DE2641180A1

DE2641180A1 - Schlauch und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE2641180A1
Application number: DE19762641180
Authority: DE
Inventors: George Thomas Dunn; Chester Light Guiles; Thomas Allen Kutnyak
Original assignee: Automation Industries Inc
Current assignee: Automation Industries Inc
Priority date: 1975-10-03
Filing date: 1976-09-13
Publication date: 1977-04-14
Also published as: GB1558783A; US4106968A; CA1047420A

Description

PATEfJTAN'VÄLTE SCHIFF ν. FÜNER STREHL SCHÜBEL-HOPF EBBINGHAUS

MARIAHILFPLATZ 2 & 3, MÖNCHEN 9O POSTADRESSE: POSTFACH 95 O1 6O₁ D-8OOO MÖNCHEN 95

AUTOMATION INDUSTRIES, INC.

DIPL. CHEM. DR. OTVAR DITTMANN (_T1O75) KARL. LUDWIG SCHIFF DIPL. CHEM. DR. ALEXANDER V. FÜNER DIPL. INS. PETER STREHL DIPL. CHEM. DR. URSULA SCHÜBEL-HOPF DIPL. ING. DIETER EBBtNGHAUS TELEFON (O8S) 48 2O B* TELEX 5-23 065 AURO D TELEGRAMME AUROMARCPAT MÜNCHEN

DA/G-K1597

13. September 1976 DE/mo

Priorität? 3. Oktober 1975* USA, Nr. 619 296

Schlauch und Verfahren zu dessen Herstellung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schlauch, insbesondere einen vorgeformten Schlauch, beispielsweise zum Anschluß von Kühlern bei Automobilen, und auf ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Vorgeformte flexible Schläuche müssen eine Reihe von Erfordernissen erfüllen. Beispielsweise ist es bei verschiedenen Automobilen und anderen Fahrzeugarten, die flüssigkeitsgekühlte Maschinen aufweisen, üblich, die Maschine über einen flexiblen Kühlerschlauch mit einem Kühler zu verbinden. Zur Anpassung an die räumlichen Erfordernisse ist es häufig wünschenswert oder notwendig, den Schlauch bei der Herstellung vorzuformen. Derzeit sind zwei Verfahrensweisen zur Herstellung solcher Schläuche üblich.

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Nach dem ersten Verfahren wird ein ungehärteter bzw. unvulkanisierter Schlauch aus einem organischen Kautschuk oder ähnlichen Elastomeren und aus einer gewirkten Verstärkungsschicht gebildet. Eine Schicht des Elastomers wird um einen Dorn gelegt, worauf die gewirkte Verstärkung um die elastomere Schicht gelegt wird. Hierzu kann eine gewirkte Hülse über den Dorn geschoben oder die Hülse direkt daraufgestrickt werden. Die Hülse wird üblicherweise mit einem Steppstich gewirkt, der es gestattet, sie leicht zu strecken und in zahlreiche Formen zu deformieren. Darauf wird eine zweite Elastomerschicht um die gewirkte Verstärkung gelegt. Der unvulkanisierte Schlauch wird dann auf dem Dorn vulkanisiert, wobei er eine der Form des Doms entsprechende permanente Form annimmt.

Nach dem Vulkanisieren werden die einzelnen Schläuche durch Abstreifen vcn den Dornen entfernt. Da die Verstärkung aus einer gewirkten Hülse besteht, hat der Schlauch ein ausreichendes Dehnungsvermögen und eine ausreichende Flexibilität, um ihn vom Dorn abzuziehen. Wegen der Eigenschaften der gewirkten Verstärkung hat jedoch ein derartiger Schlauch eine Reihe von Nachteilen und unterliegt einer Anzahl von Einschränkungen. So ist der Schlauch nur in begrenztem Maße gegen Innendrücke widerstandsfähig, da er dazu neigt, bei steigendem Druck aufzugehen, d.h., der Arbeitsdruck muß verhältnismäßig niedrig sein. Obwohl der Schlauch flexibel ist, arbeiten die inneren Bestandteile des Schlauches, wenn er verformt wird. Infolgedessen kann der Schlauch einer dauernden Verbiegung nicht widerstehen, weil die verschiedenen Elastomerschichten und/ oder die gewirkte Hülse dazu neigen, sich voneinander zu läsen. Auch kann der Schlauch durch scharfe Werkzeuge, beispielsweise Schraubenzieher und dergleichen, leicht durchstochen werden.

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Nach dem zweiten Verfahren wird ein durch einen Stoff verstärkter Schlauch hergestellt. Der Schlauch wird hergestellt, indem eine Schicht aus unvulkanisiertem Elastomer um einen eine Kontur aufweisenden Dorn gelegt wird. Darauf wird eine gewebte Stoffhülse um die Elastomerschicht gelegt. Hierauf wird um den Stoff eine äußere Elastomerschicht gelegt. Diese Anordnung wird dann erhitzt, bis das Elastomer vollständig ausgehärtet ist. Der Schlauch wird dann vom Dorn abgenommen. Durch die Verwendung der gewebten Verstärkung wird der zulässige Innendruck des Schlauches erhöht. Der fertige Schlauch hat jedoch eine Reihe von Nachteilen, insbesondere weil der gewebte Stoff nicht leicht dehnbar ist. Dies macht es äußerst schwierig, wenn nicht unmöglich, den Stoff um scharfe Biegungen zu legen, ohne daß sich Falten und dergleichen bilden. Weiter ist es häufig äußerst schwierig, den vollständig durchvulkanisierten Schlauch vom Dorn zu entfernen, wenn der Dorn nicht auseinandergenommen oder nach einmaliger Benutzung weggeworfen werden kann. Darüberhinaus ist zur Herstellung eines solchen Schlauches in erheblichem Maße Handarbeit erforderlich. Hierdurch werden die Kosten des Schlauches beträchtlich erhöht. Darüberhinaus arbeiten auch bei diesem Schlauch die Bestandteile gegeneinander, so daß er bei übermäßiger Biegung frühzeitig ausfallen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schlauch und ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben, bei denen die Nachteile des Standes der Technik vermieden sind. Insbesondere soll ein sehr dauerhafter Schlauch, der hohen Drücken widersteht und eine lange Lebensdauer hat, leicht und einfach in eine beliebige Form gebracht werden können.

Erfindungsgemäß wird zunächst auf einem langen geraden Dorn eine große Länge eines unvulkanisierten Schlauches hergestellt. Hierzu wird zunächst ein Elastomer um den Dorn gelegt, das die innere Auskleidung oder Schicht des Schlauches bildet. Darauf

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wird eine Schicht von Verstärkungen schraubenförmig um die elastomere Schicht gelegt, worauf wiederum ein Elastomer um die Verstärkung gewickelt wird, die eine Zwischenschicht bildet. Hierauf wird eine zweite Verstärkung gegenüber der ersten in entgegengesetzter Richtung schraubenförmig um den Dorn gewickelt. Schließlich wird um die ganze Anordnung ein Elastomer gelegt, das die äußere Deckschicht des Schlauches bildet. Nunmehr wird der unvulkanisierte Schlauch von dem langen Dorn abgenommen und in mehrere kurze Abschnitte geschnitten. Die kurzen Abschnitte werden dann auf Formdorne geschoben, deren Form der gewünschten Form des fertigen Schlauches entspricht, und sie werden durch Erhitzung bei erhöhter Temperatur vulkanisiert=, Nachdem der Schlauch völlig ausgehärtet ist, wird er vom Dorn abgeschoben oder -gezogen.

Die Verstärkungsschichten enthalten je mehrere einzelne Garne oder Litzen, die schraubenförmig innerhalb des Schlauches angeordnet sind. Der Schraubenwinkel oder die Schraubensteigung ist ziemlich kritisch. Die Steigung muß innerhalb eines Bereiches liegen, in dem die Verstärkungen der Dehnung des fertigen Schlauches infolge eines Innendrucks wirksam widerstehen. Gleichzeitig muß die Schraubensteigung ausreichend groß sein, damit der unvulkanisierte Schlauch sich um den gewünschten Radius biegen kann, ohne daß die Fäden auf der Innenseite der Biegung Falten bilden oder sich auf ihrer Außenseite zu stark voneinander trennen. Vorzugsweise beträgt der Steigungswinkel der Schraube zwischen 20 und 24°.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1- die Ansicht eines zum Teil aufgebrochenen bekannten Schlauches,

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Figur 2 die ebenfalls zum Teil aufgebrochene Ansicht eines zweiten bekannten Schlauches,

Figur 3 die Ansicht eines Doms mit der Darstellung der verschiedenen erfindungsgemäßen Verfahrensschritte beim Aufbau der verschiedenen Elemente eines unvulkanisierten Schlauches am Dorn,

Figur 4 die Ansicht eines Formdorns zum Vulkanisieren eines erfindungsgemäßen Schlauches,

Figur 5 eine Figur 4 ähnliche Ansicht mit einem unvulkanisierten Schlauch auf dem Dorn vor der Vulkanisierung, und

Figur 6 die Ansicht eines fertigen erfindungsgemäßen Schlauches, der zur Darstellung des inneren Aufbaus zum Teil aufgebrochen und geschnitten ist.

Der erfindungsgemäße Schlauch kann für eine Vielzahl von Anwendungszwecken verwendet werden. Im vorliegend gezeigten Fall ist der Schlauch 10 besonders zur Verwendung als Kühlerschlauch verwendbar. Ein solcher Schlauch 10 dient normalerweise zur Verbindung des Kühlmantels eines Motors mit einem Kühler. Infolgedessen wird der Schlauch 10 mit heißem Kühlmittel gefüllt und er befindet sich neben dem heißen Motor, so daß er von dessen Wärme beeinflußt wird. Derartige Schläuche werden ziemlich hohen Temperaturen und Drücken unterworfen.

Es hat sich als wünschenswert herausgestellt, den Schlauch 10 so herzustellen, daß er eine permanente Form hat, die gleich der ist, die er im eingebauten Zustand unter Arbeitsbedingungen hat.

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Der in Figur 6 gezeigte Schlauch 10 ist permanent so geformt, daß er sich zur Verbindung eines Kühlers mit einem Brennkraftmotor eignet. Er enthält im vorliegenden Fall ein gerades Mittelstück 12, zwei Biegungen 14 und 16 und zwei gerade Endabschnitte 18 und 20.

Die Anfangsschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung des Schlauches 10 sind aus Figur 3 am besten ersichtlich. Zur Formung des unvulkanisierten Schlauches 10' dient ein länglicher Dorn 22. Dieser besteht normalerweise aus einem geraden Teil, beispielsweise einer Stahlstange. Normalerweise ist die Stange zylindrisch, kann aber auch einen rechteckigen, quadratischen oder anderen Querschnitt haben. Die Länge des Dorns 22 ist nicht wesentlich; sie ist normalerweise einige Male länger als die Länge der herzustellenden Schlauchstücke

Der unvulkanisierte Schlauch 10' ist ein Zwischenprodukt, das im wesentlichen selbsttragend ist und das bis zu einem bestimmten Maße gehandhabt werden kann, ohne daß es hierbei zerstört wird. Die darin enthaltenen Elastomere sind aber unvulkanisiert, so daß er eine sehr geringe Festigkeit und keine permanente Form hat. Mit anderen Worten, der unvulkanisierte Schlauch 10' kann leicht in eine große Vielzahl von Formen und Konturen geformt werden. Er behält diese Form bei, bis ihm eine neue Form gegeben wird. Wird der unvulkanisierte Schlauch 10' erhitzt, so vulkanisieren die darin enthaltenen elastomeren Materialien und erhalten eine permanente Form. Der Schlauch 10 behält danach die Form, die er beim Vulkanisieren hatte.

Zum Aufbau eines unvulkanisierten Schlauches 10' am Dorn 11 wird ein Elastomer um den Dorn gewickelt. Das Elastomer besteht normalerweise aus einem Streifen 24 aus unvulkanisiertem Material. Wie Figur 3 zeigt, wird der Streifen 24 schraubenförmig um den Dorn 22 gewickelt, während dieser rotiert. Der Streifen 24 wird normalerweise Kante an Kante aufgelegt, so

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daß er eine im wesentlichen ununterbrochene Oberfläche bildet. Dieses Elastomer bildet die innere Schicht des fertigen Schlauches 10.

Entsprechend sollte das Elastomer vorzugsweise aus einem Material bestehen, dessen Eigenschaften für den beabsichtigten Zweck des Schlauches geeignet sind. Soll der Schlauch 10 als Kühlerschlauch verwendet und erhöhten Temperaturen ausgesetzt werden, so ist es wünschenswert, ein hochtemperaturfestes Material, beispielsweise Silikonkautschuk zu verwenden. Im vorliegenden Fall besteht die innere Schicht des Schlauches aus einem Silikonkautschuk mit einer Durometerhärte von 60A._ Die Innenschicht kann jedoch aus einem beliebigen geeigneten Material bestehen, beispielsweise Silikon, Polyisopren, Chloropren, Äthylen/Propylen usw.

Nachdem der die innere Schicht des Schlauches 10 bildende Elastomerstreifen 24 auf den Dorn 22 gewickelt ist, wird eine Verstärkungsschicht aufgelegt. Die Verstärkung besteht normalerweise aus mehreren Faser- oder Garnlitzen 26. Es kann eine große Vielzahl von Fasern oder Garnen benutzt werden; im vorliegenden Fall bestehen sie aus silikonbeschichteten Fasern oder Litzen 26. Die Litzen 26 liegen normalerweise in Form eines Streifens 28 vor, die bei rotierendem Dorn 22 um die innere Schicht gelegt wird. Hierdurch werden die einzelnen Litzen fest auf Dorn und Innenschicht gezogen. Wie im folgenden noch näher erläutert wird, muß die Teilung oder der Winkel der schraubenförmigen Wicklung und die Öffnung zwischen den Garnlitzen 26 innerhalb eines vorherbestimmten Bereiches liegen.

Nachdem die verstärkenden Garnlitzen 26 um die innere Schicht gelegt sind, wird eine zweite Elastomerschicht gebildet, indem ein Streifen 29 aus elastomerem Material um die Garnlitzen 26 gelegt wird. Diese Schicht soll eine Zwischenschicht bilden,

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deren Material im Normalfall aus der gleichen Gruppe wie das der inneren Auskleidung gewählt wird. Beispielsweise besteht die vorliegende Zwischenschicht aus einem Silikonkautschuk. Es hat sich jedoch auch als wünschenswert herausgestellt, für die Zwischenschicht ein Material zu verwenden, das weicher ist als das der inneren Schicht. Beispielsweise kann die Durometerablesung für dieses Material etwa 5OA betragen.

Darauf wird bei umlaufendem Dorn 22 eine zweite Verstärkungsschicht um die Zwischenschicht gelegt. Diese Schicht besteht aus einer Gruppe von Garnlitzen 30, die ähnlich sind denen der ersten Verstärkungsschicht. Die einzelnen Garnlitzen 30 werden ebenfalls schraubenförmig, im wesentlichen mit der gleichen Teilung oder dem gleichen Winkel wie die ersten Garnlitzen aufgelegt. Die Schraubenwicklung wird jedoch entgegengesetzt der ersten aufgelegt.

Schließlich wird ein Streifen 32 aus einem elastomeren Material bei umlaufendem Dorn 22 schraubenförmig auf die zweite Verstärkungsschicht aufgewickelt . Der Streifen 32 soll die äußere Deckschicht des Schlauches 10 bilden. Das Material, aus dem der Streifen 32 besteht, ist daher normalerweise identisch mit dem der inneren Schicht, d.h., es besteht aus einem Silikonkautschuk mit einer Durometerhärte von 6OA.

Damit ist der unvulkanisierte Schlauch 10' fertig. Er wird nunmehr axial vom Dorn 22 abgezogen. Obwohl der unvulkanisierte Schlauch 10' eine sehr geringe Festigkeit hat, haften seine Teile ausreichend gut aneinander, so daß er weiterverarbeitet werden kann. Zunächst wird der lange unvulkanisierte Schlauch 10' in mehrere kürzere Abschnitte geschnitten. Die Länge der einzelnen Abschnitte entspricht der gewünschten Länge des fertigen Schlauches 10.

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-Die einzelnen Segmente des unvulkanisierten Schlauches 10' werden je auf einen einzelnen Dorn 34 aufgeschoben. Die Dorne 34 haben die Form des fertigen Schlauches 10. Gemäß Figur 4 enthält der Dorn 34 ein gerades Mittelstück 36, zwei Biegungen 38 und 40 und zwei Enden 42 und 44. Der Dorn 34 wird zur Herstellung eines dem der Figur 6 ähnlichen Schlauches 10 benutzt.

Der geformte Dorn 34 mit dem darauf befindlichen unvulkanisierten Schlauchstück (Figur 5) wird nun in einen Ofen gelegt, der den Schlauchabschnitt für eine ausreichende Zeit auf eine ausreichende Temperatur erhitzt, um sämtliche Bestandteile des Schlauches vollständig zu vulkanisieren und sie in eine einzige monolitische Struktur innig zu verbinden. Genauer, das elastomere Material, d.h. der Silikonkautschuk in der inneren Schicht, der Zwischenschicht und der Außenschicht werden vulkanisiert und mit den verstärkenden Garnlitzen aus Glasfasern verbunden. Sobald der Schlauch 10 abgekühlt ist, kann er axial von dem Formdorn 34 abgezogen werden.

Wie bereits angedeutet, ist es wichtig, daß Teilung oder Steigungswinkel der Schraube, mit der die verstärkenden Garnlitzen aufgewickelt sind, innerhalb eines recht engen Bereiches liegen. Die Garnlitzen 26 und 30 müssen schraubenförmig mit einer -Teilung oder einem Steigungswinkel aufgewickelt werden, die ausreichend groß sind, daß der unvulkanisierte Schlauch 10' leicht auf den gewünschten Radius gebogen werden kann, ohne daß die Verstärkungsgarne 26 und 30 auf der Innenseite der Biegung Falten werfen oder sich aneinander aufstellen. Darüberhinaus müssen die einzelnen Verstärkungsgarne 26 und 30 auf der Außenseite der Biegung eng aneinander bleiben und dürfen sich, damit die Verstärkungswirkung beibehalten bleibt, nicht unzulässig weit voneinander trennen.

Andererseits werden die Garnlitzen 26 und 30 mit größer werdendem Steigungswinkel oder größerer Teilung der Schraubenlinie

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aus der wahren Umfangsrichtung verschoben, so daß ihre Wirksamkeit nachläßt, eine Vergrößerung oder Dehnung des Schlauches 10 bei Innendruck zu verhindern. Der Schraubenwinkel oder die Teilung der Schraubenlinie sollte daher klein genug sein, um die Wirksamkeit der Verstärkungslitzen 26 und 30 bei der Verhinderung der Dehnung des Schlauches 10 zu gewährleisten.

Es hat sich herausgestellt, daß für die meisten Anwendungszwecke der Winkel fast 22°ί 1 oder 2° betragen sollte. Mit anderen Worten, der Winkel kann normalerweise zwischen 21 und 24° variieren, ohne die Wirksamkeit der Verstärkungen merklich zu beeinflussen. Darüberhinaus ist festgestellt worden, daß für manche Anwendungszwecke der Winkel zwischen etwa 20 und etwa 30° liegen sollte.

Die Erfindung ist durch die vorstehenden Erläuterungen und das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel in keiner Weise beschränkt. Vielmehr sind innerhalb des Rahmens der Erfindung vielerlei Änderungen und Abwandlungen möglich.

Patentansprüche 709815/0737

Le e rs e i te

Claims

Patentansprüche

Schlauch, gekennzeichnet durch eine innere, vorzugsweise zylindrische Schicht (24) aus elastomerem Material, durch eine die innere Schicht umgebende Verstärkung (26), und
durch eine äußere, vorzugsweise zylindrische Schicht (32) aus
elastomerem Material, die die Verstärkung umgibt, wobei die
Elastomere und die Verstärkung zu einer monolitischen Struktur einteilig miteinander verbunden sind.
2. Schlauch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Verstärkung (26) und die innere Schicht (24) von einer Zwischenschicht (29) aus elastomerem Material
umgeben sind, und daß die Zwischenschicht von einer zweiten
Verstärkung (30) umgeben ist, wobei die Elastomeren und die
Verstärkungen zu einer monolitischen Struktur einteilig miteinander verbunden sind.
3. Schlauch nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Verstärkung verstärkende Garnlitzen (26, 30) enthalten, die schraubenförmig aufgewickelt sind.
4. Schlauch nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungen'(26, 30) gegenläufig schraubenförmig aufgewickelt sind.

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5. Schlauch nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Steigungswinkel der schraubenförmig aufgewickelten Garnlitzen (26,30) zwischen 20 und 24° beträgt.
6. Schlauch nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Innenschicht (24)_r die Zwischenschicht (29) und die Außenschicht (32) aus Silikonkautschuk bestehen.
7. Schlauch nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Garnlitzen (26, 30) aus Glasfasern, Polyester, Polyamid und dergleichen bestehen.
8. Verfahren zur Herstellung eines Schlauches, insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß eine erste Schicht aus unvulkanisiertem elastomerem Material auf einen ersten Dorn aufgelegt wird, daß eine erste Anzahl von verstärkenden Garnlitzen schraubenförmig auf die erste Schicht gewickelt werden, daß eine zweite Schicht aus unvulkanisiertem elastomerem Material auf die ersten Verstärkungsgarne aufgelegt wird, daß eine zweite Anzahl von verstärkenden Garnlitzen schraubenförmig auf die zweite Schicht gewickelt wird, daß eine dritte Schicht aus unvulkanisiertem elastomerem Material auf die zweiten Verstärkungslitzen aufgelegt wird, daß die gebildete Anordnung von dem ersten Dorn

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entfernt wird und auf einem zweiten Dorn vorherbestimmter Form angeordnet wird, daß die Anordnung auf dem Formdorn bis zur Annahme einer permanenten Form vulkanisiert wird, und daß der vollständig vulkanisierte Schlauch vom Formdorn abgenommen wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die schraubenförmige Wicklung der ersten und zweiten Verstärkungsschicht gegenläufig unter jeweils 20 bis erfolgt.

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