-
HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
-
Die –vorliegende
Erfindung betrifft im Allgemeinen eine flexible, hochdruckverstärkte, vorzugsweise
thermoplastische Schlauchkonstruktion, und insbesondere eine Schlauchkonstruktion,
die aufgrund einer Konstruktionsverstärkung besonderes kollabierbeständig ist,
die über
einem rohrförmigen Kern
als Verbundstoff aus einem spiralförmig gewundenen in ersten und
zweiten elastomeren Schichten eingekapselten Metalldraht, vorgesehen
ist.
-
Ein
flexibler Hochdruck- und Ultrahochdruckschlauch wird in zahlreichen
Flüssigkeitsbeförderungsanwendungen,
wie in Ölfeld-
und hydraulischen Offshore-Anwendungen eingesetzt. Zum Beispiel kann
bei der Gewinnung von Rohöl
aus unterirdischen Reservoirs, Schiefergestein oder anderen Formationen
eine wesentliche Ölmenge
bei Beendigung der primären
Wiedergewinnungsarbeiten, wie natürliche Verknappung, ungefördert bleiben.
Daher werden häufig
sekundäre
Verfahren verwendet, um die Förderausbeute
zu erhöhen.
Eines der erfolgreicheren dieser Verfahren ist jenes eines mischbaren
Flutens, wobei ein Lösemittel,
wie Methanol, in die Formation eingespritzt wird. Das Rohöl, das mit
dem Lösemittel
mischbar ist, wird durch das Lösemittel
aus der Formation gedrängt
und mit diesem aus der Formation extrahiert. Sekundäre Ölgewinnungsverfahren
sind des Weiteren in den US Patenten Nr. 3,557,873; 3,637,015; 3,811,501;
4,299,286; 4,558,740; 4,605,066; 4,609,043; 4,678,036; 4,800,957;
4,899,817; und 5,632,336 beschrieben. Eine andere derartige Methode
ist die nicht mischbare Gewinnung, wobei Lauge oder Wasser anstelle des
Lösemittels
verwendet wird.
-
Im
Allgemeinen müssen
Schläuche,
die zum Einspritzen von Lösemittel
und für
andere Ölfeldanwendungen
ausgebildet sind, nicht nur bei einem relativ geringen Biegeradius
flexibel, d.h., knickfest sein, sondern müssen auch im stande sein, hohen und
ultrahohen Innendrücken
standzuhalten, und in relativ langen kontinuierlichen Längen von
6000 Fuß (1830
m) oder mehr herstellbar sein. Wie hierin verwendet, gilt für "Hochdruck" die allgemeine industrielle
Definition hydraulischer Arbeitsdrücke von mehr als etwa 1500
psi (10 Mpa), wobei "ultrahoch" hierin zur Bezeichnung
von Arbeitsdrücken
von mehr als etwa 15.000 psi (100 MPa) oder mehr verwendet wird.
Für eine
Tiefseeölgewinnung
und andere Unterwasserarbeiten müssen
solche Schläuche
des Weiteren imstande sein, Außendrücken von
500 bis 4.000 psi (3,4 bis 28 MPa) oder mehr standzuhalten, ein
geringes Gewicht aufweisen und abriebbeständig sein, und für Lösemitteleinspritzanwendungen
zusätzlich
einem Durchdringen von Methanol oder anderen Lösemitteln widerstehen.
-
In
ihrer Grundstruktur sind Schläuche
der vorliegenden Art für
gewöhnlich
so konstruiert, dass sie einen rohrförmigen Kern aufweisen, der
von einer oder mehreren Verstärkungsschichten
oder -lagen aus äußerst zugfestem
Stahldraht und/oder Synthetikfaser umgeben ist. Die Verstärkungsschichten
werden ihrerseits von einem umgebenden Außenmantel oder einer Hülle geschützt, der
aus demselben oder einem anderen Material wie die Kernröhre bestehen kann.
Die Hülle
verleiht dem Schlauch auch eine erhöhte Abriebbeständigkeit.
-
Die
Kernröhre,
die aus einem thermoplastisches Material, wie Polyamid, Polyolfin,
Polyvinylchlorid oder Polyurethan, oder aus einem synthetischen
Gummimaterial, wie Buna-N oder Neopren, bestehen kann, wird für gewöhnlich extrudiert
und gekühlt
oder gehärtet.
Wie ausführlich
in den US Patenten Nr. 3,116,760; 3,159,183; 3,966,238, 4,952,262
beschrieben ist, kann, falls notwendig, die Röhre über einem Dornaufsatz oder
andersartig gestützt
in den letzteren Formungsstufen unter Verwendung von Luftdruck und/oder
verringerten Bearbeitungstemperaturen mittels Querspritzkopf extrudiert werden.
-
Vom
Extruder kann die Röhre
auf einer Haspel oder einer anderen Aufnahmevorrichtung zur Weiterbearbeitung
aufgenommen werden. Von der Haspel wird die Röhre abgegeben und dann wahlweise
durch einen Applikator geleitet, wo sie mit einer Außenschicht
aus einem Haftmaterial beschichtet wird, das im Falle eines thermoplastischen Schlauchs
Polyurethan oder ein anderes Haftmittel auf Isocyanatbasis sein
kann, oder im Fall eines "Gummischlauchs", d.h., vulkanisierbaren
elastomeren Schlauchs, ein vulkanisierbarer Adhäsionsförderer. Die Kernröhre kann
dann durch eine Flechtmaschine und/oder einen Spiralwinder zur Verstärkung mit
einer oder mehreren umgebenden Schichten aus Draht und/oder Fasermaterial,
wie Monofilament, Garn oder Roving, geleitet werden. Diese Verstärkungsschichten,
die unter Spannung aufgetragen werden und an den Kern und an die
benachbarten Verstärkungsschichten
gebunden sein können,
umfassen für
gewöhnlich
ein verwobenes Geflecht oder eine Spiralwindung aus Nylon, Polyester
oder Aramidgarn oder einem äußerst streckbaren
Stahl- oder anderen Metalldraht.
-
Nach
dem Aufbringen der Verstärkungsschichten
kann wahlweise die äußere Hülle oder
der Mantel aufgebracht werden. Eine solche Hülle, die als Extrusion mittels
Querspritzkopf oder als spiralförmig
gewundene Umhüllung
gebildet werden kann, umfasst ein abriebbeständiges Polymermaterial, wie Polyamid,
Polyolefin, Polyvinylchlorid oder Polyurethan. Wie zuvor kann eine
Haftmittelschicht zum Binden der äußeren Hülle an die Verstärkungsschichten verwendet
werden.
-
Repräsentative,
spiralförmig
gewundene und andere Hochdruck-Schlauchkonstruktionen, wie auch
Herstellungsverfahren für
diese, sind in den US Patenten Nr. 1,281,557; 3,566,924; 3,654,967; 3,682,202;
3,779,308; 3,790,419; 3,791,415; 3,805,848; 3,889,716; 3,890,181;
3,905,398; 4,000,759; 4,098,298; 4,175,992; 4,182,019; 4,241,763; 4,259,991;
4,294,636; 4,304,266; 4,317,000; 4,342,612; 4,343,333; 4,380,252; 4,384,595;
4,444,707; 4,456,034; 4,459,168; 4,463,779; 4,522,235; 4,537,222;
4,553,568; 4,585,035; 4,699,178; 4,850,395; 4,898,212; 4,952,262;
5,024,252; 5,062,456; 5,361,806; 5,698,278; und 5,778,940 dargestellt.
Bisher jedoch wird angenommen, dass ein Hoch- oder Ultrahochdruckschlauch, das heißt, mit
einem Arbeitsdruck von 10 MPa oder mehr, der sowohl flexibel als
auch äußerst kollabierbeständig ist,
wie auch gegen eine Durchdringung von Lösemittel beständig ist,
im Stand der Technik unbekannt ist. Das heißt, obwohl flexible Hochdruckschläuche, wie
allgemein in US Patent Nr. 4,456,034 dargestellt, bisher durch Einfügen einer
spiralförmig
gewundenen Feder, die im Inneren der Kernröhrenbohrung aufgenommen ist,
kollabierbeständig
gemacht wurden, wird angenommen, dass solche Federn in Verbindung
mit mehrschichtigen Kernröhren
nicht geeignet wären,
die eine innere Auskleidung oder Sperrschicht aus einem Fluorpolymer
oder anderem chemisch beständigen
Material enthalten. In dieser Hinsicht bestünde zumindest die Möglichkeit
eines Abriebs der Feder durch die Sperrschicht, wenn der Schlauch
Biegekräften
ausgesetzt wird. Von solchen Federn ist auch bekannt, dass sie in
der Bohrung des Schlauchs eine unerwünschte Strömungsbegrenzung bewirken.
-
Dokument
US-A-4 706 712 beschreibt eine Schlauchkonstruktion, in der das
spiralförmige
Verstärkungselement
ein thermoplastisches Monofilament ist.
-
Angesichts
des Vorhergesagten ist offensichtlich, dass Hochdruckschlauchkonstruktionen
ein notwendiges Gleichgewicht aus mechanischen und anderen physikalischen
Eigenschaften für
eine gute Leistung aufweisen müssen.
Da gewerbliche Anwendungen solcher Hochdruckschläuche gestiegen sind, da diese
einen weniger arbeitsintensiven und somit wirtschaftlicheren Ersatz
für ein
starres Metallrohr darstellen, gibt es tatsächlich Anfragen seitens der Industrie nach
weiteren Verbesserungen an solchen Schläuchen und in den Konstruktionsmaterialien
für diese.
Besonders gewünscht
ist eine Konstruktion, die in kritischen Anwendungen, wie der Tiefseeölgewinnung
und in Ölfeldanwendungen,
flexibel, aber dennoch gegenüber
einem Kollabieren bei Außendruck
beständig
ist.
-
KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung, die durch die Merkmale von Anspruch 1 definiert
ist, betrifft eine flexible Schlauchkonstruktion und insbesondere
eine Verstärkungsstruktur
dafür,
die zur Beförderung
von Flüssigkeiten
unter relativ hohen inneren Arbeitsdrücken von etwa 1.500 psi (10
MPa) bis etwa 15.000 psi (100 Mpa) oder mehr ausgebildet ist, die
auch bei relativ hohen Außendrücken zwischen
etwa 500 und 4000 psi (3,4 bis 28 MPa) oder bei Vakuum kollabierbeständig ist.
Daher ist die Schlauchkonstruktion der Erfindung besonders für die Unterwasserölgewinnung
und andere Offshore-Anwendungen ausgebildet, und kann sowohl für Ansaug-
als auch Ablassanwendungen verwendet werden.
-
Vorzugsweise
enthält
der Schlauch der vorliegenden Erfindung ein kollabierbeständiges,
die Form wiederherstellendes Konstruktionselement, das in die Wandstruktur
des Schlauchs eingearbeitet und nicht im Inneren der Schlauchbohrung
angeordnet ist. In dieser Hinsicht stellt die vorliegende Erfindung
einen flexiblen, kollabierbeständigen
Schlauch bereit, der zur Beförderung
von Druckflüssigkeiten geeignet
ist, wobei sich der Schlauch in eine Achsenrichtung entlang einer
mittleren Längsachse
auf unbestimmte Länge
und in radialer Richtung um den Umfang der Längsachse herum erstreckt und
wobei der Schlauch umfasst: eine röhrenförmige erste elastomere Schicht,
wobei die erste elastomere Schicht eine erste innere radiale Oberfläche und
eine erste äußere radiale
Oberfläche
aufweist; ein spiralförmiges
Verstärkungselement,
das spiralförmig über die erste
elastomere Schicht mit einem bestimmten Steigungswinkel (θ), gemessen
in Bezug auf die Längsachse,
gewunden ist; eine röhrenförmige zweite
elastomere Schicht, die das spiralförmige Verstärkungselement umgibt, wobei
die zweite elastomere Schicht eine zweite innere radiale Oberfläche und
eine zweite äußere radiale
Oberfläche
aufweist; und einen röhrenförmigen Kern
mit einer inneren radialen Kernfläche, die den Innendurchmesser
des Schlauchs definiert, und einer äußeren radialen Kernfläche, wobei der
Kern von der ersten elastomeren Schicht umgeben ist, wobei deren
erste innere radiale Oberfläche an
die äußere radiale
Kernfläche
gebunden ist, wobei der Schlauch dadurch gekennzeichnet ist, dass:
das spiralförmige
Verstärkungselement
aus Metall besteht und zwischen der ersten äußeren radialen Oberfläche der
ersten elastomeren Schicht und der zweiten inneren radialen Oberfläche der
zweiten elastomeren Schicht eingekapselt ist.
-
Die
Verstärkungsspirale
kann eine Spirale aus einem oder mehreren Strängen eines Monofilamentstahl-
oder anderen Metalldrahtes sein. Das spiralförmige Verstärkungselement ist eine Spirale,
die mit einem bestimmten Steigungswinkel spiralförmig gewunden ist, um eine
Reihe von Windungen zu definieren, die jeweils von einer benachbarten
Windung beabstandet sind, um dazwischen einen Zwischenraum zu definieren.
Das erste und zweite elastomere Element reichen jeweils in den Zwischenraum,
wobei die erste äußere radiale
Oberfläche
des ersten elastomeren Elements durch Schmelzen oder ein anderes
Mittel an die zweite innere radiale Oberfläche des zweiten elastomeren
Elements gebunden ist, so dass das spiralförmige Verstärkungselement dazwischen eingekapselt
ist. Eingekapselt zwischen der ersten und zweiten elastomeren Schicht
kann das federartige, spiralförmige
Element von außen
ausgeübten Kräften widerstehen,
ohne den Schlauch zu dehnen, zu komprimieren, zu biegen oder auf
andere Art zu einer elliptischen oder anderen nicht kreisförmigen Geometrie
zu verformen. Ferner liefert das Einkapseln des spiralförmig gewundenen
Elements zusätzlich
eine glatte und wirksame lastübertragende
Oberfläche,
auf der die folgenden Faserverstärkungsschichten
geflochten oder spiralförmig
gewunden werden können,
um die Innendruckbeständigkeit
des Schlauchs zu verbessern.
-
In
einer dargestellten Ausführungsform
kann die Schlauchkonstruktion der vorliegenden Erfindung eine oder
mehrere faserige Verstärkungsschichten enthalten,
die über
die zweite elastomere Schicht geflochten oder gewunden sind, um
die Innendruckbeständigkeit
bereitzustellen. Für
Methanol oder andere Ölgewinnungsanwendungen
mit Lösemittel-Fluten,
kann der Kern als schichtenförmiger
Verbundstoff mit einer innersten Sperrschicht oder Auskleidung und
einer flexiblen äußersten
Schicht bereitgestellt sein. Die innere Sperrschicht kann aus einem Fluorpolymer
oder anderem Material, das gegen Lösemittel wie Methanol beständig ist,
extrudiert oder auf andere Weise gebildet werden, wobei die äußere Schicht
aus einem kostengünstigen
thermoplastischen Material, wie Polyamid, Polyolefin, Polyvinylchlorid
oder Polyurethan gebildet wird. Vorteilhafterweise erleichtert die
Schlauchkonstruktion der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung
eines kollabierbeständigen
Schlauchs, der einen solchen Verbundstoffkern verwendet, ohne die
Gefahr, dass die Auskleidung durch den spiralförmig gewundenen Draht oder
eine andere Verstärkungsspirale
beschädigt wird.
Eine solche Konstruktion ermöglicht
auch, dass die Verstärkungsspirale über den
Kern und nicht über die
faserigen Verstärkungsschichten
gewunden wird, wodurch die Spirale näher bei der Mittelachse des Schlauchs
angebracht wird und die Menge an Draht oder anderem Material, das
zum Wickeln der Spirale notwendig ist, minimiert wird.
-
Es
ist daher ein Merkmal der offenbarten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, eine kollabierbeständige
Schlauchkonstruktion bereitzustellen, die zur Beförderung von
Flüssigkeiten
unter hohem Druck geeignet ist. Eine solche Konstruktion enthält eine
rohrförmige
erste elastomere Schicht mit einer ersten inneren radialen Oberfläche und
einer ersten äußeren radialen
Oberfläche,
und eine rohrförmige
zweite elastomere Schicht mit einer zweiten inneren radialen Oberfläche und
einer zweiten äußeren radialen
Oberfläche. Über die
erste elastomere Schicht ist ein spiralförmiges Verstärkungselement gewickelt,
das zwischen dieser Schicht und der zweiten elastomeren Schicht
eingefügt
ist. Das Element ist mit einem bestimmten Steigungswinkel gewunden,
um eine Reihe von Windungen zu definieren, die jeweils von einer
benachbarten Windung beabstandet sind, um dazwischen einen Zwischenraum
zu definieren. Das erste und zweite elastomere Element reichen jeweils
in den Zwischenraum, wobei die erste äußere radiale Oberfläche des
ersten elastomeren Elements an die zweite innere radiale Oberfläche des zweiten
elastomeren Elements gebunden ist, so dass das spiralförmige Verstärkungselement
dazwischen eingekapselt ist.
-
Die
vorliegende Erfindung umfasst daher die Vorrichtung, welche die
Konstruktion, Kombination von Elementen und Anordnung von Teilen
aufweist, die in der folgenden ausführlichen Offenbarung beispielhaft
dargestellt sind. Vorteile der vorliegenden Erfindung umfassen eine
Schlauchkonstruktion, die von geringem Gewicht, abriebbeständig und
flexibel ist, die aber auch unter Bedingungen von hohen Innen- und
hohen Nettoaußendrücken leistungsfähig ist,
so dass sie gegenüber
von außen
ausgeübten Kräften, wie
Unterwasserdruck, oder bei Vakuum äußerst kollabierbeständig ist.
Zu weiteren Vorteilen zählen
eine kollabierbeständige
Hochdruck-Schlauchkonstruktion, die in relativ langen Längen herstellbar
ist, und des Weiteren für
ein Lösemittel-Fluten
und andere Lösemittelbeförderungsanwendungen
geeignet ist, wenn sie mit einer Verbundstoffkernröhre mit
einer inneren Auskleidung verwendet wird, die gegenüber einem
Durchdringen mit Lösemittel
beständig
ist. Diese und andere Vorteile werden für den Fachmann aufgrund der
hierein enthaltenen Offenbarung offensichtlich.
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
Für ein umfassenderes
Verständnis
der Art und Ziele der Erfindung sollte auf die folgende ausführliche
Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen Bezug
genommen werden, wobei:
-
1 eine
weggeschnittene Seitenrissansicht eines repräsentativen, flexiblen, kollabierbeständigen,
Hochdruckschlauchs ist, der gemäß der vorliegenden
Erfindung konstruiert ist und ein spiralförmig gewundenes Verstärkungselement
enthält, das
in einer ersten und zweiten elastomeren Schicht eingekapselt ist.
-
2 eine
Ansicht ist, die die Schlauchkonstruktion gemäß 1 sowohl
im radialen als auch axialen Querschnitt zeigt.
-
3 eine
axiale Querschnittsansicht des eingekapselten Verstärkungselements
der Schlauchkonstruktion gemäß 2 ist,
die vergrößert ist,
um Einzelheiten seiner Struktur zu zeigen.
-
4 eine
weggeschnittene Seitenrissansicht einer alternativen Ausführungsform
der Schlauchkonstruktion gemäß 1 ist.
-
5 eine
weggeschnittene Seitenrissansicht einer alternativen Ausführungsform
der Schlauchkonstruktion gemäß 1 ist,
und
-
6 eine
Ansicht ist, die die Schlauchkonstruktion gemäß 5 sowohl
im radialen als auch axialen Querschnitt zeigt.
-
Die
Zeichnungen werden in Verbindung mit der folgenden ausführlichen
Beschreibung der Erfindung näher
erklärt.
-
AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
In
der folgenden Beschreibung wird der Einfachheit wegen und nicht
aus einschränkenden Gründen eine
bestimmte Terminologie verwendet. Zum Beispiel bezeichnen die Begriffe "obere" und "untere" Richtungen in den
Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird, wobei die Begriffe "innere" oder "äußere" jeweils Richtungen zu der Mitte des
genannten Elements hin oder von dieser weg bezeichnen, und die Begriffe "radial" und "axial" sich auf die Richtung
senkrecht beziehungsweise parallel zu der Längsmittenachse des genannten
Elements beziehen. Terminologie ähnlicher
Bedeutung, mit Ausnahme der eigens oben angeführten Begriffe, soll ebenso
der Einfachheit dienen und nicht im einschränkenden Sinn sein.
-
Für den Zweck
der folgenden Erläuterung werden
die Richtlinien der Verstärkungsschicht
aus Verbundstoff der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang mit
ihrer Verwendung in einer repräsentativen
Schlauchkonstruktion beschrieben, die insbesondere zur Verwendung
beim Lösemittel-Fluten oder
anderen Lösemittelbeförderungsanwendungen ausgebildet
ist. Es ist jedoch offensichtlich, dass Aspekte der vorliegenden
Erfindung in anderen Schlauchkonstruktionen für eine Beförderung von Hochdruckflüssigkeiten
Anwendung finden können, wie
anderen Ölgewinnungs-
oder hydraulischen Offshore-Anwendungen, oder für Saug- oder andere Vakuumanwendungen.
Die Verwendung in solchen anderen Anwendungen sollte daher ausdrücklich als
im Umfang der vorliegenden Erfindung liegend angesehen werden.
-
Unter
Bezugnahme auf die Figuren, in welchen entsprechende Bezugszeichen
in allen Ansichten zur Bezeichnung ent sprechender Elemente verwendet
werden, ist ein repräsentativer
kollabierbeständiger
Hochdruckschlauch gemäß der vorliegenden
Erfindung allgemein mit 10 in einer weggeschnittenen Ansicht
von 1 und in der radialen. und axialen Querschnittsansicht
von 2 dargestellt. In Grunddimensionen erstreckt sich
der Schlauch 10 axial entlang einer mittleren Längsachse 12 zu
einer unbegrenzten Länge,
und hat einen bestimmten Innen- und Außendurchmesser, die mit "Di" beziehungsweise "Do" in der radialen
Querschnittsansicht von 2 bezeichnet sind. Die Dimensionen
des Innen- und Außendurchmessers
können
abhängig
von der besonderen Flüssigkeitsbeförderungsanwendung
unterschiedlich sein, liegen aber im Allgemeinen zwischen etwa 3/32
bis 2 Inch (0,24 bis 5 cm) für den
Innendurchmesser Di und etwa 0,30 bis 2,8 Inch (0,76 bis 7,1 cm)
für den
Außendurchmesser
Do, mit einer gesamten Wanddicke "w" dazwischen
von etwa 0,26 bis 0,40 Inch (0,66 bis 1,0 cm).
-
Wie
aus den verschiedenen Ansichten von 1 und 2 erkennbar
ist, ist der Schlauch 10 so konstruiert, dass er um einen
rohrförmigen
Kern gebildet ist, der mit 14 bezeichnet ist. Für gewöhnlich kann
die Kernröhre 14 als
Extrudat aus einem thermoplastischen Material bereitgestellt sein,
wie Polyolefin, Polyester, Fluorpolymer, Polyvinylchlorid, thermoplastische
Gummi oder Polyurethan, oder vorzugsweise einem Polyamid, wie Nylon 12,
das wegen der chemischen Verträglichkeit
mit der zu handhabenden Flüssigkeit
gewählt
wird. Als Alternative kann die Kernröhre 14 aus einem vulkanisierbaren,
d.h., wärmehärtbaren,
oder schmelzverarbeitbaren, d.h., thermoplastischen, Natur- oder
Synthetikgummi, wie SBR, Polybutadien, EPDM, Butyl, Neopren, Nitril, Polyisopren,
Buna-N, Copolymergummi oder einer Mischung, wie einem Ethylen-Propylengummi,
extrudiert werden. Die Kernröhre 14 hat
eine innere radiale Oberfläche 16,
die den Innendurchmesser Di des Schlauchs 10 definiert,
und eine äußere radiale Oberfläche 18.
Wie bei den Gesamtdimensionen des Schlauchs 10 kann die
Wanddicke der Kernröhre 14 ab hängig von
der besonderen in Betracht gezogenen Anwendung variieren, liegt
aber für
gewöhnlich
zwischen etwa 0,03 und 0,08 Inch (0,76 bis 2,0 mm).
-
Obwohl
die Kernröhre 14 aus
einer einheitlichen, einschichtigen Konstruktion gebildet sein kann, ist
es für
das Lösemittel-Fluten
oder andere Lösemittelbeförderungsanwendungen
bevorzugt, dass die Kernröhre 14,
wie dargestellt, mit einer mehrschichtigen Verbundstoffkonstruktion
bereitgestellt wird. In einer solchen mehrschichtigen Konstruktion
enthält die
Kernröhre 14 eine
innerste Sperrschicht oder Auskleidung 20, die die innere
radiale Oberfläche 16 des
Kerns definiert, und eine äußerste Schicht 22,
die die äußere radiale
Oberfläche 18 des
Kerns definiert. Für
eine Beständigkeit
gegen Lösemittel,
wie Methanol, kann die Sperrschicht 20 extrudiert oder
auf andere Weise aus einem schmelzverarbeitbaren Thermokunststoff,
der ein Fluorpolymer sein kann, gebildet werden. Wie hierin verwendet,
sollen "Lösemittel" andere Alkohole
und organische Lösemittel
oder Kohlenwasserstoffe, wie auch anorganische Lösemittel, wie Wasser oder Lauge,
enthalten. Bevorzugte Fluorpolymere umfassen Polytetrafluorethylen (PTFE),
fluoriniertes Ethylen-Polypropylen- (FEP-) Copolymer, Perfluoralkoxy
(PFA-) Harz, Polychlortrifluorethylen- (PCTFE) Copolymer, Ethylen-Chlortrifluorethylen-
(ECTFE) Copolymer, Ethylen-Tetrafluorethylen-
(ETFE-) Terpolymer, Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polyvinylfluorid
(PVF) und Copolymere und Mischungen davon. Aus Kostengründen kann
die Wanddicke der Sperrschicht 20 bei dem Minimum gehalten
werden, das zur Bereitstellung der gewünschten Beständigkeit
gegen ein Durchdringen von Lösemittel
notwendig ist, und liegt in den meisten Anwendungen zwischen etwa
2 bis 20 mil (0,05 bis 0,5 mm).
-
Die äußerste Schicht 22 ist
ihrerseits aus einem relativ flexiblen, schmelzverarbeitbaren, thermoplastischen
Poly mermaterial gebildet, das Polyamid, Polyolefin, Polyvinylchlorid
oder Polyurethan oder ein Copolymer oder eine Mischung davon sein
kann. Als Alternative kann die äußerste Schicht 22 aus
einem wärmehärtenden
oder thermoplastischen Gummi, wie einem legierten Gummi, gebildet
sein, der direkt an die Auskleidung 20 gebunden werden
kann, oder einem anderen Gummi, der mit Hilfe einer Haftschicht
an die Auskleidung 20 gebunden werden kann, wie in der
Folge beschrieben wird. Aus Gründen
der Festigkeit und Flexibilität
kann die Wanddicke der äußeren Schicht 22 stärker als
jene der inneren Schicht 20 sein und liegt für gewöhnlich im
Bereich von etwa 20 mil (0,5 mm) bis etwa 60 mil (1,5 mm).
-
Die
Kernschichten 20 und 22 können durch Extrusion, Co-Extrusion oder sequentielle
Extrusion hergestellt werden, und, wenn sie aus verträglichen Materialien
gebildet sind, dadurch vernetzt oder auf andere Weise an ihrer Grenzfläche zu einer
integralen rohrförmigen
Verbundstruktur chemisch oder durch Schmelzen aneinander gebunden
werden. Wenn sie aus chemisch unähnlichen
oder andersartig unverträglichen
Materialien gebildet sind, kann jedoch eine Zwischenhaft- oder Bindeschicht 24 mit den
Schichten 20 und 22 coextrudiert, d.h., "tri-extrudiert" werden, die aus
einem Material gebildet ist, das zur Haftmittelbindung mit den beiden
Materialien der Schichten 20 und 22 verträglich ist.
Vorzugsweise ist die Zwischenschicht 24 aus einem Material
gebildet, das auch gegen ein Durchdringen von Lösemittel beständig ist
und das im Allgemeinen elastischer ist als die Materialbildungsschicht 20.
Zu geeigneten Materialien zählen
PVDF, PVF, Polyvinylacetat (PVA), Urethane und Copolymere, Legierungen
und Mischungen davon, wie auch thermoplastische oder wärmehärtende Gummis.
Die Wanddicke der Zwischenschicht ist für gewöhnlich kleiner oder etwa gleich
der Wanddicke der Innenschicht 20. Verbundstoffröhren der
vorliegenden Art sind des Weiteren in den US Patenten Nr. 3,561,493;
5,076,329; 5,167,259; 5,284,184; 5,383,087; 5,419,374; 5,460,771;
5,469,892; 5,500,257; 5,554,425; 5,566,720; 5,622,210; 5,678,611;
und 5,743,304 beschrieben und werden im Handel von ITT Automotive Inc.
(Auburn Hills, MI) und von Pilot Industries, Inc. (Dexter, MI) vertrieben.
-
Gemäß den Richtlinien
der vorliegenden Erfindung ist die Kernröhre 14 von einer im
Allgemeinen flexibleren ersten elastomeren Schicht 30 umgeben, die
um die äußere Oberfläche 18 des
Kerns radial um den Umfang aufgebracht ist, und einer ähnlich flexiblen
zweiten elastomeren Schicht 32, die die erste elastomere
Schicht 30 umgibt. Jede der elastomeren Schichten 30 und 32 hat
eine innere radiale Oberfläche 34 beziehungsweise 36,
und eine äußere radiale Oberfläche 38 beziehungsweise 40.
Gemäß den Richtlinien
der vorliegenden Erfindung ist ferner ein spiralförmiges Verstärkungselement 50 spiralförmig über die
erste elastomere Schicht 30 gewunden und zwischen der Schicht 30 und
der zweiten elastomeren Schicht 32 eingesetzt. Das Element 50 verleiht dem
Schlauch 10 strukturell eine Kollabierbeständigkeit
gegenüber
einem hohen positiven Nettoaußendruck,
der sich durch extern ausgeübte
Kräfte
entwickeln kann, die in einer Unterwasserbetriebsumgebung vorhanden
sein können,
oder gegenüber
Vakuum, das in Sauganwendungen vorliegen kann.
-
Jede
von der ersten und zweiten elastomeren Schicht 30 und 32,
die tatsächlich
jeweils aus zwei oder mehr getrennten Schichten bestehen können, kann
unabhängig
aus einem schmelzverarbeitbaren oder vulkanisierbaren elastomeren
Material extrudiert oder auf andere Weise gebildet werden, das speziell
für eine
Hochtemperaturleistung, Flexibilität oder andernfalls für eine Verträglichkeit
mit der Kernröhre 14 ausgewählt wird.
Zu geeigneten Materialien zählen
Naturgummis, wie Hevea, und Thermokunststoffe, d.h., schmelzverarbeitbare,
oder wärmehärtbare,
d.h., vulkanisierbare, Synthetikgummis, wie Fluorpolymer, Chlorsulfonat,
Poly butadien, Butyl, Neopren, Nitril, Polyisopren, Buna-N, Copolymergummis,
wie Ethylenpropylen (EPR), Ethylen-Propylen-Dien-Monomer (EPDM),
Nitril-Butadien (NBR) und Styrol-Butadien (SBR) oder Mischungen,
wie Ethylen- oder Propylen-EPDM, EPR oder NBR. Der Begriff "Synthetikgummis" soll auch Materialien
umfassen, die als Alternative weitgehend als thermoplastische oder
wärmehärtbare Elastomere
klassifiziert werden, wie Polyurethane, Silikone, Fluorsilikone,
Styrol-Isopren-Styrol (SIS) und Styrol-Butadien-Styrol (SBS), wie auch andere Polymere,
die gummiartige Eigenschaften aufweisen, wie weichgemachte Nylons,
Polyester, Ethylenvinylacetate und Polyvinylchloride. Wie hierin
verwendet, bedeutet der Begriff "elastomer" im herkömmlichen
Sinn das Aufweisen gummiartiger Eigenschaften, wie plastische Nachgiebigkeit,
Elastizität
oder Druckverbiegung, geringer Druckverformungsrest, Flexibilität und die
Fähigkeit,
sich nach einer Verformung zu erholen, d.h., Spannungsrelaxation.
In einer bevorzugten Ausführungsform
kann eine erste elastomere Schicht 30 mit der Kernröhre 20 so
co-extrudiert werden, dass die innere radiale Oberfläche 34 der
Schicht 30 durch Schmelzen oder andersartig integral an
die äußere Oberfläche 18 des
Kerns gebunden wird, wobei die zweite elastomere Schicht in einem
anschließenden Vorgang
nach der Spiralwindung des Elements 50 über die erste elastomere Schicht
extrudiert wird. Jede der Schichte 30 und 32 kann
eine Wanddicke zwischen etwa 0,005 bis 0,310 Inch (0,13 bis 7,87 mm)
haben.
-
Wenn
die erste elastomere Schicht 30 an die Kernröhre 14 gebunden
ist, wird das spiralförmige Verstärkungselement 50 unter
Spannung über
die äußere Oberfläche 38 der
Schicht 30 spiralförmig
gewunden. In diesem Zusammenhang kann das ausgedehnte federartige
Element 50 aus 1 bis 20 axial beabstandeten, parallelen
Strängen
bereitgestellt werden, die Monofilamente oder Mehrfachfilamentfäden, Garne
oder Bänder
sein können.
Jeder dieser Stränge
kann, während
er von einer oder mehreren separaten Spulen oder Bobinen abläuft, seinerseits
einzeln spiralförmig über den
Kern 14 in einer parallelen Ausrichtung zur Bildung des
Elements 50 gewunden werden.
-
In
einer bevorzugten Konstruktion ist das Element 50 als ein
Strang eines Monofilament-Kohlenstoff- oder rostfreien Stahldrahts
bereitgestellt, der mit Kunststoff überzogen sein kann, einen im
Allgemeinen kreisförmigen
Querschnitt mit einem Durchmessermaß zwischen etwa 0,015 und 0,30
Inch (0,5 bis 10 mm) aufweist, und eine Zugfestigkeit von etwa 50.000
bis 300.000 psi (345 bis 2100 MPa) hat. Das Element 50 kann
als Alternative aus einem Nylon, einem harten Polyvinylchlorid (PVC),
Aramid oder einem anderen Polymer- oder Verbundmaterial bereitgestellt
sein. Das Element 50 wird in eine Richtung aufgetragen,
d.h., entweder nach links oder nach rechts, mit einem vorbestimmten
Steigungswinkel, der in 1 mit θ bezeichnet ist, der relativ
zu der Längsachse 12 des
Schlauchs 10 gemessen wird. Für typische Anwendungen wird
der Steigungswinkel θ mit
etwa 40 bis 85° gewählt.
-
Insbesondere
kann der Steigungswinkel θ abhängig von
der gewünschten
Konvergenz der Festigkeits-, Dehnungs- und volumetrischen Ausweitungseigenschaften
des Schlauchs 10 gewählt
werden. Im Allgemeinen führen
höhere
Steigungswinkel zu einer verminderten radialen Ausweitung des Schlauchs
unter Druck, aber zu einer erhöhten
axialen Dehnung. Für
Hochdruckanwendungen ist im Allgemeinen ein "neutraler" Steigungswinkel von etwa 55° bevorzugt,
da die Dehnung auf etwa 3 % der ursprünglichen Schlauchlänge minimiert
wird. Als Alternative kann ein Steigungswinkel, der etwas größer als
der neutrale ist, verwendet werden, um eine radial nach innen gerichtete
Kraftkomponente für
eine effizientere Lastübertragung
zu entwickeln.
-
Das
spiralförmige
Element 50, das am besten in der weggeschnittenen Ansicht
von 2 und in der vergrößerten Ansicht des Schlauchabschnittes,
der mit 56 bezeichnet ist, in 3 erkennbar
ist, wird dann über
dem Kern 14 mit weniger als 100 % Überdeckung desselben aufgebracht
und vorzugsweise mit einer Überdeckung
zwischen etwa 30 bis 85 %. Auf diese Weise wird die derart gebildete,
offene Spirale durch eine Reihe von Windungen definiert, von welchen
zwei mit 60a–b bezeichnet
sind. Mit vorübergehender
Bezugnahme insbesondere auf die vergrößerte axiale Querschnittsansicht,
die bei 56 in 3 dargestellt ist, ist erkennbar,
dass jede dieser Windungen mit einem axialen Abstand oder einer Steigung,
der/die mit "l" bezeichnet ist,
von etwa 0,1 bis 3,5 Inch (0,25 bis 9 cm) von einer benachbarten Windung
beabstandet ist, um aufeinander folgende Windungspaare 60 zu
definieren. Dadurch wird ein Zwischenraum, der mit 62 bezeichnet
ist, zwischen den benachbarten Windungen in jedem dieser Paare 60 definiert.
Wenn das Element 50, wie dargestellt, mit einer im Allgemeinen
kreisförmigen
Querschnittsgeometrie bereitgestellt ist, nimmt der Zwischenraum 62,
der zwischen den benachbarten Windungspaaren 60 definiert
ist, für
gewöhnlich
eine im Allgemeinen hyperbolische Querschnittsgeometrie an. Das Drahtelement 50 kann
als Alternative als "Flachdrahtkonstruktion" mit einer polygonen
Querschnittsgeometrie bereitgestellt sein, die im Allgemeinen rechteckig
oder quadratisch sein kann, oder mit einer anderen kreisförmigen Geometrie,
die oval oder elliptisch sein kann.
-
Unter
fortgesetzter Bezugnahme auf 2 und insbesondere
auf die vergrößerte Ansicht
von 3 ist das Drahtelement 50 spiralförmig über das erste
elastomere Element 30 gewunden dargestellt, so dass die
erste äußere radiale
Oberfläche 38 plastisch
verformt oder auf andere Weise in den Zwischenraum 62 eingebracht
wird. Da die zweite elastomere Schicht 32 über dem
gewickelten Element 50 extrudiert oder auf andere Weise
gebildet wird, wird die zweite innere radiale Oberfläche 36 der
Schicht 32 in den Zwischenraum 62 fließen gelassen
oder auf andere Art eingebracht, um eine Grenzfläche, die mit 64 bezeichnet
ist, mit der ersten äußeren radialen Oberfläche 38 der
ersten elastomeren Schicht 30 zu definieren. Auf diese
Weise wird jede der Windungen 60 des spiralförmigen Elements 50 zwischen
den Schichten 30 und 32 zur Bildung einer integralen,
kollabierbeständigen
Verstärkungsstruktur
eingekapselt.
-
Obwohl
elastomere Schichten 30 und 32 aus verschiedenen
elastomeren Materialien gebildet sein können, ist für eine einfachere Herstellung
bevorzugt, dass jede aus demselben Material gebildet ist oder wenigstens
aus verträglichen
Materialien, die durch Schmelzen wärmegebunden oder chemisch durch
Vernetzen oder eine andere reaktionsfähige Bindung gebunden werden
können.
Ein besonders bevorzugtes Material für die Schichten 30 und 32 ist ein
schmelzverarbeitbares, thermoplastisches Polyurethanelastomer (TPE).
Durch die Vorerwärmung
der Zwischenschlauchstruktur des Kerns 14, der ersten elastomeren
Schicht 30 und des Verstärkungselements 50,
kann die zweite elastomere Schicht 32 mittels Querspritzkopf
unter Verwendung von Druckwerkzeugen oder dergleichen über der
Schicht 30 und dem Element 50 extrudiert werden,
so dass die zweite innere Oberfläche 36 der
Schicht in den Zwischenraum 62 fließt oder auf andere Weise eindringt, und
mit der ersten elastomeren Schicht 30 in Kontakt gelangt.
-
Wenn
die zweite elastomere Schicht 32 unter Druck extrudiert
wird, kann vorzugsweise eine Schmelzbindung mit der ersten elastomeren
Schicht 30 erreicht werden, wodurch eine integrale eingekapselnde
Struktur gebildet wird. Als Alternative kann bei chemisch verschiedenen
Schichten 30 und 32 eine Zwischenbindung oder
Haftschicht, die in Phantomlinien 66a–b in 3 dargestellt
ist, bereitgestellt sein, die aus einem Haftmittel oder einem verträglich machenden
Polymer gebildet ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist jede der Schichten 20, 22, 24, 30 und 32 integral schmelz-
oder klebegebunden oder vulkanisiert, um einen Strukturverbundstoff
mit einer Bindungsfestigkeit zwischen benachbarten, d.h., angrenzenden,
Schichten 20, 22, 24, 30 und 32 zu
bilden, die jeweils 15 lbs/linearem Inch (2,7 kg/cm) überschreitet.
-
Das
Einkapseln des spiralförmigen
Elements 50 in den elastomeren Elementen 30 und 32 garantiert
die wirksame Spannungsübertragung
auf dieses, und fixiert auch die Spiralsteigung in Position, während der
Schlauch seinem minimalen Biegeradius entsprechend gebogen werden
kann, der zwischen etwa 2,5 und 36 Inch (6,5 bis 91,5 cm) betragen
kann, abhängig
vom Außendurchmesser
des Schlauchs. Aufgrund dieser Einkapselung entfällt ferner die Notwendigkeit,
ein zweites, entgegengesetzt spiralförmig gewundenes Element bereitzustellen, das
für einen
Ausgleich einer Verdrehung notwendig wäre, die andernfalls eintreten
könnte,
wenn der Schlauch 10 unter Druck gesetzt wird. Bei dem
derart gehaltenen Spiralelement 50 sind sowohl die axiale Dehnung
als auch diametrale Ausweitung des Schlauchs 10 für eine verbesserte
Strukturfestigkeit kontrolliert.
-
Da
das spiralförmige
Element 50 in den elastomeren Schichten 30 und 32 eingekapselt
ist, wird die Schicht 32 dadurch mit einer im Allgemeinen
glatten, d.h., zylindrischen oder flachen, zweiten äußeren radialen
Oberfläche 40 gebildet.
Diese Oberfläche 40,
die im Allgemeinen sowohl in Bezug auf die radiale als auch Längenrichtung
glatt ist, sorgt vorteilhaft für
die effiziente Übertragung
innerer Lasten, und für
eine ebene Basis, auf der anschließend wahlweise faserige Verstärkungsschichten
gewunden, geflochten oder andersartig bereitgestellt werden können, um
die Innendruckbeständigkeit
des Schlauchs 10 zu erhöhen.
Das heißt,
Spannungen, die durch einen Innendruck oder andersartig erzeugt
werden können,
werden durch die glatte Oberfläche 40 wirksam
zu den Verstärkungsschichten übertragen.
-
Vorzugsweise,
und wie in 1 und 2 dargestellt,
sind mindestens zwei solche faserige Verstärkungsschichten 70a–b über der
zweiten elastomeren Schicht 30 bereitgestellt. Wie dargestellt, kann
jede faserige Verstärkungsschicht 70 auf
herkömmliche
Weise aus 1 bis etwa 20 Strängen
Monofilament, Endlos-Multifilament, d.h., Garn, Faden, Band oder
Lage, oder kurzen "Stapelsträngen" aus einem natürlichen
oder synthetischen Fasermaterial, das Nylon, Baumwolle, Polyester,
Aramid, Polyvinylacetat (PVA) oder Polyphenylenbezobisoxazol (PBO)
sein kann, oder einem Stahl- oder anderen Metalldrahtmaterial, oder
einer Mischung davon geflochten oder als Alternative spiralförmig gewunden oder
gewirkt werden. In Bezug auf die spiralförmig gewundenen Schichten können solche
Schichten entgegengesetzt in Paaren gewunden werden, so dass jeder
Verdrehungseffekt ausgeglichen wird. In einer bevorzugten Konstruktion
ist jede der Verstärkungsschichten
mit einem Steigungswinkel von etwa 48 bis 60° unter Verwendung von 24 bis
96 Trägern, jeweils
mit 1 bis etwa 24 Strängen
aus einem Multifilament-Aramidgarn
mit 720 bis 6000 Denier (800 bis 6600 decitex) geflochten. Für spiralförmig gewundene
Schichten können
1 bis etwa 12 Stränge
mit einem Drall von 0 bis 200 Windungen pro Meter, entweder im Uhrzeigersinn
oder gegen den Uhrzeigersinn, wie vom Hersteller geliefert, das
heißt,
mit Fabrikationsdrall, oder wie beim Spulen der Stränge entsteht,
gewunden werden. Wie in der Technik bekannt ist, kann der Faserdrall
verändert
werden, um zum Beispiel die Dauerbiegefestigkeit des Schlauchs zu optimieren
oder den Schlauchdurchmesser oder die Kosten zu minimieren.
-
Obwohl
Natur- oder andere Synthetikfasern, wie Polyester und andere Polyamide,
wie Nylons, ersatzweise verwendet werden können, wird ein Aramidmaterial
allgemein als bevorzugt angesehen, da es im Vergleich zu anderen
solchen Fasern den vorliegenden Schlauchkonstruktionen eine verbesserte lasttragende
und dimensionale Stabilität
verleiht, sowohl in die radiale als auch axiale Richtung. In diesem
Zusammenhang weisen Aramidfasern, die im Handel unter den Handelsbezeichnungen
Kevlar® und
Nomex® (E.I
DuPont de Nemours und Co., Wilmington, DE, USA), Technora® (Teijin
Ltd. Tokio, Japan) und Twaron® (Akzo Nobel, Arnheim,
Niederlande) vertrieben werden, einen relativ hohen Zugmodul oder
eine Zähigkeit
von etwa 190 cN/tex und eine relativ geringe Dehnung mit einer Bruchdehnung
von etwa 3 auf.
-
Für eine bessere
Kontrolle der Dehnung und Kontraktion des Schlauchs 10 und
zur Verbesserung der Impulsfestigkeit wird mindestens die innerste 70a der
Verstärkungsschichten 70 an
die entsprechende äußere radiale
Oberfläche 40 der
zweiten elastomeren Schicht 32 gebunden. Vorzugsweise weist
eine derartige Bindung eine Festigkeit von wenigstens etwa 8 lbs/Inch
(1,43 kg/cm) auf und kann durch Auflösen der elastomeren Schicht 32 mit
einem geeigneten Lösemittel,
wie n-Methylpyrrolidon, oder durch Verwendung eines Urethans oder
anderen Haftmittels mit Affinität
zu den Materialien, aus welchen die Schichten 32 und 70 gebildet
sind, erreicht werden.
-
Die äußerste Verstärkungsschicht 70b ist
ihrerseits mit einer koaxial umschließenden Schutzhülle oder
einem Mantel 80 umhüllt.
Die Hülle 80 kann über die
Verstärkungsschicht 70b als
Schicht, Band oder Geflecht mit einer Dicke von 0,02 bis 0,15 (0,5 bis
3,8 mm), aus einem abriebbeständigen,
vorzugsweise schmelzverarbeitbaren thermoplastischen Material, wie
Polyamid, Polyolefin, Polyester, Polyvinylchlorid oder insbesondere
einem thermoplastischen Polyurethan- (TPU-) Elastomer, mittels Querspritzkopf
oder sonst auf herkömmliche
Weise extrudiert oder gehüllt
oder geflochten werden. Unter "abriebbeständig" wird verstanden,
dass ein solches thermoplastisches Material zur Bildung der Hülle 30 eine Härte oder
ein Härtemaß zwischen
etwa 60 bis 95 Shore-A aufweist. Wie bei dem Kern 14 kann
die Hülle 80 als
Alternative aus einem vulkanisierbaren Natur- oder Synthetikgummi,
wie SBR, Polybutadien, EPDM, Butyl, Neopren, Nitril, Polyisopren,
Silikon, Fluorsilikon, Buna-N,
Copolymergummis oder Mischungen, wie Ethylen-Propylen-Gummi gebildet sein.
Die Hülle 80 kann
an die äußerste Verstärkungsschicht 70b entweder
mechanisch oder mit einem Urethan- oder anderen Haftmaterial gebunden werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform
wird jede der Schichten des Schlauchs 10 an seine unmittelbar
folgende Schicht gebunden, so dass für eine wirksamere Übertragung
herbeigeführter
innerer oder äußerer Spannungen
gesorgt ist.
-
Somit
wird eine beispielhafte Schlauchkonstruktion beschrieben, die eine
wirksame Lastübertragung
zwischen ihren entsprechenden Komponentenschichten ermöglicht.
Eine solche Konstruktion, die vollständig aus Thermokunststoff,
Gummi oder einer Kombination daraus bestehen kann, ist besonders für Hochdruck-Lösemittelbeförderungsanwendungen geeignet
und soll infolge einer einzigartigen Verstärkungskonstruktion bessere
Flexibilität,
Kollabierbeständigkeit
und Leistungsdauer im Vergleich zu bisher in der Technik bekannten
liefern.
-
Obwohl
die beispielhafte Schlauchkonstruktion 10 beschrieben wurde,
in der die Verbundstoffverstärkung
der vorliegenden Erfindung als innerste Schicht um den Kern 14 angeordnet
ist, können
andere Anordnungen in Betracht gezogen werden, die auf der vorliegenden
Offenbarung beruhen. Zum Beispiel können zwei oder mehr Verbundstoff-Verstärkungsschichten
entweder als innerste oder Zwischenschicht bereitgestellt sein.
Insbesondere können
eine oder mehrere Zwischenverstärkungsschichten
zwischen dem Kern und einer ersten Verbundschicht eingesetzt sein,
ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung Abstand zu nehmen.
-
Unter
Bezugnahme nun auf 4 ist eine dieser alternativen
Ausführungsformen
eines Schlauchs 10 von 1 allgemein
mit 100 bezeichnet. In der Grundkonstruktion ist der Schlauch 100 dem
Schlauch 10 ähnlich,
mit der Ausnahme, dass eine oder mehrere faserige Verstärkungsschichten 70,
von welchen eine mit 70c bezeichnet ist, direkt über der äußersten
Schicht 22 der Kernröhre 14 bereitgestellt
sind, wobei die erste elastomere Schicht 30 als Zwischenmantel über der äußeren Oberfläche 102 der
Verstärkungsschicht 70c bereitgestellt
ist. Es ist offensichtlich, dass der Schlauch 100 eine
etwas vereinfachte Konstruktion des Schlauchs 10 aufweist,
da die Kernröhre 14,
die Verstärkungsschicht 70c und
die Schicht 30 als Einheit gebildet werden können, wobei
das Verstärkungselement 50 und
die zweite elastomere Schicht 40, die nun als äußerster Mantel
für den
Schlauch 100 dient, in einem eigenen Vorgang gebildet werden.
-
Unter
Bezugnahme schließlich
auf 5 und 6 ist eine andere repräsentative
Ausführungsform
des Schlauchs 10 von 1 allgemein
mit 200 bezeichnet. Auch hier ist der Schlauch 200 in
seiner Grundkonstruktion dem Schlauch 10 ähnlich,
mit der Ausnahme, dass das spiralförmige Verstärkungselement 50 als
spiralförmig
gewundenes Mantelgehäuse,
das allgemein mit 202 bezeichnet ist, von der Art bereitgestellt
ist, die in den US Patenten Nr. 5,143,123; 4,862,924; 4,620,569;
4,739,801; 4,396,797; 4,213,485; und 3,908,703 näher beschrieben ist.
-
In
der Schlauchkonstruktion 200 ist das Mantelgehäuse 202 spiralförmig aus
einem Aluminium-, Stahl- oder anderen Metallstreifen 204 gewunden,
so dass eine Reihe zylindrischer Verbindungen entstehen, von welchen
eine mit 206 bezeichnet ist. Wie am Besten in der Querschnittsansicht
von 6 erkennbar ist, wird der Streifen 204 gerollt,
gestanzt oder durch einen Stempel geleitet oder andersartig geformt,
so dass jede der Verbindungen 206 einen nach unten gerichteten
Abschnitt 208 enthält,
der an einer Kante des Streifens 204 definiert ist, und
einen nach oben gerichteten Abschnitt 210, der an der anderen Kante des
Streifens 204 definiert ist. Ein oberer 212 und
unterer 214 Wandabschnitt erstrecken sich jeweils von dem
nach unten gerichteten und dem nach oben gerichteten Abschnitt und
sind an einem Zwischenseitenwandabschnitt 216 verbunden.
-
Der
nach oben gerichtete Abschnitt 208 jeder der Verbindungen 206 ist
wie bei 220 mit dem nach unten gerichteten Abschnitt einer
benachbarten Verbindung 206 verbunden, um ein im Allgemeinen
kontinuierliches, aber dennoch flexibles Gehäuse 202 zu bilden.
Vorzugsweise ist einer oder sind beide von dem oberen und unteren
Wandabschnitt 212 und 214 mit einer oder mehreren Öffnungen
ausgebildet, von welchen eine mit 222 bezeichnet ist. Wie
wieder am besten aus der Querschnittsansicht von 6 erkennbar
ist, ist ein Zwischenraum 224 durch jede der Öffnungen 222 definiert.
Da der Streifen 204 spiralförmig über das erste elastomere Element 30 gewunden
ist, kann die erste äußere radiale
Oberfläche 38 desselben
plastisch verformt werden oder ragt auf andere Weise in die Zwischenräume 224.
Ebenso kann, da die zweite elastomere Schicht 32 über den Streifen 204 extrudiert
oder andersartig geformt wird, die zweite innere radiale Oberfläche 36 der
Schicht 32 in die Zwischenräume 224 fließen gelassen
oder auf andere Weise eingebracht werden, um mit der ersten äußeren radialen
Oberfläche 38 der
ersten elastomeren Schicht 30 eine Grenzfläche zu definieren,
die in Phantomlinien bei 230 dargestellt ist. Auf diese
Weise ist jede der Verbindungen 206 des Gehäuses 202 zwischen
den Schichten 30 und 32 eingekapselt, um eine
integrale, kollabierbeständige Verstärkungsstruktur
zu bilden.
-
Da
davon ausgegangen wird, dass verschiedene Änderungen an der vorliegenden
Erfindung vorgenommen werden können,
ohne von den gegenwärtigen
Richtlinien abzuweichen, soll der gesamte Inhalt der vorangehenden
Beschreibung als beispielhaft und nicht in einschränkendem
Sinn verstanden werden.