DE2713342A1

DE2713342A1 - Hydraulikschlauch

Info

Publication number: DE2713342A1
Application number: DE19772713342
Authority: DE
Inventors: Charles Edward Grawey
Original assignee: Caterpillar Tractor Co
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1976-04-02
Filing date: 1977-03-25
Publication date: 1977-10-06
Also published as: JPS52120415A; GB1532849A; FR2346627B1; CA1054535A; FR2346627A1; DE2713342C2

Description

CATERPILLAR TRACTOR CO., Peoria, Illinois 61629, U.S.A.

Hydra UUkSc₁I !auch

Die Erfindung bezieht sich auf einen verstärkten Hochdruck-Hydraulikscnlauch, wie er üblicherweise bei verschiedenen Maschinen, einschließlich Erdbearbeitungsmaschinen verwendet wird, um eine flexible Verbindung zwischen mehreren sich bewegenden Teilen eines üblichen Hydraulikkreises herzustellen, wie dieser an oder zusammen mit der Maschine verwendet wird. Am häufigsten werden derartige Schläuche in Kreisen und gelenkigen Maschinen verwendet, oder aber bei Maschinen, wo sich ein Teil bezüglich eines anderen Teils bewegen können muß. Ein typischer verstärkter Hydraulikschlauch für solche Anwendungsfälle ist in den folgenden US-Patenten gezeigt: 2 128 814, 3 312 528, 3 357 456, und 3 866 633.

Sämtliche in den genannten Patenten beschriebenen Schlauchgebilde besitzen einen hohlen Elastomerkern, auf dem aufeinanderfolgende zylindrische Lagen aus Drahtverstärkung konzentrisch aufgebracht sind, um die radialen und axialen Drücke auszuhalten, die innerhalb des Schlauches dann entstehen, wenn dieser im Betrieb bei hohen Drücken im Bereich von 3OOO psi (englische Pfund pro Quadratzoll) oder größer verwendet wird. In einem gewissen Umfang kann die Zerberstfestigkeit dieser Schläuche dadurch erhöht werden, daß man (innerhalb von Grenzen) zusätz-

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liehe Verstärkungsiagen hinzufügt, wobei in Jon meisten Fällen eine geradzahlige Anzahl von Verstärkungsla(,>n verwendet werden muß, damit sich die winkelmäßigen Umschlingun ion von entgegengesetztem Sinn bei zwei benachbarten Lagen ausgleichen.

Einer der kritischen Konstruktionsbereiche box einem derartigen Hydraulikschlauch ist der Kernaufbau. Mit Ausnahme der erwähnten US-PS 3 357 456 sind die Kernaufbauten derartiger Schläuche typischerweise als ein zylindrisches Rohr extrudiert, um eine kontinuierliche kreisförmige Wand für den Schlauch zu erhalten, und um die Basis zu schaffen, auf der die Drahtverstärkung zur Vervollständigung des Schlauches aufgebracht werden kann. Typischerweise wird der Kern durch eine Lage aus Stoffen geschützt, die in den obigen Patenten genannt sind, und zwar werden diese Stoffe vor Aufbringung der Verstärkung vorgesehen.

US-PS 3 357 456 behandelt die Herstellung eines verbesserten Kerns insofern, als ein geschichtetes Band aus einem Elastomer und mindestens einer Stofflage auf einen Dorn gewickelt wird, üblicherweise schraubenlinienförmig überlappend, um so einen Kern zu bilden. Dieser kombinierte Elastomer- und ftoffkern besitzt im allgemeinen eine größere Kapazität, um das Einbringen der Verstärkungsdrähte in den Kernaufbau zu beschränken, und es wird somit eine größere Konzentrizität der ersten Lage der zylindrischen Verstärkung gewickelt auf den Kerr.aufbau erreicht. Da jede zylindrische Verstärkungslage die Basis für die darauffolgende.zylindrische Verstärkungslage bildet, ergibt sich insgesamt ein verbesserter Schlauchaufbau. US-PS 3 866 633 verwendet die Lehre des eben genannten US-Patents bei einem extrudierten Kernaufbau, der ausgerichtete Fasern in einem extrudierten zylindrischen Kern benutzt.

Die vorliegende Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, eine steifere Basis vorzusehen, auf die die erste Schicht aus Drant ge-

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wickelt wire», was die jrahtlage La dieser Scnicht verbessert. Dei einer vurbcssertci Drahtlage ^n dieser Schicht und den darauffolgenden Schichten sollte die Bcanspruchungsvr eilung während der Schlauchherstellung gleichförmiger zwischen den Drähten in ^oder einzelnen Schicht sein, was einen höhc->\\-n Rerstdruck ergibt, aer sicli dem theoretischen annähert. Die Erfindung sieht ferner einen Hydraulikschlauch vor, der einen verbesserten geschichteten KornaufDau besitzt, und wobei verbesserte "Stricklir. icn" in einem schraubenlinienförmig gewickelten Band erreicht werden, welches den Kern bildet. Zudem besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung durch die Verwendung eines zwei Lagen aufweisenden Bandes darin, etwas von der Teilaushärtung zu eliminieren, die sich bei mehrere Lagen aufweisenden Bändern infoige von viskoser Scherbeanspruchung (Reibungsscherbeans^ruchung) im Gummi ergibt, was einen örtlichen Wärmeaufbau zur Folge hat und die teilweise Aushärtung der darin befindlichen wärmeempfindlichen Verbindungen.

Es sei nunmehr die Erfindung zusammengefaßt: Ein die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweisender drahtverstärk tar flexibler Gummischiaucn wird auf einem Dorn hergestellt, auf aen scnraubenlinienförmig ein geschichtetes Band aufgewickelt wird, welches aus einer Lage aus Stoff oder zufällig verteilten kurzen Fasern in einer Lage und einer dickeren Lage aus Elastomer besteht, wobei die Elastomerlage am Dorn anliegt und das Aufwickeln überlappend erfolgt, um eine Kerngrundlage zu bilden, die eine äußere Stoffoberfläche aufweist, worauf dann eine dünne Lage aus einem elastomeren Bindematerial auf die äußere Stoffoberfläche aufgebracht wird und darauffolgend eine erste zylindrische Schicht aus einer Vielzahl von nicht ausdehnbaren Verstärkungselementen auf die sich ergebende Kerngrundlage aufgebracht wird, und zwar in einer Reihe von parallelen Seite-an-Seite-Spiralwicklungen zur Bildung einer ersten zylindrischen Schicht mit einer Wandstärke gleich dem Durchmesser der Vorstärkungpoloniente, wobei die Spannung der L'Leinen te während des Wickeins aufrechterhalten bleibt, um sicherzustellen, daß die Elemente im wesentlichen das Bindematerial zur äußeren

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Stoffoberfläche des Kerns durchdringen, worauf dann eine zweite zylindrische Schicht auf der ersten zylindrischen Schicht dadurch aufgebracht wird, daß man eine Vielzahl von Verstärkungselementen auf die erste zylindrische Schicht a !wickelt, und zwar in einer Reihe von parallelen Seite an Seite liegenden Spiralwindungen zur Bildung einer zweiten zylindrischen Verstärkungsschicht mit einer Wandstärke gleich dem Durchmesser der Verstärkungsele'mente, worauf dann darauffolgend die Aushärtung der in dieser Weise verstärkten Elastomere als eine einstückige Schlaucheinheit erfolgt, und zwar durch Vulkanisierung des in der beschriebenen Weise aufgebauten Schlauchgebildes.

Sämtliche Elastomere befinden sich in einem nicht ausgehärteten (nicht vulkanisierten) Zustand, und normalerweise wird Verbindungsmaterial auch zwischen den zwei Verstärkungsschichten angeordnet, um diese voneinander zu isolieren, wobei die zweite Verstärkungsschicht entgegengesetzten Sinn besitzt (mit einem Winkel gleich aber entgegengesetzt zur schraubenlinienförmigen Wicklung der ersten Verstärkungsschicht). Die Verstärkungselemente können aus mehrere Stränge aufweisenden Drahtkabeln bzw. Drahtseilen bestehen, die in eine Drahtseilform beim Wickeln des Elements verseilt werden.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Ansprüchen sowie aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Ausbildung des zwei Lagen aufweisenden Bandes, d.h. eines Stoffs und eines nicht ausgehärteten Elastomers, wobei die Kalanderwalzen und die Stoffzufuhrrolle dargestellt sind;

Fig. 2A eine perspektivische Ansicht des zweischichtigen Bandes, wobei Teile weggebrochen sind, um die Beziehung zwischen den Stoff- und Elastomerlagen zu zeigen;

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• 41.

Fig. 2B einen Schnitt, der den Aufbau des zweilagigen Bandes im einzelnen zeigt;

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung des Wickeins eines zweilagigen Bandes auf einen Dorn in übereinanderliegender Anordnung;

Fig. 4 eine perspektivische DArstellung der Aufbringung einer Elastomerverbindungsmateriallage auf den Kern, der durch das Wickelverfahren gemäß Fig. 3 ausgebildet ist;

Fig. 5 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Aufbringung der Seilverstärkungselemente auf den Schlauchkern, wobei die Seilverstärkungselemente aus mehreren einadrigen Drähten bestehen, die gesondert in ein Drahtseil gespannt und verseilt werden, während sie aufgewickelt werden;

Fig. 6 eine teilweise geschnittene Ansicht des Aufwickelvorgangs des zweilagigen Bandes auf einen Dorn zur Bildung des Kernaufbaus;

Fig. 7 einen üblichen Wickelkopf zum Aufwickeln einer Lage aus einadrigen Verstärkungselementen auf eine erfindungsgemäße Anordnung;

Fig. 8 eine Mehrfachwickelanordnung, teilweise im Schnitt, für die Schlauchherstellung, und zwar schematisch dargestellt.

Wie bereits einleitend erwähnt, vermeidet die vorliegende Erfindung insbesondere die Nachteile gemäß US-PS 3 357 456. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf einen Hochdruckhydraulikschlauch und dessen Herstellung.

Aus den Fig. 1 und 2 erkennt man den Aufbau des zwei Lagen aufweisenden geschichteten Bandes 10. Grundsätzlich kann dieses

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Band aus einer Stofflage 11 und einer nicht ausgehärteten Elastomerlage 12 bestehen, wobei diese Lagen in der Form eines einstückigen Sandwich 13 ausgebildet sind, und zwar durch die Verwendung von Kalanderrollen oder Walzen 14 und 15, welche den nicht ausgehärteten Elastomervorrat "A" in eine Elastomerlage von gleichförmiger Stärke umwandeln. Diese gleichförmige Elastomerlage 12 wird sodann mit der von Versorgungsspule oder -trommel 16 kommenden Stofflage 11 vereinigt, und zwar durch die Verwendung einer Druckwalze 17, die mit der Kalanderwalze 15 zusammenwirkt, um Elastomerlage 12 und Stofflage 11 zusammenzuquetschen, und zwar zur Bildung eines emsLückigen Sandwich bestehend aus zwei Lagen.

Im allgemeinen wird bei der Ausbildung des Elastomer-Stoff-Sandwich 13 der Stoff 11 körperlich oder strukturell in die Elastomerlage 12 in einer Weise hineingedrückt, daß Teile der Elastomerlage 12 teilweise in die offenen Maschen des Stoffes 11 gelangen, wodurch mindestens eine Reibungsverbindung, wenn nicht eine gewisse Klebeverbindung, zwischen den verschiedenen Lagen erreicht wird. Wenn dies normalerweise erfolgt, so wird die Elastomerlage nicht durch die Maschen in einem hinreichend großen Ausmaß gedrückt, uir. die Außenoberfläche des Stoffes zu überziehen. Wenn nach Ausbildung des Bandes 1O der Stoff von der Elastomerlage weggezogen wird, so verbleibt die Elastomerlage mit einer Vielzahl von Markierungen und Flächen, wo die offene Masche eingebettet war.

Es ist wichtig, daß die Elastomerlage etwas dicker ist als die Stofflage, um einen ausreichenden Gummifluß dann zu erhalten, wenn der mit der Verstärkung ausgehärtete Kern alle Säume, insbesondere längs der Zylinderoberfläche des Dorns, miteinander "verstricken" soll, so daß kein Leck durch den Kernaufbau hindurch auftritt. Im allgemeinen sind die verwendeten Maschenstoffe aus Nylon od.dgl. hergestellt und besitzen eine Maschengröße, die ausreicht für eine Zwischenverbindung der Elastomere auf entgegengesetzten Seiten des Stoffes durch die Maschenöff-

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nungen hindurch, und zwar dann, wenn der Kern durch Wickeln des Bandes in einer scnraubenlinienförmigen Überlappung ausgebildet ist. Normalerweise hat der Stoff von 16 bis 20 Verzwirnungen pro Zoll (2,5 cm), und zwar sowohl für die Kette als auch für den Schuß. Die Dicke des verwendeten Stoffes ist annähernd 0,010 Zoll, and im allgemeinen sollte die Ellstomerlage eine Dicke- von 0,015 bis 0,050 Zoll aufweisen. Besonders bevorzugt ist eine Elastomerlage mit einer annähernd gleichförmigen Dicke von 0,045 Zoll.

Bei der Herstellung des in Fig. 1 gezeigten Bandes 10 wird das Sandwich 13 nach Durchlaufen des Kompressionsschrittes zwischen Walzen 15 und 17 mit einem Polyäthylenbogen 20 bedeckt, der auf die Elaotomerseite des Sandwich 13 aufgebracht wird, wenn dies von den Walzen austritt, und zwar erfolgt die Aufbringung von einer nicht gezeigten Versorgung aus auf der Elastomerlage 12 durch Walze 21. Nachdem der Polyäthylenoogen 2O aufgebracht ist, kann das Sandwich 13 in eine gleichförmige Breite zur Bildung des Bandes 10 zerschnitten werden, wobei dieses Band 10 dann für die darauffolgende Verwendung auf eine Versorgungsspule aufgewickelt wird. Zur Bildung des Bandes 10 wird der aus Lagen aufgebaute Stoff- und Elastomer-Bogen an einer Rolle geschlitzt, wobei der Stoff derart angeordnet ist, daß er die Oberfläche der Rolle berührt, um die Trennung der Stofffäden mit minimaler Versetzung zu erreichen. Zudem ist bei dem zweilagigen Band das Ausmaß der Aushärtung im Elastomer, bei Aufbewahrung für eine beträchtliche Zeitperiode, viex leichter zu bestimmen als im dreilagigen Band. Es ist ebenfalls möglich, das zweilagige Band" herzustellen durch Berieseln der Oberfläche des Elastomers mit kurzen Fasern in Zufalls- Art und Weise, um die richtige Stoffdicke zu erhalten, worauf dann diese beiden Lagen zur Erreichung einer zufriedenstellenden Adhäsion zwischen dem Elastomer und den Fasern kalandriert werden.

In Fig. 3 ernennt man, wie das Band 10 auf den Dorn 40 mit schraubenlinLenförmigem Vorschub überlappend aufgewickelt wird.

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Dieses Aufwickelverfahren, durch welches die Elastomerlage 12 gegen den Dorn 40 gewickelt wird, läßt eine äußere Stoffoberfläche 41 am Äußeren des Kerns 42 übrig, wobei natürlich der Polyäthylenbogen 20 vom Band 10 vor dem erwähnten Wickelvorgang abgezogen wird.

Zwar zeigt Fig. 3 die Ausbildung des Kernaufbaus 42 gemäß der Erfindung, wobei aber normalerweise die Ausbildung in einem automatischen Verfahren (vgl. Fig. 6) erfolgt, und zwar unter Verwendung einer Bandwickelvorrichtung 4 3 mit einer MiLLeI-öffnung 44, durch welche der Dorn 40 während der Verdrehung der Wickelvorrichtung transportiert wird. Eine Bandspule 4 5 ist an der Wickelvorrichtung befestigt, um um den Dorn herum sich zu drehen, und wird durch eine einstellbare Gelenkverbindung 46 getragen, die durch Drehspange 47 einstellbar ist; auf diese Weise kann der Winkel der Bandspule derart eingestellt werden, daß das Band 10 in einer gleichförmigen überlappenden Beziehung aufgebracht werden kann, wenn der Dorn 4O in Richtung des Pfeils B vorwärtsgeschoben wird.

Das sich ergebende Gebilde ist am besten in Fig. 4 dargestellt, wo die Überlappung des Bandes 1O am besten zu sehen ist, wenn das Band auf den Dorn 40 zur Bildung des Kerns 42 aufgewickelt ist. Im allgemeinen sind mindestens zwei Lagen aus Stoff in der Kernanordnung in einer Überlappung vorhanden, da das Band vorzugsweise mit einer halben Überlappung beim schraubenlinienförmigen Vorschub längs des Dorns 40 aufgewickelt wird. Wie man aus Fig. 4 erkennt,·liegt das Elastomer direkt an der Oberfläche des Dorns an und infolgedessen kann die dickere Elastomerlage in die spiralförmigen oder schraubenlinienförmigen Säume 4 8 längs der Oberfläche des Dorns dann hineinlaufen, wenn die sich ergebende fertig aufgebaute Schlauchanordnung ausgehärtet oder vulkanisiert wird. In Fig. 4 ist ebenfalls die Lage aus Elastomer-Bindematerial 49 dargestellt, die normalerweise auf die Stoffoberfläche des Schlauchkerns aufgebracht wird, bevor die erste Schicht aus Verstärkung daraufgewickelt wird. Dieses Bin-

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dematerial 49 ist speziell ausgewählt, um bessere Verbindungseigenschaften für die Verstärkungsdrähte oder -seile zu ergeben, die oftmals messingplattiert sind, um eine bessere Verbindung mit dem Elastomerbindematerial sicherzustellen. Alternativ kann dieses Material auf die Oberfläche des Kerns in einem flüssigen Zustand aufgesprüht werden. Das Verbindungsmaterial selbst kann durch Aufwickeln auf den Kern aufgebracht werden, oder es kann auf dem Kern dadurch angeordnet werden, daß man einen Bogen bildet, der entlang der Oberfläche des Kerns nach dessen Ausbildung angeordnet ist, so daß sich ein Längssaum ergibt, der, wenn gewünscht, mit einer Überlappung ausgebildet sein kann.

Zum Erhalt eines Hochdruck-Hydraulikschlauchs hoher Qualität ist es für den schraubenlinienförmigen Saum im schraubenlinienförmig gewickelten Kern erforderlich, die Fläche der Spiralsäume am Dorn 40 derart zu "verstricken", daß sich eine glatte kontinuierliche Schlauchwand ohne Löcher ergibt. Die dickere Elastomerlage erreicht dies dann, wenn die Aushärtung oder Vulkanisierung erfolgt, da sie in diese Spiralnut (Saum) 48 hineinfließen kann und die Wand "verstrickt", um eine glatte kontinuierliche lochfreie Auskleidung vorzusehen, ohne daß die Gesamtwandstärke des geschichteten Bandes sich erhöht.

Ferner hat die so erhaltene Kernanordnung eine Stoffoberfläche, die in der richtigen Weise angeordnet ist, um dem Einschneiden oder Eindringen der Verstärkung besser zu widerstehen, die darauffolgend auf den Sch-lauchkern aufgebracht wird.

Die Bindemateriallage 49 ist insbesondere verhältnismäßig weich, und somit werden die Verstärkungsdrähte beim schraubenlinienförmigen Aufwickeln in einer Seite-an-Seite-Umwicklung auf das Verbindungsmaterial in dieses Verbindungsmaterial in einem wesentlichen Maße eindringen, und zwar bis zur Stoffoberfläche des Kerns während des Aufwickeins der Verstärkungselemente. Diese

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Elemente sind ebenfalls derart gespannt, daß eine gleichförmige konzentrische Verstärkungsschicht erhalten werden kann. Bezüglich des Wickeins der Verstärkungsschicht sei auf Fig. 7 verwiesen, wo die Nabe einer Wickelvorrichtung 50 mit einem Kopf 51 ausgestattet ist, der eine Vielzahl von Radialöffnungen

52 aufweist, durch welche die einadrigen Verstärkungselemente derart eingefädelt werden können, daß dann, wenn die Wickelvorrichtung 5O sich um den Dorn 4O dreht, die Vielzahl der Drähte Seite an Seite in einer Serie von Wicklungen auf der Oberfläche des Verbindungsmaterials aufgebracht wird. Jede dieser Spulen, von der aus Draht zugeführt wird, ist gespannt, um sicherzustellen, daß sämtliche in Fig. 7 gezeigten Verstärkungselemente als einadrige oder ein Element aufweisende Drähte 53 jeweils eine gesonderte und vorbestimmte Spannung besitzen. Dies stellt wiederum eine größere Konzentrizität der ersten Schicht der Verstärkung sicher, wenn diese auf die aufgebaute Kernanordnung 42 aufgebracht wird.

Wie man in Fig. 8 sieht, werden mehrere Verstärkungsschichten gleichzeitig auf den Dorn 40 aufgebracht, während dieser durch eine Vielzahl von üblichen Wickelvorrichtungen 5O transportiert wird. Der auf dem Dorn ausgebildete mit Verbindungsmaterial 49 versehene Kern wird durch die erste Wickelvorrichtung transportiert, wo eine erste konzentrische und zylindrische Schicht 60 aus Verstärkung auf das Verbindungsmaterial 49 aufgewickelt wird, wobei die Versorgungsspulen für die Verstärkungselemente

53 gesondert gespannt sind (die Spannvorrichtungen sind nicht gezeigt). Nachdem die erste Verstärkungsschicht 6O auf den Kernaufbau aufgewickelt ist, wird darüber eine zweite Lage aus Verbindungsmaterial 61 ausgebildet, und die so aufgebaute Anordnung läuft durch die zweite Wickelvorrichtung, die identisch zur ersten ausgebildet ist, sich jedoch in der entgegengesetzten Richtung dreht. Als Ergebnis wird die zweite konzentrische und zylindrische Schicht 63 winkelmäßig bezüglich der ersten Schicht angeordnet sein. Wenn nur zwei Schichten verwendet werdeu so Lien, verläuft die aufgebaute Anordnung sodann durch eine Mantelvorrichtung 62, welche ein Elastomerband auf die Oberfläche der

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letzten Verstärkungsschicht 63, ausgebildet durch die zweite Vorrichtung, aufwickelt. Die aufgebaute Schlauchanordnung 64 kann sodann mit einem Schrumpfband bedeckt und darauffolgend als eine Einheit gehärtet werden, worauf nach diesem Vorgang das Schrumpfband und der Dorn entfernt werden.

Eines der erfindungsgemäßen Merkmale ist in Fig. 5 dargestellt und bezieht sich auf die Aufbringung eines Seils (Kabels) auf die Schlauchanordnungen anstelle der Verwendung einadriger (einfaseriger) Drähte, die üblicherweise verwendet werden.

Da Seile normalerweise durch ein Linearsystem aus Formen zugerichtet und in ein Kabel verseilt werden, sind, wenn das Kabel sodann um einen kleinen Radius gewickelt wird, die Kabelstränge nicht richtig angeordnet (verseilt), um einen gleichen Teil der nach außen gerichteten Radiallast zu übernehmen. Demgemäß ist in einigen Fällen, wenn das Kabel um einen kleinen Radius herumgewickelt ist, die Lastverteilung vollständig unzufriedenstellend, und die durch die Kabelverstärkung zu erreichende theoretische Platzfestigkeit wird nicht erreicht. In Fig. 5 ist allgemein ein spezielles erfindungsgemäßes Wickelverfahren schematisch dargestellt, wobei eine Seilwickelvorrichtung 70 verwendet wird, die eine Vielzahl von gesondert unter Spannung gesetzten einadrigen Versorgungsspulen 71 verwendet. Diese einadrigen Stränge werden von Vorrichtung 70 über eine Führungsform 72 geliefert, die benachbart zur Oberfläche der Kernanordnung angeordnet ist, welche eine öffnung 73 besitzt, durch welche diese Drähte verlaufen. Die Wickelvorrichtung 70 und die Form 72 drehen sich im allgemeinen'um die Außenoberfläche der Schlauchanordnung, und weil sich die Wickelvorrichtung 7O um die Mittelöffnungen verdreht, durch welche die individuellen einadrigen Stränge 74 verlaufen, werden sie in einer verseilten Formation als schraubenlinienförmige Windungen aufgewickelt. Da jede der Drahtversorgungsspulen gesondert unter Spannung gesetzt ist, besitzen die einzelnen Strängt: in dem sich ergebenden Seil, welches auf die Kroisoberflache der Schlauchanordnung aufgebracht wird, im

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wesentlichen die gleiche Spannung, obwohl sie um einen relativ kleinen Radius herum gewickelt werden, und somit nähert sich die Lasttragkapazität des sich ergebenden Seiles seinem theoretischen Wert. Es ist wichtig darauf hinzuweisen, daß die Verseilung oder Verdrillung der das Seil bildenden Draht ο (Adern) vor dem Aufbringen auf die Schlauchanordnung erfolgt, solange die Drähte hinreichend gespannt sind, so daß sie in die richtige Lasttragbeziehung in der schraubenförmigen Wicklung bei deren Ausbildung sich bewegen. Es gibt somit eine geringe relative Axialbewegung der Drähte während des Wickeins der Verstärkung. Darüber hinaus kann die Verdrehung oder Verseilung innerhalb eines Elastomerextrusionskopfes erfolgen, so daß die einzelnen Drähte mit nicht ausgehärtetem Elastomer überzogen werden. Diese Anordnung ist schematisch dargestellt, und unter Bezugnahme auf die Fig. 7 und 8 kann das Verfahren zum Aufbringen des Seils ohne weiteres im Zusammenhang mit der obigen Beschreibung verstanden werden.

Im allgemeinen sind die zur Herstellung von verstärkten Schläuchen verwendeten Drahtverstärkungselemente relativ steifer messingplattierter, eine hohe Festigkeit aufweisender Draht mit Durchmessern im Bereich von 0,005 bis 0,030 Zoll. Wenn die Seilverstärkung verwendet wird, so besteht das Kabel lediglich aus Drähten dieser Art, die in den Seilaufbau verseilt werden.

Wenn die Verstärkungsschichten gewickelt werden, so führt, allgemein gesprochen, der Wickelkopf oder die Form 51 eine Vielzahl von steifen elastischen Verstärkungselementen auf die Oberfläche des Kerns derart, daß sie in einer Seite-an-Seite-Parallelbeziehung angeordnet sind, wobei der Winkel durch die Drehgeschwindigkeit der Wickelvorrichtung und die Axialvorschubgeschwindigkeit des Dorns durch die Öffnung der Wickelvorrichtung bestimmt ist. Im allgemeinen ist es zweckmäßig, daß der Umschlingungswinkel bezüglich der Längsachse des Dorns in der Nähe von 54° 44 Minuten gehalten wird, was der mathematisch-theoretisch zweck-

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mäßige Winkel für die Drahtverstärkung unter Verwendung von zwei derart igen Schichten ist.

Zum Erhalt eines Schlauchs hoher Qualität wird normalerweise die Geschwindigkeit oder Drehzahl der Wickelvorrichtung und die Geschwindigkeit; des Axialvorschubs in engen Grenzen gesteuert, um einen Winkel von annähernd 54 44 Minuten bezüglich der Gehlnuchachse zu erhalten. Ferner wird durch die Verwendung eines weichen Verbindungsmaterials und der Stoffoberfläche auf dem Kernaufbau, ausgebildet gemäß der Erfindung, der Durchmesser der zylindrischen Wickeloberfläche genauer aufrechterhalten, wodurch sich eine größere Präzision bei der Kontrolle des Winkels der Verstärkung ergibt, die auf den Kernaufbau aufgebracht wird und auch den darauffolgenden Schichten.

Wenn ein Kernaufbau der hier beschriebenen Art. verwindet wird und der theoretische Winkel eng angenähert wird, wenn die¹ Vorstärkungselemente aufgebracht werden, so besitzt im allgemeinen die sich ergebende Schlauchanordnung kaum ein Problem hinsichtlich des "Vordrillens", d.h. einer Schlauchbewegung, die bei Druckänderungen innerhalb des Schlauches auftritt. Ein solcher Vorgang tritt dann auf, wenn ein Hochdruck-Hydraulikschlauch unter Druck gesetzt wird, da Veränderungen in den Verstärkungsschichten sich zur Neutralisierung der Kräfte bewegen, und wenn liies auftritt-, wird im Schlauch eine Bewegung hervorgerufen. Kino derartige Bewegung der Verstärkungsschichten bei hofieren Drücken ist unerwünscht, da dies eine Scherwirkung zur Folge haben kann, welche Löcher in dem Schlauchaufbau hervorrufen kann, was v.n Leckst'ellen führt.

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Claims

Patentansprüche

Π\Λ Drahtverstärkter Schlauch, gekennzeichnet durch

einen zylindrischen Kern (42) aus einem Schichtaufbau (10) mit einer Stoffoberflächenlage (11) und einer Elastomerobcrflächenlage (12), gebildet durch die Anordnung der Elastomerlage auf einem zylindrischen Dorn (4O) und Herumwicklung der Schichtanordnung (1O) derart, daß mindestens zwei konzentrische Schichten aus Stoff in dem zylindrischen Kern vorhanden sind, wobei letzterer eine äußere Stoffoberfläche besitzt, eine Lage aus Bindematerial (49) an der äußeren Stoffoberfläche,

eine erste zylindrische Schicht (60) aus einer Vielzahl von nicht ausdehnbaren Verstärkungselementen (53) gewickelt auf die äußere Stoffoberfläche des Kerns mit einer hinreichenden Spannung an jedem dieser Elemente, um die Bindemateriallage (49) in einer Reihe von Seite an Seite angeordneten schraubenlinienförmigen Windungen zu durchdringen, um die erwähnte erste zylindrische Verstärkungsschicht (60) zu bilden, und zwar mit einer Wandstärke gleich dem durchschnittlichen Querschnitt jedes der Elemente (53),

eine zweite zylindrische Schicht (63) aus nicht ausdehnbaren Verstärkungselementen (53), gewickelt auf die erste zylindrische Verstärkungnschicht (60) in einer Reihe von schraubeniinienförmigen Windungen zur Bildung der zweiten zylindrischen Verstärkungsschicht (63) mit einer Wandstärke gleich dem durchschnittlichen Querschnitt jedes der Elemente (53), wobei erste und zweite zylindrische Schichten (60,63) derart gewickelt sind, daß Serien von schraubenlinienförmxgen Windungen in ihren entsprechenden Schichten winkelmäßig bezüglich einander angeordnet sind, und ein zylindrischer Elastomermantel, der den sich ergebenden verstärkten Kern umgibt, wobei Mantel und verstärkter Kern als einstückige Einheit vulkanisiert werden.

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2. Schlauch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoffoberflächenlage mit einem offene Maschen aufweisenden Stoff gebildet ist.

3. Schlauch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoffoberfläche (11) aus einer Vielzahl von zufällig angeordneten kurzen Stoff-Fasern gebildet ist, die auf der Elastomerlage (12) des Schichtkörpers (10) angeordnet sind.

4. Schlauch nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoffoberflächenlage (11) des Schichtkörpers eine Stärke von 0,006 Zoll bis 0,020 Zoll aufweist, und daß die Elastomerlage (12) eine Dicke von 0,015 Zoll bis O,050 Zoll besitzt.

5. Schlauch nacn Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Bindematerial (49) eine Stärke von 0,005 Zoll bis O,020 Zoll und eine zweite Lage des Bindematerials (61) zwischen den zylindrischen Verstärkungsschichten (60, 63) aufweist .

6. Schlauch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungselemente aus den mehreren Verstärkungsschichten (60, 63) aus Mehrfachdrahtsträngen (74) bestehen, die beim Aufwickeln der Elemente in ein Kabel verseilt werden, wobei jeder der Stränge mit einer unabhängigen Spannung aufgebracht wird, wodurch He Stränge innerhalb des die kreisförmige Verstärkungsschicht (6.O, 63) bildenden Seils derart orientiert und angeordnet sind, daß die Radialbelastungen am Schlauch gleichmäßig aufgeteilt sind.

7. Schlauch nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrfachdrahtstränge (74) jedes Kabels einen Einzeldurchmesser von O,OO5 Zoll bis 0,015 Zoll besitzen.

8. Schlauch nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß

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Elastomer um mehrere Stränge (74) jedes Seils herumgespritzt wird, um eine Elastomerisolierung zwischen den Strängen vorzusehen..

9. Schlauch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Verstärkungsschichten in dem verstärkten Kernaufbau vorhanden sind, wobei abwechselnde Schichten die gleiche spiralförmige Umschlingung besitzen.

10. Schlauch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Kern (42)die Beschichtung (das Laminat) in spiralförmiger Überlappung aufgewickelt aufweist, um mindestens zwei konzentrische Stofflagen zu bilden, wobei der sich ergebende Kern eine äußere Stoffoberfläche aufweist.

11. Schlauch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel der spiralförmigen Umschlingung in jeder der Verstärkungsschichten annähernd 54° 44 Minuten beträgt.

12. Seilverstärkter Schlauch, insbesondere nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch einen zylindrischen hohlen Kern (42) mit einem darin angeordneten Stoff (11) zur Erhöhung von dessen Härte, einer ersten zylindrischen Vorstärkungsschicht (6O) aus einer Vielzahl von nicht ausdehnbaren Seilelementen, die auf den Kern in einer Reihe von Seite an Seite angeordneten Spiralwicklungen aufgewickelt sind, um die erste zylindrische Schicht (60) zu bilden, mit einer Wandstärke annähernd gleich dem Durchmesser jedes der Seile, wobei die Seile eiVie Vielzahl von Drahtsträngen (74) aufweisen, die gesondert unter Spannung gesetzt werden, wenn jedes Seilelement auf den Kern aufgewickelt wird, wodurch jeder Strang und jedes Seilelement in seiner Schicht derart angeordnet und orientiert ist, daß es besser der darauf ausgeübten Radialbelastung widersteht, und wobei schließlich eine zweite zylindrische Verstärkungsschicht (63) vorgesehen ist, die aus einer Vielzahl von nicht ausdehnbaren Seilelementen (74) besteht, die auf die erste zylindrische Verstärkungsschicht (6O)

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aufgewickelt sind, und zwar in einer Reihe von Seite an Seite angeordneten spiralförmigen (schraubenlinienförmigen) Windungen zur Bildung der zweiten zylindrischen Schicht mit einer Wandstärke annähernd gleich dem Durchmesser jedes der Seile mit einer Vielzahl von Drahtsträngen, die gesondert gespannt werden, wenn jedes Seil (Kabel) gewickelt wird, wodurch jeder Strang in jedem Kabel derart angeordnet und orientiert in seiner Schicht sich befindet, daß einer darauf ausgeübten Radialbelastung besser Widerstand entgegengesetzt wird, und wobei die Spiralwicklung auf der zweiten zylindrischen Verstärkungsschicht (63) winkelmäßig angeordnet ist bezüglich der Spiralwicklungen in der ersten zylindrischen Verstärkungsschicht (60), und wobei schließlich ein zylindrischer äußerer Elastomermantel· den sich ergebenden drahtseilverstärkten Kern umgibt und der Elastomermantel und der mit Drahtseil verstärkte Kern als einstückige Einheit vulkanisiert werden.

13. Scnlauch nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (42) mit einer Schichtung (Laminat) ausgebildet ist, die Lagen aus Elastomer (12) und Stoff (11) darin aufweist.

14. Schlauch nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Laminat zur Bildung eines Kerns mit mindestens zwei konzentrischen Lagen aus Stoff (11) in der Wand des Kerns (42) gewickelt ist.

15. Schlauch nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Drahtstränge (74), die die Seile bilden, einfädige Stahldrähte¹ sind mit einem Durchmesser von 0,005 Zoll bis 0,015 Zoll.

16. Verfahren zur Herstellung eines drahtverstärkten Schlauchs, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Ausbildung einer Schichtung (Laminat) mit einer Stofflage (11) und oiner Elastomerlage (12) an den Außenoberflächen des Laminats; Herumwicklung des Laminats auf einen Dorn (60) mit der Elastomer-

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schicht daran zur Bildung eines hohlen zylindrischen Kerns (42) mit einer äußeren Stoffoberfläche (11); Bedeckung der äußeren Stoffoberfläche des sich ergebenden Kerns mit einer Lage aus verbindendem Elastomer (49) mit kompatiblen Verbindungseigenschaften mit der Drahtverstärkung; unter Spannung erfolgende Aufwicklung auf das verbindende Elastomer von einer Vielzahl nicht ausdehnbaren Verstärkungselementen (53) Seite an Seite in schraubenlinienförmigen Windungen zur Bildung einer ersten zylindrischen Verstärkungsschicht (6O) mit einer Schichtstärke gleich dem Durchmesser der Verstärkungselemente (53); unter Spannung erfolgende Aufwicklung auf die erste zylindrische Verstärkungsschicht von einer Vielzahl von nicht ausdehnbaren Verstärkungselementen (53) in Seite an Seite angeordneten schraubenlinienförmigen Windungen mit einer winkelmäßigen Kreuzung bezüglich der schraubenlinienförmigen Windungen der ersten Schicht zur Bildung einer zweiten zylindrischen Verstärkungsschicht (63); Umgebung des sich ergebenden verstärkten Kerngebildes mit Elastomer zur Bildung eines äußeren Mantels des Schlauchs; und Vulkanisierung der Elastomere und der Verstärkungselemente (53) und des Kerns als einstückige Einheit.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauen mit einem Schrumpfband umwickelt wird, bevor der Vulkanisierschritt erfolgt, wodurch die Elastomere während des Vulkanisierens verdichtet werden.

18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, diß das Verfahren den zusätzlichen Schritt der Hinzufügung von Verbindungselastomer (61) auf der ersten zylindrischen Verstärkungsschicht vorsieht, und zwar bevor die zweite zylindrische Verstärkungsschicht (63) darauf ausgebildet wird.

19. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungseiemente (53) in ihren entsprechendfMi Schichten mit einem Winkel von annähernd 54° 44 Hinuten bezüglich der Längsachse des Schlauchs gewickelt werden.

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• 6.

2Ο. Verfahren nach Anspruch J6, dadurch gekennzeichnet, daß die VerstärkungseLemente einadrige Stahldrähte sind, die einen Durchmesser von O,OO5 Zoll bis 0,030 Zoll besitzen.

21. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtung (10) durch Kalandern einer Stofflage (11) auf einer Elastomerlage (12) gebildet wird, wobei die Stofflage eine Stärke von 0,06 Zoll bis 0,20 Zoll besitzt und die Elastomer lage eine Stärke von 0,015 Zoll bis 0,050 Zoll aufweist.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Stofflage (11) dadurch hergestellt wird, daß man kurze zufällig orientierte Fasern auf die Oberfläche der Elastomerlage (12) aufkalandriert.

23. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufwickeln des Laminats auf den Dorn (40) erreicht wird durch Aufwickeln eines Bandes, gebildet aus dem Laminat (10) in einer spiralförmigen überlappenden Beziehung, um mindestens zwei konzentrische Stofflagen (11) in der Wand der hohlen Kernausbildung (42) zu erhalten.

24. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstarkungseiemente (53) ein Seil sind, wobei jedes Seil aus Mehrfachsträngen (74) von Draht besteht, wobei jeder der Drahtstränge gesondert unter Spannung gesetzt wird, wenn das Seil auf das Kerncjebilde (42) gewickelt wird, wobei das Seil während des Wickelverfahrens hergestellt wird, und wobei dadurch die einzelnen Stränge (74) in jedem Seilelement in ihrer Verstärkungsschicht (60, 63) in einer Position angeordnet werden, um auswärts gerichteten Radialbelastungen im Schlauch besser entgegenzuwirken.

25. Verfahren zur Bildung eines seilverstärkten Schlauchs, gekennzeichnet durch: Ausbildung eines hohlen Elastomerkerns (42) auf einem Dorn (40); Wicklung einer Vielzahl von Seil-

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Verstärkungselementen (53) auf den Elastomerkern in Seite an Seite angeordneten schraubenlinienförmigen Windungen zur Bildung einer ersten zylindrischen Verstärkungsschicht (6O), wobei jedes der Seilelemente aus mehreren Strängen (74) aus Draht besteht, und wobei jeder Strang (74) gesondert gespannt wird, wenn das Seilelement auf dem Kernaufbau aufgewickelt wird; Aufwickeln einer Vielzahl von Seilverstärkungselementen auf die erste zylindrische Verstärkungsschicht (60) in Seite an Seite angeordneten schraubenlinienförmigen Windungen zur Bildung einer zweiten zylindrischen Verstärkungsschicht (63), wobei die schraubenlinienförmigen Windungen der zweiten Verstärkungsschicht (63) winkelmäßig diejenigen der ersten Verstärkungsschicht (60) kreuzen, und wobei jedes der Seilelemente der zweiten Verstärkungsschicht aus Mehrfachsträngen aus Draht besteht, und wobei jeder Strang (74) gesondert beim Wickeln des Seilelements gespannt wird; Umgebung der aufgebauten seilverstärkten Schlauchanordnung mit einem Elastomermantel zur Bildung der äußeren Bedeckung; und darauffolgendes Vulkanisieren des Kerns, der Verstärkungselemente und des Elastomermantels in eine integrale Einheit zur Bildung eines seilverstärkten Schlauches.

26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet,

daß ein Verbindungselastomer (49) verwendet wird, um den Elastomerkern abzudecken, bevor die erste zylindrische Verstärkungsschicht (60) daraufgewickelt wird, und wobei eine Lage aus Verbindungselastomer (61) über der ersten zylindrischen Verstärkungsschicht (60) angebracht ist, und zwar bevor die zweite Verstärkungsschicht (63) daraufgewickelt wird.

27. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Seilverstärkungselemente (53) unter einem Winkel von annähernd 54 44 Minuten bezüglich der Schlauchachse sowohl in den ersten als auch in den zweiten zylindrischen Verstärkungsschichten (60, 63) aufgewickelt werden.

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