DE2911348C2

DE2911348C2 - Verfahren zum Herstellen von rundgewebten Schläuchen

Info

Publication number: DE2911348C2
Application number: DE2911348A
Authority: DE
Inventors: Imre Budakalasz Bencze; Ferenc Solymar Biro; György Eff; Laszlo Budapest Szönyi
Original assignee: PEST MEGYEI MUEANYAGIPARI VALLALAT SOLYMAR HU
Current assignee: PEST MEGYEI MUEANYAGIPARI VALLALAT SOLYMAR HU
Priority date: 1979-03-22
Filing date: 1979-03-22
Publication date: 1986-07-31
Also published as: DE2911348B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von rundgewebten Schläuchen, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bekanntlich werden rundgewebte Schläuche, die für die Brandbekämpfung, Berieselung in der Landwirtschaft und für andere Zwecke verwendet werden, derart hergestellt, daß Schußfäden eingewebt werden, die zu den mit der Längsachse des Schlauches parallel laufenden Kettfaden nahezu senkrecht verlaufen und mit geringer Windungshöhe in einem oder mehreren schraubenartigen Windungen eingewebt sind. Diese in zwei Richtungen eingewebten Fadensysteme dienen dazu, die aus dem Druck des in dem Schlauch strömenden Mittels stammenden Kräfte aufzunehmen. Zur Sicherung der Wasserdichtheit ist der rundgewebte ' Schlauch innen imprägniert oder mit einer inneren Einlage in Form eines Füllstoffs versehen. Gegen äußere mechanische Beschädigungen wird der Schlauch mit einer auf die äußere Mantelfläche aufgetragenen Überzugschicht geschützt, deren Material in der Regel verschleißfest ist. Als Imprägniermaterial wird Gummi oder Kunststoff angewendet.

Die rundgewebten Schläuche haben den Nachteil, daß sie sich unter einem inneren Druck sehr stark um ihre Längsachse verdrehen. Demzufolge entstehen in der Wand des Schlauches Scherspannungen, die zu Schäden führen können. Dadurch ist das Bedienungspersonal besonders bei Feuerlöschschläuchen einer ernsten Unfallgefahr ausgesetzt. Bei der Berieselung in der Landwirtschaft belastet die Verwindung die Anschlüsse und beeinträchtigt die Standstabilität der Berieselungsstelle.

Man hat versucht, das Schlauchgewebe sehr dicht zu weben, um die Verwindung zu beseitigen. Dies erhöht nur die Herstellungskosten, da die Verwindung nicht beseitigt, sondern nur wenig verringert wird.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, rundgewebte Schläuche zu schaffen, bei denen die die Verwindung verursachende Spannungsasymmetrie nicht auftritt, d. h. die Gefahr der Verwindung der Schläuche beseitigt ist

Diese Aufgabe wird mit den im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Erfindungsgemäß wird somit der Schlauch in einer mit der in der Praxis auftretenden Verdrehung identischen Richtung vorverdreht und danach der vorverdrehte Schlauch in dieser Lage mit einem Überzug stabilisiert, so daß sich der Schlauch unter

tu Einfluß des in dem Schlauch strömenden Mittels nicht mehr verdrehen kann.

Der Gewebeunterbau kann in Richtung der zu der geometrischen Längsachse senkrechten Querachse kontinuierlich gedreht werden.

Des erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß nach ihm hergestellte Schläuche während der Benutzung nicht zum Verdrehen neigen. Die Fadenstruktur des Schlauches hat eine Spannungssymmetrie, was die Festigkeit und Lebensdauer des Schlauches erhöht. Das Webverfahren ist einfach ausführbar. Der bisher verwendete Windungssteigungswinkel von 0,5—2,0° des Schußfadens kann nämlich auf 10° erhöht und die Produktivität der Webmaschine proportional dazu gesteigert werden. In dem Bereich von 0<_/#> <5° ist der bereits erwähnte Zusammenhang von ß\=2ßi die zu befolgende Grundbedingung, wobei ein Festigkeitsverhäitnis von 2 :1 zwischen Schußfäden und Kettfäden vorzusehen ist. Demgegenüber ist in dem Bereich von 5°</?2<10° bereits der Bereich von

Ju \3%ß₂>ß\ > 1.94 ßi maßgebend, wobei das Festigkeilsverhältnis zwischen Schuß- und Kettfaden von 1.96 : 1 ,nach 1.83 :1 geht.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

J5 Fig.1 schematisch den Aufbau eines mit einem herkömmlichen Verfahren hergestellten rundgewebten Schlauches und den Vorgang des Drehens;

F i g. 2 schematisch den Aufbau eines mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten rundgewebten Schlauches und den Vorgang des Drehens.

Wie aus F i g. 1 hervorgeht, ist der Schlauch 3 aus Kettfäden 1 und Schußfäden 2 aufgebaut, von welchen jeweils nur einer dargestellt ist. Wenn in dem Schlauch kein Druck herrscht, d. h. der Schlauch im Ruhezustand ist, verlaufen die Kettfaden 1 der Webung folgend zur geometrischen Längsachse X des Schlauches 3 parallel, so daß der Winkel ß\ zwischen den Kettfaden 1 und der ■geometrischen' Längsachse X gleich Null ist. Die Schußfäden 2 schließen mit der Querachse Y des

^r)ii Schlauches 3, die zur geometrischen Längsachse X senkrecht verläuft, einen Winkel 02 ein. Im Ruhezustand sind der Kettfaden 1 und der Schußfaden 2 mit durchgezogener Linie dargestellt.

Unter der Wirkung eines inneren Druckes verdreht

^Γ)ί sich der Schlauch 3 in Richtung des Pfeiles E um die geometrische Längsachse X, und der Kettfaden 1 nimmt die gestrichelt gezeichnete Lage ein. Natürlich nehmen sämtliche nicht dargestellten Kettfäden dieselbe Lage ein. In dieser Lage schließt der Kettfaden 1 mit der

bo Achse X einen Winkel Δβ^ ein. Daneben verändert sich auch der Windungssteigungswinkel ßj des Schußfadens 2 in geringem Maße, doch diese Veränderung ist in F i g. 1 nicht dargestellt.

Man sieht, daß die Verwindung des Schlauches 3 mit

b5 der Windungslage des Schußfadens 2 in Zusammenhang steht, da die Richtung der Verwindung des rundgewebten Schlauches in jedem Fall zur Richtung der Windungshöhe des Schußfadens 2 entgegengesetzt ist,

d. h. die Windung mit kleiner Windungshöhe will sich unter der Wirkung des inneren Druckes öffnen. Man sieht weiterhin, daß das Maß der Verwindung des Schlauches um so größer ist, je größer der Wert des Winkels ß₂ ist. Hiervon ausgehend arbeitet man mit einem dünnen Schußfaden und mit dichtem Einweben, um die Verwindung zu verringern und ym den Wert des Winkels ß₂ auf ein Minimum zu reduzieren. Ein verwindungsfreier Schlauch kann aber dadurch nicht hergestellt werden. Die Voraussetzung dafür ist nämlich, daS /?2 —0, was durch den Aufbau des rundgewebten Schlauches nicht erfüllt werden kann, da in diesem Fall der Schußfaden aus separaten Ringen hergestellt werden müßte. Es hat sich gezeigt, daß der Wert des Verdrehungswinkels Δβ\ bei dichtem Weben und sehr kleinem ßi kleiner als der Wert von ßi ist, während bei losem Weben und größerem ß2 sein Wert so groß ist, daß er dem Wert von j?j nahe kommt. Im allgemeinen besteht der Zusammenhang

Δβ, aßz

zwischen dem ursprünglichen Windungssteigungswinkel ß₂ des Schußfadens 2 und dem infolge eines inneren Druckes entstandenen Verdrehungswinkels Δβ\ des Kettfadens.

Durchgeführte Spannungssymmetrieuntersuchungen zur Erzielung einer Kett- und Schußfadenanordnung für einen verwindungsfreien Schlauch ergaben überraschenderweise, daß die aus der Steigung eines Schußfadens mit einem Windungssteigungswinkel ßi resultierende Verwindung nur mit einem solchen Kettfaden kompensiert werden kann, der eine dem Schußfaden entgegengesetzte Steigung aufweist, und demzufolge mit der Achse des Schlauches einen bestimmten Winkel jSi einschließt. Überraschend ist, daß bei einem die einfache Kesselformel erfüllenden Festigkeitsverhältnis von 2:1, bezogen auf 1 cm Breite des Schußfadens bzw. Kettfadens, die Torsionsfestigkeit gesichert ist, falls ß\ zweimal so groß ist wie ßi, d. h.

was bedeutet, daß der Schlauch zweimal so weit wie die unter Druck bei einem konventionellen Schlauch beobachtete größte Verdrehung gedreht oder gedrillt sein muß.

Die Spannungssymmetrieuntersuchungen beruhen auf folgendem:

Die Verstärkungseinlagen eines mit Fadeneinlagen versehenen aufgewickelten Schlauches sind paarweise übereinander in der Wand des Schlauches mit einem Windungssteigungswinkel αι und ßi auf den Durchmessern D₁ und D₂ in entgegengesetzter Richtung gewikkelt. Aus der einfachen Kesselformel !arsen sich folgende axialen und tangentialen druckbeständigen Komponenten der zwei Einlagen ableiten:

Pm =

cos²«.

_ 4B₁S₁SiIi²*,
¹ ~ " D₁

Pa₂ = ^'

D₂

D₁

,, _ 2 B₂ S₂

D₂

wobei

B — die Fadendichte (1/cm) und

S — die in dem Faden entstehende Zugkraft (N) bedeutet.

Die druckbeständigen Komponenten der Einlagen sollen mit dem inneren Druck P des Schlauches im Gleichgewicht stehen, d. h.

P=Pa₁+ Pa₂ = P₁₁ + P₁₂ ■

Daraus können aber die Werte der Winkel αι und j?2 nicht berechnet werden.

Die Spannungssymmetrie ergibt sich nun aus dem äquipotentiellen Zustand in dem Schlauch

P₁₁ = Pa₂

Werden die druckbeständigen Komponenten der

Gleichungen 1 bis 4 in die Gleichungen 6 und 7

i<i eingesetzt, und wird in Betracht gezogen, daß bei den Gewebeschläuchen D\=*Di, so ergibt sich für die Windungssteigungs- bzw. Auftragungswinkel

sin²«! =

sin² B₂ =

2B₂

3B₁S₁

2B₁ S₁
3B₂S₂

1 3"

Dies zeigt, daß die Auftragungswinkel von dem Linienbelastungsverhältnis der Einlagen abhängen, d. h. ein gegebener Winkel ßj, der der Auftratungswinkel bzw. der Einwebungswinkel des Schußfadens ist, bestimmt ein- konkretes Linienbelastungsverhältnis, welches wiederum die Anordnung des Kettfadens, d. h. oti bestimmt. Der Wert von αϊ muß gemäß Gleichung (8) und (9) kleiner als 90° sein, d. h. die ursprüngliche Gleichung Λι»»90^ο verringert sich auf Wirkung des Innendruckes des Schlauches, d. h. der Schlauch verdreht sich.

Der mit der Achse des Schlauches eingeschlossene Winkel des Schußfadens ist ß_t, d. h.«, + 0, = 90^c.

Die bereits erwähnte Gleichung ß\=2ß₂ ist eine einfache und in der Praxis gut verwendbare Gleichung, die aus den Gleichungen (8) und (9) für kleine Winkel ß₂ gewonnen werden kann, was aus dem folgenden Beispiel hervorgeht:

Für die verschiedenen Werte von ßi wird aufgrund Gleichung (9) das Linienbelastungsverhältnis Tfj*- berechnet. Dieser Wert wird in der Gleichung (8) eingesetzt. Daraus ergibt sich für αι:

0,1	0,00000304	,999982	0,9999879
0,25	0,00001903	1,999886	0,9999239
0,5	0,00007615	,9995435	0,9996955
0,75	0,00017133	,9989727	0.9993150
1,0	0,00030458	,998174	0,9987825
1,5	0,00068523	1,9958972	0,997260
2,0	0,00121797	,9927186	0,9951456
2,5	0,00190265	,9885074	0,9923381
5,0	0,0075961!	,9554388	0,9702924
10,0	0,03015369	,8340865	0,8893909

89,79988
89,49985
88,99998
88,50015
88,00031
86,99943
86,00472
84,97831
80,07498
70,57458

0,20012
0,50015
1,00002
1,49985
1,99969
3,00057
3,99528
5,02169
9,92502
19,42542

2,0012

2,0006

2,00004

1,9998

1,99969

2,00038

1,99764

2,00086

1,9850

1,9425

Aus der Tabelle geht hervor, daß das Verhältnis 20 beobachtete Verdrehung <dfrifr ist im wesentlichen

3; mit guter Annäherung als 2 genommen werden

kann, d. h. für die Praxis genügt dieser Wert.

Dies zeigt, daß das erfindungsgemäße Verfahren unabhängig vom Schlauchdurchmesser und der Gewebekonstruktion angewendet werden kann, d. h. daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Schläuche beliebigen Durchmessers und beliebiger Konstruktion hergestellt werden können.

Das in der obigen Berechnung eine Schlüsselposition erfüllende Linienbelastungsverhältnis deutet bei sehr großem fr (z. B. falls fr = 10°) an, daß in diesem Fall das durch die Kesselformel bestimmte Linienbelastungsverhältnis 1 :2 mit der Veränderung der Konstruktion in 1,83 :1 zu modifizieren ist. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist eine geringe Festigkeitssteigerung zu erzielen, doch ist diese Wirkung bei dem in der Praxis vorkommenden Wert von fr, der maximal 5° ist, neben dem von vornherein großen Festigkeitsverlust nicht bedeutend. Wesentlich sind die Verbesserung der Qualität und die Sicherung der Torsionsfestigkeit, wobei auch der wirtschaftliche Vorteil bedeutend ist, daß z. B. bei einem Auftragungswinkel fr = 1,5°, der Winkel fr auf 3° erhöht werden kann, wodurch die Webgeschwindigkeit um Ί00% gesteigert werden kann.

Die erfindungsgemäßen Maßnahmen werden anhand von F i g. 2 näher erläutert. Der Schlauch 3 wird in Richtung des Pfeiles K so weit verdreht und dadurch der Kettfaden 1 derart deformiert, daß dieser mit der geometrischen Längsachse X des Schlauches 3 einen Winkel fr einschließt. Der Wert ;des Winkels fr ist auf 2 fr eingestellt Auf die innere Fläche des Schlauches 3 wird der Überzug so aufgetragen, daß der Schlauch im verdrehten Zustand gehalten wird.

Nach Auftragen des Überzuges wird der Schlauch unter einen inneren Druck gesetzL Die Wirkung dieses Druckes ist nur eine sehr kleine Verdrehung von ±Δβι nach rechts oder nach links. Die Pfeile E\ zeigen die Richtung der Verdrehung. Der maximale Wert der Verdrehung ist ± fr/50, d. h. der Schlauch erfährt eine minimale Verdrehung von

— /1 — CA *

was ein in der Praxis vernachlässigbar kleiner Wert ist Die Tatsache, daß die Verdrehung in beiden Richtungen stattfinden kann, bedeutet für den Schlauch ein Spannungsgieichgewicht. Die in der Praxis bisher nur ein Teil dieser Bewegung des Schlauches, welche eine Spannungsymmetrie hervorrufen will. Offensichtlich hat bei den früheren bekannten Lösungen das dichte Einweben zusammen mit dem Überzugsmaterial die Reibung der Schlauchstruktur derart erhöht, daß sie die weitere Verdrehung des Schlauches bremst und deshalb die Verdrehung (fr = 2 fr) nicht genug groß ist, um den Schlauch in ein Spannungsgleichgewicht zu bringen. Bei dem erfindungsgemäß hergestellten Schlauch ruft die Torsion der Kettfaden bei fr =3 fr, — was ein sehr großer Wert ist — in der Fadenstruktur des Schlauches in beiden Richtungen eine virtuelle zusätzliche Asymmetrie hervor. Diese Asymmetrie ist deshalb virtuell, weil die Torsion die Lage der zwei Fadensysteme im Verhältnis zueinander überhaupt nicht verändert. Es werden nur die durch die Kett- und Schußfäden eingeschlossenen Winkel (90° -fr) und (90°+fr) vertauscht. Es stellt sich also ein Spiegelbild der ursprünglich gewebten Fadenstruktur ein.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird in der Praxis derart durchgeführt, daß die Windungshöhe des Schußfadens des gegebenen Schlauches abgemessen wird. Daraus wird fr ausgerechnet. Der Wert des Winkels fr der Kettfäden 1 wird etwa auf das Doppelte von fr eingestellt. In der Praxis wird von dem Windungshöhenwinkel (90°-fr) der Kettfäden die Windungshöhe der Kettfaden ausgerechnet. Bei einem Schlauchstück gegebener Länge werden dieser Länge entsprechend Gänge eingedreht. Der so gedrehte Schlauch wird in herkömmlicher Weise imprägniert, überzogen, usw., so daß der Schlauch in diesem gedrehten Zustand stabilisiert wird. Bei kontinuierlichem Überziehen wird der erforderliche Wert durch kontinuierliches, in zu ihrer Achse senkrechtes Verdrehen der Abgabespule eingestellt.

Die Erfindung wird anhand eines Beispiels näher erläutert.

Es wird ein.Feuerlöschschlauch mit einem Innendurchmesser von 52 mm und einer Länge von 20 m mit einem Durchschnittsdurchmesser von 53,3 mm verwendet. Die Windungshöhe der Schußfäden beträgt 4,2 mm. Der Gewindesteigungswinkel der Schußfäden errechnet sich zu fr= 1,44°. Zur Beseitigung der Torsion ist die ursprüngliche Lage der Kettfaden aufgrund der Formel

^M fr = 2 fr

derart zu verändern, daß sie mit der Achslinie X des Schlauches einen Winkel von fr = 2 χ 1,44-2,88°

einschließen, d. h. die Kettfaden sollen einen Gewindesteigungswinkel von 90 — 2,88 = 87,12° aufweisen. Die zu diesem Winkel gehörende Windungshöhe bei einem Durchschnittsdurchmesser von 53,3 mm beträgt 3,399 mm. So sind dem Schlauch auf 20 m Länge

20 m

3,399 m

= 5,8

Gänge aufzuprägen. Dies wird so durchgeführt, daß das freie Ende des Schlauches bis auf 45° sechsmal gedreht wird. Das Drehen wurde dann durchgeführt, wenn in den Gewebeunterbau die Folienseele mit Polyurethanbasis bereits eingezogen ist. Die Vordrehung wird bei der auf Raumtemperatur befindlichen Gewebestruktur in einer Richtung durchgeführt die zur Richtung der Schußfäden entgegengesetzt ist. Danach wird die den Innendruck erzeugende Luft durch Dampf ersetzt und durch die Folienseele an den deformierten Gewebeunterbau geklebt. Nach dem Abkühlen wird der fertige Schlauch in seiner ganzen Länge einem Probedruck von 12 bar ausgesetzt. Unter diesem Druck verdreht sich das freie Ende des Schlauches um 15°, d.h. pro Meter um 15°/20 m = 0,75°/m, was praktisch ein vernachlässigbarer Wert ist. Derselbe Schlauch verdreht sich ohne Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens um 56,8°/m.

Die Verdrehung von 0,75°/m bedeutet, daß falls das eine Ende eines Schlauchstückes von 1 m Länge eingespannt ist, der Querschnitt des anderen — freien — Endes sich um 0,75° verdreht. Der Schlauch mit dem Durchschnittsdurchmesser von 53,3 mm erfährt
Umfangsverschiebung von

X =

53,3 χ .τ χ 0,57
360

= 0,34867 mm.

'S 'Λ = "Ξ—- = 0,00034867
1000 mm

arc tg 0,00034867 = 0,01997°

I/i, = 0,01997"
ist.

(i₂ _ 1,44
'lh ~ 0,01997

ergibt sich

^{IA =} 72j-

= 72,1

die nur eine Informationsgröße ist. Bei dem im Beispiel angegebenen Schlauch bestehen sowohl die Schußfäden als auch die Kettfaden aus einem Faden, dessen Titer 3x11 000 Denier ist. Die Dichte ist in beiden Richtungen 4,7 Faden/cm. Das Material des Fadens ist Polyester.

10

15

20

25

JO

eine

35

Diese Verschiebung ist für die Veränderung von ß\, d. h. auch für Δβ\ charakteristisch, so daß bei einem Schlauch von 1,0 m Länge

40

45

50

55

60

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann man die in der Praxis zulässige Verdrehung Δβ\ der Kettfäden viel genauer einstellen als mit der Formel Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von rundgewebten Schläuchen, bei welchem aus Ken- und Schußfäden ein Gewebeunterbau hergestellt wird, der rundgewebte Gewebeunterbau um die geometrische Längsachse des Schlauchs gedreht wird und der Gewebeunterbau in seiner verdrehten Lage durch Auftragen eines Überzugs, insbesondere aus Gummi und/oder Kunststoff, mindestens auf einer Seite stabilisiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der rundgewebte Gewebeunterbau mit dem noch nicht stabilisierten Überzug in der Richtung vorverdreht wird, die zu der unter Druck auftretenden Verdrehungsrichtung eines nicht vorverdrehten stabilisierten Schlauchs identisch ist, wobei die Kettfaden (1) mit der Längsachse (x) des Schlauchs (3) einen Winkel {ß\) einschließen, der das Doppelte des Windungssteigungswinkels (/%) der Schußfäden (2) beträgt (/?,= 2 /S₂).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gewebeunterbau in Richtung der zu der geometrischen Längsachse (x) senkrechten Querachse (^kontinuierlich gedreht wird.