DE102015218240A1

DE102015218240A1 - Stahlkord zur Verwendung als Festigkeitsträger in einer Gürtellage eines Fahrzeugluftreifens und Verfahren zur Herstellung eines Stahlkordes

Info

Publication number: DE102015218240A1
Application number: DE102015218240.1A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Reese
Original assignee: Continental Reifen Deutschland GmbH
Current assignee: Continental Reifen Deutschland GmbH
Priority date: 2015-09-23
Filing date: 2015-09-23
Publication date: 2017-03-23

Abstract

Stahlkord (1) zur Verwendung als Festigkeitsträger in einer Gürtellage eines Fahrzeugluftreifens mit zumindest zwei in flächigem Kontakt zueinander aufeinander gestapelten und parallel zueinander verlaufenden flachen Stahlfilamenten (2). Der Stahlkord (1) weist eine äußere vorvernetzte Gummischicht (3) mit einer Schichtdicke von 0,1 μm bis 300 μm auf, welche den Stapel aus Stahlfilamenten (2) ummantelt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Stahlkord zur Verwendung als Festigkeitsträger in einer Gürtellage eines Fahrzeugluftreifens aus zumindest zwei in flächigem Kontakt aufeinander gestapelten und parallel zueinander verlaufenden flachen Stahlfilamenten. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Stahlkordes zur Verwendung als Festigkeitsträger in einer Gürtellage eines Fahrzeugluftreifens.
Die Festigkeitsträger in Gürtellagen von Fahrzeugluftreifen sind üblicherweise Stahlkorde, die aus miteinander verseilten, im Querschnitt kreisförmigen Stahlfilamenten bestehen. Bekannt ist auch die Verwendung von im Querschnitt runden oder elliptischen Monofilamenten oder von Stahlkorden aus in Querschnitt elliptischen und miteinander verseilten Stahlfilamenten. Ein Stahlkord der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der WO 2012/168007 A1 bekannt. Dieser Stahlkord besteht aus einer Anzahl von flachen Stahlfilamenten, insbesondere aus zwei bis neun Stahlfilamenten, die parallel zueinander verlaufende, breite Außenflächen aufweisen, die wesentlich breiter sind als die Stärke der Stahlfilamente, sodass die Stahlfilamente in flächigem Kontakt zueinander aufeinander gestapelt werden können. Bei mehreren Stahlfilamenten nimmt die Breite der Stahlfilamente von den äußeren zu den inneren zu. Die aufeinander gestapelten Stahlfilamente werden durch eine dünne Stahlwendel spiralförmig umwickelt, um den Zusammenhalt der Stahlfilamente sicherzustellen. Derartige Stahlkorde werden in Gürtellagen von Fahrzeugluftreifen derart eingebaut, dass die flachen Außenflächen parallel zur Gürtellagenebene verlaufen. Jedes flache Stahlfilament weist bereits eine hohe Lateralsteifigkeit auf, ein Stahlkord mit mehreren aufeinander gestapelten flachen Stahlfilamenten besitzt daher ebenfalls eine hohe Lateralsteifigkeit, was für die Handlingeigenschaften des Fahrzeugluftreifens besonders vorteilhaft ist. Die spiralförmige Umwicklung der aufeinander gestapelten flachen Stahlfilamente ist relativ aufwendig und es ist darauf zu achten, dass sich die einzelnen Stahlfilamente während des Wicklungsvorganges nicht unbeabsichtigt gegeneinander verschieben. Die Kreuzungspunkte Wendel/Filamente sind außerdem stark beanspruchte Reibungspunkte, an welchen das Material zu starker Fretting, d. h. Materialabrieb, neigt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem Stahlkord der eingangs genannten Art einen besonders guten Zusammenhalt der Stahlfilamente im Stahlkord und die Formstabilität des Stahlkordes zu gewährleisten. Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden Stahlkordes hoher Lateralsteifigkeit zur Verfügung zu stellen.
Gelöst wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß mit einem Stahlkord, welcher eine äußere vorvernetzte Gummischicht mit einer Schichtdicke von 0,1 μm bis 300 μm aufweist, welche den Stapel aus Stahlfilamenten ummantelt.
Eine erfindungsgemäße Alternative des Verfahrens ist durch folgende Schritte gekennzeichnet:

a) Bereitstellen von mehreren aufeinander gestapelten, flächig in Kontakt zueinander stehenden, parallel zueinander verlaufenden flachen Stahlfilamenten,
b) Hindurchführen der aufeinander gestapelten Stahlfilamente durch ein Tauchbad aus einer Gummilösung, wobei der Stapel aus Stahlfilamenten mit der Gummilösung außenseitig vollständig benetzt wird,
c) Herausführen des benetzten Stapels aus dem Tauchbad, Vorbeiführen an einer Vakuumanlage zur Absaugung von überschüssiger Gummilösung und Weiterführen zu einer Trocknungsvorrichtung, in welcher das Lösungsmittel der Gummilösung verdampft wird,
d) Weiterführen des beschichteten Stapels zu einer Bestrahlungsvorrichtung, mittels welcher eine Vorvernetzung der äußeren Gummischicht erfolgt,
e) Weiterführen des derart erstellten, mit einer dünnen Gummischicht versehenen Stahlkordes zu einer Wickelspule.

Eine weitere Alternative des Verfahrens ist durch folgende Schritte gekennzeichnet:

a) Bereitstellen von mehreren aufeinander gestapelten, flächig in Kontakt zueinander stehenden, parallel zueinander verlaufenden flachen Stahlfilamenten,
b) zur Ummantelung des Stapels aus flachen Stahlfilamenten mit einer Gummischicht Umspritzen des Stapels aus flachen Stahlfilamenten in einem Extruder mit einer Haftmischung,
c) Weiterführen des mit der Gummischicht ummantelten Stapels zu einer Bestrahlungsvorrichtung, mittels welcher eine Vorvernetzung der Gummischicht erfolgt,
d) Weiterführen des derart erstellten, mit einer dünnen Gummischicht versehenen Stahlkordes zu einer Wickelspule.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der aus flachen Filamenten bestehende Stahlkord mit einer dünnen Gummischicht versehen ist beziehungsweise wird, welche einen sehr guten Zusammenhalt der flachen Filamente gewährleistet und ein gegenseitiges Verschieben der einzelnen Stahlfilamente, die ja miteinander nicht verseilt sind, wirkungsvoll verhindert. Nachdem die dünne Gummischicht bereits vorvernetzt ist, ist ihre Klebrigkeit derart gering, dass der Stahlkord problemlos auf Wickelspulen auf- und von diesen abgewickelt werden kann, ohne dass die Gummischicht beschädigt wird. Sowohl das Tauchbad-Verfahren als auch das Umspritzverfahren in einem Extruder sind vorteilhafte und auf einfache Weise durchführbare Möglichkeiten, den Stapel aus Stahlfilamenten außenseitig mit einer Gummischicht zu umhüllen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Stahlkordes füllt die Gummischicht die Zwischenräume zwischen den Endabschnitten der aufeinandergestapelten Stahlfilamente auf. Diese Maßnahme unterstützt einen guten Zusammenhalt der einzelnen flachen Stahlfilamente.
Die Schichtdicke der äußeren Gummischicht des erfindungsgemäßen Stahlkordes beträgt gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung 50 μm bis 200 μm.
Besonders bevorzugt sind ferner Ausführungsformen, bei welchen die Stärke der Stahlfilamente 0,1 mm bis 0,5 mm, insbesondere 0,2 mm bis 0,4 mm, beträgt. Die Breite der Stahlfilamente beträgt bevorzugterweise das 1,5- bis 3-Fache, insbesondere das 2- bis 2,5-Fache der Stärke der Stahlfilamente.
Bei beiden erfindungsgemäßen Alternativen des Verfahrens ist es vorteilhaft, wenn die Bestrahlung und Vorvernetzung der äußeren Gummischicht mit einem Elektronenstrahlverfahren erfolgt. Auf diese Weise lässt sich mit einer relativ hohen Prozessgeschwindigkeit die Vorvernetzung der Gummischicht durchführen.
Das Tauchbad-Verfahren weist einige vorteilhafte Weiterbildungen auf. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Trocknungsvorgang der Trocknungsvorrichtung mit einer beheizbaren Kammer erfolgt. Dadurch lässt sich das Lösungsmittel mit einer hohen Prozessgeschwindigkeit aus der Gummilösung entfernen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Tauchbad-Verfahrens ist vorgesehen, dass die Gummilösung unpolare Polymere mit Doppelbindungen umfasst, die mit Schwefel vernetzbar sind. Dabei kann die Gummimischung ein organisches unpolares Lösungsmittel umfassen. Auf diese Weise ist das Lösungsmittel optimal auf die unpolaren Polymere in der Gummilösung abgestimmt.
Wird gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung eine Gummilösung mit einem Polymergehalt von maximal 40 Gew.-% verwendet, lässt sich eine sehr dünne Gummischicht auf dem Stapel aus Stahlfilamenten herstellen.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Gummilösung keine Füllstoffe aufweist, da diese in der Regel nicht lösbar sind und eine inhomogene Oberflächenbeschichtung bewirken würden.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nun anhand der einzigen Figur, 1, die schematisch einen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Stahlkordes darstellt, näher beschrieben.
1 zeigt den Querschnitt eines Stahlkordes, welcher insbesondere als Festigkeitsträger in Gürtellagen von Fahrzeugluftreifen geeignet ist. Der Stahlkord 1 weist eine Anzahl, im gezeigten Beispiel drei, Stahlfilamente 2 mit einem länglichen, flachen Querschnitt auf. Solche Stahlfilamente werden daher üblicherweise als flache Stahlfilamente bezeichnet. Die drei Stahlfilamente 2 sind aufeinander positioniert bzw. gestapelt und somit nicht miteinander verseilt. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsvariante weist der Stahlkord 1 drei gleich ausgeführte flache Stahlfilamente 2 auf, deren Stärke d 0,1 mm bis 0,5 mm, vorzugsweise 0,2 mm bis 0,4 mm, und deren Breite b das 1,5- bis 3-Fache, vorzugsweise das 2- bis 2,5-Fache der Stärke d beträgt. Die parallel zur Breitenerstreckung vorliegenden Außenflächen 2a jedes Stahlfilamentes 2 sind „eben”, sodass die aufeinander gestapelten Stahlfilamente 2 an diesen Außenflächen 2a flächig aufeinander liegen.
Die Anzahl der Stahlfilamente 2 im Stahlkord 1 kann zwischen eins und fünf, vorzugsweise zwischen zwei und vier betragen. Der Stahlkord 1 kann auch Stahlfilamente 2 unterschiedlicher Dimensionen aufweisen, wobei jeweils die äußeren Stahlfilamente 2 eine kleinere Breite b aufweisen als die inneren Filamente 2, so nimmt beispielsweise bei der Verwendung von fünf Stahlfilamenten 2 die Breite b der Stahlfilamente 2 vom jeweils äußersten zum innersten schrittweise ab. Der Stapel aus Stahlfilamenten 2 weist ein Dicke D auf, welche die größte Breite b nicht übersteigt. Die Stahlkorde 1 werden derart in einer Gürtellage eines Fahrzeugluftreifens positioniert, dass die Außenflächen 2a der Stahlfilamente 2 in axialer Richtung orientiert sind.
Der Stapel aus Stahlfilamenten 2 ist außenseitig mit einer dünnen Gummischicht 3 ummantelt, welche für den Zusammenhalt der aufeinander gestapelten Stahlfilamente 2 sorgt und auch die lokalen Zwischenräume zwischen den seitlichen Randabschnitten der aufeinander gestapelten Stahlfilamente 2 auffüllt. Zur Herstellung der Gummischicht 3 wird der „endlose” Stapel aus Stahlfilamenten 2 durch ein Tauchbad mit einer Gummilösung geführt bzw. gezogen und mit der Gummilösung vollständig benetzt. Nach dem Herausführen aus dem Tauchbad ummantelt die Gummilösung den Stapel in Form einer dünnen Materialschicht. Durch Vorbeiführen an einer Vakuumanlage wird im nächsten Schritt überschüssige Gummilösung abgesaugt und in einer Trocknungsvorrichtung, die beispielsweise eine Heizkammer aufweist und durch welche der beschichtete Stapel durchgeführt wird, entweicht das Lösungsmittel unter Wärmezufuhr durch Verdampfen aus der Gummilösung. Der beschichtete Stapel wird anschließend zu einer Bestrahlungsvorrichtung weitergeführt, um eine Vorvernetzung der Gummischicht 3 durchzuführen, sodass die Klebrigkeitseigenschaften der Gummischicht 3 herabgesetzt werden. Anschließend wird der derart hergestellte gummierte Stahlkord 1 zu einer Wickelspule weitergeführt, auf welcher er aufgewickelt und zwischengelagert wird. Die Schichtdicke der vorvernetzten Gummischicht 3 beträgt zwischen 0,1 μm und 300 μm, vorzugsweise 50 μm bis 200 μm.
Die Gummilösung des Tauchbades kann auf zumindest einem polaren oder zumindest einem unpolaren, mit Schwefel vernetzbaren Polymer basieren, welches ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus natürlichem Polyisopren und/oder synthetischem Polyisopren und/oder Butadien-Kautschuk und/oder Styrolbutadienkautschuk und/oder lösungspolymerisiertem Styrolbutadienkautschuk und/oder emulsionspolymerisiertem Styrolbutadienkautschuk und/oder Flüssigkautschuken und/oder Isopren-Isobutylen-Copolymer und/oder Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk und/oder Acrylat-Kautschuk und/oder Styrol-Isopren-Butadien-Terpolymer und/oder hydriertem Acrylnitrilbutadienkautschuk und/oder Isopren-Butadien-Copolymer und/oder hydriertem Styrolbutadienkautschuk. Der Polymergehalt der Gummilösung beträgt maximal 40 Gew.-%.
Der Kautschuk, insbesondere der Styrolbutadienkautschuk, kann mit Hydroxylgruppen und/oder Epoxygruppen und/oder Siloxangruppen und/oder Aminogruppen und/oder Aminosiloxan und/oder Carboxylgruppen und/oder Phtalocyaningruppen modifiziert sein. Es kommen auch weitere, dem Fachmann bekannte Modifizierungen, auch als Funktionalisierungen bezeichnet, in Frage. Insbesondere der Butadienkautschuk kann ganz oder teilweise hydriert sein. Die Gummilösung enthält ferner zumindest ein organisches unpolares Lösungsmittel, in welchem das Polymer vollständig lösbar ist. Es können reine Substanzen, wie beispielsweise Tetrahydrofuran oder Cyclohexan, aber auch Stoffgemische aus der Gruppe der Kohlenwasserstoffe, wie Petrolether mit einem Siedebereich zwischen 60°C bis 100°C verwendet werden. Die Gummilösung kann beispielsweise folgende Bestandteile umfassen:

– Petrolether, 95 Gew.-%
– Polyisopren, 5 Gew.-%
– optional: Alterungsschutzmittel

Als Alterungsschutzmittel kann eines der in der Kautschukindustrie üblichen Alterungsschutzmittel zugesetzt werden, beispielsweise ein Alterungsschutzmittel aus der Gruppe der Paraphenylendiamine (6PPD, DTPD). Eine übliche Konzentration ist beispielsweise 5 Gew.-% bezogen auf das Polymer, bezogen auf die Lösung sind dann 0,0025 Gew.-% Alterungsschutzmittel enthalten.
Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird der Stapel aus flachen Stahlfilamenten 2 in einem Extruder mit einer dem Fachmann bekannten Haftmischung umspritzt und derart mit einer Gummimischung ummantelt, deren Schichtdicke von 0,1 μm bis 300 μm, vorzugsweise 50 μm bis 200 μm, beträgt. Die Haftmischung enthält ein an sich bekanntes Haftsystem, welches die Haftung der Gummischicht 3 auf der Messingoberfläche der Filamente 2 sicherstellt. Die mit der Haftmischung ummantelten Stahlfilamente 2 werden anschließend wie oben beschrieben vorvernetzt und der derart erstellte Stahlkord 1 wird aufgewickelt.
Bezugszeichenliste

1: Stahlkord
2: Stahlfilament
2a: Außenfläche
3: Gummischicht
b: Breite
d: Stärke
D: Dicke

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2012/168007 A1 [0002]

Claims

Stahlkord (1) zur Verwendung als Festigkeitsträger in einer Gürtellage eines Fahrzeugluftreifens mit zumindest zwei in flächigem Kontakt zueinander aufeinander gestapelten und parallel zueinander verlaufenden flachen Stahlfilamenten (2), dadurch gekennzeichnet, dass Stahlkord (1) weist eine äußere vorvernetzte Gummischicht (3) mit einer Schichtdicke von 0,1 μm bis 300 μm auf, welche den Stapel aus Stahlfilamenten (2) ummantelt.
Stahlkord (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gummischicht (3) die Zwischenräume zwischen den Endabschnitten der aufeinander gestapelten Stahlfilamente (2) auffüllt.
Stahlkord (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der Gummischicht (3) 50 μm bis 200 μm beträgt.
Stahlkord (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stärke (d) der Stahlfilamente (2) 0,1 mm bis 0,5 mm, vorzugsweise 0,2 mm bis 0,4 mm, beträgt.
Stahlkord (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (b) der Stahlfilamente (2) das 1,5- bis 3-Fache, vorzugsweise das 2- bis 2,5-Fache, ihrer Stärke (d) beträgt.
Verfahren zur Herstellung eines Stahlkordes (1) zur Verwendung als Festigkeitsträger in einer Gürtellage eines Fahrzeugluftreifens, mit folgenden Schritten: a) Bereitstellen von mehreren aufeinander gestapelten, flächig in Kontakt zueinander stehenden, parallel zueinander verlaufenden flachen Stahlfilamenten (2), b) Hindurchführen der aufeinander gestapelten Stahlfilamente (2) durch ein Tauchbad aus einer Gummilösung, wobei der Stapel aus Stahlfilamenten (2) mit der Gummilösung außenseitig vollständig benetzt wird, c) Herausführen des benetzten Stapels aus dem Tauchbad, Vorbeiführen an einer Vakuumanlage zur Absaugung überschüssiger Gummilösung und Weiterführen zu einer Trocknungsvorrichtung, in welcher das Lösungsmittel der Gummilösung verdampft wird, d) Weiterführen des beschichteten Stapels zu einer Bestrahlungsvorrichtung, mittels welcher eine Vorvernetzung der äußeren Gummischicht (3) erfolgt, e) Weiterführen des derart erstellten, mit einer dünnen Gummischicht (3) versehenen Stahlkordes (1) zu einer Wickelspule.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei Schritt c) die Trocknungsvorrichtung eine beheizbare Kammer umfasst
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei Schritt d) die Bestrahlung mit einem Elektronenstrahlverfahren erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gummilösung unpolare Polymere mit Doppelbindungen umfasst, die mit Schwefel vernetzbar sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gummilösung ein organisches unpolares Lösungsmittel umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gummilösung einen Polymergehalt von maximal 40 Gew.-% aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Gummilösung keine Füllstoffe aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Gummilösung ein Alterungsschutzmittel umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines Stahlkordes (1) zur Verwendung als Festigkeitsträger in einer Gürtellage eines Fahrzeugluftreifens, mit folgenden Schritten: a) Bereitstellen von mehreren aufeinander gestapelten, flächig in Kontakt zueinander stehenden, parallel zueinander verlaufenden flachen Stahlfilamenten (2), b) zur Ummantelung des Stapels aus flachen Stahlfilamenten (2) mit einer Gummischicht (3) Umspritzen des Stapels aus flachen Stahlfilamenten (2) in einem Extruder mit einer Haftmischung, c) Weiterführen des mit der Gummischicht (3) ummantelten Stapels zu einer Bestrahlungsvorrichtung, mittels welcher eine Vorvernetzung der Gummischicht (3) erfolgt, d) Weiterführen des derart erstellten, mit einer dünnen Gummischicht (3) versehenen Stahlkordes (1) zu einer Wickelspule.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass bei Schritt d) die Bestrahlung mit einem Elektronenstrahlverfahren erfolgt