DE3131606C2

DE3131606C2 - Metallcord und dessen Verwendung

Info

Publication number: DE3131606C2
Application number: DE3131606A
Authority: DE
Inventors: Koichi Kojima; Eiichi Tokio Koyama; Noboru Ohme Tokio Kusakabe; Masaaki Sakato Morimoto
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1980-08-11
Filing date: 1981-08-10
Publication date: 1984-06-28
Also published as: FR2488298B1; DE3131606A1; GB2081765A; CA1166412A; JPS5743866A; IT1137858B; ES504580A0; BE889851A; NL190059B; US4399853A; AU526174B2; AU7354681A; FR2488298A1; NL190059C; ES8204341A1; BR8105127A; NL8103736A; JPS6049421B2; GB2081765B; IT8123453A0

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verbundmaterial, bei dem Metallcorde in Kautschuk eingebettet sind. Der Cord besteht aus zumindest drei verseilten Drähten und hat unter einer Last von 5 kg (P ↓1) eine Dehnung von 02 bis 1,2% und unter einer Last von 2 kg (P ↓2) eine Dehnung von nicht mehr als 0,947P ↓1-0,043 vor dem Einbetten in Kautschuk. Dieses Verbundmaterial eignet sich besonders zur Verstärkung von Gürtelreifen.

Description

ei ίο eines Luftreifens.

ti 15 Die Erfindung betrifft einen Metaücord, hergestellt durch Verseilen von zumindest drei Metalldrähten.
ff Zur Stahlgürtel-Verstärkung in Radial-Fahrzeugreifen werden im allgemeinen 1 χ 4 oder 1 χ 5 Stahlcorde

§ angewandt, die durch Verseilen von vier bzw. fünf Stahldrähten erhalten worden sind. In F i g. 1 sind Querschnit-

;! te derartiger Stahlcorde gezeigt (RUBBER AGE, Mai 1971, S. 59). Daraus ergibt sich, daß sich in der Mitte des

ρ Seils in Längsrichtung ein Hohlraum befindet.

p 20 Werden derartige Stahlcorde für die Stahlgürtel-Verstärkung angewandt und kommt es bei dem Reifen zu r_; einer Beschädigung von außen bis zum Metallcord durch z. B. Kieselsteine, Nägel oder dergleichen, so dringt

i" während des Fahrens Wasser oder dergleichen in die Schadenstelle ein und verteilt sich über diesen Längshohl-

; raum im Cord. Es kommt zu einer Korrosion, die ihrerseits zu einer Zerstörung der Haftung und damit dem

!,'. Auftrennen zwischen Cord und Kautschuk führt.

i_f 25 Es wurden bereits viele Versuche zur Überwindung dieser Nachteile gemacht. Aus der US-PS 42 58 543 sind i Corde mit Querschnitten, wie sie in Fig.2 dargestellt sind, bekannt. Mehrere Drähte sind zu einem etwas

'\ größeren Corddurchmesser verseilt, ohne daß sie sich gegenseitig berühren, so daß ein Zwischenraum zwischen

Α' benachbarten Drähten entsteht; die Drähte sind gleichmäßig in dem sie umschreibenden Kreis des Cords

\? angeordnet. Hingegen besitzen die üblicherweise angewandten Corde eine kompaktere Struktur, keinen Zwi-

% 30 schenraum zwischen benachbarten Drähten und der Cordumfang schließt sich eng an die Verseilung an (F i g. 1). Die Korrosionsbeständigkeit derartiger Metallcorde soll verbessert sein, da beim Einbetten der Corde in Kautschuk und Vulkanisieren (Härten) in der Wärme der Kautschuk in den Mittenhohlraum des Cords durch die I Abstände zwischen den Drähten aufgrund seines fließfähigen Zustands zu Beginn der Vulkanisation einzudrin-

i^: gen vermag (DE-OS 23 63 239). Dadurch kann bei einer Beschädigung des Cords von außen Wasser nicht in

ι;' 35 diesen eindringen.

; Durch Versuche und aus der Erfahrung ergibt sich jedoch, daß obige bekannte Corde folgende Nachteile

besitzen: Da das Vulkanisieren im allgemeinen unter einem Druck von 40 bis 400 N/cm² stattfindet, fällt die lockere Anordnung im Cord unter dieser Druckeinwirkung zusammen, d. h. der Abstand zwischen den benachbarten Drähten geht verloren. Dadurch kann der fließfähige Kautschuk kaum noch in den Mittenhohlraum des 40 Cords eindringen bzw. es findet nur ein örtliches Eindringen von geringen Kautschukmengen statt.

Wird nun ein mit einem derartigen Cord hergestellter Reifen von außen beschädigt, erfolgt in kurzer Zeit eine Korrosion an der Zwischenfläche zwischen dem örtlich eingedrungenen Kautschuk und dem Cord durch Eindringen des Wassers, das sich in Längsrichtung des Cords über diese korrodierte Zwischenfläche verteilt. Es kommt damit wieder zu einer Trennung von Cord und Kautschuk.

45 Aufgabe der Erfindung ist eine Cord-Konstruktion für die Einbettung in Kautschuk, die das Eindringen von Kautschuk in die Seile oder Stränge bei der Vulkanisation in ausreichendem Ausmaß gestattet, ohne daß dabei die Anordnung der einzelnen Drähte im Strang durch Druckeinwirkung nachteilig beeinflußt wird und ohne daß es durch Eindringen von Wasser bei Beschädigung eines Reifens bis auf den Cord zur Korrosion an der und Auftrennung in der Zwischenfläche von Cord und Kautschuk durch Wasser kommt.
50 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Cord gelöst, wie er im Anspruch 1 beschrieben ist.

Patentanspruch 2 betrifft eine vorteilhafte Ausbildung und Patentanspruch 3 eine bevorzugte Verwendung des Metallcords nach Anspruch 1.
Die Erfindung wird anhand der Figuren weiter erläutert.
F i g. 1 zeigt einen schematischen Querschnitt üblicher kompakter Metallcorde;

55 F i g. 2 zeigt einen schematischen Querschnitt von Metallcorden entsprechend der US-PS 42 58 543;
F i g. 3 zeigt Querschnitte durch erfindungsgemäße Seilanordnungen in den Corden und
F i g. 4 ist ein Diagramm, aus dem die Beziehung zwischen den Dehnungen unter den beiden Belastungen P, und P₂ des Metailcords und dem Eindringen des Kautschuks bei der Vulkanisation entnommen werden kann.

Ein Metallcord nach der Erfindung wird hergestellt durch Verseilen von zumindest drei Arten der Anordnung

60 in Längsrichtung mit Ausnahme der Möglichkeit, daß sich alle Drähte berühren. Um Metallcorde mit derartig verschiedenen Querschnittsformen zu erreichen, muß der Cord unter einer Last von 5 kg (P]) eine Dehnung von 0,2 bis 1,2% und unter einer Last von 2 kg (P₂) eine Dehnung von nicht mehr als 0,947P₁-0,043, vorzugsweise nicht mehr als 0.947P,-0,083, insbesondere nicht mehr als 0,947Pi — 0,204 — ausgedrückt in Prozent - haben.

Wenn die Dehnung unter der Last von Pi < 0,2% ist, erreicht man den erfindungsgemäß angestrebten Vorteil

65 nicht, da kein großer Unterschied zwischen diesem Cord und dem üblichen kompakten Cord ist. wahrend bei Überschreiten einer Dehnung von 1.2% es zu einer Störung der Drahtanordnung im Bereiche des Cordendes kommt und damit die Verarbeitbarkeit in Frage gestellt sein könnte. Im Hinblick auf die Verarbeitbarkeit bevorzugt man eine Dehnung bei P, von 0,2 bis 0,7%. hinsichtlich der Eindringungsfähigkeit des Kautschuks von

0,7 bis 1,2%. Ist andererseits die Dehnung bei der Last P\ innerhalb obigen Bereichs, so nimmt die Tendenz des Cords zum Zusammenbruch seiner Struktur beim Heißpressen nach dem Einbetten im Kautschuk zu, wenn die DeHnungJ^dej fast P₂ den Wert Ο,947^;ίΊ—0,043 übersteigt, und folglich kärin der Kautschuk nur noch kaum in dep Cpr4"q(n.dnngen, " ' ' ..' ·. ' ' ^:

Pie CferjijvinJ bei der Last7*2 )v\.~d in Verbindung mit den Eindrmgeigenschafteh des Kautschuks in den Cord äher?r]aut|?ri;; ^ ^"' "' ' '^

Ia, oTfe.n;verseiitein, Corden'neigen1 die die Corde aufbauenden Drähte dazu, sich gegen die Mitte des Cords zusiunmeqziizieheiT, wenn.an den' CoVd Zugspannung angelegt wirtl Selbst wenn die Dehnung bei der Last P₁ konstant is{, k^nti m djefem Fall die.üehtiung bei defLast Pi groß öder; klein sein.

Ejne'gr.oQ?,i)eliriun| bei PjentSprfch'f ^!eiftehi FaH, bei/dem de/ Corcfqüersch'nittin Längsrichtung gleichmäßig isfÖderäef '^b'stäri&'zw'ischen cjön i&äfchbarten^;:Örähten gleichmäßiges? (FTg.-2): Jeder Draht, der den Cord aufbauVisTdäHer bestHiDtsich ge'g'en¹ die Mitte deiCörds"frei^Tzü bewegen,~so daß die Dehnung unter einer Last von 2 kg/Cord relativ hoch ist.

Andererseits entspricht eine geringe Dehnung bei der Last P₂ einem Fall, bei dem der Cordquerschnitt ungleichmäßig ist,.wie beispielsweise Fig.3B bis 3E bei einer 1 χ 5-VerseiIung. Die den Cord aufbauenden Drähte berühren sich.ieilw.eise, aber nicht vollständig, jeder. Draht hat die Tendenz, sich gegen die Mitte des Cords zu;bewegen,.so-daß in diesem Fall der Berührungsdruck (oder Rückprallkraft) auf die benachbarten berührten Drähte wirkt und die Dehnung unter einer Last von 2 kg/Cord geringer wird.

Wird die Anzahl der Berührungspunkte. 3 zwischen benachbarten Drähten bei den in F i g. 3 gezeigten Querschnittsformen als »Anzahl der Berührungen« bezeichnet und die Dehnung unter der Last P\ als konstant angenommen, so wird die Ungleichmäßigkeit der Querschnittsformen des Cords durch die Anzahl der Berührungen definiert, d. h. je größer die Anzahl der Berührungen ist, umso ungleichmäßiger ist die Querschnittsform.

In der einzelnen Strang- oder Seilkonstruktion ist die Ungleichmäßigkeit der Querschnittsform des Cords maximal, wenn die Anzahl der Berührungen bei einem Cord aus fünf Drähten 4 ist (1 χ 4 D F i g. 3). Demzufolge ist der Abstand zwischen benachbarten, sich nicht berührenden Drähten maximal und es kommt in der Wärme beim Vulkanisieren nur kaum zu einem Zusammenbruch der Struktur des Cord, so daß der für das Eindringen des Kautschuks in den Cord erforderliche Abstand aufrecht bleibt.

In dem Cord nach der Erfindung wird bevorzugt, daß der Verseil-Abstand der Drähte 3 bis 16 mm beträgt. Beträgt dieser Abstand weniger als 3 mm, so ist die Leistungsfähigkeit der Cordproduktion beträchtlich herabgesetzt und der wirtschaftliche Wert rechtmäßig, während bei einem Abstand über 16 mm die Knickwider-Standsfähigkeit des Cords bei Knick-Ermüdung wesentlich herabgesetzt ist. Im Hinblick auf die Produktionsleistung wird ein Verseil-Abstand nicht unter 8 mm bevorzugt, so daß dieser Abstand von 8 bis 16 mm praktisch das Optimum ist.

Der für den Aufbau des Cords nach der Erfindung angewandte Draht besitzt vorzugsweise eine Stärke von 0,12 bis 0,4 mm. Bei geringerem Durchmesser als 0,12 mm ist die Festigkeit zu gering, während bei einer Stärke über 0,4 mm die Ermüdungsbeständigkeit in ungebührlichem Ausmaß absinkt. Die Art des Metallcords ist nicht kritisch, jedcch wird Stahlcord im Hinblick auf die Verfügbarkeit im Handel und den Kostenfaktor bevorzugt. Die Stahldrähte können mit einem Metall wie Kupfer, Zinn, Zink oder dergleichen oder Legierungen enthaltend Nickel, Kobalt oder dergleichen überzogen sein, um die Haftung zwischen Draht und Kautschuk zu verbessern.

Die Metallcorde nach der Erfindung werden wie folgt hergestellt: Eine gegebene Anzahl von vorher weitgehend bearbeiteten Drähten wird verseilt und dann in Radialrichtung derart verpreßt, daß eine gegebene Dehnung unter der Last P] (5 kg/Cord) erreicht wird. So werden beispielsweise Corde nach Versuch 2 in folgender Tabelle 1 hergestellt durch Verseilen von fünf bearbeiteten Stahldrähten jeweils mit einer Dehnung von 1,8% unter der Last P\ auf einer üblichen Verseil-Maschine und anschließendem Preisen auf einem Waizcngerüst auf eine Dehnung von 0,87% bei einer Last P\.

Für die Einbettung der Metallcorde nach der Erfindung kann Naturkautschuk angewandt werden. Bevorzugt ist der Kautschuk des Verbundmaterials aus erfindungsgemäßem Cord —■ eingebettet in Kautschuk —, das beispielsweise als Gürtelverstärkung für Radialreifen dient, ein solcher, der einen 50% Modul im Bereich von 100 bis 400 N/cm² besitzt. Liegt der 50% Modul < 100 N/cm², wird die im Endteil des Cords sich aufbauende Spannung größer und die Widerstandsfähigkeit gegen die Auftrennung des Gürtelendes wird schlechter (Weiterreißen im Kautschuküberzug vom Cordende des Gürtels). Überschreitet jedoch der 50% Modul 400 N/cm², so kann die Haltbarkeit des Gürtels verschlechtert werden oder es kann zum Knicken des Cords kommen, während gleichzeitig die Verarbeitbarkeit beträchtlich absinkt.

Der erfindungsgemäße Cord gestattet sowohl in Längsrichtung als auch in Querrichtung einwandfrei das Eindringen des Kautschuks, so daß eine Diffusion von Rost oder Korrosionsprodukten über die Oberfläche des Cords in Folge des Eindringens von Wasser nach äußerlichen Beschädigungen vermieden ist. Das Auftrennen durch Verringerung der Haftung zwischen Cord und Kautschuk in Folge von Korrosion ist weitgehend vermindert, so daß der Cord, eingebettet in Kautschuk, zu einer Verlängerung der Lebensdauer oder Betriebsfähigkeit der damit hergestellten Gegenstände, insbesondere Fahrzeugbereifungen, führt. Der erfindungsgemäße Cord zeigt nicht nur hervorragende Eigenschaften bei der Anwendung in Reifen, sondern läßt sich auch in großem Umfang für Industrieprodukte wie Bodenfräser für die Landwirtschaft, Gurte und Riemen und dergleichen anwenden.

Nach der Erfindung lassen sich auch mehrfach verseilte Corde wie 2 + 7, 3 + 6, 3 + 9, 4+10, 3 + 9+15 und andere Konstruktionen sowie Bündelkonstruktionen wie 7 χ 3, 7 χ 4 und dergleichen herstellen.

Die Erfindung wird anhand folgender Beispiele weiter erläutert.

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Beispiel 1

12 Arten Metallcorde, wie sie in der Tabelle 1 charakterisiert sind, wurden hergestellt durch Verseilen von zumindest 3 Stahldrähten, jeweils überzogen mit Messing, bei einem Verseil-Abstand von 9,5 mm. Jeder Cord wurde in Kautschuk (50% Modul = 250 N/cm²) für einen Reifengürtel eingebettet, der Kautschuk vulkanisiert und dann der Metallcord aus dem Vulkanisat genommen und die Länge eines Stückes bestimmt, über die der Kautschuk praktisch vollständig in den Mittenteil eingedrungen war. Es wurde das Ausmaß des Eindringens des Kautschuks bewertet durch einen Index in Form des Verhältnisses der Länge von eingedrungenem Kautschuk zu der gesamten Cordlänge. Zum Vergleich wurden ähnliche Bewertungen mit Corden entsprechend F i g. 1

ίο vorgenommen. Auch diese Ergebnisse sind in die Tabelle 1 aufgenommen. In diesem Fall beziehen sich die Dehnungswerte (%) unter den Lasten P\ 5 kg und P₂ 2 kg/Cord auf eine Gesamtlänge von 20 bzw. 50 cm und eine Querschnittsform, wie sie in F i g. 3 gezeigt ist, ermittelt durch Betrachtung von Schnitten in einer Lupe alle 5 mm.

Tabelle 1

Die Werte für das Eindringen des Kautschuks bei den erfindungsgemäßen Corden entsprechend den Versuchen 1 bis 12 der Tabelle 1 sind in dem Diagramm der Fig.4 eingetragen. Darin ist die Dehnung bei Last P\ gegen die Dehnung bei Last P₂ aufgetragen; es entsprechen die Zeichen O 80 bis 100,<C>60 bis 79, D 40 bis 59, Δ20 bis 39 und V 0 bis 19.

Aus Tabelle 1 in Verbindung mit Fig.4 ergibt sich, daß die Corde der Versuche 1 bis 8 (vorzugsweise der Versuche 1 bis 6) mit einer Dehnung bei der Last P₂ S0,947P₁-0,043 (vorzugsweise < 0,947 P,-0,083) eine

Kautschuk-Eindringung von nicht weniger als 25 (vorzugsweise nicht weniger als 55) haben, woraus folgt, daß der Kautschuk gut in den Cord eindringt. Andererseits sind die Corde der Versuche 9 bis 12 mit einer Dehnung bei Last P₂ > 0,947P,-0,044 im wesentlichen die gleichen wie der Cord mit gleichmäßig loser Querschnittsfläche, dessen Drähte sich nicht berühren und dessen Kautschuk-Einbringung nur mäßig ist.

Luftreifen der Reifengröße 175 SR 14 wurden mit Corden entsprechend den Versuchen 1 bis 12 der Tabelle 1

als Verstärkung für eine Gürtellage (50% Modul des Oberzug-Kautschuks = 250 N/cm²) hergestellt. Im Bereich der Bodenberührung jedes Reifens wurden bis zum Metallcord Löcher mit einem Durchmesser von 3 mm gebohrt. Nach einer Fahrstrecke von 50 000 km auf einer üblichen Straße wurde der Cord aus dem Reifen an einer Stelle entsprechend der des Lochs entnommen und dann abgeschätzt, in wie weit die Haftfläche zwischen Cord und Gummi entsprechend der Länge des korrodierten Cords zerstört war und als Index auf der Basis, daß

die korrodierte Cordlänge von Versuch 13 100 beträgt, angegeben. Die Ergebnisse sind ebenfalls in der Tabelle Ί enthalten. Kleinere Indexwerie zeigen besseres Körrosionsverhaitcr. des Cords an. Aus den Werten der Tabelle 1 ergibt sich, daß Reifen mit Corden der Versuche 1 bis 8 nach der Erfindung verbesserte Korrosionsbeständigkeit besitzen und die Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit besonders augenfällig ist bei den Reifen entsprechend Versuch 1 bis 6, da deren Lebensdauer sehr weitgehend verlängert ist

Beispiel 2

Die gleichen Bewertungen wie in Beispiel 1 wurden vorgenommen mit einem Metallcord nach der Erfindung,

dessen Dehnung unter der Last P, 0,70% und unter der Last P₂ 0,52% entsprach und deren Querschnittsformen in der F i g. 3 gezeigt sind, und zwar aus jeweils fünf messingplattierten Stahldrähten mit einer Stärke von

0,25 mm, wobei der Überzugs-Kautschuk einen 50% Modul von 100 bis 400 N/cm² hatte. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 zusammengefaßt

Versuch	Cord	1,00	P₂(Vo)	Querschnitts	Kautschuk	korrodierte
		0,87		form	eingedrungen	Cordlänge
1	(1 · 5) · 0,25	0,30	0,62	ABCC'DD'E	100	5
2	(1 ■ 5) ■ 0,25	0,70	0,45	ABCC'DD'E	95	5
3	(1 ■ 5) · 0,25	0,50	0,10	ABCC'DD'E	65	10
4	(1 · 4) ■ 0,25	0,84	0,42	ABCCD	70	10
5	(1 ■ 3) · 0,25	0,64	0,27	ABC	80	7
6	(1 · 5) · 0,25	0,33	0,72	ABCC	55	15
7	(1 · 4) · 0,25	0,70	0,54	ABCC	50	20
8	(1 · 3) · 0,25	0,64	0,27	ABC	25	40
9	(1 ■ 4) · 0,25	0,50	0,64	AB	15	95
10	(1 ■ 4) ■ 0,25	0,30	0,60	AB	10	98
11	(1 ■ 3) · 0,25	(0,14)	0,47	AB	5	100
12	(1 · 5) ■ 0,25	0,27	AB	0	100
13	1 · 5) · 0,25	(0,06)	Fig.l	0	100

Tabelle 2

Versuch

50% Modul (N/cm²)

Cord

Querschnittsform

Kautschuk korrodierte

eingedrungen Cordlänge

14	100	(1	■5)	• 0,25	0,70	0,52	ABCC'DD'E	95	5
15	200	(1	•5)	• 0,25	0.70	0,52	ABCC'DD'E	95	5
16	300	(1	•5)	• 0,25	0,70	0,52	ABCC'DD'E	95	5
17	400	(1	•5)	• 0,25	0,70	0,52	ABCC'DD'E	95	5

Aus Tabelle 2 ergibt sich, daß die Vorteile nach der Erfindung erreicht werden ohne Beeinflussung durch eine
Änderung des 50% Moduls des Kautschuks, vorausgesetzt, daß dieser innerhalb eines bestimmten Bereich liegt.

Beispiel 3

Der gleiche Cord wie in Beispiel 2 wurde zur Venaärkung der Raupen für landwirtschaftliche Bodenfräsen
verwendet. Nach einer Betriebszeit von 1 Jahr zeigte sich auch hier, daß die Korrosionsbeständigkeit des Cords
nach der Erfindung wesentlich verbessert ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Pl Patentansprüche:

I 1. Metallcord, hergestellt durch Verseilen von zumindest drei Metalldrähten, dadurch gekenn-

R zeichnet, daß der Cord eine Dehnung unter einer Last von b kg/Cord (P\) von 0,2 bis 1,2% und unter einer

I' 5 Last von 2 kg/Cord (P₂) von nicht mehr als 0,94 P₁ —0,043 hat und in Längsrichtung zumindest drei Arten von

jf Querschnittsformen entsprechend F i g. 3 mit Ausnahme der Berührung aller Drähte haben kann und der

I Verseil-Abstand der Drähte im Cord 3 bis 16 mm beträgt

I; 2. Metallcord nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er ein (1 χ 5) χ 0,25Cordist.

S 3. Verwendung des Cords nach Anspruch 1 oder 2, eingebettet in Kautschuk, zur Verstärkung des Gürtels