DE69114000T2 - Hochfeste kordel. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kord und einen Reifen, welcher durch solch einen Kord verstärkt ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie er z.B. aus der US-A-440844 bekannt ist.
• Die US-A-4960473 offenbart Stahllegierungen zum Verstärken von Drähten bzw. Kabeln und Filamenten für Gummiprodukte mit erhöhter Stärke und Dehnbarkeit und deren Herstellungsverfahren.
• Die US-A-4408444 beschreibt einen Stahlkord für die Verstärkung von elastomerem Material umfassend zwei äquivalente Drahtgruppen von jeweils zumindest zwei Drähten. Die Drähte der ersten Gruppe sind parallel und die Drähte der zweiten Gruppe sind umeinander verdreht mit einer Verdrehungsaufteilung in derselben Richtung und mit demselben Wert wie die Verdrehungsaufteilung, mit welcher die zwei Gruppen miteinander verdreht sind.
• Verstärkte elastomere Gegenstände sind in der Technik wohl bekannt, z.B. für Förderbänder oder ähnliche Bänder, Reifen etc.. Korde, welche aus mehrfach verdrehten Filamenten von feinen Drähten mit zwei oder mehr Filamenten in einer einzelnen Strangkonstruktion mit einem Wickel bzw. Umwickelfilament darum zum Verstärken der obigen Struktur hergestellt sind, sind ebenfalls bekannt. In letzter Zeit wurde herausgefunden, daß Mehrfachstränge und Mehrfachlagenkorde, z.B. 2 + 7x.22 + 1 notwendig zum Erfüllen des höheren Bedarfes an Haltbarkeit für die Bestandteile in Reifengürteln sind, welche jedoch teurer in der Herstellung sind. Vor noch kürzerer Zeit wurden Einzelstrangkorde von Mehr fach- bzw. Multifilamenten, welche nicht umeinander verdreht sind, sondern alle zusammen als ein Bündel oder Bund zusammen verdreht zum vereinfachen der Kordkonstruktion und multidirektionale bzw. mehrfach gerichtete Korde verwendet. Höhere Ermüdungslebensanforderungen für Bestandteile in Reifen führten zu Korden mit kleinerem Filamentdurchmesser, wodurch mehr Filamente in den Korden erforderlich sind zum Erhalten der notwendigen Stärke.
• In letzter Zeit wurden Zweischichtreifengürtel für PKW- und Leicht-LKW-Reifen verwendet mit Korden von 2x.30HT bzw. 2+2x.30HT. Ein Beispiel der 2x- Korde kann in einer früheren Anmeldung des Inhabers gefunden werden, welche nun als EP 0237462 am 16. September 1987 veröffentlicht wurde. Diese Korde sind aus hochdehnbarem (HT) Stahl hergestellt mit einem Kohlenstoffgewichtsgehalt größer als 0,80 %, welche eine geringere Stärke als die obigen Stahllegierungen aufweist, auf welche hierin Bezug genommen wird als superdehnbar bzw. superzugfest (ST).
• Viele Probleme mußten überwunden werden, selbst nach der Entwicklung der obigen Stahllegierungen und Filamente. Die Stahllegierungen mit höherer Stärke resultierten in einer Veränderung des Kordmoduls, welche einen Anstieg in der Möglichkeit des Einstellens der Parameter einer Reifengürtelbruttolast mit sich brachte, wie es in der oben identifizierten 2x-Kordanmeldung beschrieben ist, in Abhängigkeit von drei Faktoren, unter der Annahme von geeignetem Kord für Gummihaftung. Die Faktoren sind das Kordmodul, das Verhältnis von Kordvolumen zu Gummivolumen, welches häufig ausgedrückt wird als die Anzahl von Kordenden pro Inch, und der Winkel der Kordverstärkung. Ein Erhöhen in den oben erwähnten zwei anderen kordbezogenen Faktoren resultiert generell in einem Gewichtsanstieg für den Gürtel. Zugeführtes bzw. addiertes Gewicht bedeutet zusätzliche Kosten und höheren Rollwiderstand eines Reifens. Leichtere Korde mit einem niedrigen Modul lösen nicht das Problem, weil, obwohl sie ein niedrigeres Gewicht aufweisen, sie ebenfalls ein niedrigeres Kordmodul haben, welches ausgeglichen werden muß durch Erhöhen des Verhältnisses von Korden zu Gummivolumen. Dieses Erhöhen im Kordvolumen ist begrenzt durch die physikalische Größe des Kord und der resultierenden Beabstandung zwischen den Korden, welche die Fähigkeit des Gummis zwischen die Korde zu treten, zum Bilden guter Kord zu Gummihaftung bestimmt.
• Die Herausforderung bzw. Aufgabe war es eine Kordstruktur zu bestimmen, welche die Vorteile des neuen Kordmoduls ausnutzt, während das Kordvolumen zu Gummivolumenverhältnis an Lateralverstärkungen nicht negativ beeinträchtigt wird.
• Nach beachtlichem Studium, Anstrengung, Testen und Zeit stellt die vorliegende Erfindung Korde mit einer im wesentlichen reduzierten Anzahl von Filamenten bereit. Während eine Reduktion in der Anzahl der Filamente eine Erniedrigung im Gewicht erwarten läßt, muß dies nicht notwendigerweise der Fall sein, wenn die Filamentgröße erhöht wird. Unter solchen Umständen wurde ein Kord zum Gebrauch durch Verändern der Enden pro Inch (EPI) in den Schichten des Gürtels herausgefunden. Andere Vorteile, welche in der vorliegenden Erfindung existieren, umfassen eine Reduktion in der Kordgummibeschichtungsstärke zwischen den Kordiagen in einem Gürtel, und einer Gewichtsreduktion bedingt durch die Gewichtsreduktion der Verstärkung als auch eine Reduktion in einem Betrag von der Gummistärke. Dies ebenfalls resultiert in einer Reduktion in den Kosten für die Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung.
• Wie es folgend angedeutet ist, wird die vorliegende Erfindung nun gezeigt mit im wesentlichen beibehaltener Bruttolast für einen Reifengürtel, während das Gewicht und die Kosten unter Verwendung eines stärkeren Filamentes in Kordkonstruktionen reduziert sind, welche bisher nicht verwendbar waren, selbst mit hochdehnbaren Filamenten, und begleitenden Kordvolumen und -winkeln, welche das Material in dem Gürtel reduzieren. Ähnliche Vorteile können und wurden mit anderen Zusammensetzungen, wie z.B. Karkassenschichten erreicht.
• Die vorliegende Erfindung offenbart einen Kord zum Verstärken elastomerer Strukturen, umfassend zwei Gruppen von Filamenten, eine erste Gruppe T, welche verdreht ist und eine zweite Gruppe U, welche unverdreht ist, wobei die Gruppen U und T umeinander verdreht sind und zumindest drei Filamente umfassen, welche alle dieselbe Aufteilung und Verdrehungsrichtung aufweisen, wobei die Korde aus Stahl hergestellt sind, wobei der Stahl der Filamente zumindest eine Zugfestigkeit (TS) aufweist, welche definiert ist durch die Gleichung:
• TS = K&sub1;-K&sub2;D
• worin K&sub1; =4080N/mm²;
• K&sub2; = 2000N/mm³; und
• D der Filamentdurchmesser in mm ist.
• Der Stahl der Filamente hat bevorzugt einen Gewichtsgehalt von zwischen 0,78% und 0,86% an Kohlenstoff, 0,3% und 1,0% an Si und zwischen 0,1% und 0,5% von einem Legierungselement aus einer Klasse der folgenden Elemente: Cr, Ni, W, Mo, V und Nb und jegliche Kombination davon, wobei der Rest aus Eisen und Rückständen besteht.
• Der Kord hat bevorzugt eine Kordbruchlast (CBL) in Pfund (1 Pfund ist 2,205 kg) definiert durch die Gleichung:
• CBL = N(720,4D²-352,6D³)CE
• oder in Newton definiert durch die Gleichung:
• CBL = N(3204,3D²-1 568,4D³)CE
• worin CE die Kordeffizienz ist, d.h. der Unterschied zwischen der Kordbruchlast über dem Wert der Filamentbruchlast mal der Anzahl der Filamente in dem Kord; die Werte in jedem Fall können gemessen sein durch jegliches Brechen (Kord und Filament), wobei die Effizienz berechnet wird unter Verwendung der gemessenen Werte;
• D der Filamentdurchmesser in mm ist; und
• N die Anzahl der Filamente in dem Kord ist.
• Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Ansprüchen 4 bis 12 definiert. Die Erfindung offenbart ebenfalls einen Reifen, welcher durch solch einen Kord verstärkt ist.
• Die offenbarten Korde sind von einer einfachen Konstruktion gegenüber Vorgängermultilagenkorden, welche die Form von 2+2, 3+2, 3+3 und U+T annehmen, wobei T und U die Anzahl der Filamente in jeder Gruppe repräsentiert, welche den Kord bilden. Durch Verändern der Filamentgröße können Kordkonstruktionen für mehrere Reifengürtel oder-zusammensetzungen erhalten werden.
• Die obigen Korde haben den Vorteil von einer 7-9%igen Erhöhung in der Kordbruchlast gegenüber einem Vorgängerkord derselben Konstruktion, hergestellt aus hochdehnbarem Stahl. Des weiteren resultieren alle der obigen Korde in einer niedrigeren linearen Dichte in der Verstärkung, für welche sie verwendet werden, was wiederum in einem niedrigeren Gewicht und niedrigeren Kosten für die Verstärkung und ihr Produkt resultiert, sei es ein Reifen, ein Gürtel oder jegliches anderes verstärktes Elastomer.
• Die obigen Vorteile der Erfindung werden dem Durchschnittsfachmann offensichtlich werden beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung einer Ausführungsform der Erfindung, wenn betrachtet angesichts der beigefügten Zeichnung:
• Fig. 1 bis 3 sind Querschnitte durch Korde gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
• Fig. 4 ist ein Schema einer Zusammensetzung gemäß der vorliegenden Erfindung; und
• Fig. 5 bis 13 sind Schemata von Querschnitten durch einen Kord gemäß der vorliegenden Erfindung, und zeigen eine idealisierte geometrische Form, welche entlang der axialen Länge einer Verdrehung des Kord angenommen wird.
• Hierin und den Ansprüchen gilt:
• "Karkasse" bedeutet die Reifenstruktur, getrennt von der Gürtelstruktur, dem Profil, dem Unterprofil und dem Seitenwandgummi über den Schichten, umfaßt jedoch die Wülste.
• "Kord" bedeutet eines oder mehrere der Verstärkungselemente, welche durch eines oder mehrere Filamente/Drähte gebildet sind, welche verdreht oder nicht verdreht sein können oder anderweitig gebildet sind, welche des weiteren Stränge umfassen können, die so gebildet sind, welche Stränge so gebildet sind oder nicht, von welchen die Schichten in dem Reifen umfaßt sind.
• "Superdehnbarer Stahl (ST)" bedeutet einen Stahl, wie er in der oben angegebenen Anmeldung mit der Seriennummer 07/415948 definiert ist oder eine Zugfestigkeit von zumindest TS=K&sub1;-K&sub2;D aufweist, wobei K&sub1; =4080N/mm², K&sub2;=2OOONIMM² und D der Filamentdurchmesser in mm ist.
• Stahlverstärkungskorde 36 gemäß der vorliegenden Erfindung (siehe Fig. 1 bis 3) sind gekennzeichnet durch die Korde 36, welche Filamente 38, 40, 42 und 44 haben, mit einer Zugfestigkeit von zumindest 3380 N/mm².
• Bevorzugt umfassen die Korde 36 vier Filamente von fein gezogenem, superdehnbarem Stahldraht. Wie es in der Anmeldung angegeben ist, welche als Bezug oben angegeben ist, besteht eine Anzahl von metallurgischen Ausführungsformen, welche in der Zugfestigkeit resultieren, welche oben definiert wurde als super dehnbar (ST).
• Die Korde 36, welche in dem Arbeitsbeispiel verwendet werden, haben eine Struktur von vier Filamenten 38, 40, 42 und 44 von 0,35 mm Durchmesser aus superdehnbarem Stahldraht und mit einem Kord 36 der Bruchstärke von 1258 Newtons +/-70 Newtons. Jeder Kord 36 hat zwei Filamente 38, 40, welche miteinander verdreht sind mit einer 16 mm-Lagenlänge, wobei diese zwei Filamente 38, 40 bei einer 16 mm-Lagenlänge zusammen mit den verbleibenden zwei Filamenten 42, 44 verdreht sind, welche unverdreht und parallel zueinander sind, wenn sie mit den verdrehten Filamenten 38, 40 alle zusammen in derselben Verdrehungsrichtung verdreht werden. Dieser Kord ist bezeichnet als 2+ 2x.35ST. Die 2+2-Konstruktion ist bekannt für ihre Offenheit und gute Gummiemdringung bzw. Penetration, welche aus der Öffnung bzw. dem Öffnungsgrad resultiert. Die 0,35 bezeichnet den Filamentdurchmesser in mm und das ST bezeichnet das Material, welches superdehnbar ist.
• Andere erzeugte Korde umfassen 3+2x.35ST und 3.3x.35ST.
• Diese Korde haben eine besondere Anwendung bei der Zusammensetzung von LKW-Reifen, wenn sie frühere Konstruktionen ersetzen.
• Durch Vergleichen des Verhältnisses der Stärke (STR) der Korde geteilt durch die lineare Dichte (LD) der Korde (STR/LD) werden die Vorteile der Korde offensichtlich: Tabelle 1 Stärke (N) lineare Dichte (Mg/m) STR/LD frühere Korde vorliegende Korde
• Durch Vergleichen des Verhältnisses der Stärke zu der linearen Dichte der Korde kann gesehen werden, daß das Verhältnis immer höher für die vorliegenden Korde ist. Es wird folgend gezeigt werden, wie das erhöhte STR/LD der obigen Konstruktion kann zum Herstellen eines Zusammenbaus bzw. einer Züsammensetzung verwendet werden, welches bei gleicher Inch-Stärke zu niedrigerem Gesamtgewicht führt.
• Z.B. frühere Korde 3x.265/9x.245HT+1 bei einem EPI von 12 (4,7 Enden pro cm) und einer Minimalkordstärke von 1.708 Newton führen zu einer zusammengesetzten Stärke von 8071 Newton pro cm. Wenn die Stärke bzw. das Kaliber des kalandierten Gummis, welches auf die Korde aufgebracht ist, gleich gehalten wird für alle Korde resultiert die folgende Tabelle: Tabelle 2 Endzählung Enden pro cm (pro Inch) Kordstärke (Min)N Kordstärke (Durchschnitt)N frühere Korde vorliegende Korde 1000 in² von dem Verbund Gewicht Stärke Kord Kg Gummi Kg insgesamt Kg
• Obige Tabelle 2 gibt in der letzten Spalte die Zusammensetzungsstärke in Newton pro cm von allen Zusammensetzungen mit den angegebenen Korden und der Endzählung (Enden pro cm) an, wobei alle in dem Bereich von 8000 liegen und als gleich angesehen werden. Die früheren Korde sind zuerst aufgelistet und die vorliegenden Korde, welche gemäß der vorliegenden Erfindung sind, sind darunter aufgelistet, wobei die früheren Korde ersetzbar durch die vorliegenden Korde sind. Der Anstieg in STR/LD der vorliegenden Korde gegenüber den früheren Korden erlaubt Flexibilität in der Kordverwendung, wodurch die vorliegenden Korde austauschbar sind in Zusammensetzungen mit der eigentlichen Endzählung. In jedem Beispiel ist der Kord gemäß der vorliegenden Erfindung einfacher in der Konstruktion mit weniger Filamenten. Während die Kordstärke geringer ist als die des Kord, den er ersetzt, erlaubt das EPI und zusätzliche Stärke der Superdehnfilamentmateriallegierungen der Zusammensetzung gleiche Stärke zu haben. Jedoch können die vorliegenden Korde angesehen werden als weniger gewichtsaufweisend mit dem Ergebnis, daß eine leichtgewichtigere Zusammensetzung erhalten wird mit gleicher Inchstärke, welche zu einem brennstoffeffizienteren Reifen beitragen kann. Des weiteren wird die obige Gewichtsreduktion verstärkt durch eine begleitende Reduktion in den Zusammensetzungskosten von bis zu 18%.
• Folgende Tabelle 3 gibt einen direkten Vergleich zwischen einer Anzahl von Vierfilamentkorden von hochdehnbaren (HT) und superdehnbaren (ST) von verschiedenen Filamentdurchmessern, wobei ein Anstieg in der Stärke in jedem Fall gezeigt ist. Es ist anzumerken, daß nicht alle der Kordproben in Tabelle 3 verwendet wurden, welche oben erwähnt sind. Tabelle 3 Kordstärke Stärke in Newtons = Filamentbruchlas x Anzahl an Filanmenten x CE (,97) Kord HT-Dehnung Durchschnitt HT-Dehnung Minimum ST-Dehnung Durchschnitt ST-Dehnung Minimum
• Ein anderer Vorteil des vorliegenden Kords gegenüber dem früheren ist, daß seine Konstruktion offener für die Penetration durch das kalandrierte Gummi ist, was darin resultiert, daß er resistenter gegen Korrosionsfortschreitung ist. Folgende Tabelle 4 zeigt einen Vergleich von Herausziehkraft und beobachteter Gummibedeckung bzw. -beschichtung für verschiedene Korde anfänglich und nach zwei Tagen Dampfalterung. Tabelle 4 Original N Original % Beschichtung Dampfgealtert N Dampfgealtert % Beschichtung frühere Korde vorliegende Korde
• Es kann gesehen werden, daß die vorliegenden Korde ihre Herausziehkraft und Beschichtung beibehalten, während frühere Korde an Stärke und Beschichtung verlieren. Ähnliche Ergebnisse wurden erreicht mit Salz und Feuchtigkeitsalterung.
• Die vorliegenden Korde sind stärker in der Kordstärke, wobei sie den Gebrauch von weniger Korde für gleiche Stärke erlauben. Diese haben größere Durchmesserfilamente, was in wesentlicher Reduktion in der Anzahl der Filamente in dem Kord gegenüber früheren Korden resultiert, wodurch die Verwendung von U+T-Typkonstruktionen möglich wird, wobei vorangegangene Stärkepegel gemäß solch einer Typenkonstruktion erhalten werden. Die U + T-Typkonstruktionen sind offener und resultieren in besserer Haftung und größerem Widerstand gegen Korrosion. Letztendlich, wie oben erwähnt, führen die neuen Korde zur Reduktion im Gewicht der Verstärkung in Elastomeren&sub1; sowohl von der Verstärkung selbst als auch von dem Elastomer.
• Gemäß den Bestimmungen des Patentgesetzes wurden die Prinzipien und Betriebsmodi der Korde erklärt und was als seine beste Ausführungsform repräsentierend betrachtet wird, wurde dargestellt und beschrieben. Es sollte jedoch verstanden werden, daß die Erfindung auch anderweitig durchgeführt werden kann als es speziell dargestellt und beschrieben ist, ohne von dem Umfang der Ansprüche abzuweichen.

Claims (12)

1. Kord zum Verstärken elastomerer Strukturen, umfassend zwei Gruppen von Filamenten, eine erste Gruppe T, welche verdreht ist und eine zweite Gruppe U, welche unverdreht ist, wobei die Gruppen U und T umeinander verdreht sind und zumindest drei Filamente umfassen, welche alle dieselbe Aufteilungs- und Verdrehungsrichtung aufweisen, wobei der Kord aus Stahl hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl der Filamente zumindest eine Zugfestigkeit (TS) aufweist, welche definiert ist durch die Gleichung:

TS = K&sub1; - K&sub2;D

wobei K&sub1; = 4080 N/mm²

K&sub2; = 2000 N/mm³; und

D der Filamentdurchmesser in mm ist.

2. Kord nach Anspruch 1, wobei der Stahl der Filamente ein Gewichtsgehalt von zwischen 0,78% und 0,86% an Kohlenstoff, 0,3% und 1,0% Si und zwischen 0,1 % und 0,5% von einem Legierungselement aus einer Klasse der folgenden Elemente: Cr, Ni, Co, W, Mo, V und Nb und jegliche Kombination davon hat, wobei der Rest aus Eisen und Rückständen ist.

3. Kord nach Anspruch 1, wobei der Stahl des Kords eine Bruchlast (CBL) in Pfund (2,205 kg) definiert durch die folgende Gleichung hat:

CBL = N(720,4D²-352,6D³)CE

oder in Newton definiert durch die Gleichung:

CBL = N(3204&sub1;3D²-1568,4D³)CE&sub1; wobei

CE die Kordeffizienz ist,

D der Filamentdurchmesser in mm und

N die Anzahl der Filamente in dem Kord ist.

4. Kord nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Filamente einen Durchmesserbereich von 0,15 bis 0,38 mm aufweisen.

5. Kord nach Anspruch 4, wobei die Filamente einen Durchmesserbereich von 0,30 bis 0,38 mm haben.

6. Kord nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei zumindest eine der Gruppen von Filamenten zumindest zwei Filamente darin aufweist.

7. Kord nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Gruppen von Filamenten zumindest zwei Filamente darin aufweisen.

8. Kord nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei zumindest eine der Gruppen von Filamenten zumindest drei Filamente darin aufweist.

9. Kord nach Anspruch 8, wobei die andere Gruppe von Filamenten zumindest zwei Filamente darin aufweist.

10. Kord nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Gruppen von Filamenten zumindest drei Filamente darin aufweisen.

11. Kord nach Anspruch 7, 9 oder 10, wobei die Filamentdurchmesser 0,35 mm betragen.

12. Ein Reifen, welcher durch einen Kord gemäß Anspruch 1 verstärkt ist.