WO1998013546A1

WO1998013546A1 - Stahlcord und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: WO1998013546A1
Application number: PCT/EP1997/005195
Authority: WO
Inventors: Siegfried Doujak
Original assignee: Drahtcord Saar Gmbh & Co. Kg
Priority date: 1996-09-23
Filing date: 1997-09-22
Publication date: 1998-04-02
Also published as: AU4556297A; DE19638984A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stahlcord, insbesondere zur Verstärkung von Gummi- oder Kunststoffartikeln, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung. Der Stahlcord besteht aus einer Litze (10), die wenigstens zwei Einzelfilamente (20) aufweist. Die Einzelfilamente (20) sind spiralförmig umeinander gelegt. Erfindungsgemäß weist auch die Litze (10) die Form einer Spirale auf. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des Stahlcords werden zunächst mindestens zwei Litzen (10a) mit wenigstens zwei Einzelfilamenten gebildet, wobei die Einzelfilamente spiralförmig umeinander gelegt werden. Die Litzen (10a) werden von Spulen (30) abgezogen und mittels einer Lochscheibe (40) zu einem Strang zusammengefaßt. Der Strang wird in einem Falschdraller (50) verdrillt und plastisch verformt. Anschließend wird der verdrillte und plastisch verformte Strang beim Verlassen des Falschdrallers (50) aufgedreht. Die resultierenden, spiralförmigen Litzen (10b) werden mittels Aufwickelspulen (60) aufgewickelt.

Description

Stahlcord und Verfahren zu dessen Herstellung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stahlcord, insbesondere zur Verstärkung von Gummi- oder Kunststoffartikeln sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Stahlcorde der vorstehend genannten Art sind bekannt. Sie dienen beispielsweise als Einlagen für Luftreifen für Kraftfahrzeuge zur Verbesserung deren Fahreigenschaften, Dynamik, Stabilität und zur Verlängerung ihrer Lebensdauer. Darüber hinaus werden Stahlcorde zur Verstärkung von Schläuchen, Förderbändern und anderen Gummiartikeln eingesetzt. Üblicherweise bestehen solche Stahlcorde aus einer Litze, die wenigstens zwei Einzelfilamente aufweist, wobei die Einzelfilamente spiralförmig umeinander gelegt sind.

Ein Verfahren zur Herstellung spiralförmiger Einzelfilamente ist aus der DE-OS-44 09 1 82 bekannt. Bei diesem Verfahren werden zwei oder mehr unverformte Einzeldrähte miteinander verseilt. Dazu werden die Einzeldrähte unter entsprechender Spannung zunächst in einer Richtung und anschließend in umgekehrter Richtung verdreht. Durch Aufdrehen des so erhaltenen Cords erhält man eine entsprechende Anzahl von Einzeldrähten, die auf Grund der plastischen Verformung bei der Verseilung eine gewellte oder spiralige Geometrie aufweisen. Darüber hinaus ist in der US-PS-4, 545, 1 90 ein metallisches Kabel beschrieben, das einen Strang aus identischen, in Form einer Helix verdrillten Einzeldrähten umfaßt.

Bei solchen, insbesondere zur Verstärkung von Gummi- oder Kunststoffartikeln verwendeten Stahlcorden werden hohe Anforderungen an die Bruchdehnung gestellt. Stahlcorde der eingangs genannten Art weisen jedoch nur eine begrenzte Bruchdehnung auf. In manchen Anwendungsfällen ist es jedoch wünschenswert, Stahlcorde mit relativ hohen Dehnungen zu verwenden. Solche Stahlcorde sollten dazu auch kostengünstig herzustellen und praktisch frei von Restspannung sein, damit sie auf einfache Weise verarbeitbar sind.

Aus der DE-OS-41 35 599 sind textile Festigkeitsträger für Reifen bekannt, die aus mindestens zwei verschiedenen Filamentarten aufgebaut sind. Die unterschiedlichen Filamentarten, die sich insbesondere hinsichtlich ihres E-Moduls unterscheiden, sorgen für eine erhöhte Bruchdehnung der textilen Festigkeitsträger.

Ausgehend vom genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, einen Stahlcord zu schaffen, der eine besonders hohe Bruchdehnung aufweist.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt in der Bereitstellung eines Verfahrens, mit dem ein solcher Stahlcord hergestellt werden kann.

Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Stahlcord vorgeschlagen, bei dem die Litze die Form einer Spirale aufweist. Da die Lit- ze wiederum aus mindestens zwei Einzelfilamenten aufgebaut ist, die spiralförmig umeinandergelegt sind, weist die Litze letztendlich eine doppelte spiralförmige Kontur auf. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Litze wird ein Drahtcord geschaffen, der über eine hohe Bruchdehnung verfügt.

Gemäß bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung weist die Litze vier, sieben oder neunzehn Einzelfilamente auf.

Die Einzelfilamente können spiralförmig linksgängig oder rechtsgängig umeinander gelegt sein.

Vorteilhaft ist der Außendurchmesser der Spirale, die durch die Litze gebildet wird, größer als der Durchmesser der Litze selbst. In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist der Außendurchmesser der Spirale bis zu dreimal so groß wie der Durchmesser der Litze.

Erfindungsgemäß liegt die Ganghöhe der durch die Litze gebildeten Spirale zwischen 2,5 und 25 mm, vorzugsweise zwischen 4 und 1 5 mm, besonders bevorzugt bei 5,3 mm. Die Ganghöhe der Litze wiederum liegt erfindungsgemäß zwischen 3,5 und 20 mm, vorzugsweise zwischen 3,5 und 1 0 mm, bevorzugt bei 3,7 mm. Dabei kann der Durchmesser der Einzelfilamente zwischen 0, 1 5 und 0,50 mm, vorzugsweise zwischen 0,20 und 0,38 mm, bevorzugt bei 0,22 mm liegen.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Stahlcords lassen sich Bruchdehnungen erreichen, die in einem Bereich von 4 % des 20 % liegen. Erfindungsgemäß weist der Stahlcord keine Resttorsionsspannungen auf. Daher läßt er sich besonders gut und einfach weiterverarbeiten, was sich insbesondere bei der Einarbeitung in Reifen beim Vulkanisationsprozeß als vorteilhaft erweist. Auch gehen von dem in den Reifen eingearbeiteten Stahlcord keine das Laufverhalten und die Dynamik des Reifens beeinträchtigenden Kräfte und Drehmomente aus.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stahlcords haben die durch die Litze gebildete Spirale und die durch die Einzelfilamente gebildete Litze die gleiche Gangrichtung.

Zur weiteren Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe wird ein Verfahren zur Herstellung eines wie vorstehend beschriebenen Stahlcords vorgeschlagen, das folgende Schritte umfaßt: Zunächst werden mindestens zwei Litzen mit wenigstens zwei Einzelfilamenten gebildet, wobei die Einzelfilamente spiralförmig umeinander gelegt werden. Anschließend werden die Litzen zu einem Strang zusammengefaßt. Danach wird der Strang in einem Falschdraller verdrillt und plastisch verformt. Der so verdrillte und plastisch verformte Strang wird danach beim Verlassen des Falschdrallers erneut aufgedreht.

Auf diese Weise wird ein Stahlcord mit den oben beschriebenen vorteilhaften hohen Bruchdehnungen geschaffen. Darüber hinaus gewährleistet das erfindungsgemäße vorgeschlagene Verfahren eine einfache und kostengünstige Herstellung des erfindungsgemäßen Stahlcords, da keine zusätzlichen, außerhalb der Linie stattfindenden Verlitz- und/oder Verseilvorgänge stattfinden. Vielmehr wird erfindungsgemäß der gesamte Stahlcord in einer Linie hergestellt. Vorteilhaft wird der Strang mittels eines einzigen Falschdrallers zunächst verdrillt und plastisch verformt und anschließend aufgedreht. Dazu erfolgt das Verdrillen und plastische Verformen des Strangs vorteilhaft an der Einlaufseite des Falschdrallers, während das Aufdrehen des Strangs an der Auslaufseite des Falschdrallers erfolgt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist es auch möglich, daß anstelle eines einzigen Falschdrallers zwei Falschdraller verwendet werden. In einem solchen Fall wird der Strang zunächst in dem ersten Falschdraller zum Aufbau von Resttorsionsspannungen verdrillt und plastisch verformt. In dem nachgeschalteten, zweiten Falschdraller wird der Strang im gegenläufigen Dresinn weiter verdrillt und plastisch verformt. Auch dieses Verfahren kann kontinuierlich durchgeführt werden.

Mittels wenigstens einem Falschdraller werden Resttorsionsspannungen bei den Litzen eingestellt. Die Resttorsionsspannungen werden während der Verdrillung und plastischen Verformung der Litzen sowie dem anschließenden Aufdrehen des Strangs kompensiert. Auf diese Weise wird erreicht, daß der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Stahlcord am Ende des Herstellungswegs insgesamt annähernd resttorsionsspannungsfrei ist.

Zur kontinuierlichen Durchführung des Verfahrens werden die Litzen erfindungsgemäß von Spulen abgewickelt und nach Beendigung des Verfahrens erneut auf Aufwickelspulen aufgewickelt.

Die Zusammenführung und -fassung der Litzen zu einem Strang erfolgt vorteilhaft mittels einer Lochscheibe. Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, die in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellt sind. Es zeigen:

Figur 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Stahlcords, bei dem die Litze vier Einzelfilamente aufweist;

Figur 2 eine Frontansicht auf den erfindungsgemäßen Stahlcord gemäß Figur 1 , wobei sowohl der Durchmesser der Litze als auch der Außendurchmesser der durch die Litze gebildeten Spirale ersichtlich ist;

Figur 3 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Stahlcords gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, bei dem die Litze aus neunzehn Einzelfilamenten aufgebaut ist;

Figur 4 die Frontansicht auf einen erfindungsgemäßen Stahlcord gemäß Figur 3;

Figur 5 ein Kraftdehnungsdiagramm eines erfindungsgemäßen

Stahlcords; und

Figur 6 in schematischer Darstellung ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Stahlcords.

Die. Figuren 1 bis 4 zeigen verschiedene Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Stahlcorden mit jeweils unterschiedlicher Anzahl von die Litze bildenden Einzelfilamenten 20. In den Figuren 1 und 2 ist eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stahlcords dargestellt. Der Stahlcord besteht aus einer Litze 10, die wiederum aus insgesamt vier Einzelfilamenten 20 gebildet ist. Die vier Einzelfilamente 20 sind spiralförmig umeinander gelegt. Die Ganghöhe der Litze ist mit L bezeichnet. Die Litze 1 0 hat die Form einer Spirale mit einer Ganghöhe S. Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, ist die Ganghöhe S der Spirale um ein Vielfaches größer als die Ganghöhe L der Litze. Des weiteren ergibt sich aus Figur 2, daß der Außendurchmesser D der durch die Litze 10 gebildeten Spirale größer ist als der eigentliche Durchmesser der Litze 10. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Außendurchmesser D der Spirale etwa dreimal so groß wie der Durchmesser der Litze 10.

In den Figuren 3 und 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Stahlcords dargestellt. Bei diesem Stahlcord ist die Litze 10 aus neunzehn Einzelfilamenten 20 gebildet. Die Ganghöhe L' der Litze 10 ist wegen der größeren Anzahl der Einzelfilamente um einiges größer als die Ganghöhe L des in Figur 1 dargestellten Stahlcords. Des weiteren ist auch die Ganghöhe S' der Spirale größer als die Ganghöhe S der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform. Schließlich läßt sich aus Figur 3 auch erkennen, daß die Ganghöhe S' der Spirale größer ist als die Ganghöhe L' der Litze 10. Wie in Figur 4 dargestellt ist, ist der Außendurchmesser D' der Spirale wiederum etwa dreimal so groß wie der Durchmesser der Litze 10 selbst.

In den beiden Ausführungsformen gemäß den Figuren 1 bis 4 haben die durch die Litze 10 gebildete Spirale und die durch die Einzelfilamente 20 gebildete Litze 10 jeweils die gleiche Gangrichtung. Es sind natürlich auch Stahlcorde mit einer Litze denkbar, die eine noch größere Anzahl von Einzelfilamenten aufweist. Mit zunehmender Zahl der Einzelfilamente wird der Außendurchmesser der durch die Litze gebildeten Spirale größer. Da der Außendurchmesser der Spirale einen bestimmten Wert nicht überschreiten sollte, muß bei einer größeren Anzahl von Einzelfilamenten der Durchmesser der jeweiligen Einzelfilamente kleiner gewählt werden. Die Ganghöhe und Gangrichtung der Spirale ist abhängig von der Abziehgeschwindigkeit und Drehzahl sowie Drehrichtung des Falschdrallers. Durch die spiralförmige Ausgestaltung der Litze wird ein Stahlcord geschaffen, der im Vergleich zu herkömmlichen Stahlcorden verbesserte Bruchdehnungseigenschaften aufweist.

In Figur 5 ist ein Kraft-Dehnungsdiagramm für einen beispielhaften Stahlcord gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der Stahlcord besteht aus einer Litze 10, die wiederum aus vier Einzelfilamenten 20 gebildet ist. Jedes dieser Einzelfilamente 20 hat einen Durchmesser von 0,22 mm. Die Ganghöhe L der Litze 10 beträgt 3,75 mm, und die Ganghöhe S der Spirale beträgt 5,3 mm. Litze und Spirale haben im vorliegenden Beispiel eine linksgängige Gangrichtung. Wie sich aus Figur 5 ergibt, weist der Stahlcord bei einer maximalen Kraft von 335 N eine maximale Bruchdehnung von 1 2,71 % auf. Im Vergleich zu herkömmlichen Stahlcorden, die eine Bruchdehnung im Bereich zwischen 2 und 6 % aufweisen, bedeutet dies eine Steigerung der Bruchdehnung um über 1 00 %.

Figur 6 veranschaulicht in schematischer Darstellung ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines in den Figuren 1 bis 4 dargestellten erfindungsgemäßen Stahlcords. In einem ersten Arbeitsschritt (nicht dargestellt) werden zwei Litzen aus mindestens zwei Einzelfilamenten hergestellt. Die Herstellung dieser Litzen kann beispielsweise auf Doppelschlagmachinen erfolgen. Mittels eines Falschdrallers können gleichzeitig auch vorbestimmte Resttorsionsspannungen in der gebildeten Litze eingestellt werden. Die Resttorsionsspannungen werden vorteilhaft so eingestellt, daß sie im nachfolgenden zweiten Arbeitsschritt, in dem die Litzen spiralisiert werden, restlos kompensiert werden.

Während des zweiten Arbeitsschritts werden zwei Litzen 1 0a jeweils von einer Spule 30 abgezogen. Die Litzen 10a werden über Umlenkrollen 35 hin zu einer Lochscheibe 40 geführt, wo sie zu einem Strang zusammengefaßt werden. Zur zusätzlichen Einstellung von Resttorsionsspannungen ist es möglich, jeweils zwischen der Spule 30 und der Umlenkrolle 35 wenigstens einen weiteren Falschdraller vorzusehen. Der aus den zwei Litzen 10a bestehende Strang tritt nach dem Verlassen der Lochscheibe 40 in einen Falschdraller 50 ein. Dabei werden die im Strang zusammengefaßten Litzen 10a an der Einlaufseite des Falschdrallers 50 umeinander verdrillt und plastisch verformt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel läuft der Falschdraller während des Verdrillvorgangs rechtssinnig, das heißt im Uhrzeigersinn, um. Das Aufdrehen des Strangs erfolgt an der Auslaufseite des Falschdrallers 50, wodurch sich die erfindungsgemäßen spiralförmig geformten Litzen 1 0b bilden. Die resultierenden, spiralförmig geformten Litzen werden nach dem Verlassen des Falschdrallers 50 auf Aufwickelspulen 60 aufgewickelt. Der Durchmesser und die Ganghöhe, bzw. die Gangrichtung der Spirale wird durch den Durchmesser der eingesetzten Litzen 10a, deren Anzahl beim Spiralisierungsprozeß im Falschdraller 50, der Um- drehungsgeschwindigkeit sowie der Umdrehungsrichtung des Falschdrallers und der Abziehgeschwindigkeit definiert.

Alternativ ist es denkbar, daß dem Falschdraller 50 ein weiterer Falschdraller (nicht dargestellt) nachgeschaltet wird. Dieser weitere Falschdraller weist eine zum Falschdraller 50 gegenläufige Drehrichtung auf. Bei einem Verfahren gemäß dieser zweiten Ausführungsform wird der aus den Litzen 10a bestehende Strang zunächst im Falschdraller 50 verdrillt und plastisch verformt. Danach wird der so verdrillte und verformte Strang dem weiteren Falschdraller zugeführt. Durch die Tatsache, daß der weitere Falschdraller eine zum Falschdraller 50 gegenläufige Drehrichtung hat, wird der verdrillte Strang in dem weiteren Falschdraller weiter verdrillt und plastisch verformt. Auch bei dem Verfahren gemäß dieser zweiten Ausführungsform wird ein Stahlcord geschaffen, bei dem die Litze die Form einer Spirale hat.

Der vorgeschlagene erfindungsgemäße Stahlcord ist einfach und kostengünstig herstellbar und zeichnet sich durch hervorragende Eigenschaften, insbesondere bei seinem Bruchdehnungsverhalten aus. Weiterhin weist der erfindungsgemäße Stahlcord eine hohe Ermüdungsfestigkeit auf. Dabei läßt er sich leicht weiterverarbeiten, da die Resttorsionsspannungen nach außen hin aufgehoben sind.

Claims

Patentansprüche

1 . Stahlcord, insbesondere zur Verstärkung von Gummi- oder Kunststoff artikeln, mit einer Litze ( 1 0), die wenigstens zwei Einzelfilamente (20) aufweist, wobei die Einzelfilamente (20) spiralförmig umeinander gelegt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Litze (10) die Form einer Spirale aufweist.

2. Stahlcord nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Litze (10) vier, sieben oder neunzehn Einzelfilamente (20) aufweist.

3. Stahlcord nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelfilamente (20) spiralförmig linksgängig oder rechtsgängig umeinander gelegt sind.

4. Stahlcord nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser (D, D') der Spirale, die durch die Litze (10) gebildet wird, größer ist als der Durchmesser der Litze (10) selbst, vorzugsweise bis zu dreimal so groß.

5. Stahlcord nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ganghöhe (S, S') der durch die Litze (10) gebildeten Spirale zwischen 2,5 und 25 mm, vorzugsweise zwischen 4 und 1 5 mm, vorzugsweise bei 5,3 mm liegt.

6. Stahlcord nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ganghöhe (L, L') der Litze (1 0) zwischen 3,5 und 20 mm, vorzugsweise zwischen 3,5 und 1 0 mm, vorzugsweise bei 3,7 mm liegt.

7. Stahlcord nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Einzelfilamente (20) zwischen 0, 1 5 und 0,50 mm, vorzugsweise zwischen 0,20 und 0,38 mm, vorzugsweise bei 0,22 mm liegt.

8. Stahlcord nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bruchdehnung des Stahlcords im Bereich von 4 bis 20 %, vorzugsweise im Bereich von 7 bis 20 %, vorzugsweise im Bereich von 1 0 bis 20 %, vorzugsweise bei 12,71 % liegt.

9. Stahlcord nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahlcord keine Resttorsionsspannungen aufweist.

10. Stahlcord nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Litze (10) gebildete Spirale und die durch die Einzelfilamente (20) gebildete Litze ( 1 0) die gleiche Gangrichtung haben.

1 . Verfahren zur Herstellung eines Stahlcords gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

(A) mindestens zwei Litzen (1 0a) werden mit wenigstens zwei Einzelfilamenten (20) gebildet, wobei die Einzelfilamente (20) spiralförmig umeinander gelegt werden;

(B) die Litzen (10a) werden zu einem Strang zusammengefaßt;

(C) der Strang wird in einem Falschdraller (50) verdrillt, plastisch verformt und bei Auslauf aus dem Falschdraller (50) wieder aufgedreht.

2. Verfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Strang mittels eines einzigen Falschdrallers (50) zunächst verdrillt und plastisch verformt und anschließend aufgedreht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdrillen und plastische Verformen des Strangs an der Einlaufseite des Falschdrallers (50) und das Aufdrehen des Strangs an der Auslaufseite des Falschdrallers (50) erfolgt.

14. Verfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Strang durch den Falschdraller (50) verdrillt und plastisch verformt wird und daß der Strang durch einen weiteren Falschdraller, der dem Falschdraller (50) nachgeschaltet ist und eine zum Falschdraller (50) gegenläufige Drehrichtung aufweist, weiter verdrillt und plastisch verformt und beim Auslauf aus diesem Falschdraller aufgedreht wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 1 4, dadurch gekennzeichnet, daß mittels wenigstens einem Falschdraller erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 1 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch den wenigstens einen Falschdraller Resttorsionsspannungen in den Litzen ( 1 0a) eingestellt werden, die während der Verdrillung und plastischen Verformung sowie dem anschließenden Aufdrehen des Strangs kompensiert werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 1 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Litzen (1 0a) von Spulen (30) abgezogen werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 1 7, dadurch gekennzeichnet, daß die spiralförmigen Litzen (10b) nach dem Aufdrehen des Strangs auf Aufwickelspulen (60) aufgewickelt oder direkt weiter verarbeitet werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 1 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Litzen ( 1 0a) mittels einer Lochscheibe (40) zusammengeführt und -gefaßt werden.