WO2018015049A1 - Schlauch mit einrichtung zur bestimmung der alterung - Google Patents
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- 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
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- G01M3/40—Investigating fluid-tightness of structures by using electric means, e.g. by observing electric discharges
Definitions
- the invention relates to a hose comprising a matrix of polymeric material and reinforcements embedded in the polymeric matrix.
- Hoses of the type mentioned are in great variety in a variety of applications in use.
- the lifetime of the hoses is of many factors, e.g. Pressure, load change number, temperature, aggressive media, etc. dependent. Therefore, it is difficult to predict the life of the hoses mentioned.
- a common failure criterion for polymeric tubing is aging.
- the polymer can become brittle over time, the strength member can rub through at intersections or individual parts of the reinforcement can break. These effects can not be assessed visually or with sufficient certainty.
- DE 60 2004 012 500 T2 discloses a method for the diagnosis of a cyclical system, in which the flow velocity of the fluid flowing through the system can be measured in order to correlate with the state of the system and the volume of fluid consumed can be determined using a mathematical algorithm is. A change in volume indicates changes in the system.
- the object of the invention was to provide a hose whose aging state can be continuously monitored during its entire service life.
- the tube has at least one outer and at least one inner electrode, which are arranged such that at least a part of the polymer matrix comes to lie between the electrodes, wherein the electrodes can be acted upon by an AC voltage and the impedances measurable between the electrodes and comparable with predetermined hose specific impedance characteristics.
- Such an arrangement has the advantage that a determination of the impedance change over the entire life of the hose and as well as independent of the installation situation is possible.
- a correlation between the aging of the hose and the measurable impedance can be determined, for example, by a two-stage process with at least the following work steps, namely in the first stage
- the measured value being the impedance of the material to be tested
- the measured value being the impedance of the material to be tested
- the strength member of the hose has many conductive mentor, so that the electrically conductive strength member is simultaneously used as an electrode for impedance measurement. By this arrangement, only one additional electrode is required
- the inner electrode is arranged on the inner surface of the hose and the outer electrode is arranged on the outer circumferential surface of the hose such that inner electrode and outer electrode are correspondingly opposite each other and are each conductively connectable to the hose material.
- This arrangement has the advantage that electrodes for impedance measurement can also be subsequently applied to customary hoses, for example by bonding with electrically conductive adhesives.
- the single FIGURE shows a schematic diagram of a hose section 1 according to the invention.
- the hose section has a rubber matrix 2.
- a strength carrier layer 3 embedded, which is simultaneously usable as an inner electrode, since it does not have explicitly shown here electrically conductive yarn components.
- the tube section 1 further has an outer electrode 4, which is formed in the form of a protective tube and also has electrically conductive yarn components.
- the outer electrode 4 is arranged so that at least part of the rubber matrix 2 comes to lie between the reinforcement layer 3 and the outer electrode 4 such that the reinforcement layer 3 and the outer electrode 4 do not have direct electrical contact with one another.
- a cover layer 5 of polymeric material is arranged to protect the outer electrode 4.
- an AC voltage can be applied.
- the impedance between the strength carrier layer 3 and the outer electrode 4 can be determined via a measuring device 7, not shown in more detail.
- the impedance values can then be correlated with aging values in other signal processing devices, not shown, so that the age of the tube can be determined at any time.
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Schlauch, aufweisend eine Matrix aus polymerem Material (2) und in die polymere Matrix (2) eingebettete Festigkeitsträgern(3). Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, einen Schlauch zu schaffen, dessen Alterungszustand während seiner gesamten Einsatzzeit kontinuierlich überwachbar ist. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Schlauch mindestens eine Außen- (4) und mindestens eine Innenelektrode (3) aufweist, die derart angeordnet sind, dass mindestens ein Teil der Polymermatrix (2) zwischen die Elektroden (3, 4) zu liegen kommt, wobei die Elektroden (3, 4) mit einer Wechselspannung beaufschlagbar sind und die Impedanzen zwischen den Elektroden (3, 4) messbar und mit vorbestimmten schlauchspezifischen Impedanzkennwerten vergleichbar sind.
Description
Beschreibung
Schlauch mit Einrichtung zur Bestimmung der Alterung
Die Erfindung betrifft einen Schlauch, aufweisend eine Matrix aus polymerem Material und in die polymere Matrix eingebettete Festigkeitsträgern.
Schläuche der genannten Art sind in großer Vielzahl bei unterschiedlichsten Anwendungen im Einsatz. Dabei ist die Lebensdauer der Schläuche von sehr vielen Faktoren, z.B. Druck, Lastwechselzahl, Temperatur, aggressiven Medien etc. abhängig. Daher ist eine Vorhersage der Lebensdauer bei den genannten Schläuchen schwierig.
Ein häufiges Versagenskriterium bei polymeren Schläuchen ist die Alterung. Das Polymer kann mit der Zeit spröde werden, der Festigkeitsträger kann an Kreuzungsstellen durch scheuern oder einzelne Teile des Festigkeitsträgers können brechen. Diese Effekte lassen sich optisch nicht bzw. nicht ausreichend sicher beurteilen.
Eine Überwachung der Schläuche während des Betriebes wäre daher wünschenswert.
In der DE 60 2004 012 500 T2 ist ein Verfahren zur Diagnose eines zyklischen Systems offenbart, bei dem zur Korrelation mit dem Zustand des Systems die Strömungsgeschwin- digkeit des durch das System fließenden Fluids messbar und unter Verwendung eines mathematischen Algorithmus das Volumen des verbrauchten Fluids bestimmbar ist. Eine Veränderung des Volumens deutet dann auf Veränderungen des Systems hin.
Dieses Verfahren bedarf aber eines geschlossenen Systems mit vor bekanntem Fluidvolu- men. Außerdem sind Änderungen nur des gesamten Systems erfassbar. Nicht erfassbar sind dabei Vorgänge im Inneren der verbauten Komponenten, sodass gegebenenfalls eine erfassbare Änderung des Systems erst bei Eintritt eines Schadensfalls möglich ist.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, einen Schlauch zu schaffen, dessen Alterungszustand während seiner gesamten Einsatzzeit kontinuierlich überwachbar ist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Schlauch mindestens eine Außen- und min- destens eine Innenelektrode aufweist, die derart angeordnet sind, dass mindestens ein Teil der Polymermatrix zwischen die Elektroden zu liegen kommt, wobei die Elektroden mit einer Wechselspannung beaufschlagbar sind und die Impedanzen zwischen den Elektroden messbar und mit vorbestimmten schlauchspezifischen Impedanzkennwerten vergleichbar sind.
Eine derartige Anordnung hat den Vorteil, dass eine Bestimmung der Impedanzänderung über die gesamte Lebensdauer des Schlauches und so gut wie unabhängig von der Einbausituation möglich ist. Eine Korrelation zwischen der Alterung des Schlauches und den messbaren Impedanz lässt sich beispielsweise durch ein zweistufiges Verfahren mit min- destens den folgenden Arbeitsschritten ermitteln, nämlich in der ersten Stufe
Ausführen einer anerkannten und/oder genormten Alterungsprüfung an einem polymeren Hohlkörper,
- dabei Durchführung einer dielektrischen Prüfung, wobei als Messwert die Impedanz des zu prüfenden Materials erfasst wird,
Korrelation der Messwerte mit der Anzahl und Größe der Lastwechsel und/oder der Zeitdauer der Alterungsprüfung,
Bestimmung von das Alter der polymeren Hohlkörper charakterisierenden Im- pedanzwerten und in der zweiten Stufe
Ausführen einer beliebig gestaltbaren Schnellalterungsprüfung an dem polymeren Hohlkörper,
- dabei Durchführung einer dielektrischen Prüfung, wobei als Messwert die Impedanz des zu prüfenden Materials erfasst wird,
Korrelation der Messwerte mit der Anzahl und Größe der Lastwechsel und/oder der Zeitdauer der Alterungsprüfung,
Bestimmung von das Alter der polymeren Hohlkörper charakterisierenden Impedanzwerten, wobei durch Vergleich der Impedanzwerte aus der ersten Verfahrensstufe mit den Impe- danzwerten aus der zweiten Verfahrensstufe eine Korrelation zwischen der bekannten Alterungsprüfung aus der ersten Verfahrensstufe und der beliebig gestalteten Schnellalte - rungsprüfung herzustellen ist und so eine Aussage über die Validität der beliebig gestalteten Schnellalterungsprüfung möglich ist. Bei dieser Vorgehensweise ist es nicht mehr notwendig, die einzelnen spezifischen Betriebsparameter des Schlauches zu erfassen, dadurch die Impedanzmessungen in Verbindung mit den Korrelationswerten zur Alterung des Schlauches unabhängig von der Betriebsparametern die Alterung des Schlauches bestimmbar ist. Das Auswechseln des Schlauches ist damit erst bei Erreichen eines Alterungsgrenzwertes erforderlich.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist der Festigkeitsträger des Schlauches elektrisch leitfähige vieler Mentor auf, sodass der elektrisch leitfähige Festigkeitsträger gleichzeitig als Elektrode zur Impedanzmessung verwendbar ist. Durch diese Anordnung ist nur noch eine zusätzliche Elektrode erforderlich
In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Innenelektrode auf der Innenoberfläche des Schlauches angeordnet und ist die Außenelektrode auf der Außenmantelfläche des Schlauches angeordnet derart, dass Innenelektrode und Außenelektrode korrespondierend gegen- über liegen und jeweils leitfähig mit dem Schlauchmaterial verbindbar sind.
Diese Anordnung hat den Vorteil, dass auch auf handelsüblichen Schläuchen Elektroden zur Impedanzmessung nachträglich applizierbar sind, beispielsweise durch Verklebung mit elektrisch leitfähigen Klebstoffen.
Anhand der Zeichnung wird nachstehend ein Beispiel der Erfindung näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Schlauchabschnittes 1. Der Schlauchabschnitt weist eine Gummimatrix 2 auf. In die Matrix 2 ist eine Festigkeits-
trägerlage 3 eingebettet, die gleichzeitig als Innenelektrode nutzbar ist, da sie hier nicht explizit dargestellte elektrisch leitfähige Garnkomponenten aufweist. Der Schlauchabschnitt 1 weist weiter eine Außenelektrode 4 auf, die in Form eines Schutzschlauches ausgebildet ist und ebenfalls elektrisch leitfähige Garnkomponenten aufweist. Die Au- ßenelektrode 4 so angeordnet, dass zwischen Festigkeitsträgerlage 3 und Außenelektrode 4 mindestens ein Teil der Gummimatrix 2 derart zu liegen kommt, dass Festigkeitsträgerlage 3 und Außenelektrode 4 keinen direkten elektrischen Kontakt zueinander aufweisen.
Um die Außenelektrode 4 ist zum Schutz der Außenelektrode 4 eine Decklage 5 aus poly- merem Werkstoff angeordnet.
Über geeignete, an sich bekannte und hier nicht näher dargestellte Kontakte 6 ist zwischen der Festigkeitsträgerlage 3 und der Außenelektrode 4 eine Wechselspannung anlegbar. Über eine nicht näher dargestellte Messeinrichtung 7 ist die Impedanz zwischen der Fes- tigkeitsträgerlage 3 und der Außenelektrode 4 bestimmbar.
Die Impedanzwerte lassen sich dann in nicht dargestellten weiteren Signalverarbeitungseinrichtungen mit Alterungswerten korrelieren, sodass sich das Alter des Schlauches zu jeder Zeit bestimmen lässt.
Claims
1. Schlauch, aufweisend eine Matrix aus polymerem Material (2) und in die polymere Matrix (2) eingebettete Festigkeitsträgern (3), dadurch gekennzeichnet, dass der Schlauch mindestens eine Außen- (4) und mindestens eine Innenelektrode (3) aufweist, die derart angeordnet sind, dass mindestens ein Teil der Polymermatrix (2) zwischen die Elektroden (3, 4) zu liegen kommt, wobei die Elektroden (3, 4) mit einer Wechselspannung beaufschlagbar sind und die Impedanzen zwischen den Elektroden (3, 4) messbar und mit vorbestimmten schlauchspezifischen Impedanzkennwerten vergleichbar sind.
2. Schlauch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Festigkeitsträger (3) des Schlauches elektrisch leitfähige Filamente aufweist, sodass der elektrisch leitfähige Festigkeitsträger (3) gleichzeitig als Elektrode (3, 4)zur Impedanzmessung verwendbar ist.
3. Schlauch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenelektrode (3) auf der Innenoberfläche des Schlauches angeordnet und die Außenelektrode (4) auf der Außenmantelfläche (5) des Schlauches angeordnet ist derart, dass Innenelektrode (3) und Außenelektrode (4) korrespondierend gegenüber liegen und jeweils leitfähig mit dem Schlauchmaterial verbunden sind.
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