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DE1750446A1 - Biegsame,aufrollbare Welle mit hoher Widerstandskraft gegen Zug-und Drehmomentbeanspruchungen sowie deren Herstellverfahren - Google Patents

Biegsame,aufrollbare Welle mit hoher Widerstandskraft gegen Zug-und Drehmomentbeanspruchungen sowie deren Herstellverfahren

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Publication number
DE1750446A1
DE1750446A1 DE19681750446 DE1750446A DE1750446A1 DE 1750446 A1 DE1750446 A1 DE 1750446A1 DE 19681750446 DE19681750446 DE 19681750446 DE 1750446 A DE1750446 A DE 1750446A DE 1750446 A1 DE1750446 A1 DE 1750446A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
layer
flexible shaft
reinforcement
cover
heat treatment
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE19681750446
Other languages
English (en)
Inventor
Remi Reynard
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IFP Energies Nouvelles IFPEN
Original Assignee
IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IFP Energies Nouvelles IFPEN filed Critical IFP Energies Nouvelles IFPEN
Publication of DE1750446A1 publication Critical patent/DE1750446A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L11/00—Hoses, i.e. flexible pipes
    • F16L11/04—Hoses, i.e. flexible pipes made of rubber or flexible plastics
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    • F16L11/081—Hoses, i.e. flexible pipes made of rubber or flexible plastics with reinforcements embedded in the wall comprising one or more layers of a helically wound cord or wire
    • F16L11/083—Hoses, i.e. flexible pipes made of rubber or flexible plastics with reinforcements embedded in the wall comprising one or more layers of a helically wound cord or wire three or more layers
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Description

Die Erfindung betrifft eine biegsame Welle, die hohe Widerstandsfähigkeit gegen Zug-und Drehmomentbeanspruchungen aufweist und die -insbesondere zwecks Lagerung -aufgerollt werden kann, was in der Praxis bedeutet, daß ihre Biegsamkeit ausreichend groß ist, daß sie mit einem Biegeradius R gleich oder kleiner als a.d zusammengebogen werden kann, wobei d der mit der gleichen Maßeinheit wie für R gemessene Wellendurchmesser und a ein zahlenmäßiger Koeffizient ist, dessen Wert wenige Einheiten nicht übersteigt, etwa 4 bis 5«
Eine biegsame, aufrollbare Welle nach der Erfindung kann entweder röhrenförmig sein oder einen vollen Querschnitt wie ein Kabel haben.
Sine röhrenförmige biegsame Welle naoh der Erfindung ist insbesondere brauchbar bei Bohrwerkzeugen, wo der Bohrer oder Bohrmeißel unterhalb eines Bodenmotors angebraoht ist, der mit dem Werkzeug unmittelbar gekuppelt und mit der Oberfläche duroh eine biegsam· Leitng verbunden ist«
Biegsam* Leitungen, die gegen hohe Zugbeanspruchung wiederstandsfÄhig sind, wurden bereits projektiert, insbesondere in dem französischen Patent 1 249 236, eingetragen an 27.November 1958.
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Sie umfassen mindestens zwei Stahldrähte-oder Kabel, die parallel zur Leitungsachse in einer und derselben, durch diese Achse gehen- " den Ebene liegen und die z.B. in die Masse der Leitungsseele aus Elastomeren oder thermoplastischen Kunststoffen eingebettet sein können.
Eine solche Leitung jedoch hat den Nachteil, daß sie sich nur nach einer Ebene biegen läßt, die senkreoht zu der Ebene verläuft velche die Drähte oder Kabel mit Widerstandskraft gegen LängsZugbeanspruchungen enthält.
Weitere Konstruktionen von biegsamen, gegen hohe Zugbeanspruchungen und Drehmomente widerstandsfähigen Leitungen sind beschrieben worden, bei welchen zu diesen Beanspruchungen noch erhebliche Druckuntersohiede zwieohen der Innen-und der Außenseite der Leitung hinzutreten können. Diese Leitungen umfassen mindestens eine Verstärkung, die aus wenigstens zwei schraubenförmig um die Rohrseele gewundenen Gewebeschichten aus Drähten oder Kabeln, etwa Metallitze oder Flachkabeln aus Drahtgewebe besteht. Ein erstes Problem, das sich sodann stellt, ist darin zu sehen, daß verhindert werden muß, daß die einander benachbarten Windungen der Drähte oder Kabel, aus denen das Verstärkungsgewebe besteht, auf einander aufgleiten und sich im Lauf der Herstellung oder der Biegung des Rohrs im Betrieb aufeinanderlegen, etwa beim Aufrollen auf eine Lagerscheibe; diese Biegung wirkt sich, wenn man irgend einen kurzen Absohnitt des Rohrs betrachtet, durch Zusammenpressung des dem Biegezentrum des Rohres am nächsten gelegenen und duroh Dehnung des von diesem Zentrum am weitesten entfernten Teil des genannten Absohnittes aus.
Das Aufeinanderetauchen der benachbarten Windungen kann zum Brechen des Sohlauohs unter innerer Druckbeanspruohung führen, und zwar an solchen Stellen, die von den Windungen nioht mehr abgedeokt werden; ferner vermindern sie die Biegsamkeit des Schlauohs sowie dessen mechanische Festigkeit aufgrund de» gegenseitigen Scherbeanspruohung der Windungen.
Zur Lösung dieses Problems genügt es nicht, Verstärkungen zu ver- . wenden, deren jede aus nur einer Litze oder gezwirnten Metallgewebslage besteht, da die biegsame Welle auoh Drehbeanspruohungen aushalten muß·
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Derart gebaute Verstärkungen würden in der Praxis durch die Drehbeanspruchung sehr bald abgeschert werden, und zwar aufgrund der gegenseitigen Reibung der das Gewebe darstellenden Drähte oder Kabel,
Man kann übrigens Verstärkungen aus Metallgewebe solcher Konstruktion nicht einmal für verhältnismäßig schwache Drehmomentbelastungen verwenden, die an sich der Widerstandskraft einer aus Metallgewebe bestehenden Verstärkung entsprechen würden (d.h.bei Drehmomenten von nur wenigen Kilogrammetern, d.h.ein Hundertstel des Drehmoments, das bei dem oben genannten Bohrmaschinenbeispiel auftritt), wenn die biegsame Welle elektrische Leiter enthalten soll. Bei diesen Armaturen tritt praktisch schon bei ganz schwachen Drehmomenteinwirkungen auf die biegsame Welle ein erheblicher Torsionswinkel dieser Welle auf, was zum Bruch der darin eingebauten elektrischen Leiter führen kann.
Ein weiteres Problem besteht darin, die mögliche Gleitbeweglichkeit der aufeinanderfolgenden Verstärkungslagen gegeneinander zu sichern, damit jede Gewebelage sich genau den Beanspruchungen (Zug-,Drehmoment-,Druckbeanspruohung) auf die Leitung anpassen kann.
Bezüglich der Lösung des ersten genannten Problems kann auch die Zusammenfassung der einzelnen Verstärkerlagen in eine gemeinsame Elastomerauflage nicht zum Erfolg führen, da bei der Vulkanisierung derselben der Übelstand auftritt, daß die einzelnen Verstärkerlagen miteinander verschmelzen.
Naoh der Erfindung werden diese beiden Probleme dadurch gelöst, daß bei der Konstruktion der biegsamen Welle eine biegsame Kernseele verwendet wird, die von einer aus mindestens einer Wicklung bestehenden Verstärkung umgeben ist, welch letztere wiederum aus mindestens zwei Lagen schraubenförmig gewundener Metalldrähte-oder Kabel besteht; dadurch gekennzeichnet, daß jede Verstärkerlage eine Verankerungssohicht umfaßt, in welche sie eingebettet ist und welche aus einem Elastomer oder thermoplastischen Kunststoff besteht, die mit einer Temperatur zwischen rd.100 und 3000C, meist zwischen 125 und 1750C wärmebehandelt wurden unter einem Druck zwischen 1 und 20 kg/cm , meist zwischen 3 und 6 kg/o«2j kombiniert mit einer dünnen Bandagen-und Trennlage, welche die rorbeschriebene Verstärkerlage überdeckt und die au« einem Material besteht, da« die genannte Wärmebehandlung ohne Fließen aushKlt und unter den Behandlungebedingun gen möfliohst zurückziehbar iet.
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Eine empfehlenswerte Fertigungsmethode für eine biegsame, aufrollbare Welle nach der Erfindung ist vor allem dadurch gekennzeichnet, daß jede Verstärkungslage unter Druck auf einer Verankerungslage aus Elastomer-oder thermoplastischen Kunstoffen aufgewickelt wird, worauf zur Abdeckung ebenfalls unter Druok ein dünnes Band darübergewickelt wird, das als Deck-und Trennlage wirkt, und anschließend das Ganze einer Wärmebehandlung unterzogen wird, wodurch die Einbettung der Verstärkerlagen in der Verankerungslage durch Aufweichung der letzteren und gleichzeitigen Spannung, der De^klage bewirkt wird, wobei die Wärmebehandlung unter gleichze iger Anwendung einer Längszugbelastung auf die biegsame Welle bei einer Temperatur zwischen 100 und 5000C und einem Druok zwischen 1 und 20 kg/cm durchgeführt wird und das für die Herstellung der Deck-und Trennlage verwendete Material so beschaffen ist, daß es ohne Fließen die obige Wärmebehandlung aushält und unter den Bedingungen dieser Behandlung möglichst zurückziehbar ist.
Daβ Material für die Fertigung der Deck-und Trennlage kann vorzugsweise, Jedoch nicht aussohlieBlicherweise, aus Polyterephthalat-Xthylen bestehen, wobei die Wandstärke b.B.«wischen 50 und 100 μ liegen kann.
Ein Konstruktionsbeispiel nach der Erfindung und eine Fertigungsmethode einer solchen Konstruktion sind nachstehend als lediglich erläuternder Hinweis beschrieben, unter Bezugnahme -auf die anliegenden Abbildungen, in denent Abb.1 eine schlauchförmige Konstruktion der biegsamen Welle nach
der Erfindung zeigt; Abb.2 die ersten aufeinanderfolgenden Phasen einer Herstellmethode dieses Sohlauches wiedergibt;
Abb.3 eine Teilansicht des Sohlauches nach Beendigung der Aufwicklung der ersten Verstärkerlage wiedergibt; Abb.3A und 3B Teilansichten in geradem entwickelten Sohnitt des Schlauches vor der Wärmebehandlung der zweiten Verankerunglage bzw. nach diesem Arbeitsgang zeigen.
In Abb.1 als Erläuterung eines Beispiele des Sohlauches nach der ί Erfindung, bezeichnet (1) den Kern bzw. die Seelenbekleidung '
des Sohlauohs aus einen elastischen oder plastischen wasserdichten Material, das Je naoh dem Verwendungszweck .:..s Sohlauohs gewählt wird (Förderleitung für Petroleum oder Naturgas, Bohr«· leitung sur Abfuhr ron Bohrsohlamm, usw).
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So wird man zB. einen Natür-οder Kunstgummi wählen können. Der Schlauch kann gegebenenfalls in seinem Innern in enger Verbindung mit seiner Innenwand eine innere Verstärkung aus biegsamem Metall erhalten.
Dieser biegsame Kern kann auch aus einem wasserdichten Metallrohr bestehen, das mit geringer Wandstärke und geringer Wellentiefe geringelt ist, wobei die Art des verwendeten Metalls von der zu fördernden Flüssigkeit abhängt. Der Schlauchkern wird von einer Verankerungslage abgedeckt (2a), die aus Elastomer oder thermoplastischem Kunststoff besteht und deren Aufbringung auf bekannte Weise geschehen kann (Abb.2), wobei mit der Bewegung des Sohlauchs in der Pfeilrichtung unter der Wirkung von Zugvorrichtungen wie in Abb.2 unter (5) gezeigt, gleichzeitig das Aufwickeln durch die Vorrichtung (3) um den Schlauchkern herum verbunden wird, indem ein Band oder eine Lage aus Elastomer oder thermoplastischem Kunststoff darübergewickelt wird.
Das Aufwickeln dieses Bandes, das sodann die Verankerungsschicht darstellt, geschieht vorzugsweise mit einem gewissen Abstand zwiaohen den Windungen, wie in Abb.3 gezeigt, aus den nachstehend beschriebenen Gründen.
Das Material dieser Verankerungsschicht kann aus einer nicht begrenzend gedachten Aufstellung von Elastomeren gewählt werden: Hypalon (Handelsname von Schwefelchlor-polyäthylen), Chemigum, Perbunan oder Hycar (Handelsnamen eines Kopolymers aus Butadien und Acrylnitril), Neopren (Handelsname für PoIychloropren),Naturgummi, Butylgummi (Handelsname des Kopolymers von Isobutylen und I Isopren), Polyurethan usw.
Für Sonderzwecke, die eine hohe Temperaturbeständigkeit (bis 25O0C) erfordern, kann der Schlauch unter Verwendung von Elastomeren hergestellt werden, als da sind: Viton (Handelsname des Kopolymers aus Fluorvinyliden und Hexafluorpropylen), Silikonen (Handelsname für Polysiloxane), KeI-F oder Teflon (Handelsnamen für Kopolymere aus Fluorovinyliden und Monochlor-trifluoräthylen) usw.
Ebenso kann man einen tiermoplastisohen Kunststoff wählen wie etwa Polyäthylen, Polyvinylchlorid, Polypropylen, die Polyamide wie Nylon (Handelsname der Kondeesationsprodukte von Diaeiden oder deren funktionalen Derivaten mit Diaminen,oder Kondensationsprodukte von Polyalkoholen mit Polyaoiden oder deren funktionalen Derivaten,
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In der Verankerungslage (2a) ist eine erste Verstärkungslage (6) eingebettet.
Diese Verstärkungslage besteht (Abb.3B) entweder aus Einzeldrähten (θ) oder" Metallkabeln (9)» die schraubenförmig um die Verankerungslage gewickelt sind (2a), wobei jede geeignete Wickelvorrichtung verwendet werden kann, auch ein schon bekannter Typ wie in AbU-.2 unter (7) gezeigt.
Der Steigungswinkel dieser Drähte oder Kabel (Flachkabel oder Litzen) aus Metall gegenüber der Schlauchachse wird nach den zu erwartenden Belastungegrößen gewählt.
Bei dem abgebildeten Konstruktionsbeispiel ist die Lage (6) eine von zwei Verstärkungslagen zur Erhöhung der Widerstandsfähigkeit gegenüber Innen-und AuBendruckdifferenzen; die zweite Verstärkungslage in diesem Beispiel ist unter (11) gezeigt (Abb.1,3A,3B) und hat einen demjenigen der Lage (6) entgegengesetzten Wicklungesinn.
Der Neigungswinkel dieser beiden Lagen gegen die Sohlauchachee kann etwa 50-60° betragen.
Die einander benachbarten Drähte oder Litzen der Verstärkungslagen werden beim Wiokeln naoh Möglichkeit räumlioh verteilt (Abb.3), aus Gründen, die nachstehend erläutert werden.
Die Verstärkungslage (6) ist mit einer dünnen Decklage (4a) versehen (deren Stärke von einigen zehn Mikron bis zu einigen Zehntelmillimetern variieren kann); bestehend aus einem geschmeidigen Material, über das weiter unten noch gesprochen wird; diese Lage (4a) wird unter Druck aufgewickelt und bildet so eine Schrumpfdecke für die Verstärkungewicklung (6), indem sie deren Einbettung in die Verankerungslage in der üblichen Weise (2a) im Lauf der Wärmebehandlung der letzteren unter den unten angegebenen Verhältnissen bewirkt. Diese Einbettung verhindert, daß die benachbarten Windungen der Verstärkungslage (6) nicht aufeinander aufgleiten, sowohl während der Fertigung als auch im Betrieb des Schlauches.
Die Wärmebehandlung geschieht im allgemeinen durch die Führung dee Sohiuchs duroh eine Kammer (10), in der eine Temperatur zwischen 100 und 3000C herrscht (meist um 150°C, wenn die Verankerungslage (2a) aus einem gängigen elastischen öder thermoplastischen Mate- * rial besteht); die Durohlaufgesohwindigkeit des Sohlauohs durch die Kammer steht im umgekehrten Verhältnis su der dort herrsohenden Temperatur.
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GAS
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Die erforderliche Wärmezufuhr bei dieser Behandlung, um die Einbettung der Windungen der Verstärkungslage (6) in die Verankerungslage (2a) zu bewirken, kann z.B.durch Verwendung von Wasserdampf erreicht werden, dessen Druck etwa zwischen 1 und 20 kg/cm je nach der Behändlungstemperatur variieren kann. Es ist auch möglich, die Wärmezufuhr mittels Heißluft oder anderen geeigneten Medien zu erreichen (elektrische Beheizung, Infrarotbeheizung usw.).
Das Material für die Decklage (4a) muß die Eigenschaft haben, ohne Fließen eine Wärmebehandlung wie die obige auszuhalten. Man wählt vorzugsweise ein Material, das eich bei der Wärmebehandlung zurück-bzw.zusammenzieht, wodurch die Lage (4a) bei der Wärnu behandlung zusätzlich zu dem Schrumpfdruck beim Wickeln ein«? c verstärkte Druckwirkung auf ihre Unterlage ausübt, was wiederum die Einbettung der Windungen der Verstärkungslage (6) in die Ver- " ankerungslage (2a) fördert.
Die Decklage (4a), die nach Möglichkeit bandförmig sein soll, ist mit möglichst geringer Stärke auszulegen, insbesondere auch deshalb, um den Schlauchdurohmesser nicht unnötig zu vergrößern; sie muß aber ausreichen, um beim Wickeln unter Druck nicht aufzureißen.
Als geeignetes Material für die Decklage (4a.) IaBt sich vorzugsweise (aber nicht ausschließlich) Xthylen-polytherephthalat verwenden, insbesondere der Polyesterfilm, der unter Handelsnamen wie Terphane oder Mylar auf den Markt kommt. Dieser Polyester zeigt in der Praxis gute Wärmebeständigkeit bei ausgezeichneter mechanik scher Festigkeit, sodaß er sich in Bandstärken verwenden läßt, die ( etwa in der Größenordnung von einem Kilogramm je Zentimeter gewickelter Bandbreite liegen.
Dieses Material ist nicht nur fließbeständig bei Einwirkung hoher Temperaturen, sondern es zeigt sogar eine Schrumpf neigung (1-3/6 Schrumpfung bei 1500C), sodaß das Wickeln unter mäßigem Druck erfolgen kann und bei der Wärmebehandlung jeder Verankerungslage wie bei (2a) durch die Zusammenziehung der Lagen wie bei (4a) über jeder Verstärkungslage ein Aufschrumpfen der letzteren in die Verankerungelage erfolgt.
(Θ)
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BAD ORlSlNAl.
Man kann aber auoh für die Herstellung der Decklage wie bei (4) andere Materialien verwenden, die bei der Wärmebehandlung wie oben erläutert nicht fließen; zB. Cellophan, Kunstseide oder Baumwolle. Diese Rohstoffe hab'en allerdinge eine geringere mechanische Festigkeit gegenüber dem Äthylen-polyterephthalat und müssen daher mit größerer Bandstärke verwendet werden, was den Schlauchdurchmesser vergrößert« So wird man etwa für einen Aufwickeldruck von einigen hundert Gramm je Zentimeter gewickelte Bandbreite eine Bandstärke von 0,4 bis 0,3 mm wählen, wenn das für die Deck-und Trennlage verwendete Material aus Kunstseide besteht.
Ferner lassen.isich Deck-und Trennlagen aus Glasfaser herstellen, besonders im Falle von Schläuchen, die für sehr hohe Temperaturen verwendet wexfen sollen (bis zu 2500C). Das Material für die unter dieser Deck-und Trennlage liegende Verankerungelage kann dann zB. aus Teflon oder Silikonen bestehen, wobei dann die Temperatur für die Wärmebehandlung der Verankerungslage bis zu 3000C betragen wird·
Bewegt sich die Temperatur der Wärmebehandlung in der Größenordnung um 10O0C, so kann man auoh Nylon oder Rilsan verwenden, die bei einer Temperatur um 15O0C zu fließen beginnen; dann muß naturgemäß die Dauer der Wärmebehandlung entsprechend erhöht werden.
Wenn der Schlauchkern (1) aus elastmoerem oder thermoplastischem Material besteht, ist es von Vorteil, den Sohlauchkern vorher einer Wärmebehandlung zu unterziehen, bevor die Verankerungslage (2a) aufgetragen wird, um zu verhindern, daß das Material des Kerns bei der Wärmebehandlung der Verankerungsschicht (2a) aufweicht oder ins Fließen kommt.
Nach Durchführung der Wärmebehandlung (1O) wird der in Abb.2 gezeigte Arbeitsgang wiederholt, sodaß die erste Verstärkungslage (6) vonneiner weiteren Verankerungslage (2b) überdeckt wird, auf welche eine zweite Verstärkungslage (11) zwecks Erhöhung der Druckfestigkeit des Schlauche gewickelt wird. Die Einbettung der Wicklung,(11J in diese Verankerungslage geschieht wiederum durch eine Wärmebehandlung analog wie oben beschrieben, naohdem zuerst eine Deck_und Trennlag· (4b) analog zu dem Vorgang bei (4a) aufgebracht worden ist«
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Die Deck-und Trennlagen (4a,4b) können beispielsweise Bänder aus einem Material sein, bei dem die einzelnen Windungen sich teilweise überdecken, um ein Ausfließen der Verankerungslage (2b) auf die Verstärkungslage (6) während der Wärmebehandlung der Lage (2b) zu verhindern und anderseits -in dem Fall, daß die Wärmebehandlung mit Wasserdampf durchgeführt wird - um das Eindringen des letzteren in die Verstärkungslage (6) zu vermeiden, insbesondere wenn in die Draht-oder Kabellitzen der letzterennelektrische Leiter eingelagert sind.
In manchen Fällen kann es übrigens von Vorteil sein, die Trennlagen (4a bis 4d) ihrerseits während der einzelnen Wärmebehandlungen abzuschirmen, durch Aufwickeln von zwischenzeitlichen Schutzbändern um die äußere Lage während der Wärmebehandlung, wobei diese Bänder beim Austreten aus den Ziehvorrichtungen wieder abgenommen werden, ä wie bei (5) in Abb.2.
In dem gezeigten Beispiel, bei dem der Schlauch zwei weitere Verstärkungslagen (12,15) aufweist, die zusammen eine Verstärkung der Zugfestigkeit des Schlauches bewirken, geht man auf analoge Weise vor, mit schrittweiser Aufbringung der Trenn-und Decklage (4b), einer Verankerüngslage (2c), der Draht-oder Litzengewebelage (12) (in welcher zwischen den Drähten bzw.Litzen noch elektrische Leiter eingelegt sein können), welch letztere in die Verankerungslage (2c) durch Wärmebehandlung eingebettet wird; darauf folgt wieder eine Deck-und Trennlage (4c), eine neue Verankerungslage aus elastomerem oder thermoplastischem Material (2d) und schließlich eine Verstärkungslage (13) aus Draht-oder Litzengeflecht, die in die Verankerungslage (2d) durch Wärmebehandlung eingebettet wird. Die Ver- " etärkungelage C13) wird ihrerseits durch eine Trennlage (4d) abgedeckt, auf die eine Außenhülle (14) aus gleichfalls wärmebehandeltem Elastomer kommt.
Nach einer anderen Fertigungemethode wird die Außenhülle (14) mit der darunterliegenden Verstärkungsschicht (I5) verschmolzen, um jede Längsverschiebung der genannten Schichten zu verhindern, die bei bestimmten Bewegungen einträten könnte, insbesondere beim Auf-oder Abwiokeln unter Zugbeanspruchung, im Verein mit einer Reibung der biegsamen Welle an außenliegenden Gegenständen wie dem Boden oder den Ziehvorrichtungen oder Haltegeräten, welohe gegenseitigen Bewegungen sur Faltenbildung der Außenhaut und schließlich zu deren Aufreißen führen können,
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Um diese Verschmelzung zu erreichen, darf die Wärmebehandlung der Verankerungslage (2d) erst nach Auflegung der Außenhülle (14) erfolgen, wobei man eine Becklage (4d) mit nicht kontinuierlicher Struktur verwendet, sodaß sich bei der Wärmebehandlung die Verankerungelage (2d) mit der Auöenhülle (14) vereinigen kann, wobei die Verankerungslage (2d) und die Außenhülle (14) jeweils aus Materialien bestehen, deren chemische Zusammensetzung eine solche Verschmelzung zulassen; es kann auch ein und dasselbe Material verwendet werden.
Die Decklage (4d) dient dann nur noch als Schrumpflage für die Verstärkungslage (13)» da sie diese nicht völlig von der Außenhülle (14) trennt; es kann sich beispielsweise um eine Wicklung aus nicht zusammenhängenden Bändern oder Drahtwindungen handeln, oder auch um eine Wicklung eines Deckbandes mit Gitterstruktur, wobei letztere ^onstruktionslösung eine bessere Schrumpfwirkung gewährleistet. Das Material für die Schrumpflage (4d) muß ebenso wie die übrigen Deck-und Trennlagen (4a-4c) bei der Wärmebehandlung fließbeständig sein.
In Abb.5A ist die Aufbringung der Verstärkungslage (11) auf die Verankerungslage (2b) gezeigt, wobei die Verstärkungslage (6) bereits aufgebracht und in die Verankerungslage (2a) eingebettet ist.
Die Deck-und Trennlage (4a) ist zwischen der Verstärkungslage (6) und der Verankerungslage (2b) eingelegt.
Bei einer empfehlenswerten Fertigungsmethode des Schlauches wird die Verstärkungslage (11) unter mäßigem Druck aufgewickelt, der ausreicht, um die Drähte oder Litzen gegen die Verokerungslage (2b) zu drücken, in welche dieselben einsinken, ohne sich jedoch nach dem Aufwickeln in diese Verankerungslage einzubetten, wozu ein höherer Aufwiokeldruck erforderlich wäre.
Die Aufweichung der Verankerungslage (2b) während der Wärmebehandlung im Verein mit dem Druck der Verstärkungslage (11) genügt (s. Abb.3b) zur Bawirkung des Eineinkens bzw. der Einbettung der Drähte oder Litzen dieser Lage in die Verankerungelage (2b), wobei das Material der letzteren die freien Raune «wischen den Windungen der Verstärkungslage ausfüllt.
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Im Verlauf der Wärmebehandlung ist ee erforderlich, den Schlauch dauernd unter Zug zu halten (z.B.unter Vermeidung einer Ziehvorrichtung wie schematisch in Abb.2 (5) gezeigt, während gleichzeitig das Abrollen des Schlauche von der Lagerscheibe (15) gebremnat wird.). Die Zugvorrichtung hat zu verhindern, daß die Verminderung des Durchmessers der Verstärkungsschicht aufgrund von deren Eindringen in die Verankerungslage, ein Welligwerden der Drähte oder Litzen dieser Schicht hervorruft.
Es ist für ausreichenden Abstand der Windungen der für die Verstärkungsschicht verwendeten Wicklung zu sorgen, damit das Material der Verankerungsschicht ausreichend während der Wärmebehandlung in den Zwischenraum zwischen den Windungen eindringen kann, und dami die Abnahme des Durchmessers der Verstärkungsschicht keine zu starke Pressung der Windungen gegeneinander hervorruft, was zur Verursachung von Übereinanderschieben zwischen benachbarten Windungen beitragen kann. Die Deck-und Trennlage (4t) über der Verstärkungsschicht (11) vor Wärmebehandlung der Verankerungsschicht (2b), wird auf die Verstärkungsschicht mit einem Schrumpfdruck aufgewickelt, der aisreicht, das erforderliche Eindringen der Windungen der Verstärkungsschicht (11 ) in die Verankerung (2b) zu gewährleisten, indem auf gleichförmige und kontinuierliche Weise der Außendruck des Mediums (Wasserdampf oder Luft) durch welche die Behandlungswärme übertragen wird, über die Schicht zur Verteilung kommt.
Um jedoch einen ausreichenden Schrumpfeffekt zu erreichen und eine Wirksame Abdeckung des Schlauchkerns zum Schutz desselben gegen die Gefahr des Reißens unter einer inneren Überdruckwirkung zu gewährleisten, soll der Abstand der Windungen jeder Verstärkungslage möglichst nicht größer sein als die Hälfte des Durchmessers der Drähte oder Kabel, welche diese Lage darstellen. Das Band aus Elastomer oder aus lermoplastikmaterial, aus dem jede Verankerungslage besteht, z.B.die Schicht (2a) in Abb.5» ist mit einem gewissen Abstand zwischen den Windungen, etwa 5-10 mm wie oben erläutert aufgewickelt worden, um die nicht geringe Stärke dieses Bandeβ zu berücksichtigen (die etwa bei 0,4 mm liegen kann), was in der Baxie jede überdeckung der benachbarten Windungen unmöglich macht, wen man eine zu große Stärke vermeiden viii.
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BAD ORIGfN«.
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Diese Verteilung der Windungen des Elastomer-oder'Thermoplastikbandes bedeitet keinerlei Schwierigkeit, da sich aus Abb.3 ergibt, daß sich eine ausreichende Verankerung der aus Draht oder Kabel zusammengesetzten Verstärkungslage (6) im Elastomer-öder Thermoplastikmaterial ohne jedes überschieben der benachbarten Drärte oder Kabel in der Lage (6) erreichen läßt, auch wenn der freie Raum zwischen diesen Drähten oder
Kabeln nicht kontinuierlich von dem Elastomer-öder Thermoplastikmaterial aisgefüllt wird.
Es ist im übrigen zu bemerken, daß im Verlauf der Wärmebehandlung des Bandes (2a) ein Fließen des Elastomer-oder Thermoplastikmaterials auftritt, wodurch der Abstand zwischen den Windun-P gen dieses Bandes verringert wird (der ursprüngliche Abstand von 5-10 mm wird etwa auf Werte zwisohen 0 und 5 mm reduziert).
Bei der Fertigung eines Schlauches nach der Erfindung ist es von Bedeutung, daß aufgrund der Wahl der Stärke der Verankerungsschicht aus Elastomer wie in (2a,2b) und der Aufwicklungsspannung der Verstärkungslage (6 oder 11) in Abb.3A auf der entsprechenden Verankerungslage eine dünne Schicht "e" (Abb.3B) aus E-lastomer oder Thermoplastikmaterial (die geringer sein kann als 1/10 mm) zwischen einem Teil der Drähte oder Litzen (wie bei den Lagen (6) oder (11) gezeigt) in ihrer Einbettung in zwei benachbarte Verankerungslagen einerseits,und anderseits mindestens einer der Flächen einer Deck-und Trennlage (etwa 4a) verbleibt, weloh ψ letztere Lage zwischen zwei dieser Verankerungsschichten eingeschoben ist.
Dies dient zur Verhinderung eines Abreißens der Trennlage, wenn diese zwischen zwei Drähten oder Kabeln eingeklemmt wird, die jeweils zwei aufeinanderliegenden Verstärkungsschichten angehören, was unter dem von den Drähten oder Kabeln der äußersten Verstärkungeschicht ausgeübten Druck infolge der Aufwiokelspannung dieser Schicht und der zu den Aufwickelspannung im Laufe des Betriebs der biegsamen V&le hinzukommenden Beanspruchungen möglich wäre·
Unter sonst gleichen Umständen würde übrigens dieser Druck auf die Trennlage noch stark erhöht werden, wenn mindestens eine der Verstärkungslagen (6,11) wenigstens teilweise aus Litzen (9) anstatt aus Einzeldrähten (β) besteht, wie In Abb.3B geseift, unter Berücksichtigung des geringeren Durchmessers der Litsenfäden.
QOAM ÖAD ORIGINAL

Claims (1)

  1. fa
    PATENTANSPRÜCHE '
    1) Aufrollbare biegsame Welle mit hoher Widerstandsfähigkeit gegen Zug-und Drehmomentbeanspruchung, bestehend aus einem biegsamen Kern, umgeben von mindestens einer Verstärkungslage aus mindestens zwei schraubenförmig gewickelten Draht-oder Kabelgeflechten, wobei die Wicklungsrichtung der Drähte oder Kabel des einen Geflechts derjenigen der Drähte oder Kabel des anderen Geflechts entgegengesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß jede Verstärkungslage eine Verankerungsschicht umfaßt, in welcher sie eingebettet ist und die aus Elastomer-oder Thermoplastikmaterial besteht, das bei einer Temperatur von 100 bis 30O0C und einem Druck von 1 bis 20 kg/cm , meist zwischen 3 und 6 kg/cm2 wärmebehandelt wurde, in Kombination mit einer dünnen Deck-und Trenn- f lage, welche die erwähnte Verstärkungslage überdeckt und die aus einem Material besteht, das ohne Fließerscheinungen die Wärmebehandlung übersteht und unter den Bedingungen dieser Behandlung möglichst Zusammenziehungsersoheinungen zeigt.
    2) Biegsame Welle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenkern rohrförmig ist.
    3) Biegsame Welle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das für die Deck-und Trennschicht verwendete Material aus Äthylenpolyterephthalat besteht.
    4) Biegsame Welle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
    für die Deck-und Trennlage verwendete Material aus Kunstseide ( besteht.
    5) Biegsame Welle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das für die Deck.und Trennschicht verwendete Material aus Baumwolle besteht·
    6) Biegsame Welle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das für die Deck -und Trennlage verwendete Material aus Cellophan besteht·
    7) Biegsame Welle naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Deok-und Trennlage aus Glasfaser besteht.
    β) Biegsame Welle nach Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, daß das tür die Deok-und Trennlage verwendete Material aus Nylon besteht*
    BAD ORiGiNAL nno η afc ^Ko1Ie
    175044G
    $) Biegsame Welle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diejenige Deck-und Trennlage, welche die von der Achse am weitesten entfernte Verstärkungslage deckt, eine diskontinuierliche Struktur besitzt und mit einer Außenhaut aus Elastomer- oder Thermoplaetikmaterial besitzt, welch letztere durch Wärmebehandlung mit der Verankerungsschicht der von der Achse am weitesten entfernten Verstärkungslage durch die diskontinuierlich strukturierte Decklage hindurch verschmolzen wird.
    10^ Biegsame Welle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Deok-und Trennlage mindestens an einer ihrer Oberflächen durch eine dünne Lage aus Elastomer-oder Thermoplastikmaterial von den jede Verstärkungslage bildenden Drähten oder Kabeln getrennt ist.
    11) Fertigungeverfahren für eine aufrollbare biegsame Welle unter Verwendung von aus schraubenförmigen Wicklungen von Drähten oder Kabeln bestehenden Verstärkungslagen um einen biegsamen Kern, dadurch gekennzeichnet, daß jede Verstärkungslage unter leichter Spannung auf einer aus Elastomer-oder Thermoplastikmaterial bestehenden Verankerungsschicht aufgewickelt wird und dann dadurch abgedekt wird, daß unter Spannung ein dünnes Band als Deck-und Trennlage geringen Durchmessers aufgewickelt wird, wobei die ganze Anordnung sodann einer Wärmebehandlung unterzogen wird, welche die Einbettung der Verstärkungslage in die Verankerungsschicht dnrch Aufwachen derselben im Verein mit der von der Decklage ausgeübten Spannung bewirkt, welche Wärmebehandlung unter gleichzeitiger Längszugbeanspruchung der biegsamen Welle erfolgt, wobei das für die Deck.und Trennlage verwendete Material so beschaffen ist, daß es die Wärmebehandlung ohne FlieBerscheinungen übersteht und unter den Bedingungen dieser Behandlung möglichst Zusammenziehungs(Schrumpf)tenden* zeigt.
    BAOORiQINAt 009885/0816
    Leerseite
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