CN1875205A - 低结构性伸长量的细钢丝帘线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于对同步带进行增强的细钢丝帘线。该细帘线具有独特的负载拉伸曲线，特征在于其结构性伸长量非常低(低于0.09％，优选地是低于0.06％)，且在断裂载荷的0.2％到20％之间具有很高的当量模量。如果用弹性体涂覆层包覆帘线，能保持有利的效果。这样的细钢丝帘线减小了同步带在使用过程中其齿距在几何方面的分散性。本发明还提供了制造该细钢丝帘线的方法。

Description

低结构性伸长量的细钢丝帘线
技术领域
本发明涉及一种用于对同步带进行增强的细钢丝帘线。
背景技术
在许多精密机械、汽车、诸如打印机和复印机等的计算机外围设备、定位系统、以及许多其它应用场合中都要用到同步带。在现有技术中，同步带也被称为“齿形带”、“传动带”、或“牙轮皮带”。在下文中，将遵照ISO 5288-1982标准中的术语和定义。工业标准DIN7721-1989和ISO 5296-1：1989限定了市售同步带的尺寸和公差。同步带可被应用到这样一些场合中：同步带的动力传送、或在纵向上精确的连续或步进位移是极其重要的，或者必须要在较长距离上实现精确的角度定位。对同步带的一项主要要求就是节距长度的公差(参见ISO5288的定义)，该公差反过来决定了齿距。节距的公差在±0.28mm/100mm节距(0.28％)到±1.46mm/3620mm节距(或0.04％，参见DIN7721)之间变动，具体数值取决于皮带的尺寸。在实际情况中，由于同步带被使用在较长的跨度距离上或者需要更精确的控制，由DIN7721规定的公差不再是够用的了。此外，在同步带的使用过程中，带齿与齿轮之间的配合必须要保持非常高的精度。上述的公差只适用于未使用过的同步带。在带齿接合到齿槽中的过程中，任何配合不良都将导致同步带的早期磨损甚至带齿从齿轮上跳出。因而，对于同步带，已经出现了“尺寸控制”方面的问题。
在过去的几年中，细钢丝帘线成为了一种优选的用于同步带的增强物，原因在于其相比于其它材料具有高的抗蠕变性能和高的模量。多股帘线(例如7×3、3×3规格)仍然是优选的增强物类型。尽管股线与帘线绞捻方向相同的其它帘线(sS或zZ)在扭转控制性能方面是公知的，但股线与帘线绞捻方向相反(在“Z”帘线中使用“s”股线-或被简称为sZ，以及反之的zS)的构造是优选的，原因在于其具有较好的扭转性能(参见专利文件US 5784874)。
在过去，多股帘线被广泛地用来增强子午线轮胎。现有技术中已知的所有多股帘线的载荷-伸长量图线都未表现出从曲线起点开始的线性弹性特性：由于帘线中的丝线和股线在负载或空载时会出现(重新)排列，所以会与线性部分存在小的偏差。该偏差被称为“结构性伸长”(参见下文)，且从未小于0.090％。已经发现：如果使用较细的丝线来制造多股帘线，则“结构性伸长”将更为明显。
在制造同步带的过程中，细钢丝帘线被从卷轴上以低的放线张力展开，然后进入到弹性体中，其中的卷轴被安装在线轴架上。这些作用力不足以完全消除结构性伸长。在将同步带预张紧到齿轮之间时，帘线的剩余结构性伸长量将导致偏离齿距规格，并出现与此相关的问题。迄今为止，皮带制造商是利用如下的措施来补偿尺寸控制问题(例如参见Antriebstechnik 38(1999)Nr.5，p.71-73’)：
-将齿形带的齿距制为较小的尺寸规格，以补偿细钢丝帘线的结构性伸长，和/或
-增加额外的增强物以使齿形带的总纵向刚性增大，从而减小结构性的伸长，同时，增大增强物的总模量，使得齿形带在循环周期中负载部分与空载部分之间的伸长量差减小。
在皮带废品率方面和/或成本方面，上述的两种方案存在缺点。
带被制得越来越宽，原因在于：在随后它们可被切分成较小的带，从而获得更大的生产率。但是，随着同步带宽度的增大，其生产中更易出现“扭曲”效应(如果将一片皮带自由地悬挂起来，则自由端将相对于固定端出现扭转)或“马刀”效应(如果将一片皮带放置在平面上，其不会是平直的，而且卷曲的)。这两种效应对带的使用是非常有害的，原因在于它们会使皮带从齿轮上脱出。
用两步法工艺来制造多股帘线。在第一步骤中，丝线被以特定的搓捻长度和方向扭绞成股线，股线被卷到股线卷轴上。在第二步骤中，多条股线被从股线卷轴上拉出，并以规定的搓捻长度和方向扭绞成帘线。可在搓绳机或备选的搓捻机中执行第一扭绞步骤和/或第二扭绞步骤。在现有技术中，后者的技术是优选的的，原因在于其具有较高的扭绞速度，并能使用较大的卷轴。但是，在帘线是sZ类型或其镜像类型Zs类型的情况下，帘线会在搓捻机中扭绞，所以必须要考虑被搓捻操作消除掉的股线扭绞圈数。如果将单位长度制成帘线中股线的扭绞圈数是NC，且制成帘线的单位长度股线中丝线的扭绞圈数是NS，则股线必须要被扭绞到NS+NC，以便于使最终帘线中单位长度股线的扭绞圈数为NS。
发明内容
本发明的发明人发现了一种不同的解决方案来解决同步带的“尺寸控制问题”，这是本发明的第一个目的。令人意外的是，发明人的技术方案还解决了“扭曲”和“马刀”效应。此外，这些方案还增大了带工作区域中帘线的总体模量，从而，无需必须使用更多的增强材料，就减小了同步带循环中负载部分与空载部分之间的皮带伸长量：这是本发明的第二个目的。发明人已经发现了以有效的方式来制造该多股帘线的方法：这是本发明的第三个目的。
本发明涉及将权利要求1中描述的特征组合起来的方案。本发明优选实施方式的具体特征在从属权利要求2到6、10到13中列出。本发明的方法是通过将权利要求7中的特征组合起来而形成的。优选实施方式的特定特征在权利要求8、9中。权利要求14限定了将细钢丝帘线用作同步带增强物的应用发明。
根据本发明的第一方面，请求保护一种用于对同步带进行增强的细钢丝帘线。优选地是使用了普通碳钢。这种钢材通常包含：碳组分，其最小含量为0.40wt％的C或至少0.70wt％的C，但优选为至少0.80wt％C，且最大含量为1.1wt％的C；含量在0.10-0.90wt％之间的锰Mn；硫和磷组分，它们的含量优选地是被保持在0.03wt％以下；其它的微量合金元素，例如还可添加铬(可达到0.2-0.4wt％)、硼、钴、镍、钒(非排它性的列举)。不锈钢也是优选的。不锈钢中含最少12wt％的Cr和大量的镍。最为优选的是奥氏体不锈钢，这种材料更适于冷成型。最为优选的组成成分在现有技术中是公知的，为AISI(美国钢铁学会)302、AISI301、AISI304、AISI316。
细钢丝帘线包括至少两条股线，每条所述的股线都包括至少两条钢丝线。丝线的尺寸在30μm到250μm之间，但最为优选的尺寸是在40μm到175μm之间。最为优选的丝线尺寸是在120μm到160μm之间。由于这些丝线相比于轮胎帘线的丝线较细，因而，用这些丝线制成的帘线被称为“细帘线”。
不必使所有丝线都具有相同的直径，尽管优选地是这样，原因在于相同的直径将便于制造。同一帘线中的丝线可选择不同的直径，以便于将它们更好地配合起来，或者可选择不同直径的丝线，以便于在丝线之间形成间隙，从而便于弹性体的渗透。
所使用的丝线可不带有任何涂覆层。或者可用合适的涂层来涂覆金属线，优选地是：
-用电解方法涂覆黄铜，其组成成分包括62.5-75wt％的Cu，其余组分为锌。总的涂覆质量在0-10g/kg之间；
-或者可用锌来涂覆金属线，涂覆质量在0-300g锌/kg金属线之间。可通过电解工艺或热浸镀工艺将锌镀覆到金属线上，随后可执行或不执行擦除作业以便于减少锌的总重量。
由于锌具有抗腐蚀性且在热浸镀过程中形成了铁锌合金层，所以后一种涂覆类型是最为理想的。但并不排除其它的涂覆类型-例如锌合金镀覆工艺，其中的锌合金例如是锌铝合金(其共析成分例如是约95wt％的锌和约5wt％的Al)，甚至可以是三元合金。应当指出的是：上面对涂覆类型的列举是非排它性的。
丝线可按照一定的搓捻方向或搓捻长度被扭绞到一起。通常，搓捻长度是股线直径的10到40倍。更为优选地是，搓捻长度是股线直径的20到30倍。股线被按照一定的搓捻长度扭绞到一起而形成帘线，其中的搓捻长度为帘线直径的5-20倍。更为优选的是，搓捻长度在帘线直径的7-14倍之间。
在现有技术中，如下的丝线组合形式是公知的：
-3条股线，每条股线含3条丝线，简称为：3×3
-一条3金属线的芯线被六条3金属线的股线包围着：7×3
-一条4金属线的芯线被六条3金属线的股线包围着：7×4
-一条3金属线的芯线被五条7金属线的股线包围着：3+5×7
-一条7金属线的芯线被六条7金属线的股线包围着：7×7
-一条19金属线的芯线被八条7金属线的股线包围着：19+8×7
-一条19金属线的芯线被九条7金属线的股线包围着：19+9×7
这些组合形式只是作为非排它性的举例。现有技术中存在多种帘线组合形式，本发明考虑到了这些帘线形式，只要其是由至少两条可能缠绕或不缠绕着芯线的股线组成即可。
根据本发明帘线的股线搓捻方向与其搓捻方向相反。例如，如果股线的搓捻方向为S，则帘线的搓捻方向为Z。芯线(如果存在芯线的话)的搓捻方向是不重要的，其可以是S或Z方向。
在图1中表示出了对理解本发明很重要的载荷-伸长量曲线的特征。作为本发明主题的细帘线表现出与现有技术中的细帘线截然不同的载荷-伸长量特性。通过对帘线施加低载荷与高载荷之间的循环载荷，就能最为清楚地区分出该特性。“低”载荷例如是在制造皮带过程中所采用的载荷：通常为10到50N。“高”载荷例如是在使用皮带过程中、在皮带循环的负载部分中帘线上的载荷。皮带通常受到的最大载荷是其额定断裂载荷的20-30％。由于这些确切的载荷一般无法获得，所以本发明人倾向于采用帘线断裂载荷的0.2％作为“低”载荷，而将帘线断裂载荷的20％作为“高”载荷。在钢丝绳领域，在限定的作用力之间，对帘线执行周期性的加载和卸载是公知的试验(可参见K.Feyrer的“Drahtseile，2.Auflage”，85页)。
在高、低载荷之间不同的循环中得到一些载荷-伸长量曲线，原因在于这样能区分开“帘线设定”所对应的现象(图1中的“A”)与“结构性伸长”的现象(图1中的“B”)。“帘线设定”是指对丝线位置的首次调整，其导致小量的永久性伸长。在第一次加载之后，该“帘线设定”现象就会消失。“结构性伸长”在重复加载之后仍然存在。通常采用20个循环来确定帘线已完全整定，尽管在实际情况中，在约10个循环之后曲线就没有任何变化了。
细钢丝帘线的载荷-伸长量图线表明：在断裂载荷的约10-60％之间，存在一个线性部分(在图1中用“D”来指代该伸长量区间)，随后在更高载荷下表现出非线性的塑性变形(在图1中用“C”指代该伸长量区间)。因而，断裂载荷的20％在线性部分中。为确立“结构性的伸长量”，必须要将该线性部分向后推延(图1中用线“E”表示)-即向低载荷的方向推延。这样，“结构性伸长量”(图1中的“B”区间)被定义为向后推延的线性特性上0.2％断裂载荷时的伸长量与实际曲线上0.2％断裂载荷时伸长量之间的差值。
由于丝线相互摩擦，所以载荷-伸长量循环图线表现出滞后现象，即负载曲线与空载曲线不会完全地重合，从而形成了一封闭环(图1中的“H”)。因而，此处必须要指出：结构性伸长量必须在回程循环上确定，也就是说，要在从20％断裂载荷到0.2％断裂载荷的循环上确定。
根据本发明的细钢丝帘线的结构性伸长量低于0.09％(权利要求1)，更为优选地是低于0.06％(权利要求2)。
本发明的另一特征(权利要求3)在于：载荷-伸长量曲线在低于20％断裂载荷的区间内并未像现有技术中帘线一般要表现出的那样存在非线性曲线。帘线在低于20％断裂载荷时的伸长特性相当精确地遵循线性的虎克定律。本发明帘线的载荷-伸长量曲线保持在两条直线之间，两直线之间分开的伸长量为0.06％，从而将载荷-伸长量曲线局限在一个直线条带范围内。载荷-伸长量曲线从第二个循环开始就停留在该条带中，也就是说，除了“帘线设定”循环之外，直到第20个循环都一直在条带中。
此外，该条带所表现出的斜度也显著不同于现有技术的帘线。如果将下转折点-即0.2％断裂载荷时转折点与上转折点-即20％断裂载荷时转折点之间的斜度除以金属线金属表面的数值作为“当量拉伸模量”(图1中的直线“G”的斜度所示)，本发明帘线的当量拉伸模量超过150000MPa(权利要求4)，优选地是超过170000MPa(权利要求5)。这些数值已经非常接近单根金属线在理论上所能达到的最大值-约200000MPa。该当量拉伸模量也被称为在限定作用力之间的正割模数(可参见K.Feyrer的“Drahtseile，2.Auflage”，81页)。
将上述有利于设定帘线的各个特征结合起来(权利要求6)。可将“帘线设定”方便地量化为第一次循环的伸长量，该循环包括：以断裂载荷的0.2％对帘线执行预拉伸；将帘线加载到其断裂载荷的20％；随后将帘线卸载到其断裂载荷的0.2％。这样测得的伸长量即是“设定伸长量”(见图1中的“A”)。本领域技术人员能清楚地认识到：只能在此前尚未负载过的帘线上来确定“帘线的设定”。对于本发明的帘线，该设定伸长量保持在0.03％以下。
还可以用弹性体涂覆层对细钢丝帘线进行涂覆(权利要求10)。最好是，该涂覆层包封了单根细钢丝帘线，且是圆而细的。其中的弹性体优选为聚氨酯(权利要求11)，原因在于这种材料通常被用来制造牙轮皮带，因而是兼容的。
该涂覆层必须要良好地粘附到细钢丝帘线上，以便于在使用过程中使组合体保持完整性(权利要求12)。可利用ASTM 2229/93拉拔试验来评价帘线与弹性体的粘接性。一般情况下，对于在弹性体中嵌入长度为“L”的、直径为“D”(单位为mm)的细帘线，拉拔力必须大于40×D×L牛顿。但最为优选地是，如果弹性体粘附到帘线上，则采用大于50×D×L牛顿的拉拔力。
弹性体材料的渗透度极大地有助于在使用过程中将丝线保持“在原位”上。因而，优选地是：弹性体至少渗透了帘线的外部股线。最为优选地是，基本上在细帘线的长度范围内，所有的单根丝线都被聚合物完全地包裹着(权利要求13)。
发明人还观察到了本发明帘线另一个令人惊奇的优点：相比于普通帘线的情况，本发明帘线载荷-伸长量曲线上所有参数(其中结构性伸长量最为显著)的分散性(spread)都小。在本文中，“分散性”被理解为生产过程之间长期的差异变动。从如下的事实可容易地理解变动的减小：简单而言，结构性的伸长量小于零是不可能的。对照结构性伸长量为零的理论帘线对本发明的帘线进行“标定”。由此，本发明帘线的分散性比普通帘线低很多，在后者的情况下，结构性伸长量可向两个方向漂移。
本领域技术人员从上文可清楚地认识到：在测量过程中，对不同产品的参数进行确定并不过分地依赖于20％的载荷限度，只要该“高载荷”处于曲线的线性部分中即可。因而，在测量不确定的范围内，高达30％、40％、甚至50％断裂载荷的“高载荷”也能获得相同的产品参数结果。但是，对于“低载荷”，相反的情况是成立的：被测量的产品参数直接而强烈地取决于小载荷的数值，原因在于出现了如普通帘线的非线性行为。
还能清楚地认识到：必须使用具有必要精度和准确度的合适设备来进行对上述参数的测量。尤其是，载荷元件必须要适合于所涉及的小载荷，且必须利用伸长计来精确地测量伸长量。此外，设备必须能使载荷循环出现。尽管该测量要求很高，但目前现有技术中的测量设备能满足这些要求。本申请中的曲线是利用Zwick(Ulm德国)的BZ020/TH2S型设备获得的，该设备由“testXpert V8.1”软件控制的。
权利要求1到6中所列举的所有产品特征都是仅对帘线进行处理的结果。事实上，本发明帘线与现有产品在公知的结构特征方面的产品并无区别，其中的公知结构特征方面的产品例如是钢材的组分、涂覆层、丝线的直径、股线以及帘线的搓捻长度。例如，权利要求4、5所限定的当量伸长模量的增大与帘线搓捻长度的变化没有关系：在这一点上，本发明帘线与现有帘线是精确一致的。特别提到该特征是由于在本领域中通常认为增大帘线的搓捻长度能增大模量。
本发明的第二方面涉及一种制造本发明帘线的方法。按照该方法，所需股线被制造成具有nS的扭绞数，且最多为NS-即在最终帘线的股线中丝线必须具有的扭绞圈数。各个必需的股线卷轴都被安装在单独的扭绞放线机中。扭绞放线机是一种放线系统，其能在以与搓捻方向相同方向对股线进行旋转的同时，增大股线中单位长度内扭绞的圈数。加以必要的变更后，扭绞放线机能在使股线以与其搓捻方向相反的方向旋转时减小股线单位长度内扭绞的圈数。增加或减小的扭绞圈数与一个比值成比例，该比值是扭绞机旋转速度与股线线速度之间的比值。优选地是，旋转速度是可调节的。最为优选地是，两个速度都是可调节的。
所有的股线都被引向搓捻机入口的组装点处。在该位置处，股线被组合成帘线。股线获得了单位长度内NC的扭绞圈数。由于帘线的搓捻方向与股线的搓捻方向相反，所以单位长度的股线被解开NC圈。必须对扭绞放线机的转速进行适配，以便于使最终帘线中单位长度的股线具有正确的扭绞圈数。最后，将帘线卷绕到位于搓捻机内部的帘线卷轴上。
发明人已经发现：为了获得所要求保护的细帘线，在进入到帘线中之前，股线在从股线卷轴移动到帘线卷轴的路线中获得的单位长度扭绞圈数必须为最小，即确定地小于NC+NS，优选地是接近于NS，甚至也不排除小于NS的可能。任何对股线过度扭绞的情况(即使在对帘线进行搓捻的过程中这些扭绞圈数被最终从股线中消除掉了)都将导致股线的“松懈”，这将反映在不佳的结构性伸长量上，进而为同步带带来尺寸控制方面的问题。尽管上文已清楚而简单地反映出了本发明的设计思想，但要把该思想还原到实践中则需要对生产过程作一些非显而易见的改动。
实施该思想的第一种方式是增大放线张力，使其达到一个非常规的高值水平上(权利要求7限定)。最为方便的是，利用股线的最终断裂载荷来表达放线张力。放线张力至少必须要大于股线断裂载荷的15％。优选地是高于20％。通过增大放线张力，就在股线上施加了一个扭矩，因而，股线趋于解开，从而在从股线卷轴到帘线卷轴的路线上开始旋转。由于产生了该转动，可减小股线在进入到帘线中之前的总扭绞圈数。
该方法的第二个重要特征在于：搓捻机的进口滑轮必须要被布置成相对于由进入帘线和离去帘线形成的平面为一定角度(权利要求8)。在经过该滑轮之后，帘线被引导到一弓形件中，并被引导向位于弓形件端部的换向滑轮。优选地是，这些滑轮带有沟槽。甚至更为优选的是，这些滑轮具有U形的沟槽，其大于帘线的直径。进口滑轮的旋转轴线一般垂直于由进入帘线和离去帘线形成的平面-即指向该平面的法向。根据本发明，进口滑轮的轴线相对于该法线是倾斜的。倾斜度被设定为这样：使得帘线在U形槽中沿其闭合方向滚动。闭合方向是指这样的旋转方向：帘线在该方向上的转动会使扭绞圈数增加。更为优选的是：滑轮的轴线绕一平分线转动，该平分线是由进入帘线与离去帘线所形成的直线之间的平分线。甚至更为优选地是：进口滑轮和换向滑轮都被布置为一定角度(权利要求8)。将进口滑轮和换向滑轮布置为一定角度的原理在于：将股线在帘线中获得其最终扭绞圈数的位置点移位到组装点处。按照这种方式，可防止股线在搓捻机的弓形件中解开。为了清楚起见：在现有技术的搓捻机(无滑轮具有角度)中，帘线在进口滑轮处受到其一半的最终扭绞圈数，并在换向滑轮处受到另一半最终扭绞圈数。因而，股线在搓捻机弓形件中行进的过程中，当其到达其在帘线中的最终位置时会解开。这样，在帘线中，股线是以松懈的状态固定着，这将又导致很大的结构性伸长量，反过来又会导致同步带在尺寸控制方面出现问题。
本发明方法的第三个特征涉及股线从股线卷轴移动到帘线卷轴的路线。发明人已经发现：该路线必须不受任何类型引导件、滚轮、滑轮或其它装置的妨碍，这些装置可能会妨碍股线的转动。任何此类装置都将导致对搓捻机解开操作的限制，根据本发明，要防止出现这样的情况(权利要求9)。
根据本发明的第三方面，要求保护将这种帘线用于增强同步带的应用(权利要求14)。这样的同步带具有优异的尺寸控制性，并能在使用过程中保持稳定。
附图说明
下文将参照附图对本发明作更为详细的描述，在附图中：
图1表示出了细钢丝帘线的典型载荷-伸长量以及重要的参数；
图2表示了根据第一优选实施方式的和根据现有技术的7×3×0.15型细钢丝帘线的载荷-伸长量图线；
图3表示了根据第二优选实施方式的和根据现有技术的3×3×0.15型细钢丝帘线的载荷-伸长量图线；
图4a表示了现有技术的制造方法和本发明的制造方法；
图4b表示了在现有技术的方法“CP”和本发明的方法“IP”中、股线在从股线卷轴移动到帘线卷轴的过程中单位长度内扭绞的变化情况；以及
图5表示了可被安装为一定角度的滑轮。
具体实施方式
在第一优选实施方式中，发明人制造了一种7×3类型的帘线，其由如下的公式表征：
[(3×0.15)9s+6×(3×0.15)9s]8Z
即：芯部股线是由3条扭绞在一起的丝线构成的，这些丝线在S方向上的搓捻长度为9mm，芯部股线与6条外部股线组合起来而形成帘线，外部股线也是由3条扭绞在一起的丝线构成的，这些丝线在S方向上的搓捻长度为9mm。股线是在Z方向上、以8mm的搓捻长度扭绞成帘线的。丝线是普通碳钢的丝线，其碳含量约为0.725wt％的C，并具有热浸镀的锌镀层。按照现有技术的方法和本发明的方法，用丝线制出帘线。帘线的金属横截面积为0.371mm2(符合DIN 3051，即丝线横截面的总和)。
首先借助于图4a来介绍现有的方法。然后重点介绍本发明对该方法的改动。在扭绞放线系统4中安装有股线卷轴2，其带有每米扭绞NS圈的股线。如本领域公知的那样，可通过将卷轴2可转动地安装到一个固定不动的悬挂托架(图中未示出)中而在物理上实现扭绞放线机1，其中，所述托架被悬挂在两个转动点(图中未示出)之间。股线被从卷轴上拉出，经第一旋转点、越过旋转着的换向滑轮或引导件4而到达第二旋转点，在第二旋转点处，也有一旋转着的换向滑轮或引导件5将股线沿一个方向从扭绞放线机中引出，该方向与股线被从其卷轴上拉出的方向相反。在股线从第一滑轮移动向第二滑轮的过程中，可能会被引导着经过一锭翼(flyer)3，其绕所述的固定托架转动。但是，在本领域中，不带有锭翼3的实施形式也是公知的。公知的是：扭绞放线机具有其它的实施方式，在这些实施方式中，卷轴的转动轴线自身绕一轴线转动，股线沿该轴线离开放线机，后一轴线与卷轴的转动轴线垂直。此外，扭绞放线机的这些实施方式可被明确地应用在本发明的方法中。扭绞放线机将使每米的扭绞圈数增加到NS。增加的扭绞圈数必须要与帘线的扭绞圈数NC相对应，原因在于搓捻机13将在随后精确地消除掉该扭绞圈数。图4b中P0与P2之间的虚线示意性地表示出了股线单位长度中增加的扭绞圈数。
股线在P2点(见图4a)离开扭绞放线机之后，被引导着经过不同的引导滑轮6，以使得股线与其它股线7在组装点8处方便地结合起来，以形成帘线。对于每一股线，单个的扭绞放线机都必须在相同的工艺条件下工作。在组装点8处，各条股线被搓捻机13扭绞到一起。在组装点8与帘线卷轴12之间，帘线接收了NC的扭绞圈数/米，同时，股线被解开NC的扭绞圈数/米。由于搓捻机13的工作原理所致，在进口滑轮9与换向滑轮10之间，从股线中消除了约NC/2的扭绞圈数，并在换向滑轮10与帘线卷轴12之间消除了剩余的NC/2扭绞圈数。图4b中P4与P6之间的虚线表示了股线上扭绞圈数的变化规律。
对于该特定实施方式，NS为(1000/9)扭绞圈数/米，NC为(1000/8)扭绞圈数/米。由于帘线的搓捻长度与股线的搓捻长度相反，所以，在从股线卷轴向帘线卷轴移动的过程中，股线将解开，必须要通过扭绞(1000/9)+(1000/8)圈数/米来补偿，该扭绞量对应于在“s”方向上的4.235mm的搓捻长度。图4b(标为“CP”的虚线)表示了在普通方法中股线在从股线卷轴到帘线卷轴过程中每米长度扭绞圈数的变化过程。可清楚地看出：当将股线解开到9mm搓捻长度时，紧的扭绞4.235mm将在股线中留下螺旋形的塑性变形。该螺旋形的塑性变形将导致很高的结构性伸长量。
现有方法与本发明方法之间的差别将在下文介绍并概括地列在表1中。图4b表示出了在普通方法(曲线“CP”)与本发明方法(曲线“IP”)之间、在股线上所施加的单位长度扭绞圈数的差值。
    工艺参数     普通方法     本发明方法
    初始股线搓捻长度     9mm     14mm
    初始时股线每米的扭绞圈数     111tw/m     71.4tw/m
    扭绞机转速与搓捻机转速的比值     1.000     1.311
    股线放线张力与股线断裂载荷的比值     7.7％     15％
搓捻机滑轮角度    进口滑轮：0°换向滑轮：0°     进口滑轮：10°换向滑轮：10°
    从股线卷轴到帘线卷轴的滑轮数目     6     4
    所得到的帘线     帘线“CP”     帘线“IP”
表1
首先，如图4b中的P0处所示，原先股线的扭绞圈数ns小于或等于本发明方法中的Ns。因而，扭绞放线机的转动速度必须要大于搓捻机的速度，以便于使最终帘线的股线具有正确的单位长度扭绞圈数。
但是，通过向股线施加比普通方法中更高的放线张力，在结构上防止所施加的扭绞圈数在局部累加到Ns+Nc的水平。通过增大帘线的放线张力，可在股线中形成将股线解开的扭矩，因而可在图4b中曲线“IP”的P2点处将扭绞圈数减小为小于Ns+Nc。
允许股线自由转动的进一步改进措施是取消图4a中的引导滑轮6。引导滑轮6一旦将帘线弯折，就具有限制股线转动的趋势。由于取消了某些滑轮，所以在图4b中曲线“IP”的P3点处，股线的扭绞圈数也不会累加升高。
限制股线扭绞圈数累加的另一项改进措施是使搓捻机对股线的解开动作更靠近组装点8。通过将搓捻机的进口滑轮和/或换向滑轮9如图5所示那样设置成一定角度，就能实现上述效果。在搓捻机中，进入的帘线5被引导着经过U形槽滑轮56，并以离去帘线52的形式离开。进入帘线51与离去帘线52的平分线被标记为55，其垂直于纸面。滑轮54的轴线相对于一平面53的法线旋转了一个角度α，其中的平面是由进入帘线1和离去帘线2形成的。偏转角的方向应当被选择为使得帘线趋于闭合。通过将滑轮布置成一定角度，使帘线开始以滑轮的U形滚动，并扭绞帘线中的股线，这样还会解开股线中的丝线。因而，与现有技术的方法进行比较，帘线得以使其最终搓捻长度更为接近组装点。因而，如图4b中的P4点所示，在形成帘线的过程中，股线解开的程度远小于现有方法的情况(对比曲线“CP”和“IP”可见)。
根据两种不同方法所获得的帘线载荷-伸长量曲线“CP”与“IP”之间的差异被表示在图2中。表2概括了这些曲线的特征：
 产品参数     帘线“CP”     帘线“IP”
 帘线断裂载荷     920N(*)     920N(*)
 载荷下限     1.84N     1.84N
 载荷上限     184N     184N
 在第20循环回程时的结构性伸长量     0.160％     0.018％
 与拉伸模量等效的斜度     115910N/mm2     175461N/mm2
 在第一次循环后的伸长量     0.006％     0.012％
(*)目标值，未测量
表2
在图2中，使用了讨论图1时对不同特征所采用的标号。另外还增加了一个条带“J”，其在伸长量量度上的宽度为0.06％，图中表示出了这样的事实：本发明的帘线保持在这些限界线之间(权利要求3)。
第二优选实施方式是一种3×3×0.15的帘线，表3既概括了制造该帘线所采用的工艺条件，又列出了所制得产品的特征。图3表示了载荷-伸长量曲线。3×3×0.15结构是按照如下的构造形成的：
[3×(3×0.15)9s]8Z
    参数   普通方法     本发明方法
    初始股线搓捻长度    9mm     14mm
    初始时股线每米的扭绞圈数    111tw/m     71tw/m
    扭绞机转速与搓捻机转速的比值    1.000     1.311
    股线放线张力与股线断裂载荷的比值    10％     18％
    搓捻机滑轮角度    0°/0°     10°/0°
    从股线卷轴到帘线卷轴的滑轮数目    6     4
    帘线断裂载荷    520N(*)     520N(*)
    载荷下限    1N     1N
    载荷上限    104N     104N
    在第20循环回程时的结构性伸长量    0.105％     0.020％
    与拉伸模量等效的斜度    145595N/mm2     185378N/mm2
    在第一次循环后的伸长量    0.047％     0.015％
(*)目标值，未测量
表3
第三优选实施方式涉及一种(3+5×7)×0.15的细钢丝帘线，其可被详细地表示为：
[(3×0.15)9s+5×(0.15+6×0.15)10s]12.5z
按照标准方法和本发明的方法制造帘线，并获得了如下的结果：
  参数     普通方法   本发明的方法
  帘线断裂载荷     1730N(*)     1730N(*)
  载荷下限     3.46N     3.46N
  载荷上限     346N     346N
  在第20循环回程时的结构性伸长量     0.085％     0.023％
  与拉伸模量等效的斜度     142000N/mm2     173000N/mm2
  在第一次循环后的伸长量     0.006％     0.0085％
(*)目标值，未测量
表4
在第四优选实施方式中，用弹性体涂覆层对第一实施方式的7×3×0.15帘线进行涂覆。在执行该涂覆之前，借助于一蒸汽脱脂步骤对帘线进行清洗。随后将帘线浸入到一种溶液中，该溶液是通过将1.5vol％的N-(2-氨基乙基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷溶解到异丙醇和水的混合液中而形成的，然后再进行干燥。现有技术中，采用这种具有有机功能的硅烷来促进粘接是公知的(例如参见专利文件WO2004/076327)。随后用一层Desmopan392(购自Bayer)来涂覆帘线，从而将裸帘线的之间从0.90mm扩大到1.00mm。利用标准的挤出机来执行涂覆，在挤出机中，钢丝帘线在进入到挤出机头部中之前被预加热到180℃。以225℃和100bar的压力将聚氨酯注入到挤出机头部中。在执行涂覆之后，将被涂覆后的细钢丝帘线放入水中冷却。按照ASTM D2229/93测试对长度为12.7mm的埋入长度(embedmentlength)实施方式所进行的粘接度试验表明：在超过929N的拔出力作用下，6条帘线中的5条在被从聚氨酯块体中拔出之前断裂了，这高于50×D×L＝575N的限度。此外，从帘线的横截面看出：21条丝线都被嵌在PU中。
经过如此涂覆的帘线(帘线“IP+PU”)表现出与原先的本发明帘线一样的、有利的伸长行为，表5对此进行了总结。
产品参数     帘线“CP”     帘线“IP”     帘线“IP+PU”
载荷下限     1.8N     1.8N     1.8N
载荷上限     180N     180N     180N
在第20循环回程时的结构性伸长量 0.089％ 0.012％ 0.012％
与拉伸模量等效的斜度    134000N/mm2     177000N/mm2     177000N/mm2
在第一次循环后的伸长量    0.002％     0.007％     0.002％
表5
在第六优选实施方式中，验证了在制造同步带的过程中帘线的有利特性不会丧失。制出了一种闭环的皮带，其节距为10mm，长度为840mm，其包含16条7×3×0.15的帘线。第一条皮带是用普通方法(CP)的帘线制得的，第二皮带是用本发明方法(IP)的帘线制成的，第三皮带是用包覆有PU的IP帘线制成的。皮带的断裂载荷约为15kN。这些皮带被从100N(“低载荷”)的预张力到5kN载荷(“高载荷”)循环地加载10次。尽管对于帘线的测量条件并非精确地相同，但仍然可对相关的参数进行比较。表6总结了试验结果：
所使用的帘线 CP帘线 IP帘线     涂覆有PU的IP帘线
在第10循环回程时的结构性伸长量 0.096％ ＜0.010％     0.038％
在第一次循环后的伸长量 0.041％ 0.034％     0.032％
在第二次到第十次循环中高、低载荷之间的伸长量 0.562％ 0.466％ 0.484％
表6
在使用过程中，采用IP帘线和涂覆后IP帘线的皮带表现出比CP帘线低得多的伸长量，因而，其齿牙磨损也低得多。这就证明本发明的帘线解决了“尺寸控制”方面的问题。

Claims (14)

1.一种用于对同步带进行增强的细钢丝帘线，所述细钢丝帘线包括至少两条股线，每条所述股线包括至少两条钢丝线，
其特征在于：当帘线受到二十次载荷循环时，每次载荷循环都是在所述细钢丝帘线的0.2％断裂载荷增加到所述细钢丝帘线的20％断裂载荷，并返回到所述细钢丝帘线的0.2％断裂载荷，所述细钢丝帘线的结构性伸长量为：在所述第20次载荷循环的回程侧，在所述细钢丝帘线断裂载荷的0.2％时，该伸长量小于0.09％。
2.根据权利要求1所述的细钢丝帘线，其特征在于：所述结构性伸长量低于0.06％。
3.根据权利要求1或2所述的细钢丝帘线，其特征在于：所述第二到第二十循环的所述载荷-伸长量曲线保持在两条平行的限定直线之间，所述两直线分开0.06％。
4.根据权利要求1到3之一所述的细钢丝帘线，其特征在于：连接所述第二十次载荷循环中起始点和转变点的直线的斜度等同于大于150000MPa的拉伸模量。
5.根据权利要求1到3之一所述的细钢丝帘线，其特征在于：连接所述第二十次载荷循环中起始点和转变点的直线的斜度等同于大于170000MPa的拉伸模量。
6.根据权利要求1到3之一所述的细钢丝帘线，其特征在于：在第一次循环后，帘线在其断裂载荷的0.2％时的伸长量小于0.03％。
7.一种制造根据权利要求1所述的、用于增强同步带的细钢丝帘线的方法，所述股线还具有一断裂载荷，所述股线具有第一搓捻方向，其在所述帘线中的单位长度的第一扭绞圈数为Nc，所述丝线具有第二搓捻方向，其在所述股线中的单位长度的第二扭绞圈数为Ns，所述第二搓捻方向与所述第一搓捻方向相反，所述方法包括步骤：
-将所述股线设置为具有单位长度扭绞圈数ns，其小于或等于在股线卷轴(2)上的第二单位长度扭绞圈数Ns；
-使扭绞放线机(1)中的所述卷轴(2)以一定的放线张力解开；
-在搓捻机(13)的进口滑轮(9)前方的组装点(8)处，将所述股线组合到一起；
-使所述帘线在经过换向滑轮(10)后卷绕到帘线卷轴(12)上，
其特征在于：所述放线张力大于股线断裂载荷的15％，以将最终搓捻成型操作移动到更靠近组装点的位置。
8.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于：通过将所述进口滑轮(9)或所述换向滑轮(10)布置成相对于由进入帘线(51)和离去帘线(52)形成的平面成一定角度，将最终搓捻成型操作移动到组装点处。
9.根据权利要求7或8所述的制造方法，其特征在于：由所述搓捻机施加给所述股线的扭绞量被无间断地导向所述扭绞放线机的出口处。
10.根据权利要求1到6之一所述的细钢丝帘线，其特征在于还包括：弹性体涂覆层，所述涂覆层用于围绕所述的单根细钢丝帘线。
11.根据权利要求10所述的细钢丝帘线，其特征在于：所述弹性体是聚氨酯。
12.根据权利要求10或11所述的细钢丝帘线，其特征在于：所述弹性体涂覆层粘附到所述细钢丝帘线上。
13.根据权利要求10到12之一所述的细钢丝帘线，其特征在于：所述弹性体基本上围绕着所述细钢丝帘线的每一条丝线。
14.将根据权利要求1到6以及10到13之一所述的细钢丝帘线用作同步带中的增强物。
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