DE69002107T2

DE69002107T2 - Metalldrahtkabel zur Verstärkung von Elastomeren.

Info

Publication number: DE69002107T2
Application number: DE90630028T
Authority: DE
Inventors: Italo Marziale Sinopoli
Original assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Current assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Priority date: 1989-02-13
Filing date: 1990-01-26
Publication date: 1994-02-03
Anticipated expiration: 2010-01-27
Also published as: US4947636A; DE69002107D1; EP0383716A1; BR9000595A; EP0383716B1; JPH0351359Y2; ES2043337T3; JPH02106494U

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Metalldrahtkabel zur Verstärkung von elastomeren Gegenständen wie Reifen.
Wie gewöhnlich in der Technik und in dieser Anwendung gebraucht, bezieht sich der Ausdruck "Strang" auf eine Gruppe einzelner "Drähte" oder "Fasern", die verbunden sind, ein einheitliches Produkt zu bilden. "Einen Strang legen" heißt das Legen mehrerer Drähte spiralförmig um einen Mitteldraht. Die axiale Entfernung, die für einen Draht erforderlich ist, eine Umdrehung von 360º um den Nickeldraht zu machen, ist die "Länge der Lage" oder "Lagelänge" des Stranges. Die Richtung der Lage kann entweder rechtsseitig ("Z") oder linksseitig ("S") sein. Der Ausdruck "Kabel" bezieht sich auf ein Endprodukt zum Zwecke der Verstärkung und kann aus einem einzelnen Strang zusammengesetzt sein oder aus vielfachen Strängen "gelegt" oder zusammen "verkabelt" entweder in die S- oder Z-Richtung. Ein Kabel mit "gewöhnlichen Lage" ist eines, in dem die Drähte der einzelnen Stränge in die eine Richtung, und die Stränge des Kabels in die entgegengesetzte Richtung gelegt werden. Ein Kabel mit "Lage nach LANG" ist eines, in dem beide, die Drähte in den Strängen und die Stränge in dem Kabel, in dieselbe Richtung gelegt sind. Der Ausdruck "Kabel" in der elastomeren Verstärkungstechnik wird allgemein für synonym gehalten mit den Ausdrücken "Kabel" und "Seil", die für ähnliche Konstruktionen in anderen Bereichen verwendet werden. Es ist gewöhnliche Praxis, Vielfachstrang-Drahtkabel zur Reifenverstärkung und ähnlichen Anwendungen herzustellen durch Verkabeln geschichteter Stränge bei einer bestimmten Lagelänge. Zum Beispiel wird ein 1 + 6 + 12 x.20 Strang zur Verstärkung von Baggerreifen nach dem Stand der Technik gewöhnlich so hergestellt, daß zuerst sechs Fasern (z. B. sechs plattierte Stahldrähte mit einem Durchmesser von je 0,20 mm) spiralförmig um die Mittel- oder Kernfaser gelegt werden und dann zwölf Fasern in einem zweiten Arbeitsgang um die sechs zwischenliegenden Fasern. Die sechs Zwischenfasern und die zwölf äußeren Fasern haben dieselbe Lagerichtung aber verschiedene Lagelängen. Vielfachstränge von 19 Fasern werden dann verkabelt, um ein Kabel zu bilden, wobei die Stränge der aufeinanderfolgenden Schichten entgegengesetzte Lagerichtung haben. Eine einzelne Faser wird dann spiralförmig um das Kabel gewickelt, so daß das Kabel fertig ist für den Gebrauch als Reifenverstärkung.
Um Herstellungsschritte und damit verbunde Kosten zu vermeiden, ist bisher beabsichtigt worden, sog. "gebündelte" oder "kompakte" Drahtstränge in einem einzigen Arbeitsgang zu bilden, in dem Fasern mit ähnlichem Durchmesser gleichzeitig zusammengelegt werden in derselben Richtung mit derselben Lagelänge. Der sich ergebende Strang besitzt einen sechseckig dichtgepackten polygonalen Querschnitt, der im allgemeinen über die Länge des Stranges gleichförmig ist. Die Fasern im Strang-Querschnitt sind in konzentrischen Schichten angeordnet, in denen jede einzelne Faser zu allen anliegend umgebenden Fasern tangential ist.
Eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Vielfachstrang-Drahtkabel zu liefern, das wirtschaftlicher herzustellen ist als Kabel von ähnlichen Eigenschaften, die bisher in der Technik zur Verstärkung von Reifen und anderen elastomeren Gegenständen vorgeschlagen worden sind, während die Festigkeit und Abnutzungseigenschaften des Kabels bewahrt oder verbessert werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Drahtkabel zur Verstärkung elastomerer Gegenstände wie Baggerreifen eine Mehrzahl von Drahtsträngen auf mit einem Mittelstrang und vielfachen peripheren Stränge, die den Mittelstrang konzentrisch umgeben. Jeder der Mittel- und peripheren Stränge schließt ein vielfache einzelne Drahtfasern von ähnlichem Durchmesser, mit identischer Stranglagerichtung und sechseckig dichtgepackter Länge. Jeder Strang besitzt einen polygonalen Querschnittsumriß, der im allgemeinen in der Längsrichtung des Stranges gleichförmig ist. Jeder Strang hat Fasern in konzentrischen Schichten, wobei jede einzelne Faser tangential ist zu allen unmittelbar anliegend umgebenden Fasern in jedem Strang, von denen allen zu sagen ist, daß die Stränge von gebündelter Konfiguration sind. Die peripheren Stränge sind tangential zum Mittelstrang und haben eine vorbestimmte Kabellagerichtung und Länge bezüglich des Mittelstrangs.
In den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung haben alle Stränge dieselbe Anzahl von Fasern, und die Fasern haben Durchmesser im Bereich von etwa 0,175 bis 0,30 mm. Die Stranglagelänge liegt bevorzugt im Bereich von etwa 10 bis 18 mm, und die Kabellagelänge ist bevorzugt größer als die Stranglagelänge und im Bereich von etwa 18 zu 30 mm. In einer Ausführung der Erfindung haben die Fasern des Mittelstrangs einen größeren Durchmesser als die Fasern der peripheren Stränge, während in anderen Ausführungen der Erfindung alle Fasern von identischer Größe sind. Die Kabellagerichtung ist gemäß der Lagerichtung nach LANG, in der Lagerichtungen von Kabel und Strang dieselben sind, oder gemäß der sog. regulären Lagerichtung, in der die Kabellagerichtung zu der Stranglagerichtung entgegengesetzt ist. Kabel gemäß der Erfindung mit Lagerichtung nach LANG zeigen gesteigerte Eigenschaften und Merkmale im Vergleich sowohl mit Kabeln, die gemäß der Erfindung eine entgegengesetzte (reguläre) Wickellagerichtung haben als auch mit Kabeln gemäß dem bisherigen Stand der Technik.
Die Erfindung zusammen mit ergänzenden Aufgaben, Merkmalen und Vorteilen daraus, wird am besten verstanden durch die folgende Beschreibung, die anghängten Patentansprüche und die begleitenden Zeichnungen, in denen:
Figur 1 ein schematisches Querschnittsdiagramm ist eines Metalldrahtkabels in Übereinstimmung mit einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und
Figuren 2 bis 8 schematische Querschnittsdiagramme von jeweils modifizierten Ausführungen der Erfindung sind.
Figur 1 veranschaulicht ein Drahtkabel 10 gemäß einer gegenwärtig bevorzugten Ausführung der Erfindung enthaltend einen Mittelstrang 12 konzentrisch und berührend umgeben von sechs äußeren oder peripheren Strängen 14 bis 24. Die einzelnen Stränge 12 bis 24 sind von identischem Aufbau, wobei jeder vielfache einzelne Drahtfasern 6 aufweist von identischem Durchmesser und mit identischer Stranglagerichtung und Länge. Jeder Strang besitzt einen sechseckig dichtgepackten polygonalen Umriß, der wesentlich die Stranglänge hindurch gleichförmig bleibt. Die einzelnen Fasern 6 in jedem Strang sind in konzentrischen Schichten um die Mittelfaser angeordnet, wobei jede einzelne Faser tangential zu allen anliegend umgebenden Fasern ist. Am bevorzugtesten haben die einzelnen Stränge 12 bis 24 den sog. gebündelten Aufbau von der Art, die beschrieben ist im US-A-4,608,817, dessen Offenbarung hier inbegriffen ist durch Bezugnahme für Zwecke des Hintergrundes. Die peripheren Stränge 14 bis 24 sind tangential zum Mittelstrang 12 und haben in der Ausführung von Figur 1 dieselbe Lagerichtung wie die einzelnen Stränge, was besagt, daß das Kabel 10 gebildet ist durch Legen des einzelnen Strangs 12 bis 24 in der Lagerichtung nach LANG. Figur 2 veranschaulicht ein Kabel 26, das identisch mit Kabel 10 (Figur 1) ist in jeder Hinsicht mit Ausnahme der Kabellagerichtung. Genaugesagt sind die einzelnen Stränge 12 bis 24 in Kabel 26 in eine Richtung gelegt, die der Lagerichtung der einzelnen Stränge entgegengesetzt ist - d. h. in der regulären Lagerichtung.
Eine Zahl von 7x 19x.20 Testkabeln A-F wurden hergerichtet gemäß der Aüsführung der Erfindung wie in Figur 1 und 2 veranschaulicht mit unterschiedlichen Strang- und Lagerichtungen. Die Testkabel wurden aus hochdehnbarem Stahl hergestellt mit einem Kohlenstoffgehalt nach Gewicht im Bereich von 0,7 bis 0,9 %, bevorzugt 0,82 % und einer durchschnittlichen Zugfestigkeit für 0,20 min-Draht von 3400 MPa. Diese Kabel wurden verschiedenen Härte- und Abnutzungstests unterworfen, und die Ergebnisse werden in der folgenden Tabelle 1 veranschaulicht zusammen mit den Textergebnissen an einem "Kontrollkabel" (G), das hergestellt ist gemäß dem mehrschrittigen bisherigen technischen Verfahren, das oben besprochen worden ist: Tabelle I Teil Strang-Lage-Länge (mm) Strange-Lage-Richtung Strange-Bruch-Festigkeit (Newtons) Kabel-Lage-Länge (mm) Teil Kabel-Lage-Richtung Kabel-Bruch-Festigkeit (Newtons) Ermüdung 3-Roll Kabel Teil ungewickelt Durchmesser (mm) lineare Dichte (g/m) Tabor Steifheit Elastizität (%)

Anmerkungen

* geschätzte Werte
** Kabel-Effizienz ist ein Maß von Drahtstärke zu Kabelstärkeverlust.
Berechnung: (Kabel-Bruchfestigkeit/ (7 * Strang-Bruchfestigkeit)) * 0,95 (Strang-Bruchfestigkeitseffizienz)
Es wird beobachtet, daß Kabel mit Lage nach LANG B, C und E, mit Querschnittskonturen wie in Figur 1 veranschaulicht, im Durchschnitt einen 20 %igen Zuwachs an Bruchfestigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Kontrollkabeln und auch im Vergleich zu Kabeln entgegengesetzter Lagerichtung A, D und F der Erfindung mit der Kontur Figur 2 zeigen. Eine solche verbesserte Reißfestigkeit wird erlangt, während alle anderen bedeutenden Drahteigenschaften erhalten werden. Dies beruht auf dem gleichmäßigen Bruch von im wesentlichen allen Strängen (d. h. 6 oder 7 Strängen in der Anordnung der Figur 1 gegenüber 4 oder 5 Strängen in der Anordnung von Figur 2) während des Dehnungstests. Kabel E stellt dar die bevorzugte Ausführung der Erfindung mit einer Stranglagelänge von 14 mm und einer Kabellagelänge von 22 mm.
Fig. 3 bis 8 veranschaulichen modifizierte Ausführungsformen der Erfindung, deren Aufbau in der folgenden Tabelle zusammengefaßt ist: Tabelle II Fig. Lage nach LangEntgegengesetzte Lage
Es ist zu beachten, daß in den Ausführungen von Fig. 3 und 4 der Mittelstrang 12a aus Drähten gebaut ist mit einem Durchmesser, der größer ist als der Durchmesser der Drähte in den äußeren Strängen 14 bis 24. Dieser Aufbau bietet den Vorteil, Lücken zu liefern zwischen den Strängen in dem letzten Querschnitt für erhöhte Gummidurchdringung und verbesserte Abnutzungsmerkmale.

Claims

1. Metallkabel (10 oder 26) zur Verstärkung von Elastomeren und dergleichen, das aufweist:

eine Mehrzahl von Drahtsträngen, die einen Mittelstrang (12 oder 12a) und vielfache periphere Stränge (14 bis 24) aufweisen, die den Mittelstrang konzentrisch umgeben;

wobei jeder der Mittel- und äußeren Stränge vielfache einzelne Fasern (6) aufweist von ähnlichem Durchmesser mit identischer Stranglagerichtung und Länge, mit einem sechseckig dichtgepackten in der Längsrichtung gleichförmig polygonalen Querschnitt-Umriß und mit Fasern in konzentrischen Schichten, in denen jede einzelne Faser tangential ist zu allen anliegend umgebenden Fasern; und die peripheren Stränge tangential sind zum Mittelstrang und eine vorbestimmte Kabellagerichtung und Länge bezüglich des Mittelstrangs haben;

dadurch aekennzeichnet. daß das Kabel sechs der peripheren Stränge aufweist, die konzentrisch den Mittelstrang umgeben, und daß die Kabellagelänge größer ist als die Stranglagelänge.

2. Kabel nach Patentanspruch 1, wobei die Kabellänge in dem Bereich von etwa 18 bis 30 mm liegt und die Stranglagelänge in dem Bereich von etwa 10 bis 18 mm.

3. Kabel nach Patentanspruch 2, wobei die Kabellagelänge im wesentlichen gleich 22 mm und die Stranglagelänge im wesentlichen gleich 14 mm ist.

4. Kabel nach einem vorangehenden Patentanspruch, wobei alle Stränge dieselbe Anzahl von Fasern einschließen.

5. Kabel nach Patentanspruch 4, wobei die Anzahl aus der Gruppe gewählt ist, bestehend aus 12, 19, und 27.

6. Kabel nach einem vorangehenden Patentanspruch, wobei der Durchmesser der Fasern im Bereich von etwa 0,175 bis 0,30 mm liegt.

7. Kabel nach Patentanspruch 6, wobei alle Fasern einen Durchmesser von im wesentlichen 0,20 mm haben.

8. Kabel nach Patentanspruch 6, wobei Fasern in dem Mittelstrang einen Durchmesser von etwa 0,22 mm haben, und Fasern in den peripheren Strängen Durchmesser von etwa 0,20 mm haben.

9. Kabel nach einem vorangehenden Patentanspruch, wobei die Kabellage dieselbe Richtung wie die Stranglage hat.

10. Kabel nach einem vorangehenden Patentanspruch, wobei die Kabellage und die Stranglage entgegengesetzte Richtungen haben.

11. Kabel nach einem vorangehenden Patentanspruch, wobei die Fasern aus hochdehnbarem Stahl gebaut sind mit einem Kohlenstoffgehalt von im wesentlichen 0,82 Gew.-%.