Durch Draht verstärktes Rohr, insbesondere für Druckflüssigkeiten und Verfahren zur Herstellung desselben. Vorliegende Erfindung betrifft ein durch Draht verstärktes Rohr, insbesondere für Druckflüssigkeiten, und ein Verfahren zur Herstellung desselben. Dabei ist die Draht verstärkung unter Spannung in Schichtform um das Rohr gewickelt.
Gemäss der Erfindung ist .die brahtspan- nung durch die Materialien, aus denen das Rohr und der Draht bestehen, sowie durch die Zahl,der Bewicklungsschichten bestimmt, und zwar so, .dass der innere, von dem Rohr gebildete Mantel und,die Bewicklungsschicht durch entsprechende Verteilung einer innern Druckwirkung auf diese Teile bei eintreten dem Bruch gleichzeitig zerstört werden.
Das verstärkte Rohr gemäss der Erfin dung ist mit einem innern Metallmantel ver sehen, auf den mindestens eine Bewicklungs- sehicht aus Draht von hoher Zugfestigkeit unter so geringer .Spannung aufgetragen ist, dass bei leerem Rohr der innere Mantel nur wenig auf Druck beansprucht ist und bei ent sprechendem innerem Druck der innere Man tel und die Verstärkungsschicht annähernd gleichzeitig ihre der Elastizitätsgrenze ent sprechenden Beanspruchungen annehmen. Das :erfindungsgemässe Verfahren gestattet die Herstellung eines solchen Rohres.
Der innere Mantel kann Flansche aufweisen, und von einer Drahtbewicklung umgeben sein, die an den Flanschen bezw. an dem Mantel selbst oder auch beiderorts befestigt ist. Der Draht kann zum Beispiel durch Anklemmen, An löten, Anschweissen oder durch elektro lytischen Metallniederschlag oder durch Kombination dieser Verbindungsweisen be festigt sein. Das Schweissen kann dabei zweckmässig mittelst elektrischer Wider stände durchgeführt werden.
Am innern Mantel können auch Ringe zum Beispiel durch Vernieten oder Verschweissen befestigt sein, zwischen denen die Drahtbewicklung des Rohres Aufnahme findet. Vorzugsweise ist zwischen benachbarte Ringe ein Draht von ungeteilter Länge eingebracht. Dabei kann dieser Draht an den innern Mantel an geschweisst sein, zum Beispiel durch Punkt schweissung. Auch kann der Ring bezw. der Flansch über mindestens eine Endwindung des Drahtes warm aufgezogen sein.
Es kann eine Hülle zum Beispiel aus Me tall oder aus einem Gewebe bestehend um die Drahtbewicklung gelegt und der Raum zwischen der Bewicklung und der Hülle mit einer innern Masse, zum Beispiel einer bitu minösen Füllmasse ausgefüllt sein. Das ver stärkte Rohr kann ausserdem durch zwischen den Flanschen auf der Aussenseite der Be- wicklung angeordnete Zugstangen weiter ver stärkt sein.
Gemäss dem Verfahren zur Herstellung des verstärkten Rohres wird in der Weise vorgegangen, dass man Draht von hoher Zug festigkeit in mindestens einer Bewicklungs- schicht auf einen innern Metallmantel mit so geringer Spannung aufträgt, dass bei leerem Rohr .der innere Mantel nur wenig auf Druck beansprucht ist und bei entspre- ehender Belastung der innere Mantel und die Verstärkungsschicht annähernd gleichzeitig ihre .der Elastizitätsgrenze entsprechenden Beanspruchungen annehmen.
Dabei braucht die Verstärkung des Me tallrohres nicht auf eine einzige Draht bewicklungsschicht beschränkt zu sein, und der Verstärkungsdraht nicht auf einen spe ziellen Querschnitt oder ein besonderes Ma terial. Es liegt vielmehr im Bereich .der Erfindung, mehrere Bewicklungsschichten gleichzeitig oder aufeinanderfolgend anzu bringen. Es wird weiter vorbehalten, ohne aus dem Erfindungsbereich herauszutreten, bei dem Verfahren zur Herstellung des ver stärkten Rohres während des Wickelns des Drahtes auf den innern Mantel, irgendwelche geeignete Mittel zum Anzeigen der Draht spannung in den Windungen zu verwenden.
In der Zeichnung sind Ausführungsbei- spieledes verstärkten Rohres, sowie des Ver fahrens zur Herstellung .desselben gemäss der Erfindung dargestellt, wobei für gleiche Be standteile überall die gleichen Bezugszeichen angewendet worden sind. Es zeigt: Fig. 1 ein Stück eines durch eine Draht- bewicklung verstärkten Rohres, dessen innerer Metallmantel 11 einen fest mit ihm verbundenen Flansch 12 trägt. Draht 13 von hoher Zugfestigkeit ist zum Beispiel durch Klemmen 1.4 in einer Nut 15 des Flansches 12 befestigt und verläuft von dem Flansch nach der Aussenseite des Mantels durch einen schiefen Einschnitt 16.
Fig. 2 zeigt ein Stück eines verstärk ten Rohres mit teilweise weggebrochenem Flansch, dessen innerer Mantel 11 mit drei nebeneinanderliegenden Drähten umwickelt ist, wobei im Mantel, nahe dessen Ende Löcher 21 vor dem Aufbringen des Flan schen gebohrt werden. Die Enden 22 der Drähte, die vorerst ausgeglüht werden, sind in die Löcher 21 eingeschweisst. Über die Enden .der Drähte ist der Flansch 12 gepresst, und die Windungen sind unter Anspannung des Drahtes um den Mantel gewickelt. Andernends können die Drahtenden gleich befestigt und eben mit der Innenoberfläche des Rohres abgeschnitten sein.
Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch ein Stück eines Rohres, dessen Flansch 12 warm auf den innern Mantel 11 über die End- windungen des Drahtes 13 aufgezogen ist, wobei diese Endwindungen vorher auf dem Mantel 11 durch Punktschweissungen 23 be festigt werden. Die Bohrung des Flansche weist eine Erweiterung 25 zur Aufnahme der Endwindungen des Drahtes 13 auf und besitzt eine ringförmige Rippe 26, die in eine entsprechende Nut 27 in der Aussenfläche des Mantels 11 eingreift.
Fig. 4 ist ein Längsschnitt .durch ein Stück eines Rohres, bei welchem ein Zwi schenring 24 auf dem Mantel 11 warm auf gezogen' der die Endwindungen der Drähte 13 umschliesst, die beidseitig des Ringes um den Mantel gewickelt und mit ihm durch Punktschweissunaen 23 verbun den sind. Im nachstehenden wird nun das Verfah ren zur Herstellung des verstärkten Rohres beschrieben, wie es beispielsweise auf Rohre mit Drahtbefestigung gemäss den Fig. 3 und 4 angewendet wird.
In die Aussenfläche eines geschweissten Rohrmantels 11 aus weichem Stahl wird eine Nut 27 eingeschnitten, die zur Aufnahme einer entsprechenden xingförmigen Rippe 26 auf der Innenoberfläche eines Flansches 12 dient, der eine Erweiterung 25 besitzt, die lang genug ist, dass sie einige Endwindungen eines Drahtes 13 aufnehmen und der Draht fest mit .dem Mantel verbunden werden kann. Die Enden von .drei Drähten, die aus einer Stahlsorte von hoher Zugfestigkeit be stehen und von denen nur einer eingezeichnet ist und jeder genügend lang ist, um eine un geteilte Wicklung zwischen dem Endflansch des Rohres und dem ersten Zwischenring 24 zu bilden, werden an dem Rohr durch Punkt schweissungen 23 befestigt, und dann wird (las Rohr in eine Drehbank eingespannt.
Auf Grund der Festigkeitsdaten für das Material des innern Mantels und des Verstärkungs drahtes lässt sich die Spannung bestimmen, mit welcher der Draht umgewickelt werden muss, um an der Bruchgrenze eine Beanspru- Ü 'huno, des Mantels und der Bewicklungs- schicht zu ergeben, die für beide Teile an nähernd gleich ist. Es wird zu diesem Zweck ein geeigneter Apparat zur Angabe der Drahtspannung mit der Wickelvorrichtung verbunden.
Wenn die Stelle, an welcher der erste Zwischenring angebracht wird, erreicht ist, werden die Enden .der Drähte 13 durch Punktschweissungen 23 am Mantel befestigt, dann werden die Enden der weiteren Draht längen für die Strecke zwischen dem ersten und zweiten Zwischenring am Mantel durch Punktschweissung befestigt, und die Drähte werden sodann gleicherweise um den Mantel gewickelt.
Schliesslich werden die Ringe 24 über die Schweissstellen an den Enden der Drähte zwischen den Enden des Rohres warm aufgezogen und nachher die Flansche 12 auf die Enderz .der Rohre, Der Berechnung .der Dicke für den Man tel und den Draht ist die Annahme zu Grunde gelegt, dass .das fertige Rohr als ein geschlossener zylindrischer Mantel aufzu fassen ist und dass die Beanspruchung in der Umfangsrichtung doppelt so gross ist als in der Axialrichtung. Wenn die Stärke t des Mantels entsprechend der Beanspruchung in der Umfangsrichtung berechnet wird, so gilt die bekannte Gleichung t =
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Wird an derseits die Dicke des zylindrischen Mantels entsprechend der Beanspruchung in der Axialrichtung berechnet,
so gilt die Glei chung t =
EMI0003.0021
wobei t = die Wandstärke des zylindrischen Mantels in cm, p = den innern Druck in kglcm2, d = den innern Durchmesser in cm, uncl T = die zulässige Faserspannung des Stahls in<B>kg,/</B> cm2 bedeutet. Die Bedingung für .die Berechnung ist, dass die Umfangs- und die Axialspannung des Mantels so bestimmt werden, dass sie an der Elastizitätsgrenze annähernd gleich sind.
Mit andern Worten, es wird ein Mantel ver wendet, dessen Dicke nur die Hälfte der Dicke eines Mantels beträgt, der zur Über nahme der LTmfangsbeanspruchung ohne Mit wirkung der Verstärkung zu berechnen wäre. Folglich, um einen bestimmten Fall heraus zugreifen, bei einem Rohrmantel von 55,9 cm Innendurchmesser und einem Arbeitsdruck von 105,6 kg/cm' und einem Sicherheits faktor mit Bezug auf die Elastizitätsgrenze von 2 : 1, bei einer Faserspannung daselbst von 1960 kg/om2, ergibt sich eine Dicke für den Mantel ohne die Verstärkung von zirka 3 cm; gemäss der Erfindung wird aber eine Stärke für den Mantel von nur 1,5 cm ver wendet, wie sie sich aus der Rechnung für axiale Beanspruchung ergibt.
Wenn das Rohr nicht als geschlossener Zylinder berechnet zur werden braucht, kann der Mantel noch dün ner gemacht werden, um nur den geringeren axialen Beanspruchungen zu entsprechen, wie sie in Rohrleitungen mit Expansionsfugen auftreten. In diesem Fall wird die Dicke der Drahtwindung für Radialbeanspruchung grösser gewählt.
Der Draht kann auf den kalten leeren Mantel unter schwacher Anspannung ge wickelt werden. Unter dem Ausdruck schwache Spannung ist eine solche zu ver stehen, dass bei genauem Passen .der Draht bewicklung auf den Mantel, diese nur einen vernachlässigbaren Druck auf letzteren im leeren Zustande des Rohres ausübt. Diese Spannung im Draht kann ein kleiner Bruch teil (ungefähr 1 % oder weniger) der Span nung des Drahtes an der Elastizitätsgrenze sein.
Die Dicke des Verstärkungsdrahtes ist dabei unter der Voraussetzung berechnet, dass der Draht einen zylindrischen Mantel bildet, der an der Elastizitätsgrenze an nähernd die Hälfte der Umfangsbeanspru chung übernimmt. Die Elementarformel zur Berechnung der Dicke t", des Verstärkungs drahtes, wenn T" die zulässige Spannung für das Drahtmaterial bedeutet, lautet:
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Bei Annahme einer Faserspannung von 11025 kg/cm2 an der Elastizitätsgrenze und dem vorher genannten Sicherheitsfaktor von 2 : 1 ergibt sich daraus eine Drahtdicke von zirka 0,3 cm und eine Spannung für den um den kalten, leeren Mantel zu wickelnden Draht von ungefähr 9 kg.
Wire reinforced pipe, especially for hydraulic fluids and methods of manufacturing the same. The present invention relates to a pipe reinforced by wire, in particular for pressure fluids, and a method for producing the same. The wire reinforcement is wrapped around the pipe in layers under tension.
According to the invention, the braht tension is determined by the materials from which the tube and the wire are made, as well as by the number of wrapping layers, namely in such a way that the inner jacket formed by the tube and the wrapping layer through corresponding distribution of an internal pressure effect on these parts when the break occurs are simultaneously destroyed.
The reinforced tube according to the invention is provided with an inner metal jacket on which at least one wrapping layer made of wire of high tensile strength is applied under so little tension that when the tube is empty, the inner jacket is only slightly subjected to pressure corresponding internal pressure, the inner man tel and the reinforcing layer almost simultaneously accept their stresses corresponding to the elastic limit. The method according to the invention allows the production of such a pipe.
The inner jacket can have flanges, and be surrounded by a wire wrapping that BEZW on the flanges. is attached to the coat itself or both. The wire can be fastened, for example, by clamping, soldering, welding or by electrolytic metal deposition or by a combination of these connection methods. The welding can expediently be carried out by means of electrical resistors.
Rings can also be attached to the inner jacket, for example by riveting or welding, between which the wire wrapping of the pipe is held. A wire of undivided length is preferably inserted between adjacent rings. This wire can be welded to the inner jacket, for example by spot welding. The ring can bezw. the flange must be pulled warm over at least one end turn of the wire.
It can be a shell, for example made of Me tall or made of a fabric placed around the wire wrapping and the space between the wrapping and the shell with an internal mass, for example a bituminous filler. The reinforced tube can also be further reinforced by tie rods arranged between the flanges on the outside of the winding.
According to the method for producing the reinforced pipe, the procedure is that wire of high tensile strength is applied in at least one wrapping layer to an inner metal jacket with so little tension that when the pipe is empty, the inner jacket is only subjected to little pressure and with a corresponding load the inner jacket and the reinforcement layer assume their loads corresponding to the elastic limit almost simultaneously.
The reinforcement of the metal tube does not need to be limited to a single wire winding layer, and the reinforcing wire does not need to be a special cross-section or a special material. Rather, it is within the scope of the invention to apply several wrapping layers simultaneously or in succession. It is further reserved, without departing from the scope of the invention, to use any suitable means for displaying the wire tension in the windings in the method of manufacturing the reinforced tube during the winding of the wire on the inner jacket.
In the drawing, exemplary embodiments of the reinforced tube and the method for producing the same according to the invention are shown, the same reference numerals being used for the same components. It shows: FIG. 1 a piece of a pipe reinforced by a wire winding, the inner metal jacket 11 of which has a flange 12 firmly connected to it. Wire 13 of high tensile strength is fastened, for example, by clamps 1.4 in a groove 15 of the flange 12 and runs from the flange to the outside of the jacket through an oblique incision 16.
Fig. 2 shows a piece of a reinforced th tube with a partially broken flange, the inner jacket 11 is wrapped with three adjacent wires, wherein in the jacket, near the end holes 21 are drilled before the application of the Flan's rule. The ends 22 of the wires, which are initially annealed, are welded into the holes 21. The flange 12 is pressed over the ends of the wires, and the turns are wrapped around the jacket while the wire is under tension. At the other end, the wire ends can be attached the same and cut off level with the inner surface of the pipe.
3 shows a longitudinal section through a piece of a pipe, the flange 12 of which is drawn warmly onto the inner jacket 11 over the end turns of the wire 13, these end turns being previously fastened to the jacket 11 by spot welds 23 be. The bore of the flange has an enlargement 25 for receiving the end turns of the wire 13 and has an annular rib 26 which engages in a corresponding groove 27 in the outer surface of the jacket 11.
Fig. 4 is a longitudinal section through a piece of a pipe, in which an intermediate ring 24 is drawn on the jacket 11 and which surrounds the end turns of the wires 13, which are wrapped around the jacket on both sides of the ring and connected to it by spot welds 23 who are. In the following, the procedural Ren for the production of the reinforced pipe will now be described, as it is applied, for example, to pipes with wire fastening according to FIGS.
A groove 27 is cut into the outer surface of a welded pipe jacket 11 made of soft steel, which groove 27 serves to receive a corresponding xing-shaped rib 26 on the inner surface of a flange 12, which has an extension 25 which is long enough to accommodate a few end turns of a wire 13 and the wire can be firmly connected to the jacket. The ends of .three wires, which are made of a type of steel of high tensile strength and only one of which is shown and each is long enough to form an un split winding between the end flange of the tube and the first intermediate ring 24, are attached to the The pipe is fastened by spot welds 23, and then the pipe is clamped in a lathe.
On the basis of the strength data for the material of the inner sheath and the reinforcement wire, the tension with which the wire has to be wrapped around can be determined in order to result in a stress on the sheath and the wrapping layer at the breaking point is approximately the same for both parts. For this purpose, a suitable device for indicating the wire tension is connected to the winding device.
When the point at which the first intermediate ring is attached is reached, the ends of the wires 13 are attached to the jacket by spot welds 23, then the ends of the other wire lengths for the distance between the first and second intermediate ring on the jacket by spot welding and the wires are then similarly wrapped around the jacket.
Finally, the rings 24 are pulled warm over the welds on the ends of the wires between the ends of the pipe and then the flanges 12 are placed on the end ore of the pipes. The calculation of the thickness for the jacket and the wire is based on the assumption that .the finished tube is to be understood as a closed cylindrical jacket and that the stress in the circumferential direction is twice as great as in the axial direction. If the thickness t of the jacket is calculated according to the stress in the circumferential direction, then the known equation t = applies
EMI0003.0019
On the other hand, if the thickness of the cylindrical shell is calculated according to the stress in the axial direction,
then the equation t = applies
EMI0003.0021
where t = the wall thickness of the cylindrical jacket in cm, p = the internal pressure in kglcm2, d = the internal diameter in cm, and T = the permissible fiber tension of the steel in <B> kg, / </B> cm2. The condition for the calculation is that the circumferential and axial stresses of the jacket are determined in such a way that they are approximately the same at the elastic limit.
In other words, a jacket is used, the thickness of which is only half the thickness of a jacket that would have to be calculated in order to take on the external stress without the reinforcement having an effect. Consequently, to access a specific case, with a pipe jacket of 55.9 cm inside diameter and a working pressure of 105.6 kg / cm 'and a safety factor with regard to the elastic limit of 2: 1, with a fiber tension there of 1960 kg / om2, results in a thickness for the jacket without the reinforcement of about 3 cm; according to the invention, however, a thickness for the jacket of only 1.5 cm is used, as is evident from the calculation for axial stress.
If the pipe does not need to be calculated as a closed cylinder, the jacket can be made even thinner in order to meet only the lower axial stresses that occur in pipelines with expansion joints. In this case, the thickness of the wire winding is selected to be greater for radial loads.
The wire can be wound on the cold, empty sheath under low tension. The expression weak tension is to be understood as such that if the wire wrapping fits exactly on the jacket, it only exerts a negligible pressure on the latter when the pipe is empty. This tension in the wire can be a small fraction (approximately 1% or less) of the tension in the wire at the elastic limit.
The thickness of the reinforcement wire is calculated on the assumption that the wire forms a cylindrical jacket that takes over almost half of the circumferential stress at the elastic limit. The elementary formula for calculating the thickness t "of the reinforcement wire, if T" means the allowable tension for the wire material, is:
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Assuming a fiber tension of 11025 kg / cm2 at the elastic limit and the aforementioned safety factor of 2: 1, this results in a wire thickness of about 0.3 cm and a tension for the wire to be wrapped around the cold, empty jacket of about 9 kg .