки от 0,1 до 0,5 мм.
2. 2. Шланг по п.1, отличающийся тем, что трубка имеет внутренний диаметр от 2 до 4 мм.
3. 3. Шланг по одному из пп.1-2, отличающийся тем, что трубки имеют толщину стенки от 0,2 до 0,4 мм
4. 4. Шланг по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что угол наклона трубок находится от 50 до 85°, а предпочтительно от 60 до 80°.

   - 3 006588
5. 5. Шланг по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что окружная поверхность, по меньшей мере, частично сформирована более чем из одного слоя трубок.
6. 6. Шланг по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что трубки, по меньшей мере, частично заделаны в защитном несущем элементе.
7. 7. Шланг по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что каждая трубка покрыта защитным покрытием.
8. 8. Шланг по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что трубки образуют, по существу, замкнутую поверхность.
9. 9. Шланг по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что все концы трубок на одной стороне соединены с первым патрубком, а все концы трубок на другой стороне соединены со вторым патрубком, образуя соединение для текучей среды между этими двумя патрубками.
10. 10. Шланг по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что центральная область шланга заполнена несущим элементом, изготовленным из полимерного материала.
11. 11. Шланг по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что металл является алюминием или сплавом алюминия.
12. 12. Применение шланга по любому из пп.1-11 в самодвижущемся транспортном средстве для переноса текучей среды, находящейся под давлением.