DE2042183A1

DE2042183A1 - Biegsame Stroemungsmittelleitung

Info

Publication number: DE2042183A1
Application number: DE19702042183
Authority: DE
Inventors: Roush Paul Allan; Richitelli Charles George; Guiles Wesley Light
Original assignee: Automation Industries Inc
Current assignee: Automation Industries Inc
Priority date: 1969-08-28
Filing date: 1970-08-25
Publication date: 1971-03-11
Also published as: NO133510B; AT309372B; BE755451A; FR2059070A5; NL7012750A; DE2042183B2; GB1310737A; LU61587A1; NO133510C; CH526747A; DK136121B; DK136121C

Description

Dr. O. Dittminn K. L Schiff Dr. A. ν. Fun« Dipl. Ing. P. Strehl

Patentanwalt·
8 München 90, Mariahilfplate 2*3, Taltfon 45 40 40

AUTOMATION INDUSTRIES. INC.
Unsere Akte DA-K631(A-711)

Biegsame Strömungsmittelleitung Priorität: 28. August 1969, USA, Nr. 853,755

Die Erfindung betrifft eine biegsame Strömungsmittelleitung, und zwar insbesondere eine biegsame Strömungsmittelleitung mit einer wendeiförmigen Verstärkungswicklung^ die elektrische Leitungsdrähte enthält.

Solche Leitungen, wie sie z· B. als Staubsaugerschläuche Verwendung finden, sind bereits mit elektrischen Leitungsdrähten zur Stromversorgung von Beleuchtungslampen. Klopfmotoren, elektrisch betriebenen Teppichreinigungewerk-

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saugen und dergleichen ausgerüstet worden· Nach dem Stand der Technik geschieht dies in der Regel dadurch, dass eine eng wendelförmig gewickelte Stahlverstärkung durch ein undurchlässiges Textil- oder Kunststoffmaterial als Leitungswandung umschlossen wird· Die Deckschicht wird dabei aufgebracht, während die Schraubenwendel in Längsrichtung gestreckt wird· Die elektrischen Leitungen wurden bisher zwischen den Windungen des Verstärkungsdrahtes auf die Textil- oder Kunststoff hülle aufgewickelt oder die wendel« förmigen Verstärkungen wurden zugleich als Stromleiter benutzt· Derartige bekannte Konstruktionen sind in den USA-Patentschriften 3.300.571 und 2.890.264 beschrieben.

Solche Leitungen weisen nur eine geringe Flexibilität auf. Sie sind verhältnismMssig schwer und sperrig. Wenn die Leitung entspannt ist, fällt die Wandung zwischen den Schraubenwindungen ein, und die Wandung wird fiber die Wendel hinweggezogen, wenn die Leitung in Längerichtung gestreckt wird· Die starken inneren Wellungen der Wände verursachen einen hohen Strömungswiderstand, so dass der erhöhte Druckabfall einen grßsseren Snergieaufwand erfordert, um einen gegebenen Strömungsmitteldurchsetz zu erreichen. De« weiteren ist der Widerstand gegen Beanspruchung in Längsrichtung nur durch die Starke der Wandung begrenzt.

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Die vorbeschriebenen Leitungen wurden jeweils individuell in den erforderlichen LSngen barges te Ht₀ vas grosse Lagerbestände erforderte.

Km sind allerdings auch schon leichte, wendelförmig hergestellte flexible Leitungen bekannt. Solche Leitungen bestehen aus einem leichten thernoplastisch umhüllten wendeiförmigen Verstftrkungsdraht, üblicherweise aus Stahl _c der durch einen wendelförmig überlappend gewickelten thermoplastischen Streifen umhüllt wird. Die sich überlappendem Teile und die thermoplastische Umhüllung des Drahtes werden dabei EU einer Einheit verschmolzen· Eine Maschine zur kontinuierlichen und automatischen Herstellung einer solchen Leitung von unbegrenzter LSnge ist in der USA-Patentschrift 3*271.064 beschrieben. - Diese bekannten Leitungen sind jedoch nicht mit elektrischen Leitern ausgerüstet.

Die erfindungsgenSsee Ausbildung weist isolierte elektrische Leitungen auf, die als Verstärkungswendel in einer gewellten, leichten und biegsamen Leitung dienen, die in beliebigen Längen kontinuierlich hergestellt werden kann. Die elektrische Isolierung ist thermoplastisch mit einem wendelförmig extrudierten thermoplastischen Elastomer ver-

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bunden, das die Wandung der Leitung bildet. Während die Leitung aussen wendelförmig gewellt ist, ist die innere Wandung der Leitung im wesentlichen eben und verursacht somit nur einen geringen Druckabfall des durchgeleiteten Strömungemittels.

Mehr speziell nach der Erfindung wird eine biegsame Strömungsmittelleitung mit eingearbeiteten elektrischen Leitungen durch die Kombination folgender Merkmale erhalten j

a) Bin wendeiförmiges Stützelement mit zumindest einem elektrisch isolierten Leiter«

b) ein inneres Wandelement, das zusammen mit dem wendeiförmigen Verstärkungselement eine im wesentlichen glatte Innenwandung bildet,

c) eine Auseenwandung und

d) \ferstärkungselemente zwischen der Innen- und Aussenwand.

An einem Ausführungebeispiel soll die Erfindung nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert werden.

Fig. 1 stellt eine Seitenansicht eines Leitungsteils nach der Erfindung dar*

Fig. 2 zeigt in vergröseertem Maßstab einen Teilquerechnitt längs der Linie 2-2 der Fig. If und

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rig. 3 ist ein vergröaserter Teilllngsechnitt durch die Wandung der Ströraungsleitung, in der die schraubenförmigen Leitungen und die veretlrkungeflden su sehen sind«

Xn der biegsamen Leitung der Fig. 1 sind ein Paar von elektrischen Leitern 11 und 12 in eine elektrische isolierende, thermoplstische Hülle 13 eingebettet. Die isolierende Hülle 13 ist auf die elektrischen Leiter 11 und 12 extrudiert. Die Einheit von Leitern 11, 12 und isolierender Hülle 13 ist su einen wendeiförmigen Verstlrkungselement 14 geformt.

Die Leiter 11 und 12 können aus gesogenen Hartkupferdraht bestehen. Um eine höhere Festigkeit bei niedrigen elektrischen Widerstand su erreichen, können die Leiter 11, 12 auch aus kupferumnantelten Stahldraht gefertigt werden. Für die meisten Anwendungsgebiete, für die die Leitung der vorliegenden Erfindung in Betracht kommt, wie s. B. Staubsaugerschiluche, reicht die Steifigkeit des Kupferdrahtes susammen mit der Steifigkeit der extrudierten isolierenden Hülle 13 aus, um der Leitung einen genügenden Widerstand gegen radiale Druckkrlfte su geben·

Die vorliegend« Erfindung ist insbesondere für flexible ■iederdruckschltuche geeignet, und swar vor allen für Staub»

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sauger und ähnliche Einrichtungen. Der Schlauch kommt aber auch für die verschiedensten anderweitigen Anwendungen in Betracht. Der Schlauch enthält ein Stützelement 14. line den Druckmittelstrom führende Wandung 18 umschliesst das wendeiförmige Stützelement 14. Die zusammengesetzte Wan» dung 18 besfcht aus einer inneren Schicht 15 und einer äusseren Schicht 21, die aus einem geeigneten thermoplastischen Elastomer in einer nachfolgend beschriebenen Weise hergestellt werden. Zwischen der inneren Schicht 15 und der äusseren Schicht 21 kann zusätzlich eine mittlere Verstärkungsschicht 19 vorgesehen werden, die aas in Längsrichtung und in Umfangsrichtung orientierten nichtelastiechen Verstärkungefäden besteht.

Die Xnnenschicht 15 ist dauerhaft mit der isolierenden Hülle des wendeiförmigen Stütselementes 14 verbunden, und zwar mit der isolierenden Hülle 13, wobei sich die Rinder

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der Innenechicht zwischen die aufeinanderfolgenden Windungen der Wendel erstrecken. Es ist ersichtlich, dass auf diese Weise eine im wesentlichen glatte innere Wandung der Leitung erreicht wird· Eine solche glatte Innenoberfliehe ist in Strömungsmittelleitungen sehr erwünscht, da auf diese Weise ein niedriger Strömungswiderstand und ein kleiner Druckabfall längs der Leitung ersielt wird.

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Bei den einleitend beschriebenen bekannten Leitungen ragt das Stützglied bei gestreckter Leitung in den lieg des Strömungsmittel» und erhöht somit betrSchtlich den Strömungswiderstand· Wenn andererseits die bekannte Leitung zusammengedrückt wird« so erstreckt sich die strumungsmitte!-undurchlässige Handung in das Innere der Leitung, indem sie sich «wischen aufeinanderfolgenden Windungen der Wendel durchbiegt« was im Interesse eines niedrigen Strömungswideretandes noch ungünstiger ist« da die sich nach innen erstreckenden Wandungsteile den wirksamen Durchmesser des Rohres verringern und sugleich eine gewellte innere Oberfläche mit hohem Strömungswiderstand bilden.

Bine Leitung, bei der nur die Xnnenschicht 15 mit dem wendeiförmigen Stützelement verbunden ist, kann ausreichen, wenn nur eine geringe Streckung und Abnutzung der Leitung zu erwarten ist. Gewünschtenfalls können jedoch eine Vielzahl von sich in Längsrichtung erstreckenden Verstärkungsgarnen oder -fäden 16 vorgesehen werden , die mit der Busseren Ctoerfläche der inneren Wandung 15 in Verbindung stehen.

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Die Fäden 16 werden aus geeignetem» nicht dehnbaren Material hergestellt, um einen zusätzlichen Widerstand der Leitung gegen Längsausdehnen oder Strecken eu schaffen. Zn einer bevorzugten AusfOhrungsform der vorliegenden Erfindung werden achtzehn einzelne Verstärkungsfäden vorgesehen« die gleichmässig über den Umfang der Leitung verteilt sind, um die Leitung in hohem Masse im Hinblick auf Längebeanspruchungen zu verstärken. Die Länge-Verstärkungsfäden 16 folgen im allgemeinen der welligen Kontur der äusseren Oberfläche der Innenschicht 15·

Wie ersichtlich, wird eine versuchte axiale Streckung der Leitung die Windungen der Wendel auseinanderziehen und die elastische Innenschicht 15 strecken« Wenn die Leitung gestreckt ist, werden die Längs-Verstärkungsfäden von der Aussenseite der Innenschicht 15 abgezogen und bleiben lediglich auf den Wellenbergen mit der Innenschicht 15 in Kontakt. Um die Verlagerung der Längsverstärkungefäden 16 zu begrenzen, können im Umfangsrichtung verlaufende Garne oder Fäden 17 vorgesehen werden, die über die Längsveretärkungsfäden gelegt werden. Ein solcher wendelförmig gewickelter Verstärkungsfaden 17 ist im Aueführungsbeispiel der Erfindung auf jeder Seite der das Verstärkungsglied 14 überlagernden Weilenberge vorgesehen.

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Durch geeignete Bemessung der Spannung, mit der die Umfangs-Verstärkungsfäden 17 gewickelt werden, können die Auswärtsbewegungen der Längs-Verstärkungsfäden 16 gesteuert oder begrenzt werden, wenn die Leitung in Längsrichtung gestreckt oder gebogen wird. Die Fäden 17 ermöglichen dann nur eine begrenzte Streckung innerhalb der elastischen Grenzen der Elastomer-Wände. Wenn die Leitung gebogen wird, werden die Wellenberge auf der Innenseite des Bogens zusammengedruckt und diejenigen auf der Aueeenseite werden auseinandergezogen. Die Wandung auf der Aussenseite des Bogens wird gestreckt und ist bestrebt, sich von den Seiten der isolierenden Hülle 13 des Stützelementes 14 abzuheben.

Die Längsverstärkungsfäden 16 sind im wesentlichen unelastisch und denen sich praktisch nicht. Daher sind die Längsverstärkungsfäden 16 ebenfalls bestrebt, sich von der Xnnenschicht 15 abzuheben und sich in radialer Richtung zu bewegen· Die Umfangsverstärkungsfäden 17 begrenzen dieses Abheben der Fäden 17 in radialer Richtung. B· ist jedoch genügend Flexibilität vorgesehen, so dass die Leitung derart gebogen werden kann, dass die äusseren Wandungewellenberge an der Innenseite der Biegung gegeneinander stossen* In einer Ausführungeform der vorliegenden Erfindung könnt« «ine Leitung «it ca. 32 mm Durchmesser bis auf «inen Radine von nur ca· 19 mm an der Innenwand gebogen werden.

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Um die Längs» und UmfangeverstirkungefSden 16 und 17 vor Abtrieb zu schützen und sie in der vorgesehenen Lage zueinander zu halten, kann eine Aussenschicht oder Wandung 21 vorgesehen werden„ die die Längs- und Umfangsverstärkungsfäden 16 und 17 und die Innenschicht 15 abdeckt. Die Aussenschicht 21 kann einfachheitshalber aus demselben elastomerischen Material wie die Innenschicht 15 hergestellt werden. Die Aussenschicht 21 ist mit der Innenschicht verschweigst, wie im folgenden noch nSher erläutert wird. Die Längs» und Umfangsverstärkungsfäden 16 und 17 sind daher von elastomerischen Material umgeben, das ihre Relativbewegung begrenzt.

Die Leitung nach der vorliegenden Erfindung kann auf einer Maschine hergestellt werden,, die im wesentlichen der in der USA-Patentschrift 3«271.064 entspricht. Bei Einsatz der genannten Maschine im Rahmen der. vorliegenden Erfindung wird zunächst die Wendel des Stutzgliedes 14 gebildet. Ein Streifen thermoplastischen, elastomerischen Material wird sodann extrudiert und wendelförmig um das Stützglied und eine Dornoberfläche gewickelt« um die Innenschicht 15 zu bilden.

Wie in Fig. 1 dargestellt, wird der Streifen aus elastomerischem Material, der die Innenwandung 15 bildet, in

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einem Band von genügender Breite extradiert, um eine Windung des wendeiförmigen Verat&rkungsgliedes 14 zu bedecken und eich beiderseits in die Nachbarschaft der nächsten anstoesenden Windungen zu erstrecken· Auf diese Weise überlappen sich die extrudierten Streifen im Gebiet sirischen benachbarten Windungen des Stützelementes 14 und schaffen eine Wandung von doppelter Dicke. Das thermoplastische Material wird warm extrudiert und verbindet sich in den Oberlappungszonen und mit der Isolierung 13 des StOtzelementee 14»

Bs werden dann die Längsverstärkungsfäden 16 aufgebracht« und die Omfangsverstärkungsfäden 17 werden beiderseits des Verst&rkungselementes 14 wendelförmig über die FSden 16 gewickelt. Die Umfangsfäden 17 werden lose gewickelt, um eine begrenzte radiale Bewegung der Längefäden 16 zu ermöglichen, wie oben beschrieben«

Bs wird dann ein zweiter Streifen aus elastomerischem Material extrudiert und wendelförmig über die Ver-

jgewunden

stärkungsfäden 16, 17, um eine Aussenschicht 21 zu bilden« Der zweite Streifen wird so breit gewählt, dass er drei benachbart« Windungen des wendeiförmigen Stützelement»* 14 überdeckt· Der extrudierte Streifen überlappt •ich somit zweimal auf jeder Windung des Sttttzelementes

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und einmal in den Zwischenräumen zwischen den Windungen» Die Aussenwandung 21 ist daher über jeder Windung des Elementes 14 drei Lagen dick und «wischen den Windungen zwei Lagen dick» Die zusätzliche Dicke der Auesenwandung 21 Ober den Wellenbergen vermittelt einen zusätzlichen Schutz gegen Abriebe Da die äussere Oberfläche der Wellenberge beträchtlich gröseerer Abnutzung ausgesetzt ist als die übrige Leitung, z» B₀ wird die Leitung bei einem Staubsauger häufig über den Boden gezogen, trägt die zusätzliche Schicht auf den Wellenbergen wesentlich zur Erhöhung der Lebensdauer des Schlauches bei» In noch warmem Zustand werden die beiden extrudierten Streifen von warmem thermoplastischem Material eng gegen das Stützelement 14 und den Dorn gedrückt„ um die Bindung zwischen den Schichten zu sichern» Die Einheit wird dann unter die Erhärtungstemperatur des thermoplastischen Materials gekühlt_fl wodurch ein fester Zusammenhalt erreicht wird® Die Schritte können in der angegebenen Folge kontinuierlich durchgeführt werden«, wodurch eine kontinuierliche Leitung entsteht. Die Leitung kann dann in gewünschte Längen zerschnitten werden« Die in der genannten USA-Patentschrift 3„27Io064 beschriebene Vorrichtung braucht nur wenig verändert zu werden, um die Aufbringung der Verstärkungsfaden und der Aussenschicht zu ermöglichen· Diese Abwandlungen sind für den Fachmann ohne weiteres ersichtlich.

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Wenn der Schlauch für einen Staubsauger oder für ein ahnliche· Gerät Verwendung findet« kann es erwünscht sein, elektrischen Strom vom Sauger zu irgendeinem Zubehör oder einem Teppichreinigungsverkzeug oder dem Schlauchende zu führen· Durch die vorliegende Erfindung ist dies durch das elektrisch leitende Stützelement ermöglicht.

Ansprüche

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Claims

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Ansprüche

1· Biegsame Strömungsmittelleitung mit eingearbeiteten elektrischen Leitungen „ gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) ein wendeiförmiges Stützelement (14) mit zumindest einem elektrisch isolierten Xieiter (11, 12) τ

b) ein inneres Wandelement (15), das zusammen mit dem wendeiförmigen Stützelement (14) eine im wesentlichen glatte Znnenwandung bildet;

c) eine Aussenwandung (21)? und

d) VerstSrkungeelemente (16„ 17) »wischen der Innen- und Ausnenwand.

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2. Leitung nach Anspruch 1„ gekennzeichnet durch ein vendelförmiges Stützglied (14)« das as zwei elektrischen Leitern (11, 12) und einer jeden der Leiter umhüllenden Isolierung (13) besteht»
3. Leitung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Anzahl von nicht elastischen Lungeverstärkungsfaden oder -garnen (16), die an der Innenwandung (15) Ober deren Umfang verteilt angeordnet sind und sich in Omfangsrichtung erstreckende Verstärkungsfaden oder -garne (17), die die LängaverstSrkungsfSLden (16) derart fiberlagern, dass sie eine begrenste Radialbewegung der Längsverstärkungsxlden (16) zulassen.
4. Biegsaae Strömungsmittelleitung, insbesondere nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch:

a) eine vendelförraige Stützwicklung (14) mit Abständen zwischen den Windungen;

b) «ine Wandung (18) aus einem Elastomer mit Auswölbungen, die den wendeiförmigen Stützelement entsprechen und in Verbindimg mit diesem eine im wesentlichen glatte Innenwand der Leitung bilden? und

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c) in dae wendeiförmige Stützglied (14) eingearbeitete elektrische Leiter (11, 12)»
5. Leitung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch zwei elektrische Leiter (11„ 12} und eine Isolierung (13)« die jeden der elektrischen Leiter umgibt und mit der Innenseite der Auswölbungen der elasto· merischen Wandung (18) verbunden ist.
6. Leitung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnete dass die elastomerische Wandung (18) aus einer inneren elastomerischen Schicht (15) ₀ welche benachbarte Windungen des wendeiförmigen Stützgliedes (14) miteinander verbindet, einer äusseren elastomerischen Schicht (21) sowie einer mittleren Verstärkungsschicht (16_fl 17) besteht.
7· Leitung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,, dase die innere Schicht (15), die äussere Schicht (21) und die Verstärkungsschicht (16„ 17) miteinander verbunden sind»
8. Leitung nach Anspruch T₀ dadurch g e k e η η zeichnete dass die VerstSrkungsschicht aus über den Umfang verteilten Längafäden oder -garnen (16) und diese Längsfäden (16) Überlagernden Umfangefäden oder -garne (17) besteht.., ₀ 9 8 1 1 / 1 U 2

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9. Biegsame Strömungsmittelleitung, insbesondere nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein wendeiförmiges Stützglied (14) mit isolierten elektrischen Leitern (11, 12} und einer ströraungsraittelundurchlässigen Wandung (15)« welche das Stützglied (14) überlagert und mit jeder Windung zumindest über einen Teil des Umfange verbunden ist „ «reiche Wandung die Aussenfläche der Leitung wellenförmig auswölbt und eine glatteInnenwandung der Leitung ergibt»
10. Leitung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet« dass die strömungsmitte!undurchlässige Wandung (18) aus einer Anzahl sich überlappender wendeiförmiger Schichten (15, 21) besteht.
11. Leitung nach Anspruch 10« dadurch gekennzeichnet, dass die strömungsmittelundurchlSssige Wandung (18) aus einer inneren Wandung (15) und einer lueseren Wandung (21), die je aus einer Anzahl sich überlappender wendeiförmiger Schichten besteht« welche mit dem weodelföraigen Stützglied (14) verbunden sind, und einer zwischen Cex inneren und äusseren Wandung angeordnete versttrkungsschicht (16« 17) besteht.

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12. Leitung nach Anspruch H₀ dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsschicht aus einer Anzahl von sich in Längsrichtung erstreckenden Fäden oder Garnen (16) und einer Anzahl diese Längsfäden überlagernden Umfangsfäden oder -garnen (17) besteht.

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13. Biegsame Strömungsmittelleitung* insbesondere nach Anspruch I₉ gekennzeichnet durch:

a) ein wendeiförmiges Element (14) mit mindestens einem isolierten elektrischen Leiter (11, 12);

b) eine das wendeiförmige Element (14) bedeckende strömungsmittelundurchläseige Wandung (18) mit einer wendelförmig ausgewölbten AussenflSche und einer glatten Innenfläche; und

e) Verstärkungsmittel (16, 17) aur Begrenzung der Längsdehnung der Leitung.
14. Leitung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch sich in Längsrichtung erstreckende Fäden oder Garne, die Ober die Auswölbungen gelegt sind, und Ober die Längefäden (16) gelegt« Umfangsfäden oder -garne (17), welche die radiale Bewegung der LSngeffiden (16) begrenzen,

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15· Leitung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Umfangsfäden (17) wendelförmig zwischen die wendeiförmigen Auswölbungen gewickelt sind·
16. Leitung nach Anspruch 13« 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsmittel aus einer Anzahl von sich in Längsrichtung erstreckenden Fäden oder Garnen (16), die sich Ober den Umfang der ströraungsmittelundurchlässigen Wandung (15) erstrecken und die Auswölbungen überlagern, und Umfaogsfäden oder -garnen (17) bestehen, welche di« Längsfäden (16) Überlagern, beiderseits jeder Auswölbung angeordnet sind dund die radiale Bewegung der Längsfäden zwischen den Ausv/ölbungen begrenzen.
17» Leitung nach einem der Ansprüche 13 bis 16 _s gekennzeichnet durch eine die Verstärkungsmittel (16, 17) abdeckende Aussenwandung (21)ο
18. Biegsamer Schlauch., insbesondere nach Anspruch 1„ gekennzeichnet durch:

ein selbsttragendes wendeiförmiges Stützelement (14) mit einem im wesentlichen gleichförmigen inneren Durchmesser sowie mit zwei elektrischen Leitern (H₉ 12),

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die in einem nachgiebigen,, halbstarren slektriach-tiicht« leitenden Material fl3) eingeSasteefc airuü; und

eine im wesentlichen unelastische Wandung die iJber das Stützelement extrudiert und damit verbunden ist„ wobei äer Innetidurehtassaer dieser Wandung (18) imwssentlictherj gleich dem Innendurchmesser des StOtzelementes (14) ist.
19. Schlauch nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch in die Wandung (.13) ©ingelassene Versfcärkungs« mittel (16p 17)ο

KLS/zi

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