DE2217311A1

DE2217311A1 - Rubber or plastic tube - flexible reinforced with two embedded counter wound strand layers

Info

Publication number: DE2217311A1
Application number: DE19722217311
Authority: DE
Inventors: Hermann Dipl Phys Dr Schilling
Original assignee: Continental Gummi Werke AG
Current assignee: Continental AG
Priority date: 1972-04-11
Filing date: 1972-04-11
Publication date: 1973-10-25

Abstract

Reinforcing liners comprise one layer of closely wound parallel spiral strands and a spiralled wire coil wound in the opposite direction with axial intervals between the windings. Pref. the wire coil is metal or steel wires or >=1 solid, round plastic filaments with the strands wound at a sharp angle to the tube axis at approx. half the wire coil angle.

Description

Biegsamer Schlauch Die Erfindung bezieht sich auf aus Gummi oder gummiähnlichen Kunststoffen hergestellte biegsame Schläuche mit in die Schlauchwandung eingebetteten Verstärkungseinlagen.Flexible hose The invention relates to rubber or rubber-like Flexible hoses made of plastics with embedded in the hose wall Reinforcement inserts.

Auf die zusätzliche Bewehrung von Gummi- oder Kunststoffschlauchen kann nur in untergeordneten Beanspruchungsfällen verzichtet werden.On the additional reinforcement of rubber or plastic hoses can only be waived in subordinate cases of stress.

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.For most technical uses, conservation makes a minimum compressive strength and the desired dimensional stability a reinforcement the hoses by wrapping or braiding around the hose core with flexible thread-like Reinforcements required. Since in addition to the type of elastomeric component the The nature and structure of the reinforcement inserts are of crucial importance for the compressive strength of the hoses and their behavior under pressure or vacuum as are also under the influence of external mechanical forces, it is possible with the choice of reinforcement inserts the hoses very precisely at their intended To adapt the intended use. If the threads are not woven, braided or similar symmetrical composite are applied, their paired # arrangement is always in a even-numbered sequence of layers, each with an opposite direction of incline, is sought, to cancel unidirectional tensions and to suppress undesired deformations.

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.Your angle of inclination against the longitudinal axis of the hose is different Usually not significantly from an order of magnitude of about 54 °, because here both the elongation as well as the radial expansion of the hose under the effect of an internal pressure Accept the smallest values. Basically all known hose constructions can be used with these elements return, albeit additional ones based on the circumstances of the application at hand Measures or other special features should become necessary. For example, contain Hydraulic hoses their volume stability with consideration on the functional reliability of the associated control or braking devices high demands are made, often two layers from below as the print carrier Textile threads that are intertwined or intersecting at this specific angle or steel wires, which in turn are covered by an outer hose jacket as a wear and tear and corrosion protection are covered. Similarly, are those with regard to their Fuel and petroleum flushing drilling hoses offer another extreme example due to the flow rate reinforced against the sudden high internal pressures, whereby the embedding a stiffening coil made from solid wire, more rarely from wire strands for further reinforcement against bending and buckling loads and for bracing the hose walls turned out to be indispensable in suction mode.

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.The application of the braids and also those in adjacent layers crossing cords is associated with a relatively high amount of work, which naturally increases with the number of pairs of layers required. The shelter several such layers together with a sufficiently dimensioned wire helix requires thick walls, which in turn hinders the flexibility of the hoses and makes it difficult to handle them in operation. Another disadvantage is that that the in the radial direction not or only little expandable wire helix angular displacements the pressure carrier layer caused by the effect of internal pressures and thus undesirable Changes the length of the hose.

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.The invention is based on a novel hose structure with the The aim is to reduce the cost of manufacturing armored hoses in terms of both work and material without impairing their usability and with full preservation of the required compressive strength to enable their formation with thin wall thicknesses. To solve this problem, hoses of the type described above are provided that the reinforcement inserts are a layer closely next to one another in a helical manner wound parallel strands and one in the opposite direction to these with axial distances between their turns have wound wire helix, wherein according to an important partial feature of the invention, the strands under one essential more acute, about half as large an angle to the longitudinal axis of the hose as the wire helix are wrapped.

Die Erfindung weist der Drahtwendel neben ihrer Funktion als mechanisches Stützelement eine hervorragende Aufgabe als Druckträger zu.The invention has the wire helix in addition to its function as a mechanical one Support element does an excellent job as a pressure carrier.

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.By using the high strength of the massive wire cross-section It uses the absorption and interception of internal pressures, it enables reductions in the remaining layer structure, resulting in savings in strand material and in the elimination of complex work processes and the avoidance of repeated runs through the Knock down braiding or lace machines. The advantageous principle of paired Allocation of intersecting print media is not given up. It kicks however, the wire helix takes the place of one that is otherwise only used for pressure shielding Strand layer. The torque exerted by the wire coil under compression is balanced by the associated strand layer, and the same interaction also runs in the opposite direction. A restriction to certain material combinations is not associated with it. Rather, it can be made of textile or metallic strands Form of threads, wires, strands and the like. In any connection with z. B. steel wire or other metals or high-strength plastics are used will. It would also be conceivable to have several hoses that are subject to particularly high loads to provide wire coils built into the wall with radial spacings, those each has its own layer of Eordsträngen to be assigned. The coils can in all cases from a single solid steel or plastic wire or other, Materials matched to the present purpose, preferably with circular Cross-section be made; however, there are variations in the cross-sectional shape or other parameters within the scope of the invention.

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.For example, a multi-course training could under certain circumstances the wire coil, d. H. that is, their manufacture from two or more at the same angle Axially spaced wires are larger than the simple version Offer advantages. The Nassiv cross section the helix is different for everyone type, multi-part structure of strands, twisted individual wires or the like. to be preferred because only such a monofilament design provides sufficient support Guaranteed against kinking and external pressure loads on the hose.

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.The dimensional relationships leading to a complete balance of all forces can be determined by calculation if it is assumed that the axial and tangential forces generated by the internal pressure ept come from the strands of the cord layer running at an angle and from the strands of the cord layer running at an angle Wire helix are recorded and at the same time the torques of the two reinforcements effective at different diameters ds - the diameter of the strand layer - and dw - the diameter of the wire helix - should cancel each other out. By inserting the known formulas for the force components occurring on the hose into the equilibrium conditions, the simplified equation results: By further transforming and exchanging the trigonometric functions, this equation is represented in the form: Pdr an optimal force compensation and thus a minimal change in shape of the hose under the effect of an internal pressure, the conditions of this equation should at least approximately be fulfilled. The calculation process underlines the influence of the winding diameter and angle, while other dimensions are omitted and no longer appear in the last equation.

Die Erfindung ist anhand der schematischen Darstellung eines Ausführungebeispiels in der Zeichnung verdeutlicht.The invention is based on the schematic representation of an exemplary embodiment illustrated in the drawing.

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.The hose shown is made up of an inner hose 1 with it on applied reinforcement inserts 2, 3 and an outer tube 4. the Reinforcement inserts consist of an inner layer of cord underneath one Winkelol against the tube longitudinal axis running thin threads or particles 2 and a steel wire helix wound over it at an angle β in the opposite direction 3. Between the rope 2 and the wire coil 3, an insulating thin rubber intermediate layer can be used be provided, as is the case in the manufacture of multilayer reinforced hoses is common practice. The outer hose 4, which is connected to the pressure receptacle no further is involved, protects the Verætarkungseislagen from external damage Abrasion and chemical attack by moisture or other corrosive liquids.

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.As indicated in the schematic illustration, differentiate the angles # and ß differ considerably from one another. The difference is not just a few Degrees, but practically orders of magnitude, such that B is double Angle value of $ or more. Depending on the existing winding diameters a value of 300 can be assumed for d and 740 for B.

Claims

Patent claims:

1. Made of rubber or rubber-like elastic plastics flexible hose with reinforcement inserts embedded in the hose wall, characterized in that the reinforcement inserts have a helical-like layer closely wound parallel strands (2) and one in the opposite direction these with axial distances between their turns, wound wire helix (3) exhibit.

2. Hose according to claim 1, characterized in that the strands (2) at a much more acute angle (OC) to the longitudinal axis of the hose than the wire helix (3) are wound.

3. Hose according to claim 1 or 2, characterized in that the Strands at an angle on the order of about half the angular value of the Wire helix are wound.

4. Hose according to claims 1 to 3, characterized in that the ratio between the winding angles of the strands (2) and the wire coil (3) fulfills the condition: where # is the winding angle of the strands, β is the winding angle of the wire coil, dB is the diameter of the strand layer and X is the winding diameter of the wire coil.

5. Hose according to claims 1 to 4, characterized in that the strand layer (2) is arranged within the wire coil (3).

6. Hose according to one of claims 1 to 5, characterized in that that two or more layers in the same direction among substantially the same Angles of wound strands are provided.

-7. Hose t according to one of Claims 1 to 6, characterized in that the wire helix from several wound at the same angle with axial distances Wires is formed.

8. Hose according to claims 1 to 7, characterized in that the reinforcement inserts made of metal, e.g. B. steel wires are made.

9. Hose according to claims 1 to 7, characterized in that the wire helix is made from one or more solid plastic round wires is.

10. Hose according to one of claims 1 to 9, characterized in that that the cross-sectional area of the wire helix (3) is a multiple of the cross-sectional area of a single strand (2).

L e r s e i t e