DE2135377C3 - Hochdruckgummischlauch - Google Patents

Description

lagen so weit vom neutralen Wert von 35° 16' (zu einer Senkrechten auf die Schlauchachse gemessen) abweichend gewählt ist, daß der bei Längenänderung des Schlauches auftretende Durchmesserunterschied zwischen den einzelnen Verstärkungslagen gleichmäßig geringer wird.

Der Hochdruckgummischlauch gemäß der Erfindung nimmt bewußt die bei Innendruck auftretende Längenänderung in Kauf, die je nachdem beabsichtigten Einsatzzweck des Schlauches eine Verlängerung oder Verkürzung des Schlauches sein kann. Dadurch, daß bei Längenänderung des Schlauches der Durchmesserunterschied /ν; sehen den einzelnen Verstärkungslagen gleichmäßig geringer wird, ergibt sich bei gegebenem Belastungszustand zwangläufig eine absolut gleichmäßige Lastverteilung auf die einzelnen Versiärkungslagen, woraus sich eine erhöhte Druckfestigkeit und erheblich längere Standzeiten des Schlauches ergeben. Gleichzeitig treten keinerlei unkontrollierbare Verdrehbewegungen des Schlauches urn seine Längsachse mehr auf.

Zur Erreichung dieses Zieles bei einem Schlauch mit zwei eingebauten lasttragenden Verstärkungslagen besteht zwischen den Wicklungswinkeln der Verstärkungslagen zweckmäßig ein Unterschied, der im Bereich von 2 bis 8° liegt.

Um zu erreichen, daß bei Längenänderung des Schlauches der Durchmesserunterschied zwischen den einzelnen Verstärkungslagen gleichmäßig geringer wird, können bei mehr als zwei Verstärkungslagen die Wicklungswinkel von drei benachbarten Verstärkungslagen an Hand der Gleichung

liche Einzelheiten an den verschiedenen Ausführungsbeispielen hin.

In der Zeichnung stellt F i g. 1 einen Gummischlauch d?r, der aus vier überlagerten Verstärkungslagen 10,

12, 14 und 16 aufgebaut ist, wobei jede Verstärkungslage aus einer Mehrzahl von einzelnen feinen Drähten hoher Festigkeit bestehen kann, die um die Längsachse I-I des Schlauches in parallelen schraubenförmigen Windungen verlaufen.

ίο Die Windungen sind in außen und innen paarweise nebeneinander angeordneten Verstärkungslagen 10 und 12 bzw. 14 und 16 einander entgegengesetzt gerichtet, wobei sie voneinander in an sich bekannter Weise zum Beispiel durch gummierte Lagen 18,20 bzw.

22 isoliert sind. Eine Lage 26 aus nichtmetallischem Gewebe liegt unterhalb der innersten Verstärkungslage 10 und dient zum gleichmäßigen Verteilen des Druckes und umfaßt eine Gummiseele 28. Andererseits ist die Verstärkungslage 16 durch einen Überzug

»ο 30 von einem äußeren Gummimantel 32 getrennt, wobei der Überzug 30 ebenfalls aus nichtmetallischem Gewebe besteht. Die Wicklungswinkel der Verstärkungslagen 10, 12,14 und 16 sind mit X₁, a₂, ^ft.i ^ur*d «4 bezeichnet. Weiterhin sind die Durchmesser der Ver-Stärkungslagen 10,12,14 und 16 mit D₁, D₂, D₃ und D_t bezeichnet.

Erfindungsgemäß sind die Wicklungswinkel α und die Durchmesser D der einzelnen Verstärkungslagen so aufeinander abgestimmt, daß sie folgende Gleichungen befriedigen:

und

₁ + D₃Ig²^₃ = 2

(1)

D₁ ,

, + D_j4]tg²x,_M = 2

35

berechnet werden, in welcher D₁ „ Dj und D_)u die Durchmesser der drei benachbarten Verstärkungseinlagen, i\)._x, /\j und «j+, die Steigungswinkel der entsprechenden Verstärkungslagen und j die Reihennummer einer beliebigen zwischenliegenden Ver-Stärkungslage bedeuten. Um dem Schlauch außerdem eine große mechanische Festigkeit gegen von außen einwirkende Kräfte zu geben, wie sie beispielsweise in Bohrlöchern von Tiefbohrungen auftreten können, ist weiterhin vorgesehen, daß in an sich bekannter Weise die innerste Verstärkungslage aus einem Draht besteht, dessen Querschnitt mindestens fünfmal größer ist als der Querschnitt der Drähte der übrigen VerstärkungMagen und ein eingängiges Schraubengewinde mit nebeneinanderliegenden Windungen und einem Steigungswinkel von höchstens 5" bildet.

Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung des Gegenstandes der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, daß bei Anordnung von mehr als zwei Verstärkungslagen mindestens zwei Verstärkungslagen unmittelbar aufeinanderfolgen und in derselben Richtung gewickelt sind. Hierdurch können das Torsionsverhalten und die Lastverteilung des Schlauches günstig beeinflußt werden.

Beispielsweise Ausführungsformen des Gegenstandes der Erfindung werden im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert, in deren F i g. 1 bis 3 drei verschiedene Hochdruckgummischläuche gemäß der Erfindung perspektivisch dargestellt sind, wobei de verschiedenen Teile der Schläuche der Reihe nach ei tfernt sind, so daß der Aufbau dieser Schläuche erkennbar ist.

Im folgenden weisen gleiche Bezugszeichen auf ähn-D, tg²«₂ 4 D₄ tg²«₄ = 2 D₃ tg² λ₃ ... (2)

dabei ist

6° ύ *, - ^₄ ύ 80°

Oi₁ > A₂ > \₃ > ί\₄

Soll der Gummischlauch bei gegebenem Belastungszustand gleiche Werte von Berstfestigkeit und Zugfestigkeit aufweisen, was bedeutet, daß gleiche radiale und axiale Belastbarkeiten vorliegen, so müssen die Wicklungswinkel eine weitere Bedingung erfüllen, nach welcher

I₁ + sin²\₂ 4- ..· 4 sin²*,

-I₊ °'²¹ ·' · ^T

3 PD

ist, wobei Oi₁, a₂, ... <x_n die Wicklungswinkel, η die Zahl der Verstärkungslagen, / den Abstand zwischen den Drahtmitten eines Paares von nebeneinanderliegenden Windungen einer Verstärkungslage in cm, T die Summe von axialen Außenkräften in kp, die die verschiedenen einzelnen Verstärkungslagen belasten, P die Kräfte in kp, die in den Verstärkungslagen auftreten, und D den mittleren Durchmesser der Verstärkungslagen in cm bezeichnet.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist

und

D =

// =4
D₁ + D₂ + D₃ + D₄

Die Richtung der Stränge in den Verstärkungslagen müssen unter Berücksichtigung der Torsionsbewegun-

gen ausgewählt werden. So sind zum Beispiel beim dar- beispiel — auch axialen zusätzlichen Lasten gewachsen gestellten Ausführungsbeispiel eines Vierlagengummi- sein, wie sie beispielsweise bei Tiefbohrungen infolge Schlauches beide Verstärkungslagen 12 und 14 in der einer sehr großen Länge des Hochdruckgummischi augleichen Richtung gewickelt, während beide äußeren ches auftreten können. Versuche haben gezeigt, daß in Verstärkungslagen 10 und 16 den Verstärkungslagen 12 5 solchen Fällen die quetschende Wirkung der hohen und 14 entgegengerichtet sind. Wenn bei der Herstel- axialen Belastung durch die innerste, schraubenlinienlung die Abmessungen derartiger Gummischläuche von förmige Verstärkungslage 34 aufgefangen wird,
den berechneten Weiten abweichen, trachten die F i g. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Torsionskräfte der ersten Verstärkungslage 10 über ein Hochdruckgummischlauches gemäß der Erfindung, nicht dargestelltes Verbindungsstück des Gummi- t·· bei dem nur ein einziges Paar von Verstärkungslagen 10 Schlauches die dritte Verstärkungslage 14 zu kontra- und 12 vorgesehen ist. Auch hier kann eine völlig gletchhieren. Hierdurch entsteht eine geringfügige Entfer- förmige Belastung der beiden Verstärkungslagen 10 nung zwischen der zweiten bzw. vierten Verstärkungs- und 12 mittels der ausgleichenden Wirkung der Längenlage 12 bzw. 16 und der dritten Verstärkungslage 14, änderungen erzielt werden, wenn der Unterschied zwiderart, als ob die dritte Verstärkungslage in der glei- 15 sehen den Wicklungswinkeln α, und a₂ der Verstärlchen Richtung verliefe wie die erste Verstärkungs- kungslagen 10 und 12 im Bereich zwischen 2 und 8° gexage 10. wählt wird, während der mittlere Wert der Flechtwin-

Eine derartige Gummischlauchkonstruktion kann als kel mindestens um 10' vom neutralen Wert von 35° 16'

Type A-B-B-A benannt werden, wobei A eine ge- abweicht. Dies bedeutet, daß
wählte Richtung und B die entgegengesetzte Richtung 20

bezeichnet. Diese Ausführungsform hat zusätzlich zu 35° 16' + 10' < -^Ä'?-. .?*.

der erwähnten Eigenschaft, vorteilhaft auf Torsions- ~ 2

bewegungen zu reagieren, den weiteren Vorteil, daß die oder

mittleren Durchmesser der Verstärkungslagenpaare « + _Ä

entgegengesetzter Wicklungsrichtung identisch sind. 25 35° 16'— 10'^ ' -

Diese Gleichförmigkeit der beiden mittleren Durch- 2

messer hat den gleichen Vorteil wie rundgewobene oder 2° <■ κ — <* <8°

geflochtene Verstärkungseinlagen, hat jedoch nicht de- _umj ~ ^{3 2 =}

ren Nachteil, der darin liegt, daß sich die Stränge bei _{Λ >}

wechselnder Belastung aneinander reiben. 30 12

F i g. 2 stellt eine beispielsweise Ausführungsform ist. Gummischläuche mit zwei Verstärkungslagen ge-

des Hochdruckgummischlauches gemäß der Erfindung maß der Erfindung werden somit in der Regel einen

dar, die in zweierlei Hinsicht vom vorherigen Ausfüh- Unterschied in den Wicklungswinkeln aufweisen, der

rungsbeispiel abweicht. Zunächst sind drei Verstär- im Bereich von 2 bis 8° liegt. Je nachdem, ob Gummi-

kungslagen 12, 14 und 34 an Stelle von vier Verstär- 35 schläuche der sich verkürzenden oder der sich ver-

kungslagen vorgesehen. Weiterhin besteht eine der längernden Art hergestellt werden sollen, wird der

Verstärkungslagen, nämlich die Verstärkungslage 214, mittlere Wert der beiden Winkel mindestens um 10'

aus den Windungen eines schraubenförmig aufge- größer oder geringer sein als der neutrale Wert von

wickelten Drahtes von rechteckigem Querschnitt 34a 35° 16'.

anstatt aus einer Mehrzahl von einzelnen Drähten. Auf 40 Die betriebsbedingten Verformungen von Hochdiese Weise ist die Verstärkungslage 34, die an die druckgumir«i=chläuchen großen Durchmessers können Stelle der Verstärkungslage 10 des vorherigen Aus- noch weiter verringert werden. Versuche haben gezeigt. führungsbeispieles zur Anwendung gelangt, durch ein daß Verformungen bereits bei verhältnismäßig gerinhohes Trägheitsmoment ausgezeichnet, das mindestens gen Drücken auftreten. Deshalb sind die Gummifünfmal so groß ist wie das Trägheitsmoment der ande- 45 schläuche im Verlauf ihrer Herstellungsverfahren ren Verstärkungslagen 12 und 14 bei einem mittleren unter einen inneren Druck zu legen, bevor sie vulkani-Durchmesser von D₁ und einem geringen Flechtwinkel siert werden. Auf diese Weise werden ihre Verstär-A₁ von höchstens 5°. Wenn die in der obigen Gleichung kungslagen gemäß den vor dem Vulkanisieren auftre-(3) aufgestellte Bedingung durch die verschiedenen tenden Längenänderungen aufgebaut und in diesel Parameter dieses Gummischlauches erfüllt werden, 50 Lage durch das Vulkanisieren festgelegt, so daß Ver wird dieser Gummischlauch außer den inneren und formungen im Betrieb nur in praktisch vernachlässigäußeren Drücken — wie beim vorherigen Ausführungs- barem Maß auftreten können.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

ι 2 mindestens zwei einander gegenläufig gewickelt sind Patentansprüche: und wobei im Falle von mehr als zwei Verstärkungslagen der Winkelunterschied zwischen den Verstär-

1. Hochdruckgummischlauch mit mindestens kungslagen größeren Wicklungswinkels geringer ist als zwei lasttragenden eingebetteten Verstärkungslagen, 5 der Unterschied zwischen den Winkeln der Verstarvon denen jede aus einer Mehrzahl aus einzelnen kungslagen geringerer Wicklungswinkel.
nachgiebig biegsamen Drähten oder Drahtseilen Ein derartiger Druckschlauch ist aus der deutschen besteht, die in nebeneinanderliegenden schrauben- Offenlegungsschrift 1 650 142 bekannt Um eine moggangförmigen Windungen um die Längsachse des liehst gleichmäßige Lastverteilung auf die eingebetteten Schlauches verlaufen, von denen mindestens zwei io Verstärkungslagen zu erzielen, sind die Wicklungswineinander gegenläufig gewickelt sind und wobei im kel der einzelnen Verstärkungslagen so gewählt, daß Falle von mehr als zwei Verstärkungslagen der die Länge eines Fadenumlaufes in allen Verstarkungs-Winkelunterschied zwischen den Verstärkungslagen lagen gleich ist. Um gleichzeitig Langenanderungen des größeren Wicklungswinkels geringer ist als der Schlauches zu vermeiden, soll der Mittelwert der Wick-Unterschied zwischen den Winkeln de<- Ver- 15 lungswinkel der Verstärkungslagen — zu einer Senkstärkungslagen geringerer Wicklungswinkel, d a- rechten auf die Sclilauchachse gemessen — mehr oder durch gekennzeichnet, daß der mitt- weniger beim neutralen Wert von 35 16 liegen. Bei lere Wicklungswinkel aller Verstärkungslagen so dieser Wahl der Wicklungswinkel der Verstärkungsweit vom neutralen Wert von 35° 16'(zu einer Senk- lagen ist der Winkelunterschied zwischen den Verrechten auf der Schlauchachse gemessen) abwei- »o Stärkungslagen größeren Wicklungswinkels geringer chend gewählt ist, daß der bei Längenänderung als der Unterschied zwischen den Winkeln der Verdes Schlauches auftretende Durchmesserunter- Stärkungslagen geringerer Wicklungswinkel. Bei schied zwischen den einzelnen Verstärkungslagen der bekannten Maßnahme zur Verhinderung der Längleichmäßig geringer wird. genänderung des Schlauches wird theoretisch unter-

2. Hochdruckgummischlauch nach Anspruch 1, a₅ stellt, daß die lichte Weite des Schlauches mit dem dadurch gekennzeichnet, daß bei eingebauten last- mittleren Durchmesser der Verstärkungslagen identisch tragenden Verstärkungslagen zwischen den Wick- ist. Diese Annahme ist falsch. Wie sich bei entsprechenlungswinkeln der Verstärkungslagen ein Unter- den Untersuchungen herausgestellt hat, nimmt die schied besteht, der im Bereich von 2 bis 8° liegt. Länge derart hergestellter Schläuche unter Wirkung der

3. Hochdruckgummischlauch nach Anspruch 1, 30 aus dem Innendruck stammenden Belastung zu. Bei dadurch gekennzeichnet, daß bei mehr als zwei Ver- Längenänderung verringert sich der Durchmesser der Stärkungslagen die Wicklungswinkel von drei be- inneren Verstärkungslagen mit größerem Wicklungsnachbarten Verstärkungslagen die Gleichung winkel mehr als der Durchmesser von äußeren Ver-

₂ _ j . Stärkungslagen mit geringerem Wickiungswinkel. In-

L>i~i ¹S «j-i + £>i+i tg a/4, =-2D_}\.g * j 35 folgedessen möchten sich die Einlagen voneinander entbefriedigen, in welcher Dj-i, D₃-und Dj₊, die Durch- fernen. Da sie dies wegen ihrer Einbettung in dem messer der drei benachbarten Verstädcungslagen, Gummi nicht können, verdreht sich der Schlauch um ftj-^i, otj und ixj_tl die Steigungswinkel der entspre- seine Längsachse. Außerdem ergeben sich trotz der gechenden Verstärkungslagen und j die Reihennum- wählten Winkel verteilung äußerst unterschiedliche mer einer beliebigen zwischenliegenden Verstär- 40 Belastungen der einzelnen Verstärkungslagen,
kungslage bedeuten. Verdrehungen um die Längsachse ergeben sich auch

4. Hochdruckgummischlauch nach Anspruch 3, bei einem aus der deutschen Offenlegungsschrift dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter 1815 507 bekannten Druckschlauch, bei dem Ver-Weise die innerste Verstärkungslage aus einem Stärkungslagen aus glattem oder verseiltem Stahldraht Draht besteht, dessen Querschnitt mindestens fünf- 45 oder aus Glasfäden mit bestimmten Wicklungswinkeln mal größer ist als der Querschnitt der Drähte der gegensinnig aufgewickelt werden und der zusätzlich übrigen Verstärkungslagen und ein eingängiges Hilfsverstärkungslagen aus Metalldraht sowie Textil-Schraubengewinde mit nebeneinanderliegenden lagen enthält, wobei der Wicklungswinkel der Windungen mit einem Steigungswinkel von hoch- Verstärkungslagen von innen nach außen schichtweise stens 5° bildet. 50 zunimmt und sich die Regel zur Bemessung der einzel-

5. Hochdruckgummischlauch nach Anspruch 3 nen Wicklungswinkel an Überlegungen hinsichtlich der oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anord- axialen und tangentialen Zugfestigkeit der einzelnen nung von mehr als zwei Verstärkungslagen minde- Verstärkungslagen orientiert mit dem Ziel, bei Bestens zwei Verstärkungslagen (12,14) unmittelbar lastung des Schlauches eine gleichmäßige Längsdehaufeinanderfolgend und in derselben Richtung ge- 55 nung der Verstärkungslagen und somit eine gleichwickelt sind. mäßige Lastverteilung auf dieselben zu erreichen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, den Hochdruckgummischlauch der eingangs genannten Art dahinge-

hend weiterzubilden, daß sich bei gegebener Belastung

60 eine absolut gleichmäßige Lastverteilung auf die Verstärkungslagen des Schlauches ergibt, ohne daß Ver-

Die Erfindung betrifft einen Hochdruckgummi- drehungen des Schlauches um seine Längsachse auf- :hlauch mit mindestens zwei lasttragenden einge- treten. Hierdurch sollen insbesondere die mechanische etteten Verstärkungslagen, von denen jede aus einer Festigkeit und die Standzeit des Gummischlauches verlehrzahl von einzelnen nachgiebig biegsamen Drähten 65 bessert werden.

der Drahtseilen besteht, die in nebeneinanderliegen- Diese Aufgabe wird bei einem Hochdruckgummi-

en schraubengangförmigen Windungen um die schlauch der eingangs genannten Art dadurch gelöst, ängsachse des Schlauches verlaufen, von denen daß der mittlere Wicklungswinkel aller Verstärkungs-