Flexible Leitung und Verfahren zu ihrer Herstellung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine verstärkte flexible Leitung, die gas- und Flüssigkeitsdicht und für den Transport fluider Stoffe, insbesondere gasförmiger Art geeignet sein soll. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Herstellung der Leitung.
Leitungen dieser Art bestanden bisher aus einem flexiblen rohrförmigen Körper aus gummielasti- schem oder thermoplastischem Material mit am Umfang angeordneten, zur Verstärkung dienenden Windungen einer Stahlfeder, die axial mit Abstand voneinander in dem Rohrkörper eingebettet oder mit ihm verbunden waren, wobei die Windungen der Stahlfeder gegebenenfalls zuerst mit gummielastischem oder thermoplastischem Material beschichtet wurden. Leitungen dieses Types sind leicht, dauerhaft und flexibel und haben bei Staubsaugern für industrielle und hauswirtschaftliche Zwecke, in Sauerstoffgeräten, besonders als Sauerstoffzuleitungen für Flugzeugbesatzungen, für Atmungsgeräte, Versorgungsleitungen für gasförmigen und flüssigen Brennstoff und dergleichen Verwendung gefunden.
Bekannte Leitungen dieser Art wurden gewöhnlich dadurch hergestellt, dass der Verstärkungsteil von dem Rohrkörper umgeben und mit ihm verbunden oder in diesen eingebettet wurde, wobei der Verstärkungsteil ganz oder teilweise innerhalb des Rohrkörpers zu liegen kam. Produkte dieser Art stellten gewöhnlich Leitungen dar, in denen der Verstärkungsteil an der Innenfläche des Rohres freilag; im Falle vollständiger Einbettung hatte das Produkt eine erhebliche Wandstärke oder war nicht genügend flexibel.
Die Erfindung betrifft nun eine flexible, verstärkte Leitung, mit einer Windungen bildenden Verstärkung, welche Windungen in axialer Richtung der Leitung einen Abstand voneinander aufweisen und ist gekennzeichnet durch einen flexiblen elastischen rohrförmigen Teil, der von der Verstärkung umgeben ist und einen normalen Aussendurchmesser besitzt, der kleiner ist als der Innendurchmesser der Verstärkung, wobei der rohrförmige Teil sich in radial gedehntem Zustand befindet, so dass er über seinen normalen Durchmesser hinaus aufgeweitet ist und die benachbarten inneren Flächenteile der Verstärkung berührt und mit diesen verbunden ist, während die zwischen den Windungen der Verstärkung liegenden Abschnitte des rohrförmigen Teiles Einschnürungen mit einem Innendurchmesser bilden, der annähernd dem normalen inneren Durchmesser des rohrförmigen Teils entspricht.
Das Verfahren zur Herstellung der Leitung ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass man einen rohrförmigen elastischen Teil mit vorbestimmtem äusseren Durchmesser herstellt, diesen mit einer Verstärkung umgibt, welche Windungen bildet, die in axialer Richtung einen Abstand voneinander aufweisen und einen inneren Durchmesser besitzen, der grösser ist als der äussere Durchmesser des rohrförmigen Teils, dass man den rohrförmigen Teil innerhalb seiner elastischen Grenzen dehnt, so dass die Aussenfläche des rohrförmigen Teils die Innenfläche der Verstärkung berührt, und dass man die so vereinigten Flächenteile miteinander verbindet und darauf den rohrförmigen Teil entspannt, so dass er dazu neigt, seinen ursprünglichen Durchmesser wieder einzunehmen, wobei die Teile desselben, welche mit der Verstärkung verbunden sind, den Durchmesser derselben beibehalten,
während die zwischen den Windungen liegenden, nicht mit der Verstärkung verbundenen Abschnitte des rohrförmigen Teiles zwischen den Windungen gegen das Rohrinnere gezogen werden, so dass eine gewellte flexible Leitung entsteht.
Die Erfindung soll anhand der beiliegenden Zeichnung beispielsweise näher erläutert werden.
Dabei zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht teilweise im Schnitt, welche einen Schritt der Herstellung der erfindungsgemässen Leitung erläutert;
Fig. 2 eine Ansicht mit teilweisem Schnitt, welche einen weiteren Schritt der Herstellung der Leitung gemäss der Erfindung andeutet;
Fig. 3 eine teilweise im Schnitt gezeigte Ansicht, welche eine Zwischenstufe für eine andere Ausführungsform der erfindungsgemässen Leitung darstellt;
Fig. 4 eine Ansicht teilweise im Schnitt, welche einen weiteren Schritt bei der Herstellung der erfindungsgemässen Leitung darstellt;
Fig. 5 eine teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht, welche den letzten Schritt bei der Herstellung der erfindungsgemässen Leitung nach Fig. 3 zeigt;
Fig. 6 eine teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht, welche den Aufbau der fertigen Leitung nach Fig. 3 verdeutlicht;
Fig. 7 eine teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht der Leitung gemäss Fig. 6 in axialgestreckter Form;
Fig. 8 einen Querschnitt eines Teils des in Fig. 7 dargestellten Schlauches in grösserem Masstab
Fig. 9 einen ähnlichen Querschnitt wie in Fig. 8, mit Darstellung einer abgeänderten Form der Leitung nach der Erfindung.
Im einzelnen zeigt Fig. 1 den Kerndorn 10, welcher mit einem dehnbaren und elastischen Uberzug 11 versehen ist, der aus einem gummielastischen oder verstreckbaren Material, wie z.B. vulkanisiertem Kautschuk oder dergleichen, besteht. Kerndorn und Überzug besitzen solche Abmessungen, dass den Überzug enganliegend auf den Kerndorn passt.
Der Aussendurchmesser des Uberzuges ist etwas geringer als der Aussendurchmesser des darüber gezogenen Rohres oder Schlauches 12 aus gummielastischem Material. Das Rohr bzw. der Schlauch 12 kann durch Extrusion hergestellt werden; dieser rohrförmige Teil ist mit einem Innendurchmesser versehen, der dem normalen inneren Durchmesser der herzustellenden Leitung entspricht, und sein Aussendurchmesser ist normalerweise geringer als der innere Durchmesser der im folgenden beschriebenen Verstärkung. Bevorzugte Materialien für den rohrförmigen Teil 12 sind Thermoplaste wie Polyvinylchlorid und Polyäthylen oder Elastomere wie vulkanisierter oder teilweise vulkanisierter natürlicher oder synthetischer Kautschuk, so dass das Rohr bzw. der Schlauch ausgedehnt werden kann und darauf wieder seinen normalen Durchmesser einnimmt.
Nachdem das Rohr 12 über den auf dem Kern befindlichen Überzug aufgebracht ist, wird die Verstärkung 13 in Form einer Stahlfeder mit in Abständen angeordneten Windungen wie dargestellt über das Rohr gebracht. Die Windungen besitzen einen Durchmesser, der dem verlangten äusseren Durchmesser der Leitung zuzüglich eines gegebenenfalls angebrachten äusseren Rohres bzw.
Schlauches oder einer Uberzugschicht entspricht; die Windungen der Feder werden vorzugsweise ebenfalls mit einer Schicht 14, die von gleicher Art sein kann wie das Rohr, überzogen. Der Kern 10 besitzt eine innere Bohrung 15 und radiale Durchlässe 16 zwischen der Innenbohrung und der Oberfläche des Dornes.
Wie in Fig. 2 dargestellt, bewirkt die Einführung von Luft oder eines anderen gasförmigen oder flüssigen Mediums unter Druck, eventuell im warmen Zustand, durch den Kern, dass der Überzug 11 unter Einwirkung dieses Mediums sich unter Mitnahme des Rohres 12 ausdehnt. Die Ausdehnung wird so weit durchgeführt, dass das Rohr 12 gegen die Innenfläche der Verstärkungswindungen des Teils 13 und den daran befindlichen Überzug 14 gedrückt wird. Dadurch kann das Rohr 12 an der Innenfläche der Verstärkung befestigt werden. Um diese Befestigung oder Verbindung zu bewirken, kann das Rohr zuerst mit einem geeigneten Haftmittel oder Klebstoff überzogen werden, wobei der Innendruck so lange aufrecht erhalten wird, bis das Haftmittel oder der Klebstoff erhärtet.
Anstelle der Verwendung eines Haftmittels und besonders in den Fällen, wo das Rohr und der Überzug auf der Verstärkung thermoplastischer Art sind, kann Hitze, vorzugsweise in lokalisierter Form mittels Durchleitung eines elektrischen Stromes, durch den Draht der Verstärkung angewendet werden, wodurch das Rohr und der Überzug des Drahtes an den Stellen ihrer Berührung erweichen. Nach Beendigung der Stromdurchleitung und Abkühlen des Drahtes erhärtet das thermoplastische Material und bewirkt eine durchgehende Verbindung zwischen dem Rohr und dem Überzug des Drahtes. Man kann auch die gesamte Anordnung in die Heizzone eines Induktionsofens bringen, wobei sich der Draht erhitzt und die lokale Erhitzung durch Induktion vor sich geht.
Wenn das Rohr und der Überzug des Drahtes aus teilweise vulkanisiertem Kautschuk bestehen, kann die Verbindung durch Einführung von Dampf oder heisser Luft in den Überzug 11 erreicht werden, wobei durch die entstehende Wärme das Rohr und der Überzug des Drahtes gemeinsam ausvulkanisieren, während sie gegeneinander gedrückt werden. Wenn sowohl Rohr als auch Drahtüberzug aus vulkanisiertem Kautschuk bestehen, kann eine Verbindung durch Verwendung eines Kleb- oder Haftstoffes wie z.B. Kautschukoder Harzzement oder ein Gummilösungsmittel, welches auf dem Draht undioder das Rohr vor deren gegenseitigen Berührung aufgebracht wird, erzielt werden. Wenn die Bindung erreicht ist, wird der Innendruck aus dem Überzug 11 abgelassen und die gebildete Leitung von den Teilen 10 und 11 entfernt.
Wie in Fig. 3 gezeigt, besteht die gesamte Anordnung aus einem Schlauch oder Rohr 12, auf welchem die Verstärkungswindungen 13 längs der Aussenfläche des Rohres und dem inneren Umfang der Verstärkungen entsprechend befestigt sind. Unter Berücksichtigung der inherent elastischen Natur des Rohres neigt dieses dazu, seinen ursprünglichen Durchmesser wieder einzunehmen, der geringer ist als der Durchmesser der Verstärkung mit dem Ergebnis, dass Windungen oder wellenförmige Einschnürungen gebildet werden, welche zwischen den Verstärkungswindungen liegen. Die so entstandene Leitung kann in vielen Fällen in dieser Form verwendet werden, sofern eine Leitung mit relativ geringem Gewicht und einer einzigen Schicht verlangt ist.
Dies trifft vor allem für jene Fälle zu, wo die Leitung für flüssige oder gasförmige Medien unter geringem positivem oder negativem Druck verwendet wird, da in diesem Falle die Belastung der Bindung zwischen Verstärkung und Rohr nicht besonders hoch ist.
Für die meisten Zwecke wird jedoch eine zusätzliche Verstärkung des Rohres wünschenswert sein und in diesen Fällen wird eine zweite rohroder schlauchförmige Schicht in der in Fig. 3 dargestellten Weise darüber angebracht. Wie in Fig. 3 dargestellt, wird die gesamte Anordnung in eine Expansionskammer 18 eingebracht. Diese Kammer besitzt einen Ansatz 19, welcher mittels des Durchlasses 20 mit einer Vakuumquelle, beispielsweise einer Vakuum- oder Absaugpumpe, verbunden ist.
Innerhlb der rohrförmigen Kammer 18 ist der Schlauch bzw. das Rohr 21 angeordnet, dessen Enden über die Kanten der Kammer umgeschlagen sind (in der Fig. 3 ist nur eine Seite dargestellt), so dass der Raum zwischen dem Rohr und der Innenwand der Kammer derart abgedichtet ist, dass das Rohr 21 durch Absaugen expandiert werden kann, indem es bei Anlegen von Unterdruck gegen die Wand der Kammer gezogen wird. Dieses Rohr kann durch Extrusion oder dergleichen hergestellt sein und hat einen Durchmesser, der im wesentlichen dem Aussendurchmesser vom Rohr 12 entspricht, während die Expansionskammer einen entsprechend grösseren Durchmesser besitzt.
Demgemäss wird, wie in Fig. 5 dargestellt, bei Unterbrechung des Vakuums das Rohr 21 seinen ursprünglichen Durchmesser wieder einnehmen und dabei die Verstärkung 13 und das Rohr 12 in Reibsitz umfassen und eine zweite äussere Schicht um Verstärkung und Innenrohr bilden. Das entstehende Produkt wird dann aus der Kammer herausgenommen und besitzt die in Fig. 6 gezeigte Anordnung. Wie in Fig. 6 dargestellt, ist die Verstärkung 13 mit ihrem Überzug 14 an das Innenrohr 12 gebunden, das unter der Spannung zwischen den Bindungen der Verstärkung befestigt ist. Das Aussenrohr 21 umgibt und umfasst die Verstärkung 13 und das Innenrohr 12 unter Spannung und verläuft entsprechend den Windungen, mit denen es jedoch nicht fest verbunden ist.
Wie aus Fig. 7 zu ersehen ist, kann die fertige Leitung ohne weiteres axial verstreckt werden, wobei das Innere relativ wenig verformt wird und einen grösseren Durchmesser annimmt, da die Einschnürungen bzw. die zusammenhängenden Wellungen des Rohres bei Anwendung der axialen Belastung gestreckt werden. Dies führt dazu, dass das innere Rohr zwischen den Windungen ebenso gestreckt wird, wie das äussere Rohr, da dieses letztere sich in Reibsitz auf der Aussenfläche der Verstärkung und der freien Oberfläche des inneren Rohres befindet. Beim Strecken oder Biegen der Leitung wird meist ein gewisser Schlupf des Aussenrohres bzw. Schlauches bezüglich des inneren Rohres auftreten.
In Fig. 9 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, wobei das Rohr 22 mit der Verstärkung 23 und deren Überzug 24 in der Weise verbunden ist, wie das oben im Zusammenhang mit Fig. 1 bis 3 beschrieben wurde.
Vor dem Aufbringen des äusseren Rohres wird ein Gewebeband 25 über die Windungen der Verstärkung aufgebracht, um in diesem Bereich eine zusätzliche Verstärkung zu bilden. Das Band kann aus einem etwas elastischen und streckbaren Gewebe bestehen, so dass es unter Spannung aufgebracht werden kann, wodurch sich eine weitere und besondere Bindung erübrigt. Im allgemeinen wird jedoch bevorzugt, das Band auf den Windungen dadurch zu befestigen, dass zuerst ein Haft- oder Klebstoff wie Gummizement darauf aufgebracht wird. Das Aussenrohr wird dann in der im Zusam- menhang mit Fig. 3 bis 6 beschriebenen Weise auf gebracht. Diese Anordnung ist besonders in jenen Fällen vorteilhaft, wo tiefe Windungen bzw.
Ein schnürungen verlangt werden, welche eine erhebliche Belastung auf das äussere Rohr ausüben, dabei aber ein hochgradig streckbares Aussenrohr bilden.
Diese tiefen Windungen oder Einschnürungen werden dadurch erhalten, dass das äussere Rohr mit erheblich geringerem Durchmesser als die Verstärkung vorgefertigt und verwendet wird; dies bedeutet, dass das Rohr während der Herstellung in entsprechend stärkerem Masse gestreckt wird und dass es bei Entspannung zwischen die Windungen der Verstärkungen in solchem Masse herabgezogen wird, dass es erheblich unter der Innenfläche der Verstärkung liegt und tiefe Einbuchtungen ergibt.
Gleichzeitig wird dadurch eine Tendenz zur Zusammenziehung der Windungen bedingt, wodurch das äussere Rohr verkürzt wird. Wenn andererseits dieses Rohr gestreckt wird, ist die Verstreckbarkeit durch die Tiefe der Einschnürungen bzw. Windungen bestimmt.
In Anbetracht der Tatsache, dass das äussere Rohr dieser Leitung nicht festgebunden zu sein braucht, kann die Leitung unter Verwendung eines Paares von Rohren hergestellt werden, die nicht notwendigerweise gleiche Zusammensetzung besitzen müssen und die an sich bezüglich Verbindung oder Vulkanisation nicht miteinander verträglich wären oder nur unter Schwierigkeiten verbunden werden könnten. So kann beispielsweise das innere Rohr aus Gummi oder Polyvinylchlorid sein, während das Aussenrohr aus Polyäthylen besteht und umgekehrt. Das Aussenrohr kann aus einem Material bestehen, das den auf die Aussenfläche wirkenden Einflüssen gegenüber besonders widerstandsfähig ist; es kann z.B. besonders abnützungs- oder abreibungsfest oder gegen Sonnenlicht und ähnliche Einflüsse beständig sein.
Als Beispiel einer solchen Kombination sei eine Leitung erwähnt, die eine Innenschicht aus Gummi oder Polyvinylchlorid und eine Aussenschicht aus Butylkautschuk, Neopren oder chlorsulfoniertem Polyäthylen besitzt.