DE69406849T2

DE69406849T2 - Behandlung eines Stahlseils

Info

Publication number: DE69406849T2
Application number: DE69406849T
Authority: DE
Inventors: Waegenaere Johan De; Luc Sabbe; Giel Frans Van
Original assignee: Bekaert NV SA
Current assignee: Bekaert NV SA
Priority date: 1993-04-20
Filing date: 1994-04-13
Publication date: 1998-03-12
Anticipated expiration: 2014-04-14
Also published as: DE69406849D1; JPH0711595A; ATE160394T1; US5487262A; ES2111834T3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Behandlung eines Stahlseils, welches zur Verstärkung von Gummiprodukten geeignet ist, worin das Stahlseil Stahldrähte umfaßt (siehe z.B. GB-A-2 028 393).
Stahlseile sind weitgehend bekannt und werden zur Verstärkung von Gummiprodukten, wie z.B. Reifen, Förderbändern, Einstellbändern und Schläuchen, verwendet.
Um ihre Verstärkungsfunktion in einer geeigneten Art und Weise zu erfüllen, müssen die Stahlseile eine hohe Zugfestigkeit, eine ausreichende Kompressionsfestigkeit, wenn sie einmal in Gummi eingebettet sind, eine gute Ermüdungs- und Korrosionsfestigkeit, eine ausreichende Anhaftung an Gummi und eine hohe Stoßfestigkeit aufweisen.
Neben diesen "ersten" Eigenschaften, welche sich alle auf das Verhalten des Stahlseils in einer Gummimatrix beziehen, fordert die Gummiindustrie, und insbesondere die Reifenindustrie, andere Eigenschaften, welche die Stahlseile aufweisen müssen. Diese anderen Eigenschaften beziehen sich, im Gegensatz zu den ersten Eigenschaften, alle auf die Verarbeitbarkeit der Stahlseile beim Handhaben der Stahlseile während der Herstellung beispielsweise von Reifen. Beispiele dieser "zweiten" Eigenschaften sind das Nichtvorhandensein von Resttorsionen, die Geradigkeit, das Nichtvorhandensein eines Erweiterns nach außen, ...
Sowohl die ersten als auch die zweiten Eigenschaften müssen zwischen eng definierten Grenzen liegen. Es für Seilhersteller ist eine schwierige Aufgabe, wenn nicht eine unmögliche, alle diese Erfordernisse zu erfüllen.
Diese Aufgabe wird durch die Tatsache erschwert, daß während des gesamten Herstellungsvorgangs eines Stahlseils das Ergebnis von Maßnahmen, die zum Erfüllen einer Eigenschaft getroffen werden, vollständig oder teilweise durch Maßnahmen zunichte gemacht wird, die getroffen werden, um eine weitere Eigenschaft in dem stromabwärts gelegenen Teil des Verfahrens zu erfüllen. Die Konsequenz ist, daß ein Kompromiß gesucht werden muß oder daß einer oder mehreren Eigenschaften Vorzug bezüglich den anderen Eigenschaften gegeben werden muß.
Als ein erstes Beispiel geht ein Teil der Zugfestigkeit der Stahldrähte während des nachfolgenden Verwindungs- bzw. Verzwirnungsvorgangs verloren.
Als ein zweites Beispiel kann ein Teil des Vorformungsausmaßes während des stromabwärtigen Falschzwirnens oder während des stromabwärtigen Gerademachens verlorengehen.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Erfüllen einiger der Stahlseileigenschaften zu vereinfachen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Erreichen einiger Stahlseileigenschaften unabhängig von dem Erreichen anderer Stahlseileigenschaften zu machen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Stahlseils mit hoher Dehnung vorzusehen, welches ein steuerbares Ausmaß an Resttorsionen aufweist und welches eine steuerbare Offenheit und eine ausreichende und steuerbare Dehnung aufweist.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Stahlseils vorzusehen, welches ein steuerbares Ausmaß an Resttorsionen aufweist und welches eine ausreichende und steuerbare Offenheit und eine ausreichende und steuerbare P.L.E. (Teillastdehnung, hinsichtlich der Definition siehe unten) aufweist.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Behandlung eines Stahlseils vorgesehen, welches zur Verstärkung von Gummiprodukten geeignet ist. Das Stahlseil umfaßt Stahldrähte, welche zu einer End-Verzwirnungsganghöhe verzwirnt worden sind.
Das Verfahren umfaßt
- einen Schritt (i) zum plastischen Verformen der Stahldrähte durch Überzwirnen des Stahlseils bis zu einer Verzwirnungsganghöhe, welche kleiner ist als die End- Verzwirnungsganghöhe;
- einen Schritt (ii) zum Entzwirnen des Stahlseils bis zu der End-Verzwirnungsganghöhe;
- einen Schritt (iii) zum weiteren Entzwirnen des Stahlseils bis zu einer Verzwirnungsganghöhe, welche größer ist als die End-Verzwirnungsganghöhe;
- einen Schritt (iv) zum erneuten Verzwirnen des Stahlseils bis zu seiner End-Verzwirnungsganghöhe.
Die Schritte (i) und (ii) werden unter einer ersten Spannung durchgeführt. Die Schritte (iii) und (iv) werden unter einer zweiten Spannung durchgeführt. Die zweite Spannung ist kleiner als die Hälfte der ersten Spannung.
Die Ausdrücke "Verfahren zur Behandlung eines Stahlseils" bedeuten nicht notwendigerweise, daß das Verfahren nur als eine sogenannte Nachbehandlung bei einem bereits fertiggestellten Stahlseil durchgeführt werden kann. Die Ausdrücke "Verfahren zur Behandlung eines Stahlseils" umfassen ferner Verfahren zur Herstellung eines Stahlseils, wobei das Verfahren die vorangehenden Schritte (i) bis (iv) umfaßt, die an einem Satz von Stahldrähten durchgeführt werden, die gerade in einem stromaufwärtigen Schritt verzwirnt oder verkabelt worden sind.
Das Überzwirnen des Stahlseils bedeutet das Verzwirnen des Stahlseils bis eine Verzwirnungsganghöhe erreicht ist, welche kleiner ist als die Verzwirnungsganghöhe vor dem Überzwirnen.
Das plastische Verformen der Stahldrähte durch Überzwirnen des Stahlseils bedeutet, daß das Ausmaß des Überzwirnen derart ist, daß die Stahldrähte über ihre elastische Grenze hinaus verformt werden. Das plastische Verformen der Stahldrähte durch Überzwirnen kann den Krümmungsradius der Stahldrähte in einer steuerbaren Art und Weise verringern. Je höher das Ausmaß des Überzwirnens in dem plastischen Bereich ist, desto kleiner ist der Krümmungsradius.
Ein kleiner Krümmungsradius entspricht, wenn er klein genug ist, einer offenen Seilstruktur, welche das Eindringen von Gummi gestattet, selbst wenn das Seil unter eine Zugspannung von ungefähr zwanzig bis fünfzig Newton gebracht wird. Diese Offenheit bei Zugtorsionen zwischen zwanzig und fünfzig Newton kann quantitativ durch einen P.L.E. -Wert im Falle eines Einzelstrangaufbaus des 1xn-Typs angegeben werden.
P.L.E. bedeutet eine Teillastdehnung und ist die Dehnung des Seils bei einer vorbestimmten Zugspannung zwischen zwanzig und fünfzig Newton.
Im Falle von Stahlseilen mit starker Dehnung bestimmt das Ausmaß der plastischen Verformung der Stahldrähte in großem Ausmaß die Gesamtdehnung beim Brechen des Stahlseils.
Die nachfolgenden und stromabwärtigen Schritte (iii) und (iv) werden durchgeführt, um die Anzahl an Resttorsionen auf Null oder einen vorbestimmten Wert zu bringen.
Der Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß während der Schritte (iii) und (iv) das Stahlseil nicht derart gedehnt wird, daß der kleine Krümmungsradius der Stahldrähte wieder vergrößert wird. Dies wird durch Aufdrehen bzw. Entzwirnen des Stahlseils unter einer geringen Spannung erreicht, d.h. einer Spannung, welche kleiner ist als die Hälfte der Überzwirnungsspannung. Mit anderen Worten, die plastische Verformung der Drähte wird während der Schritte (iii) und (iv) nicht wesentlich modifiziert.
Wenn beispielsweise das Stahlseil zwei bis fünf Stahldrähte mit einem Drahtdurchmesser zwischen 0,10 mm und 0,40 mm umfaßt, dann ist die Entzwirnungsspannung kleiner als 25 Newton, vorzugsweise kleiner als 20 Newton oder 15 Newton, z.B. ungefähr 10 Newton.
Gemäß einem weiteren Beispiel kann das Stahlseil ein Seil mit hoher Dehnung sein. Ein derartiges Seil umfaßt zwei bis sieben Stränge. Jeder Strang umfaßt zwei bis sieben Stahldrähte mit einem Drahtdurchmesser zwischen 0,10 mm und 0,35 mm. Die Verzwirnungsrichtung der Drähte in einem Strang ist gleich der Verzwirnungsrichtung der Stränge in dem Seil mit hoher Dehnung. Die Bruchdrehnung eines Seils mit hoher Dehnung liegt herkömmlicherweise im Bereich von 5 bis 10 %.
Die Schritte (i) und (ii) können vermittels eines ersten Falschzwirners durchgeführt werden. Die Umdrehungsgeschwindigkeit des Überzwirners bestimmt das Ausmaß der Überzwirnung und daher ebenso das Ausmaß der plastischen Verformung der Stahldrähte.
Die Schritte (iii) und (iv) können vermittels eines zweiten Falschzwirners durchgeführt werden.
Die Umdrehungsgeschwindigkeit des zweiten Falschzwirners ist praktischerweise kleiner als die Umdrehungsgeschwindigkeit des ersten Falschzwirners.
Wie weiter detaillierter erklärt werden wird, sind Ausführungsformen möglich, bei welchen der zweite Falschzwirner sich in entgegengesetzter Richtung zum ersten Falschzwirner dreht, ebenso, wie wenn der zweite Falschzwirner sich in der gleichen Richtung dreht wie der erste Falschzwirner.
Das Verfahren kann ferner die Schritte des Gerademachens des Stahlseils und/oder des Aufrollens/Walzens des Stahlseils umfassen.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Einrichtung zum Durchführen einer Behandlung eines Stahlseils vorgesehen. Die Einrichtung umfaßt die folgenden aufeinanderfolgenden Einheiten:
(i) ein Überzwirnungsmittel,
(ii) ein Durchziehmittel,
(iii) ein Entzwirnungsmittel.
Das Durchziehmittel zieht das Stahlseil durch die komplette Einrichtung. Stromaufwärts des Durchziehmittels muß die Spannung hoch genug sein, um die auf den stromaufwärtigen Teil des Stahlseils ausgeübte Reibung zu kompensieren. Stromabwärts des Durchziehmittels kann die Spannung geringer sein, d.h. gerade hoch genug, um nur die Reibung zu kompensieren, welche durch den verbleibenden stromabwärtigen Teil der Einrichtung auf das Stahlseil ausgeübt wird.
Das Überzwirnungsmittel ist ein erster Falschzwirner, das Durchziehmittel ist eine Kapstan-Einrichtung, und das Entzwirnungsmittel ist ein zweiter Falschzwirner.
Die Erfindung wird nun detaillierter mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, worin
FIGUR 1 eine schematische Konfiguration einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
FIGUR 2 eine schematische Konfiguration einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wenn man von der rechten Seite in FIGUR 1 ausgeht, so werden drei Stahldrähte 2 von drei Rollen 4 gezogen und zu einem Doppelverzwirner über eine Führungsscheibe 6 geführt, wo die Drähte eine erste Torsion erhalten. Die verzwirnten bzw. verwundenen Stahldrähte 2 werden weiter durch einen Flyer 8 zu einer Umkehrscheibe 10 geführt, wo die Fasern eine zweite Torsion empfangen. Nach der Umkehrscheibe 10 hat das Stahlseil bereits seine End-Verzwirnungsganghöhe erhalten.
Das Stahlseil 12 geht durch einen ersten Falschzwirner 14, welcher das Stahlseil bis zu einer Verzwirnungsganghöhe überdreht bzw. überzwirnt, welche kleiner ist als die End- Verzwirnungsganghöhe, und welcher nachfolgend das Stahlseil bis zu seiner End-Verzwirnungsganghöhe aufdreht bzw. entzwirnt. Der Falschzwirner 14 kann ein Paar von Scheiben 16, 18 umfassen, um welche das Stahlseil 12 mehrmals gewickelt werden kann.
Falschzwirner sind im Stand der Technik bekannt. Beispielsweise beschreibt die US-A-3,771,304 einen Falschzwirner, welcher als Überzwirner arbeitet.
In der Zone unmittelbar stromaufwärts des Falschzwirners 14 ist die Verzwirnungsganghöhe des Stahlseils verringert, d.h. der Krümmungsradius der Aufbau-Stahldrähte 2 ist verringert. Wenn die Geschwindigkeit des Falschzwirners 14 bezüglich der Durchziehgeschwindigkeit des Stahlseils 12 hoch genug ist, dann werden die Stahldrähte 2 plastisch verformt.
Ein Kapstan/Spill 20 dient als eine Antriebseinheit und zieht das Stahlseil 12 durch die stromaufwärtigen Teile der Einrichtung. Die Spannung stromaufwärts des Kapstans 20 ist im Bereich von 40 bis 70 Newton, die Spannung stromabwärts des Kapstans 20 ist unter der Hälfte der Spannung stromaufwärts des Kapstans 20 und kann 10 bis 20 Newton sein.
Ein zweiter Falschzwirner 22 dreht sich in entgegengesetzter Richtung zum ersten Falschzwirner 14 und entzwirnt das Stahlseil 12 teilweise weiter bis zu einer Verzwirnungsganghöhe, welche größer ist als die End-Verzwirnungsganghöhe, und verzwirnt nachfolgend das Stahiseil erneut auf seine End- Verzwirnungsganghöhe. Dies wird durchgeführt, um die Resttorsionen zu verringern oder zu steuern.
Wie bereits vorangehend erwähnt, ist die Entzwirnungsspannung gering. Tatsächlich muß die Entzwirnungsspannung lediglich hoch genug sein, um die Reibung in dem zweiten Falschzwirner 22 und in der Wickeleinheit 24 zu überwinden. Diese niedere Spannung verhindert, daß der kleine Krümmungsradius der plastisch verformten Stahldrähte aufgrund einer Streckung verlorengeht.
Zusammengefaßt dient der erste Falschzwirner 14 im Falle eines Einzelstrang-Stahlseils des lxn-Typs als eine Steuereinrichtung für die Offenheit, und im Falle eines Seils mit hoher Dehnung als eine Steuereinrichtung für die Dehnung, während der zweite Falschzwirner 22 als eine Steuereinrichtung für das Ausmaß der Restorsionen dient. Beide arbeiten aufgrund des niederen Spannungspegels, unter welchem der zweite Falschzwirner arbeitet, unabhängig voneinander.
Die FIGUR 2 zeigt eine schematische Konfiguration einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wenn man von der linken Seite beginnt, so werden vier Stahldrähte 3 von den Versorgungsrollen 4 abgezogen und werden zu einem Falschzwirner 14 geführt, welcher im vorangehend beschriebenen Sinne ein "erster" Falschzwirner ist. Der Falschzwirner 14 dreht sich mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit, welche höher ist als das doppelte der Umdrehungsgeschwindigkeit des Flyers 8 (die Umdrehungsgeschwindigkeit des Flyers 8 bestimmt die End-Verzwirnungsganghöhe) 4 Auf diese Art und Weise wird das Stahiseil 12 überzwirnt.
Der Kapstan 20 zeiht das Stahlseil 12 durch die stromaufwärtigen Teile der Einrichtung. Die Überzwirnungsspannung stromaufwärts des Kapstans 20 liegt im Bereich von 40 bis 70 Newton, die Spannung stromabwärts des Kapstans 20 ist unter der Hälfte der Überzwirnungsspannung und kann im Bereich von 10 bis 20 Newton liegen.
Das Stahlseil 12 wird ferner durch einen weiteren Falschzwirner 22 geleitet, welcher ein "zweiter" Falschzwirner in dem vorangehend beschriebenen Sinne ist. Der Falschzwirner 22 dreht sich in der gleichen Richtung wie der Falschzwirner 14, jedoch mit einer Geschwindigkeit, welche geringer ist als die Geschwindigkeit des Falschzwirners 14 und geringer ist als das doppelte der Umdrehungsgeschwindigkeit des Flyers 8. Das Ergebnis ist, daß das Stahlseil 12 teilweise entzwirnt wird.
Das Stahlseil 12 wird dann über eine Führungsscheibe 6, einen Flyer 8, eine Umkehrscheibe 10, einen Geraderichter 26, eine Rolle 28 und einen Kapstan 30 zu einer Aufwickeleinheit 24 geleitet. Die durch den Kapstan 28 erzeugte Spannung muß nur hoch genug sein, um die durch die Teile der Einrichtung, welche stromabwärts des Kapstans 20 liegen, erzeugte Reibung zu kompensieren, und ist wesentlich geringer als die Spannung, welche durch den ersten Kapstan 20 erzeugt wird. Es muß darauf geachtet werden, daß die plastische Verformung der Stahldrähte 12 während der anderen stromabwärtigen Behandlungen, wie z.B. das Rollen/Walzen und/oder Gerademachen, nicht zerstört wird.
Wie in der Ausführungsform der FIGUR 1 dient der Falschzwirner 14 im Falle eines Einzeistrangaufbaus des Typs 1xn als eine Steuereinrichtung für die Offenheit des Stahlseils, und im Falle eines Seils mit hoher Dehnung als eine Steuereinrichtung für die Dehnung, wogegen der Falschzwirner 22 als eine Steuereinheit für die Resttorsionen des Seils dient.

Claims

1. Verfahren zur Behandlung eines Stahlseils (12), welches zur Verstärkung von Gummiprodukten geeignet ist, wobei das Stahlseil Stahldrähte (2) umfaßt, welche auf eine End-Verzwirnungsganghöhe verzwirnt worden sind, wobei das Verfahren umfaßt

- einen Schritt (i) zum plastischen Verformen der Stahldrähte durch Überzwirnen des Stahlseils bis zu einer Verzwirnungsganghöhe, welche kleiner ist als die End-Verzwirnungsganghöhe,

- ein Schritt (ii) zum Entzwirnen des Stahlseils bis zu der End-Verzwirnungsganghöhe,

- einen Schritt (iii) zum weiteren Entzwirnen des Stahlseils bis zu einer Verzwirnungsganghöhe, welche größer ist als die End-Verzwirnungsganghöhe,

- einen Schritt (iv) zum erneuten Verzwirnen des Stahlseils auf seine End-Verzwirnungsganghöhe, wobei die Schritte (i) und (ii) unter einer ersten Spannung durchgeführt werden und die Schritte (iii) und (iv) unter einer zweiten Spannung durchgeführt werden, wobei die zweite Spannung kleiner ist als die Hälfte der ersten Spannung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Stahlseil (12) zwei bis fünf Stahldrähte (2) umfaßt, welche einen Drahtdurchmesser zwischen 0,10 mm und 0,40 mm aufweisen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, worin die zweite Spannung kleiner als 25 Newton ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2, worin das Ausmaß des Überzwirnens in dem Schritt (i) zum Bestimmen der End-Teillastdehnung des Stahlseils (12) eingestellt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2, worin das Ausmaß des weiteren Entzwirnens in dem Schritt (iii) zum Bestimmen der Endzahl der Resttorsionen in dem Stahlseil (12) eingestellt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Stahiseil (12) ein Seil mit hoher Dehnung ist, umfassend zwei bis sieben Stränge, wobei jeder Strang zwei bis sieben Drähte (2) mit einem Drahtdurchmesser zwischen 0,10 und 0,35 mm umfaßt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, worin das Ausmaß des Überzwirnens in dem Schritt (i) zum Bestimmen der Enddehnung des Stahlseils (12) eingestellt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6, worin das Ausmaß des weiteren Entzwirnens in dem Schritt (iii) zum Bestimmen der Endzahl an Resttorsionen des Stahlseils (12) eingestellt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Schritte (i) und (ii) vermittels eines ersten Falschzwirners (14) durchgeführt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, worin die Schritte (iii) und (iv) vermittels eines zweiten Falschzwirners (22) durchgeführt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, worin der zweite Falschzwirner (22) sich in der anderen Richtung dreht als der erste Falschzwirner (14).

12. Verfahren nach Anspruch 10, worin der zweite Falschzwirner (22) sich in der gleichen Richtung dreht wie der erste Falschzwirner (14).

13. Verfahren nach Anspruch 9, worin die Umdrehungsgeschwindigkeit des zweiten Falschzwirners (22) keiner ist als die Umdrehungsgeschwindigkeit des ersten Falschzwirners (14).

14. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Verfahren einen weiteren Schritt zum Gerademachen des Stahlseils (12) umfaßt.

15. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Verfahren einen weiteren Schritt zum Aufrollen des Stahlseils (12) umfaßt.

16. Einrichtung zum Durchführen einer Behandlung eines Stahlseils (12), wobei die Einrichtung als aufeinanderfolgende Einheiten umfaßt:

(i) ein Überzwirnungsmittel,

(ii) ein Durchziehmittel,

(iii) ein Entzwirnungsmittel.

17. Einrichtung nach Anspruch 16, worin das Überzwirnungsmittel ein erster Falschzwirner (14) ist, das Durchziehmittel ein Kapstan (20) ist und das Entzwirnungsmittel ein zweiter Falschzwirner (22) ist.