DE69715624T2

DE69715624T2 - Verstärkungskabel aus einer Formgedächtnislegierung für Elastomererzeugnisse, insbesondere für Luftreifen, und Luftreifen mit solchen Kabeln

Info

Publication number: DE69715624T2
Application number: DE69715624T
Authority: DE
Inventors: Marco Cipparrone; Gurdev Orjela; Guido Riva
Original assignee: Pirelli SpA
Current assignee: Pirelli and C SpA
Priority date: 1997-10-14
Filing date: 1997-10-14
Publication date: 2003-05-15
Anticipated expiration: 2017-10-15
Also published as: TR199802064A3; AR013686A1; BR9803905A; ATE224308T1; ZA989315B; AU8930098A; DE69715624D1; TR199802064A2; ES2183118T3; KR19990037082A; CZ329098A3; JPH11222785A; AU752150B2; CA2250441A1; SK142598A3; TW438687B; EP0909665A1; EP0909665B1; CN1225315A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf aus einem elastomeren Material hergestellte Gegenstände, insbesondere Luftreifen, die mit gummierten Geweben verstärkt sind, welche Korde mit wenigstens einem Formgedächtnisdraht aufweisen, sowie auch auf die Gewebe und die entsprechenden Korde.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Herstellung dieser gummierten Gewebe.
Viele aus elastomeren Materialien hergestellte Gegenstände, zu denen Luftreifen für Fahrzeugräder, Förderbänder, flexible Schläuche für den Transport von Fluiden und dergleichen gehören, haben wenigstens ein gummiertes Gewebe, das von einer Vielzahl von verstärkenden Korden gebildet wird, normalerweise Textile oder metallische Korde, die parallel zueinander angeordnet und in ein elastomeres Material eingeschlossen sind.
In dem folgenden Teil der vorliegenden Beschreibung soll der Begriff "elastomeres Material" die Zusammensetzung des einschließenden Materials als Ganzes bedeuten, mit anderen Worten, den Kautschuk, einschließlich die Polymerbasis, die verstärkenden Füllstoffe und die verschiedenen Protektoren, Beschleuniger, Anti-Alterungs- und andere Mittel, alles entsprechend den Rezepturen, wie sie der Fachwelt bekannt sind.
Bekanntlich werden Metallkorde aus einer Vielzahl von einzelnen Metalldrähten hergestellt, die wendelförmig bezüglich einander in vorgegebenen Intervallen entsprechend einer Vielzahl von Formen gelegt werden, was in der Fachwelt bekannt ist.
Insgesamt erfordern die genannten Gegenstände Korde, die spezielle Charakteristika der mechanischen Festigkeit haben, wenn sie verschiedenen Spannungen ausgesetzt sind, zu denen Zug- und Druckspannungen gehören und die einen Korrosionswiderstand haben. Korrosion kann in den Metalldrähten des Kords durch das Vorhandensein von Feuchte in der Restluft innerhalb der in dem Kautschuk eingeschlossenen Korde oder durch direkten Kontakt mit Wasser eingeleitet werden, wenn ein Aufreißen der Kautschukschicht den Kord der Außenumgebung aussetzt.
Wenn die Korrosion einmal begonnen hat, kann sie längs der Drähte bei Fehlen einer geeigneten Schutzbeschichtung der Drähten fortschreiten.
Um dem Erfordernis eines Korrosionswiderstands zu genügen, wird zweckmäßigerweise der Raum zwischen den Metalldrähten des Kords vollständig mit Kautschuk ausgefüllt, um das Vorhandensein von zwischen den Drähten eingeschlossener Luft und die daraus folgende Feuchtebildung mit daran anschließender Entwicklung und Fortschreiten der Korrosionserscheinung zu vermeiden.
Um mechanischen Beanspruchungen zu widerstehen, müssen außerdem die Drähte der Korde einander eng zugeordnet sein, um ein korrektes Betriebsverhalten zu gewährleisten, wie es graphisch in einem kartesischen Spannungs-Beanspruchungs-Diagramm durch eine im Wesentlichen gerade Kennlinie dargestellt wird.
Aufgrund des Abstands zwischen den Drähten unterliegt ein Kord in der Tat einer mechanischen Hysterese und einer Gefahr eines Defekts der Drähte auch bei einer Druckbelastung, die geringer ist als diejenige, die ein Kord aushält, bei dem die Entfernung zwischen den ihn bildenden Drähten minimal oder null ist.
Das Erfordernis eines guten Eindringens des Kautschuks zwischen die Drähte und einer Hochleistung der Korde in Betrieb sind bei Luftreifen besonders wichtig, die normalerweise durch Montieren einer Vielzahl von unterschiedlichen Halbfertigbauelementen hergestellt werden, von denen einige aus Streifen verschiedener Größen bestehen, die aus den vorher erwähnten gummierten Geweben gebildet werden.
Die Herstellung von gummierten Geweben für Luftreifen erfolgt durch Einschließen der blanken Korde in ein elastomeres Material, vorzugsweise mittels bekannter Gummierungsvorrichtungen, wie Extruder und Kalander, wobei die blanken Korde von Beschickungstrommeln zugeführt werden, die vor den Vorrichtungen angeordnet sind. Während dieser Einschlussstufe muss das Eindringen des elastomeren Materials in die Korde erreicht werden.
Es gibt verschiedene bekannte Lösungen, die so gestaltet sind, dass ein gutes Eindringen des Kautschuks in den Kord gewährleistet ist, wobei sie dadurch ausgezeichnet sind, dass die Korde, die leicht von dem Kautschuk durchdringbar sind, ein optimales Verhalten im Luftreifen während seines Einsatzes haben.
Bei einer für Kordlitzen geeigneten Lösung hat der Kord ein erstes Paar von Drähten, die in einer Ebene angeordnet sind, und ein zweites Paar von Drähten, die in einer weiteren Ebene angeordnet sind, die sich bezüglich der ersten längs der Längsabwicklung des Kords dreht, so dass in jedem Querschnitt die Oberflächen der Drähte ein maximales Freiliegen und demzufolge eine maximale Beschichtung mit elastomerem Material aufweisen. Diese Lösung führt zu einer Ungleichförmigkeit in der Anordnung der Drähte längs der Abwicklung des Kords mit einer nicht zufrieden stellenden Leistung im Einsatz.
Eine andere Lösung spezifiziert Korde, bei denen die Drähte durchhängend gehalten (offene Korde) sind, so dass zwischen ihnen ein geringer Abstand verbleibt. Bei dem Durchgang durch die Gummiervorrichtung erlaubt der Abstand zwischen den Drähten ein gutes Eindringen des Kautschuks in den Kord. Diese Lösung kann das Kompaktieren der Drähte gegeneinander aufgrund der Zugspannung herbeiführen, der sie, noch bevor sie die Vorrichtung erreichen, unterworfen sind, so das es unmöglich oder sehr schwierig für den Kautschuk wird, in den Kord einzudringen. Wenn dies nicht eintritt, ist der Kord in optimaler Weise gummiert, behält jedoch ein Hysterese-Verhalten bei und ist deshalb im Einsatz nicht zufrieden stellend.
Eine weitere Lösung weist die Anordnung eines Drahts in dem Kord auf, der eine nicht lineare Form (Zickzack) hat, so dass zwischen jedem der verschiedenen Drähte und dem nächsten ein Raum vorgesehen wird und das Eindringen von Kautschuk in das Zentrum des Kords begünstigt wird. Diese Lösung führt zu einem geringeren Ermüdungswiderstand des nicht linearen Drahts und deshalb des gesamten Kords.
Prüft man nun Korde in Mehrschichtbauweise, so haben diese einen zentralen Kern, der mit einer Vielzahl von konzentrischen Lagen aus Drähten abgedeckt ist, wie im Falle des bekannten Kords mit einer 3 + 9 + 15-Gestalt, mit anderen Worten, mit einem Kern aus drei miteinander verdrillten Drähten, um die herum eine erste Lage aus neun Drähten gelegt wird, auf welche eine zweite Lage aus fünfzehn Drähten gewickelt wird. Diese Korde werden insbesondere in den Gehäuselagen von Luftreifen für Lastkraftwagen verwendet.
Bei diesem Kord dringt wenig Kautschuk in die innere Schicht ein und praktisch keiner in den Kern aufgrund der physikalischen Sperre, die von den radial äußeren Lagen der Drähte erzeugt werden. Bei diesen Arten von Kord eignet sich, um eine ausreichende Kautschukpenetration zu erreichen, die auf der Verwendung mit Drähten mit unterschiedlichen Durchmessern basierende Lösung.
Obwohl diese Lösung einerseits das Eindringen des Kautschuks verbessert, ist sie andererseits hinsichtlich der Leistung des Kords im Einsatz nicht zufrieden stellend.
Um die Eigenschaften des Verhaltens des Luftreifens im Einsatz zu verbessern, hat man neuerdings Metallkorde verwendet, bei denen wenigstens einer der Bauelementdrähte aus einer Legierung eines Formgedächtnismaterials hergestellt ist.
Formgedächtnismaterialien sind beispielsweise auf den Seiten 3 bis 20 der Veröffentlichung "Engineering Aspects of shape memory alloys" [Technische Aspekte von Formgedächtnislegierungen], Butterworth-Heinemann, veröffentlicht 1990, beschrieben.
Ein Formgedächtnisdraht, wie er nachstehend im Einzelnen beschrieben wird, hat die Eigenschaften, dass er (1) eine genaue gespeicherte Form hat, die ihm durch eine Wärmebehandlung aufgeprägt ist, die bei einer spezifizierten Temperatur ausgeführt wird, was dem Draht einen vorgegebenen kritischen Punkt gibt, (2) dass er diese Form als Folge mechanischer Spannungen verliert, die bei einer Temperatur oder dem kritischen Punkt aufgeprägt werden, und (3) dass er in die gespeicherte Form immer dann zurückkehrt, wenn seine Temperatur den kritischen Punkt überschreitet.
Beim Einsatz in Luftreifen wird diese Art von Draht, die so behandelt wurde, dass sie beispielsweise eine gewellte Form hat, einer Streckung unterworfen, die eine andere Form aufprägt, beispielsweise eine lineare Form bei Umgebungstemperatur, bevor er zur Bildung eines Kords mit den anderen Drähten zu einer Litze verarbeitet wird.
Immer wenn die Temperatur in dem Luftreifen, beispielsweise infolge hoher Geschwindigkeit, auf einen Punkt ansteigt, der höher als der kritische Punkt des Formgedächtnisdrahtes ist, möchte der Draht in seine ursprünglich gespeicherte gewellte Form zurückkehren.
Da der Formgedächtnisdraht jedoch mit den anderen Drähten zu einer Litze verarbeitet ist und der ganze Kord an der elastomeren Grundmasse fixiert ist und der gesamte Aufbau der Zugspannung unterworfen wird, ist dieser Draht nicht in der Lage, sich zusammenzuziehen und eine eigene gewellte Form mit geringerer Länge anzunehmen.
Als Folge ergibt sich eine Steigerung der Zugspannung in dem Formgedächtnisdraht (der Draht wirkt wie eine gedehnte Feder) mit der Wirkung, dass die Steifigkeit des Aufbaus im Gegensatz zur Wirkung eines Zentrifugalkraft erhöht wird.
Insbesondere das US-Patent 5,242,002, das den nächstgelegenen Stand der Technik darstellt, beschreibt einen Radialreifen, dessen Gurtanordnung drei Gurte hat, wovon die ersten beiden Korde haben, die bezüglich der Äquatorialebene symmetrisch geneigt sind, während die dritte Korde aufweist, die am Umfang angeordnet sind.
Die Korde bestehen aus einer Vielzahl von Drähten, die wendelförmig bezüglich einander gewickelt sind, wobei jeder Kord der inneren Gurte eine Vielzahl von Metalldrähten aufweist, von denen wenigstens einer aus einer Legierung aus einem Formgedächtnismaterial hergestellt ist.
Die japanische Patentanmeldung JP 4362401 bezieht sich auf einen Radialreifen mit einem Gurtaufbau, dessen äußere Lage ein Zweiwege-Formgedächtnisexpansionselement aufweist, vorzugsweise ein Element in Federbauweise aus einer Ni-Ti-Legierung, das in Umfangsrichtung (bei 0º) auf die darunter liegenden Gurtlagen gewickelt ist.
Da Formgedächtniselement möchte sich in der Umfangsrichtung zusammenziehen, wenn der Reifen einer Erwärmung bei Lauf mit hoher Geschwindigkeit unterliegt. Da dieses Zusammenziehen durch den darunter liegenden Gurtaufbau verhindert wird, entwickelt das Element eine Zugkraft, welche die Gurtanordnung steifer macht und so das Phänomen der Expansion des Reifens bei hoher Geschwindigkeit steuert.
Bei geringen Geschwindigkeiten oder in normalen Einsatzzuständen behält das Formgedächtniselement seine Ausgangsform bei oder kehrt in die Ausgangsform infolge des Aufpumpdrucks zurück. Die Anmelderin hat erkannt, dass der Mangel, ein optimales Verhalten, wie oben beschrieben, zu erreichen, von dem speziellen Verhalten der Korde mit den Formgedächtnisdrähten abhängen kann, die zusammen mit ihren Vorteilen ein beträchtliches Problem darstellen.
Was in der Praxis passiert, ist, dass während des Vulkanisierens des Reifens, was, wie bekannt, bei einer Temperatur in der Größenordnung von 150ºC und manchmal etwas darüber ausgeführt wird, in seinem Anfangszustand, wenn die Kautschukmischung eine geringe Viskosität hat, die Kontraktion des Formgedächtnisdrahts ein Öffnen des Kords, mit anderen Worten, eine Abstandsvergrößerung der Bauelementdrähte, verursacht.
Der Kautschuk wird dann vulkanisiert, verliert seine Plastizität, während der Kord aber nicht in der Lage ist, sich anzuschließen, da er daran durch die Kontraktion des Formgedächtnisdrahtes gehindert wird und sich deshalb in dem vulkanisierten Reifen dieser angeschwollenen Form mit all den erwähnten Nachteilen eines instabilen Verhaltens und einer geringen Druckfestigkeit verfestigt, was insbesondere zu einem schlechten Widerstand gegen Biegen und Druckspannungen führt.
Die erwähnten Patente US 5,242,002 und JP 4362401 beschäftigen sich nicht mit diesem Aspekt, so dass das Problem der Verbesserung des Eindringens des elastomeren Materials zwischen die Drähte eines Kords, während eine gute Leistung des Kords erreicht wird, und demzufolge des Reifens im Einsatz im Wesentlichen zum gegenwärtigen Zeitpunkt ungelöst bleibt.
Die Anmelderin hat realisiert, dass es möglich ist, gleichzeitig die Charakteristika des Eindringens von Kautschuk zwischen die Drähte eines Kords und die Leistung des Kords in dem Reifen im Einsatz dadurch zu verbessern, dass Korde verwendet werden, die wenigstens einen Formgedächtnisdraht mit den Eigenschaften der Einnahme einer vorher gespeicherten Form enthalten und die hauptsächlich in einem ersten Wärmezyklus aktiv sind, wobei der Draht auch mit programmierten signifikanten Charakteristika des Verfalls der Speicherung nach dem ersten Wärmezyklus versehen ist.
Die folgenden Vorbetrachtungen und Definitionen bezüglich Formgedächtnismaterialien tragen zu einem klareren Verständnis der Art der Erfindung der Anmelderin bei.
Formgedächtnis ist die Fähigkeit, die manche Metalllegierungen haben, Verformungen einer offensichtlich plastischen Natur durch geeignetes Erhitzen des Materials zu beseitigen.
Man weiß ("Formgedächtnislegierungen", ed. H. Funakubo - Gordon and Breach Science Publisher - 1987), dass die Eigenschaften des Formgedächtnisses durch eine Feststoff-Feststoff-Transformation (von Martensit zu Austenit, wenn man von der niedrigen zur hohen Temperatur geht und umgekehrt) der so genannten "thermoelastischen martensitischen Transformation" übermittelt werden. Diese Transformation ist als "direkt" im Falle einer Abkühlung und als "invers" im Falle eines Erhitzens bekannt. Eine direkte Transformation, die der Bildung der Martensitstruktur entspricht, beginnt bei einer Temperatur Ms und endet bei einer niedrigeren Temperatur Mf. Eine inverse Transformation, die der Bildung der Austenitstruktur entspricht, beginnt bei einer Temperatur As und endet bei einer höheren Temperatur Af.
Da im Allgemeinen Ms ≠ Mf ≠ As ≠ Af, ist die martensitische Transformation hysteretisch. Insbesondere wenn Mf < Ms < As < Af, sagt man, dass die martensitische Transformation vom Typ 1 ist. Wenn Mf < As < Ms < Af, sagt man, dass die martensitische Transformation vom Typ 2 ist.
Die martensitische Phase hat eine typische Mikrostruktur, die aus Dominosteinen (genannt martensitische Varianten) besteht, die unterschiedlich unter der Wirkung auch von begrenzten Spannungszuständen (beispielsweise 50 MPa) ausgerichtet werden können. Ein Formgedächtnismaterial nimmt eine vorgegebene Form durch eine Wärmebehandlung über eine spezifische Zeit und bei einer spezifischen Temperatur an. Diese Behandlung wird an dem Draht des spezifischen Materials einer speziellen Zusammensetzung ausgeführt, um eine vorgegebene Transformationstemperatur zu erhalten. Wenn das Material abgekühlt wird, erfolgt die Transformation aus der Austenitphase in die Martensitphase, und wenn das Material einem Spannungszustand unterworfen ist, der den Orientierungsprozess der Varianten erzeugen kann, wird die Verformung &epsi;*, die diesem Phänomen zugeordnet ist, permanent für Temperaturen weniger als As nach Aufheben der Kraft (pseudoplastische Verformung). Während des darauf folgenden Erhitzens auf Temperaturen von mehr als As wird jedoch die Verformung &epsi;* durch die inverse Martensittransformation eliminiert und demzufolge die Ursprungsform wieder angenommen (der Formgedächtniseffekt). Die Eliminierung der Verformung &epsi;* ist total, wenn &epsi;* < /= &epsi;max, wobei &epsi;max die maximale Verformung ist, die durch den Formgedächtniseffekt eliminierbar ist und charakteristisch für das spezifische Formgedächtnismaterial die spezifische Wärmebehandlung ist, die verwendet wird, um das Gedächtnis zu vermitteln. Wenn die Eliminierung von &epsi;* teilweise oder ganz durch mechanische Zwangsbedingungen bei dem Durchgang von der Temperatur As zur höheren Temperatur Af während des Erhitzens unterbunden wird, entwickelt das Material eine Zugkraft, die Rückverwandlungskraft genannt wird.
Schließlich wird die Wärmebehandlung dazu verwendet, die vier charakteristischen Temperaturen einer Formgedächtnislegierung zu übermitteln, die oben mit Ms, Mf, As, Af bezeichnet wurden.
Das Vermögen der vollständigen Beseitigung der Verformung &epsi;* in den darauf folgenden Wärmezyklen, denen das Material unterliegt, ist insgesamt einer Verschlechterung ausgesetzt, die durch die Verringerung der Anzahl der darauf folgenden Wärmezyklen dargestellt wird, in denen diese Beseitigung erhalten werden kann, wobei diese Verschlechterung zunimmt, wenn sich &epsi;* &epsi;max annähert. Die Abnahme des Werts des Anteils &epsi;* der restlichen eliminierbaren, pseudoplastischen Verformung, die auch als "Formgedächtnisverschlechterung" bezeichnet wird, ist als fortlaufende Änderung der Eigenschaften des Formgedächtnisses eines Materials definiert, wird durch die Anzahl der durchlaufenen Wärmezyklen bestimmt und gibt die nützliche Lebensdauer des Formgedächtnismaterials wieder.
Für eine genauere Definition der Formgedächtnisverschlechterung eines Materials wird Bezug auf die Beschreibung in den Seiten 256 bis 259 der Veröffentlichung "Engineering Aspects of Shape Memory Alloys" [Technische Aspekte von Formgedächtnislegierungen], Butterworth-Heinemann, veröffentlicht 1990, verwiesen. In dieser Veröffentlichung ist angegeben, dass die Lebensdauer eines solchen Materials als die Wiedergewinnbarkeit einer vorgegebenen, früher memorierten Form ausgedrückt wird. Wenn das Material nicht länger in der Lage ist, die memorierte Form wieder anzunehmen, geht man davon aus, dass seine Einsatzlebensdauer beendet ist.
Für eine NiTi-Legierung, bei der &epsi;max = 8% ist, ändert sich die Anzahl der aufeinander folgenden Wärmezyklen, für die eine Verformung &epsi;* wiederholt und vollständig eliminiert werden kann, als Funktion des Wertes &epsi;*, wie es in der folgenden Tabelle gezeigt ist (von J. Cederstrom und J. Van-Humbeeck, J. de Physique IV C2, 1995, S. 335 bis 341).
&epsi;* Wärmezyklen
8% (= &epsi;max) 1
4% 100
2% 10000
1% 100000
Man sieht aus der Tabelle, dass, wenn eine Dehnung &epsi;* (pseudoplastische Verformung) von 8% dem Material, insbesondere dem Metalldraht, vermittelt wird, wenn diese vollständig während des ersten Wärmezyklus eliminierbar ist, jedoch in den darauf folgenden Wärmezyklen nicht mehr eliminierbar ist, während der nur ein fortschreitend abnehmender Bruchteil dieser Dehnung eliminiert werden kann. Wenn umgekehrt die übermittelte pseudoplastische Dehnung &epsi;* nur 2% entspricht, ist sie in über 10000 darauf folgenden Wärmezyklen vor Beginn der Verschlechterung vollständig eliminierbar. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung hat jeder Wärmezyklus sowohl die Heizphase als auch die darauf folgende Phase der Abkühlung des Materials.
Wenn eine pseudoplastische Verformung &epsi;tot mehr als &epsi;max im Material übermittelt wird, besteht diese Verformung aus einem eliminierbaren Anteil &epsi;* und einem nicht eliminierbaren Anteil &epsi;p1 (plastische Verformung). Deshalb ist &epsi;tot = &epsi;* + &epsi;p1.
In diesem Fall fällt auch bei den darauf folgenden Wärmezyklen &epsi;* immer mit &epsi;max zusammen, obwohl hier sich der Wert von &epsi;max kontinuierlich ändert und in jedem spezifischen Zyklus von der Anzahl der Wärmezyklen abhängt, die er vorher durchlief.
Wenn die gleiche Verformung &epsi;tot am Ende eines jeden Wärmezyklus erzeugt wird, ändert sich die Zusammensetzung von &epsi;tot von einem Zyklus zum nächsten mit fortschreitender Abnahme des eliminierbaren Anteil &epsi;* und einer gleichzeitigen Zunahme des Anteils der plastischen Verformung &epsi;*pl.
Die Anmelderin hat erkannt, dass man beträchtliche Vorteile in den Leistungen der Korde erhalten kann, wenn man für wenigstens einen Draht Formgedächtnismaterialien mit geeigneten Charakteristika einer Gedächtnisverschlechterung benutzt, die in dem Draht durch eine spezifische Wärmebehandlung erzeugt wird, die an dem Draht durchgeführt wird, bevor aus ihm mit den anderen Drähten eine Litze gebildet wird.
Die Anmelderin hat erkannt, dass es möglich ist, den Formgedächtniseffekt des Drahts vorteilhaft einzusetzen, mit anderen Worten, die Kapazität, eine aufgeprägte Dehnung durch Rückgewinnung einer vorher festgelegten Ausgangsform, indem dieser Effekt auf die Phase des Einschließens der Korde in ein elastomeres Material begrenzt wird, um ein optimales Eindringen des Kautschuks in den Kord zu erreichen, wobei diese Phase gleichzeitig mit dem ersten Wärmezyklus ausgeführt wird, dem der Kord und mit ihm der Formgedächtnisdraht unterworfen wird.
Vorzugsweise wird diese Phase des Einschließens bei einer Temperatur T&sub1; ausgeführt, die größer ist als die minimale Temperatur As des Transformationsbereichs [As-Af], der dem Draht zugeordnet ist, und besonders bevorzugt auch größer ist als die maximale Temperatur Af dieses Bereichs.
Der Formgedächtnisdraht wird vorzugsweise einer Dehnung in einem vorgegebenen Wert &epsi;* unterworfen, während er sich auf einer Temperatur T&sub0; befindet, die kleiner ist als As (beispielsweise Umgebungstemperatur), und wird dann zusammen mit den anderen Drähten nach bekannten Verfahren und mit bekannten Einrichtungen zur Bildung eines Kords verlitzt.
In der bei hoher Temperatur ausgeführten Phase des Einschließens des Kords, der den Formgedächtnisdraht enthält, erfolgt die Beseitigung der Verformung in Zuordnung zu einer Kontraktion des Drahts, der im Zustand einer Reibung mit den anderen Drähten des Kords eine Kontraktionskraft entwickelt und dadurch eine Unordnung der Drähte herbeiführt, mit anderen Worten, ein Aufschwellen des Kords.
In der Praxis wird der Kord zum Öffnen gebracht mit der Folge des guten Eindringens des Kautschuks in ihn.
Anschließend führt die auf die Korde nach der Einschlussphase ausgeübte Zugspannung während der Aufnahme des Gewebes und ihrer Abkühlung von der Einschlusstemperatur auf Werte, die fortschreitend zur Umgebungstemperatur abnehmen, in vorteilhafter Weise zu einer Wiedereinnahme des Verformungszustands des Formgedächtnisdrahts mit einer Rückkehr zu dem Wert &epsi;*, möglicherweise mittels der begrenzten Kräfte, die von den Orientierungsprozessen des Martensits gefordert werden, mit einer daraus folgenden Rückkehr der Drähte zueinander in dem Kord, bis ihr Kompaktieren, mit anderen Worten, das Schließen des Kords, erreicht wird.
Die kompakte Ausgestaltung wird praktisch unverändert in den darauf folgenden Wärmezyklen aufgrund der Abbaucharakteristika des Formgedächtnisses aufrechterhalten, die den Formgedächtnisdrähten aufgeprägt werden, was es unmöglich macht, einen wesentlichen Teil von &epsi;* wiederzugewinnen.
Auf diese Weise ergibt sich die Aufrechterhaltung einer im Wesentlichen geschlossenen Gestalt der Korde bei dem darauf folgenden Vulkanisierwärmezyklus trotz der hohen Temperatur des Zyklus, so dass der Kord in den vulkanisierten Reifen mit einer im Wesentlichen geschlossenen Form eingeschlossen wird.
Als Folge zeigen Gegenstände, und insbesondere Luftreifen, die mit gummierten Geweben gebaut werden, die wie vorstehend erwähnt hergestellt werden, eine optimale Leistung der Korde.
Gemäß einem ersten Aspekt bezieht sich die Erfindung deshalb auf einen Metallkord zum Verstärken von aus einem elastomeren Material hergestellten Gegenständen mit einer Vielzahl von Metalldrähten, die wendelförmig umeinander gewickelt sind, von denen wenigstens einer aus einem Formgedächtnismaterial hergestellt ist und die Fähigkeit hat, eine vorher eingeprägte Form wieder anzunehmen und von der eingeprägten Form weg verformt wird, wobei sich der Kord dadurch auszeichnet, dass der Formgedächtnisdraht die Rückgewinnungskapazitäten hat, die im Wesentlichen in einem ersten Wärmezyklus aktiv sind und zu wenigstens einem merklichen vorgegebenen Ausmaß nach dem ersten Wärmezyklus vermindert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt bezieht sich die Erfindung auf einen Metallkord zur Verstärkung von aus elastomerem Material hergestellten Gegenständen, wie Luftreifen, Förderbändern, flexible Schläuche und dergleichen, mit einer Vielzahl von Metalldrähten, die wendelförmig umeinander gewickelt sind, von denen wenigstens einer von einem Formgedächtnismaterial gebildet wird, wobei sich der Kord dadurch auszeichnet, dass der Formgedächtnisdraht bei Umgebungstemperatur
- die Einprägung einer anderen Form mit einer Länge I&sub0;, die kleiner ist als die Länge I&sub1; des Drahts bei Umgebungstemperatur, wobei die Einprägung bei einer Temperatur As erfolgt, die größer ist als die Umgebungstemperatur T&sub0;,
- eine pseudoplastische Dehnung &epsi;max/c, die durch den Formgedächtniseffekt beseitigbar ist und einen Wert zwischen 0,2% und 8% der Länge der eingeprägten Form hat,
- eine Dehnung &epsi;tot mit einem Wert von wenigstens 85% des Werts &epsi;max/c, und
- eine Abnahme der restlichen eliminierbaren pseudoplastischen Dehnung &epsi;* hat, nachdem ein erster Wärmezyklus bei einer Temperatur T&sub1; > As ausgeführt ist, wobei diese Abnahme wenigstens 40% des Werts der pseudoplastischen Dehnung &epsi;max/c beträgt.
Gemäß einem zweiten Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein gummiertes Gewebe zur Verwendung in Gegenständen, die aus einem elastomeren Material hergestellt sind, das mit Korden nach der Erfindung, wie vorstehend definiert, verstärkt ist, und alternativ auf ein gummiertes Gewebe zur Verwendung bei Gegenständen, die aus einem elastomeren Material hergestellt sind, das eine Vielzahl von Verstärkungskorden aufweist, die in das elastomere Material des Gewebes eingeschlossen und so angeordnet sind, dass die koplanar, parallel und benachbart zueinander in der gleichen Richtung angeordnet sind, wobei jeder Kord von einer Vielzahl von wendelförmig zusammengewickelten Teildrähten gebildet wird und wenigstens einer der Drähte des Gefüges von wenigstens einem der Korde aus einem Formgedächtnismaterial gebildet ist, und sich das Gewebe dadurch auszeichnet, dass der aus dem Formgedächtnismaterial hergestellte Draht bei Umgebungstemperatur die folgenden Eigenschaften hat:
- Die Einprägung einer anderen Form mit einer Länge I&sub0;, die kleiner ist als die Länge I&sub1; des Drahtes bei Umgebungstemperatur, wobei die Einprägung bei einer Temperatur As erfolgt, die größer ist als die Umgebungstemperatur T&sub0;,
- eine pseudoplastische Dehnung &epsi;max/t, die durch den Formgedächtniseffekt eliminierbar ist und einen Wert zwischen 0,1% und 8% der Länge I&sub0; der eingeprägten Form hat,
- die pseudoplastische Dehnung &epsi;tot einen Wert vom wenigstens Zweifachen des Wertes &epsi;max/t hat, und
- eine Abnahme der restlichen eliminierbaren pseudoplastischen Dehnung &epsi;*N+1 für jeden darauf folgenden Wärmezyklus, der bei einer Temperatur T&sub1; > As ausgeführt wird, wobei diese Abnahme wenigstens 40% des Werts der pseudoplastischen Dehnung &epsi;max/N des vorhergehenden Zyklus beträgt.
Bei dem erfindungsgemäßen Gewebe wurde die perfekte Gummierung der Metalldrähte der Korde während des Gewebegummierungs-Wärmezyklus durch Beabstandungsaktionen erzielt, die auf die angrenzenden Metalldrähte durch den Formgedächtnisdraht ausgeübt werden, der die vorgegebene eingeprägte Form mit geringerer Länge wieder annehmen möchte, was ein erneutes Anschwellen des Kords und ein Eindringen von Kautschuk zwischen die Drähte des offenen Kords zur Folge hat. Umgekehrt werden die guten Leistungen der Korde der Gewebe des Reifens im Einsatz durch die Gestalt der Korde erreicht, die im Wesentlichen in den Wärmezyklen geschlossen bleibt, die während des Einsatzes des Reifens entwickelt werden, und zwar aufgrund der Abnahme des Werts der restlichen pseudoplastischen Dehnung &epsi;*, die durch den Formgedächtniseffekt eliminierbar ist, wobei diese Abnahme als Folge der Wärmezyklen für das Gummieren des Gewebes und die Vulkanisierung des Reifens eintritt.
Gemäß einem dritten Aspekt bezieht sich die Erfindung auf einen aus einem elastomeren Material hergestellten Gegenstand, und insbesondere auf einen Luftreifen für Fahrzeugräder, der mit erfindungsgemäßen Korden verstärkt ist, sowie besonders bevorzugt auf gummierte Gewebe nach der Erfindung, wie oben beschrieben. In einem bevorzugten Aspekt bezieht sich die Erfindung auf einen Luftreifen für Fahrzeugräder mit einem toroidförmigen Gehäuse, das einen Kronenabschnitt und zwei axial gegenüberliegende Seiten aufweist, die in einem Paar von Wulsten zum Festlegen des Reifens an einer entsprechenden Montagefelge enden, mit einem auf der Krone des Gehäuses angeordneten Laufflächenband und mit einem Gurtaufbau, der zwischen dem Gehäuse und dem Laufflächenband angeordnet ist, wobei der Aufbau des Reifens eine Vielzahl von verstärkenden Korden aufweist, von denen jeder von Metalldrähten gebildet wird, die wendelförmig bezüglich einander gewickelt sind und von denen wenigstens einer ein Draht ist, der aus einem Formgedächtnismaterial hergestellt ist, und der Reifen dadurch gekennzeichnet ist, dass der Draht aus einem Formgedächtnismaterial hergestellt ist, das bei Umgebungstemperatur die folgenden Eigenschaften hat:
- Die Einprägung einer anderen Form mit einer Länge I&sub0;, die kleiner ist als die Länge I&sub1; des Drahtes bei Umgebungstemperatur, wobei die Einprägung bei einer Temperatur As erfolgt, die größer ist als die Umgebungstemperatur T&sub0;,
- eine pseudoplastische Dehnung &epsi;max/p, die durch den Formgedächtniseffekt bei einem Wert zwischen 0,05% und 8% der Länge I&sub0; der eingeprägten Form eliminierbar ist,
- eine pseudoplastische Dehnung &epsi;tot mit einem Wert von wenigstens dem Sechsfachen des Wertes &epsi;max/p, und
- eine Abnahme in dem Wert der restlichen eliminierbaren pseudoplastischen Dehnung &epsi;*N+1 für jeden Wärmezyklus, der auf die Vulkanisierung des Reifens ausgeführt bei einer Temperatur T&sub1; > As folgt, wobei die Abnahme wenigstens 40% des Werts der pseudoplastischen Dehnung &epsi;max/N des vorhergehenden Zyklus beträgt.
Vorzugsweise hat der Reifen eine Radialbauweise, und es werden gummierte Gewebe mit Korden, die wenigstens einen Formgedächtnisdraht aufweisen, in den Gurten oder in den Lagen des Gehäuses verwendet.
Gemäß einem weiteren Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Zusammenbauverfahren des Luftreifens, das sich durch die Verwendung der oben beschriebenen Korde auszeichnet.
Gemäß einem weiteren anderen Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung von gummiertem, verstärkendem Gewebe für aus elastomerem Material hergestellte Gegenstände, wie Luftreifen, Förderbänder, flexible Schläuche und dergleichen, mit einer Vielzahl von verstärkenden Korden, die parallel zueinander in einer einzigen Richtung ausgerichtet und in dem elastomeren Material des Gewebes eingeschlossen sind.
Bei diesen Geweben hat jeder Kord Metalldrähte, die wendelförmig umeinander gewickelt sind, und wird bei wenigstens einem der Korde wenigstens einer der Bauelementdrähte von einem Formgedächtnismaterial gebildet, dem mittels einer geeigneten Wärmebehandlung eine vorgegebene Form mit einer Länge eingeprägt worden ist, die kleiner ist als die des Drahts bei Umgebungstemperatur, und der durch Dehnung bei Umgebungstemperatur um einen vorgegebenen Prozentbetrag &epsi;tot verformt wird.
Das Verfahren, das die bekannten Phasen des Einschließens der Korde in eine Schicht aus elastomerem Material zur Bildung des verstärkten Gewebes und dann das Abkühlen und Aufnehmen des Gewebes aufweist, basiert auf den innovativen Phasen:
a) Verwenden eines Formgedächtnisdrahtes mit Eigenschaften eines Abbaus des Formgedächtniseffekts derart, dass die pseudoplastische Dehnung &epsi;max, die durch den Formgedächtniseffekt eliminierbar ist, nach dem Wärmezyklus für die Gummierung des Gewebes zwischen einem Wert von null und einem Wert liegt, der gleich einem Maximum von 40% des anfänglichen Werts &epsi;max ist, wobei eine Abnahme von &epsi;max in jedem darauf folgenden Wärmezyklus vorzugsweise den gleichen Prozentwert wie der vorhergehende Zyklus hat,
b) Einschließen der Korde in das elastomere Material bei einer Temperatur T&sub1;, die größer ist als die Ausgangstemperatur der Umformungsphase As,
c) Verwenden der Rückgewinnung der vorgegebenen, in Draht eingeprägten Form in der Phase des Einschlusses der Korde in das elastomere Material, um den umgebenden Drähten die Rückumwandlungskraft zu übertragen, die während der Rückgewinnung mit den Effekten einer Beabstandung der Drähte weg voneinander und einem Eindringen des Kautschuks in den Kord in einer im Wesentlichen offenen Form erzeugt wird, und
d) Ziehen der Korde während des Abkühlens und Aufnehmens des Gewebes zur Wiederherstellung der Ausgangslänge der Korde.
Die vorliegende Erfindung lässt sich nun auf jeden Fall besser mit Hilfe der folgenden Beschreibung und der beiliegenden Figuren verstehen, die lediglich beispielsweise und nicht zum Zwecke einer Beschränkung vorgesehen werden, wobei
Fig. 1 eine perspektivische Vergrößerung eines erfindungsgemäßen Metallkords ist,
Fig. 2 eine schematische perspektivische Teilansicht eines gummierten Gewebes ist, das eine Vielzahl von Korden nach der Erfindung einschließt,
Fig. 3 in einem beispielsweisen Schema eine Draufsicht auf eine Gewebegummierungsvorrichtung zum Einschließen der Korde in elastomerem Material zeigt,
Fig. 4 in einem beispielsweisen Schema eine Seitenansicht der Gewebegummierungsvorrichtung zeigt, die aus einem Kalander besteht,
Fig. 5 in einer teilweise perspektivischen Ansicht mit entfernten Teilen einen Luftreifen nach der Erfindung zeigt, und
Fig. 6 in einem qualitativen Schema die Änderung der Eigenschaften des Teils der pseudoelastischen Dehnung, der durch den Formgedächtniseffekt in dem entsprechenden Metalldraht eliminierbar ist, für den blanken Draht, für den Kord in dem gummierten Gewebe vor dem Vulkanisieren bzw. in dem vulkanisierten Reifen zeigt.
Die Erfindung wird zunächst unter Bezugnahme auf einen Metallkord 1 (Fig. 1) beschrieben, der zur Bildung eines verstärkenden Elements für einen aus einem Elastomer hergestellten Gegenstand aufgebaut ist.
Zur Vereinfachung der Darstellung ist ein Kord mit einem Aufbau gezeigt, der einen geraden Draht 3 in einer zentralen Position hat, der den Kern des Kords bildet, und von einer Schicht von sechs Drähten 4 umgeben ist, die wendelförmig um den zentralen Draht gewickelt sind und den Mantel bilden. Der Kord kann jedoch irgendeine bekannte Gestalt haben, entweder mit einem Litzenaufbau oder mit einem zentralen Kern und einer oder mehreren konzentrischen Schichten, wobei sowohl der Kern als auch die Schicht oder die Schichten aus Einzeldrähten oder aus Litzendrähten oder aus einer Kombination davon bestehen können.
Beispiele für bekannte Korde, insbesondere solche, die zum Verstärken von Luftreifen für Fahrzeugräder verwendet werden, haben gewöhnlich die Bezeichnung 1 · 4 m 3 · 7, 1 + 6, 2 + 2, 1 · 3 + 6 + 15.
Bei den Korden nach der Erfindung ist wenigstens ein Draht, beispielsweise der Draht 3 der obigen Zitierung 1 + 6, aus einem Formgedächtnismaterial mit den nachstehend erläuterten Eigenschaften hergestellt, während die anderen Drähte 4 herkömmliche Drähte aus Stahl vorzugsweise vom HT-Typ sind, mit anderen Worten, Stahl mit einem hohen Kohlenstoffgehalt, nämlich > 0,9%.
In der Luftreifentechnologie liegt der Durchmesser der Drähte vorzugsweise zwischen 0,12 mm und 0,38 mm.
Das Formgedächtnismaterial des Reifens 3 wird vorzugsweise aus Legierungen hergestellt, die aus der Gruppe ausgewählt werden, die Fe-Mn-Si-, Cu-Zn-Al-, Cu-Al-Ni-, Cu-Al- Be-, Fe-Ni-Co-Ti- und Ni-Ti-Legierungen umfassen.
Vor der Litzenbildung mit den anderen Drähten zur Herstellung des blanken Kords wurde der Draht 3 einer Wärmebehandlung unterworfen, die ihm eine vorgegebene eingeprägte Form, einen spezifizierten Bereich von Umwandlungstemperaturen (Ms, mil, As, Af) und einen speziellen Gradienten für die Abnahme des Formgedächtnisses für aufeinander folgende Wärmezyklen gibt.
Nach dieser Wärmebehandlung wurde er auch einem Strecken bei einer Temperatur T < As unterzogen, das ihm eine pseudoplastische Verformung &epsi;tot und eine Länge I&sub1; gegeben hat.
Als Folge hat in dem Kord nach der Erfindung der Formgedächtnisdraht bei Umgebungstemperatur T&sub0;, die herkömmlicherweise als 25ºC angenommen wird, die folgenden Eigenschaften:
- Die Einprägung einer anderen Form mit einer Länge I&sub0;, die kleiner ist als die Länge I&sub1; des Drahtes bei Umgebungstemperatur eingeprägt in dem Temperaturbereich As-Af, wobei As größer als die Umgebungstemperatur T&sub0; ist,
- eine pseudoplastische Dehnung &epsi;max/c, die durch den Formgedächtniseffekt mit einem Wert zwischen 0,2% und 8% der Länge I&sub0; der eingeprägten Form eliminierbar ist,
- eine Dehnung &epsi;tot, die durch Strecken des Drahts bei Umgebungstemperatur erteilt wurde und einen Wert von wenigstens 85% des Wertes &epsi;max/c hat, und
- eine Abnahme in der restlichen eliminierbaren pseudoplastischen Dehnung &epsi;*, nachdem ein erster Wärmezyklus bei einer Temperatur T&sub1; > As ausgeführt wurde, wobei diese Abnahme wenigstens 40% des Werts der pseudoplastischen Dehnung &epsi;max/c beträgt.
Vorzugsweise hat die Dehnung &epsi;tot einen Wert von nicht weniger als dem Wert &epsi;max/c.
Für die vorher erwähnten Materialien ändert sich insbesondere der Wert der Dehnung &epsi;max/c, wie sie oben definiert ist, mit dem Material und beträgt beispielsweise 0,2% für eine Fe-Si-Mn-Legierung und 8% für eine Ni-Ti-Legierung.
Die maximale Rückumwandlungskraft, die von den Legierungen ausgeübt wird, beträgt 400 MPa (Megapascal) für eine Fe-Si-Mn-Legierung und 600 MPa für eine Ni-Ti- Legierung.
Vorzugsweise wird, nachdem ein erster Wärmezyklus bei einer Temperatur T&sub1; > As ausgeführt wurde (die Abnahme der restlichen eliminierbaren pseudoplastischen Dehnung &epsi;*, auf die in der vorliegenden Beschreibung auch als Verschlechterung des Formgedächtnismaterial Bezug genommen ist) auch in den darauf folgenden Wärmezyklen aufrechterhalten, denen der Kord während des Zusammenbaus und der Verwendung des Produkts unterliegt.
Wenn &epsi;* die Menge der Verformung ist, die durch den Gedächtniseffekt im ersten Wärmezyklus eliminierbar ist, kann die Verschlechterung des Drahts in genauerer Weise als der Wert der Menge der restlichen eliminierbaren Verformung am Ende des darauf folgenden Wärmezyklus definiert werden.
Erfindungsgemäß ist dieser Wert nicht mehr als 40% von &epsi;* und vorzugsweise nicht größer als 35% von &epsi;*.
Die pseudoplastischen Dehnungen &epsi;*N, die in den Wärmezyklen eliminierbar sind, die auf den ersten Wärmezyklus folgen, werden vorzugsweise durch folgendes Gesetz bestimmt:
&epsi;*N = Q%/&epsi;*N-1
wobei N die fortlaufende Zahl eines Wärmezyklus ist, der auf den ersten folgt und Q% der Prozentsatz der Verformung ist, die durch den Formgedächtniseffekt eliminierbar ist, für den das Material in dem folgenden Wärmezyklus als Folge des Verschlechterungsphänomens verfügen kann.
Vorzugsweise wird der Wert Q% so gewählt, dass er nicht mehr als 40% von &epsi;*N, bevorzugt nicht größer als 35%, und besonders bevorzugt nicht größer als 25% von &epsi;*N ist.
Nach den oben angegebenen Eigenschaften entwickelt der Formgedächtnisdraht in dem erfindungsgemäßen Kord seine maximale Kontraktion während des ersten Wärmezyklus, dem er unterworfen wird, normalerweise dem der Gummierung des Gewebes, an dessen Ende seine Kontraktionskapazität wesentlich reduziert oder praktisch null ist.
Zusammenfassend ergibt sich, dass der Kord in der Lage ist, sich während der Gewebegummierungsphase zu öffnen, wenn es erforderlich ist, dass viel Kautschuk in den Kord eindringen kann, während er im Wesentlichen während der Vulkanisierung des Reifens kompakt bleibt.
Die Verschlechterung des Formgedächtnisses wurde immer als negatives Element bei diesen Materialien angesehen, so das seine Verwendung gemäß der Erfindung in der Fachwelt neu ist, mit der Annahme, dass diese Materialien insgesamt präzise aufgrund ihrer Fähigkeit verwendet werden, die im Gedächtnis gespeicherte Form in einer Art und Weise wieder einzunehmen, die über der Zeit praktisch konstant ist.
Zu vermerken ist, das der Effekt der Beabstandung der Drähte, der für das Öffnen des Kords günstig ist, vorteilhafterweise durch Verwendung eines Drahtes 3 gesteigert werden kann, wenn er durch eine geeignete Wärmebehandlung so behandelt ist, dass er sich Formen einprägt, die für spezielle Zwecke günstiger sind als die lineare Form, beispielsweise die gewählte Form, vorzugsweise in Form einer Wendel, wie eine Feder.
In diesem Fall wird der Draht 3 auch vorher zu einer linearen Form bei einer Temperatur von T < As gestreckt und dann mit den anderen Drähten zur Erzeugung des gewünschten Kords verlitzt.
In der Gewebegummierungsphase nimmt der Draht 3 die gewählte Form wieder an und überträgt abstandsbildende Kräfte zu den umgebenden Drähte durch die vorher erwähnte Kontraktionskraft und durch die Kräfte, die von den Wellungen entwickelt werden. Auf diese Weise erhält man ein Öffnen des Kords und demzufolge ein besseres Einschließen von Kautschuk in ihn.
Bei einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung kam ein Formgedächtnisdraht zur Anwendung, der aus einer Fe-Mn-Si-Legierung hergestellt war, die sich durch eine eliminierbare pseudoplastische Verformung &epsi;max = 2% auszeichnet und in der Lage ist, eine Rückumwandlungskraft von 400 MPa mit einem Prozentsatz einer eliminierbaren Verformung (Koeffizient der Verschlechterung Q%) gleich 25% zu entwickeln.
Die Erfindung bezieht sich auch auf das gummierte Gewebe (Fig. 2), das mit den Korden versehen ist.
Ein gummiertes Gewebe besteht im Wesentlichen aus einem Streifen 2 eines elastomeren Materials, dessen Länge unbestimmt ist (oder, mit anderen Worten, weit größer als die Breite ist) und eine Vielzahl von Korden 1 aufweist, die so angeordnet sind, dass sie aneinander grenzen und koplanar zueinander sind, in der Längsrichtung des Streifens ausgerichtet und in dem elastomeren Material eingeschlossen sind.
Teile des gummierten Gewebes, die in zweckmäßiger Weise in geeigneten Winkeln geschnitten sind, bilden die halbfertigen Basisprodukte für den Zusammenbau verschiedener Gegenstände aus elastomerem Material, wie Luftreifen, Förderbänder, flexible Schläuche zum Transport von Fluiden, Transmissionsriemen und andere ähnliche Gegenstände. Die Teile des Gewebes ermöglichen die Anordnung der verstärkenden Elemente, die aus den Korden bestehen, in dem Aufbau des Gegenstands in der gewünschten Position, in der gewünschten Weise und mit der gewünschten Ausrichtung.
Ein Verfahren zum Zusammenfügen des Gewebes besteht im Wesentlichen in der Phase des Einschließens der Korde in der Bahn aus elastomerem Material mittels einer Gummierungsvorrichtung, wie sie schematisch in Fig. 3 gezeigt ist und die zweckmäßigerweise aus einem Kalander mit einer Vielzahl von Walzen oder aus einem Extrusionskopf besteht, der aus einem Extruder gespeist wird. Zu der Gummiervorrichtung 5 wird eine Vielzahl von Korden 1 geführt. Das gummierte Gewebe 2 tritt aus dem Kalander oder aus dem Extrudermundstück aus und besteht aus der Bahn aus elastomerem Material (Fig. 3), in dem die Vielzahl von Korden 1 eingeschlossen sind, die in der Vorschubrichtung der Bahn ausgerichtet sind, die unter Spannung in Form eines endlosen Streifens mittels einer geeigneten Aufnahme aufgenommen wird, die nicht gezeigt ist, da sie einen bekannten Aufbau hat. Zum leichteren Verständnis und zur Vereinfachung der Beschreibung bezieht sich der folgende Text nur auf die Gewebegummierung, die mittels eines Kalanders durchgeführt wird.
Der Kalander hat, wie in Fig. 4 gezeigt ist, zwei gegenüberliegende Zylinder 5 und 6, die sich in entgegengesetzten Richtungen zueinander drehen und in einem Abstand voneinander angeordnet sind, der gleich der für das Gewebe erforderlichen Dicke ist. Zur Verwendung bei Luftreifen beträgt diese Entfernung beispielsweise vorzugsweise 0,6 bis 4 mm.
Außerhalb der beiden Zylinder 5 und 6 sind wenigstens zwei weitere Zylinder 7 und 8 angeordnet, die so ausgelegt sind, dass sie das elastomere Gummierungsmaterial behandeln, erwärmen und zu dem Raum zwischen den zwei umlaufenden Zylinders 5 und 6 führen, wobei die Drehrichtungen und der Materialstrom einander angepasst sind, wie es in Fig. 4 gezeigt ist.
Vor dem Kalander ist eine Vielzahl von Spulen 9 angeordnet, von denen jede einen Kord aufweist, der mit einer Länge von mehreren Tausend Metern darauf aufgewickelt ist.
Die verschiedenen Spulen sind mit geeigneten Bremseinrichtungen versehen, um den Abwickelzug an den Korden zu regulieren, der von der erwähnten Aufnahmevorrichtung vorgesehen wird, die nach dem Kalander angeordnet ist. Es ist klar, dass die Gummierungsposition (der Spalt zwischen den Zylindern 5 und 6) einen Bremspunkt für den Vorschub der Korde bildet, so dass unterschiedliche Zugkräfte auf die Korde vor und nach dem Kalander aufgebracht werden, wobei vorzugsweise der größere Zug danach aufgebracht wird.
Zwischen der Vielzahl von Spulen und der Gummierungsvorrichtung ist ein Verteiler 9' angeordnet, um die Korde so zu positionieren, dass sie parallel und koplanar zueinander in einer einzigen horizontalen Ebene sind, bevor sie den Kalander erreichen.
Gemäß der Erfindung ist jede Spule mit einem Kord beladen, der wenigstens einen Formgedächtnisdraht aufweist, der mit den vorher erwähnten Eigenschaften versehen ist. Insbesondere hat er eine lineare Form mit einer Länge I&sub0; in einem Temperaturbereich As-Af von 60 bis 120ºC und vorzugsweise von 90 bis 100ºC, wobei As kleiner als die Kalandertemperatur oder, mit anderen Worten, als die Kordgummierungstemperatur ist.
Die mit einem vorgegebenen Zug von den entsprechenden Spulen abgewickelten Korde gehen durch den Verteiler hindurch und werden von dort zwischen den Kalanderzylindern aufgenommen, wo sie Kalandertemperatur vorzugsweise zwischen 70ºC und 100ºC erreichen und zwischen den beiden Bahnen aus elastomerem Material eingeschlossen werden, die von dem oberen bzw. unteren Zylinder zugeführt werden.
Die Temperatur des Drahtes 3 eines jeden Kords, der den Kalander erreicht, ändert sich von der Umgebungstemperatur T&sub0; auf die Temperatur As, die für das gewählte Formgedächtnismaterial entsprechend dem Beginn einer Umwandlung des Drahtaufbaus von martensitisch zu austenitisch ist, wobei der Abschluss der Umwandlung bei einer Temperatur unter der Maximaltemperatur des Einschlusses der Korde liegt, die in der Größenordnung von 100ºC liegt.
Während der Umwandlung entstehen, wie vorstehend erläutert und im Stand der Technik für Formgedächtnismaterialien bekannt ist, Kontraktionskräfte, die zur Verwendung der Wiedergewinnung der von dem Draht 3 vorher eingeprägten Form verwendet werden. Die Wiederherstellungskraft, die der Einschlusstemperatur entspricht, die ein Maximum ist, wenn Af < dieser Temperatur ist, wird durch Reibung auf die umgebenden Drähte übertragen, was zu einer Anordnungsänderung ihrer reziproken Positionen führt, vorzugsweise zu einem Verkürzen der Ganghöhe des Kords und einer Beseitigung der pseudoplastischen Verformung &epsi;*, die durch den Formgedächtniseffekt eliminierbar ist.
In der Praxis ist der Kord aufgrund der Wiedereinnahme der Länge "I&sub0;", die anfänglich von dem Draht 3 gespeichert wurde, und aufgrund der Tatsache, dass das elastomere Material in dem plastischen Zustand dies erlaubt, angeschwollen, mit der Folge, dass der Kautschuk gut zwischen die Drähte, aus denen der Kord besteht, eindringen kann.
Nach dem Verlassen des Kalanders wird das neu gebildete Gewebe zur Aufnahmevorrichtung durch den Zug geführt, der auf das Gewebe und somit auf die Korde ausgeübt wird, und wird gleichzeitig von der Gummierungstemperatur auf Temperaturen abgekühlt, die fortschreitend auf Umgebungstemperatur T&sub0; abnehmen.
Während dieses Abkühlens erreicht der Draht 3 eine für das ausgewählte Formgedächtnismaterial typische Temperatur, bei der die Umwandlung von der austenitischen Phase in die martensitische Phase beginnt, worauf die vollständige Bildung einer martensitischen Struktur bei einer weiter verringerten Temperatur folgt.
Während dieser Umwandlung, bei der, wie bekannt, eine martensitische Struktur auch in einem beträchtlichen Ausmaß durch begrenzte Kräfte verformbar ist, reicht der Zug, dem der Draht 3 unterliegt, aus, um die pseudoplastische Dehnung &epsi;tot wiederherzustellen, die der Draht selbst ursprünglich hatte, was das Strecken und Rekompaktieren aller Drähte des Kords zur Folge hat.
In der Praxis wird der Kord wieder geschlossen, jedoch gleichzeitig die vollständige Gummierung eines jeden Drahts beibehalten.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Gewebes wird durch die Tatsache repräsentiert, dass der Gummierungswärmezyklus die Eliminierungskapazität der pseudoplastischen Dehnung &epsi;* aufgrund des den Korden aufgeprägten Verschlechterungswerts praktisch erschöpft hat.
Dementsprechend hat in dem gummierten Gewebe nach der Erfindung bei Umgebungstemperatur der Formgedächtnisdraht der in das Gewebe eingeschlossenen Korde die Einprägung der anderen Form mit einer Länge I&sub0;, die kleiner ist als die Länge I&sub1; des Drahts bei Umgebungstemperatur, gespeichert bei einer Temperatur As, die größer ist als die Umgebungstemperatur T&sub0;, eine pseudoplastische Dehnung &epsi;max/t, die durch den Formgedächtniseffekt eliminierbar ist und einen Wert zwischen 0,1% und 8% der Länge I&sub0; der eingeprägten Form hat, eine pseudoplastische Dehnung &epsi;tot mit einem Wert, der wenigstens gleich dem Doppelten des Werts &epsi;max/t ist, und eine Abnahme der restlichen eliminierbaren pseudoplastischen Dehnung &epsi;*N+1 für jeden darauf folgenden Wärmezyklus, der bei einer Temperatur T&sub1; > As ausgeführt wird, wobei diese Abnahme wenigstens 40% des Werts der pseudoplastischen Dehnung &epsi;max/N des vorhergehenden Zyklus beträgt. Fig. 5 zeigt einen Luftreifen 10 in Radialbauweise, der mit gummierten Geweben hergestellt wird, die mit verstärkenden Korden nach der Erfindung versehen sind.
Der Luftreifen 10, auf den sich die Erfindung bezieht, hat vorzugsweise ein radiales Gehäuse 20, das innen mit einer Bahn aus Kautschuk 28 ausgekleidet ist, die für Luft undurchlässig ist, ein Laufflächenband 11, das auf der Krone des Gehäuses angeordnet ist, Schultern 12, Seitenwände 13, Wulste 14, die mit Wulstkernen 15 und entsprechenden Wulstfüllern 16 verstärkt sind, Verstärkungsbänder 19 und einen Gurtaufbau 21, der zwischen dem Gehäuse und dem Laufflächenband angeordnet ist.
Das Gehäuse 20 hat eine oder mehrere Gehäuselagen, die von der Innenseite nach außen um die Wulstkerne 15 herum gefaltet sind. Die Gehäuselage oder -lagen werden von Teilen des gummierten Gewebes gebildet, das mit Korden 22 verstärkt ist, die in dem Kautschuk des Gewebes eingebettet sind, was schematisch dargestellt ist.
Der Gurtaufbau 21 hat zwei innere Gurte 23, 24, von denen der eine radial auf dem anderen angeordnet ist, sowie einen dritten Gurt in einer radial äußeren Position.
Die Gurte 23 und 24 werden von Teilen aus gummiertem Gewebe gebildet, das Metallkorde einschließt, die bezüglich der Äquatorialebene des Reifens 10 so geneigt sind, dass die Korde parallel zueinander in jeden Gurt und quer zueinander in den übereinander gelegten Gurten sind, während der Gurt 25 mit Korden versehen ist, die in Umfangsrichtung ausgerichtet sind, mit anderen Worten, mit null Grad bezüglich der Äquatorialebene.
In gleicher Weise können andere Bauelemente des Reifens aus Teilen des gummierten Gewebes mit Verstärkungskorden gebildet werden, die in geeigneter Weise bezüglich der axialen, radialen oder Umfangsrichtung des Reifens geneigt sind. Beispielsweise hat das erwähnte Verstärkungsband 19 Korde, die mit einem Winkel zwischen 30º und 60º bezüglich der Radialrichtung geneigt sind.
Alle Verstärkungskorde sind aus irgendeinem geeigneten Material, insbesondere einem textilen oder metallischen Material entsprechend den Funktionseigenschaften, die der Reifen erfordert, hergestellt. Die Erfindung betrifft vorzugsweise metallische Materialien und bezieht sich auf Korde, die aus einer Vielzahl von Metalldrähten bestehen, die miteinander verlitzt sind und von denen wenigstens einer nach der Erfindung aus einem Formgedächtnismaterial hergestellt ist.
Ein erstes erfindungsgemäßes Beispiel für die Verwendung des Drahts betrifft den Gurtaufbau eines Luftreifens für Lastkraftwagen, bei dem die Korde der sich kreuzenden Gurte Metallkorde in einer Anordnung 2 · 0,22 + 6 · 0,38 HT LL, mit anderen Worten Langlagekorde (LL = Langlage) sind, die aus einem Kern mit drei Stahldrähten mit einem Drahtdurchmesser von 0,22 mm bestehen, die von einer Lage von Stahldrähten mit einem Drahtdurchmesser von 0,38 mm umgeben sind, wobei die Drähte aus Stahl mit einem hohen Kohlenstoffgehalt (HAT = hohe Zugspannung) hergestellt sind und eine Bruchlast von wenigstens 3050 MPa haben.
Der Kord hat wenigstens einen Formgedächtnisdraht aus einer Fe&sub1;&sub6;Mn&sub9;Cr&sub5;Si&sub4;Ni- Legierung mit einer Bruchlast von wenigstens 750 MPa. Der Draht hat eine maximale pseudoplastische Verformung, die durch den Einprägungseffekt &epsi;max = 2% wiederherstellbar ist und eine maximale Rückverwandlungskraft von 400 MPa ausüben kann. In einem Fall ist der Formgedächtnisdraht ein Teil des Kerns, wo die Drähte mit einer Steigung von 11 mm gewickelt sind, während die Lagendrähte mit einer Steigung von 18 mm gewickelt sind. Beide Gruppen von Drähten sind wendelförmig mit einer Wickelrichtung vom "S"-Typ gewickelt.
In einem weiteren Fall ist der Formgedächtnisdraht Teil der Schicht, wobei der Kern und die Schicht die gleichen Teilungen und Wickelrichtungen wie die oben erwähnten haben.
Vorzugsweise hat der Formgedächtnisdraht sowohl bei dieser als auch bei anderen Ausführungsformen, die beschrieben werden, den gleichen Durchmesser wie der Stahldraht, den er ersetzt.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist ein Gurtaufbau mit Gewebestreifen, die Korde in einer Anordnung von 3 · 0,15 + 6 · 0,27 HAT mit einer Bruchlast der Stahldrähte gleich 2750 MPa haben, wobei die Windungsganghöhen 9,5 mm und 12,5 mm bei Wickelrichtungen "S" bzw. "Z" ausmachen. Der Formgedächtnisdraht kann in gleicher Weise sowohl einen als auch mehrere Drähte des Kerns und/oder der Lage ersetzen.
Erfindungsgemäße Korde können auch als verstärkende Elemente in Gehäuselagen von Luftreifen für Straßentransport verwendet werden.
Bei einem ersten Ausführungsbeispiel haben die Gehäusekorde eine Anordnung von 1 · 0,22 + 6 · 0,20 + 12 · 0,20 CC (Kompaktkord) bei einer Bruchlast der Stahldrähte von wenigstens 2750 MPa. Die Windungsganghöhe ist 14 mm mit der Richtung "S" in beiden Lagen.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel werden Korde mit einer Anordnung von 1 · 0,25 + 6 · 0,23 + 12 · 0,23 CC wieder bei einer Bruchlast der Stahldrähte von wenigstens 2750 MPa verwendet, wobei die Windungsganghöhe 16 mm beträgt und die Richtung "S" in beiden Lagen ist.
Der Formgedächtnisdraht ersetzte einen oder mehrere der Stahldrähte des Kerns und/oder der Lage aus sechs Drähten und/oder der Lage aus zwölf Drähten.
Diese Korden haben Eigenschaften, die ein vollständiges Durchringen des Kautschuks zwischen die Drähte in der Gummierungsphase erlauben, während sie im Einsatz ein ausgezeichnetes Leistungsverhalten haben. Die Analyse der Prototypreifen hat nach der Vulkanisierung gezeigt, dass bei all diesen Aufbauten die Gurt- und Gehäusekorde eine vollständige Gummierung der Drähte zeigten, auch bei denen des Kerns, was die hohe Durchdringfähigkeit des Kautschuks in sie bestätigt.
Der Reifenrohling, der in allen Teilen vollständig ist, wird in einer Presse zum Vulkanisieren angeordnet, wo diese Phase des Prozesses bei einer Temperatur in der Größenordnung von 140ºC unter Verwendung von Dampf hoher Temperatur und einem ins Innere des Reifens mittels einer Vulkanisierkammer gebrachten Drucks ausgeführt wird, der die innere toroidförmige Oberfläche des Reifens gegen die Wände der Presse drückt. In dieser Phase wird in das Laufflächenband ein geeignetes Laufflächenmuster eingepresst.
Während der Vulkanisierungsphase sind die Drähte 3 jedes Kords nicht länger in der Lage, eine pseudoplastische Dehnung, die gleich der Dehnung &epsi;* ist, die in dem ersten Wärmezyklus wiederhergestellt wird, wieder einzunehmen, da ihre Fähigkeit zur Wiedereinnahme der eingeprägten Form in geeigneter Weise auf einen Wert einer restliche pseudoplastischen Dehnung &epsi;'(1) abgenommen hat, der vorzugsweise nicht mehr als 25% von &epsi;* ist.
Demzufolge ist die Kraft, die durch Reibung von den Drähten 3 auf die umgebenden Drähte übertragen wird, viel geringer als diejenige, die vorher entwickelt wurde. Darüber hinaus sind die Drähte 3 in der Lage, den entsprechenden Kord einem sehr kleinen Ausmaß nur zu öffnen und so ein weiteres Eindringen von Mischung in den Kord infolge der höheren anfänglichen Fluidität der Mischung aufgrund der hohen Temperatur in dem ersten Zustand des Vulkanisierprozesses zu erlauben. Vorzugsweise ist der Wert des Abbaus der restlichen pseudoplastischen Dehnung &epsi;*(1) geeignet gewählt, um dieses Ergebnis zu maximieren.
Das Schließen des Kords der Gehäuselagen und der Gurte mit Korden, die in Umfangsrichtung ausgerichtet sind, wird dann durch den Druck des Vulkanisierfluids gewährleistet, das den Reifen aufbläht, wobei ein Druck gegen die Innenfläche der Presse ausgeübt und die Anordnung aus Gehäuse und Gurt unter Spannung gesetzt wird. Vorzugsweise wird dieser Aufblähdruck während des allmählichen Abkühlens des Reifens mit bekannten Mitteln und Verfahren einer Nachaufblähung weiter aufrechterhalten.
Im Einsatz unterliegt der Reifen verschiedenen Wärmezyklen, die als Folge der Einsatzbedingungen (Belastung und Aufpumpdruck) und/oder des Fahrverhaltens und/oder der Einflüsse der Umgebungstemperatur das Erwärmen des Reifens und der Bestandteilsmaterialien einschließlich der Korde auf einen Temperaturwert herbeiführen, der höher ist als der vorher erwähnte Schwellenwert As.
Aufgrund des bereits durchlaufenen Abbaus der Gedächtniswiederherstellkapazität sowie aufgrund der Tatsache, dass der Kord in eine vulkanisierte Mischung eingebettet ist, bleibt jedoch unter diesen Umständen der Kord praktisch geschlossen, und darüber hinaus können die Formgedächtnisdrähte 3 jedes Kords eine kleine Rückverwandlungskraft entwickeln, die schnell und fortschreitend beseitigt wird. Es kann in Betracht kommen, dass der Abbau der Gedächtniswiederherstellungskapazität, der die Drähte 3 jedes Kords unterliegen, derart beschaffen ist, dass sie nach einer Anzahl von 30 bis 50 Wärmezyklen vom Beginn der Verwendung des Reifens an praktisch null wird, was durch etwa 30.000 bis 50.000 Wärmezyklen während seiner Lebensdauer insgesamt gekennzeichnet ist.
Die Reifen nach der Erfindung sind somit mit Korden versehen, die wenigstens einen Formgedächtnisdraht aufweisen, dessen Verhalten beim Einsatz des Reifens nach einer Anzahl von anfänglichen Wärmezyklen ähnlich dem der umschließenden Drähte aus dem herkömmlichen Material wird.
Das qualitative Diagramm in Fig. 6 zeigt die Änderung der Eigenschaften des Teils der pseudoplastischen Dehnung &epsi;*, der durch den Formgedächtniseffekt eliminierbar ist, in dem entsprechenden Metalldraht für (1) den blanken Kord, (2) den Kord in dem gummierten Gewebe vor dem Vulkanisieren bzw. (3) in dem vulkanisierten Reifen.
Die Länge eines Teils des Drahts, der aus dem Formgedächtnismaterial hergestellt ist, ist mit I&sub1; bezeichnet und besteht aus einem Teil "a" mit einer Länge I&sub0;, die der Länge der in den Draht eingeprägten Form entspricht, und einer pseudoplastischen Verformung &epsi;tot (aufgebracht durch Dehnen der martensitischen Struktur), die wiederum aus einem Teil "b", der dem Anteil &epsi;* entspricht, der durch den Formgedächtniseffekt eliminierbar ist, und aus einem Teil "c" besteht, der dem Anteil &epsi;PL entspricht, der plastisch auf nicht wiederherstellbare Weise verformt wird, wobei das Symbol &epsi; in diesem Fall anstelle der Dehnungsprozentsätze Absolutwerte angibt.
Die Eigenschaften des Abbaus, die dem Drahtgedächtnis gemäß der Erfindung gegeben sind, bestimmen die Bewegung der Trennlinie zwischen &epsi;' und &epsi;PL aufgrund der Wärmezyklen, die der Draht durchlaufen hat.
In dem Kord selbst hat der Draht eine Dehnung Etat von wenigstens 85% von &epsi;max/c durchlaufen, jedoch vorzugsweise wenigstens gleich oder stärker bevorzugt größer als &epsi;max/c, um den Zustand zu erhalten, dass der Abbau des Gedächtnisses mit dem zweiten nachfolgenden Wärmezyklus beginnt. D. h. mit anderen Worten, dass bei dem zweiten Wärmezyklus der wiederherstellbare Anteil der Dehnung beträchtlich kleiner gemacht wird als der Anteil, der während des ersten Wärmezyklus wiederhergestellt wird. Auf diese Weise fällt bei jedem darauf folgenden Wärmezyklus der wiederherstellbare Anteil der Dehnung &epsi;* immer mit dem Wert &epsi;max/N bezogen auf diesen Zyklus zusammen und kann demzufolge im folgenden Zyklus nicht wiederholt werden.
Das Diagramm in Fig. 6 gemäß einem bevorzugten Wert des Abbaus in der Größenordnung von 50% nach der Erfindung zeigt, dass der Wert des wiederherstellbaren Anteils der Dehnung &epsi;* etwa die Hälfte von dem des blanken Kords in dem gummierten Gewebe und annähernd ein Viertel des Werts in dem vulkanisierten Reifen ist.
Die Charakteristika der Erfindung, die vorher unter Bezug auf das Öffnen der Korde in der Phase des Einschließens des elastomeren Materials beschrieben wurden, ermöglichen es, Kordanordnungen, von denen jede aus einer Vielzahl von Lagen von Metalldrähten besteht, ohne die Gefahr eines schlechten Eindringens von Kautschuk in die Drähte der inneren Schichten zu verwenden.
Aufgrund des vollständigen Eindringens von Kautschuk zwischen die Drähte des Kords ist es darüber hinaus möglich, irgendwelche neuen Anordnungen von Metallkorden mit einer größeren Anzahl von Lagen von Metalldrähten als die gegenwärtig verwendeten einzusetzen, insbesondere für die Verstärkungskorde der gummierten Gewebe von Gehäusen für Kraftfahrzeugreifen.
Die weitere Eigenschaft des Schließens des Kords in der Phase der Abkühlung des Gewebes nach dem Kalandrieren durch einen Zug auf die Korde, der so reguliert wird, dass die Drähte jedes Kords zum Annähern an das Zentrum gebracht werden, erlaubt günstigerweise die Wiederherstellung der Gruppierung der Drähte im Wesentlichen wie sie war, bevor sie in der Kalandrierphase voneinander wegbewegt wurden.
Der Grund dafür besteht darin, dass in der erwähnten Abkühlphase der Formgedächtnisdraht, der dem Zug unterliegt, eine Anfangslänge wiedergewinnt, so dass alle Drähte eines jeden Kords entsprechend dem auf sie ausgeübten Zug oben auf dem Kautschuk, der in den Kord eingedrungen ist, zusammen rekompaktiert werden, um die Ursprungslänge wiederherzustellen.
Der folgende Vulkanisierwärmezyklus ist nicht nur in der Lage, den Kord in einem sehr kleinen Ausmaß wieder zu öffnen, während die darauf folgenden Wärmezyklen zu einer ziemlich kleinen Zahl, die während des Einsatzes des Reifens auftritt, nur Rückverwandlungskräfte entwickeln können, die schwächer werden, wenn die Anzahl der Zyklen zunimmt.
Wie zu sehen war, ermöglicht dann die Grundcharakteristik der Erfindung, nämlich die Wiederherstellung des Formgedächtnisses, das mit durch die Auslegung vorgegebenen Werten stark abgebaut ist, das Geschlossen-Halten des Kords.
Nimmt man beispielsweise an, dass die durch den Memory-Effekt wiederherstellbare pseudoplastische Verformung &epsi;* im ersten Wärmezyklus 2% beträgt und ein Formgedächtnisdraht mit einem Abbau des Gedächtniseffekts verwendet wird, bei dem Q% 25% wird, ergibt sich eine Wiederherstellungsverformung &epsi;*(N) in den folgenden N Wärmezyklen (N = 1, 2, 3) von 0,5%, 0,125% bzw. 0,03% usw.
Aufgrund dieser Werte wird deutlich, dass die Wiederherstellung des Formgedächtnisses bereits als vernachlässigbar bei dem Wärmezyklus angesehen werden kann, der unmittelbar auf den der Vulkanisierung des Reifens folgt, und kann mit null in den Tausenden der darauf folgenden Wärmezyklen angesetzt werden, denen ein Reifen im Einsatz unterliegen kann.
Aufgrund des guten Eindringens des Kautschuks zwischen die Drähte und aufgrund des Schließens des Kords mit der Rekompaktierung der Drähte in die Ausgangsform hat demzufolge der Kord sowohl einen guten Korrosionswiderstand als auch eine hochgradige Leistung, wenn der Kord in Einsatz kommt.
Das Aufrechterhalten des Schlusszustands jedes Kords während der Tausenden von Wärmezyklen, denen ein Reifen unterworfen wird, wird in der Praxis durch die Tatsache bestätigt, dass der Formgedächtnisdraht oder die Formgedächtnisdrähte, die in dem Kord enthalten sind, sich genauso wie die anderen Stahldrähte des herkömmlichen Typs, die in dem Kord vorhanden sind, verhalten.
Der Grund dafür besteht darin, dass der Draht, der ursprünglich genau in den Kord eingeführt wurde, aufgrund seiner Kapazität der Rückgewinnung einer bestimmten Form anschließend die Formrückgewinnungskapazität verliert, so dass, wenn er thermischen und mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt ist, denen der Kord unterliegt, er sich genauso wie die anderen Drähte verhält, insbesondere im Hinblick auf seinen Elastizitätsmodul unter Zug und seine Dehnung beim Bruch.
Das Verhalten des Formgedächtnisdrahts des Kords nach der Erfindung ist deshalb von dem beim Stand der Technik beschriebenen und verwendeten vollständig verschieden, bei dem die Fähigkeit der Wiederherstellung der eingeprägten Form vorhanden ist und aufgrund eines langen Teils der Lebensdauer des Reifens im Wesentlichen unverändert bleibt.
Es ist auch darauf hinzuweisen, dass das Eindringen des Kautschuks zwischen die Drähte eines Kords mit einem beträchtlichen Vorteil durch Erhöhen der Anzahl der Formgedächtnisdrähte gesteigert werden kann.
Beispielsweise ist es in einem Kordaufbau mit einer Vielzahl von Lagen möglich, drei Formgedächtnisdrähte mit einem Winkelabstand von 120º zwischen ihnen oder vier Drähte mit einem Winkelabstand von 90º zwischen ihnen oder andere zweckmäßige Anordnungen zu sehen, um einen maximalen Effekt der Anordnungsauflösung zwischen den Drähten in der Phase des Einschlusses der Korde in das elastomere Material zu erhalten.
Es ist auch möglich, das Öffnen des Kords dadurch zu steigern, dass vom Hersteller des Drahts verlangt wird, mittels einer Wärmebehandlung eine größere Kraft der Wiederherstellung des Gedächtnisses der Gewebegummierungsphase vorzusehen.
In diesem Fall ermöglichen sowohl die Wahl der Materialien als auch die Wärmebehandlung, Temperaturwerte am Beginn der austenitischen Phase und am Ende der austenitischen Phase zu erhalten, die einer Wiederherstellungskraft entsprechen, die den gewünschten Wert hat.
Deshalb bieten die Form, die durch den linearen und/oder gewellten Draht eingeprägt ist, das Material, aus dem er besteht, die Art der Wärmebehandlung und die Anzahl der Formgedächtnisdrähte, die in den Kord eingeführt werden, vorteilhafterweise unterschiedliche Lösungen, die miteinander auf verschiedene Weise kombiniert werden können, um ein gewünschtes Öffnen des Kords mit dem anschließenden starken Eindringen von Kautschuk in ihn zu erhalten.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt in der Tatsache, dass neue Materialien in dem Kord ohne Änderung des herkömmlichen Luftreifenherstellungszyklus verwendet werden.
Es ist auch zu betonen, dass die vorliegende Lösung des technischen Problems, das bezüglich der Verwendung des Abbaus des Formgedächtnisses entstand, eine naheliegende oder einfache Wahl ist.
Es liegt lediglich in der Kenntnis der Anmelderin, dass der Abbau des Formgedächtnisses, der beim Stand der Technik niemals benutzt wurde und sicherlich in den diesen Gegenstand betreffenden Publikationen nicht vermutet worden ist, da er eine Verschlechterung des Verhaltens des Formgedächtnismaterials darstellt, eine Grundeigenschaft für die Lösung eines bisher ungelösten technischen Problems wurde.

Claims

1. Metallkord (1) zum Verstärken von aus elastomerem Material hergestellten Gegenständen mit einer Vielzahl von Metalldrähten (3, 4), die wendelförmig umeinander gewickelt sind, von denen wenigstens einer aus einem Formgedächtnismaterial hergestellt ist, das die Fähigkeiten hat, eine vorher eingeprägte Form wieder anzunehmen und von der eingeprägten Form aus verformt wird, wobei die Formwiedereinnahmefähigkeiten in einem ersten Wärmezyklus während des Einschlusses des Kords in ein elastomeres Material im Wesentlichen aktiv sind und auf ein im Wenigsten signifikantes vorher festgelegtes Ausmaß nach dem ersten Wärmezyklus abgeschwächt werden, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Formgedächtnisdraht eine Verringerung der Formwiedereinnahmefähigkeit, die als eliminierbare pseudoplastische Restdehnung (&epsi;*) bezeichnet wird, nach dem ersten Wärmezyklus aufweist, der bei einer Temperatur (T&sub1;) ausgeführt wird, die höher ist als die Ausgangstemperatur (As) der Umkehrformation der austenitischen Struktur aus der martensitischen Struktur, was wenigstens 40% des Werts der Dehnung ist, die anfänglich durch den Formgedächtniseffekt (&epsi;max/c) vor dem ersten Wärmezyklus, der pseudo-elastische Dehnung bezeichnet wird, eliminierbar ist.

2. Kord (1), nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Formgedächtnisdraht (3) bei Umgebungstemperatur vor dem ersten Wärmezyklus die Einprägung einer anderen Form mit einer Länge (I&sub0;) hat, die kleiner ist als die Länge (I&sub1;) des Drahts bei Umgebungstemperatur (T&sub0;), die bei der Ausgangstemperatur (As) der Umkehrformation der austenitischen Struktur aus der martensitischen Struktur eingeprägt ist, die größer als die Umgebungstemperatur (T&sub0;) ist.

3. Kord (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die pseudo-plastische Dehnung, die anfänglich durch den Formgedächtniseffekt (&epsi;max/c) eliminierbar ist, einen Wert zwischen 0,2% und 8% der Länge (I&sub0;) der eingeprägten Form hat.

4. Kord (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Formgedächtnisdraht (3) bei Umgebungstemperatur vor dem ersten Wärmezyklus eine pseudo-plastische Dehnung (&epsi;tot) mit einem Wert von wenigstens 85% des Werts der pseudo-plastischen Dehnung hat, die anfänglich durch den Formgedächtniseffekt (&epsi;max/c) eliminierbar ist.

5. Kord (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Formgedächtnisdraht (3) aus Metall eine lineare Form eingeprägt hat.

6. Kord (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Formgedächtnisdraht (3) aus Metall eine gewellte Form eingeprägt hat.

7. Kord (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Formgedächtnisdraht (3) in der Wiedereinnahmephase in die eingeprägte Form während dem ersten Wiedereinnahmewärmezyklus eine Wiederumwandlungskraft zwischen 50 und 80 MPa ausübt.

8. Kord (1) nach Anspruch 1 in einer Mehrfachlagenbauweise mit einem zentralen Kern, dadurch gekennzeichnet, dass der Formgedächtnisdraht (3) aus Metall Teil des Kerns ist.

9. Kord (1) nach Anspruch 1 in einer Mehrfachlagenbauweise mit einem zentralen Kern, dadurch gekennzeichnet, dass der Formgedächtnisdraht (3) aus Metall Teil einer der Lagen ist.

10. Kord (1) nach Anspruch 1 in Litzenbauweise, dadurch gekennzeichnet, dass der Formgedächtnisdraht (3) aus Metall eines der Elemente der Litze bildet.

11. Kord (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Formgedächtnisdrahts (3) eine Legierung ist, die aus der Gruppe ausgewählt wird, zu der Ni- Ti, Ni-Ti-Co-Fe, Fe-Si-Mn, Cu-Zn-Al, Cu-Al-Ni, Cu-Al-Be gehören.

12. Luftreifen (10) für Fahrzeugräder mit einer Vielzahl von Verstärkungskorden, von denen jeder von Metalldrähten gebildet wird, die wendelförmig umeinander gelegt sind, wobei wenigstens einer von ihnen aus einem Formgedächtnismaterial besteht, das die Fähigkeit der Wiedereinnahme einer vorher eingeprägten Form hat und aus der eingeprägten Form verformt wird, wobei die Formwiedereinnahmefähigkeiten in einem ersten Wärmezyklus während des Einschließens des Kords in ein elastomeres Material im Wesentlichen aktiv sind und auf wenigstens ein beträchtliches, vorher festgelegtes Ausmaß nach dem ersten Wärmezyklus abgeschwächt werden, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Formgedächtnisdraht eine Verringerung in der Formwiedereinnahmefähigkeit, die eliminierbare pseudo-plastische Restdehnung (&epsi;*) genannt wird, nach dem ersten Wärmezyklus hat, der bei einer Temperatur (T&sub1;) ausgeführt wird, die größer ist als die Ausgangstemperatur (As) der Umkehrformation der austenitischen Struktur aus der martensitischen Struktur, was wenigstens 40% des Werts der Dehnung ist, die anfänglich durch den Formgedächtniseffekt (&epsi;max/c) vor dem ersten Wärmezyklus eliminierbar ist, der pseudo-plastische Dehnung genannt wird.

13. Luftreifen (10) nach Anspruch 12, mit einer Hülle (20) mit Toroidform, die einen Kronenabschnitt und zwei axial gegenüberliegende Seiten hat, die in ein Paar von Wulsten (14) zum Befestigen des Reifens an einer entsprechenden Montagefelge enden, ein Laufflächenband (11), das auf der Krone der Hülle (20) angeordnet ist, und einen Gurtaufbau (21) hat, der zwischen der Hülle und dem Laufflächenband angeordnet ist, wobei der Reifen Gurtschichten (23, 24, 25) hat, die eine Vielzahl von Verstärkungselementen (23, 24, 25) aufweisen, die aus einem gummierten Gewebe hergestellt sind, das mit Verstärkungsdrähten versehen ist, die angrenzend aneinander und parallel zueinander angeordnet sind und von denen jeder aus Metalldrähten hergestellt ist, die wendelförmig umeinander gewickelt sind, wobei sich der Reifen dadurch auszeichnet, dass jeder der Metallkorde wenigstens einen der Formgedächtnisdrähte aufweist.

14. Luftreifen (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Formgedächtnisdraht bei Umgebungstemperatur vor dem ersten Wärmezyklus die Einprägung einer anderen Form mit einer Länge (I&sub0;) hat, die kleiner ist als die Länge (I&sub1;) des Drahtes bei Umgebungstemperatur (T&sub0;), die bei der Ausgangstemperatur (As) der Umkehrformation der austenitischen Struktur aus der martensitischen Struktur eingeprägt ist, die größer ist als die Umgebungstemperatur (T&sub0;).

15. Luftreifen (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die pseudoplastische Dehnung, die anfänglich durch den Formgedächtniseffekt (&epsi;max/c) eliminierbar ist, einen Wert zwischen 0,2% und 8% der Länge (I&sub0;) der eingeprägten Form hat.

16. Luftreifen (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Formgedächtnisdraht bei Umgebungstemperatur vor dem ersten Wärmezyklus eine pseudo-plastische Dehnung (&epsi;tot) mit einem Wert von wenigstens 85% des Werts der pseudo-plastischen Dehnung hat, die anfänglich durch den Formgedächtniseffekt (&epsi;max/c) eliminierbar ist.

17. Luftreifen (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Korde mit wenigstens einem aus Formgedächtnismaterial hergestellten Draht nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 bis 11 ausgebildet sind.

18. Luftreifen (10) nach Anspruch 13, bei welchem der Gurtaufbau (21) wenigstens einen Streifen aus gummiertem Gewebe (25) in einer radial äußeren Position mit Korden hat, die in Umfangrichtung parallel zur Äquatorialebene des Reifens ausgerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Korde des Streifens wenigstens einen der Formgedächtnisdrähte aufweisen.

19. Luftreifen (10) nach Anspruch 13, bei welchem der Umhüllungsaufbau (20) wenigstens eine Lage von gummiertem Gewebe aufweist, das mit Verstärkungskorden (22) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Korde wenigstens einen der Formgedächtnisdrähte aufweisen.

20. Gummiertes Gewebe (2) für verstärkende Gegenstände aus elastomerem Material mit einer Vielzahl von Korden (1), die in das elastomere Material des Gewebes eingeschlossen und so angeordnet sind, dass sie in der gleichen Richtung koplanar, parallel und angrenzend zueinander sind, wobei jeder Kord aus einer Vielzahl von Metalldrähten gebildet ist, die zusammen wendelförmig gelegt sind und von denen wenigstens einer aus einem Formgedächtnismaterial hergestellt ist, das die Fähigkeiten hat, eine vorher geprägte Form wieder einzunehmen, und aus der eingeprägten Form heraus verformt wird, wobei die Formwiedereinnahmefähigkeiten im Wesentlichen in einem ersten Wärmezyklus während des Einschließens des Kords in ein elastomeres Material aktiv sind und sich auf wenigstens ein vorher festgelegtes Ausmaß nach dem ersten Wärmezyklus abschwächen, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Formgedächtnisdraht eine Verringerung in der Formwiedereinnahmefähigkeit, die eliminierbare pseudo-plastische Restdehnung (&epsi;*) genannt wird, nach dem ersten Wärmezyklus hat, der bei einer Temperatur (T&sub1;) ausgeführt wird, die größer ist als die Ausgangstemperatur (As) der Umkehrformation der austenitischen Struktur aus der martensitischen Struktur, was wenigstens 40% des Werts der Dehnung ist, die anfänglich durch den Formgedächtniseffekt (&epsi;max/c) vor dem ersten Wärmezyklus ist, der pseudo-plastische Dehnung genannt wird.

21. Gummiertes Gewebe (2) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Formgedächtnisdraht bei Umgebungstemperatur vor dem ersten Wärmezyklus die Einprägung einer anderen Form mit einer Länge (I&sub0;) hat, die kleiner ist als die Länge (I&sub1;) des Drahtes bei Umgebungstemperatur (T&sub0;), die bei der Ausgangstemperatur (As) der Umkehrformation der austenitischen Struktur aus der martensitischen Struktur eingeprägt ist, welche größer ist als die Umgebungstemperatur (T&sub0;).

22. Gummiertes Gewebe (2) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die pseudo-plastische Dehnung, die anfänglich durch den Formgedächtniseffekt (&epsi;max/c) eliminierbar ist, einen Wert zwischen 0,2% und 8% der Länge (I&sub0;) der eingeprägten Form hat.

23. Gummiertes Gewebe (2) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Formgedächtnisdraht bei Umgebungstemperatur vor dem ersten Wärmezyklus eine pseudo-plastische Dehnung (&epsi;tot) mit einem Wert von wenigstens 85% des Werts der pseudo-plastischen Dehnung hat, die durch den Formgedächtniseffekt (&epsi;max/c) eliminierbar ist.

24. Verfahren zur Herstellung eines verstärkten gummierten Gewebes (2) für Gegenstände aus elastomerem Material, wobei das gummierte Gewebe eine Vielzahl von Korden aufweist, die parallel zueinander in der gleichen Richtung ausgerichtet und in das elastomere Material eingeschlossen sind, wobei das Verfahren die Phasen aufweist:

a) Herstellen einer Vielzahl von Metallkorden zur Überführung zu einer Gewebegummierungsvorrichtung, wobei jeder Kord eine Vielzahl von einzelnen Metalldrähten aufweist, die wendelförmig umeinander gelegt sind, wobei wenigstens einer der Drähte in wenigstens einem der Korde aus einem Formgedächtnismaterial besteht und wobei seine Form durch Einwirkung eines geeigneten Wärmungszyklus wiedereinnehmbar ist,

b) Zuführen der Korde in einem zueinander koplanaren und parallelen Zustand zu der Gummierungsvorrichtung für das Einschließen der Korde in die Schicht aus elastomerem Material,

c) Abziehen des gummierten Gewebes aus der Gummierungsvorrichtung in Form eines kontinuierlichen Streifens, dadurch gekennzeichnet,

- dass während der Phase des Einschließens der wenigstens ein Formgedächtnisdraht eine Verringerung in der Formwiedereinnahmefähigkeit, die eliminierbare pseudo-elastische Restdehnung (&epsi;*) genannt wird, nach einem ersten Wärmezyklus des Einschließens hat, der bei einer Temperatur (T&sub1;) durchgeführt wird, die größer ist als die Ausgangstemperatur (As) der Umkehrformation der austenitischen Struktur aus der martensitischen Struktur, was wenigstens 40% des Wertes der Dehnung ist, die anfänglich durch den Formgedächtniseffekt (&epsi;max/c) vor dem ersten Wärmezyklus eliminierbar ist, der pseudo-plastische Dehnung genannt wird,

- das Einschließen bei einer Temperatur (T&sub1;) ausgeführt wird, die größer ist als die Umgebungstemperatur (T&sub0;), so dass die in dem Draht eingeprägte Form mit der Formwiedereinnahme der pseudo-plastischen Dehnung, die durch den Formgedächtniseffekt (&epsi;max/c) eliminierbar ist, so wiedereingenommen wird, dass die Rückumwandlungskraft, die von dem Formgedächtnisdraht während der Formwiedereinnahme erzeugt wird, auf die umgebenden Drähte Wirkungen ausübt, die zu einer Beabstandung zwischen jedem der Drähte und dem nächsten und zu einem Eindringen des elastomeren Materials in den Kord führen, der sich in einer im Wesentlichen offenen Form befindet, und

- dass die Abzugphase mit einem Zug ausgeführt wird, der ausreicht, um die pseudo-plastische Dehnung (&epsi;tot) vor dem ersten Wärmezyklus und die ursprüngliche Form der Korde wieder herzustellen, wenn das Gewebe fortschreitend auf Umgebungstemperatur (T&sub0;) abgekühlt wird.

25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass ein Formgedächtnisdraht verwendet wird, der eine Verringerung der Formwiedereinnahmefähigkeit, die eliminierbare pseudo-plastische Restdehnung (&epsi;*) genannt wird, für jeden Wärmezyklus folgend auf den der Gummierung des Gewebes hat, die bei einer Temperatur (T&sub1;) ausgeführt wird, die größer ist als die Ausgangstemperatur (As) der Umkehrformation der austenitischen Struktur aus der martensitischen Struktur, wobei die Abnahme wenigstens 40% des Werts der pseudo-plastischen Dehnung beträgt, die anfänglich durch den Formgedächtniseffekt (&epsi;max/c) des vorhergehenden Zyklus eliminierbar ist.

26. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass ein Formgedächtnisdraht verwendet wird, bei dem die eingeprägte Form eine Wellenform ist.

27. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontraktion des Formgedächtnisdrahts, die auf die Wiedereinnahme der gespeicherten Form folgt, dazu verwendet wird, durch Reibung die Beabstandung der umgebenden Drähte herbeizuführen, wobei der Kord aufschwillt und elastomeres Material in ihn eindringt.

28. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Wiedereinnahme der vorher in den Formgedächtnisdraht eingeprägten Form dazu verwendet wird, die Beabstandung der umgebenen Drähte voneinander weg herbeizuführen, wobei der Kord aufschwillt und elastomeres Material in ihn eindringt.

29. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschlusstemperatur (T&sub1;) zwischen 60ºC und 120ºC liegt.

30. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschlusstemperatur (T&sub1;) zwischen 90ºC und 120ºC liegt.

31. Verfahren zur Herstellung eines Luftreifens (10) für Fahrzeugräder, wobei der Reifen eine Umhüllung (20) in Toroidform mit einem Kronenabschnitt und zwei axial gegenüberliegenden Seitenwänden, die in einem Paar von Wulsten (14) für die Festlegung des Reifens an einer entsprechenden Montagefelge enden, einen Laufflächenstreifen (11), der auf der Krone der Umhüllung angeordnet ist, und einen Gurtaufbau (21) aufweist, der zwischen der Umhüllung und dem Laufflächenstreifen angeordnet ist, wobei das Verfahren die Phasen aufweist:

- Herstellen einer Rohumhüllung mit einer Vielzahl von Verstärkungskorden, von denen jeder von Metalldrähten gebildet wird, die wendelförmig umeinander gelegt sind, wobei wenigstens einer von ihnen ein Draht aus einem Formgedächtnismaterial ist, das die Fähigkeiten der Wiedereinnahme einer vorher eingeprägten Form hat, und aus der eingeprägten Form verformt wird, und die Formwiedereinnahmefähigkeiten im Wesentliche in einem ersten Wärmezyklus während des Einschließens des Kords in ein elastomeres Material aktiv werden und auf wenigstens auf ein beträchtliches, vorher festgelegtes Ausmaß nach dem ersten Wärmezyklus abgeschwächt werden, und

- Vulkanisieren der Rohumhüllung in einer Vulkanisierpresse mittels eines Wärmezyklus, der durch vorgegebene Werte von Zeit, Temperatur und Druck festgelegt ist, wobei sich das Verfahren dadurch auszeichnet,

- dass es einen Formgedächtnisdraht verwendet, der eine Verringerung in der Formwiedereinnahmefähigkeit, die eliminierbare pseudo-plastische Restdehnung (&epsi;*) genannte wird, nach dem ersten Wärmezyklus hat, der bei einer Temperatur (T&sub1;) ausgeführt wird, die größer ist als die Ausgangstemperatur (As) der Umkehrformation der austenitischen Struktur aus der martensitischen Struktur, was wenigstens 40% des Werts der anfänglichen Dehnung ist, die durch den Formgedächtniseffekt (&epsi;max/c) vor dem ersten Wärmezyklus, der pseudo-plastische Dehnung bezeichnet wird, eliminierbar ist, so dass die Formwiedereinnahmefähigkeiten in jedem Wärmezyklus der auf den Vulkanisierzyklus folgt, im Wesentlichen beseitigt werden.