DE2834136A1

DE2834136A1 - Biegsame dehnungsverbindung

Info

Publication number: DE2834136A1
Application number: DE19782834136
Authority: DE
Inventors: Piero Chiovato
Original assignee: Pirelli SpA
Current assignee: Pirelli and C SpA
Priority date: 1977-08-30
Filing date: 1978-08-03
Publication date: 1979-03-15
Also published as: AU3886078A; FR2402150A1; IT1114411B; FR2402150B1; GB1594756A; DE2834136C2

Description

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DR. E. WIEGAND DIPL-I.MS. W. NIEMANN £ΌΟΗ\

DR. M. KÖHLER DIPL-ING. C. GERNHARDT Mönchen // Hamburg

TELEFON:555476 8000 M D N C H E N 2,

TELEGRAMME: KARPATENT MATH I LDENSTRASSE 12

TELEX: 529 068 KARP D

2. August 1978 W. 4-3 194/78 12/Ld

Industrie Pirelli S„p.A. ' Mailand (Italien)

Biegsame Dehnungsverbindung

Die Erfindung bezieht sich auf biegsame Dehnungsverbindungen und insbesondere auf biegsame Dehnungsverbindungen für nicht biegsame Eohre, beispielsweise für Metallrohre irgendeines Durchmessers.

Es sind biegsame Dehnungsverbindungen für nicht biegsame Rohre bekannt, die einen Körper aus elastomerem Material aufweisen, der eine radial nach außen gewandte Wellung, zwei zylindrische Teile, die mit Bezug auf die Wellung symmetrisch angeordnet sind, und zwei Endteile besitzt, die radial nach außen frei vorragen und von denen je einer an jedem Ende des Körpers aus elastomerem Material angeordnet ist und zwischen einem Plansch des anzuschließenden nicht biegsamen Rohres und einem Gegenflansch eingeklemmt x^erden kann» In dem

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Körper aus elastomerem Material sind Verstärkungsgebilde verschiedener Arten angeordnet.

Diese Verstärkungsgebilde, die in den bekannten biegsamen Dehnungsverbindungen für nicht biegsame Rohre enthalten sind, bestehen, abgesehen davon, daß sie eine oder mehrere Schnurstofflagen aufweisen, deren Schnüre Metallschnüre oder Textilschnüre sind, aus einer weiteren Verstärkung, die in jedem zylindrischen Teil oder auf der Außenseite des zylindrischen Teiles angeordnet ist. Diese Verstärkung war zuerst aus einem Stahldraht gebildet, der schraubenlinienförmig rund um den zylindrischen Teil gewickelt und in diesen eingebettet wurde. Die Erhöhung der Arbeitsdrücke in den Rohren, in Verbindung mit denen die Dehnungsverbindungen verwendet werden, und die Ermüdungsbeanspruchungen zufolge von Druckänderungen bewirken jedoch ein Öffnen der Stahldrahtwendel in den Dehnungsverbindungen, die mit Verstärkungen dieser Art versehen sind, woraus sich ein Versagen der .Kautschuk-Metall-Verbindung ergab, was bereits nach einer kurzen Zeitdauer zu einem Brechen der Dehnungsverbindung führte.

Eine Verbesserung wurde dadurch erhalten, daß in den zylindrischen Teil an Stelle eines schraubenlinienförmig um den zylindrischen Teil gewickelten Stahldrahtes geschlossene Metallringe kreisförmigen Querschnitts eingesetzt wurden. Mit solchen Ringen ergab sich kein ,öffnen, der Verbindungen, jedoch ergab es sich als !Folge der wiederholten Beanspruchungen als Ergebnis von Druckänderungen in den Rohren, daß die Ringe von dem zylindrischen Teil in Richtung gegen die beiden Endteile an den Enden der Dehnungsverbindung wanderten, woraus sich ein Brechen der Dehnungsverbindung ergab.

TJm das Problem des Wandern der Ringe zu beseitigen, wurden

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Versuche gemacht, die geschlossenen Metallringe kreisförmigen Querschnitts durch geschlossene Metallringe rechteckigen Querschnitts zu ersetzen und zwischen einem Ring und dem nächsten Ring sehr harte Kautschukeinsätze anzuordnen. Jedoch wurden auch mit dieser Lösung die gewünschten Ergebnisse nicht erhalten, da durch sie das Wandern der Ringe in Richtung gegen die Endteile der Dehnungsverbindung nicht verhindert werden konnte. Weiterhin hatte diese Lösung für die Ringe einen Kachteil, die zufolge der Herstellungsarbeitsvorgänge, denen sie unterworfen werden mußten, nicht aus sehr,widerstandsfähigem Material gebildet werden konnten* Demgemäß konnten solche Dehnungsverbindungen nicht sehr hohen Arbeitsdrücken unterworfen werden»

Schließlich wurden Versuche unternommen, den zylindrischen Teil mit einem rohrförmigen Metallgebilde zu umgeben, und zxfar außerhalb des aus elastomerem Material gebildeten Körpers der Dehnungsverbindung, ifobei dieses rohrförmige Metallgebilde mit dem Gegenflansch verbunden wurdeο Bei dieser Lösung ist jedoch keine Abstützung für den zylindrischen Teil geschaffen, wenn das Rohr unter Unterdruck steht» Weiterhin schafft dieses Gebilde, da es frei vorragend angeschlossen ist, keine große Abstützung, wenn die Rohre sich unter hohen Drücken befinden, da die nicht angeschlossenen Enden verformt werden können.

Ein Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, die oben erläuterten Nachteile bekannter biegsamer Dehnungsverbindungen zu überwinden, und insbesondere eine biegsame Dehnungsverbindung zu schaffen, die den starken Beanspruchungen widersteht, welche sich aus wiederholten Druckänderungen, die von beträchtlicher Größe sein können, und aus dem Arbeiten unter Unterdruck ergeben« Bei Erreichung dieses Zweckes hat eine Dehnungsverbindung gemäß der Erfindung längere Lebensdauer

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im Vergleich zu bekannten Dehnungsverbindungen unter gleichen Betriebsbedingungen. Weiterhin bietet eine Dehnungsver-bindung gemäß der Erfindung keine konstruktiven Probleme.

Gegenstand der Erfindung ist demgemäß eine biegsame Dehnungsverbindung für die Verbindung von nicht biegsamen Rohren, mit einem im wesentlichen schlauchförmigen Körper aus elastomerem Material, der ein Verstärkungsgebilde enthält und der eine radial nach außen gewandte Wellung besitzt. Zwei zylindrische Teile sind zur Wellung symmetrisch angeordnet, und zwei Endteile ragen frei radial nach außen vor, und ein Endteil ist an jedem Ende des Körpers angeordnet und kann zwischen einem Flansch eines anzuschließenden Rohres und einem Gegenflansch eingeklemmt werden, um eine arbeitsmitteldichte, beispielsweise wasserdichte Verbindung zu schaffen. Gemäß der Erfindung ist eine solche Dehnungsverbindung dadurch gekennzeichnet, daß in jedem zylindrischen Teil des im wesentlichen schlauchförmigen Körpers das darin eingebettete Verstärkungsgebilde eine starre Hülse aufweist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

Figur 1 ist eine Halbquerschnittsansicht einer Dehnungsverbindung gemäß der Erfindung, mittels welcher zwei nicht biegsame Rohre verbunden sind, wobei die Schnittebene durch die Achse der Verbindung verläuft.

Figur 2 ist eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Teilansicht einer konstruktiven Besonderheit einer Verbindung gemäß der Erfindung.

Eine Dehnungsverbindung gemäß der Erfindung zum Verbinden von nicht biegsamen Rohren gehört zu der Art von Verbindun-

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gen, die einen Körper aus elastomerem Material aufweist, in welchem ein Verstärkungsgebilde angeordnet ist„ Genauer gesagt umfaßt eine Dehnungsverbindung gemäß der Erfindung einen im wesentlichen schlauchförmigen oder rohrförmigen Körper (nachstehend der Einfachheit halber als schlauchförmig bezeichnet), der eine radial nach außen gewandte Wellung, zwei symmetrisch zur Wellung angeordnete zylindrische Teile und zwei Endteile aufweist, die frei nach außen vorragen. Eine wesentliche Eigenschaft einer Verbindung gemäß der Erfindung besteht darin, daß sie in jedem zylindrischen Teil als einen Bauteil des Verstärkungsgebildes eine starre Hülse aufweist«. In Figo 1 ist eine Dehnungsverbindung gemäß der Erfindung dargestellte

Wie aus Fig» 1 ersichtlich, ist eine Dehnungsverbindung gemäß der Erfindung aus einem im xfesentlichen schlauchförmigen Körper 1 aus elastomerem Material gebildet, der mit nicht biegsamen Rohren 2 und 3 verbunden ist« Dieser Körper 1 aus elastomerem Material ist aus zwei zylindrischen Teilen 5, die zu der Wellung 4- symmetrisch angeordnet sind, und aus zxirei Endteilen 6 gebildet, die radial nach außen frei vorragen. Jeder Endteil 6 ist zx-jischen einem Flansch 7 des betreffenden anzuschließenden Rohres 2 bzw«, 3 und einem Gegenflansch 8 eingeklemmt,, Der Klemmdruck ist durch eine Seihe von Bolzen 9 und Muttern 10 geschaffen, die auf einem Umfang in entsprechenden Löchern 11 angeordnet sind, die sowohl in dem Rohrflansch 7 als-auch in dem Gegenflansch 8 ■und in dem betreffenden Endteil 6 gebildet sinäo

Der Körper 1 aus elastomerem Material umfaßt gemäß Fig_o 1 von innen nach außen eine Lage oder Schicht aus elastomerem Material 12, wenigstens zwei Lagen 13 aus verkautschuktem Schnurstoff, die sich von einem Endteil 6 der Dehnungsver= bindung kontinuierlich zu dem anderen Endteil 6 erstrecken»,

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Der verkautschukte Schnurstoff kann Metallschnüre oder Textilschnüre enthalten. Beispiele für Textilschnüre sind Polyamidschnüre (beispielsweise "ΝΥΙιΟΝ-66" oder · "KEVLAE" , welches ein aromatisches Polyamid von DU PONT ist). Die Schnüre jeder Lage 13 aus verkautschuktem Schnurstoff kreuzen die Schnüre der benachbarten Lagen, und sie bilden mit einer Erzeugenden des zylindrischen Teiles 5 gleiche Winkel. Vorzugsweise betragen die Winkel etwa 15 · Eine Spirale bzw* ein schraubenlinienförmiges Gebilde 14, welches wenigstens eine Windung aus biegsamem und undehnbaren Band aufweist, ist in jeden zylindrischen Teil 5 derart eingesetzt, daß es eine im wesentlichen starre Hülse bildet, die sich über die gesamte Länge des zylindrischen Teiles 5 erstreckt. Rund um die Spirale oder Wendel 14 befinden sich bekannte und nicht dargestellte Mittel, welche wenigstens die beiden radial äußersten Windungen der Spirale oder Wendel 14 in gegenseitiger Berührung halten. Diese Mittel können beispielsweise eine Schweißung, einen Draht, der ein oder mehrere Male um die Spirale oder Wendel 14 gewickelt ist, oder auch einen Streifen aus verkautschuktem Schnurstoff aufweisen, der entweder um die Spirale oder Wendel 14 gewickelt oder über der überragenden oder überstehenden Zone der beiden radial äußersten Windungen angeordnet ist. Der Spirale oder Wendel 14 sind weiterhin später beschriebene Mittel zugeordnet, die jede relative Axialbewegung zwischen den Windungen der Spirale oder Wendel 14 verhindern. Schließlich sind wenigstens zwei andere Lagen 15 aus verkautschuktem Schnurstoff, die wie die vorhergehenden Lagen angeordnet sind, und eine Abdecklage oder Abdeckschicht 16 aus elastomerem Material vorhanden.

Eine ins einzelne gehende Beschreibung der Ausführung des zylindrischen Teiles 5 erfolgt in Verbindung mit der in vergrößertem Maßstab gehaltenen Darstellung der Fig. 2.

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In dieser Figur ist neben den verschiedenen Schichten aus elastomerem Material und den Lagen aus verkautschuktem Schnurstoff gemäß vorstehender Beschreibung die Spirale 14 aus einem Band aus biegsamem und undehnbaren Material dargestellt. Die Bandspirale ist beispielsweise aus drei Windungen 14a, 14b und 14c gebildet, die rund um die radial innere Ausführung des zylindrischen Teiles 5 gewickelt sind, d.h. über die beiden Lagen 13 aus verkautschuktem Schnurstoff. Jede Windung 14a, 14b, 14c befindet sich in enger Berührung mit der nächsten Windung. Das Bandmaterial der Windung kann beispielsweise ein kontinuierliches Metallband oder ein kontinuierliches Kunststoffband sein. Die Auswahl des Metallmaterials erfolgt auf der Basis der Beanspruchungen, die an die Dehnungsverbindung angelegt werden, d.h. praktisch auf der Basis der Betriebsdrücke und, noch wichtiger, auf der Basis der Änderungen der Drücke während des Betriebes= Beispielsweise kann für hohe Beanspruchungen während des Betriebes und bei großen Druckänderungen für das Band eine getemperte Stahllegierung ver-

o wendet werden mit einer Bruchlast von höher als 140 kg/cm , wobei eine Wanddicke von 0,5 bis 0,8 mm verwendet werden kann -

Für geringere Beanspruchungen kann beispielsweise ein Band aus Kunststoffmaterial genügen. Es ist nicht erforderlich, obi'/ohl es bevorzugt wird, eine Kautschuk-Metall-Verbindung bzw. eine Kunststoff-Kautschuk-Verbindung zwischen dem Band, welches die Spirale 14 bildet, und dem elastomeren Material zu bilden, welches die Spirale 14 umgibt, da die Reibung, die zwischen den sich berührenden Windungen der Spirale 14 hervorgerufen wird, ausreichend ist, um ein Aufwickeln der Windungen bzw. der Spirale 14 zu verhindern» Um diese Reibung aufrechtzuerhalten, sind die Mittel ausreichend, die

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zuvor im Hinblick darauf beschrieben wurden, die Berührung der Windungen miteinander aufrechtzuerhalten, und zwar wenigstens die Berührung zwischen den beiden radial äußersten Windungen der Spirale 14.

In Fig. 2 ist eine besondere Ausführungsform der rund um die Spirale 14 angeordneten Mittel dargestellt, um zu verhindern, daß die Windungen 14a, 14b und 14c der Spirale 14 sich relativ zueinander axial verschieben. Diese Mittel bestehen aus einer Wicklung aus verkautschuktem Schnurstoff 17? bei welchem die Schnüre parallel zur Achse des zylindrischen Teiles 5 angeordnet sind. Die Schnüre des Schnurstoffs 17 sind vorzugsweise Metallschnüre, da diese einen größeren Widerstand gegen Scherbeanspruchungen oder Schneidbeanspruchungen haben, denen sie durch die Windungen der Spirale 14 unterworfen werden. Weiterhin haben die Schnüre des verkautsch.ukten Schnurstoffes 17 die Punktion, zwischen sich die radial äußersten Windungen der Spirale 14 festzulegen.

Eine andere nicht dargestellte Ausführungsform der Mittel zum Verhindern jeder relativen axialen Verschiebung zwischen den Windungen umfaßt einen aus thermoplastischem Material gebildeten Streifen, der etwas größer als das Metallband ist und der zwischen den einzelnen aus dem kontinuierlichen Metallband gebildeten Windungen derart eingesetzt wird, daß während des Vulkanisieren der überflüssige Teil des Streifens aus thermoplastischem Material zufolge Schmelzens die Windungen des Metallbandes, weiches die Spirale 14 bildet, umhüllen und aneinander befestigt halten kann. Das Einsetzen eines solchen thermoplastischen Streifens lediglich zwischen den radial äußersten Windungen der Spirale 14 aus dem Metallband stellt ein· anderes Beispiel eines Mittels dar, welches in der Lage ist, wenigstens die beiden radial äußersten Windungen in gegenseitiger Berührung zu halten»

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Die Arbeitsweise der biegsamen Dehnungsverbindung gemäß der Erfindung ist wie folgt:

Die Beanspruchungen, die sich aus hohen Betriebsdrücken und insbesondere aus den Druckänderungen innerhalb der Rohre ergeben, können in ihre radialen und axialen Komponenten zerlegt werden. Rein radiale Beanspruchungen sind solche, die an die Innenseite der zylindrischen Teile 5 angelegt werden,, Diesen Beanspruchungen wird durch die Spirale 14 sehr gut widerstanden, die einen praktisch gleichen Widerstand wie eine starre Hülse mit geringfügig kleinerer Dicke schafft. Die Beanspruchungen in der Wellung 4 können in radial xtfirkende und in axial wirkende Beanspruchungen zerlegt werden. Die radiale Komponente dieser Beanspruchungen ist mäßig, und ihr x-fird durch den Körper der Wellung 4 widerstanden. Die axialen Beanspruchungen sind andererseits solche, die bisher die größten Probleme bei den bekannten biegsamen Dehnungsverbindungen hervorgerufen haben, da sie, insbesondere wenn sie wiederholt auftreten, ein Wandern des Verstärkungsgebildes, d.h« der Ringe, von dem zylindrischen Teil zu dem Endteil bewirken«, Bei einer Dehnungsverbindung gemäß der Erfindung x^erden zufolge des Vorhandenseins der starren Hülse 14 diese Beanspruchungen direkt auf die Flansche 7 übertragen, von wo sie dann auf die nicht biegsamen Rohre übertragen werden, die mittels der Dehnungsverbindung miteinander verbunden sind» Es ist die besondere Ausführung der starren Hülse, die durch die Bandspirale 14 gebildet ist, die in ihrer Gesamtheit die gleichen Eigenschaften einer starren Hülse mit etwas kleinerer Dicke als die wirksame Dicke der Spirale hat, die es, wenn die Hülse 14 Knickbelastungen oder Auswölbebelastungen aus den axialen Beanspruchungen unterworfen wird, der Ausführung gemäß der Erfindung ermöglicht, diesen Beanspruchungen angemessen zu widerstehen, da unter Berücksichtigung des gleichen Widerstandes die durch die

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Spirale 14 gebildete starre Hülse größere Dicke hat.

Dies kann in ähnlicher Weise auch für die Beanspruchungen gesagt werden, die sich ergeben, wenn die Rohre und demgemäß die Dehnungsverbindung unter Unterdruck stehen. In diesem Pail ist der Widerstand der Dehnungsverbindung gegen die in Eichtung gegen die Achse der Verbindung gerichteten radialen Beanspruchungen, die das Bestreben haben, die Wellung und die benachbarten zylindrischen Teile in Eichtung zur Innenseite der Verbindung zusammenfallen. zu lassen, erhöht, da die zylindrischen Teile der Dehnungsverbindung sehr starr sind.

Eine biegsame Dehnungsverbindung gemäß der Erfindung, wie sie zuvor beschrieben worden ist, ermöglicht es, die einleitend genannten Zwecke zu erreichen. Tatsächlich ergibt sich für eine Dehnungsverbindung gemäß der Erfindung dadurch, daß sie in der Lage ist, die axialen Beanspruchungen auf die nicht biegsamen Rohre, die durch eine Dehnungsverbindung miteinander verbunden sind, in der oben beschriebenen Weise zu übertragen, d.h. eine Knicklast oder Auswölbelast zu übertragen, die entlang des TJmfanges der durch die Spirale 14 gebildeten Hülse gleichmäßig verteilt ist, eine längere Lebensdauer für die Dehnungsverbindung, da die Verstärkungsgebilde der Dehnungsverbindung weniger beansprucht sind. Außerdem wurde durch Prüftests mit Dehnungsverbindungen gemäß der Erfindung festgestellt, daß eine Dehnungsverbindung gemäß der Erfindung wiederholten Druckänderungen - auch großer Werte - bei hohen Nennbetriebsdrücken widerstehen kann und weiterhin in noch wirksamerer Weise als die bekannten Dehnungsverbindungen Betriebsbedingungen widerstehen kann, bei denen die herrschenden Drücke im Inneren der Rohre beträchtlich niedriger als die Drücke auf der Außenseite der Rohre sind.

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Schließlich ermöglicht die besondere Ausführung einer Dehnungsverbindung gemäß der Erfindung leichte und "bequeme Herstellung.

Die Schnurstofflagen 15 entsprechen den Schnurstofflagen insoweit, als auch bei ihnen die Schnüre der einen Lage die Schnüre der jeweils anderen Lage derart kreuzen, daß mit Bezug auf eine Erzeugende des zylindrischen Teiles 5 die Schnüre gleiche Winkel bilden.

Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen möglich.

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Claims

Patentansprüche

1. Biegsame Dehnungsverbindung für nicht biegsame Rohre, mit einem im wesentlichen schlauchförmigenoder rohrförmigen Körper aus ein Verstärkungsgebilde enthaltendem elastomeren Material, wobei der. Körper eine radial nach außen gewandte Wellung, zwei symmetrisch zur VeI-lung angeordnete zylindrische Teile und zwei Endteile aufweist, die radial nach außen frei vorragen und von denen je einer an jedem Ende des Körpers angeordnet ist und zwischen zwei Flanschen eingeklemmt werden kann, um eine arbeitsmitteldichte Verbindung der anzuschließenden Rohre zu schaffen, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem zylindrischen Teil (5) des im wesentlichen schlauchförmigen oder rohrförmigen Körpers (1) das darin eingebettete Verstärkungsgebilde eine starre Hülse (14) aufweist.

2. Verbindung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die in jeden zylindrischen Teil (5) eingesetzte starre Hülse (14) sich axial im wesentlichen über die gesamte Länge des zylindrischen Teiles erstreckt.

3· Verbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in jeden zylindrischen Teil (5) eingesetzte starre Hülse eine Spirale oder Wendel (14) aufweist, die aus einem kontiuierlichen Band aus biegsamem undehnbaren Material gebildet ist und wenigstens eine Windung aufweist, und daß das Band derart gewickelt ist, daß die Windungen (14a, I4b₉ 14c) sich in Berührung miteinander befinden.

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ORfQfNAL INSPECTED

4. Verbindung nach. Anspruch 3₅

gekennzeichnet durch Mittel, um wenigstens die "beiden radial äußersten Windungen (14b, 14c) der Spirale (1A-) in Berührung miteinander zu halten, die aus dem kontinuierlichen Band aus biegsamem und undehnbaren Material gebildet ist.

5· Verbindung nach Anspruch 3 oder 4, gekennzeichnet durch Mittel, welche relative axiale Bewegungen zwischen den Windungen der Spirale (14) verhindern, die aus biegsamem und undehnbaren Material gebildet ist.

6. Verbindung nach Anspruch 5j

dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Verhindern von relativen axialen Bewegungen zwischen den Windungen der Spirale (14) eine Wicklung (17) aus verkautschuktem Schnurstoff aufweisen, dessen Schnüre parallel zur Achse des zylindrischen Teiles (5) verlaufen und der rund um die aus dem biegsamen und undehnbaren Material gebildete Spirale gewickelt ist.

7· Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie von innen nach außen eine Lage (12) aus elastomerem Material, wenigstens zwei Lagen (13) aus verkautschuktem Schnurstoff, bei denen die Schnüre jeder Lage die Schnüre der jeweils anderen Lage derart kreuzen, daß gleiche Winkel mit Bezug auf eine Erzeugende des zylindrischen Teiles (5) gebildet sind, eine Spirale (14) aus einem kontinuierlichen Band aus biegsamem und undehnbaren Material in jedem zylindrischen Teil, eine Wicklung (17) aus verkautschuktem Schnurstoff, dessen Schnüre parallel zur Achse des zylindrischen Teiles verlaufen und die um die

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Spirale aus biegsamem und undehnbaren Material gewickelt ist, zwei Lagen (15) aus verkautschuktem Schnurstoff, "bei denen die Schnüre jeder Lage die Schnüre der jeweils anderen Lage derart kreuzen, daß mit Bezug auf eine Erzeugende des zylindrischen Teiles gleiche Winkel gebildet sind, und eine Decklage (16) aus elastomerem Material aufweist.

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