DE69205449T2

DE69205449T2 - Stahlkord und Reifen.

Info

Publication number: DE69205449T2
Application number: DE69205449T
Authority: DE
Inventors: Kazuhiko Kawamura
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 1991-01-31
Filing date: 1992-01-31
Publication date: 1996-04-25
Anticipated expiration: 2012-02-01
Also published as: EP0497612B1; US5285836A; EP0497612A1; DE69205449D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Stahlkordseil mit einem dreischichtigen verdrillten Aufbau sowie einen unter Verwendung des Stahikordseils hergestellten Reifen.
Verschiedene herkömmliche Stahlkordseilaufbauten dieser Art sind bekannt. Das Stahlkordseil weist 3+9+15 Drähte auf, d. h., eine Kernschicht aus drei Drähten, eine Zwischenschicht aus neun Drähten und eine Außenschicht aus 15 Drähten. Die Drähte jeder Schicht bestehen aus Filamenten mit gleichem Durchmesser. Die JP-A-61-89390 offenbart ein Stahlkordseil mit Überdeckungsdrähten, die aus Filamenten mit kleinerem Durchmesser bestehen und um die Außenschicht angeordnet sind. Die JP-A-54-50640 offenbart ein Stahlkordseil mit 2+7+12 oder 3+8+13 Drähten und einem Zwickel- bzw. Freiraumverhältnis (das Verhältnis des drahtfreien Raums zum Gesamtraum einschließlich des drahtfreien Raums und des drahtbelegten Raums, d. h., das Verhältnis eines Umfangs mit Drahtachsen in einer Schicht zu einer nicht durch Drähte belegten Fläche des Umfangs) im Bereich von 14 bis 25 %. Die JP-A-58-177702 offenbart ein offenes verdrilltes Stahlkordseil mit einem Freiraumverhältnis von 0 bis 33 % in der Kernschicht und 5 bis 15 % in der Zwischen- und Außenschicht. Die JP-A-59-223503 offenbart ein Stahlkordseil, bei dem sich die Kernschicht, die Zwischenschicht und die Außenschicht aus vier Drähten, neun Drähten bzw. 14 Drähten zusammensetzen.
Die EP-A-0342492 offenbart ein Stahlkordseil mit einer Kernschicht aus drei Drähten, einer Zwischenschicht aus sieben Drähten und einer Drahtaußenschicht.
Die vorstehend beschriebenen herkömmlichen Stahlkordseile haben jedoch Nachteile. Beispielsweise ist es beim Stahlkordseil mit 3+9+15 Drähten für Gummi schwierig, in die Lükken zwischen benachbarten Filamenten einzudringen. Folglich reiben die Filamente bei der Verwendung des Reifens aneinander. Dadurch verschleißen die Filamente oder korrodieren. In der Folge wird das Stahlkordseil brüchig. Bei dem in der JP- A-54-50640 offenbarten Stahlkordseil mit dem Freiraumverhältnis von 14 bis 25 % und dem Drahtaufbau mit 2+7+12 oder 3+8+13 Drähten ist es für Gummi schwierig, ausreichend in das Innere der Zwischenschicht einzudringen, da die Lücken zwischen benachbarten Drähten klein sind. Beim Drahtaufbau mit 2+7+12 Drähten besteht die Kernschicht aus zwei Drähten. Daher bewirkt die Verwendung eines Reifens mit der Kernschicht, daß sich die Drähte verbiegen. Als Ergebnis wird eine Richtungsabhängigkeit in der Drahtsteifigkeit erzeugt, und die Stahlkordseilanordnung neigt dazu, ungleichmäßig zu sein.
Die vorgenannte JP-A-58-177702 offenbart außerdem ein Stahlkordseil, bei dem sich die Kernschicht aus drei Drähten, die Zwischenschicht aus acht Drähten und die Außenschicht aus 13 Drähten zusammensetzt und jeder Draht aus Filamenten mit gleichem Durchmesser besteht. Obwohl bei diesem Aufbau Gummi in die Lücke zwischen der Zwischenschicht und der Außenschicht eindringt, dringt er nicht ausreichend in die Lücke zwischen der Zwischenschicht und der Kernschicht ein. Dadurch ist es wahrscheinlich, daß Drähte korrodieren und sich in ihrer Qualität verschlechtern.
Bei einem Stahlkordseil, bei dem die Kernschicht aus vier Drähten, die Zwischenschicht aus neun Drähten und die Außenschicht aus 14 Drähten besteht, ist es für Gummi schwierig, aus der Zwischenschicht in die Kernschicht einzudringen, und der Stahlkordseildurchmesser ist zwangsläufig groß. Dadurch ist der Gummi in der Tendenz dicker, um das Stahlkordseil in ihm einzubetten, wodurch notwendigerweise das Gewicht eines Reifens mit dem Stahlkordseil groß ist.
Die Erfinder entwickelten nunmehr ein Stahlkordseil mit Gleichmäßigkeit in der Biegerichtung, bei dem Gummi ausreichend in die Kernschicht eindringen kann, um so wirksam eine Verschlechterung des Stahlkordseils infolge von Korrosion zu verhindern, und der Reifen leicht sein kann, sowie einen Reifen, der unter Verwendung des Stahlkordseils hergestellt wird.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein Stahlkordseil vorgesehen, das aufweist:
eine Kernschicht aus drei Drähten;
eine Zwischenschicht aus sieben Drähten, wobei das Freiraumverhältnis der Zwischenschicht im Bereich von 25 bis 34 % liegt; und
eine Außenschicht aus 13 Drähten, wobei das Freiraumverhältnis der Außenschicht im Bereich von 10 bis 20 % liegt.
Da bei der vorgenannten Struktur das Freiraumverhältnis der Zwischenschicht im Bereich von 25 bis 34 % liegt, ist das Freiraumverhältnis größer als das der Kernschicht und das der Außenschicht. Folglich kann Gummi problemlos in die Lücke zwischen der Kernschicht und der Außenschicht eindringen, so daß eine Korrosion der Kernschicht wirksam verhindert werden kann, sich damit die Haltbarkeit des gesamten Stahlkordseils verbessern läßt und Stahlkordseile haltbar sind, da sich die Stahlkordseile kaum berühren und Reibung verursachen. Ferner kann das Stahlkordseil in seinem Aufbau stabilisiert werden, indem das Twistlängenverhältnis der Zwischenschicht zur Kernschicht und das der Außenschicht zur Zwischenschicht so gesteuert wird, daß es jeweils in einem speziellen Bereich liegt. Damit liegt das Freiraumverhältnis nicht unter 25 %, und eine ungleichmäßige Filamentanordnung läßt sich wirksam verhindern. Als Ergebnis tritt keine ungleichmäßige Richtungsabhängigkeit in den Filamenten auf und Gummi kann ausreichend in die Kernschicht eindringen. Somit läßt sich wirksam eine Korrosion des Stahlkordseils verhindern, und der Reifen mit dem Stahlkordseil kann so hergestellt werden, daß er leicht ist.
Da ferner das Twistlängenverhältnis der Zwischenschicht zur Kernschicht im Bereich von 1,6 bis 2,2 liegt, sind die Filamente der Zwischenschicht leicht gleichmäßig anzuordnen. Da außerdem das Twistlängenverhältnis der Außenschicht zur Zwischenschicht im Bereich von 1,4 bis 2,0 liegt, wird keine fehlerhafte Verdrillung von Filamenten verursacht.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Reifen vorgesehen, der unter Verwendung eines Stahlkordseils hergestellt ist, das aufweist:
eine Kernschicht aus drei Drähten;
eine Zwischenschicht aus sieben Drähten, wobei das Freiraumverhältnis der Zwischenschicht im Bereich von 25 bis 34 % liegt; und
eine Außenschicht aus 13 Drähten, wobei das Freiraumverhältnis der Außenschicht im Bereich von 10 bis 20 % liegt.
Bei der vorgenannten Struktur kann ein unter Verwendung des Stahlkordseils mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau hergestellter Radialreifen alle Vorteile des Stahlkordseils aufweisen, und der Reifen läßt sich so herstellen, daß er leicht ist.
Im folgenden wird die Erfindung näher im Zusammenhang mit ihren bevorzugten Ausführungsformen und anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Ansicht eines Stahlkordseils gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 eine Ansicht eines Stahlkordseils gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 3 eine Ansicht eines Stahlkordseils gemäß einem Vergleichsbeispiel 1;
Fig. 4 eine Ansicht eines Stahlkordseils gemäß einem Vergleichsbeispiel 2;
Fig. 5 eine Ansicht eines Stahlkordseils gemäß einem Vergleichsbeispiel 3;
Fig. 6 eine Ansicht eines Stahlkordseils gemäß einem Vergleichsbeispiel 4;
Fig. 7 eine Ansicht eines Stahlkordseils gemäß einem Vergleichsbeispiel 5;
Fig. 8 eine Ansicht eines Stahlkordseils gemäß einem Vergleichsbeispiel 6;
Fig. 9 eine Ansicht eines Stahlkordseils gemäß einem Vergleichsbeispiel 7;
Fig. 10 eine Ansicht zum Beschreiben eines Freiraumverhältnisses; und
Fig. 11 eine Ansicht zum Beschreiben der Probenahme aus einem Reifen zur Bestimmung des Reibverschleißes von Filamenten.
Vor der weiteren Beschreibung der Erfindung ist zu beachten, daß in den beigefügten Zeichnungen gleiche Teile durchweg mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet sind.
Gemäß Fig. 1 und 2 weist ein Stahlkordseil gemäß der Ausführungsform der Erfindung eine Kernschicht 10 aus drei Drähten 10a, eine Zwischenschicht 11 aus sieben Drähten 11a und eine Außenschicht 12 aus 13 Drähten 12a auf. Das Freiraumverhältnis der Außenschicht 12 liegt im Bereich von 10 bis 20 % und das der Zwischenschicht 11 im Bereich von 25 bis 34 %. Fig. 1 zeigt das Stahlkordseil, bei dem der Filamentdurchmesser jedes Drahts 0,175 mm beträgt, seine Twistlänge in mm 5/10/16 beträgt und seine Twistrichtung S/S/Z lautet. Fig. 2 zeigt das Stahlkordseil, bei dem der Filamentdurchmesser jedes Drahts 0,23 mm beträgt, seine Twistlänge in mm 6/12/18 beträgt und seine Twistrichtung S/S/Z lautet.
Das Freiraumverhältnis der Außenschicht 12 liegt im Bereich von 10 bis 20 %, da bei einem Freiraumverhältnis unter 10 % Gummi nicht ausreichend in die Außenschicht 12 eindringt und bei einem Freiraumverhältnis über 20 % die Filamentanordnung ungleichmäßig wird und eine fehlerhafte Verdrillung auftritt. Dadurch kann der Draht 11a der Zwischenschicht 11 aus der Außenschicht 12 vorstehen, oder die Anordnung der Außenschicht 12 kann zu ungleichmäßig sein.
Das Freiraumverhältnis der Zwischenschicht 11 liegt im Bereich von 25 bis 34 %, da bei einem Freiraumverhältnis unter 25 % Gummi nicht ausreichend in die Zwischenschicht 11 eindringt und bei einem Freiraumverhältnis über 34 % die Filamentanordnung zu ungleichmäßig wird und sich die Haltbarkeit des Stahlkordseils verschlechtert.
Es soll nun angenommen werden, daß die Twistlängen der Kernschicht 10, der Zwischenschicht 11 und der Außenschicht 12 (A) mm, (B) mm bzw. (C) mm betragen. Liegt in diesem Zustand das Twistlängenverhältnis (B/A) der Zwischenschicht 11 zur Kernschicht 10 im Bereich von 1,6 bis 2,2 lassen sich die Filamente der Zwischenschicht 11 leicht gleichmäßig anordnen. Liegt im vorgenannten Zustand das Twistlängenverhältnis (C/B) der Außenschicht 12 zur Zwischenschicht 11 vorzugsweise im Bereich von 1,4 bis 2,0, tritt keine fehlerhafte Verdrillung von Filamenten auf. Das heißt, bei einem Verhältnis (B/A) unter 1,6 wird der Reibverschleißgrad von Filamenten groß, wodurch das Stahlkordseil eine schlechte Qualität hat, während sich bei einem Verhältnis (B/A) über 2,2 die Stabilität des Aufbaus verschlechtert, wodurch es wahrscheinlich ist, daß die Filamente voneinander getrennt werden. Bei einem Verhältnis (C/B) unter 1,4 wird der Reibverschleißgrad groß, so daß das Stahlkordseil eine schlechte Qualität hat, während sich bei einem Verhältnis (C/B) über 2,0 die Stabilität des Aufbaus verschlechtert und es dadurch wahrscheinlich ist, daß die Filamente voneinander getrennt werden.
Da bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform das Freiraumverhältnis der Zwischenschicht 11 im Bereich von 25 bis 34 % liegt, ist das Freiraumverhältnis größer als das der Kernschicht 10 und der Außenschicht 12. Somit kann Gummi problemlos in die Lücke zwischen der Kernschicht 10 und der Zwischenschicht 11 eindringen, wodurch eine Korrosion der Kernschicht 10 wirksam verhindert wird, so daß die Haltbarkeit des gesamten Stahlkordseils verbessert werden kann und Stahl kordseile dauerhaft sind, da sich die Stahlkordseile kaum berühren und Reibung verursachen. Ferner kann das Stahlkordseil in seinem Aufbau stabilisiert werden, indem das Twistlängenverhältnis der Zwischenschicht zur Kernschicht und das der Außenschicht zur Zwischenschicht so gesteuert wird, daß es jeweils in einem speziellen Bereich liegt. Damit liegt das Freiraumverhältnis nicht unter 25 %, und eine ungleichmäßige Filamentanordnung läßt sich wirksam verhindern. Als Ergebnis tritt keine ungleichmäßige Richtungsabhängigkeit in den Filamenten auf, und Gummi kann ausreichend in die Kernschicht eindringen. Somit läßt sich wirksam eine Korrosion des Stahlkordseils verhindern, und der Reifen mit dem Stahlkordseil kann so hergestellt werden, daß er leicht ist.
Da ferner das Twistlängenverhältnis (B/A) der Zwischenschicht 11 zur Kernschicht 10 im Bereich von 1,6 bis 2,2 liegt, lassen sich die Filamente der Zwischenschicht 11 leicht gleichmäßig anordnen. Da außerdem das Twistlängenverhältnis (C/B) der Außenschicht 12 zur Zwischenschicht 11 im Bereich von 1,4 bis 2,0 liegt, tritt keine fehlerhafte Verdrillung von Filamenten auf.
Ein unter Verwendung des Stahlkordseils mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau hergestellter Radialreifen kann alle Vorteile des Stahlkordseils aufweisen, und der Reifen läßt sich so herstellen, daß er leicht ist.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern es können verschiedene Abwandlungen vorgenommen werden. Beispielsweise können für die Filamentdurchmesser zwei oder mehr unterschiedliche Durchmesser gewählt werden. Außerdem sind Twistlänge und Twistrichtung der Filamente nicht auf die der vorstehend beschriebenen Ausführungsform beschränkt.
Es wurden Vergleichsprüfungen durch Herstellen von Beispielseilen 1 und 2 sowie Vergleichsbeispielseilen 1 bis 7 durchgeführt. Im Beispiel 1 hatte die Kernschicht drei Drähte, die Zwischenschicht sieben Drähte und die Außenschicht 13 Drähte, während die Drähte jeder Schicht aus Filamenten mit einem Durchmesser von 0,175 mm bestanden. Im Beispiel 2 hatte die Kernschicht drei Drähte, die Zwischenschicht sieben Drähte und die Außenschicht 13 Drähte, während die Drähte jeder Schicht aus Filamenten mit einem Durchmesser von 0,23 mm bestanden. Fig. 3 bis 9 zeigen sieben Vergleichsbeispiele, bei denen jedes Stahlkordseil eine Kernschicht 15, eine Zwischenschicht 16 und eine Außenschicht 17 aufweist. Die Anzahl der Drähte der Kernschicht plus Zwischenschicht plus Außenschicht beträgt 3+9+15 (Vergleichsbeispiel 1 in Fig. 3), 3+8+13 (Vergleichsbeispiel 2 in Fig. 4), 3+8+14 (Vergleichsbeispiel 3 in Fig. 5), 3+5+13 (Vergleichsbeispiel 4 in Fig. 6), 4+9+14 (Vergleichsbeispiel 5 in Fig. 7) und 3+8+13 (Vergleichsbeispiel 6 in Fig. 8). Die Durchmesser der die Drähte der Vergleichsbeispiele 1 bis 5 bildenden Filamente betrugen 0,175 mm, während die Durchmesser der die Drähte des Vergleichsbeispiels 6 bildenden Filamente 0,23 mm betrugen. Das Stahlkordseil des Vergleichsbeispiels 7 hatte einen zweischichtigen Aufbau mit sieben Schichten 18, die sich jeweils aus vier Drähten 18a zusammensetzten, die jeweils aus Filamenten mit 0,175 mm Durchmesser bestanden. Zehn Reifen wurden jeweils für die Beispiele 1 und 2 und jedes der Vergleichsbeispiele 1 bis 7 unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Stahlkordseile als Karkassenlage und Zwischenbaulage hergestellt. Die Laufflächenprofile dieser Reifen waren sämtlich Rippenprofile, die am häufigsten verwendet werden. Die Reifen wurden an einem 10-Tonnen-Lastkraftwagen montiert. Die Räder des Lastkraftwagens wiesen zwei Vorderräder und acht Hinterräder mit vier Antriebsrädern und vier nicht getriebenen Rädern auf. Die Fahrstrecke des Lastkraftwagens betrug 200.000 Kilometer zur Durchführung der Prüfung des Eindringgrads von Gummi sowie von Fahrprüfungen. Zur gleichmäßigen Verwendung jedes Reifens wurden die Reifen rotierend umgesetzt.

1. Freiraumverhältnis

Die mittlere Lücke (m) und der mittlere Abstand (n) zwischen den Filamentmitten werden anhand einer ersten Armierung (B1) beschrieben.
Gemäß Fig. 10 bedeutet hierbei die mittlere Lücke (m) eine Lücke zwischen benachbarten Stahlfilamenten (F1), wenn die als erste Armierung (B1) angeordneten gesamten Stahlfilamente (F1) gleichmäßig um einen Kern (C) verteilt sind. Der mittlere Abstand (n) zwischen den Mitten benachbarter Filamente gilt für die gleichmäßige Verteilung und Anordnung der Filamente auf die vorgenannte Weise.
Da in der Ausführung für den Kern (C) ein in Form hergestelltes Stahlfilament (FC) verwendet wird, ist es schwierig, die Stahlfilamente in einer Runde an der Kernaußenseite anzuordnen. Daher wird der Teilkreis der Armierung (B) als Polygon betrachtet, das durch Verbinden der Mitten der Stahlfilamente gebildet wird, so daß (m/n) ein Verhältnis eines Raums zur Gesamtlänge des Polygons ist.

2. Eindringgrad von Gummi

Jeder Reifen wurde zerlegt, um willkürlich drei 30 cm lange Stahlkordseile aus der Lage zu entnehmen, und anschließend wurden Filamente aus der Außenschicht entnommen. Die Gummimenge, die die Filamente der Zwischenschicht bedeckte, wurde mit sechs Noten von "0" bis "5" bewertet, um den Eindringgrad von Gummi festzulegen (Zwischenschicht/Außenschicht). Filamente der Zwischenschicht wurden entfernt, um die die Filamente der Kernschicht bedeckende Gummimenge mit sechs Noten von "0" bis "5" zu bewerten, um den Eindringgrad von Gummi festzulegen (Kernschicht/Zwischenschicht). Die Noten 0, 1, 2, 3, 4 und 5 entsprachen 1 bis 20 %, 21 bis 40 %, 41 bis 60 %, 61 bis 80 % sowie 81 bis 100 %.

3. Reibverschleiß

Um den Grad des Reibungsverlusts (Reibverschleiß) der Filamente von Note "0" (gut) bis Note "5" (schlecht) in 0,5- Schritten zu bewerten, wurden Lagen aus fünf Abschnitten jedes Reifens nach Zerlegen des Reifens entnommen, und Stahlkordseile wurden willkürlich aus jeder Lage entnommen; je Reifen wurden Lagen aus sechs Abschnitten in der Karkasse entnommen, die am stärksten bewegt wurde, d. h., aus einem Bereich (III) zwischen einem Zwischenbauende (I) und einem Walkabschnitt (II). In Fig. 11 bezeichnet die Bezugszahl 1 eine Reifen, 2 einen Wulstkern, 3 eine Wulst, 4 eine Seitenwand, 5 eine Lauffläche, 6 eine Gürtelschicht und 7 eine Karkasse.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 und 2 dargestellt. Tabelle 1 Aufbau des Stahlkordseils Vergl. Beisp. Freiraumverhältnis (%) Zwischen Außen Eindringgrad (Kern/Zwischen) Filamentreibverschleiß Gesamtnote Tabelle 2 Aufbau des Stahlkordseils Vergl. Beisp. Freiraumverhältnis (%) Zwischen Außen Eindringgrad (Kern/Zwischen) Filamentreibverschleiß Gesamtnote
Vorstehend ist die Kernschicht mit "Kern" abgekürzt, die Zwischenschicht mit "Zwischen" und die Außenschicht mit "Außen"; "Eindringgrad" bedeutet den Eindringgrad von Gummi, Vergleichsbeispiel ist mit "Vergl." abgekürzt, und "%" bedeutet das Verhältnis des drahtfreien Raums zur Fläche.
Im Vergleichsbeispiel 1 wurden in der Karkasse verwendete Stahlkordseile zum Bewerten des Reibverschleißes der Filamente in Stücke geschnitten.
Gemäß Tabelle 1 und 2 hatten die Stahlkordseile der Beispiele 1 und 2 die besten Noten für den Eindringgrad von Gummi und den Filamentreibverschleiß. Obwohl die Erfindung umfassend im Zusammenhang mit ihren bevorzugten Ausführungsformen und anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben wurde, ist zu beachten, daß dem Fachmann verschiedene Änderungen und Abwandlungen deutlich sein werden. Solche Änderungen und Abwandlungen sollen vom Schutzumfang der Erfindung gemäß der Festlegung in den beigefügten Ansprüchen abgedeckt sein, sofern diese nicht davon abweichen.

Claims

1. Stahlkordseil mit:

einer Kernschicht (10) aus drei Drähten (10a);

einer Zwischenschicht (11) aus sieben Drähten (11a); und

einer Außenschicht (12) aus 13 Drähten (12a); dadurch gekennzeichnet, daß das Freiraumverhältnis der Zwischenschicht (11) im Bereich von 25 bis 34 % liegt und daß das Freiraumverhältnis der Außenschicht (12) im Bereich von 10 bis 20 % liegt.

2. Stahlkordseil nach Anspruch 1, wobei das Twistlängenverhältnis der Zwischenschicht (11) zu der Kernschicht (10) im Bereich von 1,6 bis 2,2 und das Twistlängenverhältnis der Außenschicht (12) zu der Zwischenschicht (11) im Bereich von 1,4 bis 2,0 liegt.

3. Reifen hergestellt unter Verwendung eines Stahlkordseils mit:

einer Kernschicht (10) aus drei Drähten (10a);

einer Zwischenschicht (11) aus sieben Drähten (11a); und

4. Reifen nach Anspruch 3, wobei das Twistlängenverhältnis der Zwischenschicht (11) zu der Kernschicht (10) im Bereich von 1,6 bis 2,2 und das Twistlängenverhältnis der Außenschicht (12) zu der Zwischenschicht (11) im Bereich von 1,4 bis 2,0 liegt.