DE4324973A1 - Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Armierungen von Schläuchen und anderen langgestreckten Hohlkörpern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Armierungen von Schläuchen und anderen langgestreckten Hohlkörpern durch Aufbringung von Fäden.

Es ist bekannt, daß Schläuche, die durch Druck stark belastet werden, mit Armierungen durch Aufbringen von Fäden versehen wer­ den. Diese Aufbringung der Fäden kann in Form von gewebten, ge­ flochtenen, gewickelten, gestrickten oder aus einer Kombination solcher Verstärkungen bzw. Armierungen bestehen.

Die Fäden sind aus Textilmaterial, aus Metall in Form von Dräh­ ten oder aus Chemiefaserstoffen natürlicher Herkunft wie Eiweiß oder Zellulose oder aus synthetischen Polymeren (synthetische Faserstoffe).

Neben dem Erreichen eines bestimmten Berstdruckes ist es wichtig, daß die Schläuche eine bestimmte Flexibilität für die Verwendung erhalten, d. h. bei hohem Berstdrücken muß die Verwendung des Schlauches nicht durch eine zu große Steifigkeit beeinträchtigt werden.

Außer verschiedener Prüfkriterien hinsichtlich der Dauerbelast­ barkeit und geometrischen Verhaltens der Schläuche sind kostenbe­ stimmende Faktoren bei der Auswahl des optimalen Verfahrens bzw. der Armierung von ausschlaggebender Bedeutung.

Wichtig ist nicht nur die Produktionsgeschwindigkeit, sondern auch die Laufzeit der Anlage bis zum nächsten Spulenwechsel und der mechanischen Belastung der Armierungsmaterialien und der Ma­ schinenelemente. Ein weiterer sehr wichtiger Faktor ist der Ver­ schleiß und die damit sich daraus ergebenen unerwünschten Aus­ fallzeiten für Wartung und Reparatur.

Die oben aufgeführten verschiedenen Armierungen haben alle Vor­ teile, aber auch Nachteile. So ist das Stricken der Armierung vorteilhaft, weil eine hohe Produktionsgeschwindigkeit möglich ist, unterschiedliche Maschenbindungen und -größen erzeugt werden können und das Gestricke eine hohe Flexibilität aufweist.

Nachteilig ist dabei wiederum, daß unter Druck keine Volumen- Konstanz gegeben ist, ein Verdrehen des Schlauches unter Druck auftritt und an den Vermaschungspunkten eine Scherwirkung auf die Fäden ausgeübt wird. Das Strickmaterial sowie der Strickkopf unterliegen außerdem einer starken Beanspruchung und schließlich ist als Nachteil aufzuführen, daß pro Schlauchlänge ein hoher Fadenbedarf erforderlich ist.

Ähnlich verhält es sich beim Kreuzwickler. Auch dieses Verfahren hat Vorteile, die z. B. darin liegen, daß höchste Produktions­ geschwindigkeiten durch Wahl des Wickelwinkelns und eine Volu­ menkonstanz unter Druck erzielbar sind und kein Verdrehen des Schlauches unter Druck bei symmetrischer Links- bzw. Rechtswendel und keine Scherwirkung an den Kreuzungspunkten zu verzeichnen sind.

Wichtig ist schließlich ferner die geringe mechanische Beanspru­ chung des Wickelmaterials. Der Fadenbedarf je Schlauchlänge ist minimierbar.

Aber auch dieses so vorteilhaft erscheinende Kreuzwickelverfahren hat seine Nachteile. So besteht eine feste Relation von Axial- und Radialstabilität der Armierung. Bei hoher Axialstabilität ist die Flexibilität äußerst gering.

Zur Erläuterung des Standes der Technik sind von verschiedenen Armierungsmuster Beispiele beigefügt. So zeigt Abb. 1 eine be­ kannte Kreuzungswicklung bzw. ein Geflecht, also eine Armierung, bei der die Fäden immer übereinander bzw. abwechselnd über­ einander und untereinander liegen, es können auch zwei oder drei Fäden unten, aber auch oben liegen. Solche Armierungen haben eine sehr begrenzte Flexibilität, aber Geometriestabilität unter Druck.

In Abb. 2 ist ein anderes bekanntes Armierungsverfahren darge­ stellt, nämlich eine Kreuzwicklung bzw. ein Geflecht mit einem Winkel größer als 54° 44′. Dadurch ergibt sich eine große Radial­ festigkeit, eine geringe Axialfestigkeit, aber einer bessere Flexibilität des Schlauches. Wie oben dargestellt, ist die Flex­ ibilität des Schlauches von großer Bedeutung.

In Abb. 3 ist der Winkel kleiner als 55°. Das ergibt sich eine geringe Radialfestigkeit, eine hohe Axialfestigkeit, aber eine geringe Flexibilität.

In Abb. 4 ist nun ein Kompromiß dargestellt, den man benutzt, um die fehlende Axialstabilität zu erhöhen, und zwar sind bei der Wicklung nach Abb. 2 unter der Kreuzwicklung geradlinig längs verlaufende Zusatzfäden gelegt.

Damit erhält man zwar eine bestimmte Axialstabilität eines be­ stimmten Ausmaßes, erkauft sich aber damit den Nachteil, daß die hochfesten Armierungen, die direkt auf dem elastischen Innen­ schlauch liegen, bei der Biegungen des Schlauches in diesen ein­ schneiden und zu Festigkeitsverlusten führen. Am nachteiligsten ist der Umstand, daß die axial angeordneten Zusatzfäden die Flex­ ibilität des Schlauches sehr stark reduzieren.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, eine Armierung für Schläuche vorzuschlagen, die alle gewünschten Vorteile hin­ sichtlich z. B. der Produktionsgeschwindigkeit, Flexibilität, Volumenkonstanz unter Druck, keine Verdrehungen des Schlauches unter Druck, keine Scherwirkung an den Kreuzungspunkten besitzt, aber auch zusätzliche die erforderliche Axialfestigkeit und die nötige Flexibilität.

Erreicht wird das bei dem eingangs beschriebenen Verfahren und mit der zur Durchführung beschriebener Vorrichtung dadurch, daß Längsfäden in einer symmetrischen, parallel zur Längsachse ver­ laufenden Wellenform aufgebracht werden, die zwischen die Wendeln gelegt bzw. in das Geflecht eingeflochten werden.

Die Anzahl der Längsfäden in Wellenform ist bestimmt von der Stärke bzw. dem Durchmesser des zu armierenden Schlauches und beträgt wenigstens zwei, vorzugsweise sechs und mehr. Die Wellen­ form wird ebenfalls in Abhängigkeit vom Armierungsschlauch und dessen Axialfestigkeit bestimmt.

Auch das Material des Schlauches spielt dabei eine Rolle.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung der Längsfäden werden hohe Produktionsgeschwindigkeiten wegen der einfachen Bewegungsabläufe erreicht, die erforderlich sind und nachfolgend noch beschrieben werden. Es tritt eine Schonung des Armierungsmaterials und der Maschine sowie eine minimale Verformungsarbeit am Armierungsmate­ rial auf.

Es wird auch eine Volumenkonstanz unter Druck erreicht, wenn man optimale Armierungsdimensionierungen und Armierungsgeometrien entsprechend auswählt.

Der Fadenbedarf kann gering gehalten werden. Ein Verdrehen des Schlauches unter Druck wird durch einen symmetrischen Aufbau der Längsarmierungsfäden ausgeschlossen. Scherkräfte in der Armierung treten nicht auf, da keine Scherkanten zwischen den Armierungslagen gebildet werden. Lange Laufzeiten sind möglich, da nur ein Teil des Armierungsmaterials von Rotoren ablaufen, der Rest der Längsfäden aber aus einem stationären Gatter ge­ zogen werden kann.

Die Wellenform des längs verlaufenden Armierungsfadens kann z. B. dadurch herbeigeführt werden, daß die Fäden vor dem Auflegen auf das zu armierende Material durch einen Fadenführer laufen, der den zu armierenden Schlauch ringförmig umgibt und mit einer ent­ sprechenden Anzahl über seinen Umfang gleichmäßig verteilter Fa­ denführungsösen versehen ist, die die Fäden in das Geflecht oder den Wickel entsprechend einführen.

Um die Wellenbewegung nun zu erhalten, führt der Fadenführer steuerbare Schwenkbewegungen um seine Achse aus. Im allgemeinen handelt es sich bei der Erzeugung der Wellenform um eine relativ flache Wellenform in der Art einer Sinus-Schwingung, wobei Wel­ lenhöhe und -länge von den Kriterien des zu erzeugenden Produkts bestimmt sind.

Die angefügten Zeichnungen mit den Abb. 1 bis 4 zeigen bekannte Armierungen von langgestreckten Hohlkörpern, d. h. Schläuchen.

Die Erfindung wird nun anhand einer Zeichnung, die Beispiele zeigt, näher erläutert, es stellen dar:

Fig. 1 ein Stück eines Schlauches mit links und rechts gewickelten Wendeln mit einem Wickelwinkel von größer als 55° und mit drei in Wellenform aufge­ führten Längsarmierungsfäden,

Fig. 2 in schematischer Darstellung eine Vorrichtung zur Aufbringung von Längsarmierungsfäden zwischen zwei wendelförmigen Wickeln und

Fig. 3 die Aufbringung von Längsarmierungsfäden bei einem Geflecht.

In Fig. 1 ist ein Stück eines zu armierenden Schlauches 1 dar­ gestellt, der mit Links- bzw. Rechtswendeln 2 und 3 umwickelt wird. Zwischen diesen beiden Wendeln liegen Längsarmierungsfäden 4, und zwar in diesem Beispiel vier an der Zahl.

Zur Verdeutlichung der Erfindung ist die Wellenform der Längs­ armierungsfäden überhöht dargestellt. Sie kann eine solche Form haben, sie ist aber in den meisten Fällen auf einem solchen Schlauchabschnitt im Verhältnis niedriger. Die Zahl der Längsar­ mierungsfäden in Wellenform richtet sich nach dem zu armierenden Schlauch und steigt meistens mit steigendem Durchmesser an. Durch die Wellenhöhe und -länge ist die Flexibilität des Schlauches be­ herrschbar.

In Fig. 2 ist schematisch die Herstellung von links und rechts gewickelten Wendeln auf dem Schlauch 1 dargestellt. Der Schlauch 1 wird in Richtung des Pfeiles 5 abgezogen und die erste Wendel wird von den sich um den Schlauch rotierenden Spulen 6 mit den Fäden 7 erzeugt. Natürlich sind anstelle der zwei Spulen viele Spulen um den Schlauch herum angeordnet.

Sobald die ersten Windungen der Wendel aufgebracht sind, werden die Längsarmierungsfäden 4 über einen Fadenführer 7 geführt, der unter Berücksichtigung von Produktionsgeschwindigkeit und gewün­ schter Flexibilität oszillierende Bewegungen um den Schlauch 1 herum ausgeführt. Das Ausmaß der Oszillation und die Geschwindig­ keit sind wählbar.

Auf die nun aufgebrachten, in Wellenform verlaufenden Längsarmie­ rungsfäden 4 wird sodann die zweite, entgegengesetzt gewickelte Wendel mit den Fäden 8 von den Spulen 9 aufgetragen. Diese halten nunmehr die Längsarmierungsfäden fest und bewirken dadurch die Axialstabilität bei gleichzeitiger gewünschter Flexibilität.

In Fig. 3 ist die Aufbringung der axial angeordneten, in Wellen­ form verlaufenden Armierungsfäden bei einer Flechtmaschine darge­ stellt, bei der die Links- bzw. Rechtswendeln sich einmal über­ einander und einmal untereinander kreuzen. Das geschieht dadurch, daß die Fäden mit entsprechenden Einrichtungen abwechselnd über den jeweils anderen Spulenträger hinweggehoben werden.

Die Zuführung der in Wellenform verlaufenden Axialfäden 4 er­ folgt hier ganz analog. Lediglich der Fadenführer 6 hat wegen des Flechtvorgangs eine andere Ausführung erhalten, in dem hier Rohr 6′ zur Führung der Fäden im Fadenführer 6 angeordnet sind. Die Bewegungsrichtung des Schlauchs erfolgt ebenfalls wieder in Richtung des Pfeiles 5. Das Bezugszeichen 8′ bezeichnet den übergehobenen Faden. Die Fäden von den rotierenden Spulen sind mit 7 und 8 wie in Fig. 2 bezeichnet. Auch hier ist die Oszilla­ tionsbewegung des Fadenführers und sein winkelmäßiges Ausmaß ein­ stellbar.

Claims (4)

1. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Armierungen von Schläuchen und anderen langgestreckten Hohlkörpern durch Aufbringung von Fäden, dadurch gekennzeichnet, daß Längsfäden in einer symmetrischen, parallel zur Längsachse verlaufenden Wellenform aufgebracht werden, die zwischen die Wendeln ge­ legt bzw. in das Geflecht oder in eine andere bekannte Armie­ rung eingeflochten werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsfäden von stationären Gattern abgezogen und in den Wic­ kel bzw. das Geflecht eingebracht werden.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein den zu Armierungen langgestreckte Hohlkörper (1) umgebener Fadenführer (6) mit mehreren Fadenführungen vorgesehen ist, der oszillierende Be­ wegungen um die Achse des zu armierenden Hohlkörpers (1) aus­ führt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß so­ wohl die Winkelgeschwindigkeit als auch der winkelmäßige Aus­ schlag des oszillierenden Fadenführers (6) wählbar sind.