DE3779828T2

DE3779828T2 - Schraubenfoermig gewickelter flexibler schlauch.

Info

Publication number: DE3779828T2
Application number: DE8787306705T
Authority: DE
Inventors: Alcide W Choiniere; Dunn, Jr
Original assignee: Flexible Technologies Inc
Current assignee: Flexible Technologies Inc
Priority date: 1986-08-01
Filing date: 1987-07-29
Publication date: 1992-12-24
Anticipated expiration: 2007-07-30
Also published as: NO873114D0; EP0255359A2; ATE77460T1; FI873360A7; EP0255359A3; NO873114L; US4693324A; PT85470B; DE3779828D1; DK400687D0; FI873360A0; CA1276248C; FI873360L; PT85470A; EP0255359B1; DK400687A

Description

Die Erfindung betrifft einen schraubenförmig hergestellten flexiblen Schlauch.
Das US-Patent 4 224 463 und sein entsprechendes UK-Patent 2 034 859 beschreiben einen schraubenförmig hergestellten flexiblen Schlauch, bei welchem ein erster und ein zweiter paralleler schraubenförmiger Draht zweigängig mit aufeinanderfolgenden, sich abwechselnden Windungen angeordnet sind. Um die Drähte ist ein innerer Kunststoffstreifen schraubenförmig gewickelt, der breiter ist als der Doppelgang jedes Drahtes, so daß er vordere und hintere Randabschnitte hat, welche die Windungen des ersten Drahtes überlappen. Um den inneren Kunststoffstreifen ist ein äußerer Kunststoffstreifen schraubenförmig gewickelt, der breiter ist als der Doppelgang jedes Drahts, wobei vordere und hintere Randabschnitte die Windungen des zweiten Drahts überlappen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist eine dielektrische Kunststoffbeschichtung um jeden Draht herum angeordnet, während eine Vielzahl von Verstärkungskorden um den inneren Streifen und innerhalb des äußeren Streifens positioniert ist. Die Kunststoffbeschichtungen und die beiden Streifen sind miteinander verbunden.
Charakteristisch für diesen Aufbau ist, daß jede Drahtwindung von drei Wandlagen abgedeckt ist, nämlich zwei von einem Streifen und eine von dem anderen Streifen, wobei sich nur zwei Wandlagen zwischen den Drahtwindungen befinden, wodurch sich ein merklich besserer Verschleißwiderstand an den erhabenen Windungen einstellt, wo der stärkste Verschleiß auftritt. Im Gegensatz zu den eingängigen Doppeldrahtschläuchen, wie sie früher vorgeschlagen wurden, hat der vorstehend beschriebene Schlauch eine gleichförmige Zweigang-Doppeldraht-Form, so daß die Drahtmenge pro Längeneinheit des Schlauchs ein Minimum ist. Jede Drahtwendel biegt sich unabhängig von der anderen. Der Aufbau hat deshalb eine außerordentliche Flexibilität, wodurch er leicht mit engem Biegeradius aufgerollt werden kann, was für einen Staubsaugerschlauch wesentlich ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun ein schraubenförmig hergestellter flexibler Schlauch bereitgestellt, der wenigstens zwei parallele schraubenförmige Tragelemente aufweist, die in Mehrfachgangweise angeordnet sind, wobei jedes axial im Abstand von dem anderen oder den anderen angeordnet ist. Um die Tragelemente ist ein innerer Kunststoffstreifen schraubenförmig herumgewickelt. Er hat vordere und hintere Randabschnitte, welche die Windungen eines der Tragelemente überlappen. Um den inneren Kunststoffstreifen ist ein äußerer Kunststoffstreifen schraubenförmig herumgewickelt. Er hat vorderer und hintere Randabschnitte, welche die Windungen des anderen Elements der Tragelemente überlappen. Auf gegenüberliegenden Seiten eines der schraubenförmigen Tragelemente ist wenigstens ein Paar von schraubenförmigen elektrischen Leitern angeordnet, die zwischen dem inneren und äußeren Kunststoffstreifen gleitend verschiebbar angeordnet sind. Die schraubenförmigen Leiter sind vorzugsweise verlitzt und bestehen beispielsweise aus einer Vielzahl von Kupferlitzen, die innerhalb einer dielektrischen Kunststoffumhüllung angeordnet sind, um zusätzlich zu den nicht-leitenden inneren und äußeren Kunststoffstreifen eine weitere elektrische Isolierung zu schaffen. Diese dielektrischen Kunststoffumhüllungen der schraubenförmigen Leiter sind nicht mit dem inneren und äußeren Kunststoffstreifen verbunden, so daß sich die Leiter dazwischen gleitend verschieben können.
Ein Charakteristikum dieses Aufbaus besteht deshalb darin, daß jedes schraubenförmige Tragelement sich unabhängig von dem anderen biegt und daß der Aufbau deshalb eine ausgezeichnete Flexibilität aufweist, die ein leichtes Aufrollen mit engem Biegeradius ermöglicht, was, wie erwähnt, für Staubsaugerschläuche von Bedeutung ist. Jeder der schraubenförmigen Leiter biegt sich mit dem zugeordneten schraubenförmigen Tragelement und wird durch seine schraubenförmige Gestalt vor hohen Längsspannungen und durch seine Anordnung angrenzend an das schraubenförmige Tragelement vor einer Schleifenbildung und übermäßigen Biegung geschützt. Da sie in dem Raum, den sie zwischen dem inneren und äußeren Kunststoffstreifen einnehmen, sich gleitend verschieben können, sind die schraubenförmigen Leiter keinen Dehn- und Scherkräften unterworfen, die von dem inneren und äußeren Streifen übertragen würden, wenn sie mit den schraubenförmigen Tragelementen verbunden wären.
Die Erfindung wird jetzt im einzelnen beispielsweise nur mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in welchen
Fig. 1 eine teilweise aufgebrochene Seitenansicht eines Schlauchs mit Doppeltragdraht,
Fig. 2 ein vergrößerter Schnitt der Wand des Schlauchs von Fig. 1,
Fig. 3 eine teilweise aufgebrochene Seitenansicht eines Schlauchs mit Dreifachtragdraht gemäß der Erfindung,
Fig. 4 ein vergrößerter Schnitt der Wand des Schlauchs von Fig. 3 und
Fig. 5 ein vergrößerter Teilschnitt von Fig. 4 ist.
Die verschiedenen Bauelemente des erfindungsgemäßen Schlauchs werden alle äußerst vorteilhaft auf dem Doppelbanddorn mit kontinuierlichem Vorschub zusammengefügt, der in den US-Patenten 3 155 559 und 4 213 811 beschrieben ist. Solche Dorne haben einen Durchmesser im Bereich von 1,25 Zoll bis 1,50 Zoll (etwa 32 bis 38 mm) und bilden einen Schlauch mit entsprechenden Innenabmessungen.
Bei der ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die in Fig. 1 und 2 gezeigt ist, sind die Elemente, welche zuerst auf den Dorn aufgebracht werden, ein erstes und ein zweites schraubenförmiges Tragelement 10 und 11. Jedes Tragelement wird vorzugsweise von einem Draht gebildet, der einen Stahlkern und eine Kupferumhüllung mit typischen Durchmessern von 0,084 Zoll bis 0,062 Zoll (annähernd 1,2 bis 1,6 mm) hat. Der Kupfergehalt solcher Drähte liegt gewöhnlich zwischen 10 und 35 Gewichtsprozent. Die Funktion des Paars von Drähten 10 und 11 in dem Endprodukt besteht darin, sowohl ein flexibles, selbsttragendes Skelett für den Schlauch zu schaffen und ein Paar von elektrischen Leitern vorzusehen, welche Strom zwischen den Enden des Schlauchs transportieren können. Jeder der Drähte 10 und 11 ist vorzugsweise mit einer konzentrischen Schicht von Vinylkautschuk 12 bzw. 13 überzogen, deren Dicke in der Größenordnung von 0,032 Zoll (etwa 0,8 mm) liegt. Zweck dieser Kunststoffbeschichtung ist es, eine Haftverbindungsoberfläche bereitzustellen, um die der Körper des Schlauchs ausgebildet ist, sowie eine elektrische Isolierung zu bilden. Jeder der Drähte 10 und 11 hat eine Schraubenganghöhe von etwa 0,435 Zoll (etwa 11 mm). Zu erwähnen ist jedoch, daß die Erfindung auch bei dem Schlauch anwendbar ist, bei welchem die Drähte 10 und 11 keinen Strom transportieren. In einem solchen Fall würde der Strom oder würden die Ströme, die von einem Ende des Schlauchs zu den anderen zu transportieren sind, durch das eine oder durch mehrere Paare von schraubenförmigen Leitern fließen, die rittlings auf den schraubenförmigen Tragelementen 10 und/oder 11 sitzen. Bei einer derart modifizierten Ausführungsform würden die schraubenförmigen Tragelemente 10 und 11 beispielsweise aus Kunststoff hergestellt werden.
Das nächste Element, das um das Paar von schraubenförmigen Drähten 10 und 11 herum angeordnet wird, ist ein innerer Kunststoffstreifen 14 aus Vinyl oder aus einem mit anderen Polymeren gemischten Vinyl, der mit Wärme oder einem Lösungsmittel oder beiden aufgebracht wird, so daß er an den Überzügen 12 und 13 haftet. Er wird um die Drähte auf dem Dorn unter Spannung und bei einer erhöhten Temperatur direkt aus einem Extrusionskopf gewickelt, so daß der innere Streifen 14 sich eng anliegend über und zwischen den Windungen der Drähte 10 und 11 erstreckt. Das Extrusionswerkzeug ist im Querschnitt geeignet gestaltet, so daß es dem Streifen eine Vorform gibt, die dem Paar von Drähten und der Dornoberfläche entspricht. Die Werkzeugauslegung kann dem Streifen aufgefederte oder verjüngte Ränder geben, so daß die überlappenden Ränder glatt ineinander passen.
Die Dicke des inneren Streifens 14 liegt im Bereich von 0,014 Zoll bis 0,020 Zoll (etwa 0,35 bis 0,5 mm). Die Breite des inneren Kunststoffstreifens ist etwas größer als der Doppelgang des Paars von Drähten 10 und 11. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, liegt dadurch der hintere Rand des Streifens 14 über dem zweiten Draht 11, während der zentrale Abschnitt des Streifens 14 über der nächst angrenzenden Windung des ersten Drahts 10 und der vordere Rand des Streifens 14 über der folgenden Windung des zweiten Drahts 11 liegt. Auf diese Weise steht der hintere Rand des Streifens 14 in direktem Kontakt mit dem Überzug 13 des Drahts 11 und ist damit haftend verbunden, während der vordere Rand des Streifens 14 in direktem Kontakt mit dem hinteren Rand des Streifens 14 an der nächsten Windung des gleichen Drahts 11 steht und damit verbunden ist.
Nach dem Aufbringen des inneren Streifens 14 wird vorzugsweise eine Vielzahl von Längskorden 15 auf den Aufbau aufgebracht. Die Korde können aus Polyester mit einer Größe von annähernd 1100 Denier bestehen. Sie sind gleichförmig im Abstand um den Umfang des Schlauchs herum angeordnet. Ihre Anzahl beträgt gewöhnlich neun bis sechsunddreißig, was von der Größe des Schlauchs abhängt. Sie können zur Achse des Dorns genau parallel sein und somit auch beim fertiggestellten Schlauch, oder sie können unter einem Winkel zur Dornachse aufgebracht werden. In jedem Fall verlaufen sie wenigstens im wesentlichen in Längsrichtung bezogen auf den Schlauchaufbau, da ihr Zweck darin besteht, dem Schlauch eine Längsfestigkeit zu geben und zu verhindern, daß er soweit gedehnt wird, daß die Kunststoffwand des Schlauchs beschädigt wird. Die Längskorde 15 ermöglichen den Einsatz von weicheren Wandmaterialien, die mehr Plastizität haben, wodurch das Endprodukt eine bessere Flexibilität bei gleicher oder besserer Festigkeit hat.
Um einen Stromweg zusätzlich zu dem bereitzustellen, der von den beschichteten Drähten 10 und 11 gebildet wird, wird als integraler Teil des Schlauchs ein Paar von schraubenförmigen Leitern 16 und 17 vorgesehen, die sandwichartig zwischen das innere Band 14 und ein äußeres Band 20, wie nachstehend beschrieben, auf gegenüberliegenden Seiten des beschichteten Drahts 10 angeordnet werden. Die schraubenförmigen Leiter 16 und 17 sind vorzugsweise Kupferleiterlitzen, die in einem dielektrischen Mantel eingeschlossen sind. Solche Kupferleiterlitzen haben vorzugsweise eine relativ kleine Anzahl von Kupferlitzen, beispielsweise fünf bis zehn Litzen bei Gauge 30, wie es in Fig. 5 gezeigt ist. Die Litzenleiter haben sich als weniger kostspielig als geflochtene Leiter und weniger empfindlich gegen Brechen als massive Leiter erwiesen, obwohl diese Ausführungen von Leitern ebenfalls verwendet werden können. Die dielektrischen Mäntel, welche die Kupferlitzenleiter umgeben, können, obwohl sie eine Extragrenze der elektrischen Isolierung und des mechanischen Schutzes bilden, weggelassen werden, und zwar aufgrund der Anordnung der schraubenförmigen Leiter 16 und 17 zwischen dem inneren und äußeren dielektrischen Kunststoffstreifen 14 bzw. 20. Jeder dielektrische Mantel wird mit den Streifen 14 und 20 nicht verbunden, so daß er bezüglich dieser Streifen sich gleitend verschieben kann. Eine Verbindung wird einfach dadurch unterbunden, daß weder Wärme noch Lösungsmittel auf die dielektrischen Mäntel der schraubenförmigen Leiter 16 und 17 aufgebracht werden.
In gleicher Weise kann auf gegenüberliegenden Seiten des beschichteten Drahts 11 ein zweites Paar von schraubenförmigen Leitern 18 und 19 angeordnet werden, um einen zusätzlichen Strompfad durch den Schlauch zu schaffen. Die Strompfade, die von den schraubenförmigen Leiterpaaren 16, 17 und 18, 19 gebildet werden, können beispielsweise für den Transport von Motorsteuersignalen, für den Strom zu Anzeigelampen und dergleichen verwendet werden. Das Schlauchgewicht und die Flexibilität werden von dem Einschluß der schraubenförmigen Leiterpaare 16, 17 und 18, 19 nicht nachteilig beeinflußt, da sie die Stelle von schraubenförmigen Verstärkungskorden bei bekannten Ausführungen eines flexiblen Schlauchs einnehmen. Wenn ein spezieller Endverbrauch nur ein einziges Paar von schraubenförmigen Leitern benötigt, wird das zweite Paar von schraubenförmigen Leitern, das in Fig. 1 und 2 gezeigt ist, vorzugsweise ersetzt durch ein Paar von schraubenförmigen Verstärkungskorden, da die schraubenförmigen Leiterpaare 16, 17 und 18, 19 auch die Funktion ausführen, die Längsverstärkungskorde 15 an Ort und Stelle zu halten.
Das letzte, auf den Dorn bei der Herstellung des Schlauchs aufgebrachte Element ist ein äußerer Kunststoffstreifen 20 aus Vinyl, der vorzugsweise die gleiche Breite und Dicke wie der innere Kunststoffstreifen 14 hat. Er überlappt sich selbst über dem ersten Draht 10, wobei sein vorderer Randabschnitt über dem rückwärtigen Randabschnitt liegt, während der zentrale Abschnitt über dem zweiten Draht 11 liegt. Durch Verwendung von Wärme oder Lösungsmittel oder beidem wird der äußere Streifen haftend mit dem inneren Streifen verbunden, wobei die Längskorde 15 zwischen ihnen eingebettet und die schraubenförmigen Leiter 16, 17, 18 und 19 gleitend verschiebbar dazwischen positioniert sind. Der innere und äußere Streifen 14 bzw. 20 kann aus unterschiedlichen Materialien bestehen, wobei der innere beispielsweise im Hinblick auf den chemischen Widerstand und der äußere im Hinblick auf Verschleißwiderstand oder ästhetische Qualität ausgewählt werden.
Bei der in Fig. 3 und 4 gezeigten zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind der Schlauchaufbau und die Herstellungsart insgesamt die gleichen wie sie für die erste bevorzugte Ausführungsform beschrieben wurden, mit der Ausnahme, daß ein drittes schraubenförmiges Tragelement eingeschlossen wird. Die drei schraubenförmigen Tragelemente 30, 31 und 32 haben eine größere Schraubenganghöhe als ihre beiden Gegenstücke in der ersten Ausführungsform, beispielsweise etwa 0,450 Zoll (etwa 11 mm), und können leitend oder nicht-leitend sein. Wenn sie leitend sind, sind sie vorzugsweise mit konzentrischen Schichten 33, 34 bzw. 35 aus Vinylkunststoff überzogen. Um die drei schraubenförmigen Tragelemente 30, 31 und 32 ist ein innerer Kunststoffstreifen 36 schraubenförmig gewickelt, dessen Breite etwas größer ist als der Dreifachgang der schraubenförmigen Tragelemente, so daß er sich selbst über dem ersten schraubenförmigen Tragelement 30 überlappt. Dadurch liegt, wie in Fig. 4 gezeigt ist, das hintere Ende des Streifens 36 über dem ersten Tragelement 30, während der zentrale Abschnitt des Streifens 36 über dem zweiten und dritten Tragelement 31 bzw. 32 liegt. Der vordere Rand des Streifens 36 liegt dabei über der folgenden Windung des ersten Tragelements 30. Wie bei der ersten Ausführungsform steht der Streifen 36 in Kontakt mit den Überzügen 33, 34 und 35 und ist damit verbunden.
Als nächstes wird eine Vielzahl von Längsverstärkungskorden 37 wie bei der ersten Ausführungsform aufgebracht. Dann werden Paare von schraubenförmigen Leitern 38 und 39, 40 und 41 sowie 42 und 43 schraubenförmig um den teilweise ausgebildeten Schlauchaufbau so gewickelt, daß sie jeweils rittlings auf den schraubenförmigen Tragelementen 30, 31 und 32 sitzen. Abhängig von der Endbenutzung des Schlauchs können eine oder zwei der schraubenförmigen Leiterpaare 38 und 39, 40 und 41 bzw. 42 und 43 durch schraubenförmige Verstärkungskorde ersetzt werden. Das letzte Element, das aufgebracht wird, ist ein äußerer Kunststoffstreifen 44, der sich selbst über dem zweiten schraubenförmigen Tragelement 31 überlappt und dessen Mittelabschnitt über dem ersten und dritten Tragelement 30 bzw. 32 liegt.
Bei der Ausgestaltung dieser zweiten Ausführung, bei welcher die schraubenförmigen Tragelemente 30, 31 und 32 leitend sind, können sie positive, negative und Masse (Erde)-Leiter für eine elektrische Vorrichtung an beiden Enden des Schlauchs bilden. Die verschiedenen Konstruktionsvarianten, auf die in der Beschreibung der ersten Ausführungsform Bezug genommen wurde, können auch bei der zweiten Ausführung vorgesehen werden. Als Folge dieser vielen Merkmale wird ein stromtransportierender Schlauchaufbau geschaffen, der maximal vielseitig, flexibel und abriebsfest ist und der eine optimale Längs- und Radialfestigkeit, ein minimales Drahtgewicht und einen minimalen Spannungswiderstand hat.

Claims

1. Schraubenförmig hergestellter flexibler Schlauch mit

(a) mindestens zwei parallelen, schraubenförmigen axial im Abstand angeordneten Tragelementen (10, 11; 30, 31, 32), die in aufeinanderfolgenden, sich abwechselnden Windungen angeordnet sind;

(b) einem inneren Kunststoffstreifen (14; 36), der schraubenförmig um die Tragelemente gewickelt ist, wobei vordere und hintere Randabschnitte des inneren Kunststoffstreifens die Windungen eines (11; 30) der Tragelemente überlappen;

(c) einem äußeren Kunststoffstreifen (20; 44), der schraubenförmig um den inneren Kunststoffstreifen gewickelt ist, wobei vordere und hintere Randabschnitte des äußeren Kunststoffstreifens die Windungen eines weiteren (10; 31) der Tragelemente überlappen; und

(d) mindestens einem Paar schraubenförmiger elektrischer Leiter (16, 17, 18, 19; 38, 39, 40, 41, 42, 43), die an gegenüberliegenden Seiten eines der Tragelemente angeordnet sind und gleitend verschiebbar zwischen dem inneren und dem äußeren Kunststoffstreifen angeordnet sind.

2. Schraubenförmig hergestellter flexibler Schlauch nach Anspruch 1, welcher erste und zweite parallele schraubenförmige Tragelemente (10, 11) aufweist, die zweigängig mit aufeinanderfolgenden, sich abwechselnden Windungen angeordnet sind.

3. Schraubenförmig hergestellter flexibler Schlauch nach Anspruch 1, welcher erste, zweite und dritte parallele schraubenförmige Tragelemente (30, 31, 32) aufweist, die dreigängig mit aufeinanderfolgenden, sich abwechselnden Windungen angeordnet sind.

4. Schlauch nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, bei welchem nur ein schraubenförmiges Tragelement ein Paar schraubenförmige elektrische Leiter aufweist, die an seinen gegenüberliegenden Seiten und gleitend verschiebbar zwischen dem inneren und dem äußeren Kunststoffstreifen angeordnet sind, und das (/die) andere(n) parallele(n) schraubenförmige(n) Tragelement(e) (jeweils) ein Paar schraubenförmige Verstärkungskorde aufweist (/aufweisen), die an dessen (/deren) gegenüberliegenden Seiten angeordnet und zwischen den inneren und äußeren Kunststoffstreifen eingebettet sind.

5. Schlauch nach Anspruch 2, bei welchem sowohl das erste als auch das zweite schraubenförmige Tragelement ein Paar schraubenförmige elektrische Leiter aufweist, die jeweils an seinen gegenüberliegenden Seiten angeordnet und gleitend verschiebbar zwischen den inneren und äußeren Kunststoffstreifen angeordnet sind.

6. Schlauch nach Anspruch 3, bei welchem von zwei schraubenförmigen Tragelementen jedes ein Paar schraubenförmige elektrische Leiter aufweist, die auf seinen gegenüberliegenden Seiten angeordnet und gleitend verschiebbar zwischen den inneren und äußeren Kunststoffstreifen angeordnet sind, und das andere schraubenförmige Tragelement ein Paar schraubenförmige Verstärkungskorde aufweist, die an seinen gegenüberliegenden Seiten angeordnet und zwischen den inneren und äußeren Kunststoffstreifen eingebettet sind.

7. Schlauch nach Anspruch 3, bei welchem jedes der drei parallelen schraubenförmigen Tragelemente ein Paar schraubenförmige elektrische Leiter aufweist, die an seinen gegenüberliegenden Seiten angeordnet und gleitend verschiebbar zwischen den inneren und äußeren Kunststoffstreifen angeordnet sind.

8. Schlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welchem jeder der schraubenförmigen elektrischen Leiter verlitzt ist.

9. Schlauch nach Anspruch 8, bei welchem jeder der verlitzten schraubenförmigen elektrischen Leiter eine Vielzahl von Kupferlitzen aufweist, die in einem dielektrischen Kunststoffmantel angeordnet sind.

10. Schlauch nach einem der Ansprüche 2 bis 9, bei welchem das erste und das zweite schraubenförmige Tragelement elektrisch leitend ist und jedes einen dielektrischen Kunststoffmantel (12, 13) aufweist.

11. Schlauch nach einem der Ansprüche 3 bis 9, bei welchem das erste, zweite und dritte schraubenförmige Tragelement elektrisch leitend ist und jedes einen dielektrischen Kunststoffmantel (33, 34, 35) aufweist.

12. Schlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 11, der weiterhin eine Vielzahl von Längsverstärkungskorden (15; 37) aufweist, die zwischen dem inneren Kunststoffstreifen und den schraubenförmigen elektrischen Leitern und schraubenförmigen Verstärkungskorden, wenn vorhanden, angeordnet sind.