DE60017978T2

DE60017978T2 - Stahlseil zur Verstärkung von Gummiartikeln sowie Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung solcher Stahlseile

Info

Publication number: DE60017978T2
Application number: DE60017978T
Authority: DE
Inventors: Byung-Ho Buk-Ku Lee; Seung-Ho Pohang Kyungsangbuk-Do Lim
Original assignee: Hongduk Steel Cord Co Ltd Pohang; Hongduk Steel Cord Co Ltd
Current assignee: Hongduk Steel Cord Co Ltd Pohang; Hongduk Steel Cord Co Ltd
Priority date: 1999-06-03
Filing date: 2000-05-18
Publication date: 2006-03-30
Anticipated expiration: 2020-05-19
Also published as: JP3411887B2; ES2234477T3; CN1127592C; EP1059380A2; EP1059380A3; DE60017978D1; JP2000355889A; CN1276451A; US6412263B1; EP1059380B1

Description

Hintergrund der Erfindung
Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen Stahlseile zur Verstärkung für eine Vielzahl von Gummiartikeln wie Reifen und Förderbänder und genauer ein Stahlseil zur Verstärkung, das gebildet wird durch Drehen einer Vielzahl von äußeren Einzeldrähten um einen gedrehten flachen Kern, so dass es eine Vielzahl von Zwischenräumen zwischen dem Kern und den Drähten zusätzlich zu einer Vielzahl von Zwischenräumen zwischen den Drähten besitzt, wodurch das Stahlseil es ermöglicht, dass das Gummimaterial während eines Herstellungsverfahrens der Gummiartikel effektiver zum Eindringen durch die Zwischenräume in das Seil gebracht wird und es frei von einer unerwünschten Bewegung des Kerns innerhalb des Seils ist und es hinsichtlich seiner Altershaftkraft zu dem Gummimaterial verbessert ist, wobei die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen solcher Stahlseile betrifft.
Beschreibung des Standes der Technik
Stahlseile werden, wie es den Fachleuten gut bekannt ist, als Verstärkungsmaterialien für Gummiartikel oder Elastomerartikel wie Reifen und Förderbänder verwendet. Die Stahlseile, die als Materialien zur Verstärkung für solche Gummiartikel verwendet werden, sind hinsichtlich erwünschter Eigenschaften überlegen wie z.B. Stärke, Modul (modulus), Hitzewiderstandsfähigkeit und Ermüdungswiderstandsfähigkeit im Vergleich mit anderen herkömmlichen Materialien zur Verstärkung wie z.B. organische oder anorganische Fasern. Daher wurden die Stahlseile bevorzugter als Materialien zur Verstärkung von solchen Gummiartikeln verwendet als andere solche Materialien zur Verstärkung. Insbesondere wenn solche Stahlseile als das Material des Unterbaus oder der Stahlgürtelschicht eines Gürtelreifens verwendet werden, verbessern die Stahlseile die Reibwiderstandsfähigkeit, die Dauerhaftigkeit und das Lenkansprechen des Reifens.
Ein Stahlseil, das als Material zur Verstärkung von Gürtelreifen oder Förderbändern verwendet wird, wird typischerweise gebildet durch Zusammendrehen einer Vielzahl von Einzeldrähten, um eine Litzenstruktur zu bilden, oder durch Zusammendrehen einer Vielzahl von Litzen, um eine Drahtseilstruktur zu bilden. Um den Stahlseilen es zu ermöglichen, eine gewünschte Verstärkungsfunktion innerhalb eines Gummiartikels auszuüben, ist es notwendig, dass die Stahlseile physikalisch, chemisch und fest mit dem Gummimaterial verbunden sind.
Die 1 bis 5 sind Schnittansichten, die jeweils Beispiele von üblichen Stahlseilen zur Verstärkung für Gürtelreifen zeigen.
1 zeigt ein Stahlseil, das eine Doppelschicht-gedrehte Struktur besitzt und das typischerweise als das Gürtelschichtmaterial von Gürtelreifen mit Stahlgürtel für große Fahrzeuge wie Lastkraftwagen oder Busse verwendet wird. Wie in der Zeichnung gezeigt, besitzt das Stahlseil 1 eine 3+6 Einzeldrahtstruktur, bei der sechs äußere Einzeldrähte 1b um einen Kern gedreht sind, um eine Doppelschicht-gedrehte Struktur zu bilden, wobei der Kern durch das Zusammendrehen von drei Kerneinzeldrähten 1a, so dass ein Kern gebildet wird, gebildet wird.
Das oben beschriebene Doppelschicht-gedrehte Stahlseil 1 ist jedoch in der Weise problematisch, dass es etwas komplex in der Struktur ist, da es viele Einzeldrähte besitzt. Zusätzlich muss das oben genannte Stahlseil 1 mittels zweier Drehprozesse hergestellt werden oder mittels eines primären Drehprozesses, bei dem die drei Kerneinzeldrähte 1a gedreht werden, um einen Kern zu bilden, und eines zweiten Drehprozesses, bei dem die sechs äußeren Einzeldrähte 1b um den Kern gedreht werden, um ein Seil zu bilden. Dieses verkompliziert letztendlich das Herstellungsverfahren der Stahlseile zur Verstärkung zusätzlich zu einer Steigerung der Herstellungskosten der Stahlseile. In dem oben genannten Stahlseil 1 wird ein zentraler Raum H in der Mitte der drei gedrehten Kerneinzeldrähte 1a gebildet, es ist aber nahezu unmöglich für das Gummimaterial, dass es zum Eindringen in den zentralen Raum H während eines Reifenherstellungsverfahren gebracht wird. Dieses Stahlseil 1 ist daher unerwünscht verringert hinsichtlich seiner Altershaftkraft zu dem Gummimaterial.
Ein weiteres Problem, das hinsichtlich des oben genannten Stahlseiles 1 in Erfahrung gebracht wurde, besteht darin, dass das Stahlseil 1 etwas schwer ist und einen großen Durchmesser besitzt, so dass es nicht mit dem neuen Trend zur Leichtigkeit der Reifen oder einer Verbesserung der maximalen sicheren Kilometerleistung in Übereinstimmung zu bringen ist.
Aus EP-A 0 264 071 ist ein Reifen mit flachen Seilen bekannt. Die Seile umfassen einen Kern, der durch Walzen eines Stahldrahtes gebildet wird, welcher ursprünglich einen kreisförmigen Querschnitt besaß, um dem Draht einen flachen Querschnitt zu verleihen. Der Kern wird durch eine Zahl „n" von äußeren Drähten umgeben. Die äußeren Drähte sind um den flachen Kern gedreht, so dass sie ein Stahlseil bilden mit einer 1+n Einzeldrahtstruktur.
JP-A-10-88488 offenbart ein Stahlseil zum Verstärken von Reifen, das auch eine 1+n Einzeldrahtstruktur besitzt, wobei der Kerneinzeldraht einen flachen Draht umfasst, der kontinuierliche Wellen in der Längsrichtung besitzt.
EP-A 0 676 500 offenbart ein Herstellungsverfahren für ein Stahlseil, wobei der Kerneinzeldraht einen Draht umfasst, der in einer planaren Wellenform verformt und gedreht ist.
In einem Versuch, die oben erwähnten Probleme des Doppelschicht-gedrehten Stahlseils 1 zu überwinden, wurde ein Stahlseil vorgeschlagen, das eine Einzelschicht-gedrehte offene Struktur besitzt, wie es in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. Heisei. 6-65,877 offenbart wurde. Dieses japanische Stahlseil, das in 2 der begleitenden Zeichnungen gezeigt wird, besitzt einen kleinen Durchmesser zusätzlich zu einem einfachen Aufbau. Dieses Stahlseil wird auch durch einen Einzelprozess hergestellt, der im Unterschied zu dem Stahlseil 1 der 1 frei vom primären Drehschritt zum Bilden des gedrehten Kerns hergestellt wird. Wie in der Zeichnung gezeigt, werden eine Vielzahl von Einzeldrähten, zum Beispiel 6 Einzeldrähte 2a zusammen gedreht, um ein Stahlseil 2 zu bilden, wobei sie jeweils und in hohem Maße vorgeformt sind. Dieses Stahlseil 2 wird danach durch Krafteinwirkung von außen etwas abgeflacht, so dass es einen insgesamt elliptischen Querschnitt besitzt. In dem oben genannten Stahlseil 2 wird eine Vielzahl von Zwischenräumen S zwischen den Einzeldrähten 2a gebildet.
Das oben genannte Stahlseil 2 wird durch einen einzelnen Drehprozess hergestellt, wodurch das Seilherstellungsverfahren zusätzlich zu einer Verringerung der Seilherstellungskosten vereinfacht wird. In dem oben genannten Stahlseil 2 sind die Einzeldrähte 2a etwas locker verbunden, da sie jeweilig und in hohem Maße während des Herstellungsverfahrens des Seiles 2 vorgeformt werden, so dass sie die erwünschten Zwischenräume S zwischen den Drähten 2a bilden. Aufgrund dieser Zwischenräume S wird es dem Gummimaterial ermöglicht, in das Stahlseil 2 während eines Herstellungsverfahrens eines Gürtelreifens mit Stahlgürtel einzudringen. Zusätzlich ist es möglich, da jede flache Oberfläche des oben genannten Stahlseils 2 nahezu in der gleichen Ebene innerhalb der Gesamtlänge des Seiles 2 gehalten wird, die Dicke eines sich ergebenen Reifens zu verringern, wobei bevorzugt das Gewicht des Reifens reduziert wird.
Jedoch ist das oben genannte Stahlseil 2 in der Hinsicht problematisch, dass das Stahlseil 2, da die Einzeldrähte 2a locker zusammengedreht sind, während sie jeweils vorgeformt sind, eine außerordentlich hohe Dehnung besitzt, sogar in dem Falle, dass geringe Last angelegt wird. Dieses Seil 2 bereitet daher Schwierigkeiten bei der Handhabung durch einen Arbeiter während eines Reifenherstellungsverfahrens. Um die Einzeldrähte 2a innerhalb des vorbestimmten Bereiches vorzuformen, ist es nötig, die Einzeldrähte 2a mechanisch unter Verwendung einer speziellen Vorformvorrichtung zu bearbeiten, wie einer Vorformvorrichtung des Plattentyps oder einer Vorformvorrichtung des Rotationstyps. In solch einem Fall wird starke Reibung an den Kontaktbereichen zwischen den Einzeldrähten 2a und der Vorrichtung erzeugt, so dass unerwünscht Messingbeschichtungsschichten von den Oberflächen der Einzeldrähte 2a entfernt werden und die Drähte 2a beschädigt werden. Dieses verringert letztendlich die Gummihaftkraft und die Verformungswiderstandsfähigkeit des Stahlseiles 2.
Insbesondere ist das oben genannte Stahlseil 2 sehr schwer zu handhaben während eines Herstellungsverfahrens erwünschter Gummiartikel, die die Seile 2 umfassen, und besitzt notwendigerweise einen feinen Unterschied hinsichtlich der Niedriglastdehnung zwischen den Drähten 2a. Deshalb ist es schwierig, die Stahlseile 2 regelmäßig innerhalb einer obersten Schicht anzuordnen, so dass sich eine unregelmäßige Qualität der resultierenden obersten Schichten ergibt. Im Falle von Reifen, die Gürtelschichten verwenden, die aus solchen Stahlseilen 2 gemacht sind, können die Stahlseile 2 leicht während der Drehung der Reifen auf einer Straße gelockert werden. Dies kann letztendlich ermöglichen, dass die Gürtelschichten unerwartet verformt werden, so dass das Lenkansprechen der Reifen verringert wird und gelegentlich Sicherheitsgefährdungen verursacht werden.
3 zeigt ein herkömmliches Stahlseil 3, das eine 1+6 Einzeldrahtstruktur besitzt, bei der sechs äußere Einzeldrähte 3b um einen Kern 3a gedreht sind, der aus einem Kerneinzeldraht mit einem kreisförmigen Querschnitt gebildet ist, um ein Seil zu bilden. Andererseits zeigt 4 ein weiteres konventionelles Stahlseil 4, das eine 1+6 Einzeldrahtstruktur besitzt, mit sechs äußeren Einzeldrähten 4b, die um einen Kern 4a gedreht sind, der aus einem Kerneinzeldraht gebildet ist, um ein Stahlseil auf die gleiche Art zu bilden, wie für das Seil 3 aus 3 beschrieben. Der Kern 4b dieses Stahlseiles 4 ist jedoch durch ein Druckwalzenpaar gewalzt, damit er im Unterschied zu dem des Seiles 3 einen flachen Querschnitt besitzt.
In den Stahlseilen 3 und 4, die jeweils eine 1+6 Einzeldrahtstruktur der 3 und 4 besitzen, ist die Strukturstabilität der Seile 3 und 4 aufgrund der Kerne 3a und 4a verbessert. Es ist auch möglich, die Dehnung zu verringern, wenn die Seile 3 und 4 gedehnt werden. Jedoch ist es hinsichtlich der Seile 3 und 4 Problematisch, dass es für das Gummimaterial sehr schwer ist, in die Verbindungen zwischen den Kernen 3a und 4a und den äußeren Einzeldrähten 3b und 4b einzudringen, da die äußeren Einzeldrähte dicht um den Kern gedreht sind, wobei sie in kontinuierlichen linearen Kontakt mit dem Kern gebracht sind.
In einem Gürtelreifen mit Stahlgürtel, der eine Gürtelschicht besitzt, die aus den oben genannten Stahlseilen zur Verstärkung 3 oder 4 besteht, wiederholt die Stahlgürtelschicht eine Verformungsbewegung während einer Rotationsbewegung des Reifens auf der Straße, wodurch sie wiederholt unter Spannung gesetzt, zusammengedrückt und dadurch stark unter Druck gesetzt wird. Aufgrund solch einer Verformungsbewegung der Stahlgürtelschicht werden die benachbarten Einzeldrähte 3a und 3b, 4a und 4b jedes Stahlseiles in Reibungskontakt miteinander gebracht, so dass sie graduell an ihren Reibungskontaktflächen angegriffen und an den Oberflächen reibungsermüdet werden. Dies kann letztendlich einen Bruch einiger Stahlseile innerhalb der Gürtelschicht verursachen.
Ein weiteres Problem der oben genannten Stahlseile 3 und 4 besteht darin, dass es misslingt, den Kern in 3a oder 4a mit den äußeren Einzeldrähten 3b oder 4b durch das Gummimaterial zu verbinden, sondern er frei innerhalb des zentralen Raumes gehalten wird, der durch die gedrehten äußeren Drähte 3b oder 4b begrenzt wird. Daher führt jedes der Stahlseile 3 und 4 unerwünscht zu einer Kernwanderung, bei der der Kern 3a oder 4b sich zu dem Rand der Gürtelschicht bewegt.
5 ist eine Schnittansicht eines herkömmlichen Stahlseiles 5, das eine 1+6 Einzeldrahtstruktur besitzt, wobei einige äußere Einzeldrähte teilweise vorgeformt sind, um die oben erwähnten Probleme zu überwinden, die bei den Stahlseilen 3 und 4 der 3 und 4 in Erfahrung gebracht worden sind. In dem Stahlseil 5 der 5 sind einige äußere Einzeldrähte 5b', die um den Kern 5a herum gedreht sind, um ein Seil zu bilden, vorgeformt und daher sind die Verbindungen zwischen den vorgeformten Einzeldrähten 5b' teilweise offen, was das Eindringen des Gummimaterials in das Stahlseil 5 verbessert.
Das oben genannte Stahlseil 5 hat jedoch die folgenden Nachteile. Das heißt, dass die Stahlgürtelschicht, die aus solchen Stahlseilen 5 besteht, eine Verformungsbewegung während einer kontinuierlichen Rotationsbewegung eines Reifens auf einer Straße wiederholt, so dass sie wiederholt unter Spannung gesetzt, zusammengedrückt und dadurch unmittelbar und schwerwiegend beeinflusst wird. In solch einem Fall werden die Stahlseile 5 innerhalb der Stahlgürtelschicht überlastet. Daher wird die Zugkraft und die Druckkraft auf die nicht vorgeformten äußeren Drähte 5b konzentriert, die ein geringeres Vorformungsverhältnis besitzen oder die eine geringe bereitgestellte Einzeldrahtlänge pro Längenabschnitt der Stahlgürtelschicht besitzen. Daher ist das oben genannte Stahlseil 5 hinsichtlich der strukturellen Stabilität minderwertig.
Um die Einzeldrähte 5b' innerhalb eines vorbestimmten Bereiches vorzuformen, ist es nötig, die Einzeldrähte 5b' mechanisch unter Verwendung einer speziellen Vorformvorrichtung wie ein Zahnrad zu bearbeiten. In solch einem Fall wird eine starke Reibung an den Kontaktbereichen zwischen den Einzeldrähten 5b' und der Vorrichtung erzeugt, so dass unerwünschter Weise Messingbeschichtungsschichten von den Oberflächen der Einzeldrähte 5b' entfernt werden und die Drähte 5b' beschädigt werden. Dieses verringert letztendlich die Gummihaftkraft und die Verformungsermüdungswiderstandsfähigkeit des Stahlseiles 5.
Zusammenfassung der Erfindung
Dementsprechend wurde die vorliegende Erfindung unter Berücksichtigung der oben genannten Probleme gemacht, die im Stand der Technik auftreten, und ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Stahlseil zur Verstärkung für Gummiartikel zur Verfügung zu stellen, das gebildet wird durch Drehen einer Vielzahl von äußeren Einzeldrähten um einen Kern, wobei der Kern in seiner Struktur so verbessert ist, dass er die kontinuierlichen Kontaktflächen zwischen dem Kern und den äußeren Einzeldrähten minimiert und dass er erwünschte Zwischenräume zwischen dem Kern und den Drähten zusätzlich zu einer Vielzahl von Zwischenräumen zwischen den Drähten bildet und es so ermöglicht, dass das Gummimaterial dazu gebracht wird, während eines Herstellverfahrens der Gummiartikel effektiver in die Zwischenräume einzudringen und diese auszufüllen, und hinsichtlich seiner Alterungshaftkraft zu dem Gummimaterial verbessert ist.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Stahlseil zur Verstärkung von Gummiartikeln zur Verfügung zu stellen, das sehr fest mit dem Gummimaterial eines erwünschten Gummiartikels verbunden ist, so dass es eine geringe Dehnung besitzt, für den Fall, dass eine geringe Last angelegt wird, und hinsicht lich seiner strukturellen Stabilität verbessert ist, und das effektiv jeder Verformungsbelastungen widersteht und es hinsichtlich seiner Reibungswiderstandsfähigkeit verbessert ist, während es frei davon ist, die Messingbeschichtungsschichten der Einzeldrähte zu beschädigen und das das Problem einer Kernwanderung völlig eliminiert.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen solcher Stahlseile zur Verstärkung zur Verfügung zu stellen.
Um die oben genannten Ziele zu erreichen, stellt die vorliegende Erfindung ein Stahlseil zur Verstärkung von Gummiartikeln zur Verfügung, das gebildet wird durch Drehen einer Vielzahl von messingbeschichteten äußeren Einzeldrähten um einen flachen und spiralförmig gedrehten Kern, wobei die Drehrichtung des Kerns die gleiche oder entgegengesetzt zu der des resultierenden Stahlseils ist.
In dem erfindungsgemäßen Stahlseil ist der flache Kern in derselben Richtung gedreht wie die des resultierenden Seiles oder in einer Richtung entgegengesetzt zu der des Seiles, mit einer Schraubsteigung des Kerns die 0,2 bis 2 mal der Schraubsteigung des Seiles entspricht. Daher ist es möglich, eine Vielzahl von erwünschten Zwischenräumen zwischen dem Kern und den äußeren Drähten und zwischen den äußeren Drähten innerhalb des Stahlseils zu bilden.
In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform hat wenigstens einer der äußeren Drähte, die um den flachen und spiralförmig gedrehten Kern zu dem Seil gedreht sind, einen flachen Querschnitt zusätzlich zu einer auf dieselbe Art wie die des Kerns spiralförmig gedrehten Struktur.
Die oben erwähnten Zwischenräume innerhalb des erfindungsgemäßen Stahlseiles verbessern das Eindringen des Gummis in das Seil und ermöglichen es so, dass das Gummimaterial vollständig das Seil ausgefüllt. Das die Zwischenräume füllende Gummimaterial verhindert fast vollständig, dass der Kern in direkten Kontakt mit den äußeren Drähten kommt zusätzlich zu einer Verhinderung des Kontaktes zwischen den äußeren Drähten.
Daher dringt das Gummimaterial, wenn solche Stahlseile innerhalb eines Gürtelreifes mit Stahlgürtel mittels eines Vulkanisierungsverfahrens eingebracht werden, durch die offenen Zwischenräume und füllt die Seile. Dieses verhindert effektiv eine Abnutzung der Seile, die durch den Reibungskontakt zwischen den Drähten verursacht wird und minimiert einen unerwünschten Bruch der Drähte innerhalb der Stahlseile. Das Gummimaterial innerhalb der Zwischenräume um den Kern herum hält die Position des Kerns innerhalb des Seiles fest, wodurch das Problem einer Kernwanderung eliminiert wird. Das erfindungsgemäße Stahlseil wird hergestellt ohne eine herkömmliche Vorformvorrichtung zu verwenden, die unerwünscht die messingbeschichteten Oberflächen der Stahldrähte verkratzt oder beschädigt, so dass die Gummianhaftkraft des Stahlseils zusätzlich zu einer Verbesserung hinsichtlich der Altershaftkraft des Seiles mit dem Gummimaterial verbessert wird.
Das erfindungsgemäße Stahlseil besitzt eine 1+n Einzeldrahtstruktur („n" steht für die Zahl der äußeren Einzeldrähte). In dem Stahlseil ist die Zahl „n" bevorzugt auf eine der Zahlen von 3 bis 9 eingestellt. Das oben genannte Stahlseil mit einer ersten gedrehten Mehrschicht-Struktur kann direkt als Stahlseil zur Verstärkung von Gummiartikeln verwendet werden oder kann als ein Kern eines anderen Stahlseils mit einer zweiten gedrehten Mehrschicht-Struktur verwendet werden. Das oben erwähnte Stahlseil mit der ersten gedrehten Mehrschicht-Struktur kann auch als Litzen eines anderen Stahlseils mit einer schließenden Struktur verwendet werden, die im Stand der Technik üblicherweise unter Verwendung des Symbols „x" ausgedrückt wurde. Alternativ kann das erfindungsgemäße Stahlseil eine kombinierte Struktur mit sowohl einer schließenden Struktur als auch einer gedrehten Mehrschicht-Struktur haben. Solch eine gedrehte Mehrschicht-Struktur wurde im Stand der Technik üblicherweise unter Verwendung des Symbols „+" ausgedrückt.
Das oben erwähnte Stahlseil zur Verstärkung von Gummiartikeln wird hergestellt mittels der Schritte des Kaltwalzens eines vermessingten Stahldrahtes mit einem kreisförmigen Querschnitt, um dem Stahldraht einen flachen Querschnitt zu geben, axiales und spiralförmiges Drehen des Stahldrahtes um eine Achse des Drahtes, um so einen erwünschten flachen und spiralförmig gedrehten Kern zu bilden und drehen einer Vielzahl von äußeren Drähten um den Kern, um ein erwünschtes gedrehtes Stahlseil so zu bilden, so dass wenigstens entweder die Drehrichtung oder die Schraubsteigung des gedrehten Kerns anders als die des gedrehten Seils ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die oben genannten und weitere Ziele, Merkmale und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden klarer verständlich werden durch die folgende detaillierte Beschreibung, die in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen vorgenommen wird, in denen:
1 eine Schnittansicht eines herkömmlichen Stahlseils mit einer 3+6 Einzeldrahtstruktur ist;
2 eine Schnittansicht eines herkömmlichen Stahlseiles ist mit sechs vorgeformten Einzeldrähten, die zusammengedreht sind, um ein Seil zu bilden und auf das externe Kraft ausgeübt wurde, um es abzuflachen;
3 eine Schnittansicht eines herkömmlichen Stahlseiles mit einer 1+6 Einzeldrahtstruktur ist, wobei der Kern einen kreisförmigen Querschnitt besitzt;
4 eine Schnittansicht eines herkömmlichen Stahlseiles mit einer 1+6 Einzeldrahtstruktur ist, wobei der Kern abgeflacht ist;
5 eine Schnittansicht eines herkömmlichen Stahlseiles mit einer 1+6 Einzeldrahtstruktur ist, wobei der Kern einen kreisförmigen Querschnitt besitzt und einige äußere Einzeldrähte vorgeformt sind;
6a und 6b Ansichten sind, die die Konstruktion eines Stahlseiles zur Verstärkung in Übereinstimmung mit der primären Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen, in denen:
6a eine Frontansicht des Stahlseiles ist, die die Konstruktion des Seiles zeigt; und
6b Querschnitte des Stahlseiles zeigt, die entlang den Linien A-A, B-B, C-C, D-D und E-E der 6a geschnitten wurden;
7a und 7b Schnitte sind, die Kerne zeigen, die in dem erfindungsgemäßen Stahlseil verwendet werden, in denen:
7a eine Frontansicht eines S-gedrehten Kernes in Übereinstimmung mit der primären Ausführungsform ist; und
7b eine Frontansicht eines Z-gedrehten Kernes in Übereinstimmung mit der ersten Modifizierung der primären Ausführungsform ist;
8 eine vergrößerte Schnittansicht des Stahlseiles der primären erfindungsgemäßen Ausführungsform ist;
9a und 9b Schnittansichten von Stahlseilen sind, die jeweils gebildet werden durch Drehen einer Vielzahl von äußeren Einzeldrähten um ein Stahlseil der primären Ausführungsform, das als ein Kern verwendet wird, um eine gedrehte Mehrschicht-Struktur in Übereinstimmung mit der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu bilden, in denen:
9a ein Stahlseil zeigt, wobei alle äußeren Einzeldrähte einen kreisförmigen Querschnitt gemäß der zweiten Ausführungsform besitzen; und
9b ein Stahlseil zeigt, wobei wenigstens einer der äußeren Einzeldrähte flach und spiralförmig gedreht ist gemäß der ersten Modifizierung der zweiten Ausführungsform;
10a und 10b Schnittansichten von Stahlseilen sind, die jeweils gebildet wurden durch Zusammendrehen von drei Stahlseilen der primären Ausführungsform, die als Litzen verwendet werden, um eine schließende Struktur in Übereinstimmung mit der dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform zu bilden, in denen:
10a ein Stahlseil zeigt, wobei alle äußeren Einzeldrähte, die um einen flachen und spiralförmig gedrehten Kern jeder Litze gedreht sind, einen kreisförmigen Querschnitt gemäß der dritten Ausführungsform besitzen; und
10b ein Stahlseil zeigt, wobei wenigstens einer der äußeren Einzeldrähte flach und spiralförmig gedreht ist gemäß der ersten Modifizierung der dritten Ausführungsform;
11 eine Schnittansicht eines Stahlseiles ist mit sowohl einer gedrehten Mehrschicht-Struktur als auch einer schließenden Struktur in Übereinstimmung mit der vierten erfindungsgemäßen Ausführungsform;
12 eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht ist, die die Konstruktion einer Kernformeinheit zeigt, die in einer erfindungsgemäßen Stahlseildrehvorrichtung enthalten ist; und
13 bis 16 Ansichten sind, die jeweils ein Verfahren zum Herstellen erfindungsgemäßer Stahlseile unter Verwendung einer Drehvorrichtung zeigen, in denen:
13 ein Seilherstellungsverfahren unter Verwendung einer Außen-Innen-Doppeldrehvorrichtung zeigt;
14 ein Seilherstellungsverfahren unter Verwendung einer Innen-Außen-Doppeldrehvorrichtung zeigt;
15 ein Seilherstellungsverfahren unter Verwendung einer Innen-Außen-Doppeldrehvorrichtung einer Art zeigt, die verschieden zu der Vorrichtung aus 14 ist; und
16 ein Seilherstellungsverfahren unter Verwendung einer Drehvorrichtung des Röhrentypes zeigt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
6a ist eine Frontansicht, die die Konstruktion eines Stahlseiles zur Verstärkung in Übereinstimmung mit der primären erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt. 6b zeigt Querschnitte des Stahlseiles, die entlang der Linien A-A, B-B, C-C, D-D und E-E der 6a geschnitten wurden. 7a ist eine Frontansicht, die einen S-gedrehten Kern zeigt, der in dem erfindungsgemäßen Stahlseil verwendet wurde. 7b ist eine Frontansicht, die einen Z-gedrehten Kern zeigt, der in dem erfindungsgemäßen Stahlseil verwendet wurde. 8 ist eine vergrößerte Schnittansicht des erfindungsgemäßen Stahlseiles.
Wie in den Zeichnungen gezeigt, besitzt das erfindungsgemäße Stahlseil 10 einen Kern 11 mit sechs äußeren Einzeldrähten 12, die jeweils mit einer Messingschicht beschichtet sind und um den Kern 11 herum gedreht sind, so dass sie ein erwünschtes Stahlseil bilden. Der Kern 11 ist gebildet durch Längsdrehen eines flachen Drahtes, um eine spiralförmig gedrehte Struktur zu bilden.
In der vorliegenden Erfindung kann der oben genannte Kern 11 längsgedreht in der gleichen Richtung sein, wie die Drehrichtung des Seiles 10, wie in 7a gezeigt, oder kann längsweise verdreht in eine Richtung sein, die entgegengesetzt der Drehrichtung des Seiles 10 ist, wie in 7b gezeigt.
Die Schraubsteigung P₂ des gedrehten Kernes 11 wird so eingestellt, dass sie es ermöglicht, dass der Kern 11 0,2 bis 2 mal innerhalb der Schraubsteigung P₁ des Seiles 10 gedreht sein kann, so dass der Raum, der geometrisch durch den Kern 11 innerhalb des Seiles 10 belegt wird, vergrößert wird unter zur Verfügung stellen einer Vielzahl von Zwischenräumen S zwischen den äußeren Einzeldrähten 12, wie am besten in 8 gesehen werden kann. Daher wird ein Zwischenraum von nicht weniger als 0,02 mm zwischen den benachbarten äußeren Einzeldrähten 12 innerhalb der Schraubsteigung P₁ des Stahlseiles 10 mit einer 1+n Einzeldrahtstruktur gebildet.
In solch einem Fall wird die Schraubsteigung P₂ des gedrehten Kernes 11 nahezu regelmäßig innerhalb der Gesamtlänge des Stahlseiles 10 gehalten. In der vorliegenden Erfindung kann die gedrehte Struktur des Kernes 11 geändert werden in eine kombinierte Struktur, in der der Kern 11 teilweise in der gleichen Richtung wie die Drehrichtung des Seiles 10 in ersten mehreren Abschnitten gedreht ist und nicht gedreht ist in zweiten mehreren Abschnitten und in den übrigen Abschnitten in eine Richtung entgegensetzt zu der Drehrichtung des Seiles 10 gedreht ist.
In dem erfindungsgemäßen Stahlseil 10 werden eine Vielzahl von offenen Zwischenräumen zwischen dem Kern 11 und den äußeren Einzeldrähten 12 und zwischen den Drähten 12 gebildet, so dass das Eindringen des Gummimaterials in das Stahlseil 5, und das Ausfüllen mit Gummimaterial während eines Vulkanisierungsverfahrens der Herstellung eines Gummiartikels verbessert wird. Dieses verbessert letztendlich die Altershaftkraft des Stahlseiles 10 mit dem Gummimaterial und eliminiert beinahe vollständig die Probleme hinsichtlich der Reibung an den Kontaktstellen und hinsichtlich der Kernwanderung.
Um die oben erwähnten Vorteile und Anwendungseffekte des Stahlsteiles 10 zu erreichen, ist es nötig, die Durchmesser der äußeren Einzeldrähte 12 und das Flachheitsverhältnis und den Durchmesser des Kernes 11 zusätzlich zu der Schraubsteigung P₁ des Seiles 10 geeignet einzustellen.
In der vorliegenden Erfindung werden sowohl die offenen Zwischenräume zwischen den Drähten 12 als auch der Raum, der durch die Drähte 12 in den zentralen Abschnitt des Seiles 10 ausgefüllt wird, bevorzugt vergrößert, wenn der Durchmesser des Kernes 11 vergrößert wird bei Verringerung des Durchmessers jedes Drahtes 12 oder wenn das Flachheitsverhältnis des Kernes 11 vergrößert wird. In solch einem Fall wird das Eindringen des Gummimaterials in das Stahlseil 10 verbessert. Wenn jedoch der Durchmesser und das Flachheitsverhältnis des Kernes 11 in hohem Maße vergrößert werden, wird der Durchmesser des resultierenden Stahlseiles 10 vergrößert, so dass eine Gummibedeckungsschicht unerwünscht verdickt wird.
Daher ist es notwendig, um sowohl das Eindringen des Gummimaterials in das Stahlseil 10 als auch die strukturelle Stabilität des Stahlseiles 10 zu verbessern, ohne den Durchmesser eines resultierenden Stahlseiles zu steigern, die Durchmesser der äußeren Einzeldrähte 12 und das Flachheitsverhältnis und den Durchmesser des Kernes 11 zusätzlich zu der Schraubsteigung P₁des Stahlseiles 10 auf Basis der nachfolgenden Verhältnisgleichungen (1) geeignet einzustellen.
Verhältnisgleichungen (1)

0,7d₁ ≤ d₂ ≤ 1,3d₁
1,05 ≤ F = l/m ≤ 2,0
l = d₂{1 + π/2·(θ/360)/(cos θ/2) – 1/2 sin θ/2}
θ = 2 cos^–1 m/d₂
P₂ = ± (0,2 ~ 2)P₁
dabei ist
d₁ der Durchmesser (mm) jedes äußeren Einzeldrahtes.
d₂ der Durchmesser (mm) des ursprünglichen Kernes bevor er abgeflacht wurde.
F das Flachheitsverhältnis des Kernes.
l der größere axiale Durchmesser (mm) des flachen Kernes.
m die kleinere axiale Dicke (mm) des flachen Kernes.
θ der Winkel (Grad) der Flachheit des Kernes.
P₁ die Schraubsteigung (mm) des gedrehten Seiles.
P₂ die Schraubsteigung (mm) des gedrehten Kernes.

In der vorliegenden Erfindung wird der Durchmesser jedes äußeren Einzeldrahtes 12 und des ursprünglichen Kernes 11, bevor er abgeflacht wird, bevorzugt auf 0,1 bis 0,5 mm eingestellt. Zusätzlich wird der Anteil von Kohlenstoff-C in jeweils dem Kern 11 und den Drähten 12 auf 0,65 bis 1,1 Gew.-% eingestellt. Es ist auch bevorzugt, die Oberflächen des Kernes 11 und der Drähte 12 mit Messing zu beschichten.
Die oben erwähnten Begrenzungen der Dimensionen und Bestandteile des erfindungsgemäßen Stahlseiles 10 werden wie nachfolgend bestimmt.
Im erfindungsgemäßen Stahlseil 10 wird die Schraubsteigung P₂ des gedrehten Kernes 11 so eingestellt, dass es ermöglicht wird, dass der Kern 11 0,2 bis 2 mal innerhalb der Schraubsteigung P₁ des Seiles 10 in der gleichen Richtung wie die Drehrichtung des Seiles 10 oder in einer Richtung entgegengesetzt zu der Drehrichtung des Seiles 10 gedreht wird, so dass offene Zwischenräume zwischen dem Kern 11 und den Drähten 12 gebildet werden. Wenn die Schraubsteigung P₂ so eingestellt ist, dass es dem Kern 11 ermöglicht ist, weniger als 0,2 mal innerhalb der Schraubsteigung P₁ gedreht zu sein, ist es aufgrund einer außerordentlichen hohen Rotationsgeschwindigkeit einer Kernformeinheit, die verwendet wird, den Kern 11 spiralförmig zu drehen, sehr schwierig, den Kern 11 zu drehen, um eine erwünschte Struktur zu bilden. Auf der anderen Seite ist es beinahe unmöglich, die erwünschten Zwischenräume zwischen dem Kern 11 und den Drähten 12 zu bilden, wenn die Schraubsteigung P₂ so eingestellt ist, dass es dem Kern 11 ermöglicht ist, mehr als zweimal innerhalb der Schraubsteigung P₁ gedreht zu sein.
In der vorliegenden Erfindung ist das Flachheitsverhältnis F des Kernes 11 auf 1,05 bis 2,05 eingestellt. Wenn das Flachheitsverhältnis F höher als 2,0 ist, verbessert sich das Eindringen des Gummimaterials in das Seil 10, aber der Durchmesser des Seiles 10 wird überaus vergrößert, so dass die Gummideckschicht unerwünscht verdickt wird. Auf der anderen Seite wird, wenn das Flachheitsverhältnis F kleiner als 1,05 ist, das Eindringen des Gummimaterials in das Seil 10 verringert, da die Zwischenräume zwischen dem Kern 11 und den Drähten 12 verringert werden. Daher muss, um den neueren Trend der Leichtigkeit von Reifen und das Eindringen des Gummimaterials in das Seil 10 zu erreichen, das Flachheitsverhältnis F des Kernes 11 von 1,05 bis 2,0 eingestellt werden.
9a und 9b sind Schnittansichten von Stahlseilen 13 und 13', jeweils gebildet durch Drehen einer Vielzahl von äußeren Einzeldrähten um ein Stahlseil 10 oder 10a der primären Ausführungsform, welches als Kern verwendet wurde, um eine gedrehte Mehrschicht-Struktur in Übereinstimmung mit der zweiten erfin dungsgemäßen Ausführungsform zu bilden. Von den 9a und 9b zeigt die erste ein Stahlseil, wobei alle äußeren Einzeldrähte einen kreisförmigen Querschnitt gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung besitzen, während die zweite ein Stahlseil zeigt, wobei einer oder mehrere äußere Einzeldrähte flach und spiralförmig gedreht sind gemäß der ersten Modifizierung der zweiten Ausführungsform. In den Zeichnungen ist der flache und spiralförmig gedrehte Kern mittels des Bezugszeichens 11 benannt, während die flachen und spiralförmig gedrehten äußeren Einzeldrähte mittels des Bezugszeichens 11a bezeichnet werden.
10a und 10b sind Schnittansichten der Stahlseile 14 und 14', die jeweils durch Zusammendrehen von als Litzen verwendeten drei Stahlseilen 10 oder 10b der primären Ausführungsform gebildet wurden, um eine schließende Struktur in Übereinstimmung mit der dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform zu bilden. Von den 10a und 10b zeigt die erste ein Stahlseil 14, wobei alle äußeren Einzeldrähte, die um einen flachen und spiralförmig gedrehten Kern 11 jeder Litze 10 herum gedreht sind, einen kreisförmigen Querschnitt gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung besitzen, während die zweite ein Stahlseil 14' zeigt, wobei einer oder mehrere äußere Einzeldrähte flach und spiralförmig gedreht sind gemäß der ersten Modifizierung der dritten Ausführungsform. In 10b werden die flachen und spiralförmig gedrehten äußeren Einzeldrähte mittels den Referenzzeichen 11b bezeichnet.
11 ist eine Schnittansicht eines Stahlseiles 15 mit sowohl einer gedrehten Mehrschicht-Struktur als auch einer schließenden Struktur gemäß der vierten erfindungsgemäßen Ausführungsform. In der Ausführungsform der 11 sind sieben Litzen 10d um einen Kern 10c herum gedreht, um ein gewünschtes Stahlseil 15 zu bilden. In solch einem Fall wird jede Litze 10d gebildet durch Zusammendrehen von 3 Einzeldrähten, einschließlich wenigstens eines flachen und spiralförmig gedrehten Drahtes 11c, um eine gedrehte Einschichtstruktur zu bilden. Auf der anderen Seite wird der Kern 10c gebildet durch Drehen von sechs äußeren Einzeldrähten, einschließlich wenigstens eines flachen und spiralförmig gedrehten Drahtes 11c um einen flachen und spiralförmig gedrehten Kern 11, um eine gedrehte Doppelstrichschichtstruktur zu bilden.
Das bedeutet, dass die erfindungsgemäßen Stahlseile in einen gewünschten Gummiartikel eingebracht werden können, wie zum Beispiel einen Gürtelreifen, um so als Materialien zum Verstärken der Gummiartikel verwendet zu werden. Alternativ können die erfindungsgemäßen Stahlseile als Kerne von Stahlseilen mit einer gedrehten Mehrschicht-Struktur verwendet werden und können als Litzen von Stahlseilen verwendet werden, die eine schließende Struktur besitzen.
Hiernach wird das Herstellungsverfahren von erfindungsgemäßen Stahlseilen und die Konstruktion einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen von Stahlseilen mit Bezug auf 12 detailliert beschrieben, welche die Konstruktion einer Einheit zeigt, die bevorzugt in einem Schritt des Herstellungsverfahrens des erfindungsgemäßen Stahlseiles verwendet wird.
12 ist eine teilgeschnittene perspektivische Ansicht, die die Konstruktion einer Kernformeinheit 21 zeigt, die in dem Herstellungsverfahren der erfindungsgemäßen Stahlseile verwendet wird. Die Kernformeinheit 21 wird auf einer Kerndurchführung innerhalb einer Stahlseildrehvorrichtung an einer Position genau um das Auslassende einer Kernspule (nicht gezeigt) installiert.
Wie in 12 gezeigt, umfasst die Kernformeinheit 21, die zum Abflachen und spiralförmig Verdrehen eines Kernes 20a verwendet wird, ein zylindrisches Gehäuse 22 mit einem Kerndurchlassloch 22b im Zentrum jeder seiner Endplatten 22a. Eine Druckwalzeneinheit 23 ist entlang der Kerndurchführung innerhalb des Gehäuses 22 installiert. Eine hohle zylindrische Drehwelle 24 ist außen und zentral an der Einlassendplatte 22a des Gehäuses 22 befestigt. Die Einheit 21 besitzt auch einen Kraftübertragungsmechanismus 25, der zum Übertragen einer Rotationskraft auf die rotierende Welle 24 verwendet wird.
Auf der anderen Seite ist eine Kernausbringungsführung 26, die aus einer mittig gelochten Platte 26a integriert mit einem hohen zylindrischen Schaft 26b besteht, außen und zentral an der Auslassendplatte 22a des Gehäuses 22 befestigt.
Die Druckwalzeneinheit 23 umfasst eine Vielzahl von Druckwalzenpaaren 23a, 23b und 23c die entlang des Kerndurchlasses innerhalb des Gehäuses 22 ange ordnet sind. In solch einem Fall sind die zwei Walzen jedes Druckwalzenpaares 23a, 23b oder 23c einander gegenüberstehend um den Kerndurchlass herum positioniert, wobei sie voneinander beabstandet sind, um einen vorbestimmten Walzenspalt zwischen sich zu bilden. Die rotierenden Schäfte der oben genannten Walzen 23a, 23b und 23c werden rotationsfähig durch Halterungen (nicht gezeigt) innerhalb des Gehäuses 22 gehalten, wobei sie von Trägern (nicht gezeigt) gestützt werden.
In der Ausführungsform aus 12 umfasst der Kraftübertragungsmechanismus 25 einen Bandübertragungsmechanismus, der aus einer Antriebriemenscheibe 25a besteht, die mit der Ausgangswelle eines Antriebsmotors (nicht gezeigt) verbunden ist. Der Mechanismus 25 besitzt auch eine angetriebene Riemenscheibe 25b, die konzentrisch an dem äußeren Ende der rotierenden Welle 24 befestigt ist, mit einem Endlosband 25c, das um die zwei Scheiben 25a und 25b herumläuft, um so die Rotationskraft der Antriebsriemenscheibe 25a auf die angetriebene Riemenscheibe 25b zu übertragen.
Natürlich sollte verstanden werden, dass der Riemenübertragungsmechanismus 25 auch mit einem anderen herkömmlichen Kraftübertragungsmechanismus ausgetauscht werden kann, wie zum Beispiel einem Kettenübertragungsmechanismus oder einem Gangübertragungsmechanismus. Im Falle eines Kettenübertragungsmechanismus werden die zwei Riemenscheiben 25a und 25b durch zwei Kettenzahnräder ausgetauscht und das Band 25c wird durch eine Kette ausgetauscht, die um die zwei Kettenzahnräder läuft.
Während der Arbeit der oben genannten Kernformeinheit 21 wird der Kern 20a mit einem kreisförmigen Querschnitt und gespeist von einer Rolle (nicht gezeigt) zunächst in das Gehäuse 22 eingeführt durch die hohle rotierende Welle 24 der Einlassendplatte 22a und passiert durch die Walzenspalte zwischen den Druckwalzenpaaren 23a, 23b und 23c und wird aus dem Gehäuse 22 durch die Kernausbringungsführung 26 der Auslassendplatte 22a herausgeführt. In der vorliegenden Erfindung ist jedes Druckwalzenpaar so gestaltet, dass es hinsichtlich des Druckwalzenspaltes wie gewünscht einstellbar ist.
Die oben genannte Einheit 21 wird wie folgt betrieben, um plastisch den Kern 20a zu verformen, um dem Kern einen flachen Querschnitt zu geben und um den flachen Kern 20a spiralförmig und längs zu verdrehen.
Das bedeutet, dass der Kern 20a, der in das Gehäuse 22 durch die hohle rotierende Welle 24 der Einlassendplatte 22a eingeführt wird, durch die Walzenspalte zwischen den Druckwalzenpaaren 23a, 23b und 23c passiert. In solch einem Fall flachen die Druckwalzenpaare 23a, 23b und 23c den Kern 20a ab, um so dem Kern einen erwünschten flachen Querschnitt zu verleihen.
Während der Arbeit der Einheit 21 wird diese Einheit 21 einschließlich der Druckwalzeneinheit 23 um den Kerndurchlass rotiert. Wenn die Einheit 21 um den Kerndurchlass in einer Richtung, die durch den Pfeil P der 12 gezeigt wird, rotiert wird, wird der Kern 20a an dem Einlass A der Druckwalzeneinheit 23 primär und spiralförmig gedreht, um eine Z-gedrehte Struktur zu bilden. Da der Kern 20a eng unter Druck in den Walzenspalten zwischen den Walzen 23a, 23b und 23c innerhalb des Gehäuses 22 positioniert ist, bedeutet das, dass der Kern 20a mitrotiert wird mit der Rotationsbewegung des Gehäuses 22, so dass er primär zu einer Z-gedrehten Struktur an dem Einlass A der Walzeneinheit 23 gedreht wird, bevor er durch die Walzeneinheit 23 gewalzt wird.
Der flache Kern 20a, der sich von der Walzeneinheit 23 erstreckt, wird sekundär gedreht, um eine S-gedrehte Struktur an dem Auslass C der Walzeneinheit 23 zu bilden, bevor er ausgebracht wird aus dem Gehäuse 22 durch die Führung 26.
Daher fixiert der Druckvorgang der Walzeneinheit 23 die primäre Z-gedrehte Struktur des Kernes 20a während des Abflachens des Kernes 20a. Danach wird der flache Kern 20a, der sich von dem letzten Walzenpaar 23c erstreckt, sekundär gedreht, um eine S-gedrehte Struktur zu bilden.
Kurz beschrieben gleicht die S-Drehung des Kerns 20a an dem Auslass C der Walzeneinheit 23 die Z-Drehung des Kerns aus, die an dem Einlass A der Walzeneinheit 23 gebildet wird. Nachdem der Kern 20a gedreht wird, um eine Z-gedrehte Struktur an dem Einlass A der Walzeneinheit 23 zu bilden, wird der Kern 20a in seinem Querschnitt von einem kreisförmigen Querschnitt in einen flachen Querschnitt an der Position B zwischen dem ersten und zweiten Walzenpaar 23a und 23b verformt, wobei die Z-gedrehte Struktur fixiert wird. Der flache Kern 20a wird danach an dem Auslass C der Walzeneinheit 23 gedreht, um eine S-gedrehte Struktur zu bilden und so besitzt der resultierende Kern 20a nur eine S-gedrehte Erscheinung.
Daher ist es möglich, die gedrehte Richtung des Kernes 20a zu wechseln, um eine S- oder Z-gedrehte Struktur und/oder um die gedrehte Schraubsteigung des Kernes 20a wie erwünscht durch geeignetes Steuern der Rotationsrichtung und der Rotationsgeschwindigkeit der Kernformeinheit 21 einzustellen.
In der erfindungsgemäßen Kernformeinheit 21 ist es möglich, einen Kern zu erzeugen, der beide der zwei Drehrichtungen zusätzlich zu verschiedenen Schraubsteigungen in Bereichen in der Längsrichtung des Stahlseiles 20 besitzt. Um das oben genannte Ziel zu erreichen, wird der Antriebsmotor des Kraftübertragungsmechanismus 25 in geeigneter Weise gesteuert hinsichtlich der Rotationsrichtung und der Rotationsgeschwindigkeit. In der oben genannten Kernformeinheit 21 ist es möglich, die Druckwalzeneinheit 23 unter Verwendung von nur einem Druckwalzenpaar oder Verwendung vieler Druckwalzenpaare herzustellen. Um eine präzise Druckwalzenarbeit zu erreichen wird bevorzugt eine Vertiefung mit einer vorbestimmten Größe entlang der umlaufenden Druckoberfläche jeder Walze ausgebildet. In solch einem Fall erzeugt die Druckwalzeneinheit 23 einen Kern 20a mit einem Querschnitt, der mit dem Profil der Vertiefung korrespondiert.
In der vorliegenden Erfindung kann die Kernformeinheit 21 betrieben werden durch die Rotationskraftabgabe von dem Rotationsflyer oder einer anderen Rotationseinheit einer Seildrehvorrichtung anstelle der Rotationskraft von dem separaten Antriebsmotor des Kraftübertragungsmechanismus 25. Das bedeutet, dass es möglich ist, eine Kernformeinheit 21 zu entwerfen, die betrieben wird in Verbindung mit einer Rotationseinheit der Drehvorrichtung, was hier später beschrieben werden wird.
Das bedeutet, dass in dem Druckwalzenprozess zum Formen des Kerns 20a die Druckwalzeneinheit 23 der Kernformeinheit 21 nicht mittels einer Rotationskraftabgabe von dem separaten Antriebsmotors des Kraftübertragungsmechanismus 25 betrieben wird, sondern rotiert wird durch die Zugkraft des Kerns 20a, die erzeugt wird, wenn der Kern 20a durch die Einheit 23 passiert in Verbindung mit der Arbeit der Seildrehvorrichtung. Die Kernformeinheit 23 flacht den Kern 20a auf diese Weise ab. Der flache Kern 20a wird danach durch die Seildrehvorrichtung spiralförmig gedreht, um eine S- oder Z-gedrehte Struktur zu bilden. In solch einem Fall ist es möglich, es zu erlauben, dass der Kerndrehprozess und der Seildrehprozess gleichzeitig durch eine einzige Vorrichtung durchgeführt werden.
Ein erwünschtes erfindungsgemäßes Stahlseil wird unter Verwendung einer Stahlseildrehvorrichtung mit der oben beschriebenen Kernformeinheit 21 wie in den 13 bis 16 gezeigt, erzeugt.
Die 13 bis 16 sind Ansichten, die das Herstellungsverfahren eines erwünschten erfindungsgemäßen Stahlseiles zeigen. Von den 13 bis 16 zeigt die erste ein Herstellungsverfahren für ein Stahlseil mit einer 1+6 Einzeldrahtstruktur unter Verwendung einer Außen-Innen-Doppeldrehvorrichtung, wobei die Kernformeinheit genau um eine Kernvorratsspule positioniert ist. Die zweite zeigt ein Herstellungsverfahren eines Stahlseiles mit einer 1+6 Einzeldrahtstruktur unter Verwendung einer Außen-Innen-Doppeldrehvorrichtung, wobei die Kernformeinheit genau um eine Kernvorratsspule positioniert ist.
Die zwei Seildrehverfahren, die jeweils die zwei Vorrichtungen der 13 und 14 verwenden, werden hiernach beschrieben, wobei die gleichen Elemente der zwei Vorrichtungen mit denselben Bezugszeichen benannt werden.
Wie in den 13 und 14 gezeigt, passiert der Kern 20a, der von einer Spule 27 gespeist wird, zunächst durch die Presswalzenspalte der Presswalzeneinheit 23 der Kernformeinheit 21, so dass er kalt gewalzt wird, um einen flachen Querschnitt zu besitzen.
Die Druckwalzeneinheit 23 der Kernformeinheit 21 wird nicht durch eine Rotationskraftabgabe von einem separaten Antriebsmotor betrieben, sondern wird durch die Zugkraft des Kerns 20a rotiert, der durch die Walzenspalte der Einheit 23 in einer Richtung passiert, wie durch die kleinen Pfeile der 13 und 14 gezeigt. Mit anderen Worten wird die Zugkraft des Kerns 20a, der sich von der Walzeneinheit 23 der Kernformeinheit 21 ausdehnt, als Antriebskraft für die Walzeneinheit 23 verwendet.
In solch einem Fall wird die Kernformeinheit 21 einschließlich der Walzeneinheit 23 mit einer Geschwindigkeit N_s in der Richtung, wie durch den kleinen Pfeil P in 12 gezeigt, rotiert.
Danach werden sechs äußere Einzeldrähte 20b mit dem flachen und spiralförmig gedrehten Kern 20a, der abgegeben wird von der Kernformeinheit 21, an einem Verdrahtungspunkt 28 der Vorrichtung verbunden, auf diese Weise ein verbundenes Stahlseil bildend.
Das oben genannte verbundene Stahlseil mit den äußeren Einzeldrähten 20b und dem flachen und spiralförmig gedrehten Kern 20a wird primär mittels einer Rotationsbewegung des Rotationsflyers 30 der Seildrehvorrichtung gedreht, bevor es über eine Führungsrolle 29 passiert. In solch einem Fall wird der Flyer 30 mit einer Rotationsgeschwindigkeit N_c rotiert und das verbundene Stahlseil wird primär mit N_cgedreht.
Danach wird das primär gedrehte Stahlseil sekundär oder final gedreht mit N_c, während es über eine Richtungsführungsrolle 31 passiert, die auf dem Rotationsflyer 30 an einer entgegensetzten Position zu der Führungsrolle 29 befestigt ist. Das finalgedrehte Stahlseil 20 wird zu einer Aufnahmespule 32 der Seildrehvorrichtung geführt, so dass es um die Spule 32 gewunden wird und das Herstellungsverfahren des erwünschten Stahlseiles 20 beendet wird. In der Vorrichtung in 13 ist die Aufnahmespule 32 innerhalb des Rotationsflyers 30 positioniert, während die Aufnahmespule 32 der Vorrichtung von 14 außerhalb des Rotationsflyers 30 positioniert ist.
Um die Qualität des resultierenden Stahlseiles 20 zu steuern, werden sowohl ein Überdreher (nicht gezeigt) als auch eine Korrekturrolle (nicht gezeigt) auf dem Kerndurchlass an Positionen zwischen der Richtungsführungsrolle 31 und der Aufnahmespule 32 auf dieselbe Art wie die einer herkömmlichen Drehvorrichtung installiert. Aufgrund des Überdrehers und der Korrekturrolle ist es für die Vorrichtung möglich, bevorzugt ein Stahlseil 20 zu erzeugen, das frei von jedweder verbleibenden Torsion ist, zusätzlich zu sowohl einer Verbesserung hinsichtlich der Linearität des Seiles 20 und einer Verringerung der Bogenhöhe.
Sowohl die Drehrichtung als auch die Schraubsteigung des resultierenden Stahlseiles 20, das jeweils von den Vorrichtungen der 13 und 14 hergestellt wird, werden, bezogen auf diejenigen des Kerns 20a, nachfolgend beschrieben.
Wenn sowohl die Kernformeinheit 21 als auch der Rotationsflyer 30 in der gleichen Richtung rotiert werden, wird der Kern 20a primär mit N_s pro Kernbewegungslänge an dem Auslass der Kernformeinheit 21 gedreht. Auf der anderen Seite wird das Seil 20, das aus einer Verbindung des Kerns 20a mit den äußeren Einzeldrähten 20b gebildet wird, mit 2N_c in einer entgegensetzten Richtung zu der primären Drehrichtung des Kernes 20a bei jeder 360° Rotationsbewegung des Rotationsflyers 30 doppelgedreht. Daher wirkt die 2N_c-Drehung des Kerns 20a, die durch den Rotationsflyer 30 gebildet wird, gegen die N_s-Drehung, die durch die Kernformeinheit 21 gebildet wird, und daher ist die finale Struktur des Kerns 20a durch eine 2N_c–N_s-Drehung definiert, die sich in der gleichen Richtung erstreckt, wie die Drehrichtung des resultierenden Seiles 20. In solch einem Fall besitzt das Seil 20 eine 2N_c-gedrehte Struktur.
Auf der anderen Seite wird der Kern 20a, wenn die Kernformeinheit 21 in einer entgegengesetzten Richtung zu der des Rotationsflyers 30 rotiert wird, primär mit N_s pro Kernbewegungslänge an dem Auslass der Kernformeinheit 21 gedreht und wird sekundär mit 2N_c aufgrund der Rotationsbewegung des Rotationsflyers 30 gedreht. Daher besitzt der Kern 20a eines resultierenden Stahlseiles 20 letztendlich eine gedrehte Struktur, in der der Kern 20a mit 2N_c+N_s in der gleichen Richtung wie die Drehrichtung des resultierenden Seiles 20 gedreht ist.
Wie den Fachleuten bekannt, kann die Schraubsteigung P_s des gedrehten Kernes 20a innerhalb des Stahlseiles 20, das durch die jeweilige Doppeldrehvorrichtungen der 13 und 14 erzeugt wird, einstellbar sein durch Steuern der Schraubsteigung P_c des Seiles 20 und der Rotationsgeschwindigkeit (N_c) der Vorrichtung zusätzlich zu der Rotationsgeschwindigkeit (N_s) der Kernformeinheit 21, wie es in der nachfolgenden Verhältnisgleichung (2) ausgedrückt wird.
Verhältnisgleichung (2)

Ps = 2Pc/{2 ± (Ns/Nc)}

In der obigen Gleichung (2) wird das Symbol „+" in dem Fall gewählt, dass die Kernformeinheit 21 in der gleichen Richtung wie die Rotationsrichtung des Rotationsflyers 30 rotiert wird. Währenddessen wird das Symbol „–“ in dem Fall gewählt, dass die Kernformeinheit 21 in einer entgegengesetzten Richtung zu der Rotationsrichtung des Rotationsflyers 30 rotiert wird. Zusätzlich ist, wenn P_s größer als 0 ist, die Drehrichtung des Kernes 20a die gleiche wie die des Seiles 20. Währenddessen ist, wenn P_s kleiner als 0 ist, die Drehrichtung des Kernes 20a entgegengesetzt zu der des Seiles 20.
Auf der anderen Seite ist das Verhältnis zwischen der Schraubsteigung P_s des gedrehten Kernes 20a und der Schraubsteigung P_c des Seiles 20 wie folgt. Das heißt, wenn das Seil 20 in der gleichen Richtung gedreht ist wie die Drehrichtung des Kernes 20a, dehnen sich die gedrehten äußeren Einzeldrähte 20b nahezu parallel zu dem gedrehten Kern 20a aus innerhalb eines Bereiches von 0,9 P_c bis 1,1 P_c, wodurch unerwünscht sowohl das Eindringen des Gummimaterials in das Seil 20 als auch die strukturelle Stabilität des Seiles 20 verringert wird.
Wenn P_s < 0,2P_c ist, muss der Kern 20a übermäßig innerhalb einer Einheitslänge gedreht werden, wodurch die Kernformeinheit 21 dazu gezwungen ist, mit einer übermäßig hohen Geschwindigkeit rotiert zu werden und wodurch die Produktivität während der Erzeugung der Stahlseile 20 verringert wird.
15 zeigt ein erfindungsgemäßes Seilherstellungsverfahren, das eine Innen-Außen-Doppeldrehvorrichtung eines Typus verwendet, der unterschiedlich zu dem der Vorrichtung der 14 ist. Wie in der Zeichnung gezeigt, besitzt diese Innen-Außen-Doppeldrehvorrichtung eine Kernformeinheit 21 an einer Position genau um eine Kernvorratsspule 33 herum. Bei der Arbeit dieser Vorrichtung passiert ein Kern 20a, der von der Spule 33 gespeist wird, zunächst durch die Kernformeinheit 21, wobei er kalt-geformt wird hinsichtlich des Querschnitts von einem kreisförmigen Querschnitt in einen flachen Querschnitt und längs- und spiralförmig gedreht wird.
Das heißt, der Kern 20a, der sich von der Spule 33 ausdehnt, die außerhalb der Seildrehvorrichtung positioniert ist, passiert durch die Walzenspalte der Druckwalzeneinheit 23 innerhalb der Kernformeinheit 21, bevor er eine Doppeldreheinheit 31 erreicht, die aus einem ersten und einem zweiten Rotationsflyer 34a und 34b besteht.
In solch einem Fall wird die Druckwalzeneinheit 23 der Kernformeinheit 21 nicht durch eine Rotationskraftabgabe von einem separaten Antriebsmotor betrieben, sondern wird rotiert durch die Zugkraft des Kernes 20a, der durch die Walzenspalte der Walzeneinheit 23 passiert, in einer Richtung, wie durch den kleinen Pfeil P in 15 gezeigt wird. Mit anderen Worten wird die Zugkraft des Kernes 20a, der sich von der Walzeneinheit 23 der Kernformeinheit 21 erstreckt, verwendet als Antriebskraft für die Walzeneinheit 23.
In solch einem Fall wird die Kernformeinheit 21 einschließlich der Walzeneinheit 23 mit einer Geschwindigkeit N_s in der Richtung, wie durch den Pfeil P in 15 gezeigt, rotiert.
Der flache und spiralförmig gedrehte Kern 20a, der von der Kernformeinheit 21 gespeist wird, passiert über eine erste und eine zweite Richtungsführungsrolle 35 und 36, bevor er einen Verdrahtungspunkt 37 innerhalb der Doppeldreheinheit 34 erreicht, wodurch er mit sechs äußeren Einzeldrähten 20b am Verdrahtungspunkt 28 verbunden wird und ein verbundenes Stahlseil bildet. Die oben genannte erste Richtungsführungsrolle 35 ist außerhalb des ersten Endes des ersten Rotationsflyers 34a positioniert, während die zweite Richtungsführungsrolle 36 innerhalb des zweiten Endes des Rotationsflyers 34a positioniert ist.
Danach passiert das obige verbundene Stahlsteil mit den äußeren Einzeldrähten 20b und dem flachen und spiralförmig gedrehten Kern 20a über eine dritte und eine vierte Richtungsführungsrolle 38 und 39, bevor es die Aufnahmespule 40 erreicht, um die das resultierende Seil 20 gewunden wird, um das Herstellungsverfahren des Seiles 20 zu beenden. In der Vorrichtung von 15 sind die dritte und vierte Rolle 38 und 39 an gegenüberliegenden Enden des zweiten Rotationsflyers 34b positioniert, während die Aufnahmespule 40 außerhalb der Doppeldreheinheit 34 positioniert ist.
Da die zwei Rotationsflyer 34a und 34b der oben genannten Vorrichtung an gegenüberliegenden Enden eines Schaftes der Doppeldreheinheit 34 gehalten werden, werden sie mit derselben Rotationsgeschwindigkeit in einer Richtung, wie durch den Pfeil Q in 15 gezeigt, rotiert.
Sowohl die Drehrichtung als auch die Schraubsteigung des resultierenden Stahlseiles 20, das durch die oben genannte Vorrichtung hergestellt wird, werden nachfolgend bezogen auf diejenigen des Kernes 20a beschrieben.
Wenn sowohl die Kernformeinheit 21 als auch die zwei Rotationsflyer 34a und 34b in der gleichen Richtung rotiert werden, wird der Kern 20a primär mit N_s pro Kernbewegungslänge an dem Auslass der Kernformeinheit 21 gedreht. Auf der anderen Seite wird das Seil 20, das aus einer Verbindung des Kernes 20 mit den äußeren Einzeldrähten 20b gebildet wird, primär doppelt gedreht mit 2N_c in einer entgegengesetzten Richtung zu der Drehrichtung des primär gedrehten Kernes 20a bei jeder 360° Rotationsbewegung des ersten Rotationsflyers 34a. Das Seil 20 wird auch sekundär mit 2N_c in der gleichen Richtung wie die der Drehrichtung des Kernes 20a bei jeder 360° Rotationsbewegung des zweiten Rotationsflyers 34b gedreht. Daher wirkt die zweite 2N_c-Drehung des Kernes 20a, die durch den zweiten Rotationsflyer 34b gebildet wird, gegen die erste 2N_c-Drehung, die durch den ersten Rotationsflyer 34a gebildet wird, aus und nur die N_s-Drehung, die durch die Kernformeinheit 21 gebildet wird, verbleibt in der finalen Struktur des Kerns 20a. Die oben genannte N_s-Drehung des Kerns 20a erstreckt sich in der gleichen Richtung wie die Drehrichtung des resultierenden Seiles 20. In solch einem Fall besitzt das Seil 20 eine 2N_c-Dreh-Struktur.
Auf der anderen Seite wird der Kern 20a, wenn die Kernformeinheit 21 in einer entgegengesetzten Richtung zu der der zwei Rotationsflyer 34a und 34b gedreht wird, primär mit N_s pro Kernbewegungslänge an dem Auslass der Kernformeinheit 21 gedreht und wird sekundär gedreht mit 2N_c–2N_c aufgrund der Rotationsbewegungen der zwei Rotationsflyer 34a und 34b. Daher besitzt der Kern 20a eines resultierenden Stahlseiles 20 letztendlich eine gedrehte Struktur, wobei der Kern 20a gedreht ist mit N_s+(2N_c-2N_c) in der Richtung, entgegengesetzt zu der Drehrichtung des resultierenden Seiles 20.
Auf dieselbe Art wie die für die Doppeldrehvorrichtung gemäß den Ausführungsformen der 13 und 14 beschrieben, kann die Schraubsteigung P_s des gedrehten Kernes 20a innerhalb des Stahlseiles 20, das mittels der Doppeldrehvorrichtung der 15 hergestellt wird, einstellbar sein durch Steuern der Schraubsteigung P_c des Seiles 20 und der Rotationsgeschwindigkeit (N_c) der Vorrichtung zusätzlich zu der Rotationsgeschwindigkeit (N_s) der Kernformeinheit 21, was in der folgenden Verhältnisgleichung (3) ausgedrückt wird.
Verhältnisgleichung (3):

Ps = ± 2Pc(Nc/Ns)

In der obigen Gleichung (3) wird das Symbol „–“ in dem Fall gewählt, dass die Kernformeinheit 21 in der gleichen Richtung rotiert wird, wie die Rotationsrichtung der zwei Rotaionsflyer 34a und 34b. Währenddessen wird das Symbol „+" in dem Fall gewählt, dass die Kernformeinheit 21 in einer entgegengesetzten Richtung zu der Rotationsrichtung der zwei Rotationsflyer 34a und 34b rotiert wird.
16 zeigt ein Seilherstellungsverfahren, das eine erfindungsgemäße Drehvorrichtung des Röhrentypus verwendet. Wie in der Zeichnung gezeigt, besitzt diese Drehvorrichtung des Röhrentypus eine Kernformeinheit 21 an einer Positi on genau um eine Kernvorratsspule 41. Beim Betreiben der Vorrichtung passiert ein Kern 20a, der von der Spule 41 gespeist wird, zunächst durch die Kernformeinheit 21, wobei er hinsichtlich des Querschnittes kalt-verformt wird von einem kreisförmigen Querschnitt in einen flachen Querschnitt und längs- und spiralförmig gedreht wird.
Das bedeutet, dass der Kern 20a, der sich von der Spule 41 erstreckt, durch die Walzenspalte der Druckwalzeneinheit 23 innerhalb der Kernformeinheit 21 passiert, bevor er den Rotationsflyer 42 der Drehvorrichtung erreicht.
In solch einem Fall wird die Druckwalzeneinheit 23 der Kernformeinheit 21 nicht mittels einer Rotationskraftabgabe von einem separaten Antriebsmotor betrieben, sondern wird durch die Zugkraft des Kernes 20a rotiert, der durch die Walzenspalte der Walzeneinheit 23 in einer Richtung passiert, wie durch den kleinen Pfeil P in 16 gezeigt. Mit anderen Worten wird die Zugkraft des Kernes 20a, der sich von der Walzeneinheit 23 der Kernformeinheit 21 erstreckt, als die Antriebskraft für die Walzeneinheit 23 verwendet.
Während des Stahlseilherstellungsverfahrens wird die Kernformeinheit 21 einschließlich der Walzeneinheit 23 mit einer Geschwindigkeit N_s in der Richtung, wie durch den Pfeil P in 16 gezeigt, rotiert.
Der flache und spiralförmig gedrehte Kern 20a, der von der Kernformeinheit 21 gespeist wird, bewegt sich zu dem Rotationsflyer 42, wobei er mittels Kernführungsmitteln (nicht gezeigt) geführt wird, die auf dem Rotationsflyer 42 vorgesehen sind.
Auf der anderen Seite wird eine Vielzahl von Vorratsspulen 43 für äußere Einzeldrähte auf einem Spulenträger 43 innerhalb des Rotationsflyers 42 platziert und stellen jeweils einen äußeren Einzeldraht 20b für eine Vorformeinheit 44 zur Verfügung, die um das Auslassende des Flyers 42 positioniert ist. In solch einem Fall werden die äußeren Einzeldrähte 20b, die von den Spulen 43 gespeist werden, entlang der äußeren Oberfläche des Rotationsflyers 42 geführt, bevor sie durch die Vorformeinheit 44 passieren. Die oben genannten Drähte 20b werden, während sie durch die Vorformeinheit 44 passieren, vorgeformt und werden um den Kern 20a mittels einer Fassung (poise) 45 herumgedreht, um ein erwünschtes Stahlseil zu bilden. Das oben genannte Stahlseil 20, das von der Fassung 45 gespeist wird, passiert sowohl durch einen Überdreher (nicht gezeigt) als auch eine Korrekturrolle (nicht gezeigt), bevor es um eine Aufnahmespule 46 gewunden wird. In diesem Fall ist es das Ziel sowohl des Überdrehers als auch der Korrekturrolle, die Qualität des resultierenden Stahlseils 20 zu steuern.
Wenn die Kernformeinheit 21 in der gleichen Richtung wie die des Rotationsflyers 42 während der Arbeit der oben genannten Drehvorrichtung des Röhrentypus rotiert wird, besitzt der Kern 20a innerhalb des resultierenden Seiles 20 eine N_s-gedrehte-Struktur, die durch die Kernformeinheit 21 gebildet wird, unabhängig von der Umdrehungszahl pro Minute des Rotationsflyers 42, wobei sich die N_s-Drehung des Kerns 20a in derselben Richtung erstreckt, wie die Drehrichtung des resultierenden Seils 20.
Auf der anderen Seite wird das Seil 20a, wenn die Kernformeinheit 21 in einer entgegengesetzten Richtung zu der des Rotationsflyers gedreht wird, innerhalb eines resultierenden Seiles 20 mit N_s in einer entgegengesetzten Richtung zu der Drehrichtung des resultierenden Seiles 20 gedreht.
In dem resultierenden Stahlseil 20, das durch die Vorrichtung aus 16 hergestellt wird, wird die Schraubsteigung P_s des gedrehten Kernes 20a durch die folgende Verhältnisgleichung (4) ausgedrückt.
Verhältnisgleichung (4)

Ps = ± Pc(Nc/Ns)

In der oben genannten Gleichung (4) wird das Symbol „–" in dem Fall gewählt, dass die Kernformeinheit 21 in einer entgegengesetzten Richtung zu der Rotationsrichtung des Rotationsflyers 42 rotiert wird. Währenddessen wird das Symbol „+" in dem Fall gewählt, dass die Kernformeinheit 21 in der gleichen Richtung wie die Rotationsrichtung des Rotationsflyers 42 rotiert wird.
Ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung kann durch die nachfolgenden Beispiele gewonnen werden, die zur Illustration gedacht sind, aber nicht dazu als die Grenze der vorliegenden Erfindung ausgelegt zu werden.
Beispiel 1 und Vergleichsbeispiele 1 bis 5
Um die Eigenschaften eines erfindungsgemäßen Stahlseiles aus 6 mit den herkömmlichen Stahlseilen der 1 bis 5 zu vergleichen, wurden sechs Stahlseilproben (Beispiel 1 und Vergleichsbeispiele 1 bis 5) unter den in Tabelle 1 aufgeführten Bedingungen hergestellt. In diesem Fall wurde jede der Stahlseilproben einzeln hergestellt unter Verwendung eines Kerns mit einem Durchmesser von 0,34 mm zusätzlich zu sechs äußeren Einzeldrähten, die jeweils einen Durchmesser von 0,32 mm besaßen. Der oben genannte Kern und die oben genannten Drähte wurden jeweils aus Hoch-Carbon-Stahldraht (POSCORD 80) mit 0,82 Gew.-% Kohlenstoff und einem Durchmesser von 5,5 mm hergestellt durch ein Säurewaschverfahren, ein Trockenzugverfahren, ein Hitzebehandlungsverfahren, ein Messingbeschichtungsverfahren und ein Feinnasszugverfahren.
Nachdem das Stahlseil aus Beispiel 1 (diese Erfindung) und die Stahlseile für die Vergleichsbeispiele 1 bis 5 (Stand der Technik) hergestellt waren, wurden die Eigenschaften aller sechs Stahlseile wie z.B. Verformungsermüdungswiderstandsfähigkeit, Gummianhaftungskraft, Gummieindringung, Luftdurchlässigkeit, Bruchstärke, Niedriglastdehnung, Verarbeitbarkeit und der Anteil von abgelöstem Fe aus der vermessingten Oberfläche gemessen. Die Messergebnisse werden in Tabelle 1 gezeigt.
Tabelle 1
In der obigen Tabelle 1 wurden die Verformungsermüdungswiderstandsfähigkeit und die Gummieindringung der Stahlseilproben, die beide mit einem * markiert wurden, in Prozenten gemessen, bezogen auf das Referenzstahlseilbeispiel des Vergleichsbeispieles 1 aus 1.
Zuerst wurde die Verformungsermüdungswiderstandsfähigkeit wie folgt gemessen. Das bedeutet, dass jede Stahlseilprobe innerhalb einer gegossenen rechtwinkligen Gummiprobe mit einer Querschnittsfläche von 5 mm (Länge) mal 2,5 mm (Breite) platziert wurde. Die gegossenen Gummiproben, jede mit einer Stahlseilprobe, wurden unter vorbestimmten Vulkanisierungsbedingungen unter Verwendung einer Gummiverbindung mit 100% Modul von 35 kgf/cm² vulkanisiert. Nach der Vulkanisierung wurden drei Verformungsrollen eines Dreirollen-Verformungsermüdungstestgerätes wiederholt nach links und rechts bewegt, wobei die Zahl der Wiederholungszyklen der drei Verformungsrollen gezählt wurde, bis die Stahlseilprobe innerhalb jeder Gummiprobe aufgrund von z.B. Abriebsermüdung gebrochen wurde. Die gezählte Zahl an Wiederholungszyklen wurde mit der der Referenzprobe des Vergleichsbeispieles 1 von 1 verglichen.
Als zweites wurde die Gummieindringung wie folgt gemessen. Das heißt, jede Stahlseilprobe wurde in eine Gummiprobe vor der Vulkanisation der Gummiprobe platziert. Nach der Vulkanisation wurde das längsgerichtete Gummi, das eingedrungen war und in längsgerichtet den zentralen Raum jeder Stahlsteilprobe füllte, geprüft hinsichtlich seines längsgerichteten Füllungszustandes bevor das geprüfte Resultat in eine Längeneinheit umgewandelt wurde. Die gemessenen Gummieindringungseigenschaften der sechs Stahlseilproben wurden miteinander verglichen und werden in Tabelle 1 angegeben, wobei der Wert „100" der Gummieindringung bedeutet, dass der zentrale Raum einer Stahlseilprobe vollständig und völlig mit Gummi gefüllt ist.
Als drittes wurde die Luftdurchlässigkeit wie folgt gemessen. Das heißt, jede Stahlseilprobe mit einer Länge von 25 mm wurde in eine gegossene rechtwinklige Gummiprobe mit einer kreisförmigen Querschnittsfläche von π × (5 mm (Durchmesser)/2)² platziert. Die gegossenen Gummiproben, die jede eine Stahlseilprobe enthielten, wurden unter vorbestimmten Vulkanisierungsbedingungen unter Verwendung einer Gummiverbindung mit 100 % Modul von 35 kgf/cm² vulkanisiert. Nach der Vulkanisation wurde jede Gummiprobe mit einer Stahlsteilprobe positioniert, um die Luftdurchlässigkeit zu messen, mit einem Ende der Gummiprobe unter atmosphärischem Druck positioniert und mit dem anderen Ende positioniert innerhalb einer Vakuumkammer von 0,5 atm. Die Luftdurchlässigkeit wurde durch Bestimmen der Zeit gemessen, in der 25 ml Luft von der Atmosphäre in die Vakuumkammer durch jede Gummiprobe wanderten.
Als viertes wurde der Anteil von Fe gemessen, der von der vermessingten Oberfläche jeder Stahlseilprobe abgelöst wurde, um – wenn vorhanden – den Beschädigungsgrad der Messingschicht jeder Stahlseilprobe zu bestimmen. So ein Anteil an abgelöstem Fe wurde wie folgt gemessen. Das bedeutet, dass der Anteil (g/m²) von Eisen, der von einer Flächeneinheit (m²) der vermessingten Oberfläche jeder Stahlsteilprobe abgelöst wurde, wurde unter vorbestimmten Bedingungen, 0,5N-HNO₃ (Lösung) × 22°C (Temperatur) × 1 Minute (Zeit) durch einen Eisenlösungstest gemessen. In diesem Test wurde die Menge von abgelöstem Fe pro Zeiteinheit proportional zu einer Beschädigung der vermessingten Oberfläche jeder Stahlsteilprobe gesteigert.
Als fünftes wurde der Gummianhaftungskrafttest nach ASTM 2229 (amerikanisches Standardtestverfahren 2229) durchgeführt, während der Altershaftkrafttest unter der Bedingung von 70°C × 96%RH × 7 Tage mittels MPA (Moisture Permeation Adhesion) durchgeführt wurde.
Als sechstes wurde die Niedriglastdehnung (%) aus einer Dehnung jeder Stahlseilprobe bestimmt, wenn jede Stahlprobe mit 0,25 bis 3,0 kgf beladen wurde. Die Niedriglastdehnung (%) ist umgekehrt proportional zur Handhabbarkeit jeder Stahlseilprobe.
Als siebtes weist die Kernwanderung jeder Stahlseilprobe auf die Anhaftungskraft zwischen dem Kern und den äußeren Einzeldrähten innerhalb jeder Stahlsteilprobe hin. In der Tabelle 1 stehen die Zeichen •, o, Δ und x für die Kernwanderung jeweils für exzellent, gut, normal und schlecht.
Als letztes zeigt die Handhabbarkeit auf, ob jede Stahlseilprobe leicht oder nicht während eines Herstellungsverfahrens eines gewünschten Reifens zu handhaben ist. Aufgrund der dreh-strukturellen Stabilität von Stahlseilen, besitzt jede Stahlseilprobe eine verbesserte Handhabbarkeit umgekehrt proportional zu ihrer Niedriglastdehnung. In der Tabelle 1 stehen die Zeichen •, o, Δ und x für die Handhabbarkeit jeweils für exzellent, gut, normal und schlecht.
Wie in Tabelle 1 gezeigt, ist die Stahlseilprobe von Beispiel 1 (diese Erfindung) bemerkenswert hinsichtlich der Verformungsermüdungswiderstandsfähigkeit verbessert im Vergleich mit den Stahlseilproben der Vergleichsbeispiele 1 bis 5 (Stand der Technik). Dieses wird durch die Tatsache verursacht, dass das erfindungsgemäße Stahlseil eine verbesserte Gummieindringung besitzt, wodurch eine vollständige Füllung mit Gummi seiner Zwischenräume zwischen dem Kern und den äußeren Einzeldrähten und zwischen den äußeren Einzeldrähten erreicht wird. Das in die Zwischenräume des Stahlsteiles gefüllte Gummi fungiert als Belastungsadsorptionsmaterial innerhalb des Stahlseiles, das so effektiv den Kern und die äußeren Einzeldrähte daran hindert, in direkten Reibungskontakt miteinander zu kommen, sogar in dem Fall, dass wiederholte Dehn- und Druckbelastung ausgeübt wird. Dieses verbessert letztendlich die Abnutzungswiderstandsfähigkeit von Stahlseilen.
In Übereinstimmung mit dem Test für die Menge an abgelöstem Fe von der vermessingten Oberfläche der Stahlseilproben bemerkt man, dass die Stahlseilprobe von Vergleichsbeispiel 5 (5) einen großen Anteil an abgelöstem Fe besitzt, da die Messingschicht jedes Drahtes während eines teilweisen Vorformverfahrens für die Drähte beschädigt wurde. Währenddessen besitzt die Probe des erfindungsgemäßen Stahlseiles eine offene Struktur, die frei von einem solchen Vorformverfahren ist, so dass sie beinahe von solchen Eisenablösungen auf dieselbe Art und Weise frei ist, wie von der Stahlseilprobe des Vergleichsbeispieles 1 (1) erwartet.
Das erfindungsgemäße Stahlseil ist auch hinsichtlich seiner Alterungshaftkraft mit Gummi im Vergleich mit den herkömmlichen Stahlseilen bemerkenswert verbessert. Dies wird durch die Tatsache verursacht, dass das erfindungsgemäße Stahlseil durch Drehen von Drähten gebildet wird, die Zwischenräume innerhalb des Stahlseiles bilden, wobei sie frei von einem Vorformverfahren sind oder davon, hinsichtlich ihrer Messingschicht beschädigt zu werden. Die Altershaftkraft dieses Stahlseiles mit Gummi wird aufgrund der Struktur des Stahlseiles weiter verbessert, die dazu entworfen ist, ein verbessertes Eindringen von Gummi zu erreichen, auf die gleiche Art und Weise, wie für das Eindringen von Luft beschrieben.
Die Stahlseilprobe aus Beispiel 1 (diese Erfindung) besitzt eine Niedriglastdehnung von nicht höher als 0,03 %, was signifikant geringer ist als diejenigen der Stahlseilproben der Vergleichsbeispiele 1 bis 5 (Stand der Technik). Das erfindungsgemäße Stahlseil besitzt eine bemerkenswert verbesserte Handhabbarkeit während eines Herstellungsverfahrens für Gürtelreifen mit Stahlgürteln.
Wie oben beschrieben, stellt die vorliegende Erfindung ein Stahlseil zur Verstärkung von Gummiartikeln zur Verfügung, das gebildet wird durch Drehen einer Vielzahl von äußeren Einzeldrähten um einen Kern, wobei der Kern flach und spiralförmig gedreht ist, so dass er eine erwünschte regelmäßige Schraubsteigung besitzt. Aufgrund der oben beschriebenen speziellen gedrehten Struktur des Stahlseiles, wird eine Vielzahl von Zwischenräumen zwischen dem Kern und den Drähten und zwischen den Drähten gebildet und stellt die nachfolgenden Vorteile zur Verfügung.
Aufgrund der oben genannten Zwischenräume verbessert das erfindungsgemäße Stahlseil das Eindringen von Gummi in das Seil, so dass es ermöglicht wird, dass das Gummi vollständig das Seil ausfüllt. Dieses verbessert letztendlich sowohl die Abnutzungswiderstandsfähigkeit und die Gummianhaftungskraft des Seiles und verbessert bevorzugt die erwartete Lebensspanne von Gummiartikeln, wie z.B. Reifen, die die erfindungsgemäßen Stahlseile als Materialien zur Verstärkung nutzen.
Im erfindungsgemäßen Stahlseil ist der durch den Kern belegte Raum durch geometrisches Abflachen und Drehen des Kernes vergrößert, so dass effektiv Zwischenräume zwischen dem Kern und den äußeren Einzeldrähten und zwischen den Drähten gebildet werden. Während eines Herstellungsverfahren von Gummiartikeln wird Gummi, das als Belastungsabsorptionsmaterial verwendet wird, effektiv zum Eindringen in und zum vollständigen Ausfüllen des Seiles gebracht. Das Gummi innerhalb des Stahlseiles verhindert so effektiv, dass der Kern und die äußeren Einzeldrähte in direkten Reibungskontakt miteinander kommen, sogar im Falle, dass wiederholte Dehn- und Druckbelastung ausgeübt wird. Dieses verbessert die Abnutzungswiderstandsfähigkeit und die Verformungsermüdungswiderstandsfähigkeit von Stahlseilen, so dass letztendlich die Dauerhaftigkeit der resultierenden Reifen verbessert wird.
Da das Eindringen von Gummi bei diesem Stahlseil verbessert ist, ist die Haftkraft zwischen dem Kern und den äußeren Einzeldrähten im dem Stahlseil verbessert und sie ermöglicht es, dass das Stahlseil frei von Kernwanderung ist.
Das erfindungsgemäße Stahlseil erreicht eine erwünschte offene Struktur, wobei die Drähte die erwünschten Zwischenräume innerhalb des Seiles bilden, während sie frei von einem mechanischen Vorformverfahren sind, das leicht die Messingschicht jedes Drahtes zerkratzt oder beschädigt. Daher ist es möglich für das erfindungsgemäße Stahlseil, die erwünschten Adhesionsschnittstellen für Gummi zu besitzen.
In diesem Stahlseil ist der flache und spiralförmig gedrehte Kern axial in der Mitte des Seiles positioniert, während die Niedriglastdehnung des Seiles verringert ist. Dieses ermöglicht letztendlich den Stahlseilen, dass sie frei davon sind, hinsichtlich ihrer Strukturen aufgrund äußeren Druckes während eines Vulkanisierungsverfahrens unerwünscht verformt zu werden. Das bedeutet, dass es möglich ist, die Struktur der Seile während eines Vulkanisierungsverfahrens von Reifen zu stabilisieren, so dass letztendlich die Handhabbarkeit der Stahlseile während eines Reifenherstellungsverfahrens verbessert wird.
Kurz beschrieben ist aufgrund des flachen und spiralförmig gedrehten Kernes, der axial in der Mitte des erfindungsgemäßen Stahlseiles positioniert ist, das Stahlseil hinsichtlich seiner Verformungsermüdungswiderstandsfähigkeit, seiner Gummieindringung, seiner Gummihaftkraft und seiner Altershaftkraft verbessert zusätzlich zu dem beinahe vollständigen Schutz der Messingschicht jedes Drahtes. Es ist auch für die vorliegende Erfindung möglich, die Handhabbarkeit von Stahlseilen während des Herstellens eines gewünschten Gummiartikels zu verbessern. Daher können die erfindungsgemäßen Stahlseile besonders bevorzugt als ein Material zum Verstärken von Gürtelreifen mit Stahlgürteln verwendet werden.
Das Herstellungsverfahren von erfindungsgemäßen Stahlseilen erzeugt die erwünschten Stahlseile effektiv durch ein Einmaldrehverfahren anstelle eines herkömmlichen Doppeldrehverfahrens. Die vorliegende Erfindung vereinfacht so bevorzugt das Stahlseilherstellungsverfahren zusätzlich zu einer Vereinfachung der Stahlseilherstellungsvorrichtung und der Einsparung von Seilherstellungszeit und einer Verringerung der Herstellungskosten von Stahlseilen.
Die erfindungsgemäße Stahlseilherstellungsvorrichtung wird durch einfache Installation einer Kernformeinheit an einer Position gerade um eine Kernvorratsspule herum innerhalb einer herkömmlichen Stahlseildrehvorrichtung erreicht. Daher ist diese Erfindung in der Art vorteilhaft, dass es möglich ist, die erwünschten Stahlseile unter Verwendung solch einer herkömmlichen Drehvorrichtung herzustellen, ohne die Konstruktion der Vorrichtung zu verkomplizieren.
Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung besteht darin, dass die Kernformeinheit so entworfen ist, dass sie mittels der Rotationskraft der Seildrehvorrichtung rotiert wird, ohne die Rotationskraft eines separaten Motors zu verwenden, so dass Energie gespart und die Energieeffizienz der Vorrichtung verbessert wird.
Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu Illustrationszwecken offenbart wurden, werden die Fachleute zustimmen, dass verschiedene Modifizierungen, Hinzufügungen und Ersetzungen möglich sind, ohne sich aus dem im Bereich der Erfindung, wie in den begleitenden Ansprüchen offenbart, zu entfernen.

Claims

Stahlseil zur Verstärkung (10, 10a, 10b, 13, 13', 14, 14', 15, 20) von Gummiartikeln, umfassend einen Kern (10c, 11, 20a), der gebildet wird durch Walzen eines ursprünglichen Stahleinzeldrahts mit einem kreisförmigen Querschnitt, um dem Draht einen flachen Querschnitt zu geben; und eine Anzahl „n" von äußeren Einzeldrähten (11a, 11b, 20b), die um den flachen Kern (10c, 11, 20a) gedreht sind, um ein Stahlseil (10, 10a, 10b, 13, 13', 14, 14', 15, 20) zu bilden mit einer 1+n Einzeldrahtstruktur; dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (10c, 11, 20a) gebildet wird durch Kaltwalzen eines ursprünglichen Stahleinzeldrahts, wobei der Kern auch in Längsrichtung und spiralförmig gedreht ist, so dass er schließlich eine flache und spiralförmig gedrehte Struktur besitzt.
Stahlseil zur Verstärkung (10, 10a, 10b, 13, 13', 14, 14', 15, 20) nach Anspruch 1, wobei der flache und spiralförmig gedrehte Kern (10c, 11, 20a) sowohl ein Flachheitsverhältnis von 1,05 bis 2,0 als auch eine Schraubensteigung besitzt, die 0,2 bis 2 mal die Schraubensteigung des Stahlseils ist.
Stahlseil zur Verstärkung (10, 10a, 10b, 13, 13', 14, 14', 15, 20) nach Anspruch 1, wobei der Kern (10c, 11, 20a) in der gleichen Richtung gedreht ist wie die des Stahlseils oder in einer Richtung entgegengesetzt zu der des Stahlseils.
Stahlseil zur Verstärkung (10, 10a, 10b, 13, 13', 14, 14', 15, 20) nach Anspruch 1, wobei der Durchmesser des ursprünglichen Einzeldrahts des Kerns das 1 ± 0,3-fache eines Durchmessers jedes der äußeren Einzeldrähte ist.
Stahlseil zur Verstärkung (10, 10a, 10b, 13, 13', 14, 14', 15, 20) nach Anspruch 1, wobei die Anzahl „n" eine der Zahlen von 3 bis 9 ist.
Stahlseil zur Verstärkung (10, 10a, 10b, 13, 13', 14, 14', 15, 20) nach Anspruch 1, wobei der flache Kern (10c, 11, 20a) in ersten mehreren Abschnitten in der gleichen Richtung gedreht ist, wie die des Stahlseils, und nicht gedreht ist in zweiten mehreren Abschnitten und in einer Richtung entgegengesetzt zu der Drehrichtung des Stahlseils in übrigen Abschnitten, so dass es eine kombinierte Struktur besitzt.
Stahlseil zum Verstärken (10, 10a, 10b, 13, 13', 14, 14', 15, 20) nach Anspruch 1, wobei der ursprüngliche Stahleinzeldraht des Kerns mit dem kreisförmigen Querschnitt kaltgewalzt wird, um an seinen gegenüberliegenden Oberflächen abgeflacht zu werden, wobei die übrigen Oberflächen gerundet belassen werden, um bogenförmige Oberflächen zu haben.
Stahlseil zum Verstärken (10, 10a, 10b, 13, 13', 14, 14', 15, 20) nach Anspruch 1, wobei die gedrehte Struktur des Stahlseils gebildet wird durch eine erste gedrehte Mehrschicht-Struktur, gebildet durch Drehen von drei bis neun äußeren Einzeldrähten (11a, 11b, 11c, 12, 20b) um einen flachen und spiralförmig gedrehten Kern (10c, 11, 20a), eine zweite gedrehte Mehrschicht-Struktur, gebildet durch Drehen einer Vielzahl von äußeren Einzeldrähten um einen Kern mit der ersten gedrehten Mehrschicht-Struktur, eine schließende Struktur (closing structure), gebildet durch das Drehen einer Vielzahl von Litzen, die die erste gedrehte Mehrschicht-Struktur besitzen, oder eine kombinierte Struktur mit sowohl einer schließenden Struktur als auch einer gedrehten Mehrschicht-Struktur, wobei der Kern und/oder eine der Litzen wenigstens einen flachen und spiralförmig gedrehten Einzeldraht besitzt.
Verfahren zum Herstellen eines Stahlseils zur Verstärkung (10, 10a, 10b, 13, 13', 14, 14', 15, 20) für Gummiartikel durch Drehen einer Anzahl „n" äußerer Einzeldrähte (11a, 11b, 11c, 12, 20b) um einen flachen und spiralförmig gedrehten Kern (10c, 11, 20a), um eine 1 + n Einzeldrahtstruktur zu bilden, umfassend die Schritte: Kaltwalzen eines vermessingten Stahldrahts mit einem kreisförmigen Querschnitt, um dem Stahldraht einen flachen Querschnitt zu geben; axiales und spiralförmiges Drehen des Stahldrahts um eine Achse des Drahts, um so einen erwünscht flachen und spiralförmig gedrehten Kern (10c, 11, 20a) zu bilden; und Drehen der äußeren Einzeldrähte (11a, 11b, 11c, 12, 20b) um den Kern (10c, 11, 20a), um ein erwünschtes Stahlseil derart zu bilden, dass die Drehrichtung und/oder die Schraubsteigung des gedrehten Kerns verschieden von denjenigen des gedrehten Seils ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Drehrichtung des Kerns (10c, 11, 20a) entgegengesetzt zu der des Stahlseils ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Kaltwalzschritt und der Schritt des spiralförmigen Drehens des Kerns (10, 11, 20a) gleichzeitig durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Anzahl „n" eine der Zahlen von 3 bis 9 ist.
Vorrichtung zum Herstellen eines Stahlseils zur Verstärkung (10, 10a, 10b, 13, 13', 14, 14', 15, 20) für Gummiartikel durch Drehen einer Anzahl von „n" äußeren Einzeldrähten (11a, 11b, 11c, 12, 20b) um einen flachen und spiralförmig gedrehten Kern (10c, 11, 20a) unter Verwendung einer Seildreheinheit, um eine 1 + n Einzeldrahtstruktur zu bilden, umfassend: eine Kernformeinheit (21), die zum Bilden des erwünschten flachen und spiralförmig gedrehten Kerns verwendet wird, wobei die Kernformeinheit (21) auf einer Kerndurchführung innerhalb der Vorrichtung in einer Position genau um das Auslassende einer Kernspule installiert ist, wobei die Kernformeinheit (21) besteht aus: einem zylindrischen Gehäuse (22) mit einem Kerndurchlassloch (22b) in einem Zentrum jeder seiner Endplatten (22a); einer Druckwalzeneinheit (23), die entlang einer Kerndurchführung innerhalb des Gehäuses (22) installiert ist, wobei die Walzeneinheit (23) einstellbar ist im Druckwalzenspalt zwischen ihren Druckwalzen (23a, 23b, 23c); einer hohlen zylindrischen Drehwelle (24), die außen und zentral an eine Kerneinlassendplatte des Gehäuses (22) montiert ist; und einem Kraftübertragungsmechanismus (25), der zum Übertragen einer Rotationskraft auf die rotierende Welle (24) verwendet wird, um so das Gehäuse zu rotieren.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Rotationskraft für die Kernformeinheit (21) von einem separaten Antriebsmotor auf die Kernformeinheit durch den Kraftübertragungsmechanismus (25) übertragen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Kernformeinheit (21) durch eine Rotationskraft rotiert wird, die von der Seildreheinheit erzeugt wird.