DE2217311A1 - Biegsamer schlauch - Google Patents

Description

• Biegsamer Schlauch Die Erfindung bezieht sich auf aus Gummi oder gummiähnlichen Kunststoffen hergestellte biegsame Schläuche mit in die Schlauchwandung eingebetteten Verstärkungseinlagen.
• Auf die zusätzliche Bewehrung von Gummi- oder Kunststoffschlauchen kann nur in untergeordneten Beanspruchungsfällen verzichtet werden.
• Für die meisten technischen Verwendungszwecke macht die Erhaltung einer Mindestdruckfestigkeit und die gewünschte Formbeständigkeit eine Verstärkung der Schläuche durch Bewickeln oder Umfiechten der Schlauchseele mit biegsamen fadenförmigen Festigkeitsträgern erforderlich. Da neben der Art der elastomeren Komponente die Beschaffenheit und der Aufbau der Verstärkungseinlagen von ausschlaggebender Bedeutung für die Druckfestigkeit der Schläuche und ihr Verhalten unter Druck- oder Vakuumbeaufschlagung wie auch unter dem Einfluß äußerer mechanischer Kräfte sind, ist es möglich, mit der Wahl der Verstärkungseinlagen die Schläuche sehr genau an ihren vorgesehenen Verwendungszweck anzupassen. Wenn die Fäden nicht als Gewebe, Geflecht oder in ähnlichem symmetrischen Verbund aufgebracht werden, wird stets ihre paarige#Anordnung in einer geradzahligen Schichtenfolge mit jeweils gegensinniger Steigungsrichtung angestrebt, um einseitig gerichtete Spannungen aufzuheben und unerwünschte Verformungen zu unterdrücken.
• Ihr Neigungswinkel gegen die Längsachse des Schlauches weicht in der Regel nicht wesentlich von einer Größenordnung von etwa 54° ab, weil hierbei sowohl die Längung als auch die Radialdehnung des Schlauches unter der Wirkung eines Innendruckes Kleinstwerte annehmen. Auf diese Elemente lassen sich im Grunde alle bekannten Schlauchkonstruktionen zurückführen, wenn auch aus den Gegebenheiten des vorliegenden Einsatzfalles zusätzliche Maßnahmen oder andere Besonderheiten notwendig werden sollten. So enthalten beispielsweise Hydraulikschläuche, an deren Volumenbeständigkeit mit Rücksicht auf die Funktionssicherheit der zugehörigen Steuer- oder Bremseinrichtungen außerordentlich hohe Anforderungen gestellt werden, als Druckträger häufig zwei Schichten von unter diesem bestimmten Winkel untereinander verflochtenen oder sich kreuzenden Textilfäden oder Stahldrähten, die ihrerseits wieder von einem äußeren Schlauchmantel als Verschleiß- und Korrosionsschutz abgedeckt sind. In ähnlicher Weise sind die hinsichtlich ihrer Durch strömleistung ein anderes Extrembeispiel bietenden Treibstoff- und auch Erdölspülbohrschläuche gegen die stoßartig auftretenden hohen Innendrücke bewehrt, wobei sich die Einbettung einer aus Massivdraht, seltener aus Drahtlitzen hergestellten Versteifungswendel zur weiteren Verstärkung gegen Biege- und Knickbeanspruchungen und sum Abstützen der Schlauchwandungen im Saugbetrieb als unerläßlich herausstellte.
• Das Aufbringen der Geflechte und auch der in benachbarten Schichten sich kreuzenden Kordfäden ist mit einem verhältnismäßig hohen irbeitsaufwand verbunden, der naturgemäß mit der Anzahl der erforderlichen Schichtenpaare steigt. Die Unterbringung mehrerer solcher Schichten zusammen mit einer ausreichend bemessenen Drahtwendel setzt dicke Wandstärken voraus, was wiederum die Biegewilligkeit der Schläuche behindert und ihre Handhabung im Betrieb erschwert. Es kommt als weiterer Nachteil hinzu, daß die in Radialrichtung nicht oder nur wenig dehnungsfähige Drahtwendel Winkelverschiebungen der Druckträgerschicht unter der Wirkung von Innendrücken verursacht und damit unerwünschte Längenänderungen des Schlauches auslöst.
• Der Erfindung liegt ein neuartiger Schlauchaufbau zugrunde mit dem Ziel, den Herstellungsaufwand armierter Schläuche sowohl an Arbeit als auch an Material ohne Einbußen ihrer Gebrauchstüchtigkeit zu vermindern und bei voller Wahrung der verlangten Druckfestigkeit ihre Ausbildung mit dünnen Wandstärken zu ermöglichen. Zur Lösung dieser Aufgabe ist für Schläuche der eingangs geschilderten Gattung vorgesehen, daß die Verstärkungseinlagen eine Schicht schraubengangartig dicht nebeneinander gewickelter paralleler Stränge und eine im Gegensinn zu diesen mit axialen Abständen zwischen ihren Windungen gewickelte Drahtwendel aufweisen, wobei gemäß einem wichtigen Teilmerkmal der Erfindung die Stränge unter einem wesentlich spitzeren, etwa halb so großen Winkel gegen die Schlauchlängsachse als die Drahtwendel gewickelt sind.
• Die Erfindung weist der Drahtwendel neben ihrer Funktion als mechanisches Stützelement eine hervorragende Aufgabe als Druckträger zu.
• Indem sie die hohe Festigkeit des massiven Drahtquerschnittes zur Aufnahme und zum Abfangen von Innendrücken nutzt, ermöglicht sie Reduktionen im übrigen Schichtenaufbau, die sich in Einsparungen an Strangmaterial und in dem Fortfall an aufwendigen Arbeitsgängen und dem Verzicht auf wiederholte Durchläufe durch die Flecht- oder Klöppelmaschinen niederschlagen. Das vorteilhafte Prinzip der paarigen Zuordnung einander kreuzender Druckträger wird damit nicht aufgegeben. Es tritt jedoch die Drahtwendel an die Stelle einer sonst nur der Druckabschirmung dienenden Strangschicht. Das unter Druckbeanspruchung von der Drahtwendel ausgeübte Drehmoment wird durch die zugeordnete Strangschicht ausgeglichen, und die gleiche Wechselwirkung läuft auch in umgekehrter Richtung ab. Eine Beschränkung auf bestimmte Werkstoffkombinationen ist damit nicht verbunden. Es können vielmehr textile oder metallische Stränge in Form von Fäden, Drähten, Litzen u. dgl. in beliebiger Verbindung mit aus z. B. Stahldraht oder anderen Metallen oder auch hochfesten Kunststoffen hergestellte Wendeln verwendet werden. Ebenso wäre es denkbar, für besonders hoch beanspruchte Schläuche mehrere mit radialen Abständen in die Wandung eingebaute Drahtwendeln vorzusehen, denen jeweils eine eigene Schicht von Eordsträngen zuzuordnen ist. Die Wendeln können in allen Fällen aus einem einzigen massiven Stahl- oder Kunststoffdraht oder anderen, auf den vorliegenden Zweck abgestimmten Werkstoffen vorzugsweise mit kreisrundem Querschnitt hergestellt sein; doch liegen Abänderungen in der Querschnittsform oder anderen Parametern durchaus im Rahmen der Erfindung.
• Beispielsweise könnte unter Umständen eine mehrgängige Ausbildung der Drahtwendel, d. h. also ihre Herstellung aus zwei oder mehr unter gleichem Winkel mit axialen Abständen gewickelten Drähten gegenüber der einfachen Ausführung größere Vorteile bieten. Der Nassivquerschnitt der Wendel ist jedem anders gearteten, mehrteiligen Aufbau aus Litzen, zusammengedrehten Einzeldrähten od. dgl. vorzuziehen, weil nur eine solche monofile Ausbildung ausreichende Stützwirkung gegen Knick- und äußere Druckbeanspruchungen des Schlauches gewährleistet.
• Die zu einem völligen Ausgleich aller Kräfte führenden Maßverhältnisse lassen sich rechnerisch ermitteln, wenn davon ausgegangen wird, daß die von dem Innendruck ept erzeugten Axial- und Tangentialkräfte von den unter einem Winkel ~#~ verlaufenden Strängen der Kordschicht und von der unter einem Winkel ftßft verlaufenden Drahtwendel aufgenommen werden und gleichzeitig die Drehmomente der beiden auf verschiedenen Durchmessern ds - dem Durchmesser der Strangschicht - und dw - dem Durchmesser der Drahtwendel - wirksamen Festigkeitsträger sich gegenseitig aufheben sollen. Durch Einsetzen der bekannten Formeln für die am Schlauch auftretenden Kraftkomponenten in die Gleichgewichtsbedingungen ergibt sich die vereinfachte Gleichung: Durch weiteres Umformen und Austauschen der Winkelfunktionen stellt sich diese Gleichung dar in der Form: Pdr einen optimalen kräfteausgleich und damit eine minimale Formänderung des Schlauches unter der Wirkung eines Innendruckes müßten die Bedingungen dieser Gleichung wenigstens angenähert erfüllt sein. Der Rechnungsgang unterstreicht den Einfluß der Wickeldurchmesser und -winkel, während demgegenüber andere Maßgrößen entfallen und in der letzten Gleichung nicht mehr erscheinen.
• Die Erfindung ist anhand der schematischen Darstellung eines Ausführungebeispiels in der Zeichnung verdeutlicht.
• Der gezeichnete Schlauch ist aus einem Innenschlauch 1 mit darauf aufgebrachten Verstärkungseinlagen 2, 3 und einem Außenschlauch 4 aufgebaut. Die Verstärkungseinlagen bestehen aus einer inneren Schicht in Kordlage unter einem Winkelolgegen die Schlauchlängsachse verlaufender dünner Fäden oder Teilchen 2 und einer im Gegensinn dazu unter einem Winkel ß darübergewickelten Stahldrahtwendel 3. Zwischen den Seilchen 2 und der Drahtwendel 3 kann eine isolierende dünne Gummizwischenschicht vorgesehen sein, wie dies bei der Herstellung mehrschichtiger armierter Schläuche allgemein ueblich ist. Der Außenschlauch 4, der an der Druckaufnahme nicht weiter beteiligt ist, schützt die Verætarkungseislagen vor äußeren Beschädigungen durch Abrieb und vor chemischen Angriffen durch Feuchtigkeit oder andere korrosive Flüssigkeiten.
• Wie die schematische Darstellung angedeutet zum Ausdruck bringt, unterscheiden sich die Winkel # und ß erheblich voneinander. Die Differenz beträgt nicht nur einige Winkelgrade, sondern praktisch schon Größenordnungen, etwa derart, daß B dem doppelten Winkelwert von $ oder noch darüber entspricht. Je nach den vorliegenden Wickeldurchmessern kann für d ein Wert von 300 und für B von 740 angenommen werden.

Claims (10)

Patentanæprüche:

1. Aus Gummi oder gummiähnlichen elastischen Kunststoffen hergestellter biegsamer Schlauch mit in die Schl#uchwandung eingebetteten Verstärkungseinlagen, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungseinlagen eine Schicht schraubengangartig dicht nebeneinander gewickelter paralleler Stränge (2) und eine im Gegensinn zu diesen mit axialen Abständen zwischen ihren Windungen, gewickelte Drahtwendel (3) aufweisen.

2. Schlauch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stränge (2) unter einem wesentlich spitzeren Winkel (OC) gegen die Schlauchlängsachse als die Drahtwendel (3) gewickelt sind.

3. Schlauch nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stränge unter einem Winkel in der Größenordnung von etwa dem halben Winkelwert der Drahtwendel gewickelt sind.

4. Schlauch nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen den Wickelwinkeln der Stränge (2) und der Drahtwendel (3) die Bedingung erfüllt: worin # der Wickelwinkel der Stränge, ß der Wickelwinkel der Drahtwendel, dB der Durchmesser der Strangschicht und X der Windungsdurchmesser der Drahtwendel bedeuten.

5. Schlauch nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strangschicht (2) innerhalb der Drahtwendel (3) angeordnet ist.

6. Schlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Schichten in gleicher Richtung unter im wesenthohen gleichen Winkeln gewickelter Stränge vorgesehen sind.

-7. Schlauch t nach einem der Ansprüche 1 bis -6, dadurch gekennzeichnet,-daß die Drahtwendel aus mehreren unter gleichem Winkel mit axialen Abständen gewickelten Drähten gebildet ist.

8. Schlauch nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungseinlagen aus Metall-, z. B. Stahldrähten hergestellt sind.

9. Schlauch nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtwendel aus einem oder mehreren massiven Kunststoffrunddrähten hergestellt ist.

10. Schlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche der Drahtwendel (3) ein Vielfaches der Querschnittsfläche eines Einzelstranges (2) beträgt.

L e e r s e i t e