DE1729588A1

DE1729588A1 - Biegsamer,verstaerkter Schlauch und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE1729588A1
Application number: DE1967C0042610
Authority: DE
Inventors: Grawey Charles Edward; Untz Robert William
Original assignee: Caterpillar Tractor Co
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1966-08-30
Filing date: 1967-06-13
Publication date: 1971-06-24
Also published as: BE698643A; GB1177536A; SE317498B; US3357456A; DE1729588C3; DE1729588B2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf biegsame, verstärkte Schläuche und insbesondere auf eine verbesserte Ausbildung von mit Draht verstärkten Gummischläuchen, die insbesondere für unter hohen Drücken und hohen Temperaturen stehende Hydraulikkreise geeignet ist.

Bei hydraulischen Anlagen besteht die Tendenz zu höheren Drücken, um die Größe der hydraulischen Motoren klein zu halten und dennoch die erforderliche Kraft zur Durchführung bestimmter Aufgaben zu entwickeln. Ferner sprechen die kleineren hydraulischen Anlagen, die mit höheren Drücken arbeiten, schnel ler an. Dies trifft insbesondere auf Hydraulikkreise für Zusatz geräte zu, wie z.B. bei Ladegeräten und Erdbewegungsmaschinen,

Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phyi. Sebastian Herrmann 8 MÖNCHEN 2, THERESIENSTRASSE 33 · Telefon: 3921 02 · Telegramm-Adreuei Lipatli/München

und es ist durchaus nicht unüblich, wenn bei derartigen Ans-' rüstungen Hydraulikkreise, verwendet werden, die Bit Druckwerten über 210 kg/cm² arbeiten. Druckhöchstwerte und~stö0ekönnen

sogar Werte über 1050 kg/cm erreichen.

Oft sind Hydraulikkreise, die »it diesen hohen Drucken arbeiten, an Teilen der Ausrüstung angeordnet, die im Verhältnis " zueinander gelenkig angebracht sind, was die Verwendung von biegsamen Verbindungen oder Schläuchen in den Hydraulikkreisen zwischen den bewegten Teilen erfordert. Allgemein gesprochen werden für hohe Drücke geeignete Hydraulikschläuche verwendet, ua die benötigte Nachgiebigkeit und Biegsamkeit in de« Hydraulikkreis zu schaffen.

Die in Hochdruckanlagen verwendeten Schläuche sind für gewöhnlich eit Srahyverstärkte Gummischläuche wie sie z.B. in den ) USA-Patenten 2 128 814, 2 156 889 und 3 212 528 offenbart sind. Normalerweise sind die in diesen Patentschriften offenbarten Schläuche Hit eine» verhältnismäßig weichen Stranggepreßten zylindrischen ungehärteten Gummikern ausgebildet, der dann alt einem Schutzband aus Stoff oder einer Umklöppelung umwickelt oder bedeckt wird, um den Kern vor Beschädigung zu schützen, wenn die erste Drahtlage auf den Kern gewickelt wird. Ungehärtete Elastomerschichten werden zwischen des Stoff und der ersten Drahtlage und allen weiteren Drahtlagen angebracht, um sie voneinander zu isolieren und sie aneinander zu binden. Anschliessend an die Anbringung einer äußeren Abnutzungsfesten

109826/1316

Gummilage wird der aus den verschiedenen Schichten bestehende Verbundschlauch als eine Einheit vulkanisiert, um den fertigen Schlauch zu bilden. Die Schläuche für unter hohen Drücken arbeitende Hydraulikkreise sind bereits verbessert worden, aber sie sind noch immer eine Quelle für eine alarmierende Anzahl von Störungen in Hydraulikkreisen wie z.B. bei schweren Erdbewegungsmaschinen. Einer der Gründe für die Störungen besteht darin, daß stranggepreßte Schlauchkerne aus einem Gummi beste- ™ hen, bei dem die Härte und Steifheit nur auf Kosten der Wärmebeständigkeitseigenschaften erreicht werden. Ferner wird die erste Drahtlage oft ungleichmäßig auf den weichen stranggepreßten Kern gewickelt. Ferner wird bei Betrieb des Schlauches unter hohen Drücken und Temperaturen oft Gummi zwischen den Drähten der ersten rahtlage herausgepreßt und durch die Bewegung der angrenzenden Lagen abgeschnitten, wodurch die Bildung von feinen Löchern in dem Kern hervorgerufen wird, die zu Störungen führen. Ferner hat der weiche, mit dicken Wänden ausge- | bildete, stranggepreßte Kern keine gute Widerstandskraft gegen radiale Beanspruchungen, was es außerordentlich erschwert, bei der Anbringung der Drahtlagen den Winkel der Terstärkungsdrähte zu steuern.

Demzufolge besteht die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe darin, einen verbesserten drahtverstärkten Schlauch zu schaffen, der in mit hohen Druckwerten arbeitenden Hydraulikkreisen eine erhöhte Leistungsfähigkeit hat, ohne daß der Schlauch bei erhöhter Biegsamkeit in seinen Abmessungen vergrößert würüe. ₁₀₉₈26/1316

Diese und viele weitere Ziele der vorliegenden Erfindung werden durch eine neuartige Schlauchausbildung erreicht, bei der ein "harter" Kern aus einem geschichteten Band «ines Stoffes mit offenen Maschen gebildet wird, datf zwischen zwei Schichten eines ungehärteten Elastomers angebracht wird, das spiralförmig und in überlappender Weise auf einem Dorn aufgewickelt wird, und bei der sodann eine Reihe von Drahtlagen mit zwischen benachbarten Drahtlagen angeordneten ungehärteten Elastomerschichten aufgewickelt werden und anschließend der auf diese Weise aufgebaute Schlauch als eine Einheit vulkanisiert wird.

Die Erfindung geht deutlicher aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen hervpr, in denen

Fig. 1 eine Aufrißansicht eines Teils dee erfindungsgemäß hergestellten neuartigen Schlauches ist, bei dem die Lagen teilweise abgeschnitten sind, um Einzelheiten der Ausbildung zu zeigen,

Fig. 2 die neuartige Kernausbildung des Schlauches in teilweise aufgeschnittener Form veranschaulicht, um das überlappende Verhältnis des Bandes zu veranschaulichen,

Fig. 3 , die schematische Darstellung eines Kalandervorganges ist, der dazu verwendet wird, das geschichtete Band herzustellen, aus dem die Kernausbildung

des Schlauches hergestellt wird,

109826/1316

_ 5 —

Fig. 4 die schematische Ansicht eines Teils der Bandwickelmaschine zum Aufwickeln des geschichteten Bandes auf einem Dorn ist,

Fig. 5 eine schematische Ansicht ist, in der die Drahtwickelvorrichtung zur Umwicklung des Kerns mit elastischen Drähten und eine Bandwickelvorrichtung für die Anbringung der äußeren Gummischutzschicht oder-lage gezeigt sind, und

Fig. 6 eine Darstellung des Wickelkopfes der Wickelvorrichtung im Schnitt ist.

Wie bereits oben erwähnt, ist es bei der Schlauchherstellung üblich, einen zylindrischen, mit dicken Wänden ausgebildeten Kern aus Gummi oder Elastomer durch Strangpressen auf einem Dorn herzustellen, woraufhin ein Schutzband aus Stoff oder eine Um- f klöppelung angebracht wird, um eine Schlauch- "Karkasse" zu bilden, auf die die Verstärkungsdrähte zur Herstellung eines Hochdruckschlauches aufgewickelt werden. Bisher glaubte man, einem stranggepreßtem Kern den Vorzug geben zu müssen, da dadurch eine einheitliche fortlaufende Wand gebildet wurde, die dem unter hohem Druck stehenden, durch den Schlauch gehenden Druckmittel ausgesetzt war. Da ferner die ölbeständigen elastomeren Stoffe, wie z.B. Neopren oder Nitrilgummiverbindungen, die für den Kern verwendet wurden, geringe Neigung hatten, sich mit den Verstärkungedrähten zu verbinden, schien die Schutzschicht aus Stoff den Schlauch nicht zu schwächen. Ein geschichteter Kern

109826/1316

wurde für nicht wünschenswert erachtet, da hier die Gefahr der Trennung der Schichten unter de« EinfluB von hohe« Druck und durch das Biegen des Schlauches bestand. Es wurden vielmehr für gewöhnlich dickwandige, straggepreBte Kerne verwendet, um eine angemessene Festigkeit der Kerne zu gewährleisten. Infolge der Unregelmäßigkeiten, die während des Strangpreßverfahrens entwickelt wurden, entstanden weitere Schwierigkeiten bei der Einhaltung des Winkels der Drahtumwicklung wegen des Verhältnisses zwischen dem Winkel, dem Durchmesser und der Steigung.

Die vorliegende Erfindung ist, wie es aus Pig. !hervorgeht, eine radikale Abkehr von den bisher üblichen Verfahren zur Herstellung von Hochdruckschläuchen. In einer Ausführungsform weist der Schlauch 10 einen Kern 11 auf, der aus einem geschichteten Band 12 besteht, das spiralförmig und sich überlappend auf einem Dorn aufgewickelt wird. Ein Stoff 13 mit offenen Maschen ist zwischen einer dünnen Schicht lh aus ö!beständigen elastomeren Stoff und einer dünnen Schicht 14 aus elastomerem Stoff mit guten Verbindungseigenschaften gegenüber Draht zur Bildung des geschichteten Bandes angeordnet. In einer anderen Ausführungsform könnte der Kern des Schlauches auch dadurch gebildet werden, daB man sowohl für die Schicht Ik als auch für die Schicht 15 nur ölbeständige elastomere Stoffe verwendet und dann eine sehr dünne Schicht eines sich mit Draht verbindenden elastomeren Stoffes auf dem aufgewickelten Kern aufträgt. Dadurch wird vollständig verhindert, daB der sich mit Draht verbindende elastomere Stoff den hydraulischen Flüssigkeiten in dem fertigen Schlauch ausgesetzt wird. In beiden Fällen ist die innere oder ölbeetändige

109826/1316

Schicht 14 dicker als die äußere Schicht 15 des Bandes. Beispielsweise könnte die innere Schicht 14 etwa 0,609 «na, die Staffschicht 0,254 mn und die äußere Schicht 15 0,15 *n dick sein. Wenn das Band mit beiden Schichten aus ölbeständigem elastomeren Stoff hergestellt wird, wird anschließend der aufgewickelte Kern mit einer etwa 0,127 ■«■ dicken Schicht eines sich mit Draht verbindenden Elastomers bedeckt, bevor die Drähte aufgewickelt werden. Die Auftragung dieser Schicht erfolgt entweder durch Aufwickeln oder durch AufStreichung auf dem Kern. ™

Nachdem der Kern 11 durch Aufwickeln des Bandes 12 auf einem Dorn gebildet worden ist, wird eine Drahtlage 16 aus spiralförmig gewickelten Drähten 17 unter Zug auf dem Kern aufgewickelt. Der Stoff 13 verhindert, daß der Draht nennenswert in den Kern einschneidet, und die äußere Schicht 15 ist so dünn, daß sich die Drähte nur sehr geringfügig in dem Kern einbetten. In diesem Sinn ist der Kern "hart" im Vergleich zu den stranggepreßten Kernen gemäß dem Stand der Technik. I

Die Drähte 17 der Drahtlage l6 werden, wie bereits erwähnt, spiralförmig, d.h. also, in schraubenförmigen Windungen, auf dem Kern 11 aufgewickelt, der während des Wickelvorganges durch einen Dorn gehalten wird. Diese Drähte sind, wie auch die für die weiteren Drahtlagen verwendeten Drähte, feine, sehr feste Stahldrähte, die außerordentlich elastisch sind und oft als steife ' aiten"-Stahldrähte bezeichnet werden. Oft sind diese Drähte vermessingt, um eine bessere Verbindung zwischen den Elastomerschichten und den Drahtlagen hervorzurufen.

109826/1316

• , ■ ■

Venn Drähte dieser Art spiralförmig auf den Kern 11 aufgewickelt werden, werden sie unter Zug angebracht, was dazu führt, daß sie sich nach außen abstellen, wenn der Schlauch zur Anbringung von AnechluBetticken und dgl. abgeschnitten wird. Diese unerwünschte Eigenschaft kann dadurch verringert werden, daß man die Drähte durch ein Ziehwerkzeug zieht, un sie daingehend genügend zu bearbeiten, daß sie eine schraubenförmige bleibende Ver- _ formung oder "Locke" erhalten, die den Drähten in neutraler Lage etwa die Form verleiht, die sie in der fertigen Schlauchkarkasse haben werden. Dieses Verfahren ist in der Schlauchherstellungetechnik allgemein Üblich.

Es kann theoretisch-mathematisch bewiesen werden, daß der wünschenswerte Winkel der schraubenförmigen Windungen der einzelnen Drähte in einer Drahtlage gegenüber der Schlauchachse 54°44' betragen sollte. Dieser Winkel gestattet, daß die Drahtlage dem Schlauch den besten Halt sowohl gegen axiale als auch gegen radiale Ausdehnung bei Betrieb des Schlauches unter hohen Drücken , verleiht. Somit ist es üblich, die Drähte in einem Winkel aufzuwickeln, der nahe an dem theoretischen Winkel liegt, um Schläuche mit besseren Leistungsvermögen zu erhalten. Oft weicht der Winkel bei den in bisher bekannter Weise hergestellten Schläuchen infolge von Abweichungen der Größe des Schlauchkerns, Toleranzen in der Drahtwickelauerüstung und Verschiedenheit des Durchmessers der Drahtlagen erheblich von dem theoretischen Winkel ab. Wegen dieser Abweichungen werden bei der Schlauchherstellung der bisher bekannten Art oft einige Drahtlagen mit größerem Winkel und einige mit kleinerem Winkel aufgewickelt, um einen Mittelwert von

109826/1316

— α _

etwa 54 44* zu erhalten. Dadurch können einige Drahtlagen wan- ■ rend Druckänderungen in dem Schlauch an anderen Drahtlagen entlanggleiten, wodurch Nadellöcher entstehen und der Schlauch unbrauchbar gemacht wird. Wenn ferner alle Drahtlagen mit einen größeren oder kleineren Winkel ale 54°44* aufgewickelt werden, ist der Schlauch für hohe Druckwerte unbrauchbar, da die Bewegung zwischen den einzelnen Lagen außerordentlich groß ist.

Nachdem die Drahtlage 16 auf dem Kern 11 aufgewickelt wor- § den ist, der wegen seiner"harten" Eigenschaft nur sehr geringe Durchmesserabweichung hat, wird eine Schicht 18 aus ungehärtetem Elastomer über dieser Lage angebracht, beTor eine zweite Drahtlage 19 auf dem zum Teil aufgebauten Schlauchgebilde aufgewickelt wird. Die Drähte 20 in dieser zweiten Drahtlage 19 werden mit demselben Winkel wie die Drähte der inneren Lage aufgewickelt, jedoch mit entgegengesetzter Richtung, so daß diese Drähte die Drähte der vorhergehenden Lage im Winkel schneiden, wie es in Fig. 1 gezeigt ist. Die Drahtlage 16 bildet eine harte Unterlage, _Λ auf der die nächste Lage aufgewickelt werden kann.

Der Aufbau des Schlauches 10 wird in der obengenannten Weise fortgesetzt, indem man eine weitere Schicht 21 aus ungehärtetem Elastomer hinzufügt und dann eine dritte Drahtlage 22 aufwickelt, deren Drähte 23 mit demselben Winkel und in derselben Richtung wie die innerste oder erste Drahtlage 16 aufgewickelt werden. Diese dritte Lage wird ebenfalle mit einer ungehärteten Schicht 2% aus Elastomer bedeckt und eine vierte Drahtlage 25 wird darauf aufgewickelt, deren Drähte 26 in demselben Winkel verlaufen, wie

109826/1316

die Drähte der zweiten Drahtlage. Nachdea die erforderliche An- , zahl von Drahtlagen auf dem Kern aufgewickelt worden ist, wird eine äußere, der Abnutzung ausgesetzte Gummischicht 27 angebracht, ua die äußere Drahtlage des Schlauches zu schlitzen.

Wie am besten aus Fig. 2 ersichtlich, sind die Maschen des Stoffes 13 offen, und die Schicht 14 aus ölbeständigem elastomer auf einer Seite des Stoffes kann sich alt der Schicht 15 des sich alt dea Draht verbindenden Elastomers durch die offenen Maschen in dea Stoff verbinden. Wegen dieses Merkaals des sich Verbindens der Schichten Ik und 15 wird der Stoff zwischen den beiden Elastomerschichten eingebettet, wodurch ein auBerordentlieh festes und "hartes" Band zur Bildung des Kerns 11 dieser neuartigen Schlauchkonstruktion hergestellt wird. Dieses sich Verbinden der beiden Schichten, gleichgültig ob sie von derselben Art oder von verschiedenen Arten von Elastomeren sind, durch den Stoff alt offenen Maschen hindurch ist wohl teilweise ein wesentlicher Grund für die höhere Leistung des erfindungsgeaäB hergestellten Schlauf ches. Das geschichtete Band 12, das durch ein weiter unten er- . örtertes Kalanderverfahren gebildet wird, wird in sich überlappendem Verhältnis auf einea Dorn aufgewickelt, wobei der überlappende Teil vorzugsweise mindestens halb so breit ist, wie das Band, wie in Fig. 2 gezeigt. Bei einer derartigen Breite des Überlappenden Teils ist eine doppelte Stoffschicht in dea Schlauchkern

° vorhanden und verleiht diesem eine hohe radiale Festigkeit, und

e> ■ .."■.''■■■'. ·., ■. .

JJJ infolge dieser Festigkeit werden durch den in dea Schlauch herren -** sehenden Druck keine Teile des Kerns herausgepreßt, wenn Mnregel-

*° aäßigkeiten in der Drahtlage 16 vorhanden sind, es sei denn diese » unregelmäßigkeiten sind sehr groß. Dadurch wird jede Tendenz

zur Bildung von Nadellöchern ausgeschaltet. Natürlich wird das Band so gewickelt, daß die dünnere Schicht des sich mit dem Draht verbindenden Elastomers sich an der Außenseite des Kerns befindet, während die dickere ölbeständige Schicht sich an der Innenseite des Kerns befindet, wenn zwei verschiedene Elastomere verwendet werden. Ferner ist es auch möglich, eine dreifache Überlappung an dem Kern anstelle der doppelten Überlappung zu verwenden, um die radiale Festigkeit des Kerns zu erhöhen.

Während sich die Schicht des ölbeständigen Elastomers nicht " ohne weiteres mit dem Stoff 13 oder den Drähten 17 verbindet, geht sie mit anderen Elastomeren, wie z.B. dem sich mit dem Draht verbindenden Elastomer in eine feste Verbindung ein. Es wurde festgestellt, daß dank den offenen Maschen in dem Stoff der durch Wickeln des geschichteten Bandes 12 in sich überlappendem Verhältnis und durch anschließendes Aufwickeln einer Drahtlage 16 hergestellte Kern gewährleistet, daß die inneren heterogenen Lagen des Schlauches eine geschlossene Einheit bilden, wenn der Schlauch vulkanisiert ist. Es ist nur ein dünnwan- | diger Wickelkern 11 erforderlich, um einen Schlauch gemäß der vorliegenden Erfindung zu bilden, da bei der Ausbildung gemäß der vorliegenden Erfindung der Kern des Schlauches erheblich stärker ist als bei den Schläuchen, die stranggepreßte und mit Stofflagen bedeckte Kerne aufweisen, und der neue Kern braucht nur die halbe oder noch geringere Wanddicke von für dieselben Zwecke hergestellten stranggepreßten Kernen zu haben.

109826/1316

_₁₂_ mäsee

Infolge der Verwendung des dünnwandigen Kerns 11 ohne die zusätzliche Anbringung von SchutzUmklöpplungen werden die Drähte in den Verstärkungslagen näher an der Mittelachse des Schlauches angebracht, bei dem sie bei einer bestimmten Zugbelastung den Belastungen größere. Widerstandskraft entgegensetzen können, als bei größerem Kerndurchmesser. Ferner wird auch weniger Draht benötigt. Es wurde schließlich auch festgestellt, daß die in der obenbeschriebenen Weise hergestellte Kernausbildung so den Bedürfnissen angemessen ist, daß der Be-' triebsdruck des Schlauches erhöht werden kann, indem man lediglich die Größe des Drahtes in den Drahtlagen erhöht, anstatt eine größere Anzahl von Drahtlagen vorzusehen. Ferner können Kupplungen an dem neuartigen Schlauch besser befestigt werden, da der "härtere" Kern dem Zusammendrücken größeren Widerstand entgegensetzt, als die weicheren stranggepreßten Kerne.

Ein Verfahren zur Herstellung des geschichteten Bandes 12, das zur Bildung des Kerns 11 des neuartigen Schlauches verwendet wird, ist ein in Fig. 3 offenbartes Kalanderverfahren. Bei diesem Verfahren wird ein Vorrat 30 eines ölbeständigen Elastomers zwischen zwei Kalanderwalzen 31 und 32 angeordnet, die sich gegeneinander drehen, wie es durch die Pfeile angedeutet ist. Die Walze 31 dreht sich sehr viel langsamer als die Walze 32, so daß eine dünne Schicht 14 aus Elast oma- durch Reibung von dem Vorrat 30 abgenommen wird und an der Oberfläche der Waise 32 anhaftet. Gleichzeitig wird ein Vorrat 33 eines Elastomers, das sich mit Draht verbinden kann oder eines anderen Elastomere in ähnlicher Weise zwischen Walzen 34 und 35 der Reibungsabnahme

109826/1316

unterworfen, so daß eine sehr dünne Schicht 15 an der sich schneller drehenden Walze 35 anhaftet. Die Walzen 32 und 35 sind in engem Abstand voneinander angeordnet und drehen sich mit derselben Geschwindigkeit, so daß die an ihren Flächen haftenden Elastomerschichten zwischen den Walzen mit gleichmäßiger Geschwindigkeit zusammengebracht werden. Ein Streifen eines Stoffes 13 mit offenen Maschen wird zwischen den beiden Elastomerschichten eingefügt, wenn sie zwischen den Walzen 32 und 35 zusammengedrückt werden. Auf diese Weise wird das dünne ge- ä

schichtete Band gebildet und mit einem Wachstrennpapier 36 auf Spulen aufgewickelt, um zu verhindern, daß die einzelnen Windungen des Bandes auf der Spule aneinanderkleben.

Das geschichtete Band 12 wird spiralförmig und sich überlappend von einer Vorratsrolle 41 von einer Wickelvorrichtung 42 auf einen Dorn 40 aufgewickelt, um den Kern 11 zu bilden, wie es in Fig. 4 schematisch veranschaulicht ist. Der die Vorratsrolle 41 haltende Arm 43 kann in seinem Winkelverhältnis zu der Wickelvorrichtung durch eine Verstelleinrichtung 44 verändert werden, so daß die Vorrichtung in der Lage ist, mit verschiedenen Bandbreiten zu arbeiten. Der Dorn 40 wird in axialer Richtung durch eine Öffnung 45 in der Wickelvorrichtung vorgeschoben, wenn letztere gedreht wird, um die gewünschte Überlappung zu erhalten.

109826/1316

Der Stoff 13 verleiht de« Band eine gewisse Dehnungefestigkeit, gestattet jedoch einen bestirnten Betrag an Dehnung, so daß das Band 12 sich bei» Aufwickeln des Kerns 11 dem Dorn 40 anpaßt. Die offenen Maschen des Stoffes 13 verleihen dem Band die Fähigkeit, sich gut um den Dorn herumzulegen, wenn es auf dem Dorn aufgewickelt wird, und der geschichtete Kern ist dennoch härter als stranggepreßte Kerne, wie oben bereits erwähnt. Unter härter soll die Eigenschaft verstanden sein, daß fe das dünne geschichtete Kerngebilde beim Aufwickeln von Draht unter Zujfe ins chnitts fest ist und Durchmesserveränderungen Widerstand entgegensetzt. Infolge dieser Eigenschaft wird der direkt auf dem Kern aufgewickelte Draht nicht tief in diesen Kern eingebettet, wie es der Fall bei stranggepreßten Kernen wäre, die zur Verhinderung einer derartigen tiefen Einbettung des Drahtes mit Umklöppelungen aus Stoff um den Kern versehen sind. Ferner weist der geschichtete Kern einen sehr viel höheren Drückmodul auf, der die Verwendung von kürzeren Kupplungsstücken an dem fertigen Schlauch gestattet, was bei Schläuchen mit stranggepreßten Kernen wegen der Weichheit der Wände des Schlauches nicht durchführbar ist.

Wenn der Kern 11 auf den Dorn 40 aufgewickelt ist, wird er durch einen Vorschubantrieb (nicht dargestellt).über eine Führungsrolle 50 durch den in Fig. 5 gezeigten Drahtwickelapparat gezogen. Der Dorn verläuft durch die Bohrung des Wickelkopfes 51 der ersten Drahtwickelvorrichtung 52. Der Wickelkopf wickelt mehrere steife, elastische Drähte 17 auf den Kern 11 auf, so daß die Drähte parallel nebeneinander in einer Drahtlage 16

109826/1318

17*9588

in einem Winkel aufgewickelt werden, der durch die axiale Geschwindigkeit des Dorns durch den Wickelkopf bestimmt wird. Dieser Winkel beträgt etwa 54°44'.

Anschließend an den Durchgang des Dorns 40 durch die erste Drahtwickelvorrichtung 52 wird mit Hilfe von Rollen 53 und 5^ eine Schicht 18 aus Elastomer über der Draht la go l6 angebracht, und der nunmehr einen teilweise aufgebauten Schlauch tragende Dorn 40 wird dann durch den Wickelkopf 55 der zweiten Draht- ^ wickelvorrichtung 5b geschickt, die sich in entgegengesetzter Richtung gegenüber der Drehrichtung der ersten Drahtwickelvorrichtung 52 dreht. Von dem Wickelkopf 55 an der zweiten Drahtwickelvorrichtung werden mehrere Drähte 20 auf die Elastomerschient 18 in einem Winkel von etwa 5k kk*, der aber dem Winkel der Drahtlage 16 entgegengesetzt ist. In Fig. 5 wird gezeigt, wie eine äußere Scbuozlage 27 aus Elastomer durch eine Wickelvorrichtung 58 **nf die bei Durchgang des Schlauches durch die zweite Drahtwickelvorrichtung 56 gebildete Drahtlage 19 gewickelt wird, nachdem der Dorn kO zwischen Führungsrollen 57 weiter vorgeschoben wird. In Fig. 5 sind nur zwei Lagen dargestellt, da dies genügt, um die Erfindung zu veranschaulichen, und es werden weitere Lagen in derselben Weise gebildet, wobei der Winkel der Drähte in benachbarten Lagen jeweils wechselt. Ebenso kann eine getrennte Wickelmaschine verwendet werden, um die äußere abnutzungsfeste Lage anzubringen.

109826/1 316

m-9588

Der Wickelkopf 51, der veranschaulichend für alle Wickelköpfe der Wickelvorrichtungen ist, ist in seinen Einzelheiten in Fig. 6 dargestellt. Er weist einen zylindrischen Körper 60 auf, der sich aus eines radlaJ verlaufenden Befestigungsflansch 6l zur Befestigung des Wickelkopfes an den Wickelvorrichtungen und einem in axialer Sichtung hervorstehenden zylindrischen Ringtefl 62 zusaanensetzt, der an den Flansch 6l befestigt ist. Der Ringteil 62 weist mehrere In einer Ebene durch ihn hindurchgebohrte fe Löcher 63 auf, die es Mehreren von an den Wickelvorrichtungen angebrachten Spulen ablaufenden Drähten gestatten, in den Wickelkopf hineinzuverlaufen. Der Wickelkopf 51 ist mit Bezug auf die erste Drahtwickelvorrichtung 52 beschrieben und seine Arbeiteweise ist hinsichtlich der Anbringung der ersten Drahtlage 16 beschrieben. Es sei jedoch so verstanden, daß dies auch veranschaulichend für die Art und Weise ist, in der die weiteren Drahtlagen aufgewickelt werden.

Die Drähte 17 verlaufen durch die radialen Löcher 63 in dem ™ Wickelkopf 51 zu der Innenseite des Ringteils 62 und werden ( durch ein glattes Nasenteil 64, das von einem mit Gewinde versehenen Einsatzstück 65 getragen wird, gegen einen um die innere öffnung der radialen Löcher 63 ausgebildeten kurzen Radius gedrückt. Dieses Einsatzstück kann in die Bohrung des Ringteils 62 eingeschraubt und aus ihr herausgeschraubt werden, um den Druck der Drähte an ihren entsprechenden Radien zU verändern.

109826/1316

Das Nasenteil 64 übt zwei Punktionen aus. Es verleiht dem Draht eine Lockung oder eine schraubenförmige bleibende Verformung, indem es die Drähte gegen die Radien an der inneren Öffnung der radialen Löcher 63 drückt und hält gleichzeitig infolge der axialen Vorschubbewegung des Dorns und der durch die Drehung der Drahtwickelvorrichtung 52 hervorgerufenen Wickelwirkung die Drähte unter Zugspannung. Es sei darauf hingewiesen, daß bei dieser Herstellung die Wickelvorrichtungen selbst gedreht werden, während der Dorn in axialer Richtung ^

1 I

durch die Wickelköpfe der Wickelvorrichtungen vorgeschoben wird. Obwohl die Drähte unter Zugspannung gehalten werden, indem sie gegen die jeweiligen Radien gedrückt werden, betten sie sich nicht in die äußere Schicht 15 des Kerns 11 in nennenswertem Masse ein, da der Kern verhältnismäßig hart ist, wie es weiter oben erärtert wurde. Dadurch wird der Durchmesser der Drahtlage über die gesamte Länge des Schlauches verhältnismäßig gleichmässig, und es besteht keine Notwendigkeit, den Winkel der anschließenden Drahtlagen über oder unter den theoretischen, Iwünschenswerten Winkel von 54°44^r zu ändern, um Änderungen des " Durchmessers der einzelnen Drahtlagen auszugleichen, durch die der Winkel geändert würde.

Durch das entsprechende Verhältnis zwischen der Geschwindigkeit der Vorschubbewegung des Dorns kO und der Drehgeschwindigkeit der Drahtwickelvorrichtung werden die Drähte 17, die auf ■it den Wickelvorrichtungen umlaufenden Spulen getragen werden, in nebeneinanderliegenden Windungen mit einem Winkel von etwa 54°44* gegenüber der Schlauchachse aufgewickelt. Für gewöhnlich bewegt sich der Winkel in einem Toleranzbereich von + oder - i/2⁰

109826/1316

▼on dem theoretischen Winkel, wenn der harte geschichtete Kern gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird.

Eines der wichtigsten Merkmale des dünnen geschichteten Kerns 11 besteht darin, daß er eine genaue Steuerung des Außendurchmessers des Schlauchgebildes gestattet und genügend steif oder harpist, so daß der auf den Kern aufgewickelte Draht eine glatte, zylindrische Drahtlage alt nur geringen Durchmesserabweichungen bildet. Wenn andererseits ein weicher, stranggepreßter Kern »it einer Schutzumklöppelung aus Stoff verwendet wird, werden die Drähte verschieden tief in den Kern hineingezogen, wodurch Unregelmäßigkeiten in dem Durchmesser der Drahtlage und infolgedessen schwache Stellen in dem Schlauch hervorgerufen werden. Diese schwachen Stellen entstehen dadurch, daß der Gummi des stranggepreßten Kerns zwischen den Drähten der Drahtlagen hindurchgepreßt wird, wenn sie unter Zug auf dem Kern aufgewickelt werden, und Abweichungen von dem wünschenswerten Anstiegswinkel des Drahtes werden durch Abweichungen des Durchmessers verursacht. Es ist unmöglich, den Winkel der Dritte in einer einzelnen Drahtlage zu steuern, wenn der Durchmesser des Schlauchkerns unterschiedlich ist, da der Winkel, der Durchmesser und die Steigung des Drahtes alle im Verhältnis zueinander stehen und Änderungen des Durchmessers zwangsläufig den Winkel ändern, was nicht von der Wickelausrüstung festgestellt werden kann. Bei einem geschichteten Kern gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Winkel sehr viel genauer in der Nähe von 5h°kk^t gesteuert werden, da die Abweichungen des Durchmessers sehr gering sind.

109826/1316

Ein Stück eines erfindungsgemäß hergestellten Schlauches mit einer Länge von 6,09 m wurde einer Leistungsprüfung unterzogen, indem er Druckstößen zwischen 0 und seinem beabsichtigten Betriebsdruck unterworfen wurde. Bei dieser Prüfung zeigte der Schlauch keinerlei Neigung, sich zu bewegen oder zu verlängern. Ein ähnliches 6,09 m langes Stück eines bekannten Schlauches mit stranggepreßtem Kern, der jedoch in sonstiger Hinsicht in derselben Weise hergestellt worden ist, verlängerte sich um etwa 25 cm und führte heftige Schlangenbewegungen aus, als er denselben Druckstößen unterworfen wurde, wie der Λ erfindungsgemäße Schlauch. Ferner hatte der gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellte Schlauch einen kleineren Außendurchmesser bei gleichem Innendurchmesser als der in bekannter Weise hergestellte Schlauch mit stranggepreßtem Kern. Ferner war auch die Biegsamkeit des erfindungsgemäßen Sehlauches erheblich besser.

Für gewöhnlich wird nach Vorbereitung des Schlauches, wie sie oben beschrieben wurde, der Schlauch mit einem Nylonschrumpfband umwickelt und erwärmt, um den Schlauch als eine geschlossene Einheit zusammenzuvulkanisieren. Ein Nylonschrumpfband wird oft verwendet, um den Schlauch während des Vulkanisiervorganges gegen den Dorn zu drücken.

Während der wünschenswerte Winkel der einzelnen Drahtlagen 54 44' beträgt, ist es nicht immer möglich, genau mit diesem Winkel zu wickeln. Aus diesem Grund kann er auf jeder Seite des gewünschten theoretischen Winkels um etwa 1° abweichen. Der Winkel aller Drahtlagen darf jedoch nicht unter oder über

109826/1316

4em theoretischen Winkel liegen, da dann der Mittelwert des Kinkels sich nicht de* theoretischen Winkel nähert. Der Winkel wird gemessen mit Bezug auf die Schlauchachse. Ferner wird bequemlichkeitshalber der Winkel der ersten Drahtlage im allgemeinen als der nach vorn gerichtete Winkel bezeichnet, während der der zweiten Lage als der nach rückwärts gerichtete Winkel bezeichnet wird. Das bedeutet, daß die jeweils nächste Drahtlage in entgegengesetzter Sichtung, entweder im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn, von der Schlauchachse gegenüber der Richtung des Winkels der benachbarten Drahtlage gemessen wird. ^ Natürlich wechselt die Richtung des Winkels bei jeder folgenden Drahtlage von dem nach vorn gerichteten zu dem nach rückwärts gerichteten Winkel.

Der erfindungsgemäB hergestellte Schlauch ist dynamisch ausgewogen, da alle Drahtlagen bei oder sehr nahe an dem theoretischen Winkel von 5k°kk^t aufgewickelt werden und daher keiner Bewegung unterworfen werden, wenn der Schlauch unter Druck gesetzt wird. Schläuche, in denen die Drahtlagen mit einem Winkel aufgewickelt werden, der über oder unter dem ^ theoretischen Winkel von 54°44^f liegt, sind dynamisch unausgeglichen, da die einzelnen Drahtlagen sich gegeneinander bewegen, weil sich jede Drahtlage in Richtung auf den theoretischen Winkel zu bewegt, wenn «ie der Druckbelastung ausgesetzt wird. Bei erhöhten Temperaturen werden die Elastomerschichten weicher und infolgedessen wird die Bewegung zwischen den einseinen Drahtlagen noch stärker, wodurch die Gefahr von Nadellöchern erhöht wird.

109826/1316

Claims

Patentanmeldungt "Biegsamer, verstärkter Schlauch und

Verfahren zu seiner Herstellung"

PATENTANSPRÜCHE

IJ Verfahren zur Herstellung eines biegsamen, mit Draht verstärkten Gummischlauches auf einem Dorn, bei dem der Dorn entfernt wird, wenn der Schlauch fertiggestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst ein geschichtetes Band (12) gebildet wird, das aus zwei dünnen Schichten aus ungehärtetem Elastomer mit einem dazwischen angeordneten Stoff mit offenen Maschen besteht, daß dann das geschichtete Band (12) sich überlappend auf einem Dorn (40) zur Bildung eines Kerns (ll) aufgewickelt wird, daß man mehrere elastische Drähte (17) parallel nebeneinander in schraubenförmigen Windungen auf dem Kern (ll) aufwickelt, um eine zylindrische Drahtlage (l6) mit einer Wanddicke zu bilden, die gleich • dem Durchmesser der Drähte (17) ist, daß man sodann die zylind-' rieche Drahtlage (l6) mit einer Haut aus ungehärtetem Elastomer überzieht, sodann mehrere elastische Drähte (20) in parallel nebeneinanderliegenden schraubenförmigen Windungen auf

Patentanwalt· Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phyi. Sebastian Herrmann • MÖNCHEN 2, THERESIENSTHASSE 33 ■ Telefon: »2102 · Telegramm-Adreue, Upolli/München

■endverbindungen ι Deutsch· Bank AO, Filiale MOnchen, Dep.-Kau« VikhraiiwnMrk», Konto-Nr. 70/30438 loyer. Vereinibank MOnchen, Zweigst. Oikar-von-Miller-Ring, Kto.-Nr. 882495 ■ Foiticheck-Kontoi MOnchen Nr. 143397

Oppeneuer lOro: PATENTANWALT DR. REINHOLD SCHMIDT

109828/1316

der Haut (l8) aufwickelt, üb eine zweite zylindrische Drahtlage (19) zu bilden, deren Wanddicke gleich de« Durchmesser der Drähte (20) ist, wobei die schraubenförmigen Windungen der zweiten Drahtlage (i9) in einem Winkel aufgewickelt werden, der dem Aufwickelwinkel der ersten Drahtlage (l6) entgegengerichtet ist, so daB die prähte (20) der zweiten zylindrischen Drahtlage diejenigen (17) der ersten Drahtlage kreuzen, und daß man anschließend den vorbereiteten Schlauch durch Erwärmung vulkanisiert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daB mindestens zwei weitere zylindrische Drahtlagen hinzugeführt werden, bevor der Schlauch vulkanisiert wird, indem man die zweite zylindrische Drahtlage mit einer zweiten Schicht aus ungehärtetem Elastomer beschichtet, mehrere elastische Drähte direkt auf die zweite Schicht in parallelen nebeneinanderliegenden schraubenförmigen Windungen aufwickelt, um eine dritte zylindrische Drahtlage zu bilden, wobei die schraubenförmigen Windungen der dritten zylindrischen Drahtlage mit dem gleichen Winkel aufgewickelt werden, wie diejenigen,(17) der ersten zylindrischen Drahtlage, daB man die dritte Drahtlage mit einer dritten Haut aus ungehärtetem Elastomer beschichtet und mehrere elastische Drähte direkt auf die dritte Haut in parallelen nebeneinanderliegenden schraubenförmigen Windungen aufwickelt, um eine vierte zylindrische Drahtlage zu bilden, wobei die schraubenförmigen Windungen in demselben Winkel verlaufen, wie diejenigen (20) der zweiten zylindrischen Drahtlage (19).

109826/1316
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Drahtlage vor dem Vulkanisieren mit einer Gummischutzschicht bedeckt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die letzte Lage vor dem Vulkanisieren mit einem Schrumpfband umwickelt wird, um eine bessere Bindung zu gewährleisten.
5. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das geschichtete Band (12) aus zwei verschiedenen Elastomeren gebildet wird, von denen das eine ein ölbeständiges Elastomer und das andere ein Elastomer ist, das in der Lage ist, eine feste Verbindung mit Drähten einzugehen, wobei der Stoff (13) zwischen den beiden verschiedenen Elastomeren (14,15) angeordnet ist.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das geschichtete Band aus zwei Schichten aus ölbeständigem Elastomer hergestellt wird und daß der gewickelte Kern (ll) mit einer Schicht aus einem Elastomer bedeckt wird, das in der Lage ist, sich fest mit Draht zu verbinden, bevor die erste Drahtlage aufgewickelt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Maschen des Stoffes (13) genügend groß sind, um die Verbindung zwischen den Elastomerschichten an jeder Seite des Stoffes zu gestatten.

109826/1316

Γ/29588
8. Verfahren nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, daß das geschichtete Band sich überlappend auf dem Dorn aufgewickelt wird, wobei der überlappende Teil des Bandes gleich der halben Breite des Bandes ist, wenn es auf de« Dorn aufgewickelt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Drähte während der Herstellung des

fe Schlauches unter Zugspannung gehalten und über einen kleinen Radius dahingehend bearbeitet werden, daß sie eine bleibende schraubenförmige Verformung erhalten, die derjenigen Fora des Drahtes ähnlich ist, die er in den fertigen Schlauch aufweist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel der Drähte in den einzelnen Drahtlagen im wesentlichen $k kk* in bezug auf die Schlauchachse beträgt.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das geschichtete Band (12) dadurch hergestellt wird, daß ■an zwei dünne Schichten aus Elastomer von getrennten Vorräten durch Reibung abnimmt und sie zwischen Walzen zusammen drückt, wobei ein Stoff mit offenen Maschen zwischen den beiden Schichten eingeführt wird und eine der Schichten wesentlich dünner als die andere ist.

109826/1316

17^9688

-6 -
12. Biegsamer, mit Draht verstärkter Gummisehlauch, gekennzeichnet durch einen rohrförmigen Kern (ll), der durch sich überlappendes Aufwickeln eines geschichteten Bandes (12) gebildet wird, das sich aus zwei Schichten (14,15) aus Elastomer mit einem dazwischen angeordneten Stoff (13) mit offenen Maschen zusammensetzt, und zwei im Verhältnis zueinander konzentrische Drahtlagen (16,19), die durch eine Elastomerschicht (18) voneinander getrennt sind und je aus einer Vielzahl einzelner elastischer biegsamer schraubenförmig ver- w formter Drähte bestehen, die in parallel nebeneinanderliegenden Windungen aufgewi kelt sind, wobei die erste konzentrische Drahtlage (l6) auf dem Kern (ll) mit einem Winkel von 54 44' mit einer Toleranz von + l/2 gegenüber der Sehlauchachse und die nächste konzentrische Drahtlage (19) mit einem entgegengesetzt gerichteten, gleich großen Winkel aufgewikkelt ist, so daß sie die erste Lage (l6) schneidet,
13. Biegsamer', drahtverstärkter Schlauch nach Anspruch a 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Stoff (13) ia dem geschichteten Band (12), das zur Wicklung des Kerns (li) verwendet wird, ein Stoff mit offenen Maschen ist, der es gestattet, daß sich die beiden Schichten (14,15) des Elastomers miteinander verbinden.
14. Biegsamer, drahtverstärkter Schlauch nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Schicht des ge schichteten Bandes ein Elastomer ist, das in der Lage ist, eine feste Verbindung mit den elastischen Drähten einzugehen, und die Innenschicht ein ölbeständiges Elastomer ist, und daß

109826/1316

die beiden Elastonerschichten durch die offenen Maschen des Stoffes Miteinander verbunden sind.

109826/1316