DE2627100A1

DE2627100A1 - Schlauchendstueck

Info

Publication number: DE2627100A1
Application number: DE19762627100
Authority: DE
Inventors: Charles Szentmihaly
Original assignee: BTR Industries Ltd
Current assignee: BTR Industries Ltd
Priority date: 1976-04-08
Filing date: 1976-06-16
Publication date: 1977-10-20
Also published as: ZA772172B; AU2408277A; DK146209C; IT1079498B; US4106526A; FI67944C; DK156477A; DK146209B; FR2347603A1; SE7704131L; JPS52124212A; FI67944B; FR2347603B1; SE433120B; DE2627100C2; AU517394B2; FI771134A; GB1581028A

Description

Die Erfindung betrifft ein Schlauchendstück, insbesondere für einen verstärkten Schlauch, mit mindestens einer inneren, zylindrischen Gummiauskleidung und einer Drahtverstärkungsschicht, mit einem Einsatzstück für den Endabschnitt des Schlauches und einem Ringbeschlag zur Ummantelung des Endabsclmitts des Schlauches, mit einer Anzahl Vorsprünge an mindestens dem Einsatzstück oder dem Ringbeschlag, wobei dieser das Einsatzstück umfaßt und durch die Yorsprünge das Schlauchende erfaßt wird. Bei derartigen Schlauchendstücken wird die Dicke der Gummiauskleidung an

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den Stellen^ an denen sie zwischen den Vorsprüngen zusammengedrückt wird, als "Extrusions-Zwischenraum"' bezeichnet _t da bei Auftreten eines Innendrucks in dem Schlauch die Gummischicht in diesem Zwischenraum zur Ausbildung einer Fließbewegung neigt. Diese Erscheinung kann zu einem fehlerhaften Verhalten der Schlauchendstücke führen, und bei bekannten Druckendstücken ist herausgefunden worden, daß sich diese von den Schlauch bei einem niedrigeren Druck lösen als dem Zerreißdruck des Schlauches.

Das erfindungsgemäße Schlauchendstück zeichnet sich dadurch aus, daß der geschilderte Extrusions-Zwischenraum auf einen Minimalwert reduziert ist, so daß eine Bewegung der Auskleidung in Axialrichtung nach dem Aufschrumpfen im wesentlichen vermieden wird.

Vorzugsweise sind sowohl an dem Ringbeschlag als auch an dem Einsatzstück VorSprünge vorgesehen, wobei die VorSprünge an dem Ringbeschlag gegenüber denen an dem Einsatzstück in Längsrichtung des Schlauches versetzt sind. In diesem Fall sind die Vorsprünge an dem Einsatzstück vorgesehen, um die Radialbewegung des Ringbeschlages zu vermindern. Falls die Auskleidung ausreichend dünn ist, können die Vorsprünge an dem Einsatzstück überflüssig sein und weggelassen werden.

Vorzugsweise' weisen die Vorsprünge an dem Ringbeschlag ringförmige Widerlager auf, und vorzugsweise sind in dem Ringbeschlag zwischen den Widerlagern ringförmige Nuten aus—

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gebildet.

Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die anliegende Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Pig, 1 teilweise im Längsschnitt ein bekanntes Schlauchendstück,

Pig. 2 teilweise im Längsschnitt ein anderes bekanntes Schlauchendstück,

Pig, 3 teilweise im Längsschnitt ein erfindungsgemäßes Schlauchendstück,

Pig. 4 eine Ansicht ähnlich Pig. 3 einer- anderen Ausführungsform des Schlauchendstücks, wobei der Extrusions-Zwischenraum vollständig geschlossen ist,

Pig. 5 einen vergrößerten Teillängsschnitt des Schlauchendstücks der Pig. 3 und

Pig. 6 bis 8 Diagramme der Kräfte und Spannungen in dem Schlauchendstück.

Gemäß den Pig. 1 und 2 weist ein Schlauchendstück für • einen aufgetrennten Schlauchendabschnitt 16 eines verstärkten Schlauches ein einstückig mit einem lTippel 11 ausgebil-

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detes Einsatzstück 10 auf. Das Einsatzstück wird von einem Ringbeschlag 12 umgeben, der durch einen Prägevorgang um das Einsatzstück 10 gepreßt ist.

Das Einsatzstück ist mit einer ringförmigen Nut 14 versehen, in die ein radial einwärts sich erstreckendes ringförmiges Widerlager 15 auf dem Ringbeschlag eingreift. Außerdem ist bei einem feststellbaren Schlauchendstück' gemäß Pig. 1 eine weitere ringförmige "-Mut 18 in dem Einsatzstück ausgebildet, in die ein entsprechender, radial einwärts gerichteter, ringförmiger Vorsprung 17 auf dem Ringbeschlag eingreift. · '

In beiden Fig» 1 und 2 ist der Ringbeschlag außerdem mit radial sich einwärts erstreckenden, ringförmigen Widerlagern auf Yörsprüngen 19 versehen, und das Einsatzstück ist mit sich radial nach außen erstreckenden, ringförmigen Vorsprüngen 20 versehen, um dazwischen den Schlauchehdabschnitt 16 zu ergreifen.

Bekannte Schlauchendstücke der oben beschriebenen Art haben sich als unbefriedigend, insbesondere bei Hochtemperaturanwendungen, erwiesen. Bei Temperaturen oberhalb 70°0 werden feststellbare Schlauchendstücke gemäß Pig. I normalerweise mit vielspiraligen Schläuchen verwendet. Dabei treten Haftprobleme auf, da sich die bekannten Kompressions-Schlauchendstücke von dem Schlauch unterhalb des Zerreiß-

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druckes trennen. Üblicherweise solL dieses Problem dadurch gelöst werden, daß die Kompression der Gummiauskleidung 21 erhöht wird. Diea kann jedoch zu einem Reißen der Auskleidung bei höheren Temperaturen führen.

Erfindungsgemäß soll dieses Problem dadurch gelöst werden, indem die physikalischen Eigenschaften des Gummis ausgenützt werden, um die Haftung des Schlauchendstückes zu verbessern. Nicht fließfähiger G-ummi wird im allgemeinen als inkompressibel angesehen. Wenn Gummi jedoch Druck ausgesetzt wird, so neigt er zum Fließen und wird aus dem Druckbereich nach außen herausgedrückt. Bei bekannten Schlauchendstücken fließt der Gummi durch den "Extrusions-Zwischenraum" 23, der zwischen der Drahtverstärkung 22 des Schlauches und den Spitzen der Vorsprünge 20 auf dem Einsatzstück ist. Zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Schlauchendstücke sind in den Fig. 3 und 4 dargestellt, wobei gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen wie in den Fig. 1 und 2 aufweisen.

In den Fig. 3 und 4 sind die ringförmigen Vorsprünge 19 der bekannten Schlauchendstücke durch radial sich einwärts erstreckende Widerlager 25 ersetzt, die durch Hüten 26 getrennt sind. Die Höhe der Oberkanten der Widerlager 25 relativ zu den Hüten 26 ist sehr viel größer als die der Vorsprünge 19. Außerdem sind die Widerlager 25 geringfügig gegenüber den Vorsprüngen 20 auf dem Einsatzstück versetzt, so daß die Größe des Extrusions-Zwischenraums auf einen sehr

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kleinen Wert verringert ist. Tatsächlich sind in dem Ausführungen eispiel der Pig. 4 die Vorsprünge 20 derart ausgebildet, daß der Extrusions-Zwischenraum KuIl ist.

Einige theoretische Erläuterungen der Gründe für diese Veränderung der Widerlager 25 auf dem Ringbeschlag werden im folgenden insbesondere mit Bezug auf Jig. 5 angegeben, in der eine vergrößerte Querschnittsansicht des Schlauchendstücks der Pig. 3 nach dem Aufpressen dargestellt ist, d.h. nachdem die Verstärkung 22 und die G-umrniauskleidung 21 deformiert worden sind, um das Schlauchendstück an dem Schlauch zu verankern.

Der Aufpreßvorgang verursacht radiale Bewegungen des Ringbeschlages, und die Zähne des Ringbeschlages verbeißen sich in den Drähten, so daß diese der inneren Form des Ringbeschlages folgen. Diese radiale Bewegung verschiebt den Gummi axial derart, daß der Hohlraum in dem Ringbeschlag ausgefüllt wird, vorausgesetzt, daß die Mutentiefe und die Ganghöhe den Abmessungen des in Frage stehenden Schlauches entsprechen.

Bei den Schlauchendstücken der Fig. 3 und 4 wird der Gummi derart verschoben, daß er naoh dem Verpressen in kleinen Zellen 28 mit dem minimal ausführbaren Extrusions-Zwischenraum 23 eingeschlossen ist. In bestimmten Fällen, beispielsweise gemäß Fig. 4, kann nach Abschluß des Aufpressens

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der Extrusions-Zwischenraum vollständig geschlossen sein, doch hängt dies von der "besonderen Ausbildung des Einsatzstüclces ab.

Es ist eine bekannte Tatsache, daß, wenn der Schlauch einem hydraulischen Druck ausgesetzt wird, eine Irennkraft FS auftritt, die auf den Ringbeschlag im Sinne des Abtrennens des Schlauchendstückes einwirkt. Wenn diese Kraft durch die Verstärkung übertragen wird, erzeugt sie einen hydrostatischen Druck in dem Gummi und bewirkt das Herausdrücken des Gummis aus jeder Zelle. Die Größe des Extrusionsdrucks Pe ist proportional zu:

F
Pe = ^S (D

(D₂ ² - D₁ ²) T

F_a OL ^D1T (2)

(3)

wobei:

F = Trennkraft

Pe = Extrusionsdruck

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D.. = Wirkdurchmesser für die Trennkraft

Do = Durchmesser, auf den die Gummiauskleidung ausgedehnt wird

Die obigen Gleichungen sind unter der Annahme abgeleitet worden, daß die Verstärkung sehr flexibel ist relativ zu der Kompressibilität der Gummiauskleidung.

Gleichung (3) kann entnommen werden, daß, falls die Differenz zwischen Dp und D. sehr klein ist, d.h. wenn sie sich dem Wert Null nähert, der Wert Pe sehr hohe Werte einnehmen kann, und der Gummi wird herausgedrückt, wenn nicht der Extrusions-Zwischenraum sehr klein oder UuIl ist.

Wenn der Zwischenraum sehr klein oder IJuIl ist, kann der Gummi außerordentlich hohen Drucken ausgesetzt sein, beispielsweise 0,63 x 10 kg/cm (9 x 10 psi).

Diese Ausführungen lassen vermuten, daß durch Anwendung der genauen Innenabmessungen für ein Schlauchendstück die Eigenschaften des Gummis ausgenutzt werden können, um die * Haftung des Schlauchendstückes zu erhöhen. Bei den erfindungsgemäßen Endstücken wird dies durch die Formgebung der Widerlager 25 und der Nuten 26 in der Weise erreicht, daß zwischen der !Tut und dem Extrusions-Zwisohenraum eine große Differenz in dem Querschnittsbereich der Gummiauskleidung vorgesehen ist.

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Beispielsweise betrugen bei einem Schlauchendstück, das mit einem Schlauch mit einem nominalen Innendurchmesser von 25,4 mm verbunden war, der Durchmesser D₁ = 26,4 mm und der Durchmesser D₂ = 33,6 mm. Daher betrug die Differenz zwischen diesen Durchmessern 7,2 mm oder 28,4 i° des nominalen Innendurchmessers des Schlauches.

Bei einem anderen Beispiel war ein Schlauchendstück mit einem Schlauch mit einem nominalen Innendurchmesser von 31,8 mm verbunden, und die Durchmesser D. und D₂ betrugen 33,0 bzw. 40,1 mm. In diesem Pail betrug die Differenz der Durchmesser 7,1 mm oder 22,3 i° des nominalen Innendurchmessers des Schlauches.

Eine Änderung der Strömungscharakteristik des Gummis in dem Schlauchendstück verringert auch die Axialspannung, so daß die Haltbarkeitsdauer gegenüber Materialermüdungen erhöht wird.

Bei einem bekannten Schlauchendstück ist der Zwischenraum zwischen dem Ringbeschlag und dem Einsatzstück ähnlich dem Festklemmen des Gummis zwischen zwei ebenen Platten.

Es werde ein Gummistreifen etwa gemäß Pig. 6 der Auskleidung bei einer bestimmten Schlauchlänge Li, der Dicke Ti und der Breite Y/ betrachtet. Falls dieser Gummistreifen zwischen zwei ebenen Platten auf eine neue Abmessung L2,

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und W zusammengedrückt wird, so kann - unter der Annahme, daß die Volumenänderung sehr klein ist und die Breite konstant "bleibt - die prozentuale Axialdehnung folgendermaßen ausgedrückt werden»

L 2 - L 1 χ 100 /.v

Il

WLITI = WL2T2 (5)

.',12 = LlTl

Daher ist:

Ill

io Axialdehnung = (-i- " ^Y ) ^{χ 10}°

Gleichung (6) kann entnommen werden, daß die Kompression des Gummis eine Axialdehnung erzeugt, die ähnlich der von normalen Kompressionsendstücken ist.

Bei einem bekannten Kompressionsendstück ist dies geringfügig modifiziert, und zwar wegen der geringfügigen Windung, die in dem Gummi durch den Ringbeschlag erzeugt wird (siehe Fig. 1 und 2), doch kann diese Änderung vom praktischen Standpunkt aus ignoriert werden.

Wie oben erwähnt, ist es üblich, die Verankerung eines bekannten Kompressionsendetückes zu erhöhen, wenn die Korn-

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pression auf der Auskleidung erhöht wird, d.h. der Wert wird verringert. Wie Gleichung (6) entnommen werden kann, führt dies zu einer Zunahme der Axialdehnung, und in den meisten fällen wird die Schlauchauskleidung zum Heißen neigen, wenn eine weitere Zugkraft auf die in frage stehende Auskleidung einwirkt. Diese Zugkraft kann sich ergeben aus einer Zunahme der Temperatur des Schlauchendstücks oder durch Verbiegen der Schlauchanordnung.

Wegen der genormten Herstellungstoleranzen des Schlauches kann die Kompression der Auskleidung nach dem Aufpressen sehr stark variieren, beispielsweise kann sie sieh im Bereich zwischen 20 und 50 $ der maximalen Abmessungen der Schlauchauskleidung ändern.

In der Beschreibung soll dargelegt werden, daß mit dem erfindungsgemäßen Schlauchendstück der Kompressionswert verbessert werden kann, wenn die Bewegung des Gummis unter Kontrolle ist und die Deformation des G-ummis geometrisch geändert wird.

Gemäß fig. 5 betrug die ursprüngliche Dicke der Auskleidung t₁, so daß die prozentuale Dehnung des Gummis etwa folgenden Wert aufweist:

χ 100 (7)

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Dann kann mathematisch gezeigt werden, daß:

^Xl (8)

P/2 - X₁

^Yl

prozentuale Längenänderung =

^Xl x 100 (9)

(P/2 - Xl)

Gleichung (9) zeigt, daß die prozentuale Längenänderung des Gummis durch die Werte P/2 und Xl kontrolliert werden kann, der in Beziehung zur Dicke der Auskleidung steht.

Das erfindungsgemäße Endstück ist derart ausgebildet, daß die maximale Längenänderung des Grummis zwischen 10 und 20 $> beträgt, wenn der minimale Extrusions-Zwischenraum beim Aufpressen erreicht wird.

Die obige Theorie geht davon aus, daß die Verstärkung des Schlauches vollständig flexibel ist. Dies ist jedoch in der Praxis nicht der Fall. Wenn die Verstärkung des Schlauches radial verschoben wird, so wird der ursprüngliche Flechtoder Spiralwinkel der Schichten geändert, wenn sie auf einen neuen Durchmesser gebracht werden. Die Bewegung der Schichten ist etwas durch den Winkel begrenzt, um den sie sich ohne Schichtentrennung der Isolation zwischen den Schichten be-

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wegen können, und außerdem durch die Tatsache, daß es erwünscht ist, die Drähte zwischen jedem Zahn des Ringbeschlages zu verlängern.

Palis die Dehnung des Drahtes zu groß ist, können diese beim Aufpressen brechen. Dies ergibt sich aus der Tatsache, daß die bei verstärkten Schläuchen verwendeten Drähte normalerweise eine maximale Dehnung von etwa 2 $ aufweisen, um hohe Zugkräfte aufzunehmen.

Die Bewegung der Drähte wird durch die Ganghöhe der Zähne des Ringbeschlages und durch die Tiefe oder die radiale Bewegung der Ringbeschläge beeinflußt. Diese beiden Maßnahmen müssen in Verbindung mit dem minimalen Extrusions-Zwischenraum ausbalanciert sein.

Zunächst wird die maximale radiale Verschiebung als Punktion der Dicke der Auskleidung berechnet. Danach wird die Ganghöhe des Ringbeschlages berechnet, und zwar basierend auf der maximal erlaubten Verschiebung des Drahtes bei der innersten Schicht der Verstärkung.

Die Berechnung basiert auf der Tatsache. daß der Draht eine neue geometrische Form einnehmen muß, die annähernd einem Kreisbogen entspricht.

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Die länge dieses Kreisbogens ist größer als die ursprüngliche Länge des Drahtes, der mit dem neutralen V/inkel gewunden ist, und daher muß zur Erfüllung der neuen Bedingungen der ursprüngliche Spiral- oder Flechtwinkel geändert werden.

Dies kann folgendermaßen mit Bezug auf Pig. 7 erläutert werden, wobeiί

P_T>f = Ganghöhe der Verstärkung
Di = Durchmesser der Verstärkung 1 = Drahtlänge
θ = Plecht- oder Spiralwinkel

Aus Fig. 7 ergibt sich die Länge 1 der Verstärkung pro Ganghöhe in jeder Schicht:

β =/pw² +T²Di² (10)

Wenn die Verstärkung deformiert wird, um die Erfordernisse des erfindungsgemäßen Endstücks zu erfüllen, so müssen die neuen Bedingungen erfüllt werden, d.h. der Hohlraum in dem Eingbeschlag muß vollständig ausgefüllt sein, wobei die Drahtstruktur der inneren Kontur des Ringbeschlages innerhalb bestimmter Grenzen folgen muß. Grundsätzlich muß ί eine neue Position einnehmen, wobei dies erreicht werden kann, vorausgesetzt, daß P in Mg. 5 derart ausgewählt ist, daß es

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bei Änderung des Durchmessers der Verstärkung paßt. Die Änderung des Kreisbogens wird durch eine Änderung von θ erreicht, d.h. der ursprüngliche Spiral- oder Flechtwinkel wird geändert, um die neuen Bedingungen zu erfüllen.

Im Hinblick auf die Verstärkung kann gezeigt werden, daß durch Vergrößerung der Windungstiefe und durch einen steileren Winkel die Scherkräfte zwischen den Schichten verringert werden, d.h. die Isolation ist weniger beansprucht.

Wenn gemäß Pig« 5 die Kräfte aufgespalten sind, ist ersichtlich, daß sich die Werte YEL1, FR2 und PR5 Null nähern, wenn der Wert Θ.. nach Null geht.

Dies bedeutet, daß die Trennkraft auf dem Ringbeschlag eine um so größere Zugspannung in der Isolation induziert, je größer der Wert O₁ ist. Wenn O₁ nach 90° geht, so geht die Scherkraft nach Null.

In der Praxis bedeutet dies, daß im Falle einer genauen Auswahl des Winkels Θ, die Scherkraft auf die Isolation wesentlich verringert werden kann.

Die Isolation spielt eine sehr wichtige Rolle im Hinblick auf die Haftung der Endstücke, und zwar hauptsächlich auf die Normalkompression (straight compression) von mehrspiraligen Endstücken.

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Es ist bekannt, daß bei einem Endstück mit llormalkompression die Trennkraft von dem Ringbeschlag zu der letzten Schicht der Verstärkung übertragen wird. Bei einem mehrspiraligen Schlauch kann sich wegen des Spiralwinkels der Ringbeschlag von dem Schlauch abwickeln. Die auftretenden Kräfte können gemäß Fig. 8 aufgegliedert werden.

tan θ	= FS FH	^Ps	χ 1 tan θ
FH	= FS
	tan θ	S	xl χ R tan θ
ΓΉ	= TTD² χ	X	D² χ R
I	= JE χ R
ΛΤ	= TTD² χ Ρ
T	= .55 x P

FR = "/FS² + FIl"

FS = Trennkraft

FH = Radialkraft

FR = Resultierende Kraft

T = Drehmoment (verdreht das Endstück)

θ = Spiralwinkel

Die physikalischen Eigenschaften der Isolation bei dem Kompressionsendstück müssen den oben erwähnten Kräften bei einem mehrspiraligen Schlauch widerstehen.

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Bei dem erfindungsgemäßen Schlauchendstück ist diese Torsionswirkung durch die Aufgliederung der Kräfte minimalisiert, so daß die die obigen Bedingungen erzeugenden Kräfte wesentlich verringert sind.

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Claims

Patentansprüche

1.) Schlauchendstück für einen verstärkten Schlauch mit mindestens einer innenzylindrischen Gummiauskleidung und einer Drahtverstärkungsschicht, mit einem Einsatzstück für den Endabschnitt des Schlauches und einem Ringbeschlag zur Ummantelung des Endabschnitts des Schlauches, mit einer Anzahl Vorsprünge an mindestens dem Einsatzstück oder dem Eingbeschlag, wobei dieser das Einsatzstück umfaßt und durch die Vorsprünge das Schlauchende erfaßt wird, dadurch gekennzeichnet , daß ein Extrusions-Zwischenraum (23) zwischen den Vorsprüngen (20, 25) auf einen Minimalwert reduziert ist, so daß eine Bewegung der Auskleidung (21) in Axialrichtung im wesentlichen vermieden wird.

2. Schlauchendstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Vorsprünge (20, 25) sowohl an dem Einsatzstück (10) als auch an dem Ringbeschlag (12) vorgesehen sind, wobei die Vorsprünge (25) an dem Ringbeschlag (12) radial nach einwärts gerichtet und gegenüber den Vorsprüngen (20) an dem Einsatzstück (10) in Längsrichtung des Schlauches versetzt sind.

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3. Sehlauchendstück nacJi Anspruch. 2, dadurch, gekennzeichnet , daß die Torsprünge an dem Ringbeschlag (12) ringförmige Y/iderlager (25) aufweisen, die dazwischen ringförmige Hüten (26) "bilden, so daß nach dem Aufpressen die G-ummiauskleidung (21) in Zellen (28) eingedrückt wird, die durch die Hüten (26) und die Yorsprünge (25) begrenzt werden.

4. Schlauchendstück nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß die Euten (26) und die Vorsprünge (20, 25) derart ausgebildet sind, daß ein erster Durchmesser (D„), auf den die G-ummiauskleidung (21) in den Hüten (26) aufgeweitet ist, relativ zu einem zweiten Durchmesser (D₁) groß ist, wobei der Unterschied zwischen dem ersten und dem zweiten Durchmesser mindestens 10 $> des Innendurchmessers des Schlauches beträgt.

5. Schlauchendstück nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Unterschied zwischen 15 und 40 ia des Innendurchmessers des Schlauches beträgt.

6. Schlauchendstück nach Anspruch 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet , daß der Unterschied zwischen 20 und 30 i" des Innendurchmessers des Schlauches beträgt.

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