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Die
Erfindung betrifft eine Festigkeitsträgerlage aus einem
Hybridcord für elastomere Erzeugnisse und die Verwendung
einer solchen Festigkeitsträgerlage insbesondere in Fahrzeugluftreifen,
aber auch in Fördergurten, Flachriemen, Gewebeschläuchen
und Luftfederbälgen.
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Festigkeitsträger
zur Verstärkung verschiedener elastomerer Erzeugnisse sind
hinreichend bekannt. So ist für Fahrzeugluftreifen bekannt,
eine Gürtelbandage zu verwenden, die ein- oder mehrlagig
ausgebildet ist, die Gürtelränder abdeckt und
parallel und im wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufende Festigkeitsträger
in Form von im Gummi eingebetteten Corden enthält. Diese
Gürtelbandage dient dazu, insbesondere im Hochgeschwindigkeitseinsatz,
eine Erhebung des Reifen durch die im Fahrbetrieb auftretenden Fliehkräfte
zu verhindern.
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Die
Bandage wird bei der Reifenherstellung in Form von Lagen mit in
eine unvulkanisierte Kautschukmischung eingebetteten Festigkeitsträgern
aufgebracht, die auf den Gürtel gewickelt oder gespult
werden. Die Festigkeitsträger werden für solche
Lagen in Kautschuk eingebettet, indem eine Schar von im Wesentlichen parallel
liegenden fadenförmigen Festigkeitsträgern, die
in der Regel thermisch und/oder zur besseren Haftung am einbettenden
Gummi in dem Fachmann bekannter Art mit einer Imprägnierung
vorbehandelt sind, in Längsrichtung einen Kalander oder
einen Extruder zur Ummantelung mit der Kautschukmischung durchlaufen.
Bei der Bombage mit bisher im Einsatz befindlichen Vorrichtungen
und der Vulkanisation des Reifens dehnt sich der Reifen in der Regel
im Schulterbereich durch die Erhebung um bis zu 2% und im Mittenbereich
um bis zu 4% im Vergleich zum unvulkanisierten Rohling, wenn der
Rohling auf einer flachen Trommel gewickelt wird. Bei neueren Aufbautrommeln
wird nur noch eine geringere Dehnung während der Reifenherstellung
von etwa max. 2% gefordert. Bei neueren Vorrichtungen ist die Erhebung
geringer.
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Die
Corde der Bandage sollen bei der Reifenherstellung eine ausreichende
Erhebung bei der Bombage und in der Vulkanisationsform zulassen,
damit der Reifen präzise ausgeformt werden kann, und sie
sollen nach der Fertigstellung des Reifens im Fahrbetrieb eine gute
Hochgeschwindigkeitstauglichkeit gewährleisten. Um diesen
Anforderungen zu genügen, sollten sich die Corde bis zu
einer Dehnung von ca. 4% mit mäßigem Kraftaufwand
und ab einer höheren Dehnung nur noch mit sehr hohem Kraftaufwand
dehnen lassen.
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Fördergurte
sind endlos gemachte Gurte, die als wesentliches Merkmal einen Festigkeitsträger
meist aus Gewebeeinlagen, aufgebaut aus gleichen und/oder verschiedenen
Cordmaterialien, enthalten. Das Cordgewebe unterliegt hierbei schon
bei der Herstellung der Fördergurte starken mechanischen
Beanspruchungen. Es wird friktioniert oder geteigt, um es haftungsfreundlich
zur Belegschicht auszurüsten und danach im Kalander beidseitig
belegt, mehrfach dubliert und schließlich die Deckenauflage
aufkalandriert. Fördergurte müssen in der Regel
erhebliche Belastungen bedingt durch hohe Transportleistungen aushalten,
weshalb üblicherweise ein hoher Festigkeitsträgereinsatz
nötig ist.
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Für
Flachriemen wird ein Zugträger aus einer Festigkeitsträgerlage
bestehend aus Kabelcordfäden gebildet. Die in einer Kautschukmatrix
eingebetteten Cordfäden werden durch ein oder zwei gummierte
Umlagegewebe geschützt. Der Cord soll dem Flachriemen eine Übertragung
hoher Kräfte bei geringen Dehnungen ermöglichen.
Selbiges gilt auch für Gewebeschläuche, die hohen
Innen- und Außendrucken ausgesetzt sind und daher durch
eine geeignete Festigkeitsträgerlage aus einem Cordgewebe
oder aus einzelnen Cordfäden verstärkt werden.
Bei der Cordierung der Gewebeschläuche ist es wichtig,
die Cordfäden in bestimmten Winkeln aufzutragen, um eine
Längung und Verdünnung oder eine Aufweitung und
Verkürzung zu verhindern.
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Für
aus einer oder mehreren Kautschukmatrix/Kautschukmatrizes aufgebauten
Luftfederbälge ist eine Verstärkung durch eine
aus Corden aufgebaute Festigkeitsträgerlage zum teilweise
Abfangen der Beanspruchungen durch Druck, Zug oder Schub ebenso
bedeutend. Die Anforderung an die aus Corden aufgebaute Festigkeitsträgerlage
liegt wiederum in der hohen Kraftübertragung bei möglichst
geringen Dehnungen.
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Zum
Stand der Technik sind folgende Druckschriften zu würdigen:
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Aus
D1 ist ein Hybridkord mit ausgezeichneter Biegebeständigkeit
und Dimensionsstabilität zur Verwendung für die
Verstärkung von Kautschukprodukten bekannt. Der Hybridkord
besteht hierbei aus Glasfasern und Aramidfasern, die jeweils einer
Resorcin-Formaldehyd-Kautschuklatex(RFL)-Behandlung unterworfen worden
sind.
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D2
beschreibt eine Festigkeitsträgerlage für die
Gürtelbandage von Fahrzeugluftreifen, wobei die Festigkeitsträger
Hybridkorde sind, die aus einem ersten Garn mit einem hohen Elastizitätsmodul
und einem zweiten Garn mit einem niedrigen Elastizitätsmodul
aufgebaut sind. Das erste Garn des Hybridkordes ist ein Aramidgarn,
während das zweite Garn des Hybridkordes ein Nylongarn
ist.
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Die
Offenbarung eines Luftreifens mit einem Festigkeitsträgerkord
aus aliphatischen Polyketonfasern findet in D3 statt. Ein Hybridkord
wird hierbei nicht erwähnt.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht nun darin eine aus Corden aufgebaute
Festigkeitsträgerlage bereitzustellen, die eine gegenüber
dem Stand der Technik höhere Kraftübertragung
bei gleichzeitig niedriger Dehnung gewährleisten kann.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Verwendung der
genannten Festigkeitsträgerlage zur Herstellung insbesondere
von Fahrzeugluftreifen, aber auch von Fördergurten, Flachriemen,
Gewebeschläuchen und Luftfederbälgen.
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Gelöst
wird erfindungsgemäße Aufgabe dadurch, dass eine
Festigkeitsträgerlage bereitgestellt wird, wobei die Festigkeitsträger
aus einem Hybridcord aufgebaut sind, welche innerhalb der Lage im
Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind und aus einem ersten
verdrehten textilen Garn aus einem ersten Material und aus einem
zweiten verdrehten textilen Garn aus einem zweiten Material, die
miteinander endverdreht sind, aufgebaut sind, wobei das erste verdrehte
textile Garn ein Polyketongarn ist und das zweite verdrehte textile Garn
ein Polyester ist.
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Überraschenderweise
wurde insbesondere für die Verwendung der Festigkeitsträgerlage
in Fahrzeugluftreifen gefunden, dass durch die Kombination von Polyketongarn
und Polyestergarn im Rahmen eines Hybridcordes eine ausreichende
Dehnung während des Reifenherstellungsschrittes der Bombage
erreicht werden kann, so dass der Reifenrohling präzise
ausformbar ist und zusätzlich gut hochgeschwindigkeitstauglich ist.
Der dem Fachmann bekannte Einsatz von Aramidgamen- und corden in
einer Festigkeitsträgerlage weist einen besonders hohen
Elastizitätsmodul auf und zeigt im fertigen Reifen den
Vorteil des Nicht-Schrumpfens und der geringen plastischen Verformung
auf. Während des Reifenaufbaus zeigen sich dagegen so aufgebaute
Festigkeitsträgerlagen als nachteilig, weil diese eine
zu geringe Dehnung haben, so dass der Reifenrohling nur ungenügend
ausformbar ist und dadurch nur eine schlechte Uniformity des Reifens
zu erhalten ist. Dieses Problem existiert z. B. auch bei der Herstellung
von Gewebeschläuchen und Luftfederbälgen, während
bei der Verwendung von Aramid als Cordmaterialien für Fördergurte
und Flachriemen die mangelnde Kraftübertragung bei niedriger
Dehnung im gewerblichen Einsatz der Fördergurte und Flachriemen
als relevanter anzusehen ist.
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Die
erfindungsgemäße Festigkeitsträgerlage
aus einem Hybridcord bestehend aus Polyketon- und Polyestergarn
hingegen weist eine bessere Dehnung als ein Aramidcord und einen
geringeren Schrumpf als Nyloncord auf und zusätzlich ist
Polyketon im Vergleich zu Aramid preiswerter zu erhalten. Die Dehnung
der Hybridcorde kann durch geeignete, dem Fachmann bekannte, Verstreckung
gesteuert werden, wobei vorteilhafterweise für einen Hybridcord
aus Polyketon- und Polyestergarn ein 1-Bad-Verfahren ausreichend
ist. Im Vergleich dazu ist für Festigkeitsträgerlagen
bestehend aus Corden anderer Materialien meist ein 1-Bad-verfahren nicht
ausreichend, sondern es muss ein 2-Bad-Verfahren zum Einsatz kommen,
welches sich sowohl zeit- als auch kostenintensiver darstellt.
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Vorteilhafterweise
ist das erste verdrehte textile Garn ein Polyketongarn und das zweite
verdrehte textile Garn ein Polyestergarn, welches aus der Gruppe
bestehend aus Polyethylenterephthalat (PET) und/oder Polyethylennaphthalat
(PEN) und/oder Polybutylenterephthalat (PBT) und/oder Polycarbonat
(PC) ausgewählt ist.
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Mit „Polyketon"
ist ein Polyolefinketon gemeint, welches ein Kondensationsprodukt
aus Ethen und Kohlenmonoxid ist.
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Es
ist weiterhin vorteilhaft, wenn das erste und/oder das zweite verdrehte
textile Garn eine Feinheit von 400 bis 2200 dtex aufweisen/aufweist.
Somit ist ein vergleichsweise feiner Hybridcord geschaffen, der
aufgrund seines geringen Gewichtes, aber auch aufgrund seiner vorbeschriebenen
vorteilhaften Materialeigenschaften wie die Tragfähigkeit
beider Garne des erfindungsgemäßen Hybridcordes,
geringe bis keine Schrumpfeigenschaften des Cordes und die gute
Anbindbarkeit des Cordes an eine Kautschukmatrix, die zum Gebrauch
der bereits erwähnten elastomeren Produkte notwendigen
mechanischen Eigenschaften, erhöht. Für Reifen
gilt dies vor allem für die Laufeigenschaften von UHP-(Ultra-High-Performance-)Reifen.
Der Unterschied in den Feinheiten zwischen beiden Garnen sollte
möglichst gering gewählt werden, um einen möglichst gleichmäßigen
Cord zu erhalten, der sich gut verarbeiten lässt und der
eine gute Restfestigkeit nach Ermüdung aufweist. Vorteilhaft
ist es, wenn beide den Cord bildenden Garne die gleiche Feinheit
aufweisen.
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Vorteilhaft
ist es, wenn die beiden, den Hybridcord bildende Garne mit einer
Drehungszahl von 150 bis 600 t/m, bevorzugt mit 340 bis 480 t/m
endverdreht sind.
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Um
eine zuverlässige Haftung von textilen Festigkeitsträgern
zum Gummi zu gewährleisten, ist es zweckmäßig,
die textilen Hybridcorde mit einer Haftimprägnierung, z.
B. mit einem RFL-Dip im 1- oder 2-Bad-Verfahren, zu versehen.
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Verwendet
man wenigstens eine der vorbeschriebenen Festigkeitsträgerlagen
in einem Fahrzeugluftreifen, vorzugsweise als Gürtelbandage,
so weist der Reifen eine besonders gute Hochgeschwindigkeitstauglichkeit
auf und Abplattungen bei Last (Flatspotting) sind stark reduziert.
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Beim
Einsatz der vorbeschriebenen Festigkeitsträgerlage als
Wulstverstärker in einem Fahrzeugluftreifen liegt der Vorteil
darin, dass die Hybridfestigkeitsträger einen höheren
Modul als bisher üblicherweise eingesetzte Nylonfestigkeitsträgerlagen
aufweisen, dass die Haftung zum Gummi verbessert ist und ebenfalls
ein Kostenvorteil vorhanden ist. Diese Vorteile werden auch bei
der Verwendung der vorbeschriebenen Festigkeitsträgerlage
zur Herstellung von weiteren elastomeren Erzeugnissen, wie Fördergurte,
Flachriemen, Gewebeschläuche und Luftfederbälge
erzielt.
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Ausführungsbeispiele
und weitere Vorteile der Erfindung werden im Zusammenhang mit der
nachfolgenden Tabelle näher erläutert:
Ein
Polyketongarn auf der Basis von einem multifilenem Polyolefinketongarn
mit einer Feinheit von 1670 dtex, Z- gedreht mit 340 T/m Erstverdrehung
und ein Garn aus Polyester mit einer Feinheit von 1440 dtex, Z-
gedreht mit 340 T/m Erstverdrehung, wurden mit einer Endverdrehung
von 340 T/m zu einem Hybridcord (Polyketon 1670 × 1 + Polyester
1440 × 1)S- verdreht.
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Ein
weiterer beispielhafter Hybridcord, der in der erfindungsgemäßen
Festigkeitsträgerlage eingesetzt wird, ist ein Polyketongarn
mit einer Feinheit von 1670 dtex, Z- gedreht mit 350 T/m Erstverdrehung
und ein Garn aus Polyester mit einer Feinheit von 1670 dtex, Z-
gedreht mit 350 T/m Erstverdrehung wurden mit einer Endverdrehung
von 350 T/m zu einem Hybridcord (Polyketon 1670 × 1 + Polyester
1670 × 1)S- verdreht. Diese Corde weisen die in der Tabelle
dargestellten Eigenschaften auf. Als Vergleich sind Hybridcorde
aus Polyketon und Nylon aufgeführt. Alternativ können
die Garne S- und der Cord Z- gedreht sein. Tabelle
| | Hybridcord | Hybridcord | Hybridcord | Hybridcord |
| | Polyketon
+ Polyester dtex 1670 × 1 dtex 1440 × 1 | Polyketon
+ Polyester dtex 1670 × 1 dtex 1670 × 1 | Polyketon
+ Nylon dtex 1670 × 1dtex 1400 × 1 | Polyketon
+ Nylon dtex 1670 × 1 dtex 940 × 1 |
| Bruchkraft
(N) ASTM D 855 | 243 | 246 | 275 | 251 |
| Bruchdchnung (%) ASTM
D 855 | 10,8 | 10,3 | 11,8 | 13,6 |
| Dehnung
bei 45 N (%) ASTM D 855 | 3,7 | 3,2 | 4,5 | 5,9 |
| Schrumpfung
bei 180°C (%) ASTM D 855 | 4,0 | 4,7 | 6,4 | 7,1 |
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Es
ist ersichtlich, dass die Hybridcorde aus Polyketon und Polyester
bei ähnlicher Kraftbeanspruchung nach ASTM D 855 wie die
vergleichbaren Hybridcorde aus Polyketon und Nylon PA6.6 brechen.
Die Haltbarkeit der Hybridcorde aus Polyketon und Polyester scheint
somit vergleichbar zu sein.
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Die
Bruchdehnung (Elongation at break) nach ASTM D 855 beträgt
bei den Hybridcorden aus Polyketon und Polyester ca. 10 bis 11%,
während die Bruchdehnung der Hybridcorde aus Polyketon
und Nylon mit 11,33% bzw. 13,58% höher ist. Die Dehnung
der Hybridcorde bei 45N nach ASTM D 855 ergibt, dass die Hybridcorde
aus Polyketon und Polyester lediglich einer Dehnung von 3,6% bzw.
3,2% unterliegen, während die Hybridcorde aus Polyketon
und Nylon um 4,46% bzw. um 5,94% gedehnt werden.
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Das
Schrumpfverhalten nach ASTM D 855 bei 180°C ist bei den
Hybridcorden aus Polyketon und Polyester ebenfalls vorteilhafter
als bei den Hybridcorden aus Polyketon und Nylon. Während
die Hybridcorde aus Polyketon und Nylon um 6,37% bzw. um 7,13% schrumpfen,
unterliegen die Hybridcorde aus Polyketon und Polyester lediglich
einer Schrumpfung von 4,0% bzw. 4,7%.
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Somit
ist durch den Hybridcord aus Polyketon und Polyester eine Festigkeitsträgerlage
für elastomere Erzeugnisse geschaffen, die eine annähernd
gleiche Kraftübertragung bei geringer Dehnung besitzt und
somit sowohl für den Einsatz in Fahrzeugluftreifen, insbesondere
für den Einsatz bei hohen Geschwindigkeiten, als auch für
weitere elastomere Erzeugnisse, die hohen mechanischen Beanspruchungen
ausgesetzt sind, wie z. B. Fördergurte, Flachriemen, Gewebeschläuche
und Luftfederbälge. Des Weiteren ist der Kostenfaktor zu
betrachten. Die Verwendung von Aramidgarn ist teurer als die Verwendung
von Polyketongarn, durch das sich darüber hinaus geringere
Bruchdehnung und ein geringeres Schrumpfverhalten ergeben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 60211707
T2 [0008]
- - EP 1475248 B1 [0008]
- - US 2005/0126673 [0008]