DE3317744A1

DE3317744A1 - Verstaerkungscord mit umschlingungsdraht

Info

Publication number: DE3317744A1
Application number: DE3317744A
Authority: DE
Inventors: Peter 5138 Heinsberg Dismon; Wolfgang Dr. 5140 Erkelenz Weidenhaupt
Original assignee: Akzo GmbH
Current assignee: Akzo GmbH
Priority date: 1983-05-16
Filing date: 1983-05-16
Publication date: 1984-11-22
Also published as: US4679387A; JPS6034689A; EP0125517A2; ATE32923T1; EP0125517A3; DE3317744C2; EP0125517B1; DE3469769D1; CA1246945A

Description

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Verstärkungscord mit ümschlingungsdraht

A k ζ ο GmbH Wuppertal^

Die Erfindung betrifft einen Verstärkungscord aus mehreren Metalldrähten zur Verstärkung von elastomeren Erzeugnissen, welcher von mindestens einem Ümschlingungsdraht aus Metall wendelförmig umwickelt ist. 5

Ein solcher Verstärkungscord ist aus der DE-PS 803 801 bekannt. Der ümschlingungsdraht erfüllt dabei die Aufgabe, den Cordverband zusammenzuhalten und ein Spleißen der Stahldrähte zu verhindern. Der Ümschlingungsdraht selbst hat jedoch keinen Anteil an der Gesamt-Zugfestigkeit des Verstärkungscordes. Wenn ein solcher Cord in ein elastomeres Material eingebettet ist, so ist bei Belastung dieses Materials, beispielsweise eines Fahrzeugluftreifens, die Gefahr der Reibkorrosion gegeben.

Die Reibkorrosion ist eine der Ursachen, die zur Reduzierung der Lebensdauer von mit Verstärkungscorden verstärkten elastomeren Erzeugnissen führen.

Die Gefahr der Reibkorrosion ist immer dann gegeben, wenn zwei Metalloberflächen berührenden Kontakt haben, wobei

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diese beiden Metalloberflächen unter Belastung einer geringfügigen gegenseitigen Verschiebung unterworfen sind. Ein solcher Zustand tritt zwischen den Metalldrähten des Verstärkungscordes, welche im elastomeren Erzeugnis die Belastung aufnehmen, und den Umschlxngungsdrähten bei dynamischer Beanspruchung des verstärkten elastomeren Erzeugnisses ein.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Verstärkungscord der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, bei welchem die Gefahr der Reibkorrosion bei den tragenden Stahldrähten weitgehend reduziert wird, wobei gleichzeitig die anderen guten Eigenschaften des Verstärkungscordes erhalten bleiben. Die Lebensdauer des verstärkten elastomeren Materials soll erhöht werden.

Diese Aufgabe wird bei einem Verstärkungscord aus mehreren Stahldrähten zur Verstärkung elastomerer Erzeugnisse, vorzugsweise von Fahrzeugluftreifen, welcher Verstärkungscord von mindestens einem ümschlingungsdraht wendelförmig umwickelt ist, dadurch gelöst, daß die Härte des Umschlingungsdrahtes deutlich geringer ist als die Härte der Stahldrähte.

Die Lebensdauer von beispielsweise Fahrzeugluftreifen wird deutlich erhöht, wenn die Härte jedes Umschlingungsdrahtes etwa 30 bis 60%, vorzugsweise etwa 30 - 50% der Härte der Stahldrähte beträgt.

Die Härte der bei Fahrzeugluftreifen für Verstärkungscorde verwendeten Stahldrähte liegen bei Werten von

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7800 bis 9000 N/mm² HV. Hierbei ist die Härte nach Vickers angegeben. Sie wird nach DIN 50 133 Blatt 2 bestimmt. Solche Stahldrähte haben Zugfestigkeiten, die zwischen 2.600 bis 3.000 N/mm² liegen. Neuerdings worden auch Stahldrähte eingesetzt, die eine höhere Zugfestigkeit, beispielsweise 3.400 N/mm², besitzen. Diese Stahldrähte besitzen dann eine entsprechend höhere Härte.

Werden beispielsweise Stahldrähte mit einer. Härte von etwa 9000 N/mm² HV und einer Zugfestigkeit von etwa 3000 N/mm² zur Herstellung eines Verstärkungscordes eingesetzt, so soll der Umschlingungsdraht erfindungsgemäß eine 'Härte von 2700 bis 5400 N/mm² HV, vorzugsweise bis 4500 N/mm² HV aufweisen. Ein solcher Umschlingungsdraht hat . dann eine Zugfestigkeit, die zwischen 900 und 1800 N/mm², vorzugsweise bis 1500 N/mm² liegt.

Verwendet man erfindungsgemäß für den Umschlingungsdraht auch einen Stahldraht, so kann die Härte und die Zugfestigkeit in bekannter Weise über die Auswahl der Stahlsorte (Höhe des Kohlenstoffgehaltes, Höhe der Legierungszusätze) , eber eine Reduzierung der Vorverformunq oder über eine qeeiqnete Wärmenachbehandlunq einqestellt werden. Für die Umschlinqunqsdrähte kann aber auch ein anderer metallischer Werkstoff mit entsprechenden Härteeigenschaften bzw. Zugfestigkeiten verwendet werden.

Bei dem in der obengenannten DE-PS 803 801 beschriebene« Verstärkungscord kann als Umschlingungsdraht auch ein flacher Umschlingungsdraht eingesetzt werden, durch welchen neben einer Erhöhung der Widerstandskraft gegenüber der Spleißwirkung eine Verringerung des Gesamtdur^hmessers erreicht wird.

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Es ist nun gefunden worden, daß durch einen solchen flachen Umschlingungsdraht ebenfalls die Gefahr der Reibkorrosion bei Verstärkungscorden verringert wird, besonders dann, wenn beim Querschnitt des Ümschlingungsdrahtes bestimmte geometrische Größenverhältnisse eingehalten werden, weil im Gegensatz zum Umschlingungsdraht mit kreisförmigem Querschnitt beim Einsatz des Ümschlingungsdrahtes mit flachem Querschnitt nicht mehr punktförmiger, sondern linienförmiger Kontakt zwischen Umschlingungsdraht und tragenden Stahldrähten erreicht wird. Bei dynamischer Belastung, entsprechend den Beanspruchungsverhältnissen im Reifen, verteilen sich die von außen einwirkenden Kräfte somit auf eine größere Fläche, wodurch die spezifische Flächenbelastung sowohl für die tragenden Stahldrähte als auch für die Umwicklungsdrähte verringert wird. Begünstigend wirkt sich dabei aus, daß der gedrehte Flachdraht je nach Schlaglänge in jedem Falle höhere Dehnwerte aufweist als ein vergleichbarer runder Draht. Dies führt zu einem besseren duktilen Verhalten und somit zu einer höheren Beanspruchbarkeit.

Die Lebensdauer eines elastomeren Erzeugnisses, welches Verstärkungscorde enthält, kann bei den oben beschriebenen Verstärkungscorden dadurch weiter erhöht werden, daß der geringere Härte aufweisende Umschlingungsdraht abgeflacht ist, und eine der Breitseiten des Ümschlingungsdrahtes bzw. der Umschlingungsdrähte die Stahldrähte der Verstärkungscorde berührt.

Das Aufbringen dieses abgeflachten Ümschlingungsdrahtes kann dadurch geschehen, daß entweder der Umschlingungsdraht um das Seil gezwirnt wird oder der Umschlingungsdraht auf das um seine eigene Achse rotierende Seil mit der Breitseite abgelegt wird.

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Die Abflachung des Umschlingungsdrahtes kann dadurch bewerkstelligt 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 dieses Drahtmaterial in dieser Richtung frei fließen kann.

Besonders günstig läßt sich die Gefahr der Reibkorrosion verringern, wenn das Verhältnis von Dicke zu Breite des Umschlingungsdrahtes zwischen 0,4 und 0,7, besser noch zwischen 0,5 und 0,6 liegt.

Die Verringerung der Gefahr der Reibkorrosion auf erfindungsgemäße Weise läßt sich praktisch bei allen Verstärkungscord-Konstruktionen anwenden, welche Umschlingungsdrähte aufweisen.

. Um die Vielfalt der möglichen erfindungsgemäßen Verstär-20. kungscord-Konstruktionen aufzuzeigen, werden nachfolgend beispielsweise folgende Konstruktionen genannt:

4 χ d + U
7 χ 3 χ d + U

7x4xd + U.

3 + 9 χ d + U
3 + 9 + 15xd + U
27 χ d + U

7 χ 7 χ d + U
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Hierin bedeutet d der Durchmesser der Stahldrähte, welcher bei üblichen Verstärkungscorden zwischen 0,15 und 0,25 mm liegt.

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Mit U ist der Umschlingungsdraht bzw. die Umschlingungsdrähte bezeichnet, welche in der Ausführungsform mit üblichen rundem Querschnitt einen Durchmesser von 0,12 bzw. 0,15 mm aufweisen.
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Diese Erfindung beschränkt sich jedoch nicht auf die angegebenen Durchmesser der Metalldrähte bzw. der Umschlingungsdrähte.

Die Umschlingungsdrähte" können vorteilhaft abgeflachten Querschnitt aufweisen, wobei günstigerweise das Verhältnis von Dicke zu Breite des Querschnitts zwischen 0,4 und 0,7, oder besser zwischen 0,5 und 0,6 liegt, und die Querschnittsfläche des abgeflachten Umschlingungsdrahtes etwa gleich groß ist wie die Querschnittsfläche des zur Abflachung verwendeten Drahtes mit rundem Querschnitt und vorzugsweise etwa 0,01 bis 0,02 mm² beträgt.

Die Schlaglänge der runden wie der flachen Umschlingungsdrähte liegt vorteilhafterweise bei 2,5 bis 5 mm. Die mit derartigen UmschJ-ingungsdrähten ausgestatteten Verstärkungscorde werden bei Fahrzeugluftreifen vorteilhafterweise in der Karkasse eingesetzt.

In der Regel bestehen die Metalldrähte auch für erfindungsgemäße Verstärkungscorde aus einem Kohlenstofflegierten Stahldraht. Die Stahldrähte müssen eine gute Bindung mit dem elastomeren Material eingehen. Deshalb werden die Stahldrähte mit einem zweiten Material, Kunststoff oder einem anderen Material beschichtet, wobei zwischen Stahldraht und Beschichtungswerkstoff einerseits und Beschichtungswerkstoff und elastomeren Material anderer-

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seits gute Bindungsneigung vorhanden sein muß. Mit Messing beschichtete Stahldrähte finden bevorzugt Anwendung.

Bei allen oben beschriebenen erfindungsgemäßen Ausgestaltungen der Verstärkungscorde wurde festgestellt, daß die übrigen Eigenschaften der Verstärkungscorde beispielsweise Zugfestigkeit, Durchdringung des elastomeren Materials oder Kompressionsmodul höchstens in unwesentlicher Weise beeinflußt wurden.

Der Kompressionsmodul wird auf folgende Weise bestimmt: Ein Verstärkungscord bzw. Verstärkungsseil wird in ein elastomeres Material mit definierten Eigenschaften eingebettet. Das elastomere Material wird bei der Einbettung zu einer zylinderförmigen Probe geformt, deren Querschnitt kreisförmig ist, und in deren Achse der Verstärkungscord bzw. das Verstärkungsseil angeordnet und eingebettet ist. Die Probe hat definierte Länge und definierten Durchmesser. Durch Druckbelastung der beiden (kreisförmigen) Stirnflächen wird die maximal mögliche Belastung ermittelt. In der Regel ^r/ird die maximal mögliche Belastung dann erreicht, wenn die Probe seitlich ausknickt.

Die erfindungsgemäßen Verstarkungscorde finden bevorzugt Verwendung bei der Herstellung von Fahrzeugluftreifen, insbesondere von Luftreifen für Lastkraftwagen oder Erdbewegungsmaschinen.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.

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Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Verstärkungscord-Konstruktion in vier Querschnitten 5

Fig. 2 den erfindungsgemäßen Verstärkungscord nach Fig. 1 in Draufsicht,

Fig. 3 den schematischen Aufbau, eines Reifens.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Cordkonstruktion im Querschnitt, die aus sieben Litzen 2 mit jeweils vier einzelnen Stahldrähten 1 besteht, welche von einem ümschlingungsdraht3,der abgeflacht ist, wendelförmig umwickelt ist, wobei eine der Breitseiten des Umschlingungsdrahtes die Stahldrähte berührt. Hierbei sind vier Querschnitte senkrecht zur Seilachse nach den charakteristischen Verdrehungswinkeln 0°, 90°, 180° und 270° dargestellt, wobei die Zwirnrichtung des Umschlingungsdrahtes mit der des Pfeiles übereinstimmt.

Fig. 2 zeigt den Verstärkungscord nach Fig. 1 in Draufsicht, wobei hier wiederum die charakteristischen Verdrehungswinkel 0°, 90°, 180° und 270° markiert sind. Gleichzeitig ist die Schlaglänge des Umschlingungsdrahtes mit S bezeichnet.

Fig. 3 zeigt schematisch den Aufbau eines Reifens, in welchem erfindungsgemäß Verstärkungsseile eingebettet sind. Mit 4 ist die Lauffläche des Reifens bezeichnet, welcher hier als Radialreifen abgebildet ist. In die Lauffläche 4 sind zwei Lagen 5 und 6 von Verstärkungs-

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corden eingebettet, welche unter einem bestimmten Winkel zur Umfangsrichtung verlaufen. Dieser Winkel richtet sich nach dem Einsatzgebiet des Reifens. In eine Karkasse 8 sind erfindungsgemäße Verstärkungscorde 7 in Umfangsrichtung des Reifenquerschnitts eingebettet. Die erfindungsgemäßen Verstärkungscorde lassen sich auch in den Gürtellagen 5 und 6 einsetzen.

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Claims

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Patentansprüche

Verstärkungscord aus mehreren Stahldrähten zur Verstärkung von elastomeren Erzeugnissen, welcher von mindestens einem Umschlingungsdraht aus Metall wendelförmig umwickelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Härte des Umschlingungsdrahtes deutlich geringer ist als die Härte der Stahldrähte.
2. Verstärkungscord nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Härte jedes Umschlingungsdrahtes etwa 30 bis 60% der Härte der Stahldrähte beträgt.
3. Verstärkungscord nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Härte jedes Umschlingungsdrahtes etwa 30 bis 50% der Härte der Stahldrähte beträgt.
4. Verstärkungscord nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Umschlingungsdraht abgeflacht ist und eine der Breitseiten des Umschlingungsdrahtes die Stahldrähte berührt.
5. Verstärkungscord nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Dicke zu Breite des abgeflachten Umschlingungsdrahtes zwischen 0,4 und 0,7 liegt.

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6. Verstärkungscord nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Dicke zu Breite des abgeflachten Umschlingungsdrahtes zwischen 0,5 und 0,6 liegt.
7. Verstärkungscord nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche des abgeflachten umschlingungsdrahtes etwa 0,01 bis 0,02 mm² beträgt.
8. Verwendung der Verstärkungscorde gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7,zur Herstellung von Fahrzeugluftreifen, insbesondere von Luftreifen für Lastkraftwagen oder Erdbewegungsmaschinen.

Luftreifen, dadurch gekennzeichnet, daß er Verstärkungscorde gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 enthält.