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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Stahikabel zur
Verstärkung einer Verstärkungsfaser in einem Gummiverbundteil,
wie beispielsweise einem Autoreifen und einem Fördergurt,
und insbesondere ein Stahlkabel, das eine ausgezeichnete
Wirkung zeigt, wenn es zur Verstärkung des Gürtels eines
Gürtelreifens verwendet wird.
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Die Eigenschaften, die für ein Stahikabel erforderlich
sind, das zur Verstärkung des Gürtels eines Gürtelreifens
verwendet wird, umfassen die Haftung an Gummi, die
Haftungsbeständigkeit, die Korrosionsbeständigkeit gegenüber
Wasser, verschiedene mechanische Eigenschaften (wie
Bruchbelastung, Steifigkeit, Dauerfestigkeit und Flexibilität)
Die Korrosionsbeständigkeit hängt großenteils vom Grad des
Eindringens von Gummi in das Stahlkabel ab. Wenn im
Stahlkabel ein Raum ist, in welchem kein Gummi eingedrungen ist,
kann der Gummi des Reifens während des Gebrauchs zerstört
werden und eine derartige Zerstörung kann größer werden,
wodurch das Eindringen von Wasser durch den zerstörten Teil
in das Stahlkabel ermöglicht wird. Dies verursacht
Korrosion im Inneren des Stahlkabels, wodurch seine
Bruchbelastung und seine Dauerfestigkeit gesenkt werden.
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Um das Eindringen von Gummi zu verbessern, wurden offene
Kabel mit einem 1 x 3-, 1 x 4- oder 1 x 5-Verdrillaufbau
vorgeschlagen. Diese haben jedoch das Problem, daß, weil
das Kabel selbst unter einer niedrigen Zugkraft während des
Kalandrierschrittes bei der Herstellung eines Reifens, bei
dem die Kabel zum Ausrichten gezogen werden, einer
Verlängerung unterzogen wird, seine Adern dazu neigen, eng
zusammengezogen zu werden. Ein so hergestelltes Kabel neigt
dazu, ein geschlossenes Kabel zu sein, das kein
ausreichendes Eindringen von Gummi erlaubt. Auch ist es schwierig,
den Abstand zwischen benachbarten Kabeln gleichförmig zu
halten, wenn diese zum Ausrichten gezogen werden.
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Andererseits hat ein bekanntes, offenes Kabel mit 2 x 2-
Verdrillaufbau eine gute Gummieindringung. Weil aber seine
Querschnitte an unterschiedlichen Teilen in Längsrichtung
nicht gleichförmig, sondern unregelmäßig sind, ist seine
Dauerfestigkeit extrem schlecht.
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In einigen herkömmlichen Techniken ist offenbart, Adern zu
verdrillen, die unterschiedliche Durchmesser haben, um das
Eindringen von Gummi weiter zu verbessern. Solche Kabel
sind in den JP-Patent Abstracts, Vol. 10, Nr. 37, vom
14. Februar 1986 (und in der JP-A-189604), der EP-A-168 857
und insbesondere in der JP-A-62-96104 veröffentlicht, die
ein Kabel gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1
offenbaren.
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Es ist vor kurzem auch gefordert worden, daß ein Stahlkabel
zur Senkung der Kosten einen einfachen Verdrillaufbau haben
soll und daß es ein geringes Gewicht haben soll, um einen
leichten Reifen produzieren zu können, um dadurch den
Kraftstoffverbrauch zu verringern. Es wurden verschiedene
Kabel vorgeschlagen, um solche Forderungen zu erfüllen, wie
beispielsweise ein 1 x 2 HT-Kabel (hochzugfestes Kabel)
(JP-A-62-117 893), das ein gutes Eindringen von Gummi
zeigt.
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Herkömmliche Litzen, die aus Adern mit unterschiedlichen
Durchmessern hergestellt sind, zeigen ein gutes Eindringen
von Gummi in das Kabel. Aber wie bereits in der JP-A-60-
189604 beschrieben, ist es wegen der vielen
Unregelmäßigkeiten an der Oberfläche des Kabels nicht nur notwendig,
eine große Menge Gummi zu verwenden, sondern es können auch
während des Kalandrierschrittes bei der Herstellung
Quahtätsprobleme auftreten. Weiterhin hat bei jedem dieser
Kabel gemäß dem Stand der Technik das Verhältnis des
Durchmessers der Adern mit kleinem Durchmesser zu den Adern mit
großem Durchmesser eine untere Grenze, die relativ groß
ist, beispielsweise 0,60 - 0,75. Durch Senken dieses
Verhältnisses wäre es möglich, die Gummieindringung zu
verbessern. Aber dies würde den Herstellprozeß schwieriger
machen. Versuche haben gezeigt, daß durch das Verdrillen von
Adern mit unterschiedlichen Durchmessern in den Adern mit
kleinem Durchmesser eine Verdrillspannung in einer Richtung
entgegengesetzt zur Verdrillung bleibt; und wenn die
Kabelenden freigegeben werden, wird die Restspannung
freigelassen und bewirkt, daß sich die Adern mit kleinem Durchmesser
von dem Kabel lösen. Je kleiner das vorstehend genannte
Durchmesserverhältnis ist, umso merklicher ist der Grad
eines derartigen Lösens oder Auffederns, resultierend aus
dieser Restspannung.
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Für das 1 x 2 HT-Kabel mit dem vereinfachten Verdrillaufbau
ist es notwendig, den Durchmesser oder die Zugspannung der
Adern zu erhöhen, um eine hohe Bruchbelastung
sicherzustellen. Eine Erhöhung des Durchmessers der Adern bringt ein
Sinken der Dauerfestigkeitseigenschaften des Kabels mit
sich und hat damit seine Grenze. Andererseits führt
tendenziell eine Erhöhung der Zugspannung der Adern zu einer
Verringerung der Dehnungsgeschwindigkeit und einer Erhöhung
der Möglichkeit des Bruchs der Adern während der
Litzenbildung infolge eines Absinkens der Festigkeit, wodurch die
Produktivität gesenkt wird.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Stahlkabel zur Verstärkung von Gummi zu schaffen, bei dem die
vorstehend genannten Nachteile beseitigt sind.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung und zur Lösung der
vorstehenden Probleme wird ein Stahlkabel, wie im Anspruch 1
definiert, vorgeschlagen. Dieses Kabel hat drei Stahladern,
deren Oberfläche messingplattiert ist, wie dies in der Fig.
1 gezeigt ist. Von den drei Stahladern 1 bis 3 haben zwei
den gleichen Durchmesser und eine hat einen kleineren
Durchmesser und ist vor dem Verdrillen vorgeformt worden.
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Wenn diese Adern verdrillt werden, wobei die Adern mit
großem Durchmesser miteinander in Berührung stehen, ist die
Ader 3 mit dem kleinen Durchmesser so angepaßt, daß sie
eine interne Spannung hält, die dann gelöst wird, wenn das
Kabel an beiden Enden abgeschnitten wird. Bevor beide Enden
abgeschnitten werden und die Restspannung gelöst wird, wird
der Durchmesser des Kabels (Dco) im Bereich des 1,00- bis
1,15-fachen des Durchmesser Ds einer Litze gehalten, die
allein aus den zwei Adern mit dem großen Durchmesser
gebildet ist (der Durchmesser des Umkreises), wie dies in der
Fig. 5a gezeigt ist, nachdem aber beide Enden des Kabels
abgeschnitten sind, wird der Durchmesser Dc&sub1; des Kabels
(Fig. 5b) größer, und zwar in einem Bereich bis zu dem
1,45-fachen von Ds.
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Nachdem das Kabel an beiden Enden abgeschnitten worden ist,
werden infolge des Lösens der inneren Spannung die Enden
der Ader 3 mit kleinem Durchmesser gegenuber den Enden der
Adern 1 und 2 mit großem Durchmesser nach innen
zurückgezogen, wie dies in der Fig. 3 gezeigt ist.
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Vorzugsweise werden die Durchmesser der drei Stahladern auf
0,10 mm bis 0,40 mm und der Durchmesser der Ader mit
kleinem Durchmesser auf das 0,51- bis 0,67-fache des
Durchmessers
der Adern mit großem Durchmesser gesetzt, oder die
Dehnung (%) des Kabels unter Belastung von 0 bis 2 kg wird
aus den unten angegebenen Gründen auf den Bereich von 0,08
bis 0,14 festgesetzt.
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Bei dem vorstehend beschriebenen Stahikabel gemäß der
vorliegenden Erfindung werden nicht so viele
Umfangsunregelmäßigkeiten am Querschnitt, wie dies aus den Fig. 1 und 2
erscheint, vorhanden sein, weil die interne Spannung in der
Ader mit kleinem Durchmesser während der Zeitspanne vom
Verdrillschritt bis zum Kalandrierschritt nicht gelöst
wird, während welchem das Kabel auf eine Spule als ein
Produkt aufgewickelt ist. Wenn andererseits das Kabel in ein
Verbundmaterial mit Gummi eingebracht worden ist (wenn es
von der Spule abgewickelt und an beiden Enden abgeschnitten
ist) , löst sich die interne Spannung, mit der die Ader mit
kleinem Durchmesser beaufschlagt ist. Dadurch erhöht sich
der Durchmesser des Kabels und bildet einen geeigneten Grad
an Unregelmäßigkeiten am Außenumfang desselben, wie dies in
den Fig. 2 und 3 gezeigt ist. Somit wird das Eindringen von
Gummi verbessert. Zu diesem Zeitpunkt ziehen sich die Enden
der Adern mit kleinem Durchmesser gegenüber den Enden der
Adern mit großem Durchmesser zurück, wodurch die Enden des
Kabel ungleichmäßig werden. Dies verhindert wirksam eine
Kantentrennung zwischen dem Kabel und dem Gummi, ausgehend
von den geschnittenen Enden des Kabels.
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Die bevorzugten Bereiche der verschiedenen Werte sind aus
den folgenden Gründen festgelegt.
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Wie vorstehend beschrieben, ist es notwendig, einige der
Stahladern, die das Stahlkabel bilden, vorab mit einer
internen Spannung zu beaufschlagen, so daß, wenn die Enden
durch Schneiden freigegeben werden, die Spannung sich löst
und das Kabel nach außen expandiert, um die
Unregelmäßigkeiten am Außenumfang des Kabels bis zum Kalandrierschritt
auf einem Minimum zu halten, und die Unregelmäßigkeiten
nach dem Schneiden des Kabels an beiden Enden zu
vergrößern. Gemäß der Erfindung kann dies durch Vorbereiten
einer Ader mit einem kleineren Durchmesser als der
Durchmesser der anderen Adern erzielt werden und indem die Ader
mit kleinem Durchmesser vor dem Verdrillen mit einer
starken Vorverformung versehen wird.
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Je geringer die Anzahl der Adern, welche ein Stahlkabel
bilden, ist, umso geringer sind die Verdrillkosten. Wenn
aber das Kabel aus zwei Adern gebildet ist, muß die Ader
mit großem Durchmesser, die mit der Ader mit kleinem
Durchmesser verwendet wird, einen Durchmesser aufweisen, der
größer als 0,41 mm ist, um die Bruchbelastung
(üblicherweise mehr als 41 kgf) sicherzustellen. Dies wird bezüglich
der Dauerfestigkeitseigenschaften Probleme mit sich
bringen. Wenn gemäß einem anderen Verfahren die Zugkraft erhöht
wird, wird dies zu einer Verringerung der Produktivität
führen. Somit wurde die Anzahl der Stahladern zur Bildung
des Kabels auf drei festgelegt.
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Die Durchmesser der Stahladern sollten vorzugsweise 0,10
bis 0,40 mm sein. Die obere Grenze wurde angesichts des
Sinkens der Dauerfestigkeits- bzw. Ermüdungseigenschaften
bestimmt und die untere Grenze wurde angesichts des
Steigens der Kosten bestimmt. Innerhalb dieses Bereiches
sollten angesichts der Effizienz zwei Adern mit großem
Durchmesser, die den gleichen Durchmesser haben, und eine Ader
mit kleinem Durchmesser verwendet werden.
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Beim Kombinieren einer Ader mit kleinem Durchmesser und
zweier Adern mit großem Durchmesser wurde das
Durchmesserverhältnis auf verschiedene Werte innerhalb des vorstehend
genannten Durchmesserbereiches geändert, um die Bedingungen
zu suchen, bei denen die Enden der Ader mit kleinem
Durchmesser gegenüber den Enden der Adern mit großem Durchmesser
nach innen eingezogen werden. Als ein Ergebnis wurde
herausgefunden, daß der Durchmesser der Adern mit kleinem
Durchmesser das 0,51- bis 0,67-fache des Durchmessers der
Adern mit großem Durchmessern sein sollte. Wenn das
Verhältnis kleiner als 0,51 ist, wird das Vorsehen der Ader
mit kleinem Durchmesser bedeutungslos. Anders ausgedrückt,
eine derartige Litze würde weitgehend dieselbe wie eine
Litze, die aus zwei Adern gebildet ist, sein. Wenn das
Verhältnis über 0,67 liegt, wird die interne Spannung, die in
der Ader mit kleinem Durchmesser gehalten wird, nicht dazu
ausreichen, um die Ader mit kleinem Durchmesser genügend
zurückzuziehen, wenn das Kabel an beiden Enden geschnitten
wird. Dies macht es schwierig, das gewünschte Ziel zu
erreichen.
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Beim Verdrillen von Stahladern mit unterschiedlichen
Durchmessern ist es notwendig, die Ader mit kleinem Durchmesser
vorzuformen, so daß sie die gleiche oder eine nur leicht
längere Verdrillänge als die Ader mit großem Durchmesser
hat. Sonst würde die Spannung, mit der das Kabel
beaufschlagt wird, während dem Verdrillschritt auf die Ader mit
kleinem Durchmesser konzentriert werden, wodurch ein
vorzeitiges Brechen derselben verursacht würde.
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Wenn aber die Ader mit kleinem Durchmesser übermäßig
vorgeformt ist, werden die Unregelmäßigkeiten am Außenumfang des
Kabels übermäßig groß. Als ein Ergebnis kann die Ader mit
kleinem Durchmesser während des Verdrill- oder
Kalandrierschrittes an ihrer Oberfläche zerstört werden. Dies würde
die Haftung des Gummis infolge des Abschälens oder der
Plattierung senken. Somit ist es notwendig, die Größe der
Unregelmäßigkeiten an der Oberfläche des Stahlkabels durch
Steuern des Durchmessers des Kabels zu begrenzen.
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Daher wurde eine Zugspannungsprüfung des Stahikabeis
durchgeführt und die Zerstörung an den miteinander verdrillten
Adern wurde untersucht. Als ein Ergebnis wurde
herausgefunden, daß der Durchmesser des Kabels, während dieses an
beiden Enden festgelegt ist (was dem Zustand vom
Verdrillschritt bis zum Kalandrierschritt entspricht), das 1- bis
1,15-fache des Durchmessers Ds des Umkreises der Litze
bestehend aus den zwei Adern mit großem Durchmesser sein
sollte.
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Wenn beide Enden des Kabels freigegeben sind (was dem
Zustand nach dem Vorspannungsschneiden entspricht), wird die
Spannung der Ader mit kleinem Durchmesser, die zuvor mit
einer internen Spannung versehen war, gelöst. Somit dehnt
sich die Ader nach außen, so daß die Räume, die zwischen
ihr und den Adern mit großem Durchmesser gebildet sind, auf
eine Größe ansteigen, die für das Eindringen von Gummi
geeignet ist. Wenn diese Räume zu groß werden, könnten die
zwei Adern mit großem Durchmesser und die eine Ader mit
kleinem Durchmesser beim Vulkanisieren unter Druck zur
Herstellung eines Reifens voneinander getrennt werden. Als ein
Ergebnis würde das Kabel seine Funktion als 1 x 3-Kabel
verlieren. Daher ist es notwendig, die Größe dieser Räume
zu begrenzen. Als Ergebnis von Versuchen wurde
herausgefunden, daß der optimale Bereich des Durchmessers des Kabels
nach dem Schneiden an beiden Enden das 1- bis 1,45-fache
von Ds ist.
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Es ist bekannt, daß bei einem gewöhnlichen
Kalandrierschritt die Spannung, mit der das Kabel beaufschlagt wird,
ungefähr 2 kg ist, wobei die Dehnung eines geschlossenen
Kabels 0,2% oder weniger ist, wenn dieses mit einer
Spannung von 0 bis 2 kg beaufschlagt wird. Wenn somit die
Dehnung unter der Last von 2 kg kleiner als 0,2% ist, wird es
möglich, verschiedene Probleme zu vermeiden, die aus der
hohen anfänglichen Dehnung (d.h. der Dehnung unter
niedriger Last) resultieren, wie beispielsweise der nicht gleich
förmige Abstand zwischen Kabeln, wenn diese zum Ausrichten
gezogen werden.
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Das Kabel gemäß der vorliegenden Erfindung erscheint
bezüglich seines Querschnittes als offenes Kabel (Fig. 4). Weil
aber zwei Adern mit großem Durchmesser, die den größten
Teil der Last aufnehmen, miteinander verdrillt sind, so daß
sie immer miteinander in engem Kontakt stehen, wird die
Dehnung unter der Belastung von 2 kg auf weniger als 0,2%
gehalten (gewöhnlich 0,08 bis 0,14%), d.h. weniger als ein
Viertel der Dehnung eines offenen Kabels (0,50 bis 0,90%),
wie dies aus der Fig. 7 zu ersehen ist. Somit wird es
während des Kalandrierschrittes keine Probleme geben.
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Wie auch aus der Fig. 6 zu ersehen ist, ist die Dehnung
während des Betriebs klein genug, um einen Reifengürtel zu
verstärken.
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Andere Ziele und Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen
aus der folgenden Beschreibung anhand der begleitenden
Figuren hervor, in welchen zeigt:
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Fig. 1 eine Seitenansicht des Kabels gemäß der
vorliegenden Erfindung vor dem Schneiden;
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Fig. 2a bis 2f jeweils einen Querschnitt des Teils
entsprechend der identisch numerierten Teile in Fig.
1;
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Fig. 3 eine Seitenansicht des Kabels gemäß Fig. 2, nachdem
es an beiden Enden geschnitten worden ist;
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Fig. 4a bis 4f jeweils eine Querschnittsansicht des Teils
entsprechend dem identisch numerierten Teil in Fig.
1;
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Fig. 5a und Sb jeweils Ansichten zum Vergleich, um die
Veränderungen des Durchmessers des Kabels vor und
nach dem Schneiden zu zeigen;
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Fig. 6 eine graphische Darstellung der
Last-Dehnungs-Eigenschaften; und
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Fig. 7 eine graphische Darstellung der Dehnung innerhalb
des Bereiches mit niedriger Last.
[Ausführungsformen]
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Es wurden messingplattierte Stahladern für ein Stahlkabel,
wie in den Tabellen 1 und 2 gezeigt, hergestellt. Die
Stahladern in der Tabelle 1 wurden als Adern 3 mit kleinem
Durchmesser verwendet, wie dies in den Fig. 1 bis 5 gezeigt
ist, und die Stahladern gemäß Tabelle 2 wurden als die
Adern 1 und 2 mit großem Durchmesser verwendet.
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Die Stahladern, die in den Tabellen gezeigt sind, wurden
kombiniert, um Stahikabel gemäß der vorliegenden Erfindung
zu bilden (Ausführungsformen 1 bis 4) und um
Vergleichskabel (Vergleichsbeispiele 1 bis 8), wie in der Tabelle 3
gezeigt. Die verdrillsteigung wurde für alle Kabel auf 14 mm
eingestellt.
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Für jede dieser Kabelproben, die auf die Länge L von 500 mm
geschnitten worden war, wurde die Länge nach dem Losewerden
der Ader mit kleinem Durchmesser, der Abstand des
Einziehens derselben gegenüber den Enden des Kabels und das
Eindringen des Gummis überprüft. Die Ergebnisse sind ebenfalls
in der Tabelle 3 gezeigt. Wie aus dieser Tabelle zu ersehen
ist, zeigen die Ausführungsformen 1 bis 4 für alle
Bewertungspunkte ausgezeichnete Ergebnisse.
TABELLE 1
Bez.
Durchmesser d&sub2; (mm)
Bruchlast (kgf)
TABELLE 2
Bez.
Durchmesser d&sub2; (mm)
Bruchlast (kgf)
Tabelle 3
Kabeldurchmesser-Verhaltnis
Wertung 1 x 3(d&sub1;, d&sub2;) Kabels (geschnittene Länge L = 500 mm)
Stahlkabel
Aderdurchmesserverhaltnis
Bruchlast
vor dem Schneiden
nach dem Schneiden
Länge A *1
Abstand *2
Gummieindringen (%)
Gesamtwertung
Vergl. Beisp.
Beisp.
*1 Luange mit der sich die dünnere Ader vom Kabel gelöst hat
*2 Abstand um den sich die dünnere Ader gegenüber dem Kabelende zurüchgezogen hat