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DE69516259T2 - Stahlseile zur Verstärkung elastomerer Erzeugnisse - Google Patents

Stahlseile zur Verstärkung elastomerer Erzeugnisse

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DE69516259T2
DE69516259T2 DE69516259T DE69516259T DE69516259T2 DE 69516259 T2 DE69516259 T2 DE 69516259T2 DE 69516259 T DE69516259 T DE 69516259T DE 69516259 T DE69516259 T DE 69516259T DE 69516259 T2 DE69516259 T2 DE 69516259T2
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DE
Germany
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filament
cord
layer
filaments
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Kuriya Yoshinori
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Bridgestone Corp
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Bridgestone Corp
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ropes Or Cables (AREA)
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  • Tyre Moulding (AREA)
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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Stahlcordfäden, die eine verbesserte Ermüdungsfestigkeit haben und ihre Zugfestigkeit besser behalten, sowie auf Super-Radialluftreifen für Lastwagen und Busse und Lieferwagen, die eine verbesserte Reifenhaltbarkeit haben, da bei ihnen solche Stahlcordfäden als Karkassenlagen-Cordfäden verwendet werden.
  • Die Stahlfilamente, aus denen der Stahlcordfaden besteht, reiben sich während des Laufs eines Reifens im allgemeinen aneinander, so daß die Querschnittsfläche des Stahlfilaments infolge der Reibung verringert wird, wodurch die Zugfestigkeit des Stahlcordfadens abnimmt. Wenn die Verringerung der Querschnittsfläche bei dem Stahlfilament nur bei einem Teil des Cordfadens beträchtlich ist, kann ein solches Stahlfilament durch einen Spannungsstoß oder wiederholtes Biegen leicht brechen. Wenn das Stahlfilament einmal gebrochen ist, nimmt die Zugspannung in den restlichen Stahlfilamenten zu, und daher wird ein Ermüdungsbruch des Stahlcordfadens in unerwünschter Weise gefördert.
  • Um die Haltbarkeit des Stahlcordfadens zu erhöhen, ist es notwendig, einen vorzeitigen Bruch der Stahlfilamente bei einem Teil des Stahlcordfadens zu vermeiden. Das heißt, es ist wünschenswert, daß die Festigkeit der Stahlfilamente in dem Cordfaden gleichmäßig abnimmt.
  • Bei der vorliegenden Erfindung wurde die Abnahme der Filamentfestigkeit bei dem Karkassenlagen-Cordfaden während des Laufs eines Reifens untersucht, und zwar bei Stahlcordfäden, die eine Schichtverdrillbauweise haben und durch ein spiralförmig herumgewickeltes Wickelfilament stabilisiert sind, wobei festgestellt wurde, daß die Abnahme der Filamentfestigkeit in der äußersten Mantelschicht des Cordfadens extrem groß ist und hauptsächlich auf die Reibung an dem Wickelfilament zurückzuführen ist.
  • Der Erfinder hat nun die Stahlcordfäden weiter untersucht, wobei das Wickelfilament entfernt wurde, um Reibung zu verhindern, und er hat festgestellt, daß die Abnahme der Filamentfestigkeit in der äußersten Mantelschicht des Cordfadens geringer ist, weil infolge des nicht vorhandenen Wickelfllaments keine Reibung an dem Wickelfilament erfolgt.
  • Wenn kein Wickelfilament verwendet wird, verschlechtert sich jedoch die Bindung des Cordfadens, und die Stahlfilamente, aus denen der Cordfaden besteht, werden auseinandergedrückt, wenn der Cordfaden extrem stark gebogen wird, und als Folge davon wird bei dem Cordfaden mit der Zweischicht-Verdrillbauweise das Phänomen beobachtet, daß das Stahlfilament bricht, wenn eine anormale Einwirkung auf einen Teil des Stahlfilaments erfolgt. In diesem Fall ist die Bruchlebensdauer des Cordfadens stark verkürzt, verglichen mit dem stabilisierten Stahlcordfaden, der mit dem Wickelfilament umwickelt ist. Daher ist es erforderlich, den Cordfaden durch geeignete Mittel zurückzuhalten, um die Verschlechterung der Cordfaden-Lebensdauer infolge einer extrem starken Biegeeinwirkung zu verhindern. Außerdem wird auf die Beschreibung von US-A-4781016 hingewiesen.
  • Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die Abnahme der Filamentfestigkeit in der äußersten Mantelschicht des Stahlcordfadens einer Karkassenlage dadurch zu verhindern, daß die Reibung zwischen dem Wickelfilament und dem Stahlfilament in der äußersten Mantelschicht vermindert wird, während die Bindung der Stahlfilamente in dem Cordfaden aufrechterhalten wird, und eine anormale Einwirkung auf das Stahlfilament während einer starken Biegung des Cordfadens unter Kontrolle gehalten wird.
  • Gemäß der Erfindung wird ein Stahlcordfaden zur Verstärkung von Gummierzeugnissen verwirklicht, der eine Dreischicht-Verdrillbauweise hat, aufweisend eine Kernschicht, die aus einem einzigen Stahlfilament besteht eine erste Mantelschicht, die aus sechs um die Kernschicht herum angeordneten Stahlfilamenten besteht, und eine zweite Mantelschicht, die aus Stahlfilamenten besteht, deren Anzahl um 1 oder 2 Filamente geringer ist als die maximale Anzahl der auf einem Umkreis der ersten Mantelschicht angeordneten Stahlfilamente, wobei die Stahlfilamente bei der ersten und zweiten Mantelschicht in der gleichen Verdrillrichtung mit einer verschiedenen Verdrillsteigung verdrillt sind, ohne ein Wickelfilament zu verwenden, und die Filamentdurchmesser der Kernschicht und der Mantelschichten die folgenden Beziehungen erfüllen:
  • Ds < Dc &le; 0,20
  • Ds · 1,06 &le; ((Dc + Ds) &pi;)/6 &le; Ds · 1,1
  • wobei Ds der Filamentdurchmesser (mm) der Mantelschicht ist, und Dc der Filamentdurchmesser (mm) der Kernschicht ist.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die obigen Stahlcordfäden bei einer Karkassenlage eines Super-Radialluftreifens verwendet, der ein Querschnittsverhältnis von nicht mehr als 80% hat, wodurch die Abnahme der Filamentfestigkeit infolge Reibung zwischen dem Stahlfllament in der äußersten Mantelschicht und einem Wickelfilament unter Kontrolle gehalten werden kann, während die Bindung der Stahlfilamente in dem Cordfaden behalten wird.
  • Die Erfindung wird nun weiter beschrieben unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die Folgendes darstellen:
  • Die Fig. 1 ist eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stahlcordfadens, der eine 1 + 6 + 11-Schichtverdrillbauweise hat.
  • Die Fig. 2 ist eine schematische Schnittansicht eines als Vergleichsbeispiel dienenden Stahlcordfadens, der eine 1 + 6 + 12 + 1-Schichtverdrillbauweise hat.
  • Die Fig. 3 ist eine schematische Ansicht, die die Reibabnutzungstiefe eines Stahlfilaments wiedergibt
  • Bei dieser Art von schichtverdrilltem Cordfaden ist die Ungleichmäßigkeit bei der Abnahme der Filamentfestigkeit während des Laufs eines Reifens, insbesondere die extreme Abnahme der Filamentfestigkeit in der äußersten Mantelschicht des Cordfadens, darauf zurückzuführen, daß die Verdrillrichtung des Wickelfilaments verschieden von der Verdrillrichtung des Stahlfilaments in der äußersten Mantelschicht ist. Die Kontaktiläche zwischen dem Stahlfilament in der äußersten Mantelschicht und dem Wickelfilament ist klein, und der Kontaktdruck pro Flächeneinheit wird groß.
  • Außerdem wird während des Laufs des Reifens eine Torsionseinwirkung bei dem Karkassenlagen- Cordfaden in dem Bodenkontaktgebiet des Reifens in der Längsrichtung hervorgerufen. Wenn die Torsionseinwirkung in einer Richtung hervorgerufen wird, bei der die verdrillte Struktur der äußersten Mantelschicht gelockert wird, wird eine Torsionseinwirkung in dem Wickelfilament in Richtung einer stärkeren Verdrillung hervorgerufen, wodurch sich eine relative Bewegung zwischen dem Stahlfilament und dem Wickelfilament ergibt, wenn die Verdrillrichtung des Wickelfilaments verschieden von der Verdrillrichtung des Stahlfllaments in der äußersten Mantelschicht ist. Wenn zusätzlich zu dem großen Kontaktdruck eine große relative Bewegung hervorgerufen wird, wird die Reibung zwischen dem Wickelfilament und dem Stahlfilament in der äußersten Mantelschicht gefördert, wodurch die Querschnittsfläche des Stahlfilaments verringert wird, und daher eine Abnahme der Filamentfestigkeit in der äußersten Mantelschicht hervorgerufen wird.
  • Wenn die Verdrillrichtungen des Cordfadens bei der ersten Mantelschicht und der zweiten Mantelschicht entgegengesetzt sind, wird in ähnlicher Weise der Kontaktdruck zwischen den Stahlfilamenten dieser Schichten groß, wodurch die Reibung zwischen diesen Stahlfilamenten gefördert wird, und daher die Querschnittsfläche des Stahlfilaments verringert wird, so daß eine Abnahme der Filamentfestigkeit in diesen Mantelschichten hervorgerufen wird.
  • Außerdem löst sich der auf der Oberfläche des Stahlfilaments gebildete, plattierte Film in einem Bereich ab, wodurch die Querschnittsfläche des Stahlfllaments (abgenutzter Bereich) verringert wird, und daher das Stahlfilament in diesem Bereich leicht korrodiert, was die Widerstandsfähigkeit gegen Korrosionsermüdung bei dem Cordfaden stark beeinträchtigt.
  • Wenn ein Stahlcordfaden mit Schichtverdrillbauweise durch Verdrillen der Stahlfilamente der ersten und der zweiten Mantelschicht in der gleichen Richtung ohne Verwendung eines Wickelfllaments gebildet wird, wird keine Abnahme der Filamentfestigkeit hervorgerufen. Wenn jedoch die Stahlfilamente in jeder Mantelschicht dicht angeordnet sind, und eine große Biegekraft auf den Cordfaden ausgeübt wird, wie oben erwähnt wurde, werden diese Stahifilamente auseinandergedrückt, und in einem Teil dieser Stahlfilamente wird eine anormale Einwirkung hervorgerufen, so daß sich ein Bruch des Stahlfllaments ergibt, wodurch die Lebensdauer des Cordfadens in unerwünschter Weise verkürzt wird.
  • Dagegen wird bei dem erfindungsgemäßen Stahlcordfaden die Anzahl der Stahlfilamente in der äußersten Mantelschicht (zweiten Mantelschicht) um 1 oder 2 Filamente kleiner gemacht als die maximale Anzahl der auf einem Umkreis der innersten Mantelschicht (ersten Mantelschicht) dicht angeordneten Stahlfilamente, so daß die Stahlfilamente der äußersten Mantelschicht durch einen in die Zwischenräume zwischen den Stahlfilamenten der äußersten Mantelschicht eingedrungenen Beschichtungsgummi zurückgehalten werden, wodurch sich eine im wesentlichen gleiche Wirkung wie bei der Verwendung des Wickelfllaments ergibt. Das heißt, die Abnahme der Filamentfestigkeit kann unterdrückt werden, um die Verkürzung der Lebensdauer des Cordfadens bei Ausübung einer großen Biegekraft unter Kontrolle zu halten.
  • Gemäß der Erfindung hat der Stahlcordlbden vorzugsweise eine 1 + 6 + 11-Dreischicht- Verdrillbauweise, wie in der Fig. 1 gezeigt ist.
  • Wenn die Anzahl der Stahlfilamente in der äußersten Mantelschicht um 3 oder mehr Filamente kleiner als die maximale Anzahl der auf einem Umkreis der innersten Mantelschicht dicht angeordneten Stahlfilamente ist, wird leicht eine Abweichung der Stahlfilamente in der äußersten Mantelschicht hervorgerufen, und die Herstellung eines solchen Cordfadens wird sehr schwierig.
  • Wenn sechs Stahifilamente als eine erste Mantelschicht um ein einzelnes Stahlfilament als Kernschicht herum verdrillt werden, und alle diese Stahlfilamente den gleichen Filamentdurchmesser haben, ist die Querschnittsform der ersten Mantelschicht infolge der Verdrillung dieser Stahifilamente um den Kern herum im wesentlichen eilipsoidisch, so daß der Kontaktdruck zwischen den Stahifilamenten der ersten Mantelschicht zunimmt, wodurch die Ermüdungsfestigkeit der Stahifilamente in der ersten Mantelschicht abnimmt.
  • Daher ist festgestellt worden, daß die Verschlechterung der Ermüdungsfestigkeit wirksam verhindert werden kann, wenn der Filamentdurchmesser in der Kernschicht dicker gemacht wird als der Filamentdurchmesser in der ersten Mantelschicht, um den Kontaktdruck zwischen den Filamenten der ersten Mantelschicht zu verringern. Wenn jedoch die Differenz des Filamentdurchmessers zwischen der Kernschicht und der ersten Mantelschicht zu groß ist, können sich die Stahlfilamente der ersten Mantelschicht leicht um die Keruschicht herum bewegen, und daher nimmt die Abnutzung der Kernschicht durch Reibung an diesen Stahlfilamenten zu, wodurch die Ermüdungsfestigkeit der Kernschicht verringert wird. Um dieses Problem zu lösen, erfüllen die Filamentdurchmesser bei der Kemschicht und der ersten Mantelschicht die folgenden Beziehungen:
  • Ds < Dc &le; 0,20
  • Ds · 1,06 &le; ((Dc + Ds) x &pi;)/6 &le; Ds · 1,1
  • wobei Ds der Filamentdurchmesser (mm) der Mantelschicht ist, und Dc der Filamentdurchmesser (mm) der Kernschicht ist.
  • Wenn der Filamentdurchmesser größer wird, wird selbst bei dem obigen Cordfaden ein Bruch des Filaments hervorgerufen, wenn eine extrem große Biegekraft auf den Cordfaden ausgeübt wird. Ein solcher Bruch kann vermieden werden, wenn die Oberflächendehnung des Stahlfilaments verringert wird. Im allgemeinen wird die Oberflächendehnung e des Stahlfilaments näherungsweise wiedergegeben durch c = D/2R (wobei D der Filamentdurchmesser ist, und R der Krümmungsradius beim Fliegen des Cordfadens ist). Das heißt, um die Oberflächendehnung s des Stahlfllaments unter einer konstanten Biegekraft R zu verringern, muß der Filamentdurchmesser D möglichst klein gemacht werden.
  • In diesem Zusammenhang hat der Erfinder aufgrund verschiedener Versuche festgestellt, daß ein Filamentdurchmesser, der keinen Bruch des Stahlfllaments hervorruft, nicht größer als 0,20 mm sein darf, wenn bei einem Super-Radialluftreifen, insbesondere einem Niederquerschnittsprofil-Radialluftreifen, der ein Querscbnittsverhältnis von nicht mehr als 80% hat, eine extrem große Biegekraftt auf den Karkassenlagen- Cordfaden ausgeübt wird. Das heißt, wenn der Filamentdurchmesser 0,20 mm übersteigt, nimmt die Oberflächendehnung in unerwünschter Weise zu.
  • Um die notwendige Cordfadenfestigkeit sicherzustellen, wenn der Filamentdurchmesser möglichst klein gemacht wird, werden zwei Mantelschichten um die Kernschicht herum angeordnet. Wenn drei oder mehr Mantelschichten auf der Keruschicht gebildet werden, wird die Verdrillbauweise komplizierter, und insbesondere ist es sehr schwierig, diese Mantelschichten mit der gleichen Verdrillrichtung zu bilden. Außerdem wird vorzugsweise ein sogenanntes hochfestes Stahldrahtfilament, das eine Zugfestigkeit von nicht weniger als 333 kg/cm² hat, als Stahlfliament verwendet.
  • Die folgenden Beispiele werden zur Veranschaulichung der Erfindung wiedergegeben und stellen keine Begrenzung der Erfindung dar.
  • Es werden mehrere zu testende Niederquerschnittsprofil-Radialreifen für Lastwagen und Busse bereitgestellt, wobei jeder der Reifen die Reifengröße 11/70R22.5 14PR hat.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Reifen wird ein Stahlcordfaden mit Dreischicht-Verdrillbauweise, wie in der Tabelle 1 und der Fig. 1 (1 + 6 + 11-Verdrillbauweise) wiedergegeben, bei einer Fadendichte von 22 Cordfäden/5 cm in einer radialen Karkassenlage verwendet, wobei die Kennziffer 1 ein Stahliament bezeichnet, das eine Kernschicht bildet, die Kennziffer 2 ein Stahlflulament einer ersten Mantelschicht bezeichnet, und die Kennziffer 3 ein Stahlfilament einer zweiten Mantelschicht bezeichnet. Bei den Vergleichsreifen werden ein Stahlcordfaden mit Dreischicht-Verdrillbauweise, der mit einem Wickelfilament versehen ist (1 + 6 + 12 + 1-Verdrillbauweise), wie in der Tabelle 1 und der Fig. 2 (die Kennziffer 4 bezeichnet ein Wickelfilament) wiedergegeben ist, bei dem Vergleichsbeispiel 1 verwendet, ein Stahlcordfaden mit einer 1 + 6 + 12-Verdrillbauweise, wie in der Tabelle 1 wiedergegeben, bei dem Vergleichsbeispiel 2 verwendet, und Stahlcordfäden mit einer 1 + 6 + 11-Verdrillbauweise, die die in der Erfindung definierte Beziehung des Filamentdurchmessers zwischen der Kernschicht und der Mantelschicht nicht erfüllen, bei den Vergleichsbeispielen 3-S verwendet.
  • Die nach dem üblichen Lauf behaltene Zugfestigkeit des Cordfadens, und der Prozentsatz des Filamentbruchs und die Reibabnutzungstiefe nach dem Lauf unter einer großen Biegekraft werden bei diesen Testreifen nach den folgenden Beurteilungsmethoden gemessen, wobei die in der Tabelle 1 wiedergegebenen Ergebnisse erhalten wurden.
  • (1) BEHALTENE ZUGFESTIGKEIT BEI DEM CORDFADEN
  • Der einem Innendruck von 8 kp/cm² unterworfene Testreifen wird in der üblichen Weise bei einer Geschwindigkeit von 60 km/h unter einer JIS-Last von 100% auf einer Trommel laufen gelassen. Danach werden 10 Karkassenlagen-Cordfäden aus dem Reifen herausgenommen, und es wird die Bruchfestigkeit dieser Cordfäden mittels einer Zugtestmaschine vom Instron-Typ gemessen, um einen mittleren Wert der Bruchfestigkeit zu bestimmen. Um die behaltene Zugfestigkeit des Cordfadens zu beurteilen, wird der obige Mittelwert durch einen Mittelwert der Bruchfestigkeit von 10 Cordfäden dividiert, die aus einem neuen Reifen herausgenommen wurden.
  • (2) REIBABNUTZUNGSTIEFE
  • Nachdem der Testreifen unter den obigen Bedingungen auf der Trommel laufen gelassen wurde, wird die Karkassen-Cordlage aus dem Reifen herausgenommen, und dann werden zwei Stahlfilamente aus jeder Schicht der Cordlage herausgenommen. Danach wird die Verringerung des Filamentdurchmessers infolge der Reibung oder die Reibabnutzungstiefe Df, wie in der Fig. 3 gezeigt, in einem Gebiet von 14,5 cm ± 2 cm beiderseits der Äquatorebene gemessen, wobei die in der Tabelle 1 wiedergegebenen Ergebnisse erhalten wurden, bei denen der maximale Wert ihr den Vergleich gewählt wurde.
  • (3) PROZENTSATZ DES FILAMENTBRUCHS
  • Danach wird der einem Innendruck von 1 kp/cm² unterworfene Testreifen auf der Trommel bei einer Geschwindigkeit von 60 km/h unter einer JIS-Last von 40% (d. h. bei einer großen Biegekraft) über eine Strecke von 10,000 km laufen gelassen, und dann werden 10 Karkassenlagen-Cordfäden aus dem Reifen herausgenommen, bei denen die Anzahl der gebrochenen Filamente gemessen wird. Der Prozentsatz des Filamentbruchs wird durch den Prozentsatz der Anzahl der gebrochenen Filamente bezüglich der gesamten Anzahl der Filamente der 10 Cordfäden wiedergegeben. Je kleiner der numerische Wert ist, desto besser ist der Prozentsatz des Filamentbruchs. TABELLE 1
  • *1: Ds · 1,06 &le; ((Ds + Dc) · &pi;)/6 Ds · 1,10,
  • o zufriedenstellend, x nicht zufriedenstellend
  • *2: Bei der Reibabnutzungstiefe ist in der Klammer die Lage des Stahlfilaments angegeben, das den maximalen Wert aufweist.
  • Wie oben erwähnt wurde, ist bei dem erfindungsgemäßen Stahlcordfäden die Abnutzung der Stahifilamente in der äußersten Mantelschicht des Cordfadens infolge Reibung verringert, da kein Wickelfilament vorhanden ist und die Abnahme der Filamentfestigkeit bei dem Cordfaden beseitigt, wodurch die Nutzungsdauer des Cordfadens verbessert wird. Wenn der erfindungsgemäße Stahlcordfaden bei der Karkassenlage eines Super-Radialluftreifens verwendet wird, wird die Reifenhaltbarkeit verbessert.

Claims (3)

1. Stahlcordfaden zur Verstärkung von Gummierzeugnissen, der eine Dreischicht-Verdrillbauweise hat, aufweisend eine Kernschicht, die aus einem einzigen Stahlfilament (1) besteht, eine erste Mantelschicht, die aus sechs um die Kernschicht herum angeordneten Stahlfilamenten (2) besteht, und eine zweite Mantelschicht, die aus Stahlfilamenten (3) besteht, deren Anzahl um 1 oder 2 Filamente geringer ist als die maximale Anzahl der auf einem Umkreis der ersten Mantelschicht angeordneten Stahlfilamente, wobei die Stahlfilamente bei der ersten und zweiten Mantelschicht in der gleichen Verdrillrichtung mit einer verschiedenen Verdrillsteigung verdrillt sind, ohne ein Wickelfilament zu verwenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Filamentdurchmesser der Kernschicht und der Mantelschichten die folgenden Beziehungen erfüllen:
Ds < Dc 0,20
Ds · 1,06 &le; ((Dc + Ds) · &pi;)/6 Ds · 1,1
wobei Ds der Filamentdurchmesser der Mantelschicht (mm) ist, und Dc der Filamentdurchmesser der Kernschicht (mm) ist.
2. Stahlcordfaden wie in Anspruch 1 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlfilament (1; 2; 3) ein hochfestes Stahldrahtfilament ist, das eine Zugfestigkeit von nicht weniger als 330 kg/cm² hat.
3. LKW-Radialluftreifen, der eine aus Stahlcordfäden bestehende Karkassenlage hat, und ein Querschnittsverhältnis von nicht mehr als 80% hat, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahlcordfaden ein Stahlcordfaden ist, wie er in Anspruch 1 oder 2 beansprucht wird.
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