DE10225699B3

DE10225699B3 - Drahtseil, insbesondere als Festigkeitsträger für Reifen oder Hochdruckschläuche

Info

Publication number: DE10225699B3
Application number: DE10225699A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Doujak
Original assignee: Drahtcord Saar GmbH and Co KG
Current assignee: Drahtcord Saar GmbH and Co KG
Priority date: 2002-06-10
Filing date: 2002-06-10
Publication date: 2004-04-08
Anticipated expiration: 2022-06-11

Abstract

Ein Drahtseil, insbesondere als Festigkeitsträger für Reifen oder Hochdruckschläuche, ist mit einer aus einem verformbaren Kunststoff bestehenden Seele (10) und wenigstens drei schraubenlinienförmig um die Seele (10) geschlagenen Strängen (20) versehen. Die Stränge sind als Litzen (20) ausgestaltet, die in einer einzigen Lage um die Seele (10) angeordnet und jeweils aus wenigstens zwei verdrillten Drahtfilamenten (21, 22, 23) zusammengesetzt sind. Ein derartiges Drahtseil zeichnet sich durch eine vergleichsweise hohe Ermüdungsfestigkeit aus.

Description

Die Erfindung betrifft ein Drahtseil, insbesondere als Festigkeitsträger für Reifen oder Hochdruckschläuche. Das Drahtseil ist mit einer aus einem verformbaren Kunststoff bestehenden Seele versehen und weist wenigstens drei schraubenlinienförmig um die Seele geschlagene Stränge auf. Die Stränge sind als Litzen ausgestaltet, die in einer einzigen Lage um die Seele angeordnet und jeweils aus wenigstens zwei verdrillten Drahtfilamenten zusammengesetzt sind. Die Erfindung bezieht sich ferner auf einen Reifen, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, der mit einem derartigen Drahtseil armiert ist.
Drahtseile werden häufig verwendet, um aus einem elastisch verformbaren Werkstoff bestehende Gegenstände, wie beispielsweise Luftreifen für Kraftfahrzeuge, die erforderliche Festigkeit zu verleihen. Vor allem Reifen für Kraftfahrzeuge unterliegen hohen Anforderungen etwa in Hinsicht Nässehaftung, Rollwiderstand, Tragfähigkeit oder Dauerhaltbarkeit, die durch ein als Verstärkungseinlage dienendes Drahtseil merklich beeinflußt werden. Demzufolge sind Drahtseile der eingangs genannten Art in den unterschiedlichsten Ausführungsformen bekannt.

So beschreibt die DE 26 48 524 A1 ein als Festigkeitsträger in Gummi- oder Kunststoffartikel fungierendes Drahtseil, das eine aus einem nicht-metallischen, kompressiblen Werkstoff bestehende Seele und wenigstens drei um die Seele gewundene, massive Drahtfilamente aufweist. Als Werkstoff für die Seele findet beispielsweise thermoplastischer Kunststoff (TPE), Aramid oder ein natürlicher Faserstoff Anwendung. Diese Werkstoffe gewährleisten eine Verformungsfähigkeit der Seele, die ermöglicht, daß sich die Drahtfilamente in die Seele eindrücken, um die sonst bei Drahtseilen üblicherweise vorhandenen Hohlräume zwischen den Drahtfilamenten und der Seele zu vermeiden.

Weiterhin ist aus der WO 97/12090 A1 ein Drahtseil bekannt, daß zur Verstärkung von Luftreifen dient und wenigstens drei um eine Seele angeordnete Drahtfilamente aufweist. Die Seele besteht aus einem nicht-metallischen Werkstoff, der sich beim Vulkanisieren in Längsrichtung kontrahiert, wie zum Beispiel unverstrecktes aliphatisches Polyamid oder unverstrecktes Nylon. Die sich beim Vulkanisieren in Längsrichtung kontrahierende und im Durchmesser ausdehnende Seele erzeugt einen Hohlraum, in den zu Gummi vulkanisierender Kautschuk eindringt, um so eine zuverlässige Verankerung des Drahtseils in dem Luftreifen zu gewährleisten.

Die DE 27 01 025 C2 offenbart einen Verbundverstärkungscord für Karkassen und Gürtel der Reifen schwerer Fahrzeuge. Der Verbundverstärkungscord weist verseilte Metallitzen auf, die einen Kern aus Kunststoff umschlingen. Der Kunststoff, aus dem der Kern besteht, nämlich Aramid, verfügt über eine Zugfestigkeit, die annähernd gleich der Zugfestigkeit der Metallitzen ist. Auf diese Weise wird eine radiale Schrumpfung, das heißt eine Verlagerung der Metallitzen zur Achse des Verbundverstärkungscords hin, verhindert mit der Folge, daß die Metallitzen unter Belastung ihre Abstände voneinander beibehalten und keine neuen Hohlräume, in die die Feuchtigkeit eindringen kann, entstehen. Der Kern, das heißt die Seele, des Verbundverstärkungscords besteht aus einem Monofilament.

Ein Drahtseil, das sich entweder ausschließlich aus Drahtlitzen zusammensetzt oder eine Kombination aus Drahtlitzen und einer aus Kunststoff bestehenden Seele darstellt, wird in der WO 01/86058 A1 beschrieben. Die als Monofilament ausgebildete Seele kann zudem Bestandteil einer Litze sein, die ihrerseits von Drahtlitzen umschlungen ist.

Außerdem offenbart die WO 02/44464 A1 einen Stahlcord, das heißt ein Drahtseil, der zur Armierung von Gummireifen oder Fördergurten dient. Der Stahlcord weist eine als Litze ausgebildete Seele und wenigstens eine Schicht an Drahtfilamenten oder Drahtlitzen, die um die Seele geschlagen sind, auf. Die Seele ist mit einem polymeren Werkstoff beschichtet, der eine Dicke von mehr als 0,02 mm hat.

Zudem ist aus der US 6,334,293 B1 ein Stahlcord bekannt, bei dem um eine aus einem polymeren Werkstoff bestehenden Seele Drahtfilamente in einer inneren und einer äußeren Lage angeordnet sind. Die Drahtfilamente der beiden Lagen weisen die gleiche Schlagrichtung und die gleiche Schlaglänge auf. Die Seele erstreckt sich zumindest zwischen die Drahtfilamente der inneren Lage und beabstandet diese voneinander. Auf diese Weise wird ein gegenseitiger Materialabtrag der Drahtfilamente, ein sogenanntes Fretting, signifikant reduziert.

Fretting wird regelmäßig durch eine gegenseitige Berührung aufgrund einer vergleichsweise großen Relativbewegung der Drahtfilamente hervorgerufen. Derartige Relativbewegungen können bei hohen Beanspruchungen etwa eines mit einem Drahtseil armierten Luftreifens auftreten. Demgegenüber berühren sich die Drahtfilamente in der Regel auch in Ruhe oder bei vergleichsweise geringen Relativbewegungen. In diesem Fall ist weniger das Fretting als die relativ hohe Flächenpressung der Drahtfilamente von Bedeutung. Es hat sich herausgestellt, daß an den Stellen hoher Flächenpressung häufig Risse auftreten, die zu einem Ermüdungsbruch des Drahtseils führen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Drahtseil der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß sich auf einfache Weise eine verhältnismäßig hohe Ermüdungsfestigkeit erzielen läßt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Drahtseil mit den oben genannten Merkmalen in Übereinstimmung mit Anspruch 1 erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Seele aus wenigstens zwei verdrillten Filamenten zusammengesetzt ist.

Ein solchermaßen ausgestaltetes Drahtseil beruht auf der Erkenntnis, daß sich die Flächenpressung der Drahtfilamente dann verringern läßt, wenn die Seele aus einem verformbaren Kunststoff besteht und die die Seele umgebenden Stränge als Litzen ausgestaltet sind, die in einer einzigen Lage um die Seele gewunden sind. Grund hierfür ist, daß die Ausgestaltung der Stränge als Litzen und die einlagige Anordnung der Litzen ein Eindringen der verformbaren Seele in zwischen den einzelnen Drahtfilamenten vorhandene Hohlräume ermöglicht. Eine hohe Verformungsfähigkeit der Seele ergibt sich dadurch, daß die Seele aus wenigstens zwei verdrillten Filamenten zusammengesetzt ist. Im Unterschied zu einem als Monofilament ausgestalteten Kern ermöglicht die aus mehreren Filamenten zusammengesetzte Seele ein vergleichsweise einfaches Eindringen in die zwischen den Drahtfilamenten vorhandenen Hohlräume. Die Seele trägt auf diese Weise zu einer Verringerung der Flächenpressung der Drahtfilamente bei mit der Folge, daß sich eine im Vergleich zu herkömmlichen Drahtseilen höhere Ermüdungsfestigkeit ergibt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Drahtseils stellen die Gegenstände der Ansprüche 2 bis 13 dar.

Bevorzugt ist die Seele aus Polyamid, vorzugsweise Nylon 6 oder Nylon 6.6, Polyester oder Aramid gefertigt, um eine ausreichende Verformbarkeit zu gewährleisten.

Als besonders vorteilhaft hat sich zudem herausgestellt, wenn die Drahtfilamente einen Durchmesser zwischen 0,08 mm und 0,40 mm, vorzugsweise zwischen 0,12 mm und 0,23 mm, aufweisen. Vor allem zur Bildung einer Verstärkungseinlage für Luftreifen eines Kraftfahrzeugs hat sich ein derartiger Durchmesser als günstig erwiesen. Um eine einfache und in wirtschaftlicher Hinsicht kostengünstige Fertigung sicherzustellen, weisen die Drahtfilamente vorteilhafterweise den gleichen Durchmesser auf.

Um eine verhältnismäßig hohe Tragfähigkeit des erfindungsgemäßen Drahtseils sicherzustellen, weisen die Drahtfilamente bevorzugt eine Zugfestigkeit zwischen 2.000 N/mm² und 4.200 N/mm², vorzugsweise zwischen 2.500 N/mm² und 3.600 N/mm², auf.

In Hinsicht auf eine lange Lebensdauer ist es ferner von Vorteil, die Drahtfilamenten aus einem verzinkten, legierten, vorzugsweise nichtrostenden, und/oder mit einer Beschichtung aus Messing versehenen Stahl zu fertigen. Die Drahtfilamente sind auf diese Weise weitgehend resistent gegen Korrosion, die durch einen in Drahtseilen oftmals unvermeidlichen Feuchtigkeitsgehalt hervorgerufen wird. Die Beschichtung aus Messing trägt zu einer günstigen Haftung des die Drahtfilamente umgebenden Gummis eines Luftreifens bei.

In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Drahtseils weist eine Litze zwischen 2 und 37 Drahtfilamenten auf. Vor allem dann, wenn das Drahtseil zur Armierung eines Luftreifens für ein Kraftfahrzeug dient, hat sich diese Anzahl an Drahtfilamenten als günstig erwiesen. Bevorzugt weisen die Litzen die gleiche Anzahl an Drahtfilamenten auf, um eine einfache Fertigung zu gewährleisten.

Aus fertigungstechnischen Gründen ist es weiterhin von Vorteil, wenn die Litzen die gleiche Schlagrichtung aufweisen. Bevorzugt ist das Drahtseil in diesem Fall als Gleichschlagseil ausgestaltet. Dies bedeutet, daß die Drahtfilamente in den Litzen und die Litzen im Drahtseil die gleiche Schlagrichtung aufweisen. Je nach Anwendungsfall kann es allerdings zweckmäßig sein, das Drahtseil als Kreuzschlagseil auszugestalten. In diesem Fall haben die Drahtfilamente in den Litzen und die Litzen im Drahtseil entgegengesetzte Schlagrichtungen.

Vor allem bei Verwendung des erfindungsgemäßen Drahtseils als Verstärkungseinlage für einen Luftreifen hat es sich ferner als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Litzen eine Schlaglänge zwischen 2 mm und 50 mm, vorzugsweise zwischen 3,15 mm und 10 mm, aufweisen.

In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Drahtseils sind die Litzen mit einem aus einem verformbaren Kunststoff bestehenden Kernfilament versehen. Das Kernfilament besteht zweckmäßigerweise aus demselben Werkstoff wie die Seele des Drahtseils und trägt aufgrund seiner Verformungsfähigkeit dazu bei, zwischen den Drahtfilamenten vorhandene Hohlräume auszufüllen.

Außerdem weisen die Litzen bevorzugt mehrere Lagen an Drahtfilamenten auf, so daß eine verhältnismäßig hohe Tragfähigkeit des Drahtseils sichergestellt ist.

Schließlich wird ein Reifen, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, vorgeschlagen, der mit einer Karkasse, einer Lauffläche und einem zwischen Karkasse und Lauffläche angeordneten Gürtel versehen ist und der in Übereinstimmung mit Anspruch 14 wenigstens ein erfindungsgemäßes Drahtseil aufweist, durch das die Karkasse und/oder der Gürtel armiert ist. Ein derartiger Reifen macht sich den dem erfindungsgemäßen Drahtseil immanenten Vorteil einer verhältnismäßig hohen Ermüdungsfestigkeit zunutze.

Im folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert.
In den die Ausführungsbeispiele lediglich schematisch darstellenden Zeichnungen veranschaulichen im einzelnen:
1a einen Querschnitt durch ein herkömmliches Drahtseil mit einer idealisierten Seele;
1b einen Querschnitt durch das Drahtseil gemäß 1a mit einer verformten Seele;
2 einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Drahtseil und
3 einen Querschnitt durch einen Radialreifen für ein Kraftfahrzeug.
Das in den 1a und 1b im Querschnitt dargestellte Drahtseil weist eine Seele 10 und sechs schraubenlinienförmige um die Seele 10 geschlagene Litzen 20 auf. Ein Drahtseil, das eine derartige Struktur aufweist, wird beispielsweise in der DE 27 01 025 C2 beschrieben. Die Seele 10 besteht aus einem verformbaren Kunststoff, wie beispielsweise Nylon 6 oder Nylon 6.6, und ist als Monofilament ausgestaltet. Demgegenüber weisen die in einer einzigen Lage um die Seele 10 angeordneten Litzen 20 jeweils drei verdrillte Drahtfilamente 21, 22, 23 auf, die aus einem hochfesten, nicht-rostenden Stahl gefertigt sind. Die Drahtfilamente 21, 22, 23 weisen den gleichen Durchmesser auf, der je nach Anwendungsfall zwischen 0,08 mm und 0,40 mm beträgt. Die Drahtfilamente 21, 22, 23 verfügen über eine Zugfestigkeit, die sich je nach Anwendungsfall auf einen Wert zwischen zwischen 2.000 N/mm² und 4.200 N/mm² belaufen kann.
Die Litzen 20 können eine Schlaglänge zwischen 2 mm und 50 mm haben und weisen die gleiche Schlagrichtung auf wie das Drahtseil. Dieses ist demzufolge als Gleichschlagseil ausgestaltet. Je nach Anwendungsfall kann es allerdings zweckmäßiger sein, das Drahtseil als Kreuzschlagseil zu konfigurieren.
In 1a wird ein idealisierter Querschnitt der Seele 10 gezeigt. Tatsächlich weist die Seele 10 einen verformten Querschnitt auf, wie aus 1 b ersichtlich ist. Grund hierfür ist, daß die Seele 10 aus einem verformbaren Werkstoff besteht und sich demnach die vergleichsweise harten, metallenen Litzen 20 bei der Verseilung des Drahtseils in die Seele 10 eindrücken. Hohlräume 14 zwischen den Litzen 20 und der Seele 10, wie in 1a gezeigt, sind daher im Grunde nicht vorhanden. Das gleiche gilt für Hohlräume 24 zwischen den Drahtfilamenten 21, 22, 23, die realiter ebenfalls weitgehend mit Material der Seele 10 ausgefüllt und in den 1a und 1b lediglich aus Gründen einer besseren Übersichtlichkeit eingezeichnet sind.
Das in 2 dargestellte Drahtseil unterscheidet sich von der herkömmlichen Ausgestaltung gemäß den 1a und 1b darin, daß die Seele 10 aus drei verdrillten Filamenten 11, 12, 13 zusammengesetzt ist. Ein Hohlraum 15 zwischen den einzelnen Filamenten 11, 12, 13, wie er in 2 gezeigt ist, existiert aus den oben genannten Gründen realiter ebenfalls nicht. Die Ausgestaltung der Seele 10 als aus mehreren Filamenten 11, 12, 13 zusammengesetzter Kerncord hat sich als günstig erwiesen, um die Hohlräume 14, 24 wirksam auszufüllen.
Die zuvor beschriebene Ausführungsform eines Drahtseils zeichnet sich durch eine vergleichsweise hohe Ermüdungsfestigkeit aus. Grund hierfür ist, daß die Flächenpressung zwischen den einzelnen Drahtfilamenten 21, 22, 23 durch die sich im verformten Zustand zwischen die Drahtfilamente 21, 22, 23 erstreckende Seele 10 gemindert wird. Entscheidend für die Verringerung der Flächenpressung ist, daß die Seele 10 aus einem verformbaren Werkstoff besteht und die Drahtfilamente 21, 22, 23 zu Litzen 20 gebündelt sind. Die Litzen 20 können dabei in bekannter Weise auch mehrere Lagen an Drahtfilamenten 21, 22, 23 aufweisen, die parallel- oder kreuzverseilt sind.
Weiterhin ist in 3 ein als Radialreifen ausgebildeter Reifen für ein Kraftfahrzeug dargestellt. Der Reifen weist eine Karkasse 30, eine Lauffläche 40 und zwei zwischen der Karkasse 30 und der Lauffläche 40 angeordnete und als Verstärkungseinlage dienende Gürtel 50, 51 auf. Die seitlich der Lauffläche 40 von Seitengummi 31 umgebene Karkasse 30 ist im Bereich eines Wulstes 32 um einen Wulst-Kern 33 geschlungen, wie 3 erkennen läßt. Die Lauffläche 40 setzt sich aus einem oberen Abschnitt, dem Cap 41, und einem unteren Abschnitt, der Base 42 zusammen. Die Base 42 weist zwei randseitige Schulterabschnitte auf, die den Cap 41 einfassen. Der Cap 41 ist in Profilblöcke 44 unterteilt, die auf entsprechend ausgebildeten Profilblöcken 45 der Base 42 angeordnet und durch Umfangsrillen 46 voneinander beabstandet sind. Zudem ist eine zur Ableitung von Wasser dienende Umfangsrille 47 vorgesehen, die im Bereich des Übergangs von einem randseitigen Profilblock 44 auf einen der Schulterabschnitte 43 angeordnet ist.
Die Karkasse 30 wird durch mehrere radial verlaufende Drahtseile, wie sie zuvor anhand der 2 beschrieben worden sind, gebildet. Auch die Gürtel 50, 51 werden durch ein derartiges, im allgemeinen auch als Stahlcord bezeichnetes Drahtseil gebildet. Im Unterschied zu der Karkasse 30 weisen die Gürtel 50, 51 allerdings jeweils mehrere gekreuzte oder umlaufende Lagen an Drahtseilen auf.
Der zuvor beschriebene Radialreifen verfügt über eine vergleichsweise hohe Tragfähigkeit und Lebensdauer. Dies ist nicht zuletzt darauf zurückzuführen, daß die Karkasse 30 und die Gürtel 50, 51 aus der dem zur Armierung verwendeten Drahtseil immanenten hohen Ermüdungsfestigkeit Nutzen ziehen.

10: Seele
11: Filament
12: Filament
13: Filament
14: Hohlraum
15: Hohlraum
20: Litze
21: Drahtfilament
22: Drahtfilament
23: Drahtfilament
24: Hohlraum
30: Karkasse
31: Seitengummi
32: Wulst
33: Wulst-Kern
40: Lauffläche
41: Cap
42: Base
43: Schulterabschnitt
44: Profilblock
45: Profilblock
46: Umfangsrille
47: Umfangsrille
50: Gürtel
51: Gürtel
d: Durchmesser

Claims

Drahtseil, insbesondere als Festigkeitsträger für Reifen oder Hochdruckschläuche, mit einer aus einem verformbaren Kunststoff bestehenden Seele (10) und wenigstens drei schraubenlinienförmig um die Seele (10) geschlagenen Strängen (20), wobei die Stränge als Litzen (20) ausgestaltet sind, die in einer einzigen Lage um die Seele (10) angeordnet und jeweils aus wenigstens zwei verdrillten Drahtfilamenten (21, 22, 23) zusammengesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Seele (10) aus wenigstens zwei verdrillten Filamenten (11, 12, 13) zusammengesetzt ist.
Drahtseil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Seele (10) aus Polyamid, vorzugsweise Nylon 6 oder Nylon 6.6, Polyester oder Aramid gefertigt ist.
Drahtseil nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtfilamente (21, 22, 23) einen Durchmesser (d) zwischen 0,08 mm und 0,40 mm, vorzugsweise zwischen 0,12 mm und 0,23 mm, aufweisen.
Drahtseil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen gleichen Durchmesser (d) der Drahtfilamente (21, 22, 23).
Drahtseil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtfilamente (21, 22, 23) eine Zugfestigkeit zwischen 2000 N/mm² und 4200 N/mm², vorzugsweise zwischen 2500 N/mm² und 3600 N/mm², aufweisen.
Drahtseil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtfilamente (21, 22, 23) aus einem verzinkten, legierten, vorzugsweise nichtrostenden, und/oder mit einer Beschichtung aus Messing versehenden Stahl gefertigt sind.
Drahtseil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Litze (20) zwischen 2 und 37 Drahtfilamenten (21, 22, 23) aufweist.
Drahtseil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Litzen (20) die gleiche Anzahl an Drahtfilamenten (21, 22, 23) aufweisen.
Drahtseil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Litzen (20) die gleiche Schlagrichtung aufweisen.
Drahtseil nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch die Ausgestaltung als Gleichschlagseil.
Drahtseil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Litzen (20) eine Schlaglänge zwischen 2 mm und 50 mm, vorzugsweise zwischen 3,15 mm und 10 mm, aufweisen.
Drahtseil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Litzen (20) mit einem aus einem verformbaren Kunststoff bestehenden Kernfilament versehen sind.
Drahtseil nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Litzen (20) mehrere Lagen an Drahtfilamenten (21, 22, 23) aufweisen.
Reifen, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Karkasse (30), einer Lauffläche (40) und einem zwischen Karkasse (30) und Lauffläche (40) angeordneten Gürtel (50, 51), gekennzeichnet durch wenigstens ein Drahtseil nach einem der Ansprüche 1 bis 13 zur Armierung der Karkasse (30) und/oder des Gürtels (50, 51).