DE3317708C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verstärkungsseil aus zwei Komponenten, wobei eine erste Komponente aus Stahldrähten und eine zweite Komponente aus Fäden aus aromatischen Polyamiden besteht.

In der DE-OS 29 17 756 ist ein derartiges Verstärkungs­ seil beschrieben. Es wird dort ausgeführt, daß der Unter­ schied in der Materialdehnung von Stahldrähten und Fä­ den 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 Aramid- Fäden. Ein solcher Stahldraht trägt solange nicht zur Gesamtfestigkeit des Verstärkungsseiles bei, bis die Dehnung der konstruktiven Maßnahmen überschritten ist, d. h. die Belastung wird anfangs nur von den Aramid- Fäden aufgenommen. Außerdem ist diese konstruktive Maß­ nahme sehr aufwendig, weil durch das Herumwickeln eines Stahldrahtes die Herstellgeschwindigkeit eines solchen Verstärkungsseiles mit Verringerung der Schlaglänge re­ duziert wird. Außerdem wird durch die konstruktive Maß­ nahme im Belastungsfall eines in ein elastomeres Material eingebetteten Verstärkungsseiles die Bindung zwischen Verstärkungsseil und elastomerem Material beeinträchtigt. Besonders beim Einsatz solcher Verstärkungsseile in ela­ stomeren Erzeugnissen, welcher einer dynamischen Bean­ spruchung unterworfen sind, wie beispielsweise beim Ein­ satz in Förderbändern, Treibriemen oder Fahrzeug-Luft­ reifen, 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.

Ein weiterer Nachteil des in der DE-OS 29 17 756 beschrie­ benen Verstärkungsseiles liegt darin, daß durch die be­ schriebene konstruktive Maßnahme lediglich ein Bruch der Stahldrähte bei Normal-Belastung vermieden wird. Über diese konstruktive Maßnahme würde nur durch eine sehr ge­ ringe Schlaglänge des um die Aramidfäden gewickelten Stahldrahtes die Dehnung der Aramidfäden erreicht. Dies ergibt jedoch eine sehr aufwendige Konstruktion des Ver­ stärkungsseiles. Es ergibt sich zwar über die beschriebe­ ne Maßnahme ein Verstärkungsseil mit höherer Reißkraft. Die Reißkraft der Aramidfäden läßt sich jedoch durch diese Maßnahme bei vertretbarem Aufwand nicht voll aus­ nutzen.

Aufgabe der Erfindung ist es, unter Ver­ meidung der oben beschriebenen Nachteile ein Verstärkungs­ seil der eingangs genannten Art mit sehr hoher Reißkraft zur Verfügung zu stellen, bei dem die Stahldrähte - trotz einfacher Verseiltechnik - über den gesamten Lastbereich im wesentlichen bis zum Bruch des Verstärkungsseiles hin die Last anteilmäßig übernehmen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verstärkungsseil der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß bei der ersten Komponente jeder Stahldraht einen annähernd rechteckigen Querschnitt, dessen Kanten gerundet sind, aufweist und verdreht ist.

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 Verstärkungs­ seil eine Reißkraft von etwa 950 N aufweisen.

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.

Unter aromatischen Polyamiden wird besonders Poly-(p-phenylen- terephthalamid) verstanden.

Dabei hat es sich als günstig erwiesen, wenn jeder Stahl­ draht 40 bis 200 Drehungen pro Meter aufweist. Die Quer­ schnittsfläche 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. Liegt das Verhältnis von Breite zu Dicke des Stahldraht­ querschnitts bei 1, so ergibt sich ein Stahldraht mit annähernd quadratischem Querschnitt, dessen Ecken gerundet sind.

Ein annähernd rechteckigen Querschnitt aufweisender Stahl­ draht 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 verzich­ tet wird und das Drahtmaterial in dieser Richtung frei fließen kann.

Die durch die bisher beschriebenen Merkmale ausgezeichneten Komponenten lassen sich zu vielen Verstärkungskonstruk­ tionen einsetzen. Es genügt schon, wenn beide Komponenten zu einem Seil zusammengefaßt werden, von denen wieder mehrere zusammengefaßt werden können. Auch ist es möglich, die Einzelkomponenten lagenweise im Verstärkungsseil anzu­ ordnen, wobei eine Kernlage aus der ersten Komponente, welche beispielsweise aus einem einzigen Stahldraht, aus mehreren Stahldrähten, aus einer Litze, welche zwei oder mehr Stahldrähte enthält und/oder aus mehreren Litzen bestehen. Um diese Kernlage kann eine zweite Lage aus Fäden aus aromatischen Polyamiden angeordnet sein. Eine dritte Lage der ersten Komponente kann ebenfalls um die ersten beiden Lagen angeordnet sein.

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.

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 Komponente sind vorteilhaft mit Messing be­ schichtet.

Das Kraft-Dehnungs-Verhalten der ersten Komponente kann besonders gut an die der zweiten Komponente angepaßt werden, wenn jeweils zwei oder mehr Stahldrähte miteinander verdreht sind.

Die bevorzugten Verwendungsgebiete der erfindungsgemäßen Verstärkungsseile liegen bei der Herstellung von Fahr­ zeugluftreifen, Transportbändern und Treibriemen.

Durch den gleichzeitigen Einsatz der beiden Komponenten­ materialien ergibt sich ein Verstärkungsseil, welches die guten Eigenschaften beider Materialien besitzt.

Ein solches Verstärkungsseil besitzt hohe Festigkeit, genügend Steifigkeit und somit die erforderliche Form­ stabilität im elastomeren Erzeugnis, gute Ermüdungs­ eigenschaften und gute Wärmeleitfähigkeit. Die Korro­ sionsneigung ist wesentlich verringert. Reibkorrosion findet praktisch nicht mehr statt. Das Gewicht pro Meter wird bei gleicher Seilfestigkeit gegenüber Verstärkungs­ seilen aus Stahldrähten erheblich geringer, wodurch beispielsweise beim Einsatz erfindungsgemäßer Verstärkungs­ seile in Fahrzeugluftreifen die Fliehkräfte extrem ernie­ drigt werden.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt

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 Verstärkungsseils und dessen Komponenten,

Fig. 4 ein Kraft-Dehnungs-Diagramm eines erfindungs­ gemäßen Verstärkungsseils und dessen Komponenten.

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 Kur­ ve 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.

Der Stahldraht und die Aramid-Fäden haben eine Reißkraft P ₁, wobei der Stahldraht eine Bruchdehnung von etwa 2% und die Aramid-Fäden eine Bruchdehnung von 4% aufweist. Bei dem aus diesen beiden Komponenten bestehenden Ver­ stärkungsseil ergibt sich zunächst ein Kraft-Dehnungs- Verhalten, bei welchem sich die Einzelkräfte der Kom­ ponenten bei den entsprechenden Dehnungen addieren. Ist eine Dehnung von etwa 2% erreicht, ergibt sich für das Verstärkungsseil eine Kraft P ₂, welche so groß ist wie die Summe der Kräfte P ₁ und P ₃. Da nun die Bruchdehnung der Stahldrähte erreicht ist, fällt die Kraft bei weiterer Dehnung schnell ab. Die Reißkraft der Aramidfäden wird somit nicht ausgenutzt.

In Fig. 2 ist schematisch das Kraft-Dehnungs-Verhalten von drei verschieden behandelten Stahldrähten dargestellt. 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 P ₁ 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 P ₁ nur geringfügig ab­ fällt auf einen Wert, der etwa bei 97% von P ₁ liegt. Wird derselbe Stahldraht mit 150 Drehungen pro Meter versehen, ergibt sich eine Bruchdehnung von etwa 4%, wobei die Reißkraft auf etwa 96% von P ₁ abfällt.

Wird nun ein solcher gedrehter, annähernd rechteckigen Querschnitt aufweisender Stahldraht in einem Verstärkungs­ seil mit Aramidfäden eingesetzt, ergibt sich ein Kraft- Dehnungs-Verhalten gemäß Kurve 7 in Fig. 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 P ₄ des Verstärkungsseiles gleich ist wie die Summe der Reißkräfte der beiden Einzelkomponenten, die beide bei P ₁ liegen. Also gilt P ₂ = 2 P ₁, wobei die Bruch­ dehnung des Verstärkungsseiles etwa bei 4% liegt.

In Fig. 4 ist das Kraft-Dehnungs-Verhalten eines erfin­ dungsgemäßen 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 Querschnitts­ fläche des flachgewalzten Drahtes der des vorherigen runden Drahtes entspricht, und einer zweiten Komponente, einem Faden aus p-aromatischen Polyamiden mit einer Stärke von 2 × 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 eben­ falls eine Bruchdehnung von etwa 4%, wobei die Reißkraft einen Wert von 920 N erreichte. Das verwendete Meßinstru­ ment zur Messung der Zugkraft hatte im Bereich von 1000 N eine Meßgenauigkeit von etwa ±10 N, so daß davon ausgegangen werden kann, daß die Reißkraft des Verstärkungs­ seiles (920 N) gleich der Summe der Reißkräfte der Ein­ zelkomponenten (640 N und 290 N) ist.

Bei einem solchen Verstärkungsseil haben also beide Komponenten des Verstärkungsseiles bis zum Bruch tragende Funktion.

Claims (6)

1. Verstärkungsseil aus zwei Komponenten, wobei eine erste Komponente aus Stahldrähten und eine zweite Komponente aus Fäden aus aromatischen Polyamiden besteht, dadurch gekennzeichnet, daß bei der ersten Komponente jeder Stahldraht einen annähernd rechteckigen Querschnitt, dessen Kanten gerundet sind, aufweist und verdreht ist.

2. Verstärkungsseil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Stahldraht 40 bis 200 Drehungen pro Meter aufweist.

3. Verstärkungsseil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche jedes Stahldrahtes zwischen 0,03 und 0,2 mm² liegt.

4. Verstärkungsseil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Breite zu Dicke jedes Stahldrahtquerschnitts zwischen 1 und 4 liegt.

5. Verstärkungsseil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei oder mehr Stahldrähte miteinander verdreht sind.

6. Verwendung der Verstärkungsseile nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Herstellung von Fahrzeug­ luftreifen, Transportbändern und Treibriemen.