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Die Erfindung betrifft einen biegsamen Hochdruckgummischlauch mit Verstärkungslagen.
Gummischläuche dieser Art werden immer mehr höherenAnforderungen ausgesetzt, welche zur Zeit Innen- durchmesser von 100 mm und mehr sowie eine Anwendbarkeit bei Innendrücken bis zu 700 atü vorschreiben. Für spezielle Zwecke werden Gummischläuche verlangt, welche einem zusätzlichen äusseren Druck von 300 atü und einer in Achsrichtung wirkenden Kraft von 300 t Widerstand zu leisten haben, wobei sie auch durch ein Drehmoment bis zu 2000 mkp belastet werden können sollen.
Da herkömmliche Gummischläuche für derartige Belastungen ungeeignet sind, ist vorgeschlagen worden,
Gummischläuche aus einer Mehrzahl von rundgewebten, einander überlagerten Verstärkungslagen aufzubauen. Die Lebensdauer oder Standzeit dieser Gummischläuche ist aber noch immer unbefriedigend, weil sich die zusammengeflochtenen Stränge unter der Wirkung des inneren Druckes aneinander reiben.
Ein anderer bekannter Vorschlag besteht darin, dass Verstärkungslagen verwendet werden, deren Stränge abwechselnd in entgegengesetzter Richtung gewickelt werden. Gummischläuche dieser Art weisen aber den Nachteil auf, dass ein Zusammenwirken zwischen den Lagen verschiedener Durchmesser nur schwierig erreicht wer- den kann. Hiezu kommt, dass diese Schläuche bei Belastung verhältnismässig stark verdreht werden.
Um das Zusammenwirken zwischen den einzelnen Lagen aerartiger Gummischläuche zu fördern, ist vorgeschlagen worden, vom herkömmlichen Wert von 35016 t des Flechtwinkels (Steigungswinkel im Verhältnis zur Schlauchachse) abzuweichen, obwohl dieser Wert als ideal erachtet worden war. Zu diesem Zweck wurden entweder paarweise gleiche Winkel in Betracht gezogen oder aber ein geringer Winkelunterschied zwischen einander zugeordneten Verstärkungslagen angewendet. Diese Massnahmen führten jedoch ebenfalls nicht zum Ziel.
Die auftretenden Kräfte weichen nämlich wesentlich voneinander ab und Messungen haben sogar Änderungen von 50 bis 300% ergeben.
Die Erfindung bezweckt die Behebung dieser Unzulänglichkeiten und die Schaffung eines biegsamen Hochdruckgummischlauches mit aus Draht bestehenden Verstärkungslagen, die im Betrieb das gewünschte Zusammenwirken gewährleisten. Verschiedene Untersuchungen wurden angestellt, um die Ursachen der zu beseitigenden Mängel zu ermitteln :
Ein Gummischlauch, der ein Paar von Verstärkungslagen aufwies, die einen Flechtwinkel vom herkömmlichen Wert von 350161 hatten, wurde einem Druck ausgesetzt. Der Gummischlauch zeigte dabei wesentliche Torsionsausschläge, ohne erhebliche Längenänderungen. Die durch die Torsion bedingten Verschwenkungen erschienen bereits bei verhältnismässig geringen Drücken im Bereich von 25 bis 50 at. Weitere Druckerhöhungen führten nur unbedeutende Längenänderungen herbei.
Die Richtung der Torsion war immer von der Art, dass die obere Verstärkungslage kontrahierte. Dieses Verhalten des Gummischlauches dürfte durch die Herstellungsweise bedingt sein, bei welcher das Zusammenwirken der Verstärkungslagen nur nach einer bestimmten Kontraktion erreicht werden kann, da während der Herstellung im Gummischlauch immer eine gewisse durch den gegenseitigen Abstand der Verstärkungslagen bedingte restliche Lockerung vorhanden ist. Ein Kontrahieren wird dadurch erreicht, dass der Durchmesser der inneren Geflechtslage bei Torsion zunimmt, der Durchmesser der äusseren Geflechtslage aber geringer wird. Bei sorgfältig aufgebauten Gummischläuchen mit Durchmessern von 76 bis 101 mm beträgt der Wert des Kontrahierens etwa 0,] bis 0, 8 mm.
Somit wird bei Gummischläuchen mit zwei Verstärkungslagen die Zusammenarbeit zwischen den letzteren durch Torsionsausschläge erreicht, obwohl die Belastung der Verstärkungslagen nicht gleichmässig ist. Versuche haben sogar gezeigt, dass der Unterschied zwischen den Belastungen auch etwa 50% betragen kann, was nicht vernachlässigt werden darf.
Bei Hochdruckgummischläuchen mit einer Mehrzahl von Verstärkungslagen sind die Schwierigkeiten noch grösser, weil das Kontrahieren zwischen den verschiedenen Verstärkungslagen nicht immer durch Torsionsausschläge herbeigeführt wird. So z. B. bei Gummischläuchen mit vier Verstärkungslagen, welche abwechselnd in entgegengesetzten Richtungen und unter gleichem Flechtwinkel, oder paarweise in der gleichen Richtung gewickelt wurden, zeigte die unterste Verstärkungslage eine Durchmesservergrösserung, wogegen die zweite Verstärkungslage bei innerem Druck eine Durchmesserverringerung erfuhr. Auf diese Weise nahm der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Verstärkungslage ab. Die erste Verstärkungslage hat aber über die Rohrverbindung des Schlauches die dritte Verstärkungslage von gleichem Wicklungssinn aufgeweitet, wodurch ihr Durchmesser zunahm.
Da der Durchmesser der zweiten Verstärkungslage abnahm, konnte für das Zusammenwirken zwischen der zweiten und der dritten Verstärkungslage keine Kontraktion erreicht werden.
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass Unterschiede zwischen den Belastungen der Verstärkungslagen und ihren Verformungen unter diesen Belastungen durch drei Ursachen bedingt sind. Zunächst kann ein Kontrahieren von belasteten Verstärkungslagen selbst dann nicht vollständig unterbunden werden, selbst wenn das beste bekannte Herstellungsverfahren zur Anwendung gelangt. Dann führen die Torsionsausschläge keine gleichförmigen Belastungen in den Verstärkungslagen herbei, wobei sogar Scherkräfte auftreten, durch welche die Lebensdauer der Schläuche weitgehend beschränkt wird. Schliesslich können die Drahtverstärkungslagen von Hochleistungsgummischläuchen nur aus Werkstoffen hergestellt werden, die eine ausserordentlich niedrige Dehnung aufweisen.
Dies bedeutet, dass Werkstoffe bevorzugt werden. die praktisch keine Dehnung aufweisen. Dann kann aber auch kein Ausgleich der Belastungen zwischen den Verstärkungslagen eines Gummischlauches erfolgen.
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Die einzige Möglichkeit, zwischen den Verstärkungslagen eines Gummischlauches Kontraktion und gleichmässige Verteilung ihrer Belastungen zu erreichen, besteht in der Längenänderung des Schlauches. Zu diesem Zweck sind aber die Verstärkungslagen mit verschiedenen Flechtwinkeln zu wickeln, deren Verschiedenheit derart gewählt werden muss, dass bei Längenänderungen die Verstärkungslagen mit grösserem Flechtwinkel ihren Durchmesser stärker verändern werden, als jene von geringerem Flechtwinkel. Eine weitere Erkenntnis besteht
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mit Verstärkungslagen, die mit einem geringeren Flechtwinkel gewickelt worden sind als der erwähnte herkömmliche Wert, ihre Länge vergrössern.
Es ist nun ermittelt worden, dass ein gewünschtes gleichmässiges Kontrahieren und eine gewünschte gleichmässige Verteilung der Belastung zwischen den Verstärkungslagen eines Gummischlauches durch Längenänderungen erreicht werden kann, wenn der Flechtwinkel bei sich verküzrenden Gummischläuchen in radialer Richtung nach aussen abnimmt, während die Flechtwinkel der Verstärkungslagen von Gummischläuchen der sich verlängernden Art in radialer Richtung nach aussen zunehmen, u. zw. in der Art, dass der Winkelunterschied zwischen den Verstärkungslagen grösserer Flechtwinkel geringer ist als der Unterschied zwischen den Winkel der Verstärkungslagen geringerer Flechtwinkel. Dies ist das Wesen der Erfindung.
Es kann gezeigt werden, dass für drei überlagerte Verstärkungslagen die erwähnte Forderung eine Beziehung bedeutet, in welcher
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worin D-,, Dj, Dj+l die ursprünglichen Durchmesser, ', i,D'j,D -j+, die geänderten Durchmesser bedeuten und wobei j die Reihennummer einer Verstärkungslage in radialer Richtung nach aussen bezeichnet.
Die Beziehung (1), der weitere Verstärkungslagen ebenfalls entsprechen müssen, bedeutet bei Gummischläuchen, die aus mehr als drei Verstärkungslagen bestehen, dass der Unterschied zwischen den Durchmesser- änderungen der zwei ersten Verstärkungslagen gleich dem Unterschied zwischen den Durchmesser änderungen der zweiten zwei Verstärkungslagen sein muss. Berechnungen auf Grund der Beziehung (1) führten zur folgenden Beziehung zwischen den Flechtwinkeln von drei überlagerten Verstärkungslagen :
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worin cx den Flechtwinkel der Verstärkungslage bezeichnet.
Die Flechtwinkel der weiteren Verstärkungslagen werden in gleicher Weise berechnet.
Die Beziehung (2) bestimmt einen genauen gegenseitigen Zusammenhang zwischen den Flechtwinkeln von überlagerten Verstärkungslagen in einer Gruppe derselben. Es hat sich aber herausgestellt, dass nochweitere Forderungen erfüllt werden müssen, wenn zwischen den Verstärkungslagen einheitliche Kontraktionen und Lastverteilungen erreicht werden sollen. Zunächst müssen beide äusseren Winkel, d. s. die Flechtwinkel der innersten und der äussersten Verstärkungslagen, gemäss dem geringsten Unterschied zwischen den Belastungen in den einzelnen Verstärkungslagen gewählt werden, wobei die Belastungen selbst durch Messungen festgestellt werden.
Dann ist auch zu berücksichtigen, dass Gummischläuche mit Verstärkungslagen grosser Flechtwinkel in der Nähe von 900 weniger biegsam sind, was verhältnismässig höhere Belastungen beim Biegen bedeutet. Schliesslich ist zu bedenken, dass je grösser der Unterschied zwischen den Flechtwinkeln ist, desto geringer die Längenänderung sein wird, die fUr das Kontrahieren der Verstärkungslagen erforderlich ist.
Diese Betrachtungen zeigen, dass bei Gummischläuchen mit mindestens drei überlagerten Verstärkungslagen der Unterschied zwischen den beiden äusseren Winkeln im Bereich von 6 bis 800 liegen muss, wobei die dazwischen liegenden Winkel derart gewählt werden müssen, dass sie der Beziehung (2) gerecht werden. Dann wird der Unterschied zwischen den Durchmesseränderungen eine Kontraktion von 0, 1 bis 0, 8 mm herbeiführen. Somit bezieht sich die Erfindung in ihrer allgemeinsten Form auf biegsame Hochdruckgummischläuche mit einer Anzahl von lasttragenden eingebetteten Verstärkungslagen, deren jede aus einer Mehrzahl von einzelnen nachgiebig biegsamen Drähten besteht, die in parallelen schraubenlinienförmigen Windungen um die Längsachse des Schlauches verlaufen.
Die Erfindung selbst besteht darin, dass die Verstärkungslagen abwechselnd links-und rechtsgängige Gänge bilden und die Steigungswinkel der einzelnen Verstärkungslagen von innen nach aussen entweder zu-oder abnehmen, derart, dass der Unterschied zwischen den Steigungswinkeln der innersten und äussersten Verstärkungslage 6 bis 800 beträgt, wobei die Winkel jeder einzelnen Verstärkungslage voneinander unterschiedlich sind und die Winkel von drei benachbarten Verstärkungslagen die Gleichung
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Die Erfindung wird nachstehend auf Grund der Zeichnungen näher beschrieben, deren Fig. 1 bis 3 Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen Gummischlauches perspektivisch darstellen, wobei verschiedene Teile des Schlauches der Reihe nach entfernt sind, um die Eigenart der einzelnen Teile darstellen zu können.
In den Zeichnungen stellt Fig. 1 einen Gummischlauch dar, der aus vier überlagerten Verstärkungslagen - 10. 12. 14 und 16-- aufgebaut ist, wobei jede Verstärkungslage aus einer Mehrzahl von einzelnen feinen Drähten hoher Festigkeit besteht, die um die Längsachse I-I des Schlauches in parallelen schraubenförmigen Windungen verlaufen. Die Windungen sind in aussen und innen paarweise nebeneinanderliegenden Verstärkungslagen-10, 12 bzw. 14, 16-einander entgegengesetzt gerichtet, wobei sie voneinander in an sich bekannter Weise z. B. durch gummierte Lagen-18, 20 bzw. 22-isoliert sind. Eine Lage-26-aus nichtmetallischem Gewebe liegt unter der innersten Verstärkungslage10-- und dient zum gleichmässigen Verteilen des Druckes, wobei sie ein Gummirohr --28-- umschlie sst.
Anderseits ist die Verstärkungslage --16-- durch einen Überzug - 30-von einem äusseren Gummimantel-32-getrennt, wobei der Überzug -30-- ebenfalls aus nichtmetallischem Gewebe besteht.
Gemäss der Erfindung besteht die Beziehung (2), dass D1tg2α1+D3tg2α3=2D2tg2α2 und D2tg2α2+D4tg2α4=2D3tg2α3#### ist, worin
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gleiche radiale und axiale Belastbarkeiten vorliegen, so müssen die Flechtwinkel eine weitere Beziehung erfüllen, gemäss welcher
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ist, worin
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<tb>
<tb> α1, <SEP> α2,....,α
n <SEP> die <SEP> Fiechtwinkel,
<tb> n <SEP> die <SEP> Zahl <SEP> der <SEP> Verstärkungslagen,
<tb> t <SEP> den <SEP> Abstand <SEP> zwischen <SEP> den <SEP> Drahtmitten <SEP> eines <SEP> Paares <SEP> von <SEP> nebeneinanderliegenden <SEP> Windungen <SEP> in <SEP> einer <SEP> Verstärkungslage <SEP> in <SEP> cm,
<tb> T <SEP> die <SEP> Summe <SEP> von <SEP> axialen <SEP> Aussenkräften <SEP> in <SEP> kp, <SEP> die <SEP> die <SEP> verschiedenen <SEP> einzelnen <SEP> Verstär- <SEP>
<tb> kungslagen <SEP> belasten,
<tb> P <SEP> die <SEP> Kräfte <SEP> in <SEP> kp, <SEP> die <SEP> in <SEP> den <SEP> Verstärkungslagen <SEP> auftreten, <SEP> und
<tb> D <SEP> den <SEP> mittleren <SEP> Durchmesser <SEP> der <SEP> Verstärkungslagen <SEP> in <SEP> cm
<tb>
bezeichnet.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist n = 4 und
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Die Richtungen der Stränge in den einzelnen Lagen müssen in Berücksichtigung der Torsion gewählt werden.
So z. B. beim dargestellten Ausführungsbeispiel eines Vierlagengummischlauches habenbeide Zwischenlagen-12
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und 14-eine gleiche Richtung, während beide äusseren Verstärkungslagen --10 und 16-- den Zwischenlagen entgegengerichtet sind. Wenn bei der Herstellung die Abmessungen derartiger Gummischläuche von den be- rechneten Werten abweichen, trachtet die Verschwenkung der ersten Lage-10-über ein nichtdargestelltes
Verbindungsstück des Gummischlauches die dritte Lage-14-zu kontrahieren. Dann entsteht ein geringfügiger Abstand zwischen der zweiten (vierten) Lage --12 oder 16-- und der dritten Lage-14-, als ob die dritte Lage in der gleichen Richtung verlief, wie die erste Lage-10--.
Eine derartige Gummischlauchkonstruktion kann als Type A-B-B-A benannt werden, wobei A eine ge- wählte Richtung und B die entgegengesetzte Richtung bezeichnen. Zusätzlich zu ihrer erwähnten Eigenschaft, dass sie vorteilhaft auf Torsionsausschläge reagiert, hat sie den weiteren Vorteil, dass die mittleren Durchmesser der Verstärkungslagenpaare entgegengesetzter Flechtrichtungen genau dieselben sind. Diese Gleichförmigkeit der beiden mittleren Durchmesser hat eine den kreisgewobenen oder geflochteten Verstärkungslagen ähnliche
Eigenschaft zur Folge, jedoch ohne die nachteilige Wirkung der Reibung der Stränge aneinander.
Fig. 2 stellt eine beispielsweise Ausführungsform dar, die in doppelter Hinsicht vom vorherigen Ausführungs- beispiel abweicht. Zunächst sind drei Verstärkungslagen --12, 14, 24-- anstatt vier vorgesehen. Dann besteht
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--34a- anstatt- 34--, die an Stelle der Lage-10-des vorherigen Ausführungsbeispiels zur Anwendung gelangt, durch ein hohes Trägheitsmoment ausgezeichnet, das mindestens fünfmal so gross ist, als das Trägheitsmoment der andern
Lagen-12 und 14-bei einem mittleren Durchmesser von D1 und einem geringen Flechtwinkel oc von höch- ) stens 5 . Wenn die Beziehung (3) durch die verschiedenen Parameter dieses Gummischlauches befriedigt ist,
wird er ausser den inneren und äusseren Drücken - wie beim vorherigen Ausführungsbeispiel-also auch axialen zu- sätzlichen Lasten gewachsen sein, die durch bei Tiefbohrungen verlangte übermässige Längen bedingt sind, wo
Gummischläuche bis in Tiefen von 3000 m betrieben werden müssen. Versuche haben gezeigt, dass in ähnlichen
Fällen die Quetschwirkung der hohen axialen Überlasten durch die innerste schraubenlinienförmige Verstär- kungslage-34-aufgefangen wird.
Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, wo die Reihe von Verstärkungslagen gleichsam in ein einziges Paar übergeführt ist, wie z. B. die Verstärkungslagen --10 und 12-des Ausführungsbeispiels gemäss Fig. 1. Die Ge-
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schied in Flechtwinkeln aufweisen. der im Bereich von 2 bis 8 liegt. Je nachdem ob Gummischläuche der sich verkürzenden oder verlängernden Art hergestellt werden sollen, wird der mittlere Wert der beiden Winkel um 10'grösser oder geringer sein, als der herkömmliche Wert von 35016'.
Die betriebsbedingten Verformungen von grossen Hochdruckgummischläuchen können noch weiter verringert werden. Versuche haben gezeigt, dass Verformungen bei verhältnismässig geringen Drücken auftreten. Deshalb sind die Gummischläuche im Verlauf ihrer Herstellungsverfahren unter einen inneren Druck zu legen, bevor sie vulkanisiert werden. Auf diese Weise werden ihre Verstärkungslagen gemäss den vor dem Vulkanisieren auftretenden Längenänderungen aufgebaut und in dieser Lage durch das Vulkanisieren festgesetzt, so dass Verformungen im Betrieb nur in praktisch vernachlässigbarem Mass auftreten werden.
Es ist gezeigt worden, dass bei Gummischläuchen sowohl der sich verkürzenden, wie auch der sich verlängernden Art gleiche Kontraktionen in den Verstärkungslagen erreicht werden können. In der Regel werden Gummischläuche der sich verkürzenden Art bevorzugt, da ihr Verhalten und ihre Biegeeigenschaften im Verhältnis zur andern Art vorteilhafter sind. Wenn jedoch die Beanspruchung des Gummischlauches hohe axiale Belastungen und Drehmomente zur Folge hat, ist es zweckmässig. Gummischläuche der sich verlängernden Art zu wählen.
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The invention relates to a flexible high-pressure rubber hose with reinforcing layers.
Rubber hoses of this type are subject to ever more stringent requirements, which currently stipulate internal diameters of 100 mm and more, as well as applicability at internal pressures of up to 700 atmospheres. For special purposes, rubber hoses are required which have to withstand an additional external pressure of 300 atmospheres and a force of 300 tons acting in the axial direction, whereby they should also be able to withstand a torque of up to 2000 mkp.
Since conventional rubber hoses are unsuitable for such loads, it has been proposed
Construct rubber hoses from a plurality of round-woven reinforcing layers superimposed on one another. However, the service life or service life of these rubber hoses is still unsatisfactory because the braided strands rub against one another under the effect of internal pressure.
Another known proposal is that reinforcement layers are used, the strands of which are wound alternately in opposite directions. Rubber hoses of this type have the disadvantage, however, that interaction between the layers of different diameters can only be achieved with difficulty. In addition, these hoses are twisted to a relatively large extent when loaded.
In order to promote the interaction between the individual layers of aero-type rubber hoses, it has been proposed to deviate from the conventional value of 35016 t of the braiding angle (angle of inclination in relation to the hose axis), although this value was considered ideal. For this purpose, either the same angles were considered in pairs or a small angle difference was used between reinforcement layers assigned to one another. However, these measures did not achieve the goal either.
The forces that occur differ significantly from one another and measurements have even shown changes of 50 to 300%.
The aim of the invention is to remedy these deficiencies and to create a flexible high-pressure rubber hose with reinforcing layers made of wire which ensure the desired interaction during operation. Various investigations were carried out to determine the causes of the defects to be eliminated:
A rubber hose having a pair of reinforcing layers having a braid angle of the conventional value of 350161 was subjected to pressure. The rubber hose showed significant torsional deflections without significant changes in length. The pivoting caused by the torsion already appeared at relatively low pressures in the range of 25 to 50 at. Further increases in pressure only resulted in insignificant changes in length.
The direction of the torsion was always such that the top reinforcement layer contracted. This behavior of the rubber hose is likely to be due to the production method, in which the interaction of the reinforcement layers can only be achieved after a certain contraction, since there is always a certain residual loosening due to the mutual spacing of the reinforcement layers in the rubber hose. Contracting is achieved in that the diameter of the inner braid layer increases in the event of torsion, but the diameter of the outer braid layer becomes smaller. In the case of carefully constructed rubber hoses with diameters of 76 to 101 mm, the value of the contraction is approximately 0.1 to 0.8 mm.
Thus, in the case of rubber hoses with two reinforcement layers, the cooperation between the latter is achieved through torsional deflections, although the load on the reinforcement layers is not uniform. Tests have even shown that the difference between the loads can also be around 50%, which should not be neglected.
In the case of high-pressure rubber hoses with a plurality of reinforcement layers, the difficulties are even greater because the contraction between the various reinforcement layers is not always caused by torsional deflections. So z. B. in rubber hoses with four reinforcement layers, which were wound alternately in opposite directions and at the same braiding angle, or in pairs in the same direction, the bottom reinforcement layer showed an increase in diameter, while the second reinforcement layer experienced a diameter reduction under internal pressure. In this way, the distance between the first and second reinforcement layers decreased. The first reinforcement layer has widened the third reinforcement layer by the same winding direction via the pipe connection of the hose, whereby its diameter increased.
Since the diameter of the second reinforcement layer decreased, no contraction could be achieved for the interaction between the second and third reinforcement layers.
In summary, it can be said that differences between the loads on the reinforcement layers and their deformations under these loads are due to three causes. First of all, even if the best known manufacturing method is used, a contraction of loaded reinforcement layers cannot be completely prevented. Then the torsional deflections do not bring about uniform loads in the reinforcement layers, with even shear forces occurring, which largely limit the service life of the hoses. Finally, the wire reinforcement layers of high-performance rubber hoses can only be made from materials that have an extremely low elongation.
This means that materials are preferred. which have practically no stretch. Then, however, the loads between the reinforcement layers of a rubber hose cannot be balanced.
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The only way to achieve contraction between the reinforcement layers of a rubber hose and an even distribution of your loads is to change the length of the hose. For this purpose, however, the reinforcement layers are to be wound with different braiding angles, the differences between which must be selected such that when length changes, the reinforcement layers with a larger braiding angle will change their diameter more than those with a smaller braiding angle. Another insight exists
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with reinforcement layers that have been wound with a smaller braiding angle than the conventional value mentioned, increase their length.
It has now been determined that a desired even contraction and a desired even distribution of the load between the reinforcement layers of a rubber hose can be achieved by length changes if the braiding angle decreases in the radial direction in the case of shrinking rubber hoses, while the braiding angle of the reinforcement layers of rubber hoses the lengthening type increase in the radial direction outwards, u. in such a way that the angle difference between the reinforcement layers of larger braiding angles is less than the difference between the angles of the reinforcement layers of smaller braiding angles. This is the essence of the invention.
It can be shown that for three superimposed reinforcement layers the mentioned requirement means a relationship in which
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where D- ,, Dj, Dj + l denote the original diameter, ', i, D'j, D -j + denote the changed diameter and where j denotes the row number of a reinforcement layer in the radial outward direction.
The relationship (1), to which further reinforcement layers must also correspond, means for rubber hoses that consist of more than three reinforcement layers that the difference between the changes in diameter of the two first reinforcement layers must be equal to the difference between the changes in diameter of the second two reinforcement layers . Calculations based on relationship (1) led to the following relationship between the braiding angles of three superimposed reinforcement layers:
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where cx denotes the braiding angle of the reinforcement layer.
The braiding angles of the other reinforcement layers are calculated in the same way.
The relationship (2) determines a precise mutual relationship between the braiding angles of superimposed reinforcement layers in a group thereof. However, it has been found that further requirements must be met if uniform contractions and load distributions are to be achieved between the reinforcement layers. First, both outer angles, i.e. s. the braiding angles of the innermost and the outermost reinforcement layers are selected according to the smallest difference between the loads in the individual reinforcement layers, the loads themselves being determined by measurements.
Then it should also be taken into account that rubber hoses with reinforcement layers with large braiding angles in the vicinity of 900 are less flexible, which means relatively higher loads when bending. Finally, it should be borne in mind that the greater the difference between the braiding angles, the smaller the change in length that will be necessary for the reinforcement layers to contract.
These considerations show that in the case of rubber hoses with at least three superimposed reinforcement layers, the difference between the two outer angles must be in the range from 6 to 800, with the angles in between must be selected in such a way that they meet relationship (2). Then the difference between the changes in diameter will cause a contraction of 0.1 to 0.8 mm. Thus, in its most general form, the invention relates to flexible high pressure rubber hoses having a number of load bearing embedded reinforcement layers, each of which consists of a plurality of individual resiliently pliable wires extending in parallel helical turns about the longitudinal axis of the hose.
The invention itself consists in that the reinforcement layers alternately form left-hand and right-hand gears and the angle of inclination of the individual reinforcement layers either increases or decreases from the inside to the outside, such that the difference between the angles of inclination of the innermost and outermost reinforcement layers is 6 to 800, where the angles of each individual reinforcement layer are different from one another and the angles of three adjacent reinforcement layers give the equation
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The invention is described in more detail below on the basis of the drawings, the FIGS. 1 to 3 of which show in perspective embodiments of the rubber hose according to the invention, with various parts of the hose being removed one after the other in order to be able to show the nature of the individual parts.
In the drawings, FIG. 1 shows a rubber hose which is made up of four superimposed reinforcement layers - 10, 12, 14 and 16 -, each reinforcement layer consisting of a plurality of individual fine wires of high strength, which are wound around the longitudinal axis II of the hose run in parallel helical turns. The turns are directed opposite one another in reinforcement layers 10, 12 and 14, 16 lying next to one another in pairs on the outside and on the inside. B. are insulated by rubberized layers 18, 20 or 22. A layer -26-made of non-metallic fabric lies under the innermost reinforcement layer10 - and serves to evenly distribute the pressure, while it encloses a rubber tube --28 -.
On the other hand, the reinforcement layer -16- is separated from an outer rubber jacket -32- by a covering -30-, the covering -30- also consisting of non-metallic fabric.
According to the invention, the relationship (2) is that D1tg2? 1 + D3tg2? 3 = 2D2tg2? 2 and D2tg2? 2 + D4tg2? 4 = 2D3tg2? 3 ####, where
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If the radial and axial load capacities are the same, the braiding angles must fulfill a further relationship according to which
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is where
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<tb>
<tb>? 1, <SEP>? 2, ....,?
n <SEP> the <SEP> fiechtwinkel,
<tb> n <SEP> the <SEP> number <SEP> of the <SEP> reinforcement layers,
<tb> t <SEP> the <SEP> distance <SEP> between <SEP> the <SEP> wire centers <SEP> of a <SEP> pair <SEP> of <SEP> adjacent <SEP> turns <SEP> in <SEP > a <SEP> reinforcement layer <SEP> in <SEP> cm,
<tb> T <SEP> the <SEP> sum <SEP> of <SEP> axial <SEP> external forces <SEP> in <SEP> kp, <SEP> the <SEP> the <SEP> different <SEP> individual < SEP> amplification <SEP>
load <tb> kungslagen <SEP>,
<tb> P <SEP> the <SEP> forces <SEP> in <SEP> kp, <SEP> the <SEP> in <SEP> the <SEP> reinforcement layers <SEP>, <SEP> and
<tb> D <SEP> the <SEP> mean <SEP> diameter <SEP> of the <SEP> reinforcement layers <SEP> in <SEP> cm
<tb>
designated.
In the illustrated embodiment, n = 4 and
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The directions of the strands in the individual layers must be selected taking the torsion into account.
So z. B. in the illustrated embodiment of a four-layer rubber hose both have intermediate layers -12
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and 14 - the same direction, while both outer reinforcement layers - 10 and 16 - are opposite to the intermediate layers. If the dimensions of such rubber hoses deviate from the calculated values during manufacture, the pivoting of the first layer-10-takes place over a position not shown
Connector of the rubber hose to contract the third layer-14-. Then there is a slight gap between the second (fourth) layer - 12 or 16 - and the third layer - 14 -, as if the third layer ran in the same direction as the first layer - 10 -.
Such a rubber hose construction can be named Type A-B-B-A, where A denotes a selected direction and B denotes the opposite direction. In addition to its mentioned property that it reacts favorably to torsional deflections, it has the further advantage that the mean diameters of the reinforcement layer pairs of opposite braiding directions are exactly the same. This uniformity of the two mean diameters has a reinforcement layer similar to that of circular woven or braided reinforcement layers
Property, but without the adverse effect of friction between the strands.
FIG. 2 shows an exemplary embodiment that differs from the previous exemplary embodiment in two respects. Initially, three reinforcement layers - 12, 14, 24 - are provided instead of four. Then there is
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--34a- instead of-34--, which is used instead of position-10- of the previous exemplary embodiment, is distinguished by a high moment of inertia that is at least five times as large as the moment of inertia of the others
Layers-12 and 14-with a mean diameter of D1 and a small braiding angle oc of at most 5. If the relation (3) is satisfied by the various parameters of this rubber hose,
In addition to the internal and external pressures - as in the previous embodiment - it will also be able to withstand additional axial loads which are caused by the excessive lengths required for deep bores, where
Rubber hoses must be operated at depths of 3000 m. Tests have shown that in similar
In this case, the crushing effect of the high axial overloads is absorbed by the innermost helical reinforcement layer-34-.
Fig. 3 shows an embodiment where the row of reinforcement layers is converted into a single pair, as it were, such. B. the reinforcement layers --10 and 12 - of the embodiment according to Fig. 1. The
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differ in braiding angles. which ranges from 2 to 8. Depending on whether rubber hoses of the shortening or lengthening type are to be produced, the mean value of the two angles will be 10 'larger or smaller than the conventional value of 35016'.
The operational deformation of large high-pressure rubber hoses can be reduced even further. Tests have shown that deformations occur at relatively low pressures. For this reason, the rubber hoses must be placed under internal pressure during their production process before they are vulcanized. In this way, their reinforcement layers are built up in accordance with the changes in length that occur before vulcanization and are fixed in this position by vulcanization, so that deformations during operation will only occur to a practically negligible extent.
It has been shown that in rubber hoses of both the shortening and the lengthening type, the same contractions can be achieved in the reinforcement layers. As a rule, rubber hoses of the shortening type are preferred because their behavior and their flexural properties are more advantageous in relation to the other type. However, if the stress on the rubber hose results in high axial loads and torques, it is advisable. To choose rubber hoses of lengthening type