DE2223981A1

DE2223981A1 -

Info

Publication number: DE2223981A1
Application number: DE19722223981
Authority: DE
Original assignee: Pirelli SpA
Current assignee: Pirelli and C SpA
Priority date: 1971-05-18
Filing date: 1972-05-17
Publication date: 1972-12-07
Also published as: LU65308A1; GB1394275A; ZA723164B; CA962901A; FR2139244A5; SE382419B; CH539733A; TR16885A; BE782709A; BR7203126D0; NL7204605A; AT311204B; US3805508A; DE2223981B2; ES403150A1; AR194839A1

Description

PATENTANWÄLTE

DR. E. WIEGAND DIPL-ING. W. NIEMANN 2223981

DR. M. KÖHLER DIPU-ING. C. GERNHARDT

MÖNCHEN HAMBUKG TELEFON= 395314 '-. ' . 2000 HAMBURG 50, t§t 5 TELEGIiAMME=KARPATENT KONIGSTRASSE 21 *

W.25209/72 12/bl . .

Industrie Pirelli S.p.A. Mailand (Italien)

Stahlschnur zur Verwendung als Verstärkung in Kautschukgegenständen.

Die Erfindung bezieht sich auf Metallschnüre, die als Verstärkung in Kautschukgegenständen verwendet werden, insbesondere bei der Herstellung von mit radialer Karkasse versehenen Luftreifen. Die Erfindung betrifft insbesondere Schnüre, die eine Umhüllung aufweisen, welche von einem schraubenlinienförmig gewickelten Draht gebildet ist.

Bei Luftreifen werden Metallschnüre sowohl in dem für den Gürtel benutzten verkautschukten Stoff als auchin dem für die Karkasse benutzten verkautschuktem Stoff verwendet, vor allem bei Reifen für Industriefahrzeuge, Geländefahrzeuge u. dgl,

Je-nach ihren Verwendungszwecken können die Metallschnüre auf arei »-/eisen hergestellt werden, und zwar

a) mit einer Litze, d.h, mit einer einzigen Gruppe von zwei oder mehreren Einzelstahldrähten, die miteinander verbunden und verdrallt sind, wobei solche Schnüre hier als "primäre"Schnüre bezeichnet werden, und

b) mit zwei oder mehreren Litzen, die miteinander verbunden und verseilt sind, wobei solche Schnüre

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SAD OR[GiNAL

hier als "sekundäre" Schnüre bezeichnet werden.

Es ist bekannt, daß die in Luftreifen verwendeten Verstärkungsmateriälien sowohl unter Biegung als auch unter Kompression einen sehr guten Widerstand gegen Ermüdung haben müssen, wobei der Widerstand gegen Kompression von besonderer Bedeutung .ist, wenn solche Verstärkungsmaterialien für den Gürtel verwendet werden sollen.

Der Widerstand gegen Ermüdung unter Biegebeanspruchung wird üblicherweise dadurch erhalten, daß aus hochqualitivem Stahl hergestellte Einzeldrähte mit sehr kleinem Durchmesser von 0,10 bis 0,30 mm verwendet werden, die zu Litzen und Schnüren von zweckentsprechender Struktur vereinigt werden. Beispielsweise sind die sogenannte 4 χ Dia-Schnur (die eine Schnur mit nur einer Litze aus vier Einzeldrähten ist), und die sogenannten 7 x .3 x Dia- und 7 x 4 χ Dia-Schnüre (die aus sieben Litzen gebildet sind, deren jede drei bzw. vier Einzeldrähte aufweist) Verstärkungsschnüre, die einen hohen 'Widerstand gegen Ermüdung unter Biegebeanspruchung haben.

Wenn andererseits eine Schnur periodisch axialen Kompressionsbeanspruchungen unterworfen wird, kann nach einer gewissen Anzahl von Zyklen festgestellt werden, daß die die Schnur bildenden verschiedenen Drähte oder Litzen, (jenachdern, ob eine solche Schnur eine primäre oder eine sekundäre Schnur ist) sich voneinander lösen und ihre wechselseitige Brührung verlieren, so daß die Schnur sich spreizt. Die Drähte oder Litzen erleiden daher permanente Verformungen, die zu ihrem Bruch führen, da die axiale Kompressionsbeanspruchung auf sie voll ausgeübt wird. Diese Erscheinung kann sich ergeben'sowohl zufolge von Fehlern in dem Stahl (die kaum festgestellt werden können), so daß die Schnür über ihre ganze Länge nicht vollkommen gleich ist, als auch zufolge der Tatsache^

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BAD

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daß die Linie, entlang welcher die Beanspruchungen angelegt werden, nicht genau entlang der geometrischen Achse der Schnur verläuft.

Eine bereits bekannte Lösung besteht, darin, eine Umhüllung zu verwenden, die aus einem Draht (oder einer Anzahl von zueinander parallelen Drähten oder einem Band) besteht, der um die Gruppe von Einzeldrähten, d.h. um die eigentliche Schnur schraubenlinienförmig gewickelt ist. Diese Lösung hat den Zweck, den Ermüdungswiderstand der Schnur und insbesondere ihren Widerstand gegen. Ermüdung unter axialen Kompressions— beanspruchungen zu verbessern.

Es ist immer angenommen worden, daß für eine gegebene Schnur der Widerstand gegen axiale Kompressions~ beanspruchung umso größer ist, je kleiner der absolute

Wert der Wicklungssteigung des Umhüllungsdrahtes' ist. Tatsächlich sind auf dem Markt Schnüre verfügbar, die verschiedene Wicklungssteigungen des Umhüllungsdrahtes aufweisen, während ihre anderen konstruktiven und körperlichen Merkmale gleich sind. Offensichtlich sind die Kosten von Schnüren, die eine kleine Wicklungssteigung des Umhüllungsdrahtes aufweisen, und als Schnüre mit den besten mechanischen Eigenschaften angesehen werden, hoch, und zwar aufgrund des geringeren Aus-. Stoßes der Maschine, die zum Wickeln einer solchen Umhüllung verwendet wird.

Ein erster Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, "primäre" Stahlschnüre zu schaffen, die einen sehr hohen Widerstand gegen Ermüdung sowohl unter axialer Kompression als auch unter Biegung, jedoch insbesondere' unter axialer Kompression "aufweisen und außerdem billiger als die gegenwärtig auf dem Markt befindlichen Schnüre dieser Art sind.

Gemäß der Erfindung ist eine Stahlschnur zur Verwendung als Verstärkung in Kautschukgegenständen, insbesondere in Luftreifen, mit einer Litze aus wenig«-

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etens zwei Einzeldrähten und mit einer Umhüllung aus wenigstens einem um die Litze schraubenlinienförmig gewickelten Draht oder Band, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungssteigung des Umhüllungsdrahtes einen Wert in- dem Bereich zwischen 38 und 47 % der Verdrallungs Steigung der die Litze bildenden Einzeldrähte hat.

Bei sowohl unter axialer Kompression als auch unter Biegung durchgeführten Biegungstests an "primären" Schnüren für allgemeinste Verwendung und mit irgendeinem möglichen Wert der ^icklungsSteigung des

daß Umhüllungsdrahtes ist gefunden worden, ein optimaler Widerstand der Schnüre nur in einem begrenzten Bereich solcher Werte erhalten wird. Es ist überraschend festgestellt worden, daß dieser optimale Bereich jenseits der bisher angewendeten maximalen Werte liegt. Möglicherweise ergibt sich der sehr gute Widerstand einer Schnur, die mit einem Umhüllungsdraht versehen ist, der eine Wicklungssteigung hat, die in Beziehung mit der VerdrallungsSteigung der die Litze bildenden Gruppe von Drähten (d.h. der eigentlichen Schnur) steht und daher in dem gemäß der Erfindung gefundenen Bereich von Werten liegt, aufgrund einer wechselseitigen Wirkung zwischen den verschiedenen Drähten und dem die Umhüllung bildenden schraubenlinienförmig gewickelten Draht oder Band.

Eine Bestätigung dieses Verhaltens ergibt sich aus den Werten in der weiter unten aufgeführten Tabelle, in der Ausführungsbeispiele angegeben sind. Diese Tabelle zeigt die Ergebnisse von Tests hinsichtlich des Ermüdungswiderständes unter axialer Kompression und unter Biegung, die an einer Anzahl von primären Stahlschnüren der 4 χ Dia-Type mit einem Durchmesser der Einzeldrähte von 0,22 mm und mit einer Umhüllung aus einem Draht von 0,15 mm Durchmesser mit verschiedenen Werten der Verdrallungssteigung der die

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Schnüre bildenden Drähte und der Wicklungssteigung des Umhüllungsdrahtes durchgeführt wurden.

In der vorliegenden Beschreibung wird nicht Bezug genommen auf den absoluten Wert der WicklungsSteigung P₀ des Ümhüllungsdrantes, sondern auf das Prozentverhältnis der Wicklungssteigung zu der Verdrallungssteigung P der die eigentliche Schnur bildenden Einzeldrähte, wobei die Schnur nur eine Litze hat. Dieses Verhältnis wird mit (Ρ_β/Ρ_Λ) ' 100 bezeichnet.

In der Tabelle sind angegeben: Die Werte von

(P /P„) * 100, ferner Prozentwerte, die bei den-Tests a c

hinsichtlich des Srmüdungswiderstandes unter axialer Kompression F und unter Biegung F^ erhalten wurden, sowie die ebenfalls in Prozenten ausgedrückten Werte von (F_c + F_f) / 2, die als Indices des "Gesamt"-Ermüdungswiderstandes der Schnüre genommen wurden. Der Vergleich wurde durchgeführt, indem als Bezugsmuster eine Schnur verwendet wurde, wie sie bei mit radialer Karkasse versehenen Luftreifen in großem Umfang Verwendung findet. Die Werte F₀, F_f und (F_c + F_f) / 2, die üblicherweise als 100 angenommen werden, sind dem Bezugsmuster zugeordnet, um ihren Vergleich mit den Werten der anderen Schnüre zu erleichtern und die Erfindung klarer herauszustellen,.

Die Tests wurden wie folgt ausgeführt: Für die Bestimmung des Ermüdungswiderstandes unter Biegung wurden Proben verwendet, deren jede eine Länge von 200 mm und eine Breite von etwa 10 mm hatte und von einem Streifen aus verkautschuktem Stoff gebildet war, der neun Metallschnüre enthielt, die alle parallel zu der längeren Achse der Probe angeordnet waren. Jede Probe wurde periodischen Biegungen unterworfen, indem sie abwechselnd um eine Scheibe gleiten gelassen wurde, die einen Durchmesser von 32 mm hatte. Die Frequenz der Biegungen betrug 31600 Zyklen je Stunde, und die Amplitude, d.h. der

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Abstand zwischen den beiden Endstellungen der Probe während ihres Gleitens, betrug 120 mm. Gleichzeitig wurde die Probe einer Spannung unter einer Last von etwa 68 kg unterworfen. Der Test wurde bis zum Bruch der Probe fortgesetzt, wobei die Anzahl der Zyklen offensichtlich der Index des Ermüdungswiderstandes der Probe ist.

Für die Bestimmung des Ermüdungswiderstandes unter axialer Kompression wurden Proben verwendet, deren jede eine Größe von 130 χ 50 mm hatte und von zwei Lagen aus verkautschuktem Stoff mit einer Dichte von 11,85 Schnüren je cm gebildet war, wobei die Schnüre mit Bezug aufeinander in einem Winkel von etwa 40°, d.h. mit Bezug auf die längere Achse der Probe in einem Winkel von etwa 20° geneigt waren.

- Die Probe wurde mittels Klemmen an ihren beiden kürzeren Seiten derart eingespannt, so daß ihre freie zentrale Zone ein Quadrat von 50 χ 50 mm bildete. Die eine der beiden Klemmen war fest angeordnet, während die andere Klemme abwechselnde Bewegungen in einer Richtung parallel zur kürzeren Achse der Probe) ausführen konnte, und zwar mit einer Frequenz von 18000 Zyklen je Stunde und einer Gesamtamplitude von 6 mm, d.h. mit Bezug auf ihre Ruhestellung 3 mir. zur einen Seite, und 3 mm zur anderen Seite. Gleichzeitig .wurde eine parallel zur längeren Achse der Probe gerichteten Zugkraft von 60 kg an die Probe angelegt. Auf diese Weise wurden die Schnüre abwechselnd einer Zugbeanspruchung und einer axialen Kompressionsbeanspruchung unterworfen. Der Test wurde bis zum Bruch einer der Schnüre fortgesetzt. Auch hier stellt die Anzahl der Zyklen den Index des Ermüdungswiderstandes dar.

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Tabelle

4 χ	Dia-Schnur, Durchmesser	I	_a (mm)	P_c (mm)	^Pa·¹	00	der Einzeldrähte 0,22 mm	^Ff	-	100	^Fc ^{+ F}f
	P	II					^Fc	239
Standard	III	4,57	13,36	34			258	100
schnur	IV	5,06	13,36	38		100	213	156
Schnur	V	5,79	13,36	43,	5	73	166	315
Schnur	VI	4,13	10,75	38,	5	372	207	197
Schnur	4,57	10,75	42,	5	81	139	214
Schnur	4,57	9,7	47		262	182
Schnur	5,79	9,7	60		157	102
Schnur	65

Aus der Tabelle ist ersichtlich, daß durch die Erfindung bei einer "primären" Schnur eine beträchtliche Verbesserung des "Gesamt"-ErmüdungswiderStandes und insbesondere des" Ermüdungswiderstandes unter axialer Kompressionsbeanspruchung erhalten wird, wenn die Wicklungssteigung des Umhüllungsdrahtes in dem Bereich zwischen 38 und 48 % der Verdrallungssteigung der die einzige Litze (d.h.) die eigentliche Schnur) bildenden Einzeldrähte liegt. Insbesondere ist diese Verbesserung außergewöhnlich und überraschend, wenn die Wicklungssteigung des Umhüllungsdrahtes im Bereich zwischen 40 und 45 % der Verdrallungssteigung liegt. . In diesem Fall wird ein "Gesamt"-Ermüdungswiderstand erhalten, der um mehr als das Dreifache höher als derjenige der Bezugsschnur ist, die von einer Art ist, wie sie gegenwärtig in großem Umfang verwendet wird.

Oberhalb des Bereichs der angegebenen vierte, und insbesondere unterhalb dieses Bereichs, wo. die Werte der gegenwärtig verwendeten Schnüre gefunden \verden, nimmt die Leistung der Schnur ab, was im Gegensatz zu der allgemein.herrschenden Auffassung steht.

Von besonderer Bedeutung ist die Tatsache, daß die Verbesserungen nicht über höhere Herstellungskosten erhalten werden, sondern im Gegenteil von einer Kosten-

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verringerung begleitet sind, und zwar aufgrund des Umstandes, daß die Maschinen einen größeren Ausstoß haben, daß sie - bei gleichen Verdrallungssteigungen der Einzeldrähte - mit größeren Wicklungssteigungen der Umhüllungsdrähte arbeiten. Tatsächlich kann bei Betrachtung beispielsweise der Schnüre der Tabelle, die eine Verdrallungssteigung von 13»36 mm haben, festgestellt werden, daß der "Gesamt"-Ermüdungswiderstand sich von dem Wert 100, wenn die Wicklungssteigung des Umhüllungsdrahtes 4,57 mm beträgt, d.h. P_/P_ = 34 % (Standardschnur), auf 156 erhöht, wenn die Wicklungssteigung 5,06 mm beträgt, d.h. P_Q/P„ = 38 %

a G

(Schnur I), und sich bis auf 315 erhöht, wenn die WicklungsSteigung 5,79 mm beträgt, d.h. Ρ_β/Ρ_Λ - 43,5 %

a c

(Schnur II), Dieses zeigt, daß es gemäß der Erfindung möglich ist,technisch bessere Ergebnisse zu erhalten, die von einem höheren Ausstoß der Maschine und demgemäß von verringerten Kosten begleitet sind.

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Claims

Patentansprüche

Γ 1./Stahlschnur zur Verwendung als Verstärkung in Kautschukgegenständen, insbesondere in Luftreifen, mit einer Litze, die von wenigstens zwei Einzeldrähten gebildet ist, und mit einer Umhüllung, die von wenigstens einem um die Litze schraubenlinienförmig gewickelten Draht oder Band gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungssteigung des Umhüllungsdrahtes einen Wert in dem Bereich zwischen und 47 % der Verdrallungssteigung der die Litze bildenden Einzeldrähte hat.
2. Stahlschnur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die V/inklungssteigung des Umhüllungsdrahtes einen Wert bis zu wenigstens 40 % der Verdrallungssteigung der dieLitze bildenden Einzeldrähte hat.
3. Stahnschnur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungssteigung des Umhüllungsdrahtes einen Wert hat, der nicht mehr als 45 % der Verdrallungssteigung der die Litze bildenden Einzeldrähte beträgt.
4. Stahlschnur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrallungssteigung der die Litze bildenden Einzeidrähte vorzugsweise in dem Bereich zwischen 9,5 und 14 mm liegt.

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ORIGDNAL