NO792981L - Anordning for kontinuerlig fremstilling av forsterkede slanger av elastomerer - Google Patents

Abstract

Anordning for kontinuerlig fremstilling av forsterkede slanger av elastomerer

Description

Denne oppfinnelse vedrører en anordning for kontinuerlig fremstilling av forsterkede slanger av elastomerer ved at en slangekjerne formes av vulkaniserbare elastomerer, trekkes av i aksialretningen og understøttes radialt over en strekning, innenfor hvilken strekning flere forsterkningslag vikles opp på slangekjernen og elastomeret vulkaniseres, hvor det særegne er at påviklingen av forsterkningslagene skjer under stramning, og hvor den radiale understøttelse av slangekjernen bare skjer i områdene for den ved stramningen av forsterkningslagene frembragte ytre kraftinnvirkning, idet slangekjernen i disse områder avstøttes ytterligere mot vridning, hvilken anordning omfatter en hul dor med ved omkretsen i lengderetningen rundtløpende, endeløse, ved siden av hverandre anordnede, drivbare bånd.

De tekniske betingelser som må imøtekommes i forbindelse med fremstilling av undervannsledninger for store dybder, kan vanskelig oppfylles med de hittil kjente konstruksjoner. Slike slanger har nødvendigvis stor lysvidde, f.eks. i det minste over 50 mm, og de kjente anordninger er ikke egnet til kontinuerlig fremstilling av store rørlengder, f.eks. på flere kilometer. I anordninger som er utstyrt med en dor som støtter slangen innenfra under forming, har man hittil hatt vanskeligheter med stabil slangeføring. Disse vanskeligheter har til følge at det frem-stilte produkt ikke tilfredsstiller kravet til nøyaktige dimen-sjoner, jevn styrke og fullstendig tetthet.

En anordning for kontinuerlig fremstilling av slanger eller rør er kjent fra tysk patent 735 112. Som de andre kjente

anordninger egner den seg imidlertid bare til fremstilling av slanger med begrenset lengde, fordi slangen som fremstilles roterer om sin akse, mens den bygges opp av på hverandre viklede bånd.

De kjente fremgangsmåter til fremstilling av høytrykks-slanger av sammensatt materiale med elastisk bæremateriale kan

i prinsipp inndeles i spindelmetoden (dormetoden) og spindelløs-metoden.

Ifølge spindelmetoden anbringes slangens enkelte mate-rialbestanddeler, f.eks. kjernedelen, armeringsinnlegget og dekklaget, enkeltvis på en dor eller spindel som fungerer som formkjerne. Dorlengden er begrenset på grunn av fare for deformering. og utgjør som regel 20 - 40 m. Ved diskontinuerlig til-virkning blir det for de mindre slangediametere vanligvis benyt-tet en massiv ståldor, mens det.ved større diametere anvendes et aluminiumsrør på grunn av den enklere håndtering (DT-PS 521 226).

Spindelløsmetodene er hittil de eneste som muliggjør

kontinuerlig fremstilling av slangestykker av vilkårlig lengde, idet lengdebegrensningen som følge av deformeringen bortfaller. Oppbyggingen av slangen i stoffpåleggingsfasen foregår i dette tilfelle på et i noen grad komprimert medium, som regel luft.Fik-seringen av slangediametrene gjennomføres i dette tilfelle i til-knytning til ytterdiameteren, idet det forut for opphetningen på-føres en blymantel som etter opphetningen avtrekkes kontinerlig. I motsetning til spindelmetoden er nøyaktigheten av innerdiame-trene i sterk grad avhengig av material- og maskinparametrene;

Av økonomiske grunner er dessuten de hittil kjente spindelløsme-toder bare egnet til anvendelse ved fremstilling av slanger i større serier og med små slangediametere. (Tidsskriftet "Kautschuk und Gummi", februar 1963, DK 678.06: 621.643.3).

Til fremstilling av høytrykksslanger av de store og største diametere har hittil utelukkende spindelmetoden vært be-nyttet. Årsaken til dette er ikke først og fremst kravet om kon-stante innerdiametere, men skyldes hovedsakelig to kjennsgjernin-ger: For det første må den nødvendige metall- eller tekstilarme-ring for slangekonstruksjonen pålegges under spenning, hvilket ved anvendelse av spindelløsmetoderi i forbindelse med slanger med store innerdiametere vil medføre en utillatelig innsnevring av kjernedelen. Det er i slike tilfelle ikke mulig å øke støtte-lufttrykket, da dette likeledes vil resultere i en deformering riktignok i en annen retning av kjernedelen. For det andre ville, omkapslingen med bly under opphetningen medføre økonomisk ufor-svarlige fremstillingsomkostninger.

I US patent 2 491 152 er en fremgangsmåte beskrevet til kontinuerlig fremstilling av tekstilarmerte slanger med ubegren- set lengde. For å kunne trekke av slangen I samme utstrekning som den fremstilles i bevegelsesretningen uten at slangen må dreies, er det mellom doren og den til å begynne med ikke armerte slangekjerne anordnet en ringformet spalte som er fylt med et fluidumformet lagermedium. I spalten finnes det således trykkluft som lagermedium under tre forskjellig høye trykk. Det viser seg imidlertid at det i det indre av ringrommet som skal pas-seres av slangen når den under oppbygningen glir over doren, kort tid etter trykktilførselen bygges opp et trykk som er likt over alt og som er likt det maksimale trykk. Derved blåses den fremdeles ikke armerte slangekjerne opp som en ballong til den sprekker. Hvis det på den annen side tilføres et innertrykk som er lavere slik at slangekjernen kan stå imot trykket, fører dette til at det på de steder hvor .: .formingsbelastningen er høyest, råder et mottrykk som er altfor svakt til fremstilling av høy-trykksslanger. Derfor er denne kjente fremgangsmåte av den med denne benyttede anordning prinsipielt ikke brukbar til fremstilling av slanger med stor lysvidde.

Tysk utlegningsskrift 1 704 768 beskriver en anordning til fremstilling av en viklet slange av kunststoff. Anordningen har en dor til hvis faste overflate det er festet flere på skrå anordnede, drevne ruller som spoler opp det påløpende elastomer-bånd og rulter på den sylindriske innerside av slangen. Dermed roterer slangen under fremstillingen om sin lengdeakse, hvilket imidlertid ikke må skje ved fremstilling av store slangelengder, slik at fremstilling av slike lange slanger ikke kan utføres med denne anordning.

Tysk publiseringsskrift 1 778 916 omtaler en dor til fremstilling av brennstoffslanger med innerkledning av polyamid og mantel av neopren. Doren skal gjøre det mulig at en slangefo-lie av polyamid skal kunne anbringes slik på doren uten overutvi-delse at en restforspenning blir igjen i folien. For å oppnå dette strømmer trykkluft fra en ringformet not gjennom kanaler i opptrekningsretningen. Denne trykkluft kan avstenges etter opp-trekningen, slik at polyamidfolien under formingen og vulkanise-ringen ligger med en bestemt ferdiglengde fast på doren. Det dreier seg altså om en anordning som ikke brukes til kontinuerlig fremstilling av slanger.

Tysk publiseringsskrift 1 579 198 beskriver en fremgangsmåte til anbringelse av en skrueformet vikling på en slange hvor en mellom to dreibare foringer innspent dor med begrenset lengde benyttes. Mens doren med den påtrukne slangekjerne roterer, beveger sleiden seg langs slangen for påføring av flere armerings-tråder som vikling, til slangekjernen. Ved hjelp av føringshylse holdes slangen så stramt at en ensartet legging og stilling for trådene oppnås. Heller ikke denne anordning tillater imidlertid fremstilling av særlig.lange slanger fordi slangen dreies under fremstillingen.

Hensikten med oppfinnelsen er å tilveienbringe en anordning av den innledningsvis nevnte art, som bl.a. hindrer at slangen dreies under fremstillingen. Denne dreining må hverken opp-stå ved at doren dreier seg eller som følge av torsjonskrefter som innvirker på slangekjernen under anbringelsen av forsterkningslagene.

Anordningen ifølge oppfinnelsen utmerker seg ved at doren står fast og at båndene i doren er innrettet til å føres i formanlegg med doren i lengderetningen, idet driften av båndene skjer fra slangekjernen.

Båndene i doren kan drives fra en ytre drivanordning og båndene kan være hule og med sitt indre fylt med gass eller væske. Doren kan være fiksert i sin aksiale stilling og mot dreining

ved hjelp av et sterkt og utenfor slangekjernen virkende magnetfelt. Doren kan være fiksert hydraulisk i aksialretningen og. ved hjelp av et utenfor slangekjernen virkende magnetfelt mot dreining.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere nedenfor ved.hjelp

av eksempler under henvisning til tegningene, hvor:

Fig. 1 viser skjematisk en anordning med en rulledor og en ekstruder og to trådviklere, fig. 2 viser en hydrostatisk eller aerostatisk dor, fig. 3 en hul dor med drivbare bånd ved omkretsen, og fig. 4 en annen utforming av utførelsen fra fig. 3. Fig. 5,6 og 7 viser forskjellige anordninger av bånd i hule dorer, fig. 8 viser en anordning for adskilt fremstilling av slangekjernen og fig. 9 viser en anordning med et endeløst bånd som som følge av friksjonsinngrep vikles på og av et arme-ringslag.

Oppfinnelsen kan bringes til utførelse på tre forskjellige måter under benyttelse av tre typer anordninger (nedenfor kalt a,b, og e). a) Med en rulledor eller rullespindel som vist på fig. 1. Slangek jernen 2 som forlater ekstiruderanordningen 1 bibe-holdes ringsylinderformet av et svakt luftovertrykk i det indre parti 3 og avkjøles mest mulig forut for den påfølgende behand-lingsprosess. Slangekjernen fremføres med konstant hastighet v til den første slangeviklemaskin 4, hvor den omvikles med ét lag kordert eller tvunnet garn eller tråd. Trådlagene må ved en høy- . trykksslange være utført ytterst eksakt og reproduserbart, og av denne grunn må en innsnevring av den myke og ustabile slangekjerne under alle omstendigheter unngås.

Dette oppnås ved hjelp av en rulledor 5 som roterer i motsatt retning av korder- eller tvinnemaskinen 4. Rulledoren 5 er utstyrt med et størst mulig antall svakt konvekse, støtteruller 6 hvis dreieakse strekker seg i varierbar skråstilling i forhold til slangens midtlinje. Ved gitt skråstilling av rullene 6 og gitt slangeavtrekkshastighet v blir rulledorens 5 omdreiningstall innstilt slik at rullene 6 løper langs en skrueformet bane mot innersiden av slangekjernen 2.

Rullesirkeldiameteren D1er likeledes variabel for å kunne kjøre et størst mulig slangéprogram med den samme rulledor.. Videre kan slangens innerdiameter ,på denne måte korrigeres under f remstillingsprosessen..

Hvis det behøves en ytterligere krans med støtteruller i den andre korder- eller tvinnemaskin 7, kan denne ved hjelp av en fleksibel drivaksel 8 dreies i motsatt retning av den første.

Etter pålegging av to fiberlag av tekstilstoff eller tråd er slangen som oppbygges allerede så trykkfast at det for videre understøttelse er tilstrekkelig med et overtrykk av flere atmos-færer i slangens innvendige del 9. Dette trykkmedium kan med fordel ha den nødvendige temperatur for den påfølgende opphetning av slangen.

For å tilveiebringe avtetning mellom seksjonene 3 og 9 av slangens innvendige del, er det anordnet en glidetetning 10 som er dreibart forbundet med den siste rulledor 5.

I de tilfelle hvor det dreiemoment som.av trådvikleren 4 eller 7 overføres til slangen 2, ikke utlignes av et like stort kontramoment som frembringes av rulledoren 5, må det være anordnet en dreiesikring 11 for å forebygge en vridning av slangen 2

og et unøyaktig trådleie. Denne; dreiesikring er fortrinnsvis anordnet som en formbestandig forbindelse mellom slangeoverflaten og et antall skjær som griper inn i denne, eller rilleforsynte valser som ruller mot overflaten. Dreiesikringens kraftangreps-punkt bør ligge i størst mulig nærhet.av trådpåviklingsstedet. b) Med en hydrostatisk eller aerostatisk dor som vist på fig. 2.

Den ekstruderte og avkjølte slangekjerne 2 er i en eller

flere soner for ytre kraftpåvirkning beskyttet mot sammentrykning av en stasjonær eller om sin akse roterende støttedor 13. For å unngå en berøring mellom slangekjernen 2 og doroverflaten må det opprettholdes en mellomliggende' spalte 15 som er fylt av et lagermedium 14. Dette lagermedium strømmer under trykk gjennom et tilførselsrør 15a, kapillarrør 16 i et antall lagerlommer 17 og strømmer derfra ut gjennom en ringspalte 15 og inn i slangens indre del 3, hvorfra, det gjennom tilbakeløpsutboringer 18 returne-rer til trykkilden.

I likhet med fremgangsmåten ifølge a) må det i samtlige tilfelle hvor slangetverrsnittet har utilstrekkelig formstabili-tet, anvendes et ekstra, utvendig støttelager 19. Dette kan med fordel utføres som et aerostatisk lager, idet en væskefilm mellom slangek jernen 2 og forsterkningsinnlegget 20 vil ha skadelig innvirkning på. slangekvaliteten. På denne måte vil slangen 2 beve-ges glidende, med minimal friksjon og konstant hastighet v mellom' de to stasjonære lågere 13 og 19. Ytterlageret 19 utgjør hensikts-messig en del av spoleholderen 12 i slangeviklemaskinen 4 og 7 og er på forsiden forsynt med føringsutboringer 21 for trådgjen-nomføring. Det kan på denne måte på slangens ytterside anordnes en lageromslutning som er lukket i alle retninger og som strekker seg frem til trådpåføringssonen.

c) Ved hjelp av en stasjonær dor som vist på fig. 3.

Doren 23 virker som kalibrator, og hvor et antall endeløse,

fleksible bånd 24 som medføres av slangen 2 i produksjonsretnin-

gen, beveger seg glidende,"med liten friksjon, på dorytterflaten. Forutsetningen for dette er at friksjonskoeffisienten mellom innersiden av slangekjernen 2 og yttersiden av båndene 24 er vesent-lig større enn friksjonskoeffisienten mellom båndene 24 og doren 23. Hvis glidefriksjonen tross alt er for stor i visse produk-sjonstilfelle, kan båndene dessuten drives av en drivinnretning

25 med slangeavtrékkshastigheten v. Særlig ved mindre slangein-nerdiametre er det av plasshensyn vanskelig å plassere en egnet drivinnretning. innvendig i doren, og i slike tilfelle kan drivinn-retningen 25 være anbragt på utsiden, se fig. 4. Et slikt arran-gement er fordelaktig hvis slangekjernen ikke ekstruderes, men vikles av strimler 26. '

Utførelsen av de endeløse bånd'24 er forskjellig og anpas-set kravene om en rillefri slangekjerne (fig. 5,6 og 7). Fig. 5 viser et tverrsnitt langs linjen A-B gjennom doren ifølge fig. 3 eller 4. Dorytterflaten 23 er forbundet med et antall endeløse bånd som er stive i langsgående retning, men såvidt fleksible om sine midtlinjer at de lett kan tilpasses dorkrumningen. Båndenes innbyrdes tilstøtende sidekanter 2 7 er slik utformet at de under innvirkning av et yttertrykk presses tett mot hverandre. Undersiden av båndene er forsynt med langsgående føringssteg 29 som er innpasset i tilsvarende utsparinger 30 i doroverflaten 23 og derved forhindrer en sidelengs forskyvning av båndene under på-virkning av et vridningsmomerit . Utsparingene 31 kan likeledes være anordnet på undersiden av båndene og løpe på tilsvarende fø-ringslister 32 på dorytterflaten (fig. 7). For å minske friksjonskoeffisienten mellom båndene 24 og doren 23 kan det være anordnet utboringer for tilførsel av et smøremiddel.

Ved ikke-metalliske bånd 24 kan det med fordel være anordnet en eller flere langsgående strekkfisker 28, f.eks. av stål-tråd, innenfor slangetverrsnittet.

Ved utøvelse av et ytre trykk mot slangetverrsnittet for frembringelse av en bedre kvalitet i de tilfelle hvor slangen etter å være påført tekstillaget omhylles.med en varmvikling, kan

den indre-del 33 av båndene 24 være fylt med gass eller væske, ■ hvorved dette trykk kan økes ytterligere. I et slikt tilfelle må båndene 24 være fremstilt av elastisk materiale som muliggjør en ønsket tykkelsesøkning av båndet som følge av fyllstoffets varme-ékspans j.on

Selv om båndenes 24 kanter 2 7 er- temmelig godt avtettet, kan et avtrykk av disse kanter i form av riller på innersiden av den ferdige slange ikke fullstendig forebygges. For ihvertfall å redusere antall riller og dermed strømningsmotstanden når slangen er i bruk, må antallet av de bånd som medføres på doroverflaten, være minst mulig,helt ned til ett bånd i ytterste fall (fig.

6 og 7) . For å lette omføringen av det endeløse bånd ved endene

av doren 23 kan båndet enten helt (fig. 6) eller delvis (fig.7) være utformet med en liten tykkelse, slik at båndets tverrsnitt som er sirkelformet langs doroverflaten, lett kan foldes sammen ved dorenden og derved løpe tilbake i dorens indre del 34.

For at hele dormekanismen 2 3 skal kunne fikseres i slange-avtrekksretningen, må doren være forbundet med en dorholder 2 2 ved hjelp av steg 35. Da båndet 24 i. sin bane gjennom dorens indre del må løpe rundt disse steg, er båndets sirkelformede tverrsnitt avbrutt på minst ett sted 36. Dette kan imidlertid være unødvendig,dersom det er' mulig uten mekanisk forankring 22 og 35

å fiksere doren'23 i aksialstilling ved hjelp av et sterkt magnetfelt som virker mot doren innenfra 36 og/eller utenfra 37 (fig. 6). Innersiden av en slange som er .fremstilt på denne måte, vil være

fullstendig rillefri og ikke til å skjelne fra en konvensjonelt tilvirket dorslange.

En aksiell dorforankring uten holder 22 er videre nødven-dig i de tilfelle hvor slangekjernen 27 fremstilles i en separat prosess (fig. 8). Slangekjernen 2 som løper ut fra en trommel 39, fremføres gjennom trådpåleggingssonen 40 og opphetningssonen 41. Den ferdige slange avkjøles og vikles deretter på en trommel 42.

For at.arbeidet skal kunne gjennomføres "dorløst" også i et slikt tilfelle av kvasi-kontinuerlig fremstilling, må det dor-stykke 2 3 som understøtter de endeløse bånd 24 være fiksert til slangemaskinen i aksialretning uten anvendelse av en fast skrue-forbindelse. Dette kan gjennomføres ved magnetiske midler, som vist på fig. 6, eller ved hydrauliske midler, fig. 8, hvorved det oppnås en kraftbestandig forbindelse. Ved hydraulisk dorfikse-r.ing er dorendene gjennom stegene 35 og en holder 21 forbundet med stempelflater Aq og A^4 3 som tilveiebringer en gjensidig avtetning av de indre slangerom 44 og 45.

Gass- eller væsketrykkene i disse rom står ved hjelp av en reguleringsanordning i forbindelse med hverandre på en slik måte at resultantkraften Pj_A^- PgA^av produktene av trykk og stempelflate til enhver tid utligner den friksjonskraft R som virker mellom båndene 24 og doren.23. Dorens 23 aksialstilling kan kon-trolleres ved hjelp av de kjente metoder for beskadigelsesfri ma-terialprøving, f.eks. ved røntgenografi, og korrigeres gjennom den ovennevnte trykkdifferahsefegulering.

Da den uarmerte slangekjerne 2 som regel ikke kan motstå et større, innvendig trykk i sonen 44 uten å deformeres i utillatelig grad, kan dette trykk, innstilles i overensstemmelse med at-mosfæretrykket, hvorved den forreste stempelflate AQ kan utelates.

Det kan i mange tilfelle være meget fordelaktig å kombinere de beskrevne fremgangsmåter a), b) og c) med hverandre. Hvis f.

eks. slangetverrsnittet ved en slange som er påført sitt første forsterkningsinnlegg ved anvendelse -av fremgangsmåten c), allerede er så stabilt at de påfølgende trådlag kan pålegges under fremstillingsprosessen ved anvendelse av fremgangsmåten b), eller under visse omstendigheter endog bare ved hjelp av gass-- eller væskeifylling 'i.slangens indre del, vil en slik kombinasjon, for-utsatt at mediene adskilles ved hjelp av en eller flere hensikts-messige avtetninger 10, lett kunne gjennomføres.

På tross av de beskrevrie forholdsregler vil det ved. hver av fremgangsmåtene a) til c) kunne.forekomme at slangetverrsnittet utsettes for et for stort dreiemoment, særlig ved påføringen av de forskjellige forsterknings innlegg som er forbundet med .innvirkning av ytre krefter i-tangentiell retning til vedkommende slangeytterdiameter. Anordningen som er vist på fig. 9, har som oppgave i størst mulig grad å oppheve dette dreiemoment ved et motsatt rettet dreiemoment av tilnærmet samme størrelse, og å om-forme de forstyrrende, ytre krefter til indre krefter.

Dette vil stort sett oppnås ved hjelp av et endeløst og fleksibelt bånd 48 som nær ved eller sammen med fiberen eller det flerfibrige eller flertrådige fiberforband 47 løper i samme retning som dette og derved opptar en viss del av fiberpaviklings-spenningen ved friksjonsvirkning. Denne effekt er muliggjort dels ved at båndet 48 er forsynt med en ru overflate, og dels på grunn av den relative hastighet mellom 47 og 48 som følge av deres forskjellige viklingsdiamétere på slangekjernen 2. Som det fremgår av snitt CtD på fig. 9, vil det endeløse bånd 4 8 som roterer med en hastighet w, utvikle en kraft S^som i form av en tangentiell trekkraft påvirker slangekjernen 2 og overfører et dreiemoment' til denne. Når båndets 48 utgangskraft S2 bringes i overensstemmelse med inngangskraften S-^ ved fremdrift eller bremsing av omføringsrullesystemene 49-52, vil også det derved frembragte, dreiemoment Mt2være lik f^, hvorved de påvirkende, ytre krefter fra båndet resulterer i en sammensnøring av den bånddel 53 som er påviklet slangen, samt en flatekraft R som ikke utvikler noe dreiemoment. Denne stasjonære reaksjonskraft R ba-lanseres av den stasjonære dor av utførelsesformen a), til c) .

Claims (5)

1. Anordning for kontinuerlig fremstilling av forsterkede slanger av elastomerer ved at en slangekjerne formes av vulkaniserbare elastomerer, trekkes av i aksialretningen og understøttes radialt over en strekning, innenfor hvilken strekning flere forsterkningslag vikles opp på slangekjernen og elastomeret vulkaniseres, hvor det særegne er at påviklingen av forsterkningslagene skjer under stramning, og hvor den radiale understøttelse av slangek jernen bare skjer i områdene for den ved stramningen av forsterkningslagene. frembragte ytre kraftinnvirkning, idet slangekjernen i disse områder avstøttes ytterligere mot vridning, hvilken anordning omfatter en hul dor med ved omkretsen i lengderetningen rundtløpende, endeløse, ved siden av hverandre anordnede drivbare bånd, karakterisert ved at doren (2 3) står fast og at båndene (24) i doren 23 er innrettet til å føres i formanlegg med doren i lengderetningen, idet driften av båndene skjer fra slangekjernen (2).

2. ' Anordning ifølge krav 1, karakterisert ved at båndene (2 4) i doren (2 3) samvirker med en ytre drivanordning (25) .

3. Anordning ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at båndene (24) er hule og er innvendig (33) fylt med gass eller væske.

4. Anordning ifølge krav 1,2 eller 3, karakterisert ved at doren (23) er holdt fast i aksialretningen og mot dreining ved hjelp av et sterkt og utenfor slangekjernen (2) virkende magnetfelt.

5. Anordning ifølge krav 1,2 eller 3, karakterisert ved at doren.(2 3) er holdt fast hydraulisk i aksialretningen og ved hjelp av et utenfor slangekjernen (2) virkende magnetfelt mot dreining.