DE69307764T2 - Stahlseile zur Verstärkung elastomerer Erzeugnisse und radiale Luftreifen für LKW, die solche Seile aufweisen - Google Patents

Stahlseile zur Verstärkung elastomerer Erzeugnisse und radiale Luftreifen für LKW, die solche Seile aufweisen

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Stahlcordfäden, die als Verstärkung für Gummierzeugnisse, wie zum Beispiel Luftreifen für LKWs und Busse, und industrielle Riemen, verwendet werden. Insbesondere zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, die für LKW- und Busreifen erforderliche Ermüdungsfestigkeit und Korrosionsausbreitungsfestigkeit von Stahlcordfäden zu verbessern.
  • Für Stahlcordfäden, die zum Beispiel bei LKW- und Busreifen verwendet werden, sind zahlreiche verschiedene Eigenschaften erforderlich. Unter diesen Eigenschaften ist die Haftung an Gummi eine wichtige Eigenschaft, weil die Haftung eine große Auswirkung auf die Ermüdungsfestigkeit und die Korrosionsfestigkeit hat. Hinsichtlich der Verbesserung der Haftung an Gummi wird in der japanischen Gebrauchsmuster-Veröffentlichung Nr. 56- 14.396 angegeben, daß dann, wenn ein Kerndraht schraubenförmig geformt wird und eine Vielzahl von peripheren Filamenten um den äußeren Umfang des Kerndrahtes herum verdrillt wird, wobei diese peripheren Filamente einander nicht berühren, die Haftung an Gummi verbessert werden kann, wobei infolge Eindringens des Gummis bis in das Innere des Cordfadens zugleich die Korrosionsfestigkeit des Stahlcordfadens verbessert wird.
  • In dem Fall einer verdrillten Zweischicht-Struktur mit der Bauweise 3 + 6, wie sie in der japanischen Gebrauchsmuster-Veröffentlichung Nr. 56- 14.396 veranschaulicht ist, muß der Durchmesser der Filamente jedoch größer gemacht werden, um die Festigkeit der Filamente zu erhöhen, was hinsichtlich der Ermüdungsfestigkeit nachteilig ist und das Eindringen von Gummi in das Innere des verdrillten Kerndrahtes aus drei Filamenten erschwert.
  • Da verdrillte Dreischicht-Stahlcordfäden mit der Bauweise 3 + 9 + 15 eine ausgezeichnete Ermüdungsfestigkeit haben, werden sie jedoch als Verstärkung für LKW- und Busreifen verwendet. Bei diesen verdrillten Dreischicht-Stahlcordfäden ergibt sich jedoch das Problem, daß dann, wenn der Durchmesser der Filamente, die den Cordfaden bilden, im wesentlichen gleich groß gemacht wird, die Filamente jeder Schicht die benachbarten Filamente berühren, so daß das Eindringen des Gummis in das Innere des Cordfadens erschwert wird, wodurch die Korrosionsfestigkeit des Cordfadens nachteilig beeinflußt wird.
  • Angesichts des obigen Problems wird in der ausgelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 59-223.503 die Bauweise 4 + 9 + 14 vorgeschlagen, bei der durch Verringerung der Anzahl der Filamente in der mittleren Schicht und der äußeren Schicht gegenüber der Struktur mit der dichtesten Packung Lücken zwischen den Filamenten gelassen werden. Wenn das Kernfilament schraubenförmig geformt wird, und eine Vielzahl der peripheren Filamente um den äußeren Umfang des Kernfilaments herum verdrillt wird, besteht jedoch die Möglichkeit, daß die Filamente in der mittleren Schicht innerhalb eines durch das schraubenförmig geformte Kernfilament definierten Kreises liegen. Dies hat zur Folge, daß das Eindringen des Gummis in das Innere des Cordfadens unterbrochen werden kann, oder das gleichmäßige liehen der Filamente in der mittleren Schicht und der äußeren Schicht verschlechtert wird, was eine Verschlechterung der Reißlast oder der Ermüdungsfestigkeit des Cordfadens zur Folge hat. Insbesondere ist das Eindringen von Gummi in den verdrillten Kerndraht aus vier Filamenten schwierig. Wenn die Anzahl der Filamente in der mittleren Schicht und der äußeren Schicht nur wenig verringert wird, dringt nur wenig Gummi in den Cordfaden ein. Wenn die Anzahl der Filamente weiter verringert wird, wird die Relßlast der Cordfäden vermindert, so daß die Cordfäden als Reifetiverstärkung nicht mehr geeignet sind.
  • Außerdem wird auf das dem Stand der Technik entsprechende Dokument "Research Disclosure" Nr. 327, Juli 1991, Emsworth, GB, Seite 552 - 558, "Steel cord constructions made in one step" hingewiesen, wobei in diesem Dokument ein Stahlcordfaden zur Verstärkung von Gummierzeugnissen beschrieben wird, aufweisend einen Kern 2, der durch gewellte Formung von Filamenten erhalten wird, einen inneren Mantel, der durch Anordnen der Filamente 3, 4 um den Kern herum gebildet wird, und einen äußeren Mantel, der durch Anordnen von Filamenten um den inneren Mantel herum gebildet wird, wobei der Kern, der innere Mantel und der äußere Mantel miteinander verdrillt sind, und wobei der Durchmesser von jedem der Filamente des inneren und äußeren Mantels nicht größer sein darf als der Durchmesser des Filaments des Kerns.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen verdrillten Dreischicht-Cordfaden, der eine ausgezeichnete Ermüdungsfestigkeit hat, und zielt darauf ab, einen Stahlcordfaden zur Verstärkung von Gummi zu verwirklichen, bei dem die Haltbarkeit durch wesentlich stärkeres Eindringen von Gummi in das Innere des Cordfadens verbessert wird, ohne die Reißlast des Cordfadens zu vermindern. Die Erfindung zielt außerdem darauf ab, einen Radialreifen für LKWs und Busse zu verwirklichen, bei dem solche Stahlcordfäden in dem Gürtel verwendet werden.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Stahlcordfaden zur Verstärkung von Gummierzeugnissen verwirklicht, aufweisend einen Kern, der durch gewellte Formung eines einzelnen Filaments erhalten wurde, einen Inneren Mantel, zu dessen Bildung 5 bis 6 Filamente um den Kern herum angeordnet wurden, und einen äußeren Mantel, zu dessen Bildung 9 bis 12 Filamente um den inneren Mantel herum angeordnet wurden, wobei der Kern, der innere Mantel und der äußere Mantel miteinander verdrillt sind, und wobei der Durchmesser von jedem der Filamente des inneren und äußeren Mantels nicht größer als derjenige des Filaments des Kerns ist; 5d ≤ L ≤ 30d und 1,2d ≤ H ≤ 2,0d ist, wobei L und H die Wellenlänge bzw. die Wellenhöhe der Wellenform des gewellten Filaments des Kerns sind, und d der Durchmesser des Filaments des Kerns ist; und das Verhältnis p&sub3;/p&sub2; zwischen der Verdrillsteigung p&sub2; des inneren Mantels und der Verdrillsteigung p&sub3; des äußeren Mantels in dem Bereich von 1,4 bis 2,5 liegt. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird weiterhin ein Radialluftreifen für LKWs und Busse verwirklicht, der eine Karkasse und einen radial außerhalb der Karkasse angeordneten Gürtel aufweist, und bei dem sich die Karkasse toroidförmig zwischen zwei Wulstbereichen erstreckt, wobei mindestens eine Gürteischicht des Gürtels aus erfindungsgemäßen Stahlcordfäden besteht.
  • Bei der vorliegenden Erfindung werden für die Filamente, die den Stahlcordfaden bilden, vorzugsweise Stahlfilamente verwendet, die eine chemische Zusammensetzung wie Klavierdraht oder Hartstahldraht mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,70 bis 0,85 Gewichtsprozent und vermindertem nichtmetallischem Einschluß haben, und die bis zu einem Durchmesser von 0,12 bis 0,35 mm gezogen sind. Der Kohlenstoffgehalt ist vorzugsweise auf nicht weniger als 0,70 Gewichtsprozent begrenzt, um die Zugfestigkeit des Stahlcordfadens pro Gewichtseinheit zu erhöhen, so daß zum Beispiel das Gewicht des Reifens verringert wird. Der Kohlenstoffgehalt ist vorzugsweise auf nicht mehr als 0,85 Gewichtsprozent begrenzt, da dann, wenn der Kohlenstoffgehalt größer als 0,85 Gewichtsprozent ist, die Ermüdungsfestigkeit verschlechtert ist. Der Durchmesser des Filaments ist vorzugsweise auf nicht mehr als 0,35 mm begrenzt, da dann, wenn der Durchmesser größer als 0,35 mm ist, die Ermüdungsfestigkeit des Cordfadens abnimmt. Andererseits ist der Durchmesser des Filaments vorzugsweise nicht kleiner als 0,12 mm, damit die Cordfaden eine genügende Festigkeit haben, um zum Beispiel Luftreifen für LKWs und Busse zu verstärken.
  • Die Erfindung wird nun nur mittels eines Beispiels weiter beschrieben, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird, die Folgendes darstellen:
  • Die Figur 1 ist eine Querschnittansicht eines Stahlcordfadens gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Die Figuren 2(a) und 2(b) sind Ansichten, um Wellenformen zu veranschaulichen, die Kernfilamenten gegeben werden.
  • Die Figur 3 ist eine Schnittansicht eines Luftreifens, bei dem die Cordfäden der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
  • In der Figur 1 ist eine Schnittansicht eines Stahlcordfadens der vorliegenden Erfindung wiedergegeben. Bei diesem Cordfaden besteht der Kern 1 aus einem einzelnen Filament. Ein innerer Mantel 3 ist um den äußeren Umfang des Kerns 1 herum angeordnet, und ein äußerer Mantel 5 ist um den äußeren Umfang des inneren Mantels 3 herum angeordnet. Der innere Mantel 3 besteht aus sechs Filamenten 2, und der äußere Mantel 5 besteht aus elf Filamenten 4. Wie in den Figuren 2(a) oder 2(b) gezeigt ist, hat der Kern 1 eine gewellte Form. Die Wellenform des Kerns 1 muß die Beziehungen 5d ≤ L ≤ 30d und 1,2d ≤ H ≤ 2,0d erfüllen, wobei L, H und d die Wellenlänge, die Wellenhöhe bzw. der Durchmesser des Filaments ist. Die Form der Wellen des Filaments kann entweder eine wellenförmige Form als zweidimensionale Wellenform, zum Beispiel eine reckteckige Form oder eine sinusförmige Form, oder eine schraubenförmige Form als dreidimensionale Wellenform sein.
  • Der Stahlcordfaden der vorliegenden Erfindung ist auf die verdrillte Dreischicht-Bauweise begrenzt, um eine gute Ermüdungsfestigkeit sicherzustellen. Der innere und äußere Mantel werden nicht von verdrillten Drähten, sondern von Filamenten gebildet, und zwar nicht nur, um die Produktivität zu verbessern, sondern auch, um das Phänomen zu vermeiden, daß dann, wenn ein Mantel aus verdrillten Drähten gebildet wird, der Gummi nur schwer in das innere des Mantels eindringen kann, was eine Verschlechterung der Korrosionsfestigkeit des Cordfadens zur Folge hat.
  • Die Wellenlänge L der Wellenform des geformten Kerns, und der Durchmesser d des Filaments, das den Kern bildet, müssen die Beziehung: 5d &le; L < 30d erfüllen, weil dann, wenn die Wellenlänge L größer als 30d ist, die Seitendruckfestigkeit (Festigkeit des Cordfadens gegen Druck, der auf die periphere Fläche des Cordfadens ausgeübt wird) verringert ist, was zur Folge hat, daß Lücken zwischen den Filamenten des Cordfadens, zum Beispiel während der Herstellung des Reifens, kleiner werden, so daß das Eindringen von Gummi in das innere des Cordfadens erschwert wird. Wenn andererseits die Wellenlänge L kleiner als 5 d ist, werden die Wellenbildungsbedingungen für das Kernfilament härter, so daß die Zugfestigkeit des Filaments des Kerns verringert wird.
  • Die Wellenhöhe H der Wellenform des geformten Kerns muß die Beziehung: 1,2d &le; H &le; 2,0d erfüllen, weil dann, wenn die Wellenhöhe kleiner als 1,2d ist, die Lücken zwischen den Filamenten bei dem inneren und äußeren Mantel so klein werden, daß der Grad des Eindringens des Gummis in das innere des Cordfadens verringert ist, während dann, wenn die Wellenhöhe H größer als 2,0d ist, die Anordnung der Filamente bei dem inneren und äußeren Mantels so gestört wird, daß die Lücken zwischen den Filamenten ungleichmäßig werden, was zur Folge hat, daß an manchen Stellen kein Gummi durch die Filamente hindurchdringt.
  • Damit Gummi zwischen den inneren und äußeren Mantel eindringt, ist es erforderlich, daß das Verhältnis p&sub3;/p&sub2; zwischen der Verdrillsteigung p&sub3; des äußeren Mantels und der Verdrillstelgung p&sub2; des inneren Mantels zwischen 1,4 und 2,5 liegt, wodurch verhindert wird, daß sich die Filamente des äußeren Mantels zwischen den Filamenten des inneren Mantels anordnen. Wenn das Verhältnis p&sub3;/p&sub2; nicht in dem Bereich von 1,4 bis 2,5 liegt, ist das gleichmäßige Ziehen der Filamente verschlechtert.
  • Wenn die obigen Stahlcordfäden bei einem Gürtel eines LKW- oder Bus- Radialluftreifens verwendet werden, dringt der Gummi gut in die Cordfäden ein. Folglich kann die sogenannte "Schnittablösungsphänomen", bei dem Ablösung bei einem haftenden Bereich infolge der Ausbreitung von Korrosion innerhalb des Cordfadens erfolgt, verhindert werden kann. Da die verdrillte Dreischicht-Bauweise verwendet wird, können weiterhin die Stahlcordfäden bei dem Gürtel eines LKW- oder Bus-Radialluftreifens verwendet werden, ohne den Durchmesser der Filamente zu erhöhen. Dies ist hinsichtlich der Ermüdungsfestigkeit vorteilhaft. Der Kohlenstoffgehalt des Stahlcordfadens wird vorzugsweise auf 0,80 bis 0,85 Gewichtsprozent eingestellt, weil in diesem Fall eine genügender Abstand zwischen den eingebetteten Cordfäden sichergestellt werden kann, und die Bruchhaltbarkeit in den Randbereichen des Gürtels verbessert werden kann, wenn die Festigkeit (Reißlast x Fadendichte der Cordfäden) des Gürtels gleich groß gemacht wird.
  • Die Verdrillung kann entweder durch Bündelverdrillung oder rohrförmige Verdrillung erfolgen. Die rohrförmige Verdrillung, bei der bei dem Cordfaden die Filamente selbst nicht verdrillt werden, wird jedoch im Hinblick auf die Ermüdungsfestigkeit bevorzugt. Die Verdrillrichtung des inneren Mantels und des äußeren Mantels kann gleich oder verschieden sein. Weiterhin kann sich die Wellenform, die dem Kern 1 gegeben wird, in derselben Ebene entweder in einer wellenförmigen Form, oder in einer schraubenförmigen Form erstrecken.
  • Das nachfolgende Experiment wurde ausgeführt.
  • Stahlcordfäden mit einer Spezifikation gemäß der Tabelle 1 wurden bei einem Radialluftreifen für LKWs und Busse verwendet, wie in der Figur 3 gezeigt ist. Das heißt, der in der Figur 3 wiedergegebene Reifen hatte vier auf einer Karkasse 6 angeordnete Gürtelschichten 7 bis 10, und die in der Tabelle 1 angegebenen Stahlcordfäden wurden bei den Gürtelschichten 8 und 9 verwendet. Auf diese Weise wurden verschiedene Reifen für die Tests hergestellt.
  • Bei den so erhaltenen Reifen wurden die Korrosionsausbreitungsfestigkeit und die Schnittablösungsfestigkeit der Stahlcordfäden bestimmt, wobei die erhaltenen Ergebnisse ebenfalls in der Tabelle 1 wiedergegeben sind. Um den geformten Betrag des Kerns in der Tabelle 1 zu bestimmen, wurde nach Entfernung der Mäntel ein Kernfilament aus dem Stahlcordfaden so herausgenommen, daß keine bleibende Verformung bei dem Kernfilament hervorgerufen wurde, wobei das Kernfilament mittels eines Vergrößerungsglases betrachtet wurde und die Wellenlänge L und die Wellenhöhe H wie in der Figur 2 angegeben gemessen wurden.
  • Die Korrosionsausbreitungsfestigkeit wurde gemäß einem Schnittende- Korrosionsprozeß geprüft. Das heißt, die Oberfläche des aus der Gürtelschicht des Reifens ausgeschnittenen, gummigetränkten Stahlcordfadens wurde mit einem Silikon-Dichtungsmlttel beschichtet, nach dem Trocknen wurden die entgegengesetzten Enden des Stahlcordfadens abgeschnitten, wobei eine Probe von ungefähr 10 cm Länge erhalten wurde, ein Ende des Cordfadens wurde während 24 Stunden in eine 10-prozentige wässerige Natriumhydroxidlösung eingetaucht, der Cordfaden wurde aus der Lösung herausgenommen, und die Länge des sich bei dem einen Ende von dem Cordfaden ablösenden Gummis wurde gemessen.
  • Die Schnittablösungsfestigkeit wurde gemäß der Korrosionsausbreitungs-Trommeltestmethode bestimmt. Das heißt, jeder Reifen wurde in einem Umfangsbereich des Reifens von der inneren Flache des Reifens aus an drei Stellen mit einem Bohrer angebohrt, bis der zweite bis dritte Gürtel erreicht wurde, Wasser wurde in den Reifen dicht eingefüllt, der Reifen wurde auf einer Felge montiert, und dann wurde der Reifen auf einer Trommel über eine Entfernung von 20.000 km laufen gelassen. Danach wurde der Reifen abmontiert, und dann wurde die Schnittablösungsfestigkelt bestimmt, indem die maximale Länge der Ablösung infolge Rostbildung bei dem Cordfaden bei einem haftenden Bereich des zweiten und dritten Gürtels gemessen wurde. TABELLE 1(a)
  • * Kerndurchmesser (d&sub1;)/Durchmesser des inneren Mantels (d&sub2;)/Durchmesser des äußeren Mantels (d&sub3;), oder d&sub1;/d&sub2;/d&sub3;/Durchmesser des spiralförmigen Filaments.
  • ** Durchmesser des Cordfadens, der kein spiralförmiges Filament enthält. TABELLE 1(b)
  • * Kerndurchmesser (d&sub1;)/Durchmesser des inneren Mantels (d&sub2;)/Durchmesser des äußeren Mantels (d&sub3;), oder d&sub1;/d&sub2;/d&sub3;/Durchmesser des spiralförmigen Filaments.
  • Im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen 1 und 2 haben die Beispiele 1 bis 6 der vorliegenden Erfindung eine wesentlich bessere Korrosionsausbrettungsfestigkeit und eine wesentlich bessere Schnittablösungsfestigkeit.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Eindringen von Gummi in das Innere des Cordfadens wesentlich verbessert werden, ohne die Reißlast des Cordfadens bei dem verdrillten Dreischicht-Cordfaden zu verringern, so daß zur Verstärkung von Gummierzeugnissen bestimmte Stahlcordfäden erhalten werden können, die eine ausgezeichnete Ermüdungsfestigkeit und Korrosionsausbreitungsfestigkeit haben. Wenn die zur Verstärkung von Gummierzeugnissen bestimmten Stahlcordfäden bei dem Gürtel eines LKW-oder Bus- Radialluftreifens verwendet werden, können weiterhin die Schnittablösungsfestigkeit, die Gürtelrand-Bruchfestigkelt, und die Ermüdungs- Bruchfestigkeit des Stahlcordfadens bei dem LKW- und Bus-Radialluftreifen verbessert werden.

Claims (4)

1. Stahlcordfaden zur Verstärkung von Gummierzeugnissen, aufweisend einen Kern (1), der durch wellenförmige Formung eines einzelnen Filaments erhalten wurde, einen inneren Mantel (3), zu dessen Bildung 5 bis 6 Filamente (2) um den Kern herum angeordnet wurden, und einen äußeren Mantel (5), zu dessen Bildung 9 bis 12 Filamente (4) um den inneren Mantel herum angeordnet wurden, wobei der Kern, der innere Mantel und der äußere Mantel miteinander verdrillt sind, und wobei der Durchmesser von jedem der Filamente des inneren und äußeren Mantels nicht größer als derjenige des Filaments des Kerns ist; 5d &le; L &le; 30d und 1,2d &le; H &le; 2,0d ist, wobei L und H die Wellenlänge bzw. die Wellenhöhe der Wellenform des gewellten Filaments des Kerns sind, und d der Durchmesser des Fllaments des Kerns ist; und das Verhältnis p&sub3;/p&sub2; zwischen der Verdrillsteigung p&sub2; des inneren Mantels (3) und der Verdrillsteigung p&sub3; des äußeren Mantels (5) in dem Bereich von 1,4 bis 2,5 liegt.
2. Stahlcordfaden zur Verstärkung von Gummierzeugnissen, gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Filamente, die den Stahlcordfaden bilden, eine chemische Zusammensetzung wie Klavierdraht oder Hartstahldraht mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,70 bis 0,85 Gewlchtsprozent haben, und einen Durchmesser von 0,12 bis 0,35 mm haben.
3. Stahlcordfaden zur Verstärkung von Gummierzeugnissen, gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kohlenstoffgehalt 0,80 bis 0,85 Gewichisprozent beträgt.
4. LKW-Radialluftreifen, der eine Karkasse (6) und einen radial außerhalb der Karkasse angeordneten Gürtel (7-10) aufweist, wobei sich die Karkasse toroidförmig zwischen zwei Wulstbereichen erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Gürtelschicht (8, 9) des Gürtels aus Stahlcordfäden gemäß irgendeinem der Anspruche 1 bis 3 besteht.
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