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Die Erfindung betrifft Stahlkabel für die Verstärkung von
Gummigegenständen wie beispielsweise pneumatische Reifen
und Treibriemen.
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Insbesondere betrifft die Erfindung Stahlcord von
sogenannter kompakter Struktur der aus Stahlfäden besteht, zur
Verbesserung der Lebensdauer eines Gummigegenstandes durch
Verbesserung von dessen Ermüdungseigenschaften,
insbesondere der Widerstandsfähigkeiten gegen Materialermüdung und
Reibungsabnutzung, sowie Festigkeitserhaltungseigenschaften
des Stahlcords, und ist insbesondere geeignet als eine
Verstärkung von pneumatischen Radialreifen für
Lastkraftwagen, Busse und leichte Lastkraftwagen.
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In herkömmlichen, pneumatischen Radialreifen, bei denen
Stahlcords als Verstärkungselement eingesetzt werden,
verschlechtern sich die Ermüdungseigenschaften der
Karkassenlage und der Gürtellage hauptsächlich aus folgenden
Gründen:
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(1) Materialermüdung aufgrund wiederholter
Beanspruchung
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Dies ist ein Phänomen, bei dem das Material des Stahlcords
oder Stahlkabels dadurch ermüdet, daß das Kabel während
des Laufes des Reifens wiederholter Deformation
unterworfen ist, wodurch die Beanspruchung der Stahlfäden, die das
Stahlkabel oder den Stahlcord bilden, variiert. Diese
Beanspruchungsvariation wird sichtbar, wenn der Kontaktdruck
(Friktion) zwischen den Fäden groß wird oder die
Beschränkung auf die Bewegung jedes Fadens stark wird, selbst wenn
die Deformation des Kabels die gleiche ist, was die
Begünstigung der Materialermüdung hervorbringt; und
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(2) Abriebabnutzung in Berührungsabschnitten zwischen
wechselseitigen Fäden
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Dies geht auf das sogenannte Abrieb- oder Freßphänomen
zurück.
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Daneben wird manchmal Korrosionsermüdung aufgrund von
Wasser verursacht, welches von der Außenseite des Reifens her
eindringt. Diese Ermüdungsfaktoren beeinflussen in
nachteiliger Weise die Lebensdauer des Reifens erheblich.
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Bisher war man der Ansicht, daß das Eindringen von Gummi
zur Innenseite des Kabels zur Verbesserung der
Korrosionsermüdungseigenschaften des Kabels primär wirksam sei und
infolgedessen wurden viele Verdrill- oder Zwirnstrukturen
zur Verbesserung des Eindringens von Gummi vorgeschlagen
(die als Gummipenetrationsstrukturen bekannt sind). Bei
einem solchen Kabel mit Gummipenetrationsstruktur wird die
Gummischicht zwischen die Stahlfäden eingelegt, so daß ein
Reiben zwischen wechselseitigen Stahlfäden oder eine
Abnutzung aufgrund sogenannter Freßerscheinungen kaum
auftritt.
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Das Eindringen von Gummi zur Innenseite des Kabels wird
leicht bei einem Kabel mit einfacher Zwirnstruktur
erreicht, wie es in einer Gürtelschicht eines Radialreifens
für Personenwagen eingesetzt wird, wobei jeder der
Stahlfäden vollständig mit Gummi bedeckt werden kann.
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Im Falle von Cords oder Kabeln mit mehrlagiger Struktur,
beispielsweise bei Kabeln mit einer zwei- oder dreilagigen
Struktur, wie sie in der Karkassenlage oder der Gürtellage
von Reifen für Lastkraftwagen, Busse oder leichte
Lastkraftwagen verwendet werden, ist es sehr schwierig, den
Gummi vollständig zur inneren Schicht des Kabels hin
eindringen zu lassen.
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Wenn einige der Stahlfäden aufgrund unvollständiger
Gummieindringung nicht mit Gummi bedeckt sind, werden die
Korrosionsermüdungseigenschaften des Kabels selbst in der
Gummipenetrationsstruktur nicht ausreichend verbessert.
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In diesem Falle ist es erforderlich, den Schraubenradius
der Stahlfäden groß zu machen, um einen ausreichenden Raum
zwischen den Stahlfäden zur Erzielung einer vollständigen
Gummipenetration bereitzustellen. Wenn es beabsichtigt
ist, eine solche Zwirnstruktur (lockere Zwirnstruktur) bei
einem Kabel von mehrlagiger Struktur anzuwenden, wird
dann, wenn das Kabel mit einer Spannung gezogen wird, die
Einstellung der Stahlfäden ungleichmäßig, und
infolgedessen kann in bestimmten Teilen des Fadens ein vorzeitiger
Bruchdefekt veranlaßt werden, der auf die ungleichförmige
Spannung zurückgeht.
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Bei dem Kabel mit mehrlagiger Struktur ist es
infolgedessen schwierig, die Korrosionsermüdungseigenschaften und
die Festigkeitserhaltungseigenschaft (Widerstand gegenüber
Abrieb oder "Fressen") durch Gummipenetration zur
Innenseite des Kabels hin zu verbessern.
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Auf der anderen Seite wird in der japanischen
Patent-Offenlegungsschrift No. 55-30499 vorgeschlagen, einen
sogenannten Kontaktcord dadurch zu erhalten, daß man eine
Mehrzahl von Stahlfäden gleichen Durchmessers in der
gleichen Verdrillungsrichtung mit derselben Ganghöhe verdrillt.
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Der Erfinder zu vorliegendem Patent hat jedoch Studien mit
Bezug auf die Ermüdungseigenschaften angestellt und
gefunden, daß unter demselben Fadendurchmesser ein solcher
Kompaktcord (im nachstehenden als normaler Kompaktcord
bezeichnet) beispielsweise eine 1·12 Struktur ziemlich
schlechtere Ermüdungseigenschaften im Vergleich mit einem
herkömmlichen Stahlcord mit 3+9 Struktur hat.
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Was das wiederholte Biegen anbelangt, so offenbart die
japanische Patentanmeldungsveröffentlichung No. 44-18385 ein
Verfahren, bei dem der Stahlfaden für eine äußere Lage
dünner gemacht wird als der Stahlfaden für eine innere
Lage, um die Ermüdungsstärke der Stahlfäden zwischen der
inneren und der äußeren Schicht auszugleichen. Das in
dieser Schrift offenbarte Kabel umfaßt einen mittleren Kern
und eine äußere Abdeckung, die aus wenigstens einer
Drahtschicht oder einer Schicht von Strängen zusammengesetzt
ist, wobei jeder Strang eine Mehrzahl von Drähten enthält.
Bei diesem Typ eines Kabels mit mehrlagiger Struktur ist
die Zwirnganghöhe im allgemeinen zwischen der inneren Lage
und der äußeren Lage verschieden, so daß die Berührung
zwischen den benachbarten Stahlfäden sich einem
Punktkontakt nähert, und infolgedessen der Kontaktdruck zwischen
der inneren und der äußeren Lage anwächst, was dazu Anlaß
geben kann, die Beanspruchung des Fadens zu erhöhen oder
ein "Fressen" hervorzurufen. Selbst wenn daher der
Fadendurchmesser in der äußeren Schicht dünn gemacht wird, kann
ein signifikanter Verbesserungseffekt mit Bezug auf das
obige Phänomen nicht erwartet werden. Dies liegt daran,
daß die Verkleinerung des Außendurchmessers des
Stahlfadens
in der äußeren Schicht die Beanspruchung bei der
Biegedeformation reduzieren kann, und zwar im Vergleich
mit dem Fall, bei dem ein Stahlfaden des ursprünglichen
Durchmessers verwendet wird. Dabei kann man jedoch das
Phänomen des Anwachsens der Beanspruchung aufgrund der
Wechselwirkung zwischen den Stahlfäden nicht kontrollieren.
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Unter den zuvor erwähnten Kabeln mit mehrlagiger Struktur
bildet die normale Kompaktstruktur mit derselben
Zwirnganghöhe in jeder Schicht einen vollständigen
Linienkontakt an den Stahlfäden zwischen der inneren und äußeren
Schicht, so daß der Kontaktdruck zwischen den inneren und
äußeren Schichten, der beim Ziehen des Kabels
hervorgerufen wird, klein ist. Daher wird die Reibung zwischen den
Stahlfäden bei Biegedeformation des Kabels unter Spannung
klein, so daß es voraussehbar ist, daß die Beanspruchung,
die in dem Faden hervorgerufen wird, und der Abrieb klein
sind und die Korrisionsermüdungseigenschaften und die
Festigkeitserhaltungseigenschaft gut sind.
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Bei dem üblichen 3+9 Cord treten Lücken in jeden
Abschnitten zwischen den Umhüllungs- oder Mantelfäden auf. Im
Gegensatz hierzu gibt es bei der normalen Kompaktstruktur
keine Lücke zwischen den benachbarten Stahlfäden in der
äußeren Schicht oder im Mantel, während eine Lücke
zwischen dem Mantel und der inneren Schicht oder dem Kern
auftritt, wenn man den ellipsoidförmigen Querschnitt des
Stahlfadens in Betracht zieht, so daß die Stahlfäden so
angeordnet sind, daß sie einander in der Mantelschicht
berühren. Wenn eine Spannung an den normalen Kompaktcord
angelegt wird, ist im Ergebnis der Kontaktdruck zwischen
dem Kern und dem Mantel sicherlich klein, es wird jedoch
ein großer Kontaktdruck zwischen aneinander anliegenden
Stahlfäden im Mantel hervorgerufen, und infolgedessen
wachsen Risse von dem Kontaktabschnitt zwischen aneinander
anliegenden Stahlfäden als Abriebkern, was zu einem Bruch
des Stahlfadens führt. Infolgedessen werden die
Korrosionsermüdungseigenschaften eines solchen Kabels kleiner
als diejenigen des normalen Kabels oder Cords mit 3+9
Struktur.
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Es ist daher erwünscht, die
Korrosionsermüdungseigenschaften und die Festigkeitserhaltungseigenschaften des
Stahlkabels zu verbessern, während die gleichförmige Spannung,
mit der jeder Faden belastet wird, aufrecht erhalten
bleibt.
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Um eine gleichförmige Spannungsbelastung zu vermitteln,
findet eine geschlossene Zwirnstruktur oder eine kompakte
Struktur anstatt einer losen Zwirnstruktur Anwendung. In
diesem Falle tritt Gummi kaum auf die Innenseite des
Kabels, wie oben erwähnt, ein. Jedoch wird die Zwirnganghöhe
im Vergleich mit der lockeren Struktur konstant gemacht,
um so den Kontaktbereich zwischen den Stahlfäden im Kern
und im Mantel zu erhöhen, wodurch der Kontaktdruck
zwischen dem Kern und dem Mantel reduziert wird. Dies hat den
Nachteil, daß der Kontaktdruck zwischen benachbarten
Stahlfäden im Mantel umgekehrt wächst.
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Der Erfinder zu vorliegendem Patent hat gefunden, daß der
oben genannte Nachteil effektiv dadurch überwunden werden
kann, daß im Mantel wenigstens ein Stahlfaden mit einem
Durchmesser verwendet wird, der von demjenigen des Kerns
verschieden ist, um so die
Korrosionsermüdungseigenschaften des Stahlkabels zu verbessern.
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GB-A-1247604 offenbart ein Stahlkabel in Übereinstimmung
mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Stahlkabel zur
Verstärkung von Gummiartikeln vorgesehen mit einer
zentralen Basisstruktur (1), die aus zwei bis vier Stahlfäden
zusammengesetzt ist, und mit wenigstens einer koaxialen
Mantelschicht (2), die aus einer Mehrzahl von um die
zentrale Basisstruktur herum angeordneten Stahlfäden
zusammengesetzt ist, wobei die Stahlfäden der zentralen
Basisstruktur und der koaxialen Mantelschicht in der gleichen
Richtung mit der gleichen Ganghöhe verdrillt sind, und die
Stahlfäden, welche die zentrale Basisstruktur bilden, den
gleichen Durchmesser (dc) haben, dadurch gekennzeichnet,
daß die Stahlfäden in der koaxialen Schicht, welche zwei
benachbarte Stahlfäden der zentralen Basisstruktur
berühren, einen Durchmesser (dsi) haben, der gleich dem
Durchmesser (dc) der Fäden der zentralen Basisstruktur ist, und
die übrigen Fäden der koaxialen Schicht einen Durchmesser
(dso) haben, der kleiner als der Durchmesser (dc) der
Fäden der zentralen Basisschicht ist, wobei das Verhältnis
dc/dso von 1,03 bis 1,25 reicht.
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Die Erfindung wird lediglich beispielhaft mit Bezug auf
die beiliegenden Zeichnungen weiter beschrieben. Es zeigen:
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Fig. 1a
bis 1c,
2a bis 2c,
3a bis 3d und
4a bis 4c jeweils Schnittansichten von
Ausführungsformen von Stahlkabeln mit
Kompaktstruktur, wobei lediglich die
Ausführungsformen der Fig. 4a bis 4c in
Übereinstimmung mit der Erfindung sind;
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Fig. 5 eine schematische Schnittansicht mit
einer Darstellung des Zustandes des
Kontaktdrucks zwischen aneinander
anliegenden Stahlfäden der äußeren Schicht in
dem konventionellen Stahlkabel von
normaler Kontaktstruktur und
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Fig. 6 eine Schnittansicht einer abgewandelten
Ausführungsform des in Fig. 4b
dargestellten Stahlkabels in Übereinstimmung
mit der Erfindung.
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In den Fig. 1a bis 4c sind Schnittansichten verschiedener
Ausführungsformen von Stahlkabeln zur Verstärkung von
Gummiartikeln dargestellt mit einer Zwirnstruktur von
1 · 12 + 1, 1 · 14 + 1, 1 · 27, 1 · 30, 1 · 19, 1 · 37,
1 · 10, 1 · 12 bzw. 1 · 14. In diesen Figuren bilden ein
bis vier Stahlfäden, die durch Kreuzschraffur dargestellt
sind, eine zentrale Basisstruktur 1 (nachstehend als Kern
bezeichnet). Neun Stahlfäden (Fig. 1a bis 1c) oder zehn
Stahlfäden (Fig. 2a bis 2c), die anliegend um den Kern 1
herum angeordnet sind, bilden eine einzige koaxiale
Schicht 2 (nachstehend als Mantel bezeichnet). In jeder
der Fig. 3a bis 3c umfaßt das Stahlkabel ferner einen
zweiten Mantel 3, und in Fig. 3d weiterhin einen dritten
Mantel 4, wobei jeder Mantel jeweils aus einer Mehrzahl
von Stahlfäden zusammengesetzt ist. Weiterhin bilden
jeweils acht bis zehn Stahlfäden die einzige koaxiale
Schicht oder den Mantel 2 in Fig. 4a bis 4c.
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In jedem Falle haben die Stahlfäden, die den Kern 1
bilden, den gleichen Durchmesser (dc), während wenigstens ein
durch Schrägschraffur dargestellter Stahlfaden in der
Mantelschicht 2 einen Durchmesser (dso) hat, der kleiner als
der Durchmesser (dc) des Stahlfadens des Kerns 1 ist,
wobei das Verhältnis dc/dso innerhalb eines Bereiches von
1,03 bis 1,25 liegt. Im einzelnen werden im Mantel 2 von
Fig. 4a bis 4c die Stahlfäden, die jeweils beide oder zwei
der benachbarten Stahlfäden des Kerns 1 berühren, als ein
innerer Mantel 6 bezeichnet und haben einen Durchmesser
(dsi), der gleich dem Durchmesser (dc) des Stahlfadens des
Kerns ist, während die verbleibenden Stahlfäden des
Mantels als ein äußerer Mantel 7 bezeichnet werden und einen
Durchmesser (dso) haben, der kleiner als der Durchmesser
(dc) ist.
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Wenn ein Kabel mit mehrlagiger Struktur gezogen wird,
wirkt im allgemeinen eine Kraft, die zur Mitte des Kabels
gerichtet ist, auf die schraubenförmig geformten
Stahlfäden, die das Kabel bilden, ein und rufen einen
Kontaktdruck zwischen den wechselseitigen Stahlfäden in jeder
Schicht hervor. Ein solcher Kontaktdruck zwischen den
wechselseitigen Stahlfäden beschränkt die Bewegung der
Stahlfäden durch Reibungskraft, wenn das Kabel einer
Biegedeformation unterworfen wird, was zu einer Steigerung
der Beanspruchung im Stahlfaden und zum Auftreten einer
Abriebsabnutzung an Kontaktabschnitten führt.
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Falls bei dem Kabel mit zweilagiger Struktur die
Zwirnganghöhe des Kernes Pc und diejenige des Mantels Ps oder
bei dem Kabel mit dreilagiger Struktur Pc, Ps&sub1; und Ps&sub2;
ist, werden die Kabel mit herkömmlicher Mehrlagenstruktur
häufig mit einem Verhältnis der Zwirnganghöhen von Pc:Ps =
1:2 (zweilagiger Aufbau) oder Pc:Ps&sub1;:Ps&sub2;= 1:2:3
(dreilagige Struktur) benutzt. Wenn ein solches Verhältnis der
Zwirnganghöhen bei der zweilagigen Struktur in die Nähe
von 1:1 oder bei der dreilagigen Struktur von 1:1:1 kommt,
nähern sich die Stahlfäden zwischen den Lagen einem
Linienkontakt an, und infolgedessen wird die Berührungslänge
lang und der Kontaktdruck wird reduziert.
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Die Kontaktlänge wird dann am längsten, wenn die
Zwirnganghöhe in jeder Lage die gleiche ist, d. h. im Falle
einer normalen Kompaktstruktur, und in diesem Falle ist
der Kontaktdruck bei einem Minimum.
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Bei einer solchen normalen Kompaktstruktur ist die
Abriebsabnutzung zwischen der inneren und der äußeren
Schicht (d. h. zwischen dem Kern und dem Mantel bei dem
zweilagigen Aufbau, oder zwischen dem Kern und dem ersten
Mantel und zwischen dem ersten Mantel und dem zweiten
Mantel bei der dreilagigen Struktur) beträchtlich
reduziert, es besteht jedoch immer noch ein ernsthafter
Nachteil der Verschlechterung der
Korrosionsermüdungseigenschaften,
wie zuvor erwähnt. Das heißt, in dem
normalen Kontaktkabel ist der Berührungsdruck zwischen den
benachbarten Stahlfäden in der äußeren Schicht (Mantel)
groß, und ein heftiges "Fressen" tritt an den
Kontaktabschnitten als ein Kern auf, um zu Fadenbruch zu führen,
was bei dem normalen Kontaktcord die Ursache dafür ist,
daß er schlechtere Korrosionsermüdungseigenschaften im
Vergleich mit den anderen konventionellen Kabeln hat.
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Angesichts des Querschnitts des normalen Kontaktkabels ist
die Querschnittsform des Stahlfadens näherungsweise eine
Elypse. Die Abweichung von einem echten Kreis in der
Querschnittsform ist im Stahlfaden für den Mantel 2 mit einem
größeren Zwirnwinkel (nämlich einem Winkel mit Bezug auf
die Längsrichtung des Kabels) größer als im Stahlfaden für
den Kern 1. Das heißt, der Querschnitt des normalen
Kontaktkabels kann keine ideale dicht gepackte Struktur
annehmen, so daß die benachbarten Stahlfäden im Mantel 2
miteinander kollidieren, wie durch einen Pfeil a in Fig. 5
dargestellt.
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Wenn das normale Kontaktkabel gezogen wird, fällt die
Kraft der Stahlfäden, die zur Mitte des Kabels gerichtet
ist, an den Kontaktpunkt zwischen die benachbarten
Stahlfäden im Mantel, was einen großen Kontaktdruck hervorruft.
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Um den Kontaktdruck, der zwischen benachbarten Stahlfäden
im Mantel hervorgerufen wird, zu mildern, ist es daher
wirksam, daß der Durchmesser wenigstens eines Stahlfadens
im Mantel 2 wie auch des zweiten Mantels 3 und des dritten
Mantels 4, vgl. Fig. 3d, geringfügig kleiner als derjenige
des Kerns 1 gemacht wird, so daß in jedem Mantel ein Spalt
zwischen den Stahlfäden ausgebildet wird.
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Der Erfinder hat verschiedene Studien mit Bezug auf die
Korrosionsermüdungserscheinungen eines Kabels mit
Kontaktstruktur ausgeführt, wobei das Kabel aus einer Kombination
von Stahlfäden mit unterschiedlichem Durchmesser
zusammengesetzt war. Dabei wurde ein Reifen mit einer
Karkassenlage oder einer Gürtellage, die aus einem solchen Kabel oder
Cord mit Kontaktstruktur zusammengesetzt waren, einem
Trommeltest unterworfen und bestätigt, daß der Abrieb
zwischen den Stahlfäden im Mantel, der im normalen Kontaktkabel,
das aus Stahlfäden mit dem gleichen Durchmesser
zusammengesetzt war, beobachtet wurde, deutlich abnimmt,
wodurch die Korrosionsermüdungseigenschaften in dem Kabel
mit Kontaktstruktur, das aus einer Kombination von
Stahlfäden unterschiedlichen Durchmessers zusammengesetzt ist,
erheblich verbessert wird.
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Der Erfinder fand, daß der Kontaktdruck zwischen dem Kern
und dem Mantel unter Kontaktdruck zwischen den
benachbarten Stahlfäden im Mantel gleichzeitig dadurch gemildert
werden kann, daß man den Durchmesser wenigstens eines
Stahlfadens im Mantel kleiner als denjenigen des Kernes
ausbildet, wodurch die Korrosionsermüdungseigenschaften
des Kabels im Vergleich mit denjenigen konventioneller
Kabel verbessert werden können.
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Es ist wesentlich, daß das Verhältnis von dc/dso innerhalb
eines Bereiches von 1,03-1,25 ist, wobei dc der
Durchmesser des Stahlkabels im Kern 1 und dso der Durchmesser
wenigstens eines Stahlfadens im Mantel 2 sowie auch in den
zweiten und dritten Mänteln 3, 4 ist.
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Wenn das Verhältnis dc/dso kleiner als 1,03 ist, wird der
Effekt der Reduzierung des Kontaktdruckes zwischen den
benachbarten Stahlfäden im Mantel 2 ungenügend. Wenn das
Verhältnis dc/dso 1,25 übersteigt, treten die folgenden
Nachteile auf:
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(1) Wenn der Durchmesser des Stahlfadens im Kern 1 zu groß
ist, verschlechtern sich die Ermüdungseigenschaften des
Kabels in ungünstiger Weise, während dann, wenn der
Durchmesser des Stahlfadens im Mantel 2 kleiner gemacht wird,
ohne den Durchmesser des Stahlfadens im Kern zu erhöhen,
die Stärke des Kabels abnimmt, so daß es keine
ausreichende Umhüllungsfestigkeit beibehält;
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(2) alle Stahlfäden des Mantels 2 lassen sich schwer am
Platz anordnen und es wird leicht eine ungenügende
Verzwirnung verursacht; und
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(3) ein Abrieb oder ein "Fressen" wird leicht lokal
verursacht, und die Korrosionsermüdungseigenschaften werden
nicht wesentlich verbessert.
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Die obigen Fakten sind auf die Fälle von Fig. 3a bis 3d
und Fig. 6 anwendbar, welche zweite und dritte
Mantelschichten umfassen, neben den Fällen von Fig. 1a bis 1c,
2a bis 2c und 4a bis 4c, die den Kern 1 und die einzige
koaxiale Schicht oder den Mantel 2 umfassen. In Fig. 1, 2
und 6 bezeichnet das Bezugszeichen 5 einen spiraligen
Hüllfaden, der natürlich auch bei den Fällen von Fig. 3
und 4 angewandt wird.
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Die Erfindung wird mit Bezug auf die nachfolgenden
erläuternden Beispiele weiter beschrieben. Lediglich die
Beispiele 10, 11, 12, 15 und 18 sind in Übereinstimmung mit
der beanspruchten Erfindung.
Beispiel A
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Ein pneumatischer Gürtelreifen für Lastkraftwagen und
Busse mit einer Größe von 1000R20 14 PR wurde, wie in der
nachfolgenden Tabelle 1 dargestellt, unter Verwendung
eines Stahlkabels als eine Karkassenlage bei einer
Endzählung von 17,5 Cords/5 cm hergestellt und dann einem
Trommeltest mit einer Geschwindigkeit von 60 km/h unter einem
Innendruck von 8 kgf/cm² und einer 100%-igen JIS-Belastung
unterworfen. Die Korrosionsermüdungseigenschaften und die
Festigkeitserhaltungseigenschaft des Stahlkabels wurden
durch Berechnungsmethoden ermittelt, wie später erwähnt,
um die in Tabelle 1 dargestellten Ergebnisse zu erhalten,
wobei das Vergleichsbeispiel 1 den Fall einer
herkömmlichen 3+9+1 Zwirnstruktur (Control Cord) und die
Vergleichsbeispiele 2 bis 4 normale Kontaktcords von 1·12+1
Struktur zeigen. Die gemessenen Werte sind durch einen
Index auf der Basis dargestellt, daß der Wert des Control
Cords 100 ist.
Tabelle 1 (a)
Vergleichsbeispiel 1 Beispiel 1 Struktur Zwirnrichtung Zwirn-Ganghöhe Kern Mantel innerer Mantel Durchmesser des Stahlfadens äußerer Mantel fünf Fäden des äußeren Mantels Spirale Durchmesserverhältnis Korrosionsermüdungseigenschaften Festigkeitsbeibehaltungseigenschaft dc = Fadendurchmesser im Kern dso = Fadendurchmesser des dünneren Stahlfadens im Mantel
Tabelle 1 (b)
Vergleichsbeispiel 3 Beispiel 6 Struktur Zwirnrichtung Zwirn-Ganghöhe Kern innerer Mantel Durchmesser des Stahlfadens äußerer Mantel Spirale Durchmesserverhältnis Korrosionsermüdungseigenschaften Festigkeitsbeibehaltungseigenschaft
Tabelle 1 (c)
Beispiel 9 Vergleichsbeispiel 7 Struktur Zwirnrichtung Zwirn-Ganghöhe Kern innerer Mantel Durchmesser des Stahlfadens äußerer Mantel Spirale Durchmesserverhältnis Korrosionsermüdungseigenschaften Festigkeitsbeibehaltungseigenschaft
Beispiel B
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Ein pneumatischer Radialreifen für Lastkraftwagen und
Busse mit einer Größe von 1200R20 18PR wurde, wie in der
nachfolgenden Tabelle 2 dargestellt, unter Verwendung
eines Stahlkabels als eine Karkassenlage bei einer
Endzählung von 12,4 Cords/5 cm hergestellt und dann demselben
Trommeltest, wie in Beispiel A beschrieben, unterworfen.
Die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 2
dargestellt.
Tabelle 2
Vergleichsbeispiel 10 Beispiel 13 Struktur Zwirnrichtung Zwirn-Ganghöhe Kern erster Mantel Spirale Durchmesserverhältnis Korrosionsermüdungseigenschaften Festigkeitsbeibehaltungseigenschaft dc = Fadendurchmesser im Kern dso = Fadendurchmesser im ersten Mantel (erste koaxiale Schicht) dso' = Fadendurchmesser im zweiten Mantel (zweite koaxiale Schicht)
Beispiel C
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Ein pneumatischer Gürtelreifen für Lastkraftwagen und
Busse mit einer Größe von 1000R20 14PR wurde, wie in den
nachfolgenden Tabellen 3 und 4 dargestellt, unter
Verwendung eines Stahlcords als eine Gürtellage bei einer
Endzählung von 19,7 Cords/5 cm und einem Neigungswinkel von
18º mit Bezug auf den Mittelumfang des Reifens hergestellt
und dann demselben Trommeltest, wie in Beispiel A
beschrieben, unterworfen. Die dabei erhaltenen Ergebnisse
sind in den Tabellen 3 und 4 dargestellt.
Tabelle 3
Vergleichsbeispiel 13 Beispiel 16 Struktur Zwirnrichtung Zwirn-Ganghöhe Kern Durchmesser des Stahlfadens erster Mantel Spirale kein Spiralfaden Durchmesserverhältnis
Korrosionsermüdungseigenschaften Festigkeitsbeibehaltungseigenschaft
Tabelle 4
Vergleichsbeispiel 15 Beispiel 18 Struktur Zwirnrichtung Zwirn-Ganghöhe Durchmesser des Stahlfadens Kern Mantel Durchmesserverhältnis Korrosionsermüdungseigenschaften Festigkeitsbeibehaltungseigenschaft
Berechnungsmethode
Korrosionsermüdungseigenschaften (im Falle der Anwendung
auf eine Karkassenlage):
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Nachdem 300 cm³ Wasser in einem Raum zwischen einer
inneren Ausfütterung und einem Schlauch bei der Montage
des Versuchsreifens auf eine Felge abgedichtet waren,
wurde die Lebensdauer des Versuchsreifens bis zum
Auftreten des Cordbruchversagens (Laufentfernung) durch den
Trommeltest gemessen, woraus der Index der
Korrosionsermüdungseigenschaften nach der folgenden Gleichung berechnet
wurde:
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Index = Lebensdauer des Versuchsreifens unter Verwendung
eines Versuchsstahlkabels
(Laufentfernung bis zum Auftreten des Platzens)/
Lebensdauer des Reifens unter Verwendung eines
Kontrollstahlkabels
(Laufentfernung bis zum Auftreten des Platzens) · 100
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Um so größer der Index ist, um so besser ist die
Eigenschaft.
Korrosionsermüdungseigenschaften (im Falle der Anwendung
auf eine Gürtellage):
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Wenn die Lauffläche des Reifens einem Schneidversagen
während des Laufens auf einer rohen Straße unterworfen ist,
tritt Wasser von der Schnittstelle zur Innenseite des
Reifens ein und verursacht einen Bruch des Kabels oder Cords
in der äußersten Gürtellage und der darunter liegenden
Gürtellage aufgrund der Korrosionsermüdung, was
schließlich zu einem Platzen oder Bersten des Reifens führt.
Daher wird von dem Kabel zur Verwendung in dem Gürtel
ebenfalls gefordert, daß es einen hohen
Korrosionsermüdungswiderstand oder eine hohe Kabelbrucheigenschaft hat. Um
den Effekt der Erfindung bei Anwendung des Stahlkabels auf
dem Gürtel zu bestätigen, wurde die Kabelbrucheigenschaft
im Gürtel nach einem tatsächlichen Lauf auf einer rohen
Straße ermittelt, und zwar durch Herstellung eines
Versuchsreifens mit einer 3,5 Gürtelstruktur, wobei das zu
testende Stahlkabel auf die dritte Gürtellage aufgebracht
war. Die Berechnung wurde gemacht, nachdem der Reifen auf
einer rauhen Straße über eine Entfernung von 30.000 km
gelaufen war. Daraufhin wurde der mit einer neuen Kappe
versehene Reifen wiederum über eine Entfernung von 30.000 km
gefahren (d. h. die Gesamtlaufentfernung betrug 60.000 km).
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Nach dem Lauf wurde der Reifen willkürlich in sechs
gleiche Teile zerlegt, und die Anzahl von gebrochenen Kabeln
in der dritten Gürtellage wurde in jedem der sechs
gleichen Teile gemessen, woraus der Index der
Kabelbrucheigenschaft entsprechend der nachfolgenden Gleichung berechnet
wurde:
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Index = Zahl der gebrochenen Cords am Kontrollstahlcord/
Zahl der gebrochenen Cords am Versuchsstahlcord · 100
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Je größer der Indexwert ist, um so besser ist die
Eigenschaft.
Festigkeitserhaltungseigenschaft:
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Die Festigkeitserhaltungseigenschaft wird durch die
nachfolgende Gleichung dargestellt:
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Festigkeitserhaltungseigenschaft = Festigkeitserhaltung des Versuchscords/
Festigkeitserhaltung des Kontrollcords · 100
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In der obigen Gleichung wurde die Festigkeitserhaltung des
Kabels nach der nachstehenden Gleichung berechnet:
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Festigkeitserhaltung = Kabelfestigkeit nach dem Lauf/
Kabelfestigkeit vor dem Lauf · 100
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Wie oben erwähnt, wird gemäß der Erfindung der Durchmesser
wenigstens eines Stahlfadens im Mantel (oder in der
koaxialen Schicht) kleiner als im Kern des Stahlkabels mit
Kontaktstruktur gemacht, das dieselbe Zwirnrichtung und
Ganghöhe hatte, wodurch der Kontaktdruck zwischen dem Kern
und dem Mantel bei Zugausübung auf das Stahlkabel
reduziert werden kann, ohne einen großen Kontaktdruck zwischen
benachbarten Stahlfäden im Mantel hervorzurufen und
hierdurch die Beanspruchung des Stahlfadens und die
Abriebabnutzung zu mildern. Daher können die
Korrosionsermüdungseigenschaften und die Festigkeitserhaltungseigenschaft
beträchtlich verbessert werden.