WO1999002910A2 - Schlauchleitung mit mindestens einem integrierten elektrischen leiter - Google Patents

Schlauchleitung mit mindestens einem integrierten elektrischen leiter Download PDF

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
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    • G01M3/04—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point
    • G01M3/042—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point by using materials which expand, contract, disintegrate, or decompose in contact with a fluid
    • G01M3/045—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point by using materials which expand, contract, disintegrate, or decompose in contact with a fluid with electrical detection means
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    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L11/00—Hoses, i.e. flexible pipes
    • F16L11/04—Hoses, i.e. flexible pipes made of rubber or flexible plastics
    • F16L11/12—Hoses, i.e. flexible pipes made of rubber or flexible plastics with arrangements for particular purposes, e.g. specially profiled, with protecting layer, heated, electrically conducting
    • F16L11/127—Hoses, i.e. flexible pipes made of rubber or flexible plastics with arrangements for particular purposes, e.g. specially profiled, with protecting layer, heated, electrically conducting electrically conducting

Definitions

  • the invention relates to a hose line, in particular for flammable and non-flammable water-polluting substances, with at least two hose layers, between which at least one electrical conductor is arranged.
  • Such a hose line is known from DE-PS 22 00 538 and EP 0 185 650.
  • the first-mentioned document describes a compressed air hose for the transport of blasting media, in the inner wall of which an electrical conductor for wear monitoring is integrated. As soon as the inner wall of the hose and the electrically monitored conductor are rubbed through by the solids conveyed by the hose, the hose is decommissioned in order to avoid bursting of the hose when the hose is used again.
  • a hydraulic hose is described in the document EP 0 185 650, which has a reinforcement in the form of a strain gauge. The measuring wire changes its resistance under the influence of mechanical forces. Overuse of the hose leads, for example, to an emergency shutdown of the machine in which the hose is installed.
  • hose lines described in the publications use an electrical conductor either for hose wear measurement or for detecting an overload. in the the latter case is only possible with a complicated, electronic evaluation device.
  • the present invention is therefore based on the problem of creating a hose line with an integrated electrical conductor, in which the conductor is reliably and permanently interrupted in the event of an elongation in the hose longitudinal direction associated with a hose break.
  • An electrical conductor is integrated in the hose line, which either has a continuous cross-section of less than 0.5 mm 2 and is made of a brittle material or which has a cross-section of more than 0.5 mm 2 in certain areas and is provided at certain intervals with predetermined breaking points which break a certain overextension, at least acting in the longitudinal direction of the hose.
  • the first alternative is used for example in pressure hoses.
  • the conductor embedded there consists of a material that breaks off immediately after a certain overstretching in the longitudinal direction of the hose in the event of a hose break, without the conductor having been pulled many centimeters or decimeters out of the broken hose beforehand.
  • This has the advantage that a hose break is detected immediately after the transported liquid has escaped and the liquid transport can be interrupted immediately in order to keep the amount flowing out as small as possible.
  • the electrical conductor can be laid in the hose line, for example as a wire or strand, in such a way that it is arranged in at least one narrow zone in sinusoidal or meandering loops with a small amplitude. This routing allows a certain amount of hose expansion, such as that caused by running over or bending the hose.
  • the second alternative for achieving a definable conductor interruption uses predetermined breaking points in the form of mechanical weak points.
  • the predetermined breaking points are used, for example, in electrically conductive reinforcements of suction hoses. Usually a helically laid wire is used as reinforcement. In the event of a hose break, this wire is usually pulled far out of the hose jacket without breaking points until it finally breaks. All types of cross-sectional changes can be used as predetermined breaking points, provided they have a sufficient notch effect.
  • the predetermined breaking points can also be mechanical, once releasable couplings. Furthermore, the predetermined breaking points can be caused by a change in the material, e.g. by changing the structure or by cutting and gluing the ends of the conductors that meet in the separation point butt or overlap.
  • Figure 1 hose line with sinusoidal electrical conductor
  • Figure 2 Hose line with a spiral with constriction
  • Figure 3 Hose line with a sleeve as a predetermined breaking point
  • Figure 4 Hose line with a ceramic resistor as a predetermined breaking point.
  • Figure 1 shows a pressure hose, which consists of an inner layer (1), two strength members (2, 3), two intermediate layers (4, 5) and an outer layer (7).
  • the inner layer (1) is, for example, the impermeable and seamless part of the hose that is resistant to the conveyed material.
  • the outer layer (7) serves to protect against external mechanical damage, wear and tear, as well as weather-related and short-term chemical influences in the environment.
  • the inner layer (1) is surrounded by a reinforcement (2).
  • An insulating intermediate layer (5) is arranged on the latter.
  • This layer (5) receives the electrical conductor.
  • it is a wire (11) which is plotted on a sinusoidal or meandering curve in an imaginary laying zone (12). The division of the curve is larger than its amplitude. The amplitude and the pitch are designed so that the wire (11) is not yet stretched when the minimum bending radius of the hose or the hose line is bent.
  • This laying which is determined, inter alia, by the design of the strength members (2, 3), guarantees that the wire (11) is only stretched and broken when it is dangerously overstretched.
  • the installation zone is placed parallel to the center line of the hose.
  • the hose can have a plurality of laying zones spaced apart from one another.
  • the installation zones can also run helically on the hose line.
  • the amplitudes of the curve in which the wire is laid are smaller than the amplitudes in the case of laying zones oriented parallel to the center line.
  • the pitch of the helical laying zones - measured with respect to the hose center line - should also be less than 45 °, so that in the event of an overexpansion with a risk of hose breakage, the wire (11) is at least partially completely stretched within the helical laying zone.
  • the installation zones can cross if the wires (11) are insulated.
  • the use of the wire here is representative of thin strips or strips of conductive materials.
  • the electrical conductors (11, 21) are designed for an ohmic resistance of approx. 1 ⁇ / m.
  • the first intermediate layer (4) carrying the wire (11) is surrounded by a second intermediate layer (5).
  • a second reinforcement (3) is inserted between this and the outer layer (7).
  • Figures 2 to 4 show suction hoses. They also contain a helix (21) as a cross-sectional stabilizer, which is usually located between the strength members (2, 3). If the strength members (2, 3) are made of a conductive material, a non-conductive intermediate layer (4, 5) is arranged between the helix (21) and the strength members (2, 3).
  • the helix (21) itself consists, for example, of a zinc-coated spring steel wire with a round cross-section.
  • a suction hose with non-conductive strength members (2, 3) is shown.
  • the coil (21) is embedded between the inner reinforcement (2) and the intermediate layer (5) lying under the outer reinforcement (3).
  • the cross section of the spring steel wire of the helix (21) is weakened by at least 70%.
  • the constriction (25) has the shape of a ring notch, so that the notch factor present there is large enough to tear off the helix (21) at least at a predetermined breaking point in the event of a hose overload in the longitudinal direction.
  • Other cross-sectional reductions, such as cross bores or notches on one or more sides, are also conceivable.
  • the material of the helix (21) has an ohmic resistance of approx. 1 ⁇ / m. The resistance is related to the hose length.
  • the helix (21) is severed at the predetermined breaking point in FIG. 3.
  • the ends (22, 23) of the adjacent spiral sections meet at the separation point. Over both ends (22,
  • a sleeve (27) is pushed, which connects the ends, for example, by means of a cross press fit.
  • the seat is tolerated so that the ends (22, 23) are pulled out of the sleeve (27) safely in the event of hose overload.
  • the helix (21) and / or the sleeve (27) made of a conductive material with an ohmic resistance can be approximately 1 ⁇ per one meter of hose length.
  • FIG. 4 Another connection of the spiral ends (22, 23) in the area of the predetermined breaking points can be seen in FIG. 4.
  • the ends (22, 23) of a helix (21), which has no significant intrinsic resistance are linked via a resistance body (29).
  • the latter can be a conventional ohmic resistor, for example his.
  • Its resistance value per predetermined breaking point is designed so that the total resistance per meter of hose line is approx. 1 ⁇ .
  • the ceramic resistance body (29) breaks when the hose is overloaded accordingly, thus ending the conductivity of the helix (21).
  • the sinusoidally laid wire from FIG. 1 can also be used in the case of a suction hose with a non-conductive helix, for example made of plastic.
  • the hoses can be designed to be electrically conductive independently of the conductors that break when subjected to mechanical overload, for example in order to discharge electrostatic charges.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schlauchleitung, insbesondere für brennbare und nicht brennbare wassergefährdende Stoffe, mit mindestens zwei Schlauchschichten (1, 7), zwischen denen mindestens ein elektrischer Leiter (11) angeordnet ist. Der elektrische Leiter hat entweder durchgehend einen Querschnitt unter 0,5 mm2 und besteht aus einem spröden Material oder er weist bereichsweise einen Querschnitt über 0,5 mm2 auf und ist in bestimmten Abständen mit Sollbruchstellen (25) ausgestattet, die ab einer bestimmten, zumindest in Schlauchlängsrichtung wirkenden Überdehnung brechen. In beiden Fällen bricht der elektrische Leiter unmittelbar bei einem Bruch der Schlauchwandung.

Description

Schlauchleitung mit mindestens einem integrierten elektrischen Leiter
BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft eine Schlauchleitung, insbesondere für brennbare und nicht brennbare wassergefährdende Stoffe, mit mindestens zwei Schlauchschichten, zwischen denen mindestens ein elektrischer Leiter angeordnet ist.
Eine derartige Schlauchleitung ist aus der DE-PS 22 00 538 und der EP 0 185 650 bekannt. In der zuerst genannten Druckschrift wird ein Druckluftschlauch für den Transport von Strahlmitteln beschrieben, in dessen Schlauchinnenwandung ein elektrischer Leiter zur Verschleißüberwachung integriert ist. Sobald die Schlauchinnenwandung und der elektrisch überwachte Leiter von den durch den Schlauch geförderten Festkörpern durchgescheuert ist, wird der Schlauch ausgemustert um ein Bersten des Schlauches bei einer fortgesetzten Schlauchbenutzung zu vermeiden. In der Druckschrift EP 0 185 650 wird ein Hydraulikschlauch beschrieben, der eine Armierung in Form eines Dehnmeßstreifens aufweist. Der Meßdraht verändert unter dem Einfluß mechanischer Kräfte seinen Widerstand. Eine Überbeanspruchung des Schlauches führt beispielsweise zu einer Notab- Schaltung der Maschine, in der der Schlauch eingebaut ist.
Die in den Druckschriften beschriebenen Schlauchleitungen verwenden einen elektrischen Leiter entweder zur Schlauchver- schleißmessung oder zum Erfassen einer Überbeanspruchung. Im letzteren Fall ist dies nur mit einer komplizierten, elektronischen Auswerteeinrichtung möglich.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, eine Schlauchleitung mit einem integrierten elektrischen Leiter zu schaffen, bei der der Leiter im Falle einer mit einem Schlauchbruch verbundenen Überdehnung in Schlauchlängsrichtung zuverlässig und dauerhaft unterbrochen wird.
Das Problem wird u.a. mit den Merkmalen des Hauptanspruchs ge- löst. In der Schlauchleitung ist ein elektrischer Leiter integriert, der entweder durchgehend einen Querschnitt unter 0,5 mm2 hat und aus einem spröden Material besteht oder der bereichsweise einen Querschnitt über 0,5 mm2 aufweist und in bestimmten Abständen mit Sollbruchstellen ausgestattet ist, die ab einer bestimmten, zumindest in Schlauchlängsrichtung wirkenden Überdehnung brechen.
Die erste Alternative wird beispielsweise in Druckschläuchen verwendet. Der dort eingebettete Leiter besteht aus einem Material, das ab einer bestimmten Überdehnung in Schlauchlängsrichtung bei einem Schlauchbruch sofort abreißt, ohne daß der Leiter vorher viele Zentimeter oder Dezimeter aus dem gerissenen Schlauch herausgezogen wurde. Das hat den Vorteil, daß ein Schlauchbruch unmittelbar nach dem Austreten der transportierten Flüssigkeit erkannt wird und der Flüssigkeitstransport sofort unterbrochen werden kann, um die auslaufende Menge so klein wie möglich zu halten. In der Schlauchleitung kann der elektrische Leiter beispielsweise als Draht oder Litze so verlegt werden, daß er in mindestens einer schmalen Zone in sinus- oder mäanderförmigen Schleifen mit kleiner Amplitude angeordnet ist. Diese Verlegung läßt eine gewisse Schlauchdehnung zu, wie sie z.B. durch ein Überfahren oder Krümmen des Schlauches entsteht.
Die zweite Alternative zum Erzielen einer definierbaren Leiterunterbrechung verwendet Sollbruchstellen in Form von mecha- nischen Schwachstellen. Die Sollbruchstellen werden beispielsweise in elektrisch leitfähigen Armierungen von Saugschläuchen verwendet. Als Armierung wird meist ein schraubenförmig verlegter Draht eingesetzt. Dieser Draht wird ohne Sollbruchstellen bei einem Schlauchbruch in der Regel weit aus dem Schlauchman- tel herausgezogen bis er endlich bricht. Als Sollbruchstellen können alle Formen von Querschnittsänderungen eingesetzt werden, sofern sie eine genügende Kerbwirkung haben. Auch können die Sollbruchstellen mechanische, einmal lösbare Kupplungen sein. Ferner können die Sollbruchstellen durch eine Material - änderung herbeigeführt werden, z.B. durch eine Gefügeänderung oder durch ein Auftrennen und Verkleben der in der Trennstelle stumpf oder überlappend aufeinandertreffenden Leiterenden.
Alle eingesetzten Leiter haben von Kupplung zu Kupplung einen ohmschen Widerstand von ca. 1 Ω bezogen auf 1 m Schlauchlänge.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den nicht oder nur teilweise zitierten Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung mehrerer schematisch dargestellter Ausführungsformen: Figur 1: Schlauchleitung mit sinusförmig verlegtem elektrischen Leiter;
Figur 2: Schlauchleitung mit einer Wendel mit Einschnürung;
Figur 3: Schlauchleitung mit einer Hülse als Sollbruchstelle;
Figur 4: Schlauchleitung mit einem Keramikwiderstand als Sollbruchstelle.
Figur 1 zeigt einen Druckschlauch, der aus einer Innenschicht (1), zwei Festigkeitsträgern (2, 3), zwei Zwischenschichten (4, 5) und einer Außenschicht (7) besteht. Die Innen- schicht (1) ist beispielsweise der undurchlässige und gegen das Fördergut beständige, nahtlose Teil des Schlauches. Die Außenschicht (7) dient dem Schutz gegen äußere mechanische Beschädigung, Abnutzung sowie witterungsbedingte und kurzzeitige chemische Einflüsse der Umgebung.
Die Innenschicht (1) ist von einem Festigkeitsträger (2) umgeben. Auf letzterem ist eine isolierende Zwischenschicht (5) angeordnet. Diese Schicht (5) nimmt den elektrischen Leiter auf. Es ist hier ein Draht (11) , der einer sinus- bzw. mäanderförmi- gen Kurve in einer gedachten Verlegezone (12) aufgetragen ist. Die Teilung der Kurve ist dabei größer als ihre Amplitude. Die Amplitude und die Teilung sind so ausgelegt, daß der Draht (11) bei einem Abknicken auf den minimalen Biegeradius des Schlauches bzw. der Schlauchleitung noch nicht gestreckt ist. Diese Verlegung, die u.a. durch die Gestaltung der Festigkeitsträger (2, 3) bestimmt wird, garantiert, daß der Draht (11) erst bei einer gefährlichen Überdehnung gestreckt wird und bricht. In Figur 1 ist die Verlegezone parallel zur Mittellinie des Schlauches gelegt. Der Schlauch kann mehrere, zueinander beab- standete Verlegezonen aufweisen. Selbstverständlich können die Verlegezonen auch schraubenförmig auf der Schlauchleitung ver- laufen. In diesem Fall sind die Amplituden der Kurve, in der der Draht verlegt ist gegenüber den Amplituden bei parallel zur Mittellinie ausgerichteten Verlegezonen kleiner. Auch soll die Steigung der schraubenförmigen Verlegezonen - gegenüber der Schlauchmittellinie gemessen - kleiner als 45°sein, so daß bei einer Überdehnung mit Schlauchbruchgefahr der Draht (11) zumindest partiell vollständig innerhalb der schraubenförmigen Verlegezone gestreckt wird.
Die Verlegezonen können sich überkreuzen, sofern die Drähte (11) isoliert sind. Im übrigen ist hier die Verwendung des Drahtes stellvertretend für dünne Bänder oder Streifen aus leitfähigen Werkstoffen. Die elektrischen Leiter (11, 21) sind für einen ohmschen Widerstand von ca. 1 Ω/m ausgelegt.
Die erste, den Draht (11) tragende Zwischenschicht (4) wird von einer zweiten Zwischenschicht (5) umgeben. Zwischen dieser und der Außenschicht (7) ist ein zweiter Festigkeitsträger (3) eingelegt .
Die Figuren 2 bis 4 zeigen Saugschläuche. Sie enthalten zusätzlich als Querschnittsstabilisator eine Wendel (21) , die sich in der Regel zwischen den Festigkeitsträgern (2, 3) befindet. Sind die Festigkeitsträger (2, 3) aus einem leitfähigen Werkstoff, so wird zwischen der Wendel (21) und den Festigkeitsträgern (2, 3) jeweils eine nichtleitende Zwischenlage (4, 5) angeordnet. Die Wendel (21) selbst besteht beispielsweise aus einem zinküberzogenen Federstahldraht mit rundem Querschnitt . In Figur 2 ist ein Saugschlauch mit nichtleitfähigen Festigkeitsträgern (2, 3) dargestellt. Zwischen dem inneren Festigkeitsträger (2) und der unter dem äußeren Festigkeitsträger (3) liegenden Zwischenschicht (5) ist die Wendel (21) eingebettet. Sie hat beispielsweise alle zweieinviertel Umschlingungen eine Sollbruchstelle in Form einer Einschnürung (25) . An dieser Stelle ist der Querschnitt des Federstahldrahts der Wendel (21) um mindestens 70% geschwächt. Die Einschnürung (25) hat die Form einer Ringkerbe, so daß der dort vorhandene Kerbfaktor groß genug ist, um bei einer Schlauchüberlastung in Längsrichtung die Wendel (21) mindestens an einer Sollbruchstelle abzureißen. Andere Querschnittsverringerungen, wie z.B. Querbohrungen oder ein- oder mehrseitige Einkerbungen sind auch denkbar. Das Material der Wendel (21) hat einen ohmschen Widerstand von ca. 1 Ω/m. Der Widerstand ist bezogen auf die Schlauchlänge .
Bei der Sollbruchstelle in Figur 3 ist die Wendel (21) durchtrennt. An der Trennstelle treffen sich die Enden (22, 23) der benachbarten Wendelabschnitte auf Stoß. Über beide Enden (22,
23) ist eine Hülse (27) geschoben, die die Enden beispielsweise jeweils mittels eines Querpreßsitzes verbindet. Der Sitz ist so toleriert, daß die Enden (22, 23) bei einer Schlauchüberlastung aus der Hülse (27) sicher herausgezogen werden. In diesem Fall kann die Wendel (21) und/oder die Hülse (27) aus einem leitfähigen Material mit einem ohmschen Widerstand ca. 1 Ω pro einem Meter Schlauchlänge sein.
Eine andere Verbindung der Wendelenden (22, 23) im Bereich der Sollbruchstellen ist der Figur 4 zu entnehmen. Dort werden die Enden (22, 23) einer Wendel (21), die keinen nennenswerten Eigenwiderstand hat, über einen Widerstandskörper (29) verknüpft. Letzterer kann beispielsweise ein üblicher ohmscher Widerstand sein. Sein Widerstandswert pro Sollbruchstelle ist so ausgelegt, daß sich ein Gesamtwiderstand pro Meter Schlauchleitung vom ca. 1 Ω ergibt. Der beispielsweise keramische Widerstands- körper (29) bricht bei einer entsprechenden Überlastung des Schlauches, womit die Leitfähigkeit der Wendel (21) beendet ist .
Selbstverständlich kann auch bei einem Saugschlauch mit einer nicht leitfähigen, beispielsweise aus Kunststoff gefertigten Wendel der sinusförmig verlegte Draht aus Figur 1 verwendet werden .
Im übrigen können die Schläuche unabhängig von den bei mechani- scher Überlastung brechenden Leitern elektrisch leitfähig ausgebildet sein, z.B. um elektrostatische Aufladungen abzuleiten.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Innenschicht
2, 3 Festigkeitsträger
4 Zwischenschicht, erste
5 Zwischenschicht, zweite
7 Außenschicht
11 Draht
12 Verlegungszone
21 Wendel
22, 23 Wendelenden
25 Einschnürung, Querschnittsverengung
27 Hülse
29 Widerstandskörper

Claims

PATENTANSPRUCHE
1. Schlauchleitung für brennbare und nicht brennbare wasserge- fährdende Stoffe mit mindestens zwei Schlauchschichten, zwischen denen mindestens ein elektrischer Leiter angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Leiter (11, 21) entweder durchgehend einen Querschnitt unter 0,5 mm2 hat und aus einem spröden Material besteht oder bereichsweise einen Querschnitt über 0,5 mm2 aufweist und in bestimmten Abständen mit Sollbruchstellen (25-27) ausgestattet ist, die ab einer bestimmten, zumindest in Schlauchlängsrichtung wirkenden Überdehnung brechen.
2. Schlauchleitung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Leiter ein Draht (11) ist, der in mindestens einer schmalen, parallel zur Schlauchlängsachse angeordneten Zone (12) in sinusförmigen Schleifen mit kleiner Ampli- tude verlegt ist.
3. Schlauchleitung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aufeinanderfolgenden Sollbruchstellen (25, 27, 29) be- zogen auf den Schlauchquerschnitt jeweils um 60 bis 90° zueinander versetzt sind.
4. Schlauchleitung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aufeinanderfolgenden Sollbruchstellen (25, 27, 29) einen äquidistanten Abstand haben.
5. Schlauchleitung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Leiter ein Draht (11) ist, der in mindestens einer schmalen, spiralförmig zur Schlauchlängsachse angeordneten Zone (12) in sinusförmigen Schleifen mit kleiner Amplitude verlegt ist, wobei die Spirale der Zone (12) mindestens eine Steigung von 45° hat.
6. Schlauchleitung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Leiter eine die Schlauchleitung verstärkende Wendel (21) ist.
7. Schlauchleitung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelne Sollbruchstelle als Querschnittsverengung (25] ausgebildet ist.
8. Schlauchleitung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der einzelnen Sollbruchstelle die Wendel (21) unterbrochen ist, wobei an dieser Stelle die beiden stumpf aufeinanderstoßenden Enden (22, 23) der Wendel (21) lösbar in einer elektrisch leitfähigen Hülse (27) stecken.
9. Schlauchleitung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der einzelnen Sollbruchstelle die Wendel (21) unterbrochen ist, wobei diese Stelle mit einem Widerstand (29) aus einem spröden Werkstoff überbrückt ist.
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