DE2223981B2

DE2223981B2 - Stahlseil zur verwendung als verstaerkung in kautschukgegenstaenden

Info

Publication number: DE2223981B2
Application number: DE19722223981
Authority: DE
Inventors: Michele Monza Maderna (Italien)
Original assignee: Industrie Pirelli SpA
Current assignee: Industrie Pirelli SpA
Priority date: 1971-05-18
Filing date: 1972-05-17
Publication date: 1976-04-29
Also published as: BE782709A; US3805508A; DE2223981A1; ZA723164B; LU65308A1; AT311204B; ES403150A1; CH539733A; SE382419B; AR194839A1; GB1394275A; BR7203126D0; TR16885A; CA962901A; FR2139244A5; NL7204605A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Stahlseil 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, der bzw. das eine andere Wicklungsiteigung als die Litze hat.

Bei Luftreifen werden Stahlseile sowohl in dem für den Gürtel benutzten verkautschukten Stoff als *° auch in dem für die Karkasse benutzten verkautschuklen Stoff verwendet, vor allem bei Reifen für Industriefahrzeuge, Geländewagen u. dgl.

Je nach ihren Verwendungszwecken können die Stahlseile auf zwei Weisen hergestellt werden, und zwar

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

b) mit zwei oder mehreren Litzen, die miteinander verbunden und verseilt sind, wobei solche Seile hier als »sekundäre Schnüre« bezeichnet werden.

Es ist bekannt, daß die in Luftsireifen verwendeten Verstärkungsmaterialien sowohl unter Biegung als auch unter Druck einen sehr guten Widerstand gegen Ermüdung haben müssen, wobei der Widerstand gegen Druck 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 hochqualitativem Stahl hergestellte Einzeldrähte mit sehr kleinem Durchmesser von 0,10 bis 0,30 mm verwendet werden, die zu Litzen und Seilen von zweckentsprechender Struktur vereinigt werden. Beispielsweise sind das sogenannte 1 · 4 Seil (die ein Seil mit nur einer Litze aus vier Einzeldrähten ist), und die sogenannten 7 · 3 und 7 · 4 Seile (die aus sieben Litzen gebildet sind, deren jede drei bzw. vier Einzeldrähte aufweist) Verstärkungsseile, die einen hohen Widerstand gegen Ermüdung unter Biegebeanspruchung haben.

Wenn andererseits ein Seil periodisch axialen Druckbeanspruchungen unterworfen wird, kann nach einer gewissen Anzahl von Zyklen festgestellt werden, daß die das Seil bildenden verschiedenen Drähte oder Litzen, je nach dem, ob eine solche Schnur eine primäre oder eine sekundäre Schnur ist, sich voneinander lösen und ihre wechselseitige Berührung verlieren, so daß das Seil sich spreizt. Die Drähte oder Litzen erleiden daher permanente Verformungen, die zu ihrem Bruch führen, da die axiale Druckbeanspruchung auf sie voll ausgeübt wird. Diese Erscheinung kann sich ergeben sowohl zufolge von Fehlern in dem Stahl, die kaum festgestellt weiden können, so daß das Seil über seine ganze Länge nicht vollkommen gleich ist, als auch zufolge der Tatsache, daß die Linie, entlang welcher die Beanspruchungen angelegt werden, nicht genau entlang der geometrischen Achse des Seiles verläuft.

Um den Widerstand des Seiles gegen Ermüdung unter axialer Druckbeanspruchung zu verbessern, ist es bekannt, eine Umhüllung zu verwenden, die von wenigstens einem um die Litze schraubenlinienförmig gewickelten Draht oder Band gebildet ist, der bzw. das eine andere Wicklungssteigunp als die Litze hat. Beispielsweise ist ein solches Stahlseil bekannt (deutsche Patentschrift 8 03 801), bei der die Umhüllung ohne Spannung auf die Litze gewickelt ist, so daß die Umhüllung frei verschiebbar auf der Litze aufliegt. Diese bekannte Ausführung hat verschiedene Nachteile. So können z. B. die Drähte, die die Litze bilden, während des Gebrauchs sich gegeneinander bewegen, und weiterhin besteht auch die Gefahr, daß sie ausknicken und durch wiederholte Beanspruchung in Folge Ermüdung brechen. Durch das Brechen dieser Drähte wird der Widerstand der durch die Litze verstärkten Stoffe herabgesetzt und damit auch der Nutzen der metallischen Verstärkung. Außerdem beschädigen gebrochene Drähte der Litze oder der metallischen Umhüllung die Stoffe, in die die Litze eingebettet ist. Schließlich ist eine Litze nut einer spannungsfreien Umhüllung schwieriger zu handhaben wegen des restlichen Dralls vom Verseilen her, es sei denn, daß man diesen Nachteil durch eine zusätzliche Behandlung beseitigt. Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist es bekannt (deutsches Gebrauchsmuster 18 11 338), die Umhüllung mit einer geeigneten Vorspannung von etwa 10 bis 20% der Bruchlast des Materials der Umhüllung aufzubringen.

Es ist auch ein Stahlseil zur Verwendung als Verstärkung in Kautschukgegenständen, insbesondere Luftreifen, bekannt (kanadische Patentschrift 4 89 443), bei welcher die aus einem einzelneii Draht gebildete Umhüllung eine Wicklungssteigung hat, die viel kleiner als die Wicklungssteigung des eigentlichen Seiles ist und nur etwa 20% von dieser beträgt.

Hinsichtlich des Einflusses der Wicklungssteigung der Umhüllung auf den Widerstand des Seiles gegen axiale Druckbeanspruchung ist immer angenommen worden, daß für ein gegebenes Seil der Widerstand gegen axiale Druckbeanspruchung um so größer ist, je kleiner der absolute Wert der Wicklungssteigung der Umhüllung ist, weil offensichtlich die freie Länge des

Seiles zwischen zwei aneinander angrenzenden Windungen der gewickelten Umhüllung sich mit zunehmender Wicklungssteigung der Umhüllung vergrößert lind jeder Seilteil zwischen zwei aneinandergrenzenden Windungen der Umhüllung sich als Folge von Druckfceanspruchung um so leichter verbiegt, je größer die genannte freie Länge des Seiles zwischen zwei benachbarten Windungen der Umhüllung ist. Offensichtlich $ind die Kosten von Seilen, die kleine Wicklungssteigung der Umhüllung aufweisen und die als Seile mit ilen besten mechanischen Eigenschaften angesehen werden, hoch, und zwar auf Grund des geringeren Ausstoßes der Maschine, die zum Wickeln einer solchen Umhüllung verwendet wird, und zufolge der größeren erforderlichen Menge an Umhüllungsmaterial.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Stahlseil der einleitend genannten Art so auszuführen, daß ein sehr hoher Widerstand gegen Ermüdung sowohl unter axialem Druck als auch unter Biegung, jedoch insbe- *° sondere unter axialem Druck, erhalten und außerdem das Seil billiger als die gegenwärtig verfügbaren Schnüre dieser Art ist.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß die Wicklungssteigung des Umhüllungs- »5 drahtes einen Wert in dem Bereich zwischen 38 und 47°;, der Verdrallungssteigung der die Litze bildenden Einzeldrähte hat.

Es ist überraschend, daß mit einem Bereich für die Wicklungssteigung des Umhüllungsdrahtes gemäß der Erfindung der jenseits Jer bisher angewendeten maximalen Werte für die Wicklungisteigung der Umhüllung liegt, optimaler Widerstand eines Seiles gegen Biegung lind axialen Druck erhalten wird. Möglicherweise ergibt sich der sehr gute Widerstand auf Grund einer wechselseitigen Wirkung zwischen den verschiedenen Drähten und dem oder den die Umhüllung bildenden tchraubenlinienförmig gewickelten Draht oder Drähten oder Band bzw. Bändern.

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 Ermüdungswiderstands unter axialem Druck und unter Biegung, die an einer Anzahl von primären Stahl-Schnüren des Typs 1 · 4 mit einem Durchmesser der Einzeldrähte von 0,22 mm und mit einer Umhüllung Bus einem Draht von 0,15 mm Durchmesser mit verschiedenen Werten der Verdrallungssteigung der die Schnüre bildenden Drähte und der Wicklungssteigung des Umhüllungsdrahtes durchgeführt wurden.

In der vorliegenden Beschreibung wird nicht Bezug genommen auf den absoluten Wert der Wicklungssteigung Pa des Umliüllungsdrahtes, sondern auf das Prozentverhältnis der Wicklungssteigung zu der Verdrallungssteigung P_c der das Seil bildenden Einzeldrähte, wobei das Seil nur eine Litze hat. Dieses Verhältnis wird mit (PaIPc) * 100 bezeichnet.

In der Tabelle sind angegeben: Die Werte von (PaIPc) · 100, ferner Prozentwerte, die bei den Tests hinsichtlich des Ermüdungswiderstandes unter axialer Druckbeanspruchung F₀ und unter Biegung //erhalten wurden, sowie die ebenfalls in Prozenten ausgedrückten Werte von (F_c+/»/2, die als Indices des ^Gcsamt«- Ermüdungswiderstandes der Seile genommen wurden. Der Vergleich wurde durchgeführt, indem als Bezugsmuster e.n Seil verwendet wurde, wie es bei mit radialer Karkasse versehenen Luftreifen in großem

60 Umfang Verwendung findet. Die Werte /",·, Fj und (Fr ! Fj)Il, die üblicherweise als 100 angenommen werden, sind dem Bezugsmuster zugeordnet, um ihren Vergleich mit den Werten der anderen Seile zu erleichtern und die Erfindung klarer herauszustellen.

Die Tests wurden wie folgt ausgeführt:

Für die Bestimmung des Ermüdungswiderslands 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 MetaMseile 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 31 600 Zyklen /h,und die Amplitude, d. h. der 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 Ermüdungswiderstands der Probe ist.

Für die Bestimmung des Ermüdungswiderstands unter axialer Druckbeanspruchung wurden Proben verwendet, deren jede eine Größe von 130-50 mm hatte und von zwei Lagen aus verkautschuktem Stoff mit einer Dichte von 11,85 Seilen je cm gebildet war, wobei die Seile 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 · 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 18 000 Zyklen/h und einer Gesamtamplitude von 6 mm, d. h. mit Bezug auf ihre Ruhestellung 3 mm 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 Seile abwechselnd einer Zugbeanspruchung und einet axialen Druckbeanspruchung unterworfen. Der Test wurde bis zum Bruch eines der Seile fortgesetzt. Auch hier stellt die Anzahl der Zyklen den Index des Ermüdungswiderstands dar.

Aus der Tabelle ist ersichtlich, daß durch die Erfindung bei einer »primären Schnur« eine beträchtliche Verbesserung des Gesamt-Ermüdungswiderstands und insbesondere des Ermüdungswiderstands unter axialer Druckbeanspruchung 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 [-'all wird ein Gesamt-Ermüdungswiderstand erhalten, der um mehr als das 3fache höher als derjenige der Bezugsschnur ist, die von einer Art ist, wie sie gegenwärtig in großem Umfang verwendet wird.

Oberhalb des Bereichs der angegebenen Werte, und insbesondere unterhalb dieses Bereichs, wo die Werte

der gegenwärtig verwendeten Schnüre gefunden werden, nimmt die Leistung der Schnur ab, was im Gegensatz zu der allgemein herrschenden Auffassung

iteht.

Von besonderer Bedeutung ist die Tatsache, daß die Verbesserungen nicht über höhere Herstellungskosten erhalten werden, sondern im Gegenteil von einer Kostenverringerung begleitet sind, und zwar auf Grund des Umstands, daß die Maschinen einer, größerer! Ausstoß haben, da sie — bei gleichen Verdrallungssteigungen der Einzeldrähte — mit größeren Wicklungssteigungen der Umhüllungsdrähte arbeiten. Tatsächlich kann bei Betrachtung beispiels-, c ί i^r Tihelle die eine Vercirallungssleiweise der Se,Ic de Γ ab H .^ ^ ,^ ^ ^

gung vonU36 mm, η. _{von dem Wen}

Gesamt-Ermudungsw^rsta ^ _{Umhm|ungsdrahles} wenn die Wicklungssi _o . (Standard.eil),

⁴ _u7,rerSrwenn d.^cUungsst'^gung 5.06 mm auf 150 ernoiu, w^ „j^ ₍,,_eji ,^ _{und SIC}h bis auf

IO

Kosten begleitet sind.

Tabelle

1 · 4 Schnur, Durchmesser der Einzeldrähte 0,22 mm

P₁₁ (mm) P_r (mm) P_a ■

Standardschnur

Seil 1

Seil Il

Seil 111

Seil IV

Seil V

Seil VI

4,57	13,36	34
5,06	13,36	38
5,79	13,36	43,5
4,13	10,75	38,5
4,57	10,75	42,5
4,57	9,7	47
5.79	9,7	60

Fc

JOO 73 372 81 262 157

65

100	100
239	156
258	315
213	197
166	214
207	182
139	102

Claims

Patentansprüche:

1. Stahlseil 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, der bzw. das eine andere Wicklungssteigung als die Litze hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungssteigung des Umhüllungsdrahts einen Wert in dem Bereidi zwischen 38 und 47% der Verdrallungssteigung der die Litze bildenden Einzeldrähte hat.

2. Stahlseil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungssteigung des Umhüllungsdrahts einen Wert bis zu wenigstens 40% der Verdrallungssteigung der die Litze bildenden Einzeldrähte hat.

3. Stahlseil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungssteigung des Umhüllungsdrahts einen Wert hat, der nicht mehr als 45% der Verdrallungssteigung der die Litze bildenden Einzeldrähte beträgt.