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Diese Erfindung betrifft allgemein Hochdruckfluid-
Leitungsschläuche und insbesondere einen Schlauchaufbau, in
den mehrere Verstärkungsschichten eingearbeitet sind.
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Es sind zahlreiche verstärkte Druckschläuche zur
Leitung von Arbeitsfluids zu Bohr-, Ausbohr- oder anderen
Baumaschinen bekannt. Derartige Schläuche werden, wenn sie
nicht in Gebrauch sind, auf Rollen gewickelt und an der
Baustelle herausgenommen oder abgewickelt. Der Schlauch wird
auf diese Weise wiederholt Biege- und longitudinalen
Zugkräften ebenso wie Reibungskräften ausgesetzt, welche auf
die Deckröhre angewendet werden.
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Einer der verstärkten Druckschläuche nach bisherigem
Stand der Technik ist in Fig. 9 der beigefügten Zeichnungen
abgebildet, wobei der Schlauch 100, der etwa 25 mm
Durchmesser mißt, eine Gummikernröhre 101, eine erste
Verstärkungsschicht 102, eine dazwischen angeordnete
Zwischengummischicht 103, eine zweite Verstärkungsschicht 104 und eine
Gummideckröhre oder Hülle 105 aufweist. Die erste und die
zweite Verstärkungsschicht 102 und 104 sind spiralförmig mit
metallischen Drähten in einem stationären Schrägwinkel (hier
später definiert) von etwa 109,5º geflochten oder gestrickt.
Mit einem derartigen festen Schrägwinkel würde der Schlauch
bei Zug gegen eine angelegte Belastung von 250 kg feine
Dehnung von 8% oder mehr oder mehr als 40% gegen eine
Belastung von 1000 kgf durchmachen.
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Ein anderer Schlauch nach bisherigem Stand der
Technik ist in JP-U-51-42095 offenbart, wobei der Schlauch
umfaßt: die Verwendung einer drahtgeflochtenen
Verstärkungsschicht, die mit einem festen Schrägwinkel von 109,5º
gestrickt ist, um den auf die Kernröhre angewendeten
Innendruck zu bekämpfen, und einer garngeflochtenen
Verstärkungs
schicht, die mit einem Schrägwinkel (hier später definiert)
von 60-90º gestrickt ist und die beim Reißen eine
Garndehnung von 8% - 14% hat, um - die Röhre gegen zu ihr
longitudinal ausgeübte Kräfte zu schützen. Die letztere
Verstärkungsschicht würde aufgrund von eigener
Widerstandsbegrenzung in den Garnen gegenüber Zugbelastung zu unerwünscht
erhöhter Schlauchdehnung und ferner aufgrund erhöhter
Reibungskräfte zu Schaden an der Deckröhre beitragen, wenn der
Schlauch in seiner Längsrichtung gedehnt wird.
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Ein weiterer Schlauch nach bisherigem Stand der
Technik ist in JP-U-1-33904 offenbart, wobei ein verstärkter
Druckschlauch gezeigt ist, der mehrere
Metalldraht-Verstärkungsschichten aufweist, die zwischen einer Kern- und einer
Deckröhre angeordnet sind und wobei Zwischengummischichten
zwischen benachbarten Verstärkungsschichten angeordnet sind.
Eine der Verstärkungsschichten, die zur Verstärkung gegen
inneren Arbeitsdruck geeignet ist, hat einen festen
Schrägwinkel von 109,5º, und die andere Verstärkungsschicht,
die für die Verstärkung gegen Zugbelastung zuständig ist,
hat einen Schrägwinkel zwischen 80º und 100º. Ein Schlauch
dieser Art ist äußerst flexibel und folglich einfach auf
eine Rolle aufzunehmen, aber anfällig für übermäßige
Dehnung, wenn er einer Zugbelastung von beispielsweise
größer als 5 Tonnen ausgesetzt ist, was zu einer
vergrößerten bleibenden Dehnung führt. Versuche, das Ausmaß
der Dehnung zu verringern, indem für die
Zugverstärkungsschicht ein Schrägwinkel von weniger als 80º gewählt wird,
würden zu einer zu großen Dehnung des Schlauchs führen, was
es schwerer macht, ihn zu einer Rolle aufzuwickeln.
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Noch ein anderer Stand der Technik, der in Fig. 10
dargestellt ist, ist auf einen Schlauch 200 gerichtet, der
eine Gummikernröhre 201, eine erste Verstärkungsschicht 202,
eine zweite Verstärkungsschicht 203, eine dazwischen
angeordnete Gummizwischenschicht 204, eine dritte
Verstärkungsschicht 205, eine zwischen der zweiten und der
dritten Verstärkungsschicht angeordnete Gummischicht 206 und
eine Gummideckröhre 207 aufweist. Die erste, zweite und die
dritte Verstärkungsschicht sind aus einem geflochtenen oder
spiralförmigen Gestrick aus Metalldrähten gebildet, welche
jeweils mit Schrägwinkeln von αx, αy und α2 verflochten
sind. Da der Schrägwinkel α2 für die dritte
Verstärkungsschicht 205 größer als die Schrägwinkel αx und αy
für die erste und die zweite Verstärkungsschicht 202 und 203
ist, würde sich dieses Schrägwinkelverhältnis ergeben, wobei
die dritte oder äußerste Verstärkungsschicht 205 die Neigung
der ersten und der zweiten Verstärkungsschicht 202, 203,
sich nach Entfernen des Schlauchs von einer Spindel
auszudehnen, einschränkt. Wie in Fig. 11 dargestellt,
ändert sich der Schrägwinkel der dritten Verstärkungsschicht
205 während der Spindelentfernung von αz auf αz', was einer
radialen Ausdehnung von S&sub2; entspricht, während der
Schrägwinkel der ersten oder zweiten Verstärkungsschicht
sich von αx zu αx' verschiebt, was theoretisch einer
radialen Ausdehnung von S&sub1; entspricht. Jedoch wird in dem
Schlauch nach bisherigem Stand der Technik von Fig. 9, in
dem das Schrägwinkelverhältnis αx < αz und folglich das
radiale Ausdehnungsverhältnis S&sub2; < S&sub1; ist, als Folge daraus,
daß die dritte Verstärkungsschicht einen größeren
StrickSchrägwinkel als die erste oder die zweite
Verstärkungsschicht hat, die Neigung der ersten und zweiten
Verstärkungsschicht 202, 203, sich auf einen Wert von S&sub1;
auszudehnen, tatsächlich verhindert oder auf den Wert der
Differenz zwischen S&sub1; und S&sub2; (d. h. S&sub1;-S&sub2;) beschränkt. Auf
diese Weise wird es erschwert, den Schlauch 200 von der
Spindel abzuziehen, um die er gewickelt ist.
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EP-A-024 512 offenbart einen Schlauch mit einer
Kernröhre, einer äußeren Schutzhülle und mehreren
Verstärkungsschichten dazwischen. Die Verstärkungsfaserschichten
sind spiralförmig um die Kernröhre herum oder um eine andere
Faserschicht herum gewickelt. Jede Schicht ist im
allgemeinen entgegengesetzt zur Wicklungsrichtung der vorhergehenden
Schicht gewickelt. Der Winkel zwischen der Faserrichtung und
einer mittleren Längsachse des Schlauchs ist zwischen 40º
und 60º.
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Angesichts der Nachteile des vorangehenden
bisherigen Stands der Technik versucht die vorliegende Erfindung,
einen verstärkten Druckschlauch zur Verfügung zu stellen, in
den mehrere Verstärkungsschichten mit einer derartigen
Strickstruktur eingearbeitet sind, die eine mäßige
Flexibilität und hohe Widerstandsfähigkeit gegen Zugkräfte und
äußere Abnutzung des Schlauchs sicherstellt.
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Die Erfindung versucht ferner, einen verstärkten
Druckschlauch zur Verfügung zu stellen, der ohne
Schwierigkeiten von einer Spindel entfernt werden kann.
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Gemäß der Erfindung wird ein verstärkter
Druckschlauch zur Verfügung gestellt, der die Merkmale von
Anspruch 1 aufweist.
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Die Erfindung wird besser verständlich aus der
folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den
beigefügten Zeichnungen genommen, wobei sich gleiche
Bezugszeichen über die mehreren Ansichten hinweg auf gleiche oder
entsprechende Teile beziehen.
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Fig. 1 ist eine abgeschnittene seitliche
Aufrißansicht eines Schlauchs, der gemäß einer ersten
Ausführungsform der Erfindung aufgebaut ist;
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Fig. 2 ist eine abgeschnittene seitliche
Aufrißansicht eines Schlauchs gemäß einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung;
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Fig. 3 ist eine abgeschnittene seitliche
Aufrißansicht eines Schlauchs gemäß einer dritten Ausführungsforn
der Erfindung;
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Fig. 4 ist eine graphische Darstellung, welche die
Beziehung zwischen Zugbelastung und Dehnung des bisherigen
Stands der Technik und dem Schlauch der Erfindung darstellt;
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Fig. 5 ist eine graphische Darstellung, welche die
Beziehung zwischen Biegekräften und Biegeradien des
bisherigen Stands der Technik und dem Schlauch der Erfindung
darstellt;
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Fig. 6 ist eine abgeschnittene seitliche
Aufrißansicht eines Schlauchs gemäß einer vierten Ausführungsform
der Erfindung;
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Fig. 7 stellt schematisch eine Spindel dar, um die
ein Schlauch herum gewickelt ist, und die Art und Weise, wie
er gelöst wird;
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Fig. 8 stellt die Schwankungen der Schrägwinkel der
gestrickten Verstärkungsschichten graphisch dar, wenn der
Schlauch der Erfindung von der Spindel entfernt wird;
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Fig. 9 ist ein abgeschnittener seitlicher Aufriß
eines Schlauchs nach bisherigem Stand der Technik;
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Fig. 10 ist ein abgeschnittener seitlicher Aufriß
eines anderen Schlauchs nach bisherigem Stand der Technik;
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Fig. 11 stellt die Schwankungen der Schrägwinkel
der Verstärkungsschichten des in Fig. 10 gezeigten
Schlauchs nach bisherigem Stand der Technik graphisch dar.
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Der Begriff "Schrägwinkel", wie er hier verwendet
wird, bezieht sich auf einen der zwei Winkel, unter denen
zwei Sätze von Garnen oder Drähten sich in einer gestrickten
Bahn schneiden, welche eine Verstärkungsschicht für einen
Schlauchaufbau bildet, wobei der genannte eine Winkel offen
und entlang der Längsachse des Schlauchs ausgerichtet ist.
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Der Begriff "stationärer Schrägwinkel", wie er hier
verwendet wird, bezeichnet einen derartigen Schrägwinkel
nach der obigen Definition, welcher angenommen wird, wenn
der Schlauch vollständig auf einen Arbeitspegel aufgepumpt
ist.
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Nun Bezug nehmend auf die Zeichnungen und
insbesondere auf Fig. 1 wird ein verstärkter Druckschlauch 10 gemäß
einer ersten Ausführungsform der Erfindung gezeigt, welcher
aufweist: eine Kernröhre 11 aus Gummi, eine erste
Verstärkungsschicht 12 aus Drähten oder Garnen, die um die
Kernröhre 11 herum geflochten oder gestrickt sind, eine zweite
Verstärkungsschicht 13 aus Drähten oder Garnen, eine erste
Zwischengummischicht 14, die zwischen der ersten und der
zweiten Verstärkungsschicht 12, 13 angeordnet ist und diese
verbindet, eine dritte Verstärkungsschicht 15 aus
organischen fasrigen Garnen, eine zweite Zwischengummischicht 16,
die zwischen der zweiten und der dritten Verstärkungsschicht
13, 15 angeordnet ist und diese verbindet, und eine
Deckröhre oder Hülle 17 aus Gummi, die stranggepreßt oder
sonstwie über die dritte Verstärkungsschicht 15 geformt ist.
Die fasrigen Garne, die die dritte Verstärkungsschicht 15
bilden, haben beim Abreißen eine Dehnung von weniger als 6%,
bevorzugt weniger als 4%, und eine Zugfestigkeit pro Denier
von mehr als 15 gf/d, bevorzugt mehr als 20 gf/d.
Dehnungswerte von mehr als 6% würden als Folge einer Dehnung
aufgrund von Winkelschwankungen in Verbindung mit einer Dehnung
der Garne an sich, wenn der Schlauch einer Zugbelastung
ausgesetzt wird, eine übermäßige Schlauchdehnung bewirken.
Zugfestigkeitswerte von weniger als 15 gf/d wären schädlich für
die Widerstandsfähigkeit gegen erhöhte Zugkraft oder würden
ansonsten größere Mengen an Garnen erfordern, um eine
entsprechende Festigkeit zu liefern, was zu größeren
Schlauchdurchmessern und größeren Biegekräften führen würde.
Bevorzugte Beispiele für derartige organische Fasern umfassen
Polyparaphenylenbenzo-bis-Oxazol- (PBO-) Fasern, aromatische
Polyester- (Polyacrylat-) Fasern und aromatische Polyamid-
(Aramid-) Fasern. Die Verstärkungsschichten 12 und 13 sind
mit einem stationären Schrägwinkel in der Nachbarschaft von
109,5º geflochten oder gestrickt und geeignet, gegen die
Last von innerhalb der Kernröhre 11 lastenden Drücken zu
verstärken oder sie zu halten.
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Die dritte Verstärkungsschicht 15 ist mit einer der
weiter oben beispielhaft dargestellten organischen Fasern
unter einem Schrägwinkel im Bereich zwischen 30º und 100º
gestrickt und geeignet, gegen die Last einer auf den
Schlauch 10 angewendeten Zugkraft zu verstärken oder sie zu
halten, wenn der letztere in Längsrichtung gedehnt wird.
Schrägwinkel kleiner 30º für die dritte Verstärkungsschicht
15 würden hinsichtlich der Zugbelastung zu einer
verringerten Schlauchdehnung führen, aber würden zu erhöhten
Biegekräften führen, was den Schlauch weniger flexibel
machen würde. Schrägwinkel größer 100º würden einen äußerst
flexiblen und folglich leichter zu biegenden Schlauch
ergeben, der jedoch unter erhöhter Zugbelastung anfällig für
ungebührliche Dehnung und folglich weniger haltbar wäre.
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Fig. 2 zeigt einen Schlauchaufbau 10a gemäß einer
zweiten Ausführungsform der Erfindung, der aufweist: eine
Gummikernröhre 11a, eine erste Verstärkungsschicht 12a
ähnlich der Verstärkungsschicht 12 oder 13 zur Verstärkung
gegen auf dem Kern 11a lastende Innendrücke, eine zweite in
Aufbau und Funktion den Verstärkungsschichten 15 ähnliche
Verstärkungsschicht 15a und eine dritte Verstärkungsschicht
18 zur Verstärkung gegen äußere Kräfte, die dazu neigen, den
Schlauch zu beschädigen, und eine um die dritte
Verstärkungsschicht 18 gewickelte Abdeckung oder Hülle 17a. Dieser
Schlauchaufbau ist gekennzeichnet durch die Bereitstellung
der dritten Verstärkungsschicht 18, die aus Stahldrähten
gebildet ist, welche unter einem Schrägwinkel von etwa
109,5º über die Zwischengummischicht 16 geflochten sind.
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Fig. 3 zeigt einen Schlauch 10b gemäß einer dritten
Ausführungsforn der Erfindung, der in Aufbau und Funktion im
wesentlichen ähnlich dem in Fig. 2 gezeigten Schlauch der
zweiten Ausführungsform ist, abgesehen davon, daß die dritte
Verstärkungsschicht 18a des Schlauchs 10b aus einem
Drahtgeflecht mit einem vergrößerten Schrägwinkel von mehr als
109,5º gebildet ist, so daß der Schlauch 10b leichter
gebogen werden kann, wenn er auf eine Rolle gewickelt wird.
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Zum Zwecke der Veranschaulichung werden die hier
weiter oben beschriebenen Schlauchaufbauten 10, 10a und 10b
jeweils mit einer Kernröhre (11, 11a und 11b), die einen
Innendurchmesser von 31,8 mm hat, einer druckhaltenden
Verstärkungsschicht (12, 13, 12a und 12b), die aus einem 0,35
mm Durchmesser messenden Drahtgeflecht gebildet ist, und
einer zughaltenden Verstärkungsschicht (15, 15a und 15b), die
aus einem 1500 d/2 Durchmesser messenden Gestrick aus
aromatischen Polyamidfasern gebildet ist, einer
abnutzungsfesten Verstärkungsschicht (18 und 18b), die aus einem 0,20 mm
Durchmesser messenden Geflecht aus Stahldrähten gebildet
ist, aufgebaut.
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Die Schläuche der Erfindung wurden bezüglich der
Zugdehnung relativ zur angelegten Zugkraft mit den
Gegenstücken nach bisherigem Stand der Technik verglichen, wobei
die Ergebnisse in Fig. 4 graphisch angezeigt sind, wobei zu
erkennen ist, daß die Schläuche der Erfindung, die jeweils
die zughaltenden Schichten 15, 15a und 15b aus einer
fasrigen Strickstruktur mit einem Schrägwinkel im Bereich
zwischen 30º und 100º eingearbeitet haben, im Vergleich zu
den Schläuchen nach bisherigem Stand der Technik eine
relativ kleine Dehnung (%) gegen die Zugkraft (Tonnen) haben.
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Ein weiterer Vergleich wurde für Biegen gemacht,
wobei die Ergebnissee in Fig. 5 graphisch dargestellt sind,
wobei zu erkennen ist, daß die Schläuche der Erfindung mit
einer relativ kleinen Biegekraft gebogen werden und folglich
mit größerer Leichtigkeit aufgewickelt werden können.
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In Fig. 6 ist ein verstärkter Druckschlauch 10c
gezeigt, der gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung
aufgebaut ist und der aufweist: zwei druckhaltende
Verstärkungsschichten 12c und 13 ähnlich den Gegenstücken 12 und 13
in dem Schlauch 10 der ersten Ausführungsform, aber mit
etwas größerem Schrägwinkel α1 (zwischen 107º und 110º), eine
zughaltende Verstärkungsschicht 15c mit einem Schrägwinkel
α2 von etwa 70º und eine abnutzungsfeste Verstärkungsschicht
18c mit einem Schrägwinkel α3 zwischen 94º und 110º.
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Der Schlauchaufbau 10c der vierten Ausführungsform
ist insbesondere konstruiert, um im Verlauf seiner
Herstellung das Entfernen von einer Spindel zu erleichtern.
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Fig. 7 stellt schematisch eine auf dem Fachgebiet
wohlbekannte Schlauchherstellungsvorrichtung 30 dar, welche
eine Spindel 31, die an einem ihrer Enden an einer Zwinge 32
befestigt ist, und einen relativ zu der Spindel 31
beweglichen Wagen 33 aufweist, um den Schlauch 10c nach seiner
Herstellung davon zu entfernen. Wenn der Wagen 33 sich in der
Richtung des Pfeils um eine durch die Strichlinie angezeigte
Entfernung bewegt, verändert sich der Schrägwinkel der
Abnutzungsfestigkeits-Verstärkungsschicht 18c von α3
auf
α3', was zu einer radialen Ausdehnung von S3 führt, während
die druckhaltende Verstärkungsschicht 12c (13c) ihren
Schrägwinkel von α1 auf α1' ändert, was, wie in Fig. 8
dargestellt, eine radiale Ausdehnung von 51 bewirkt. Da der
Schrägwinkel α3 für die Schicht 18c auf einen Wert gleich
oder größer demjenigen für die Schichten 12c (13c)
festgelegt ist, folgt, daß die Ausdehnung S&sub3; der ersteren
größer als S&sub2; der letzteren wird, wobei somit für die
druckhaltende Schicht 12c (13c) angezeigt wird, daß sie frei
von Zwangskräften ist, die ansonsten durch die
Abnutzungsfestigkeitschicht 18c auferlegt würden, wenn der Schlauch 10c
von der Spindel 31 entfernt wird.
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Es wurde herausgefunden, daß die Beziehung zwischen
dem Schrägwinkel α1 der druckhaltenden Schicht 12c (13c),
dem Schrägwinkel α2 der zughaltenden Schicht 15c und dem
Schrägwinkel α3 der Abnutzungsfestigkeitsschicht 18c
bevorzugt in der Reihenfolge α2 ≤ α3 ≤ α1 ist, um die besten
Ergebnisse zu erzielen.
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Ein Muster des Schlauchs 10c der vierten
Ausführungsform der Erfindung, das 25 mm Durchmesser und 20 Meter
Länge mißt, wurde mit den in Tabelle 1 gezeigten Ergebnissen
hinsichtlich der Entfernbarkeit von der Spindel unter einem
komprimierenden Druck von 700 kgf, hinsichtlich Abreißdruck
gemäß JIS K 6330 und hinsichtlich Stoß gemäß JIS K 6330 mit
einer trapezförmigen Welle von 150 kgf/cm² und bei einem
Biegeradius von 250 mm geprüft.
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Nachdem die Erfindung somit beschrieben wurde, ist
es für Fachleute offensichtlich, daß an den vorangehenden
spezifischen Ausführungsformen vielfältige Änderungen und
Modifikationen vorgenommen werden können, ohne von dem
Schutzbereich der beigefügten Ansprüche abzuweichen.
Tabelle 1