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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Herstellung
von Metallkord zur Verstärkung von Reifen und anderen
mechanischen Gummiwaren und insbesondere Produkte aus gezwirntem oder
verdrilltem Draht.
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Das prinzipielle Ziel verdrillter Drahtprodukte, von denen für
die Verstärkung von Reifen und anderen mechanischen Gummiwaren
Gebrauch gemacht wird, liegt darin, die Stärke oder Festigkeit
einer Gummikord-Komponente in dem fertiggestellten Produkt zu
erhöhen, wobei ihre hohe Flexibilität unbeeinflußt bleiben
soll. Die Erlangung der erforderlichen Flexibilität und damit
der Gebrauchshaltbarkeit wird über einen verringerten
Druchmesser des Drahtes, aus dem das Produkt gedrillt ist, erzielt,
woraus sich ein verringertes Moment der Biegesteifigkeit des
Produkts gemäß der folgenden allgemein bekannten Beziehung
ergibt:
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Mit ni - Anzahl der Drähte mit dem Durchmesser von 'i';
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δi - Durchmesser des Drahtes 'i'.
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Eine unerläßliche Voraussetzung für die Herstellung eines
Gummi-Metall-Composits mit gutem Betriebsverhalten bzw. guten
Leistungskennwerten besteht in der zuverlässigen Adhäsion der
Komponenten. Die Adhäsionskraft der Metallverstärkung ist direkt
proportional zu der Fläche, die zum Kontakt mit der
Gummioberfläche zur verfügung steht:
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mit P - Perimeter der nach außen exponierten Oberfläche;
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1 - Länge des verzwirnten Drahtproduktes.
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Bei konstantem Wert '1' ist die Adhäsionskraft eine Funktion
des Perimeters der äußeren Oberfläche der Querschnittsfläche
des verzwirnten Drahtprodukts, die durch die folgende Beziehung
gefunden wird:
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mit ki - Teil der Querschnittsfläche des 'i' Drahtes&sub1; die für
den Kontakt mit Gummi freiliegt;
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δi - Drahtdurchmesser.
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Für eine vergleichende Beurteilung der verschiedenen
Konstruktionen verzwirnter Drahtprodukte bezüglich der
Adhasionsparameter und der Flexibilität wird ein generalisierter Index I
verwendet, gleich dem Verhältnis zwischen dem Perimeter P der nach
außenliegenden Oberfläche der Metallkomponente, wobei dieser
Perimeter die Adhäsionkraft des Produktes bestimmt, und dem
Moment W der Biegesteifigkeit, da die Ermüdungsbeständigkeit und
die Flexibilität zu diesem Verhältnis umgekehrt proportional
sind.
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Im Stand der Technik bekannt sind mehrdrähtige spiralförmig
verdrillte Drahtkonstruktionen mit Drähten von kleinem
Durchmesser, wie z. B. 3+9+15 (Be, A, 0,176,139; Fr, A, 0,260,556)
und 4+10+20 (vgl. -Katalog für Karkass-Konstruktionen aus
Metallkord von Pirelli, Italien), gekennzeichnet durch niedrige
Werte für das Moment W der Biegesteifigkeit und des Perimeters
P der exponierten äußeren Oberfläche der Metallkomponente.
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Der Wert des Index I für solche Konstruktionen ist recht hoch.
Derartige Produkte sind jedoch sehr arbeitsintensiv aufgrund
der großen Anzahl von Komponenten, aus denen sie bestehen,
während eine geringere Anzahl solcher Komponenten z. B. 3+6 oder
+x5-Konstruktionen zu einem höheren Wert des
Biegesteifigkeitsmoments
W bei einem annähernd gleichen Wert P führt und damit
zu einem verringerten Wert von I. Außerdem vermindert die
Anwesenheit eines zentralen Elementes in solchen Konstruktionen,
z. B. des 3+6-Typs, den Wert des Indexes I in noch stärkerem
Maße.
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Derzeitig bekannt ist ein zum Stand der Technik gehöriges
gezwirntes Drahtprodukt (WO 85/02210), welches spiralförmig
zusammengewundene Stränge enthält und aus verzwirnten Drähten mit
einer Struktur von 3x3, 3x4, 4x4 besteht. Diese Seilverbund-
Konstruktionen, die aus einer niedrigen Anzahl von Drähten
bestehen, erfüllen das Erfordernis hoher Adhäsion, weil der
Penmeter P ihrer nach außen exponierten Oberfläche den in den
zuvor beschriebenen mehrdrähtigen kompakten Konstruktionen
übersteigt. Sie besitzen jedoch einen niegrigeren Index I aufgrund
eines hohen Biegesteifigkeitsmomentes W. Ein ähnliches Produkt
ist aus EP-A -0 376 272 bekannt.
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Es ist daher ein vorrangiges und essentielles Ziel der
vorliegenden Erfindung, ein Produkt aus verdrilltem Draht
bereitzustellen, das sich durch ein solches Verhältnis zwischen seinem
Durchmesser und dem Durchmesser der Drähte, aus denen die
Stränge verdrillt sind, auszeichnet, welches bessere
Leistungsmerkmale im Hinblick auf Flexibilität, Ermüdungsstärke und
Adhäsion sicherstellt.
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Das oben genannte Ziel wird aufgrund dessen erreicht, daß ein
gezwirntes oder verdrilltes Drahtprodukt mit spiralförmig
zusammengewundenen Strängen, die aus spiralförmig gewundenen
Drähten zusammengelegt sind gemäß der Erfindung ein Verhältnis
zwischen dem Durchmesser der Drähte, die in Stränge gelegt
sind, und dem des Produktes selbst zwischen 0,135 und 0,206
ergibt und das Verhältnis zwischen der Anzahl von Drähten pro
Strang und der Anzahl von Strängen pro Produkt so ausgewählt
ist, daß das minimale Verhältnis zwischen dem Perimeter einer
nach außen exponierten Oberfläche der der Einheit 1
entsprechenden Querschnittsfläche und einem Summenmoment der
Biegesteifigkeit 215 beträgt.
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Eine Auswahl innerhalb des vorab genannten Bereiches aus dem
Verhältnis zwischen dem Durchmesser der einzelnen Drähte und
dem des Produktes, das 3 oder mehr Stränge im Seilverbund
aufweist, wobei jeder der Stränge aus 5 Drähten besteht, d. h.
eine 3x5, 4x5 und 5x5-Konstruktion besitzt, bewirkt einen hohen
Wert für den Perimeter der nach außen exponierten Oberfläche,
wobei dieser Wert die zugehörige Adhäsionskraft bestimmt.
Zusätzlich ermöglicht dies, das Moment der Biegesteifigkeit W in
der vorgeschlagenen Konstruktion zu verringern und so den
generalisierten Index I zu erhöhen, der charakteristisch ist für
die Adhäsionskraft und die Errnüdungsstärke der vorgeschlagenen
Konstruktion.
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Im folgenden wird die vorgeschlagene Erfindung nun in einer ins
Einzelne gehenden Beschreibung eines spezifischen
beispielhaften Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte
Zeichnung erläutert, worin die Konstruktion des hierin
vorgeschlagenen verdrillten Produkts mit den verschiedenen möglichen
Kombinationen der wechselseitigen Anordnung von Drähten in den
Strängen gezeigt ist.
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Das gezwirnte Drahtprodukt nach der Erfindung besitzt 3
spiralförmig gelegte Stränge 1, von denen jeder aus 5 Drähten 2
besteht, die spiralförmig verzwimt sind, und einen Lagenradius R
besitzen, der nach der folgenden Beziehung gefunden werden
kann:
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mit d und δ - Durchmesser des Strang 1 bzw. des Drahtes 2,
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t und α - Abstand und Lagewinkel, in dem der Draht 2
gewunden ist.
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Die Stränge 1 sind in einer Spirallegung mit dem Radius R
zusammengewunden:
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mit D - Durchmesser des verdrillten Drahtproduktes;
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T und β - Abstand und Lagewinkel, in dem die Stränge 1
gelegt sind.
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In diesem Fall ist das Verhältnis zwischen einem mittleren
Durchmesser der Drähte 2 und dem Metallkord-Durchmesser wie
folgt: K = δ/D=0,196 und liegt im Bereich zwischen 0,185 und
0,206 und zwischen 0,135 und 0,150 für die 5x5-Struktur
abhängig von der Drahtabmessungstoleranz von ± 0,01 mm.
Tabelle 1
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* Anmerkung: Die numerischen Daten zu den Drahtdurchmessern
wurden ausgehend von der Annahme erhalten, daß der Index I der
Fläche der Metallkomponente des gezwirnten Drahtprodukts
entspricht, was den Skalierungsfaktor herausbringt.
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Tabelle 1 enthält Vergleichsdaten für die vorgeschlagenen
Konstruktion eines Produktes aus verdrilltem Draht und für die
hiervon bekannten Konstruktionen bezüglich der Parameter P, W,
und I. Eine Analyse dieser Daten zeigt, daß es durch den 5-
drähtigen kernlosen Strang 1 als Komponente einer 3- oder
mehrsträngigen Seilkonstruktion bewirkt wird, d. h. 3x5, 4x5, 5x5,
daß die vorgeschlagene technische Lösung gegenüber den zuvor
bekannten Lösungen in der Hinsicht überlegen ist, daß sie den
maximalen Wert des generalisierten Index I erbringt, der für
die Adhäsions- und Ermüdungsfestigkeits-Eigenschaften der
vorgeschlagenen Konstruktion charakteristisch ist.
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Als ein beispielhaftes praktisches Ausführungsbeispiel der hier
vorgeschlagenen Konstruktion eines gezwirnten Produktes werden
die geometrischen und physikornechanischen Charakteristika des
3x5-Metallkords betrachtet, bei dem ein Durchmesser für den
Draht 2 von 0,18 mm verwendet wird, während bei der
Konstruktion der 7x3 und 3x0,15 + 0,265-Typen Drahtdurchmesser von 0,15
bzw. 0,265 mm verwendet werden, wobei diese Konstruktionen
beide dasselbe Bruchfestigkeitsverhalten und denselben
Bruchfestigkeitsendwert (x=2800 N/mm2) für die Drähte besitzen. Diese
Daten sind in Tabelle 2, unten, aufgeführt.
Tabelle 2
(Tabelle 2, Fortsetzung)
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Anmerkung: Die 7x3x0,15- und 3x0,15+6x0,265-Konstruktionen
erfüllen GOST 14311-85 und Std. Specs. TU 14-4-1460-87.
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Aus den in Tabelle 2 enthaltenen Daten folgt, daß der Perimeter
P der nach außen exponierten Oberfläche des Produktes
denjenigen der bisher bekannten Podukte derselben Art übersteigt und
mit dem Index der Gummi-Adhäsionsstärke in Übereinstimmung ist.
Das Summenmoment der Biegesteifigkeit W der hierin
vorgeschlagenen Konstruktion nähert sich, dem Wert nach, dem der aus
vielen Drähten bestehenden Konstruktion 7x3x0,15 mm an, was auch
gut mit dem zugehorigen Haltbarkeitsfaktor übereinstimmt.