DE19638984A1 - Stahlcord und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stahlcord, insbesondere zur Verstärkung von Gummi- oder Kunststoffartikeln sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Stahlcorde der vorstehend genannten Art sind bekannt. Sie dienen bei­ spielsweise als Einlagen für Luftreifen für Kraftfahrzeuge zur Verbesse­ rung deren Fahreigenschaften, Dynamik, Stabilität und zur Verlänge­ rung ihrer Lebensdauer. Darüber hinaus werden Stahlcorde zur Verstär­ kung von Schläuchen, Förderbändern und anderen Gummiartikeln ein­ gesetzt. Üblicherweise bestehen solche Stahlcorde aus einer Litze, die wenigstens zwei Einzelfilamente aufweist, wobei die Einzelfilamente spiralförmig umeinander gelegt sind.

Ein Verfahren zur Herstellung spiralförmiger Einzelfilamente ist aus der DE-OS-44 09 182 bekannt. Bei diesem Verfahren werden zwei oder mehr unverformte Einzeldrähte miteinander verseilt. Dazu werden die Einzeldrähte unter entsprechender Spannung zunächst in einer Rich­ tung und anschließend in umgekehrter Richtung verdreht. Durch Auf­ drehen des so erhaltenen Cords erhält man eine entsprechende Anzahl von Einzeldrähten, die auf Grund der plastischen Verformung bei der Verseilung eine gewellte oder spiralige Geometrie aufweisen. Darüber hinaus ist in der US-PS-4,545,190 ein metallisches Kabel beschrieben, das einen Strang aus identischen, in Form einer Helix verdrillten Ein­ zeldrähten umfaßt.

Bei solchen, insbesondere zur Verstärkung von Gummi- oder Kunst­ stoffartikeln verwendeten Stahlcorden werden hohe Anforderungen an die Bruchdehnung gestellt. Stahlcorde der eingangs genannten Art weisen jedoch nur eine begrenzte Bruchdehnung auf. In manchen An­ wendungsfällen ist es jedoch wünschenswert, Stahlcorde mit relativ hohen Dehnungen zu verwenden. Solche Stahlcorde sollten dazu auch kostengünstig herzustellen und praktisch frei von Restspannung sein, damit sie auf einfache Weise verarbeitbar sind.

Aus der DE-OS-41 35 599 sind textile Festigkeitsträger für Reifen be­ kannt, die aus mindestens zwei verschiedenen Filamentarten aufgebaut sind. Die unterschiedlichen Filamentarten, die sich insbesondere hin­ sichtlich ihres E-Moduls unterscheiden, sorgen für eine erhöhte Bruch­ dehnung der textilen Festigkeitsträger.

Ausgehend vom genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, einen Stahlcord zu schaffen, der eine besonders hohe Bruchdehnung aufweist.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt in der Bereitstel­ lung eines Verfahrens, mit dem ein solcher Stahlcord hergestellt wer­ den kann.

Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Stahlcord vorge­ schlagen, bei dem die Litze die Form einer Spirale aufweist. Da die Lit­ ze wiederum aus mindestens zwei Einzelfilamenten aufgebaut ist, die spiralförmig umeinandergelegt sind, weist die Litze letztendlich eine doppelte spiralförmige Kontur auf. Durch die erfindungsgemäße Ausge­ staltung der Litze wird ein Drahtcord geschaffen, der über eine hohe Bruchdehnung verfügt.

Gemäß bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung weist die Litze vier, sieben oder neunzehn Einzelfilamente auf.

Die Einzelfilamente können spiralförmig linksgängig oder rechtsgängig umeinander gelegt sein.

Vorteilhaft ist der Außendurchmesser der Spirale, die durch die Litze gebildet wird, größer als der Durchmesser der Litze selbst. In einer be­ sonderen Ausgestaltung der Erfindung ist der Außendurchmesser der Spirale bis zu dreimal so groß wie der Durchmesser der Litze.

Erfindungsgemäß liegt die Ganghöhe der durch die Litze gebildeten Spi­ rale zwischen 2,5 und 25 mm, vorzugsweise zwischen 4 und 15 mm, besonders bevorzugt bei 5,3 mm. Die Ganghöhe der Litze wiederum liegt erfindungsgemäß zwischen 3,5 und 20 mm, vorzugsweise zwi­ schen 3,5 und 10 mm, bevorzugt bei 3,7 mm. Dabei kann der Durch­ messer der Einzelfilamente zwischen 0,15 und 0,50 mm, vorzugsweise zwischen 0,20 und 0,38 mm, bevorzugt bei 0,22 mm liegen.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Stahlcords lassen sich Bruchdehnungen erreichen, die in einem Bereich von 4% des 20% liegen.

Erfindungsgemäß weist der Stahlcord keine Resttorsionsspannungen auf. Daher läßt er sich besonders gut und einfach weiterverarbeiten, was sich insbesondere bei der Einarbeitung in Reifen beim Vulkanisati­ onsprozeß als vorteilhaft erweist. Auch gehen von dem in den Reifen eingearbeiteten Stahlcord keine das Laufverhalten und die Dynamik des Reifens beeinträchtigenden Kräfte und Drehmomente aus.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stahl­ cords haben die durch die Litze gebildete Spirale und die durch die Ein­ zelfilamente gebildete Litze die gleiche Gangrichtung.

Zur weiteren Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe wird ein Verfahren zur Herstellung eines wie vorstehend beschriebenen Stahlcords vorgeschlagen, das folgende Schritte umfaßt: Zunächst werden mindestens zwei Litzen mit wenigstens zwei Einzelfilamenten gebildet, wobei die Einzelfilamente spiralförmig umeinander gelegt werden. Anschließend werden die Litzen zu einem Strang zusammen­ gefaßt. Danach wird der Strang in einem Falschdraller verdrillt und pla­ stisch verformt. Der so verdrillte und plastisch verformte Strang wird danach beim Verlassen des Falschdrallers erneut aufgedreht.

Auf diese Weise wird ein Stahlcord mit den oben beschriebenen vor­ teilhaften hohen Bruchdehnungen geschaffen. Darüber hinaus gewähr­ leistet das erfindungsgemäße vorgeschlagene Verfahren eine einfache und kostengünstige Herstellung des erfindungsgemäßen Stahlcords, da keine zusätzlichen, außerhalb der Linie stattfindenden Verlitz- und/oder Verseilvorgänge stattfinden. Vielmehr wird erfindungsgemäß der ge­ samte Stahlcord in einer Linie hergestellt.

Vorteilhaft wird der Strang mittels eines einzigen Falschdrallers zu­ nächst verdrillt und plastisch verformt und anschließend aufgedreht. Dazu erfolgt das Verdrillen und plastische Verformen des Strangs vor­ teilhaft an der Einlaufseite des Falschdrallers, während das Aufdrehen des Strangs an der Auslaufseite des Falschdrallers erfolgt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es auch möglich, daß anstelle eines einzigen Falschdrallers zwei Falschdraller verwendet werden. In einem solchen Fall wird der Strang zunächst in dem ersten Falschdraller zum Aufbau von Resttorsionsspannungen verdrillt und plastisch verformt. In dem nachgeschalteten, zweiten Falschdraller wird der Strang im gegenläufigen Drehsinn weiter verdrillt und plastisch verformt. Auch dieses Verfahren kann kontinuierlich durchgeführt werden.

Mittels wenigstens einem Falschdraller werden Resttorsionsspannun­ gen bei den Litzen eingestellt. Die Resttorsionsspannungen werden während der Verdrillung und plastischen Verformung der Litzen sowie dem anschließenden Aufdrehen des Strangs kompensiert. Auf diese Weise wird erreicht, daß der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Stahlcord am Ende des Herstellungswegs insgesamt annä­ hernd resttorsionsspannungsfrei ist.

Zur kontinuierlichen Durchführung des Verfahrens werden die Litzen erfindungsgemäß von Spulen abgewickelt und nach Beendigung des Verfahrens erneut auf Aufwickelspulen aufgewickelt.

Die Zusammenführung und -fassung der Litzen zu einem Strang erfolgt vorteilhaft mittels einer Lochscheibe.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen be­ schrieben, die in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellt sind. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Stahlcords, bei dem die Litze vier Einzelfilamente aufweist;

Fig. 2 eine Frontansicht auf den erfindungsgemäßen Stahlcord gemäß Fig. 1, wobei sowohl der Durchmesser der Litze als auch der Außendurchmesser der durch die Litze gebil­ deten Spirale ersichtlich ist;

Fig. 3 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Stahlcords gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, bei dem die Litze aus neunzehn Einzelfilamenten aufgebaut ist;

Fig. 4 die Frontansicht auf einen erfindungsgemäßen Stahlcord gemäß Fig. 3;

Fig. 5 ein Kraftdehnungsdiagramm eines erfindungsgemäßen Stahlcords; und

Fig. 6 in schematischer Darstellung ein erfindungsgemäßes Ver­ fahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Stahl­ cords.

Die Fig. 1 bis 4 zeigen verschiedene Ausführungsformen von erfin­ dungsgemäßen Stahlcorden mit jeweils unterschiedlicher Anzahl von die Litze bildenden Einzelfilamenten 20. In den Fig. 1 und 2 ist eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stahlcords darge­ stellt. Der Stahlcord besteht aus einer Litze 10, die wiederum aus ins­ gesamt vier Einzelfilamenten 20 gebildet ist. Die vier Einzelfilamente 20 sind spiralförmig umeinander gelegt. Die Ganghöhe der Litze ist mit L bezeichnet. Die Litze 10 hat die Form einer Spirale mit einer Ganghöhe S. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ist die Ganghöhe S der Spirale um ein Vielfaches größer als die Ganghöhe L der Litze. Des weiteren ergibt sich aus Fig. 2, daß der Außendurchmesser D der durch die Litze 10 gebildeten Spirale größer ist als der eigentliche Durchmesser der Litze 10. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Außendurchmesser D der Spirale etwa dreimal so groß wie der Durchmesser der Litze 10.

In den Fig. 3 und 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines er­ findungsgemäßen Stahlcords dargestellt. Bei diesem Stahlcord ist die Litze 10 aus neunzehn Einzelfilamenten 20 gebildet. Die Ganghöhe L′ der Litze 10 ist wegen der größeren Anzahl der Einzelfilamente um ei­ niges größer als die Ganghöhe L des in Fig. 1 dargestellten Stahl­ cords. Des weiteren ist auch die Ganghöhe S′ der Spirale größer als die Ganghöhe S der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform. Schließlich läßt sich aus Fig. 3 auch erkennen, daß die Ganghöhe S′ der Spirale größer ist als die Ganghöhe L′ der Litze 10. Wie in Fig. 4 dargestellt ist, ist der Außendurchmesser D′ der Spirale wiederum etwa dreimal so groß wie der Durchmesser der Litze 10 selbst.

In den beiden Ausführungsformen gemäß den Fig. 1 bis 4 haben die durch die Litze 10 gebildete Spirale und die durch die Einzelfilamen­ te 20 gebildete Litze 10 jeweils die gleiche Gangrichtung.

Es sind natürlich auch Stahlcorde mit einer Litze denkbar, die eine noch größere Anzahl von Einzelfilamenten aufweist. Mit zunehmender Zahl der Einzelfilamente wird der Außendurchmesser der durch die Litze gebildeten Spirale größer. Da der Außendurchmesser der Spirale einen bestimmten Wert nicht überschreiten sollte, muß bei einer größeren Anzahl von Einzelfilamenten der Durchmesser der jeweiligen Einzelfila­ mente kleiner gewählt werden. Die Ganghöhe und Gangrichtung der Spirale ist abhängig von der Abziehgeschwindigkeit und Drehzahl so­ wie Drehrichtung des Falschdrallers. Durch die spiralförmige Ausgestal­ tung der Litze wird ein Stahlcord geschaffen, der im Vergleich zu her­ kömmlichen Stahlcorden verbesserte Bruchdehnungseigenschaften aufweist.

In Fig. 5 ist ein Kraft-Dehnungsdiagramm für einen beispielhaften Stahlcord gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der Stahlcord besteht aus einer Litze 10, die wiederum aus vier Einzelfilamenten 20 gebildet ist. Jedes dieser Einzelfilamente 20 hat einen Durchmesser von 0,22 mm. Die Ganghöhe L der Litze 10 beträgt 3,75 mm, und die Ganghöhe S der Spirale beträgt 5,3 mm. Litze und Spirale haben im vorliegenden Beispiel eine linksgängige Gangrichtung. Wie sich aus Fig. 5 ergibt, weist der Stahlcord bei einer maximalen Kraft von 335 N eine maximale Bruchdehnung von 12,71% auf. Im Vergleich zu her­ kömmlichen Stahlcorden, die eine Bruchdehnung im Bereich zwischen 2 und 6% aufweisen, bedeutet dies eine Steigerung der Bruchdehnung um über 100%.

Fig. 6 veranschaulicht in schematischer Darstellung ein erfindungs­ gemäßes Verfahren zur Herstellung eines in den Fig. 1 bis 4 darge­ stellten erfindungsgemäßen Stahlcords. In einem ersten Arbeitsschritt (nicht dargestellt) werden zwei Litzen aus mindestens zwei Einzelfila­ menten hergestellt. Die Herstellung dieser Litzen kann beispielsweise auf Doppelschlagmaschinen erfolgen. Mittels eines Falschdrallers kön­ nen gleichzeitig auch vorbestimmte Resttorsionsspannungen in der gebildeten Litze eingestellt werden. Die Resttorsionsspannungen wer­ den vorteilhaft so eingestellt, daß sie im nachfolgenden zweiten Ar­ beitsschritt, in dem die Litzen spiralisiert werden, restlos kompensiert werden.

Während des zweiten Arbeitsschritts werden zwei Litzen 10a jeweils von einer Spule 30 abgezogen. Die Litzen 10a werden über Umlenkrol­ len 35 hin zu einer Lochscheibe 40 geführt, wo sie zu einem Strang zusammengefaßt werden. Zur zusätzlichen Einstellung von Resttorsi­ onsspannungen ist es möglich, jeweils zwischen der Spule 30 und der Umlenkrolle 35 wenigstens einen weiteren Falschdraller vorzusehen. Der aus den zwei Litzen 10a bestehende Strang tritt nach dem Verlas­ sen der Lochscheibe 40 in einen Falschdraller 50 ein. Dabei werden die im Strang zusammengefaßten Litzen 10a an der Einlaufseite des Falschdrallers 50 umeinander verdrillt und plastisch verformt. Im vor­ liegenden Ausführungsbeispiel läuft der Falschdraller während des Ver­ drillvorgangs rechtssinnig, das heißt im Uhrzeigersinn, um. Das Auf­ drehen des Strangs erfolgt an der Auslaufseite des Falschdrallers 50, wodurch sich die erfindungsgemäßen spiralförmig geformten Litzen 10b bilden. Die resultierenden, spiralförmig geformten Litzen werden nach dem Verlassen des Falschdrallers 50 auf Aufwickelspulen 60 auf­ gewickelt. Der Durchmesser und die Ganghöhe, bzw. die Gangrichtung der Spirale wird durch den Durchmesser der eingesetzten Litzen 10a, deren Anzahl beim Spiralisierungsprozeß im Falschdraller 50, der Um­ drehungsgeschwindigkeit sowie der Umdrehungsrichtung des Falsch­ drallers und der Abziehgeschwindigkeit definiert.

Alternativ ist es denkbar, daß dem Falschdraller 50 ein weiterer Falschdraller (nicht dargestellt) nachgeschaltet wird. Dieser weitere Falschdraller weist eine zum Falschdraller 50 gegenläufige Drehrich­ tung auf. Bei einem Verfahren gemäß dieser zweiten Ausführungsform wird der aus den Litzen 10a bestehende Strang zunächst im Falschdraller 50 verdrillt und plastisch verformt. Danach wird der so verdrillte und verformte Strang dem weiteren Falschdraller zugeführt. Durch die Tatsache, daß der weitere Falschdraller eine zum Falschdral­ ler 50 gegenläufige Drehrichtung hat, wird der verdrillte Strang in dem weiteren Falschdraller weiter verdrillt und plastisch verformt. Auch bei dem Verfahren gemäß dieser zweiten Ausführungsform wird ein Stahlcord geschaffen, bei dem die Litze die Form einer Spirale hat.

Der vorgeschlagene erfindungsgemäße Stahlcord ist einfach und ko­ stengünstig herstellbar und zeichnet sich durch hervorragende Eigen­ schaften, insbesondere bei seinem Bruchdehnungsverhalten aus. Wei­ terhin weist der erfindungsgemäße Stahlcord eine hohe Ermüdungsfe­ stigkeit auf. Dabei läßt er sich leicht weiterverarbeiten, da die Resttor­ sionsspannungen nach außen hin aufgehoben sind.

Claims (19)

1. Stahlcord, insbesondere zur Verstärkung von Gummi- oder Kunststoffartikeln, mit einer Litze (10), die wenigstens zwei Ein­ zelfilamente (20) aufweist, wobei die Einzelfilamente (20) spiral­ förmig umeinander gelegt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Litze (10) die Form einer Spirale aufweist.

2. Stahlcord nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Litze (10) vier, sieben oder neunzehn Einzelfilamente (20) auf­ weist.

3. Stahlcord nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelfilamente (20) spiralförmig linksgängig oder rechtsgän­ gig umeinander gelegt sind.

4. Stahlcord nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser (D, D′) der Spirale, die durch die Litze (10) gebildet wird, größer ist als der Durch­ messer der Litze (10) selbst, vorzugsweise bis zu dreimal so groß.

5. Stahlcord nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ganghöhe (S, S′) der durch die Litze (10) gebildeten Spirale zwischen 2,5 und 25 mm, vorzugsweise zwischen 4 und 15 mm, vorzugsweise bei 5,3 mm liegt.

6. Stahlcord nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ganghöhe (L, L′) der Litze (10) zwi­ schen 3,5 und 20 mm, vorzugsweise zwischen 3,5 und 10 mm, vorzugsweise bei 3,7 mm liegt.

7. Stahlcord nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Einzelfilamente (20) zwischen 0,15 und 0,50 mm, vorzugsweise zwischen 0,20 und 0,38 mm, vorzugsweise bei 0,22 mm liegt.

8. Stahlcord nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bruchdehnung des Stahlcords im Be­ reich von 4 bis 20%, vorzugsweise im Bereich von 7 bis 20%, vorzugsweise im Bereich von 10 bis 20%, vorzugsweise bei 12,71% liegt.

9. Stahlcord nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahlcord keine Resttorsionsspannun­ gen aufweist.

10. Stahlcord nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Litze (10) gebildete Spirale und die durch die Einzelfilamente (20) gebildete Litze (10) die gleiche Gangrichtung haben.

11. Verfahren zur Herstellung eines Stahlcords gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

• (A) mindestens zwei Litzen (10a) werden mit wenigstens zwei Einzelfilamenten (20) gebildet, wobei die Einzelfilamente (20) spiralförmig umeinander gelegt werden;
• (B) die Litzen (10a) werden zu einem Strang zusammenge­ faßt;
• (C) der Strang wird in einem Falschdraller (50) verdrillt, pla­ stisch verformt und bei Auslauf aus dem Falschdraller (50) wieder aufgedreht.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Strang mittels eines einzigen Falschdrallers (50) zunächst ver­ drillt und plastisch verformt und anschließend aufgedreht wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdrillen und plastische Verformen des Strangs an der Einlauf­ seite des Falschdrallers (50) und das Aufdrehen des Strangs an der Auslaufseite des Falschdrallers (50) erfolgt.

14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Strang durch den Falschdraller (50) verdrillt und plastisch ver­ formt wird und daß der Strang durch einen weiteren Falsch­ draller, der dem Falschdraller (50) nachgeschaltet ist und eine zum Falschdraller (50) gegenläufige Drehrichtung aufweist, wei­ ter verdrillt und plastisch verformt und beim Auslauf aus diesem Falschdraller aufgedreht wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mittels wenigstens einem Falschdraller er­ folgt.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß durch den wenigstens einen Falschdraller Resttorsionsspannun­ gen in den Litzen (10a) eingestellt werden, die während der Ver­ drillung und plastischen Verformung sowie dem anschließenden Aufdrehen des Strangs kompensiert werden.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Litzen (10a) von Spulen (30) abgezogen werden.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die spiralförmigen Litzen (10b) nach dem Aufdrehen des Strangs auf Aufwickelspulen (60) aufgewickelt oder direkt weiter verarbeitet werden.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Litzen (10a) mittels einer Lochscheibe (40) zusammengeführt und -gefaßt werden.