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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die Erfindung wird nun nur mittels eines Beispiels weiter
beschrieben, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird, die
Folgendes darstellen:
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Die Figur 1 ist eine Querschnittansicht eines Stahlcordfadens gemäß
der vorliegenden Erfindung.
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Die Figuren 2(a) und 2(b) sind Ansichten, um Wellenformen zu
veranschaulichen, die Kernfilamenten gegeben werden.
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Die Figur 3 ist eine Schnittansicht eines Luftreifens, bei dem die
Cordfäden der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
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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.
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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.
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Die Wellenlänge L der Wellenform des geformten Kerns, und der
Durchmesser d des Filaments, das den Kern bildet, müssen die Beziehung: 5d
≤ 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.
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Die Wellenhöhe H der Wellenform des geformten Kerns muß die
Beziehung: 1,2d ≤ H ≤ 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.
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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.
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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.
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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.
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Das nachfolgende Experiment wurde ausgeführt.
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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.
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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.
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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.
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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)
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* 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.
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** Durchmesser des Cordfadens, der kein spiralförmiges Filament enthält.
TABELLE 1(b)
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* 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.
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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.
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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.