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Aus mindestens zwei Komsonenten
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bestehendes Verstärkunqsseil.
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Wuppertal Die Erfindung betrifft ein Verstärkungsseil aus mindestens
zwei Komponenten, wobei eine Komponente aus Stahldrähten und eine zweite Komponente
aus Fäden aus p-aromatischen Polyamiden besteht.
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In der DE-OS 29 17 756 ist ein derartiges Verstärkungsseil beschrieben.
Es wird dort ausgeführt, daß der Unterschied in der Materialdehnung von Stahldrähten
und Fäden aus Aramiden über konstruktive Maßnahmen dadurch verringert werden soll,
daß der Stahldraht spiralig mit einer Schlaglänge um einen Kern aus Aramid-Fäden
gewickelt ist, welche kleiner ist als die der ;\ramid-Fäden. Ein solcher Stahldraht
trägt solange nicht Z7~ r Gesamtfestigkeit des Verstärkungsseiles bei, bis die Dehnung
der konstruktiven Maßnahmen überschritten ist, d.h. die Belastung wird anfangs nur
von den Aramidfäden aufgenommen. Außerdem ist diese konstruktive Maßnahme sehr aufwendig,
weil durch das Herumwickeln eines Stahldrahtes die Herstellgeschwindigkeit eines
solchen
Verstärkungsseiles mit Verringerung der Schlaglänge reduziert
wird. Außerdem wird durch die konstruktive Maßnahme im Belastungsfall eines in ein
elastomeres Material eingebetteten Verstärkungsseiles. die Bindung zwischen Verstärkungsseil
und elastomerem Material beeinträchtigt.
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Besonders beim Einsatz solcher Verstärkungsseile in elastomeren Erzeugnissen,
welche einer dynamischen Beanspruchung unterworfen sind, wie beispielsweise beim
Einsatz in Förderbändern, Treibriemen oder Fahrzeug-Luftreifen, ergibt die Beeinträchtigung
der Bindung zwischen Verstärkungsseil und elastomerem Material eine Erhöhung der
Korrosionsgefahr bei Stahldrähten. Eine Erniedrigung der Laufzeit solcher elastomerer
Erzeugnisse ist die Folge.
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Ein weiterer Nachteil des in der DE-OS 29 17 756 beschriebenen Verstärkungsseiles
liegt darin, daß durch die beschriebene konstruktive Maßnahme lediglich ein Bruch
der Stahldrähte bei Normal-Belastung vermieden wird. über diese konstruktive Maßnahme
würde nur durch eine sehr geringe Schlaglänge des um die Aramidfäden gewickelten
Stahldrahtes die Dehnung der Aramidfäden erreicht. Dies ergibt jedoch eine sehr
aufwendige Konstruktion des Verstärkungsseiles. Es ergibt sich zwar über die beschriebene
Maßnahme ein Verstärkungsseil mit höherer Reißkraft.
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Die Reißkraft der Aramidfäden läßt sich jedoch durch diese Maßnahme
bei vertretbarem Aufwand nicht voll ausnutzen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, unter Vermeidung der oben
beschriebenen Nachteile ein Verstärkungsseil der eingangs genannten Art mit sehr
hoher Reißkraft
zur Verfügung zu stellen, bei welchem sich die Reißkräfte
der Einzelkomponenten im wesentlichen addieren.
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Hat beispielsweise die Komponente der Stahldrähte eine Reißkraft von
300 N und die Komponente der Fäden aus aromatischen Polyamiden eine Reißkraft von
650 N, so soll ein aus diesen Komponenten bestehendes Verstärkungsseil eine Reißkraft
von etwa 950 N aufweisen.
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Unter dem Begriff Komponente werden Einzeldrähte, Litzen aus Drähten
und/oder Seile aus Stahldrähten bzw. Filamente und/oder Filamentgarne, welche jeweils
aus demselben Material bestehen, zusammengefaßt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verstärkungsseil aus
mindestens zwei Komponenten, wobei eine erste Komponente aus Stahldrähten und eine
zweite Komponente aus Fäden aus aromatischen Polyamiden besteht, dadurch gelöst,
daß das Kraft-Dehnungs-Verhalten der einen Komponente über eine Veränderung der
Dehnung, vorzugsweise der Materialdehnung, derart an das Rraft-Dehnungs-Verhalten
der anderen Komponente angepaßt wird, daß sich die Reibkräfte beider Komponenten
in etwa addieren.
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Unter aromatischen Polyamiden wird besonders Poly-(pphenylenterephthalamid)
verstanden.
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Hierbei kann das Kraft-Dehnungs-Verhalten der zweiten Komponente an
das der ersten Komponente angepaßt werden.
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Es kann aber auch das Kraft-Dehnungs-Verhalten der ersten
Komponente
erhöht und gleichzeitig das Kraft-Dehnungs-Verhalten der zweiten Komponente verringert
werden, so daß das Kraft-Dehnungs-Verhalten beider Komponenten zwischen dem Kraft-Dehnungs-Verhalten
der Einzelkomponenten liegt.
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Vorteilhaft ist es, daß das Kraft-Dehnungs-Verhalten der ersten Komponente
dem der zweiten Komponente angepaßt wird.
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Eine Anpassung des KraftEehnungs-Verhaltens der ersten Komponente
kann beispielsweise durch Verseilen mehrerer Stahldrähte zu einer Litze, welche
allein oder zu mehreren die erste Komponente ist, oder durch entsprechende Wärmebehandlung
jedes Stahldrahtes erfolgen.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn bei der ersten Komponente jeder
Stahldraht einen annähernd rechteckigen Querschnitt, dessen Kanten gerundet sind,-
aufweist, und verdreht ist.
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Dabei hat es sich als günstig erwiesen, wenn jeder Stahldraht 40 bis
200 Drehungen pro Meter aufweist. Die Querschnittsfläche jedes Stahldrahtes liegt
hierbei günstig zwischen 0,03 und 0,2 mm2, und das Verhältnis von Breite zu Dicke
jedes Stahldrahtquerschnitts zwischen 1 und 4.
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Liegt das Verhältnis von Breite zu Dicke des Stahldrahtquerschnitts
bei 1, so ergibt sich ein Stahldraht mit annähernd quadratischem Querschnitt, dessen
Ecken gerundet sind.
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Ein annähernd rechteckigen Querschnitt aufweisender Stahldraht kann
beispielsweise derart hergestellt werden, daß ein Draht mit rundem Querschnitt flachgewalzt
oder durch
einen Ziehstein, dessen Ziehloch rechteckigen Querschnitt
aufweist, gezogen wird, wobei in Breitenrichtung quer zur Laufrichtung des Drahtes
auf einen Formzwang verzichtet wird und das Drahtmaterial in dieser Richtung frei
fließen kann.
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Die durch die bisher beschriebenen Merkmale ausgezeiclllleten Komponenten
lassen sich zu vielen Verstärkungskonstruktionen einsetzen. Es genügt schon, wenn
beide Komponenten zu einem Seil zusammengefaßt.werdenr von denen wieder mehrere
zusammengefaßt werden können. Auch ist es möglich, die Einzelkomponenten lagenweise
im Verstärkungsseil anzuordnen, wobei eine Kernlage aus der ersten Komponente, welche
beispielsweise aus einem einzigen Stahldraht, aus mehreren Stahldrähten, aus einer
Litze, welche zwei oder mehr Stahldrähte enthä]t und/oder aus mehreren Litzen bestehen.
Um diese Kernlage kann eine zweite Lage aus Fäden aus aromatischen Polyamiden angeordnet
sein.
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Eine dritte Lage der ersten Komponente kann ebenfalls um die ersten
beiden Lagen angeordnet sein.
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Ebenfalls ist es'möglich, daß die Kernlage aus der zweiten Komponente
besteht, um welche eine zweite Lage der ersten Komponente angeordnet ist, wobei
auch hierbei eine dritte Lage der zweiten Komponente angeordnet sein kann.
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Es ist hierbei von Bedeutung, daß jeweils mindestens die äußere Lage
mit einem Bindemittel beschichtet ist, welches eine gute Bindung zwischen dem Komponentenmaterial
und dem elastomeren Material gewährleistet. Die Stahldrähte der ersten Komponenten
sind vorteilhaft mit Messing beschichtet.
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Das Kraft-Dehnunqs-Verhalten der ersten Komponente kann besonders
gut an die der zweiten Komponente angepaßt werden, wenn jeweils zwei oder mehr Stahldrähte
miteinander verdreht sind.
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Die bevorzugten Verwendungsgebiete der erfindungsgemäßen Verstärkungsseile
liegen bei der Herstellung von Fahrzeugluftreifen, Transportbändern und Treibriemen.
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Durch den gleichzeitigen Einsatz der beiden Komponentenmaterialien
ergibt sich ein Verstärkungsseil, welches die guten Eigenschaften beider Materialien
besitzt.
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Ein solches Verstärkungsseil besitzt hohe Festigkeit, genügend Steifigkeit
und somit die erforderliche Formstabilität im elastomeren Erzeugnis, gute Ermüdungseigenschaften
und gute Wärmeleitfähigkeit. Die Korrosionsneigung ist wesentlich verringert. Reibkorrosion
findet praktisch nicht mehr statt. Das Gewicht pro Meter wird bei gleicher Seilfestigkeit
gegenüber Verstärkungsseilen aus Stahldrähten erheblich geringer, wodurch beispielsweise
beim Einsatz erfindungsgemäßer Verstärkungsseile in Fahrzeugluftreifen die Fliehkräfte
extrem erniedrigt werden.
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Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 schematisch ein Kraft-Dehnungs-Diagramm eines herkömmlichen
Verstärkungscordes aus Stahl und Aramid, sowie deren Einzelkomponenten,
Fig.
2 schematisch ein Kraft.Dehnungs-Diagramm von drei verschieden behandelten Stahldrähten,
Fig. 3 schematisch ein Kraft-Dehnungs-Diagramm eines erfindungsgemäßen Verstärkunqsse
lis und dessen Komponenten, Fig. 4 ein Kraft-Dehnungs-Diagramm eines erfindungsgemäßen
Verstärkungsseils und dessen Komponenten.
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In Fig. 1 ist schematisch ein Kraft-Dehnungs-Diagramm eines herkömmlichen
Verstärkungscordes aus Stahl und Aramid, sowie dessen Einzelkomponenten dargestellt.
Bei Kurve 1 handelt es sich um ein typisches Kraft-Dehnungs-Verhalten von Fäden
aus p-aromatischen Polyamiden,bei Kurve 2 um das eines üblichen Stahldrahtes. Die
gestrichelt gezeichnete Kurve 3 zeigt das typische Kraft-Dehnungs-Verhalten eines
Verstärkungsseiles, bestehend aus Aramid-Fäden gemäß Kurve 1 und Stahldraht gemäß
Kurve 2.
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Der Stahldraht und die Aramid-Fäden haben eine Reißkraft Pl, wobei
der Stahldraht eine Bruchdehnung von etwa 2% und die Aramid-Fäden eine Bruchdehnung
von 42 aufweist.
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Bei dem aus diesen beiden Komponenten bestehenden Verstärkungsseil
ergibt sich zunächst ein Kraft-Dehnungs-Verhalten, bei welchem sich die Einzelkräfte
der Komponenten bei den entsprechenden Dehnungen addieren. Ist eine Dehnung von
etwa 2% erreicht, ergibt sich für das Verstärkungsseil eine Kraft P2 welche so groß
ist wie die Summe der Kräfte Pl und P3. Da nun die Bruchdehnung der Stahldrähte
erreicht ist, fällt die Kraft bei weiterer
Dehnung schnell ab.
Die Reißkraft der Aramidfäden wird somit nicht ausgenutzt.
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In Fig. 2 ist schematisch das Kraft-Dehnungs-Verhalten von drei verschieden
behandelten Stahldrähten dargestellt.
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Bei Kurve 4 handelt es sich um einen Stahldraht, welcher nahezu einen
rechteckigen Querschnitt aufweist, jedoch ungedreht ist. Wenn ein solcher Stahldraht
mit etwa 90 Drehungen pro Meter versehen ist, ergibt sich für diesen gedrehten Stahldraht
ein Kraft-Dehnungs-Verhalten gemäß Kurve 5, bei etwa 150 Drehungen pro Meter ein
Verhalten gemäß Kurve 6. Aus Kurve 4 ist zu erkennen, daß sich der ungedrehte rechteckige
Stahldraht genauso verhält wie der Stahldraht gemäß Kurve 2. Er besitzt eine Reißkraft
von Pl und eine Bruchdehnung von etwa 2%. Wird ein solcher Stahldraht mit 90 Drehungen
pro Meter versehen, zeigt sich, daß die Bruchdehnung auf etwa 3,5% erhöht wurde,
wobei gleichzeitig die Reißkraft P1 nur geringfügig abfällt auf einen Wert, der
etwa bei 97% von Pl liegt. Wird derselbe Stahldraht mit 150 Drehungen pro Meter
versehen, ergibt sich eine Bruchdehnung von etwa 4%, wobei die Reißkraft auf etwa
96% von P1 abfällt.
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Wird nun ein solcher gedrehter,annähernd rechteckigen Querschnitt
aufweisender Stahldraht in einem Verstärkungsseil mit Aramidfäden eingesetzt, ergibt
sich ein Kraft-Dehnungs-Verhalten gemäß Kurve 7 in Figur 3. In dieser Fig. 3 sind
zur Veranschaulichung die Kurve 1 (Kraft-Dehnungs-Verhalten der Aramid-Fäden) und
Kurve 6 (Kraft-Dehnungs-Verhalten des mit 150 Umdrehungen pro Meter beaufschlagten
Stahldrahtes mit annähernd rechteckigem Querschnitt) dargestellt. Kurve 7 zeigt
anschaulich, daß
die Reißkraft P4 des Verstärkungsseiles gleich
ist wie die Summe der Reißkräfte der beiden Einzelkomponenten, die beide bei P1
liegen. Also gilt P2 = 2 P1, wobei die Bruchdehnung der Verstärkungsseiles etwa
bei 4% liegt.
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In Fig. 4 ist das Kraft-Dehnungs-Verhalten eines erfindungsgemäßen
Verstärkungsseiles dargestellt, welches aus einer ersten Komponente, einem Stahldraht,
welcher von einem runden Draht mit 0,25 mm durch Flachwalzen auf 0,2 mm Dicke hergestellt
wurde, wobei die Querschnittsfläche des flachgewalzten Drahtes der des vorherigen
runden Drahtes entspricht, und einer zweiten Komponente, einem Faden aus p-aromatischen
Polyamiden mit einer Stärke von 2 x 1680 dtex f 1000 (2 Garne mit einem Titer von
1680 dtex, wobei jedes Garn aus 1000 Filamenten besteht), besteht. Beide Komponenten
wurden mit 60 Umdrehungen pro Meter versehen. Hierbei ergab sich für den Stahldraht
eine Bruchdehnung von etwa 4% und eine Reißkraft von 290 N und für den Aramidfaden
ebenfalls eine Bruchdehnung von etwa 4% und eine Reißkraft von 640 N. Das aus diesen
beiden Komponenten bestehende Verstärkungsseil hatte ebenfalls eine Bruchdehnung
von etwa 4%, wobei die Reißkraft einen Wert von 920 N erreichte. Das verwendete
Meßinstrument zur Messung der Zugkraft hatte im Bereich von 1000 N eine Meßgenauigkeit
von etwa i 10 N, so daß davon ausgegangen werden kann, daß die Reißkraft des Verstärkungsseiles
(920 N) gleich der Summe der Reißkräfte der Einzelkomponenten (640 N und 290 N)
ist.
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Bei einem solchen Verstärkungsseil haben also beide Komponenten des
Verstärkunqsseiles bis zum Bruch traqende Funktion.