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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Stahlseil, umfassend eine erste
Gruppe von ersten Stahlfilamenten und eine zweite Gruppe von zweiten
Stahlfilamenten. Die zweite Gruppe ist schraubenförmig um
die erste Gruppe verdrillt.
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Allgemeiner
Stand der Technik
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Mit
Stahlfilamenten verdrillte Stahlseile sind in der Technik bekannt,
insbesondere in der Technik der Gummiverstärkung, und ganz besonders in
der Technik der Reifenverstärkung.
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Ein
3 + 9 + 15-Stahlseil war und ist weiterhin ein oft verwendetes Stahlseil,
das unter anderem verwendet wird, um die Protektor- oder Gürtellagen
von Lastwagenreifen zu verstärken.
Ein Beispiel dieses 3 + 9 + 15-Seils ist folgende Konstruktion: 3 × 0,22
+ 9 × 0,22
+ 15 × 0,22
+ 0,15
6,3/12,5/18/3,5 S/S/Z/S
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Trotz
seiner weit verbreiteten Verwendung weist dieses 3 + 9 + 15-Seil
eine Anzahl von Nachteilen auf.
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Ein
erster Nachteil ist, dass die Art der Herstellung eines derartigen
3 + 9 + 15-Seils nicht kostengünstig
ist. Es sind nämlich
mindestens zwei bis vier verschiedene Verdrillungsschritte erforderlich,
um das endgültige
Seil herzustellen. In einem ersten Schritt müssen die drei Kernfilamente
verdrillt werden. In einem zweiten Schritt werden die neun Zwischenlagefilamente
um die Kernfilamente verdrillt. In einem dritten Schritt werden die
fünfzehn
Außenlagefilamente
um die Zwischenlagefilamente verdrillt. Als vierter Schritt wird
ein zusätzliches
Filament um das Seil gewickelt. Bei den üblichen Ausführungsformen
eines 3 + 9 + 15-Seils werden die beiden verschiedenen Verdrillungsrichtungen,
S und Z, verwendet, um ein Verdrallungsgleichgewicht in dem Seil
zu erreichen. Bei den oben angegebenen Beispielen wurden die drei
Kernfilamente und die neun Zwischenlagefilamente in die S-Richtung
und die fünfzehn
Außenlagefilamente
in die Z-Richtung verdrillt. Wenn ein Doppelschlaggerät in allen
Schritten verwendet wird, um ein derartiges Seil herzustellen, bedeutet
dies, dass die anschließende
Verdrillung in Z-Richtung der fünfzehn
Außenfilamente
teilweise die zuvor gegebenen Verdrillungen in S-Richtung auflöst. Dies
bedeutet einen Energieverlust während
der Herstellung und betont noch einmal die kostenungünstige Art
und Weise der Herstellung eines derartigen 3 + 9 + 15-Seils.
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Ein
zweiter Nachteil ist, dass ein 3 + 9 + 15-Seil keine vollständige Gummidurchdringung
aufweist. Dadurch kann Feuchtigkeit die einzelnen Stahlfilamente
während
des Gebrauchs erreichen, was die Lebensdauer des Stahlseils und
des verstärkten
Reifens drastisch verringern kann.
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Es
wurden zahlreiche Versuche gemacht, um die obigen Nachteile zu vermeiden
und eine verbesserte Alternative für diese 3 + 9 + 15-Konstruktion
zu finden.
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Einige
Versuche zielten darauf ab, eine Stahlseilkonstruktion bereitzustellen,
die kostengünstiger
herzustellen sei. Ein Beispiel ist ein 3 + 9 + 15-Seil, bei dem
alle Lagen in dieselbe Richtung verdrillt wurden. Ein anderes Beispiel
ist ein so genanntes 1 × 27-Kompaktseil,
bei dem alle Filamente mit demselben Drallschritt in dieselbe Richtung
verdrillt wurden. Diese Versuche führen zu kostengünstigeren
Seilen, lösen
aber nicht das Problem der Gummidurchdringung.
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Weitere
Versuche zielten darauf ab, eine Stahlkonstruktion mit einer verbesserten
Gummidurchdringung bereit zustellen. Ein Beispiel ist ein 3xd1 + 9xd2 + 15xd3-Seil, bei dem die drei Kernfilamente einen
Filamentdurchmesser d1 aufweisen, der größer ist als der Filamentdurchmesser
d2 der Zwischenlagefilamente, und bei dem
der Filamentdurchmesser d2 der Zwischenlagefilamente
größer oder
gleich dem Filamentdurchmesser d3 der Außenlagefilamente
ist. Die Verwendung der dickeren Filamente in der Mitte des Seils
führt zu mehr
verfügbarem
Platz für
die Lagen und zu ungesättigten
Lagen mit Zwischenräumen
zwischen den Filamenten. Ein weiteres Beispiel ist ein 3 + 8 + 13-Seil,
d.h. ein Seil, bei dem die Zwischenlage und die Außenlage nicht
mehr mit der maximalen Anzahl von möglichen Filamenten gesättigt ist.
Ein oder mehrere Filamente werden aus der Zwischen- oder Außenlage
ausgelassen und führen
zu Zwischenräumen
zwischen den Filamenten, so dass Gummi durchdringen kann. Noch ein
weiteres Beispiel sind 3 + 9 + 15-Seile, bei denen mindestens ein
Filament in jeder Lage, d.h. in dem Kern, in der Zwischenlage und
in der Außenlage
vorgeformt ist, so dass es eine gewellte Form aufweist. Das gewellte
Filament schafft mehr Zwischenraum zwischen dem Filament und den
anliegenden Filamenten und lässt
Gummi durchdringen.
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Die
folgenden Stahlseilkonstruktionen werden ebenfalls oft als Verstärkung für die Protektor-
oder Gürtellage
eines Lastwagenreifens verwendet: 3 × 0,20 +
6 × 0,35 3 × 0,35
+ 8 × 0,35.
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Diese
Konstruktionen leiden jedoch unter den gleichen Nachteilen wie die
3 + 9 + 15-Konstruktion. Zwei Verdrillungsvorgänge sind erforderlich, um das
Seil herzustellen, und es wird keine vollständige Gummidurchdringung erreicht.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Stands
der Technik zu vermeiden. Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden
Erfindung, ein alternatives Seil für ein 3 + 9 + 15-Stahlseil,
ein 3 + 6-Seil oder
für ein
3 + 8-Seil bereitzustellen. Es ist noch ein Ziel der vorliegenden
Erfindung, ein Stahlseil mit vollständiger Gummidurchdringung bereitzustellen.
Es ist noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Stahlseil
bereitzustellen, dass kostengünstig
herzustellen ist.
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Erfindungsgemäß wird ein
Stahlseil bereitgestellt, das eine erste Gruppe und eine zweite
Gruppe umfasst. Die zweite Gruppe wird schraubenförmig um
die erste Gruppe mit einem Seildrallschritt verdrillt. Die erste
Gruppe umfasst eine erste Anzahl von ersten Stahlfilamenten, wobei
die erste Anzahl zwischen drei und acht liegt. Die zweite Gruppe
umfasst eine zweite Anzahl von zweiten Stahlfilamenten. Die zweite
Anzahl ist gleich oder bevorzugt größer als die erste Anzahl. Die
ersten Filamente haben einen Drallschritt von mehr als 300 mm und
sind bevorzugt unverdrillt (endloser Drallschritt). Mindestens eines
der zweiten Filamente ist vieleckig vorgeformt. Mehr als eines der
zweiten Filamente kann vieleckig vorgeformt sein. Bevorzugt können alle zweiten
Filamente vieleckig vorgeformt sein.
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Mit
dem Begriff "Drallschritt" ist der Axialabstand
gemeint, der nötig
ist, um eine 360-Grad-Umdrehung eines Filaments in einer Gruppe
(Filamentdrallschritt oder Gruppendrallschritt) oder einer Gruppe
in einem Seil (Gruppendrallschritt) auszuführen.
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Die
Technik des vieleckigen Vorformens wird in der US-A-5 687 557 offenbart.
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Wie
nachstehend erläutert
werden soll, kann ein derar tiges Stahlseil in einem einzigen Verdrillungsschritt
hergestellt werden. Das vieleckige Vorformen der zweiten Filamente
ergibt eine offene Struktur des Stahlseils und erlaubt es Gummi
oder anderem Hilfsmaterial, bis zu der ersten Gruppe durchzudringen.
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Bevorzugt
werden die zweiten Filamente mit einem Drallschritt, der nachstehend
als Gruppendrallschritt bezeichnet wird, umeinander verdrillt. Dieser
Gruppendrallschritt ist bevorzugt gleich dem Seildrallschritt. Wie
nachstehend erläutert
werden soll, kann diese bevorzugte Ausführungsform in einem einzigen Schritt
mittels eines Doppelschlaggeräts
erreicht werden.
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Um
das Durchdringen von Gummi oder einem anderen Hilfsmaterials innerhalb
der ersten Filamentgruppe zu fördern,
oder um vorherbestimmte Dehnungsmerkmale zu erreichen, wird mindestens
eines der ersten Filamente vorgeformt, so dass es eine gewellte
Form aufweist. Mehr als eines der ersten Filamente und bevorzugt
alle der ersten Filamente können
vorgeformt werden, so dass sie eine gewellte Form aufweisen. Diese
räumliche
Wellenform kann eine Schraubenform sein. Diese gewellte Form ist
jedoch bevorzugt eine räumliche
Wellenform, d.h. die Welle ist keine ebene Welle sondern hat Dimensionen
außerhalb
einer einzigen Ebene. Bevorzugt weist diese räumliche Wellenform eine erste
Kräuselung
und eine zweite Kräuselung
auf. Die erste Kräuselung
liegt in einer Ebene, die im Wesentlichen von der Ebene der zweiten
Kräuselung
verschieden ist.
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Die
Druckschriften nach dem Stand der Technik JP-A-04-370 283, JP-A-06-073
672 und JP-A-07-042 089 offenbaren alle Stahlseile, die zwei Gruppen
von Stahlfilamenten umfassen, bei denen eine Gruppe schraubenförmig um
die andere verdrillt wird. Das Stahlseil aus der JP-A-04-370 283 weist eine
erste Gruppe von nur zwei ersten Filamenten und eine zweite Gruppe
von N zweiten Filamenten auf, wobei N gleich zwei oder drei ist.
Die N zweiten Filamente sind vorgeformt, so dass sie eine gewellte
Form aufweisen. Das Stahlseil aus der JP-A-06-073 672 weist eine erste Gruppe von
zwei ersten Filamenten und eine zweite Gruppe von zwei zweiten Filamenten
auf. Die ersten Filamente sind vorgeformt, so dass sie eine wellige
Form aufweisen. Das Stahlseil aus der JP-A-07-042 089 weist eine
erste Gruppe von zwei ersten Filamenten und eine zweite Gruppe von
zwei oder drei zweiten Filamenten auf. Die ersten Filamente sind
vorgeformt, so dass sie eine gewellte Form aufweisen, so dass die
ersten Filamente dieselbe Länge
wie die zweiten Filamente in dem Stahlseil aufweisen. Keines der
Stahlseile aus der JP-A-04-370 283, der JP-A-06-073 672 oder der JP-A-07-042 089 kann
jedoch eine 3 + 9 + 15, eine 3 + 6 oder eine 3 + 8-Konstruktion
mit dem gleichen Verstärkungseffekt
ersetzen.
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Die
EP-0 834 612 A1 offenbart ein Stahlseil mit einem Kern und einer
um diesen Kern herum angeordneten Lage. Der Kern umfasst eines von
vier Kernfilamenten und die Lage drei bis zehn Filamente. Mindestens
eines der Kernfilamente hat eine erste Wellenform, und mindestens
eines der Lagenfilamente hat eine zweite Wellenform. Die erste Wellenform
ist im Wesentlichen von der ersten Wellenform verschieden. Die Druckschrift
offenbart nicht den Drallschritt der ein bis vier Kernfilamente.
Zudem sind die Kernfilamente im Wesentlichen gerade und folgen nicht
einem schraubenförmigen
Weg.
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Die
Druckschrift
GB 2 098
251 A offenbart ein Stahlseil, das zwei gleichwertige Drahtgruppen
von mindestens jeweils zwei Drähten
umfasst, wobei die Drahtgruppen umeinander verdrillt sind und Schraubenlinien von
im Wesentlichen gleichem Schritt und im Wesentlichen gleicher Form
bilden, wobei die Drähte
einer ersten Gruppe im Wesentlichen unverdrillt sind. Die Anmeldung
spricht jedoch kein vieleckiges oder gewelltes Vorformen der Filamente
in einer der Gruppen an.
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Die
US 5 687 557 offenbart ein
Stahlseil mit Filamenten, die mit einem Drallschritt zu einem Seil
verdrillt werden. Der Vorsprung der Filamente entlang der Längsachse
zeigt eine zweidimensionale Kurve, die über eine Drallschrittlänge konvex
ist. Die Kurve weist einen Krümmungsradius
auf, der zwischen einem Minimum und einem Maximum variiert. Obwohl
alle möglichen
Konstruktionsarten erwähnt
werden, werden keine Konstruktionen offenbart, die eine erste und
eine zweite Gruppe umfassen, die schraubenförmig umeinander verdrillt werden,
und wobei die Filamente der einen Gruppe im Wesentlichen unverdrillt
sind.
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Die
JP 10-292 277 offenbart ein im Wesentlichen geschichtetes Seil,
das man entweder durch Bündelverdrillung
oder schrittweise Schichtung erreicht, wobei die Kernfilamente zweidimensional
in der Längsrichtung
gewellt wurden. Obwohl man die Kernfilamente als die eine Gruppe
und die Lagenfilamente als die andere Gruppe ansehen kann, werden
diese Gruppen nicht schraubenförmig
miteinander verdrillt, d.h. der Kern wird nicht als gerade angesehen.
Es wird auch keine möglicherweise
große
oder unendliche Schlaglänge erwähnt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung reicht die erste Anzahl von ersten Filamenten
von drei bis fünf
und die zweite Anzahl von zweiten Filamenten von vier bis acht.
Z.B. ist die erste Anzahl gleich vier und die zweite Anzahl gleich
sechs.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
Erfindung soll nun ausführlicher
mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden. Es
zeigen:
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1 schematisch
wie ein erfindungsgemäßes Stahlseil
hergestellt wird;
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2 einen
reellen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Stahlseils;
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3 einen
Hauptquerschnitt eines erfindungsgemäßen Stahlseils.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
der Erfindung
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Ein
erfindungsgemäßes Stahlseil
wird bevorzugt folgendermaßen
hergestellt. Ausgangsprodukt ist ein Walzdraht mit einem Stabdurchmesser
von 5,5 mm bis 6,5 mm. Die Stahlzusammensetzung dieses Stabs umfasst
im Allgemeinen einen Mindestkohlenstoffgehalt von 0,60 % (z.B. mindestens
0,80 % oder mindestens 0,92 % mit einem Maximum von 1,2 %), einen
Mangangehalt von 0,20 bis 0,90 % und einen Siliziumgehalt von 0,10
bis 0,90 %; die Schwefel- und Phosphorgehalte werden bevorzugt jeweils
unterhalb von 0,03 % gehalten; zusätzliche Elemente wie Chrom
(bis zu 0,2 bis 0,4 %), Bor, Kupfer, Kobalt, Nickel, Vanadium ...
können
der Zusammensetzung hinzugefügt
werden, um den Verformungsgrad zu minimieren, der benötigt wird,
um eine vorherbestimmte Zugfestigkeit zu erhalten.
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Der
Walzdraht wird durch eine Anzahl von aufeinander folgenden Ziehlochplatten
trocken gezogen, bis ein Stahldraht mit einem Zwischendurchmesser
erreicht wird. Dieses Trockenziehen kann durch eine Zwischenpatentierbehandlung
unterbrochen werden, um eine metallische Struktur zu erreichen,
die sich für
weiteres Ziehen eignet.
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Bei
dem Zwischendurchmesser wird der Stahldraht bevorzugt mit einer
Metallbeschichtung überzogen.
Die genaue Art der Beschichtung ist von der letztendlichen Anwendung
abhängig.
Diese Beschichtung kann eine korrosionsbeständige Beschichtung, wie etwa
Zink, sein oder eine Beschichtung, welche die Haftung an dem Hilfsmaterial
fördert,
wie etwa Messing im Fall von Gummi oder ein so genannter ternärer Messing wie
etwa Kupfer-Zink-Nickel (z.B. 64 %/35,5 %/0,5 %) und Kupfer-Zink-Kobalt
(z.B. 64 %/35,7 %/0,3 %) oder eine kupferfreie Haftlage wie etwa
Zink-Kobalt oder Zink-Nickel.
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Das
Stahlseil mit der Metallbeschichtung wird ferner zu einem endgültigen Filament
mit einem Filamentdurchmesser nass gezogen. Der genaue Wert dieses
endgültigen
Durchmessers ist auch von der letztendlichen Anwendung abhängig. Im
Allgemeinen reicht der Filamentdurchmesser von 0,03 mm bis 1,10
mm, insbesondere von 0,15 mm bis 0,60 mm, z.B. von 0,20 mm bis 0,45
mm.
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Die
endgültige
Zugfestigkeit des Stahlfilaments kann abhängig von der ursprünglichen
Stahlstabzusammensetzung, dem Verformungsgrad und dem Wert des Filamentdurchmessers
variieren. Bevorzugt weist das Stahlfilament eine hohe Zugfestigkeit
auf. Es handelt sich um eine Zugfestigkeit TS oberhalb der folgenden Mindestwerte: TS > 2250 – 1150 × log d
MPa,wobei d der Filamentdurchmesser in mm ist. Als solche können Stahlfilamente
eine Zugfestigkeit von bis zu 4000 MPa und sogar noch mehr aufweisen.
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Der
endgültige
Verdrillungsvorgang soll mit Bezug auf 1 erläutert werden.
Ausgehend von der rechten Seite von 1 werden
vier erste Stahlfilamente 10 mit einem Durchmesser von
0,38 mm von Lieferspulen 12 abgewickelt und über Führungsräder 14, 16 und 18 auf
zwei Paar Zahnräder 19 zugeführt, die
den ersten Stahlfilamenten 10 eine erste Kräuselung
und eine zweite Kräuselung
verleihen. Die erste Kräuselung liegt
in einer Ebene, die von der Ebene der zweiten Kräuselung verschieden ist.
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Die
Technik der Doppelkräuselung
wird in der WO-A- 99/28
547 offenbart.
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Das
Bündel 22 doppelt
gekräuselter
erster Stahlfilamente 10 wird dann über eine Riemenscheibe 20 über einen
ersten Flügel 24 eines
Doppelschlaggeräts
geführt.
Die Richtung des Bündels 22 wird über eine Riemenscheibe 25 umgekehrt,
wonach das Bündel 22 zentral
in das Doppelschlaggerät
eintritt. Während
es sich über
den Flügel 24 fortbewegt
und sofort danach, hat das Bündel 22 von
doppelt gekräuselten
ersten Filamenten 10 zwei Dralle erhalten.
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Sechs
zweite Stahlfilamente 26 mit einem Filamentdurchmesser
von 0,38 mm werden von Lieferspulen 28 innerhalb des Doppelschlaggeräts abgewickelt.
Die sechs zweiten Stahlfilamente werden über Führungsräder 30 in Richtung
auf eine Vorformvorrichtung 31 geführt, die den zweiten Stahlfilamenten 26 eine
vieleckige Vorformung verleihen. Die derart vieleckig vorgeformten
zweiten Stahlfilamente 26 werden ferner über eine
Verteilerscheibe 32 in Richtung auf ein Seilformgesenk 34 geführt, wo
die zweiten Stahlfilamente 26 mit dem Bündel 22 von ersten
Stahlfilamenten 10 zusammenkommen. Das Bündel 22 von
ersten Stahlfilamenten 10 und die zweiten Stahlfilamente 26 werden
dann über
die Riemenscheibe 20 in Richtung auf den zweiten Flügel 36 des
Doppelschlaggeräts
umgekehrt. Während
sie sich über
den zweiten Flügel 36 fortbewegen
und sofort danach, wird das endgültige
Stahlseil 38 der Erfindung geformt: das Bündel 22 von
ersten Stahlfilamenten 10 wird aufgedreht und die zweiten
Stahlfilamente 26 werden verdrillt. Das Ergebnis ist ein
Stahlseil 38, das folgender Formel entspricht: 4 × 0,38
+ 6 × 0,38
22/S
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Der
Gruppendrallschritt ist gleich dem Seildrallschritt und beträgt ungefähr 22 mm.
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Im
Allgemeinen können
der Gruppendrallschritt und der Seildrallschritt zwischen 30mal
dem Filamentdurchmesser und 150mal dem Filamentdurchmesser variieren,
z.B. zwischen 50mal und 70mal dem Filamentdurchmesser, obwohl Werte
außerhalb
dieser Bereiche nicht ausgeschlossen sind.
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Die
nachstehende Tabelle 1 fasst einige Eigenschaften dieses Stahlseils 38 zusammen.
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2 zeigt
einen reellen Querschnitt eines Stahlseils 38. Das Stahlseil 38 weist
eine erste Gruppe von vier ersten mehr oder weniger parallelen und
unverdrillten Stahlfilamenten 10 auf. Infolge der doppelten
Kräuselung
befinden sich Zwischenräume
zwischen den Stahlfilamenten 10. Daraufhin kann Gummi in
die erste Gruppe eindringen. Eine zweite Gruppe von sechs zweiten
Stahlfilamenten 26 wird um die erste Gruppe verdrillt.
Die sechs zweiten Stahlfilamente 26 wurden vieleckig vorgeformt,
um Gummi durch die zweite Gruppe durchdringen und die erste Gruppe
erreichen zu lassen.
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3 zeigt
schematisch ein erfindungsgemäßes 3 +
5-Stahlseil 38.
Das Stahlseil 38 umfasst eine erste Gruppe von drei ersten
Filamenten 10, die eine räumliche Wellenform aufweisen,
so dass sich innerhalb der ersten Gruppe Zwischenräume bilden.
Dies wird durch die punktierten Linien um jedes erste Filament 10 dargestellt.
Eine zweite Gruppe von fünf
zweiten Stahlfilamenten 26 wird um die erste Gruppe herum
verdrillt. Die zweiten Stahlfilamente 26 wurden vieleckig
vorgeformt, so dass sich zwischen den zweiten Filamenten und zwischen
der ersten Gruppe und der zweiten Gruppe Zwischenräume bilden.
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Neben
den in 2 und in 3 dargestellten
Ausführungsformen
sind andere Ausführungsformen des
Stahlseils der Erfindung möglich.
Einige Beispiele sind:
3 + 4
3 + 6
3 + 7
3 +
8
4 + 5
4 + 7
4 + 8
5 + 6
5 + 7
5
+ 8
6 + 6
6 + 7
6 + 8
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Der
Filamentdurchmesser der ersten und zweiten Stahlfilamente muss nicht
der gleiche sein. Selbst der Filamentdurchmesser kann innerhalb
einer Gruppe variieren, was bedeutet, dass die erste Gruppe erste Stahlfilamente
mit einem unterschiedlichen Durchmesser umfassen kann, und dass
die zweite Gruppe zweite Stahlfilamente mit einem unterschiedlichen
Durchmesser umfassen kann.
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Obwohl
das Stahlseil der Erfindung insbesondere für die Verstärkung der Protektor- oder Gürtellage von
Lastwagenreifen geeignet ist, sind andere Anwendungen, bei denen
eine vollständige
Gummidurchdringung oder eine vollständige Tränkung mit Plastik erforderlich
oder bevorzugt ist, möglich.
