DE2835344C2 - Biegsamer, glatter Kunstharzschlauch - Google Patents

Description

N,

2 δα

sin²./? - 2 cos²,/? _>

cosjS

δ 1

gehorcht, worin

<5_a = Reißfestigkeit der Kettfäden
öß = Reißfestigkeit der Flechtfäden
β = Flechtwinkel gegen Schlauchachse

ist, und daß der Flechtwinkel (/?) im Bereich zwischen 60° und 85° liegt.

2. Kunstharzschlauch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungseinlage mittels des Verbindungsmittels mit den angrenzenden Kunstharzschichten (2,3) verklebt ist.

Die Erfindung bezieht sich auf einen biegsamen, glatten Kunstharzschlauch mit einer aus Fasern bestehenden Verstärkungseinlage nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein solcher Schlauch ist aus dem DE-GBM 18 97 222 bekannt.

Es ist bekannt, daß durch Verstärkungseinlagen die Druckfestigkeit eines Schlauches stark gesteigert werden kann und daß die Flechtwinkel der Verstärkungsfäden einen starken Einfluß auf die Maßbeständigkeit eines Schlauches unter Druckeinfluß haben.

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit dem sogenannten »Gleichgewichts«-Flechtwinkel der Verstärkungsfäden eines Hochdruckschlauches und will eine Lehre angeben, wie die Verstärkungseinlage zu gestalten ist, um für den jeweiligen Vewendungszweck geeignete Parameter zu erzielen.

Der Schlauch nach dem DE-GBM 18 97 222 enthält vorzugsweise wenige Kettfaden, mit deren Hilfe eine Längsdehnung des Schlauches unter Druckeinfluß verhindert werden soll. Die Frage der Flechtwinkel ist nicht angesprochen.

Ein dem vorgenannten ähnlicher Schlauch ist in der DE-OS 24 56 348 beschrieben. Er unterscheidet sich vom vorgenannten Schlauch im wesentlichen dadurch, daß die Kettfäden nicht unter den Flechtfäden liegen, sondern mit ihnen verflochten sind. Bei diesem Schlauch bringt die Verflechtung der längslaufenden mit den diagonallaufenden Fäden jedoch den Nachteil mit sich, daß die Anzahl der längslaufenden Kettfäden nicht unabhängig von der Zahl der diagonal'.aufenden Flechtfäden gewählt werden kann. Weiterhin leiden die Verstärkungsfaden unter den Reibungskräften, die beim Biegen des Schlauches auftreten. Die angegebenen Flechtwinkel von 65° machen den Schlauch weitgehend druckfest

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen

ίο Hochdruckschlauch nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 anzugeben, dessen Druckfestigkeit in Längs- und Querrichtung pro eingearbeiteter Garnmenge erheblich gesteigert ist, dessen Wandstärke im Vergleich zum Durchmesser klein gehalten werden kann und der somit biegbar und leicht ist

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist Gegenstand des Unteranspruchs.

2G Durch die Erfindung wird ein Schlauch geschaffen, bei dem die diagonallaufenden Fäden mit den längslaufenden Fäden so zusammenwirken, daß eine Druckfestigkeit / P_x in Achsrichtung des Schlauches hervorgerufen wird, die im wesentlichen gleich oder größer ist als die Druckfestigkeit P_y in Umfangsrichtung des Schlauches.

Durch die Erfindung wird ein Schlauch angegeben,

bei dem es der Flechtwinke! der diagonallaufenden Fäden erlaubt, diese wirksam zur Steigerung der Druckfestigkeit des Schlauches heranzuziehen. Um verschiedene Typen von Kunstharzschläuchen herzustellen, die auf die verschiedenen Anwendungsarten hinbezogen sind, ist es lediglich notwendig, die Anzahl der längslaufenden Fäden zu steigern oder zu verringern, wobei man die Anzahl der diagonallaufenden Fäden unverändert lassen kann, oder den Flechtwinkel im Bereich zwischen 60° und 85° zu ändern. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es nicht notwendig, Herstellungsvorrichtungen zu ändern, so daß teure Maschinenänderungen zum Verändern der Anzahl der Flechtfäden vermeidbar sind.

Die längslaufenden Fäden können so angeordnet sein, daß sie voneinander gleichen Abstand, in Umfangsrichtung des Schlauches gesehen, aufweisen. Alternativ können sie auch lokal verteilt angeordnet sein. Da die innere Schicht des Kunstharzmaterials auf der Innenseite einer verhältnismäßig glatten Fadenlage angeordnet ist, ist die Innenseite des Schlauches und daher der Strömungswiderstand des Schlauches bemerkenswert gering.

5n Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird auf die Kettfaden vor dem Vereinigen mit dem Kunststoff ein Klebstoff aufgebracht, so daß die Kettfäden mit den diagonallaufenden Fäden an den Kreuzungsstellen und auch mit den anliegenden Kunststoffschichten fest verkleben können. Die starke und feste Verklebung der Kettfaden mit den diagonallaufenden Flechtfäden und mit den Kunstharzschichten schließt sehr wirksam jede unerwünschte Loslösung der-Kettfäden von der Innenschicht des Schlauches aus, die

bo man mitunter bei Schläuchen beobachtet hat, die eine nicht gewebte Verstärkungseinlage aufweisen, wenn man eine Kupplung in die Schlauchöffnung einpaßte.

Die Erfindung soll nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Kunstharzschlauches gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 eine abgewickelte Teildarstellung einer Verstärkungseinlage des Schlauches nach F i g. 1,

Fig.3 den Zustand, in dem ein Faden über dem anderen innerhalb der Verstärkungseinlage liegt,

Fig.4 eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen dem Verhältnis der Gesamtzahl der iängslaufenden Fäden zur Gesamtzahl der diagonallaufenden Fäden einerseits und einem Flechtwinkel β andererseits und

F i g. 5 eine graphische Darstellung der Zusammenhänge zwischen einer Druckwiderstandsfestigkeit fund einem Flechtwinkel ß, in die als ein Parameter das Verhältnis der Anzahl der längslaufenden Fäden zur Anzahl der diagonallaufenden Fäden eingeht

F i g. 1 zeigt einen Kunstharzschlauch allgemeinster Art gemäß der vorliegenden Erfindung. Dieser Kunstharzschlauch 1 besteht aus einer inneren Schicht 2, einer äußeren Schicht 3, beide aus einem weichen Polyvinylchlorid, und einer Verstärkungseinlage 4 aus Fäden aus beispielsweise einem Polyvinylalkohol. Die Verstärkungseinlage 4 besteht aus einer Mehuahl von in Achsrichtung des Schlauches 1 laufenden Kettfaden 5, die um den äußeren Umfang der inneren Kunstharzschicht 2 herum angeordnet bind, und einer Geflechtslage 6, die durch Verflechten diagonallaufender Fäden hergestellt ist, die über den längslaufenden Fäden 5 angeordnet sind. Als Kunstharzmaterial für die beiden Schichten 2 und 3 ist Polyvinylchlorid gut geeignet, es sind jedoch auch Urethanharze, Buna N und Chloroprengummi, je nach Verwendungszweck des Schlauches, einsetzbar. Die Fäden 5 und 6, die die Verstärkungseinlage bilden, bestehen beispielsweise aus Polyvinylalkohol, jedoch kann als Material hierfür auch ein Synthetikmaterial aus einem Polyamid oder Polyacrylnitril, ein halbsynthetisches Material, wie ein Acetat, Regeneratfasern, wie eine Regeneratcellulose, Naturfasern, wie Baumwolle, oder eine Mischung aus diesen Fasern verwendet werden. Die Innenschicht 2 und die Außenschicht 3 sind durch die Maschenöffnungen der Verstärkungseinlage 4 hindurch zu einem integralen Körper miteinander verbunden. Wie aus der Teildarstellung der Verstärkungseinlage 4 in F i g. 2 hervorgeht, sind die diagonallaufenden Fäden 6 miteinander verwoben oder verflochten, wobei ein in der einen Diagonale verlaufender Faden unter den in der anderen Diagonale verlaufenden Fäden einmal drunter hindurchgeht, zum anderen Mal darüber hinweggeht (Leinenbindung). Die Kettfaden 5 verlaufen davon unabhängig, sie sind mit den diagonallaufenden Fäden 6 nicht verflochten, sie liegen lediglich unter diesen und sind mit ihnen verklebt. Das Verkleben der Kettfaden mit den diagonallaufenden Fäden wird durch einen Klebstoff erzielt, der auf die Kettfäden zuvor aufgebracht worden ist; wie die Kettfäden in bezug auf die diagonallaufenden Fäden an den Kreuzungsstellen verlaufen, geht aus F i g. 3 hervor.

Gemäß der vorliegenden Erfindung können die verschiedensten Kunstharzschläuche auf der Grundlage der weiter unten dargestellten Bedingungen hergestellt werden.

Bei einem Kunstharzschlauch mit einer Verstärkungseinlage, die aus miteinander verflochtenen Fäden und Kettfaden besteht, erhält man die nachfolgenden Gleichungen aus derjenigen Bedingung, in welcher das Gleichgewicht zwischen dem Fluid-lnnendruck, der im Schlauch wirkt, und der dieser wiederstehenden Festigkeit des Schlauches herrscht:

und

[N₁.6„ tan β sin ß)

In diesen Gleichungen steht P_x für eine Druckwiderstandsfestigkeit in Axialrichtung (kg/cm²), P_y für eine Druckwiderstandsfestigkeit in Umfan^srichtung (kg/ cm²), D für einen Durchmesser eines faserverstärkten

ι» Schlauches (cm), N_x für die Anzahl der längslaufenden Kettfäden, N_y für die Gesamtzahl der in den beiden Diagonalrichtungen laufenden Diagonalfäden, <5* für die Festigkeit eines Kettfadens (kg/Kettfaden), δβ für die Festigkeit eines Diagonalfadens (kg/Faden), β für einen Flechtwinkel (Winkel zwischen den Diagonalfäden und den Kettfäden).

P_x soll zu Py. im Gleichgewicht stehen oder größer sein, d. h.

P' äs Py (3)

Die folgende Gleichung läßt sich aus den Gleichungen (1), (2) und (3) ableiten:

(N_x ö_u + N₁ O₁₁ cos ß)

π D¹

O₁,+ N_ro„cosß)

π D¹

Ν,δ/itanßs'mß (4)

Diese Gleichung läßt sich wie folgt umwandeln:

N_x

N,

IL N₁

1δ_α

O₁₁

(tan β sin β - 2 cosy?)

sin², β- 2 cos²./?
cos. β

Es sei zur Vereinfachung angenommen, daß die Kettfäden und die diagonallaufenden Fäden vom gleichen Material sind (δ& = δβ = ö).

Die letztgenannte Gleichung läßt sich dann wie folgt vereinfachen:

- 2 cos²jg

N.

2 cosjS

Die Gleichungen (1) und (2) lassen sich dann wie folgt umschreiben:

Λ- =

4(5
TW

16

(N_x + N_yco<iß) (N tan/ sinß)

(D

Aus der Gleichung (6) geht hervor, daß der Flechtwinkel β gegenüber einem Verhältnis der Anzahl der Kettfäden zur Anzahl der Diagonalfäden hauptsächlich davon bestimmt ist, welcher Flechtwinkel die Druckwiderstandsfestigkeit in axialer Richtung ins Gleichgewicht mit der Druckfestigkeit in Umfangsrichtung bringen kann oder erstere größer als letztere macht. F i g. 4 zeigt als grapische Darstellung den aus der Gleichung (6) hervorgehenden Zusammenhang. Aus F i g. 4 sieht man, daß, wenn N_x/N_y= 0 ist, oder spezieller noci., wenn der Flechtwinkel 54°44' bei Abwesenheit _b5 von Kettfäden ist, man eine Druckwiderstandsfestigkeit erreicht, die in Achsrichtung und in Umfangsrichtung gleich groß ist. Obgleich eine detaillierte Darstellung hier nicht angegeben ist, läßt sich doch folgendes

schließen: Wenn eine Menge von Fäden zur Herstellung einer Verstärkungseinlage, bei der N_x/N_y und β nach der Kurve von F i g. 4 bestimmt sind, konstant ist und wenn mit / die Länge eines Fadens angegeben ist, die notwendig ist, um einen Meter Schlauch mit Längs- und Diagonalfäden zu verstärken, dann benötigt man eine konstante Fadenlänge, die aus der folgenden Gleichung hervorgeht:

/ = 75

(cm)

Diese so bestimmte Fadenmenge ist die Minimalmenge, die erforderlich ist, um eine vorgegebene Druckfestigkeit Pzu erreichen.

F i g. 5 zeigt ais graphische Darstellung die Zusammenhänge gemäß den Gleichungen (7) und (8). Aus diesem Bild geht hervor, daß die Kreuzungspunkte einer Kurve Py mit Kurven P_x entsprechend den Werten von N_xZNy die Flechtwinkel β angeben, an welchen das Gleichgewicht der Druckwiderstandskräfte in axialer und Umfangsrichtung erreicht wird (P_x= Py).

Aus den folgenden Gründen ist der Flechtwinkel β im Bereich zwischen 60° und 85° gewählt. Wenn β <60°, dann ist N_x klein, wie aus Fig.4 hervorgeht. Der Schlauch ist dann zwar ausreichend druckfest, er widersteht jedoch nur ungenügend Zugkräften in axialer Richtung. Seine diesbezüglichen Eigenschaften sind nicht besser als bei dem schon früher beschriebenen Schlauch, der nur diagonal unter einem Winkel von « 54° 44' gegen die Schlauchachse verlaufende, miteinander verflochtene Diagonalfäden aufweist. Wie Fig.5 zeigt, ist der Schlauch nicht allzu druckfest. Wenn andererseits ρ > 85", dann ist N_x zu groß und die daraus resultierende Steigerung der Biegesteifigkeit beeinträchtigt die Biegsamkeit des Schlauches, so daß er nur schwer gebogen oder gar gefaltet werden kann. In letzterem Fall steigt zwar die Druckfestigkeit, jedoch werden die Maschenöffnungen der verflochtenen Fäden klein, so daß es schwierig wird, die Innenschicht 2 mit der Außenschicht 3 durch die Verstärkungseinlage 4 hindurch zu verbinden. Die oben angegebenen Grenzen für den Flechtwinkel sind durch die vorangehend erläuterten Überlegungen bestimmt.

Wie oben anhand der Gleichungen und unter Bezugnahme auf F i g. 5 erläutert, ist für gegebene Fadenzahlen von Flechtfäden und Kettfäden bei einem bestimmten Flechtwinkel, dem Gleichgewichtswinkel, die Druckwiderstandsfestigkeit P_x in Längsrichtung ebenso groß wie die Druckwiderstandsfestigkeit P_x in Querrichtung des Schlauches. Dabei nehmen die Flechtfäden auch einen Teil der in Längsrichtung wirkenden Druckkräfte auf, und der Gleichgewichtswinkel wird daher, wie die F i g. 4 und 5 zeigen, um so größer, je mehr Kettfäden vorhanden sind.

Wenn der Flechtwinkel bei gegebenen Fadenzahlen von Flecht- und Kettfäden kleiner gewählt wird als der Gleichgewichtswinkel, dann übernehmen sie einen vergrößerten Anteil der in Längsrichtung wirkenden Druckkräfte, und die Kettfäden tragen dann zur Steigerung der Zugfestigkeit des Schlauches bei. Alternativ kann zur Steigerung der Zugfestigkeit des Schlauches die Anzahl der Kettfäden gegenüber jener, die bei gegebenem Flechtwinkel zur Erzielung gleicher Druckwiderstandsfestigkeiten in Längs- und Querrichtung erforderlich sind, vergrößert werden.

Beispiele für Verstärkungseinlagen eines Kunstharzschlauches nach der Erfindung sind in der nachfolgenden Tabelle angegeben.

Schlauchart	Anwendungs	Innen	Diagonalfäden (multifile	Faden	Polyesler-	Längsfäden	(multifile	Faden	Festigkeits	Druck	Diagonalfaden/ Längsfaden	(kg/cm2)	Zeichnungen
	gebiet	durch	fäden)	stärke		Polyeslerfäden)	anzahl	verhältnis	festigkeit		40,7
		messer	Faden	(ürad)	Faden-	Feinheit	(N,)	(NxO11ISyOJ1)	39,8
			stärke	73.0	anzahl		100	1,39	35,3
		mm	(Denier)	77,5	ιλ;,.ι	(Denier)	100	2,08	13,7
Hochdruck	Bergbau	65	1000 d/3	79,5	48	1000 d/2	160	2,50	12,6
schlauch	oder Feuer	78	1000 d/3	77.0	48	1000 d/3	70	1,94	11,5
	wehr	105	1000 d/4	80,0	48	1000 d/3	95	2,64	40,7
Mittel- und	Ablauf	65	1000 d/1	78,0	36	1000 d/1	80	2,22	39,8
Niederdruck	schlauch für	78	1000 d/1	73.0	36	1000 d/1	125	2,60	35,3
schlauch	zivile Hoch bauten	105	1000 d/2	77.5	36	1000 d/2	120	4.17	Stärke verwendet werden, muß ein
Hochdruck	Wasser	65	1000 d/3	79,5	48	1000 d/3	180	4,69	Festigkeitsverhältnis zwischen Diagonalfaden und Längsfaden durch ein entsprechendes Denierverhältnis substituiert werden.
schlauch mit	schlauch	78	1000 d/3	48	1000 d/5	Fäden gleicher Stärke verwendet werden. Wenn Fäden unterschiedlicher
gesteigerter Zugfestigkeit		105	1000 d/4	48	1000 d/5
öa und öß sind gleich, wenn
Hierzu 3 Blatt

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Biegsamer, glatter Schlauch mit einer aus Fasern bestehenden Verstärkungseinlage aus mehreren in Längsrichtung laufenden Kettfaden, die im Querschnitt des Schlauches gesehen zirkulär verteilt sind, und mehreren unmittelbar darüberliegenden, miteinander jedoch nicht mit den Kettfaden verflochtenen diagonal verlaufenden Flechtfäden, einer Außenschicht und einer Innenschicht aus Kunstharz, die die Verstärkungseinlage zwischen sich einschließen und durch die Gitteröffnungen der Verstärkungseinlage hindurch miteinander zu einem integralen Körper vereinigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kettfäden (5) und die Flechtfäden (6) an den Berührungsstellen durch ein Verbindungsmittel miteinander vereinigt sind, daß das Verhältnis der Anzahl N_x der Kettfaden (5) zur Anzahl N_y der Flechtfäden (6) der Bedingung