DE2505568B2

DE2505568B2 - Seil zur bewehrung von gegenstaenden aus elastischen oder leicht verformbaren stoffen

Info

Publication number: DE2505568B2
Application number: DE19752505568
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Michelin & C ie., (Compagnie Generale des Ets. Michelin), Clermont-Ferrand (Frankreich)
Priority date: 1974-02-12
Filing date: 1975-02-10
Publication date: 1976-11-04
Also published as: BE824978A; JPS50116750A; ES226241U; LU71822A1; FR2260660A1; AU7807075A; CA1037793A; GB1509311A; IT1030117B; SE7501503L; ES226241Y; FR2260660B1; NL7501649A; US3977174A; DE2505568A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Seil zur Bewehrung von Gegenständen aus elastischen oder leicht verformbaren Stoffen, das als Bestandteile eine Seele aus einem oder mehreren Einzeldrähten oder Litzen und wenigstens eine Mantellage aus Einzeldrähten oder Litzen hai.

In der Regel besteht ein Seil, wie es für die Bewehrung von Gegenständen aus elastischen oder leicht verformbaren Stoffen, insbesondere Gummi, Kunststoffen u. dgl., verwendet wird, aus einer Seele und wenigstens einer, die Seele umgebenden Mantellage. Die Bestandteile eines solchen Seils setzen sich aus Einzeldrähten und/oder Litzen zusammen, wobei eine Litze eine Kombination aus mindestens zwei Einzeldrähten darstellt. Ein solches Seil wird in den zu bewehrenden Gegenstand so eingebettet, daß es daran haftet und sich zusammen mit diesem verformt. Das eingebettete Seil beschränkt die Verformung des Gegenstandes und verhindert somit das Auftreten von Brüchen. Nun unterliegen die eingebetteten Seile jedoch, insbesondere wenn sie in Luftreifen, Transportbändern, pneumatische Federn und bestimmte Schläuche eingebettet sind, beträchtlichen Beanspruchungen, die ziemlich kompliziert sind und sich auch häufig ändern. Hinzu kommen noch chemische und/oder biologische Einflüsse. Durch diese verschiedenen, sich auf die Lebensdauer der eingebetteten Seile nachteilig auswirkenden Einflüsse kann es vorkommen, daß die Haltbarkeit des eingebetteten Seiles geringer ist als diejenige des zu bewehrenden Gegenstandes. Die Hauptursache für die Begrenzung der Haltbarkeit der Bewehrungsseile sind die sogenannten Hertzschen Pressungen zwischen jeweils zwei benachbarten, das Bewehrungsseil aufbauenden Einzeldrähten und die daraus resultierende vorzeitige Ermüdung und/oder Abnutzung der Einzeldrähte oder Litzen, welche die Bewehrungsseile aufbauen.

Aus der US-Patentschrift 34 57 718 sind aus drei Einzelsträngen bestehende Seile bekannt, bei denen die Einzelstränge aus einer weiche!¹,, verformbaren Kunststoffseele und sie umgebenden Mantellagen aus Stahldrähten bestehen. Dieses Seil wird anschließend so zusammengepreßt, daß die Stränge einen dreieckigen Querschnitt annehmen, wobei die Stahldrähte der Mantellagen der Einzelstränge sich jeweils in die weiche Kunststoffseele der Einzelstränge eindrücken. Auf diese Weise soll eine möglichst dichte Packung der ?ugfesten Stahldrähte erzielt werden.

Bei diesen bekannten Seilen treten jedoch ebenfalls die vorstehend geschilderten Nachteile auf, weil auch in diesem Falle Hertzsche Pressungen zwischen den die Mantellage der Einzelstränge aufbauenden Einzeldräh ten auftreten, die zu einer vorzeitigen Ermüdung und Abnutzung des Seils führen.

In der Zeitschrift »Melliand Textilbericht«. 6/1969, 50. Jahrgang, Seiten 632 bis 637, wird zwar bereits auf die unterschiedlichen Eigenschaften von Stahlverstärkungsdrähten einerseits und Textilverstärkungsfäden andererseits in Gummikörpern hingewiesen, von der Verwendung von Bewehrungsseilen, die aus Einzeldrähten bzw. Einzelfäden aus unterschiedlichen Stoffen aufgebaut sind, ist darin jedoch nicht die Rede.

Aufgabe der Erfindung ist es. Seile zur Bewehrung von Gegenständen aus elastischen oder leicht verformbaren Stoffen anzugeben, welche die vorstehend geschilderten Nachteile nicht besitzen, d. h. bei denen die zwischen den die Seile aufbauenden Einzeldrahten auftretenden Hertzschen Pressungen nicht zu einer vorzeitigen Ermüdung und/oder Abnutzung der Hin zeldrähte führen und damit die Lebensdauer des Bewehrungsseiles verkürzen.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs bezeichnet!; Seil erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß wenigstens zwei in radialer Richtung aufeinander folgende. einander sich berührende Bestandteile aus Stoffen mi·. unterschiedlichem Elastizitätsmodul gefertigt sind.

Auf diese Weise ist es möglich, Seile für Ji-.-Bewehrung von elastischen oder leicht verformbar»: 1, Materialien, insbesondere Luftreifen, herzustellen, die einer geringeren Ermüdung und einer geringerer. Abnutzung unterliegen und damit eine längere Lebens dauer als die bisher bekannten Seile haben. Darüber hinaus sind die den Gegenstand der Erfindung bildenden Seile in der Lage, den Verformungen des elastischen Materials, in das sie eingebettet sind, leicht zu folgen und die Bruchdehung des Materials über die Normalgrcivc· hinaus auszudehnen. Sie können ferner so aufgebaut werden, daß sie eine höhere oder geringere Dehnbarkeit als die bisher bekannten Seile haben, wobei es insbesondere möglich ist, ihre Elastizität auf vorhersehbare Weise zu modifizieren, um sie so an die jeweiligen Anforderungen besser anzupassen.

Die erfindungsgemäß erzielbaren Vorteile beruhen darauf, daß es durch den besonderen Aufbau der erfindungsgemäßen Seile möglich ist, die radialen Drücke, die durch die verschiedenen Mantellagen des Seils aufeinander und auf die Seele des Seils ausgeübt werden, zu vermindern. Es war zwar bereits bekannt, daß die sogenannten Hertzschen Pressungen, die zwischen zwei benachbarten Gegenständen auftreten, in einem bestimmten Zusammenhang zu dem Elastizitätsmodul des Materials, aus dem die Gegenstände bestehen, stehen, praktische Schlußfolgerungen sind daraus bisher jedoch nicht gezogen worden. Insbesondere war nicht vorherzusehen, daß diese unerwünschten hohen radialen Drücke auf relativ einfache Weise in der Form vermindert werden können, daß man die in radialer Richtung aufeinanderfolgenden, sich berührenden Bestandteile der Seile aus Stoffen mit verschiedenen Elastizitätsmoduln herstellt.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung besteht das Seil aus Bestandteilen, in denen die jeden Bestandteil aufbauenden Einzeldrähte aus Stoffen nüt unterschiedlichen Elastizitätsmoduln gefertigt sind.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Seele des Seiles aus einem oder mehreren Eif'.eldrähten oder Litzen gebildet, deren Elastizitätsmodul kleiner ist als derjenige der Einzeldrähte oder Litzen der die Seile umgebenden Mantella-

nachfolgenden Gleichung berechnet werden kann:

Das Seil der Erfindung kann unter Berücksichtigung der vorstehenden Bedingungen und unter Anwendung der weiter unten beschriebenen Näherungsformel so aufgebaut werden, daß seine Steifigkeit innerhalb des Bereiches von 0,2 bis 0,8 der Steifigkeit der die Seele umgebenden Bestandteile des Seiles liegt

Bei dem vorstehend erwähnten Elastizitätsmodul (nachfolgend abgekürzt als F-Modul bezeichnet) eines Bestandteil des erfindungsgemäßen Seiles handelt es sich entsprechend seiner üblichen Definition um den Ε-Modul des Stoffes, aus dem die den Bestandteil des Seiles aufbauenden Einzeldrähte gefertigt sind. Er wird auf übliche Weise bestimmt.

Was die für die Herstellung der erfindungsgemäßen Seile geeigneten Materialien anbelangt, so kommen alle solche in Betracht, die in der Lage sind, Drähte bzw. Fäden zu bilden, wie z. B. Metalle, Metallegierungen und Kunststoffe, unabhängig von ihrer Struktur, ihrer chemischen Zusammensetzung und der Art ihrer Verarbeitung. Prinzipiell können alle bekannten und noch zu findenden Materialien eingesetzt werden, die Drähte bzw. Fäden bilden können.

Aus der Anwendung des Erfindungsgedankens ergibt sich, daß die Kontaktflächen zwischen den einen Bestandteil des erfindungsgemäßen Seils bildenden Einzeldrähten oder Litzen und den sie berührenden, unmittelbar benachbarten, einen anderen Bestandteil bildenden Einzeldrähten oder Litzen vergrößert und damit die Kontaktdrücke, die sogenannten Hertzschen Pressungen, vermindert werden können. Vorzugsweise verwendet man in einem oder mehreren der Bestandteile Einzeldrähte oder Litzen, die in Umrangsrichtung einen Abstand voneinander haben, damit Kontakte in radialer Richtung nur zwischen aufeinanderfolgenden Bestandteilen und wenig oder keine Kontakte zwischen den die Restandteile aufbauenden Einzeldrähten oder Litzen vorhanden sind. Wenn man dagegen Seile herstellen will, die gut an dem Material haften sollen, dessen Bewehrung sie bilden, so verwendet man zweckmäßig als Bestandteil, der mit dem besagten Material in Berührung steht, d. h. für die äußere Lage (Mantellage) des Seils, eine große Anzahl von Einzeldrähten mit einem verhältnismäßig kleinen Durchmesser. Dabei ist es möglich, für ein- und denselben Bestandteil Einzeldrähte mit verschiedenen Elastizitätsmoduln zu verwenden. Man kann beispielsweise zwischen zwei Einzeldrähten aus Stahl einer, Einzeldraht aus Messing oder sogar aus Kunststoff anordnen.

Ein erfindungsgemäße* Seil kann beispielsweise aus einer Seele aus einem Stoff mit einem Ε-Modul EO und einer Mantellage aus Einfäden aus einem Stoff mit einem Ε-Modul Ei aufgebaut werden. Dabei muß erfindungsgemäß Eo von Ei verschieden sein. Wenn nun Ea kleiner als Ei ist. erhält man ein elastisches Seii, dessen Steifigkeit A (definier' als das Verhältnis der Kraft zur Streckung durch diese Kraft) nach der

(>υ

1 + A₂ sin² </ + /4j sin*

In dieser Gleichung bedeuten:

« den Steigungswinkel der Einzeldrähte gegenüber der Seilachse und die Größen Ao, Ai, Ai, Ai Funktionen der geometrischen Merkmale des Seils und der mechanischen Merkmale der verwendeten Stoffe. Im besonderen bedeuten:

Ao = η S\ ■ E\ ■ cos¹« + Eo ■ So.
worin bedeutet:

η die Anzahl der in der \farttellage verwendeten Einzeldrähte

Si den Querschnitt eines Einzeldrahtes und
So den Querschnitt der Seele des Seils.

Bemerkt sei noch, daß Ao die in üblicher Weise berechnete Steifigkeit ist. Da die Größen Ai. A;, Ai positiv sind, ist die Steifigkeit A des Seils kleiner als die in üblicher Weise berechnete Steifigkeit Ao. Da die Größe Ai eine linear anwachsende Funktion des Verhältnisses Ei zu Eo ist, ergibt sich aus der Gleichung (1), daß bei großem Winkel λ die Steifigkeit A gering ist. Weil die Spannung der Einzeldrähte zu cos α umgekehrt proportional ist, erhält man so ein Seil von geringer Steifigkeit, bei dem auch die Spannungen in den Einzeldrähten geringer sind, während die mit einer kurzen Ganghöhe (großes λ) erzielte geringe Steifigkeit für gewöhnlich in den Einzeldrähten beträchtliche Spannungen ergibt, die sich auf die Haltbarkeit des Seils schädlich auswirken.

Wenn ein sehr elastisches Seil erwünscht ist, verwendet man eine Seele aus einem Stoff mit dem Ε-Modul Eb, der kleiner als Ei ist, und man kann dann schreiben

Ao = π Si Ei cos³ λ .

Die so vereinfachte Gleichung (1) ermöglicht es, die Steifigkeit des Seils mit einer Annäherung in der Größenordnung von 10% zu berechnen. So kann man beispielsweise mit einer Seele aus einem Polyamidfaden mit einem Radius von 0,4 mm, der von einer Lage von 11 Siahidrähten mit einem Radius von 0.13 mm umgeben ist, leicht Seile herstellen, die bei geeigneter Wahl des Steigungswinkels α, d. h. der Ganghöhe der Stahldrahte. Steifigkeiten zwischen 10 000 und 3000 daN (Decanewton) haben.

Eine Steifigkeit von 3000 daN erhält man mit einem Steigungswinkel von 30". Bei der Herstellung eines üblichen Seils gleicher Steifigkeit würde der Steigungswinkel mehr als 50° betragen. Infolgedessen wäre die Spannung in den Einzeldrähten des üblichen Seils um 35% größer als die Spannung in den Einzeldrähten des erfindungsgemäßen Seils.

Man kann beispielsweise auch ein Seil aus 10 Stahldrähten mit einem Radius von 0,13 mm. die um eine F.infaden-Polyamid-Seele mit einem Radius von 0,35 mm und einem Ε-Modul von lOOdaN/mm² gewickelt sind, herstellen. Dieses Seil kann eine vorher berechnete Steifigkeit zwischen 3500 und 8500 daN haben.

Ferner kann man mit einer Einfaden-Polyamid-Seele mit einem Radius von 0,2 mm und einem Η-Modul von 150daN/mtn², die von fünf Stahldrähten mit einem Radius von 0,13 mm umgeben ist, ein Seil herstellen. dessen Steifigkeit zwischen 4000 und 5200 daN liegt.

In diesen beiden letzten Beispielen liegt der Spannungsgewinn an den Einzeldrähten gegenüber üblichen Seilen in der obengenannten Größenordnung. Dieser Gewinn ist um so wesentlicher, wenn sehr elastische Seile, d.h. Seile von geringer Steifigkeit, erwünscht sind.

Dadurch ist es möglich, Seile mit Steifigkeiten herzustellen, die das 0,2- bis 0,8fache der Steifigkeit der die Seele umgebenden Bestandteile betragen. Außerdem kann man bei diesem Typ Seile erhalten, deren Steifigkeit bis zum Bruch gering bleibt, d. h. deren Bruchdehnung erhöht ist.

Erfindungsgemäß ist es auch möglich. Seile herzustellen, die außer der Seele mehrere Bestandteile aufweisen. So können beispielsweise zwei Lagen von Einzeldrähten aus einem Stoff mit dem Ε-Modul £| die unmittelbar auf die Seele aufgebrachte Lage bilden, während die äußere Lage (Mantellage) aus einem Stoff mit dem £-Modul Er besteht und die Seele aus einem Stoff mit dem Ε-Modul E₀ gefertigt ist. Erfindungsgemäß muß der E-Modü! F, ".r-nigstens von dem Ε-Modul E, verschieden sein. Hinsichtlich der Ε-Moduln E₁ und E₂ können zwei Fälle vorliegen: Wenn die Kontaktbelastungen zwischen den beiden Einzeldraht-Lagen der Haltbarkeit des Seils nicht abträglich sind, kann man E-Moduln E, und E; gleicher Größe wählen. Wenn die Kontaktbelastungen zwischen diesen beiden Lagen jedoch zu hoch sind, ist es zweckmäßig, erfindungsgemäß einen Ε-Modul Ei zu wählen, der von dem Ε-Modul E₂ verschieden ist. Das schließt nicht aus, daß in diesem letzteren Faiie der E-Modu! E₂ gleich dem E Modul E-, der Seele sein kann. Vorzugsweise wird im ersteren Falle ein Ε-Modul E₀ gewählt, der kleiner als Ei ist. während in dem zweiten Fall der Ε-Modul E, kleiner als die Ε-Moduln Eound E₂ ist.

Zur Herstellung der Seile können erfindungsgemäß an Stelle der Einzeldrähtc auch Litzen verwendet werden. Es ist möglich, Litzen zu fertigen, die selbst eine geringere Steifigkeit haben als die Einzeldrähte, aus denen sie aufgebaut sind. Unter diesen Umständen verhall sich alles so. wie wenn man einen Stoff mit einem geringeren Ε-Modul verwenden würde. Man kann aiii diese Weise Seile erhalten, die eine noch weitei verminderte Steifigkeit haben.

Spezifische Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und zwar in den Fig.] bis 4

ίο in Form von Querschnitten durch erfindungsgemäße Seile. Zur Vereinfachung sind jeweils nur einige Einzeldrähte gezeigt, welche die die Seele der Seile umgebende(n) Lagern) bilden.

F i g. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Seil mit einer Seele 10, beispielsweise aus einem Kunststoff-Einzelfaden oder einem Textel-Gespinst, und einer einzigen Mantellage 11 aus Drähten oder Litzen 111. Die Seele 10 hat den Ε-Modul Eo, während die Drähte und/oder die Litzen 111 den Ε-Modul E\ haben;

F i g. 2 zeigt das gleiche Seil wie F i g. 1 nur mit dem Unterschied, daß die Drähte oder Litzen 211 der Mantellage 21 einen Abstand voneinander haben;

F i g. 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Seil aus drei Bestandteilen, nämlich aus einer Einzelfaden-Seele 30,

-5 einer ersten Lage 31, in der die Drähte 311. 312 abwechselnd mit dem Ε-Modul Ei und dem Ε-Modul E₁' dicht aneinanderliegen, und einer darüber angeordneten Lage 32 aus den Drähten 321. Der Ε-Modul Ei ist von dem E-Modul £,' verschieden. Andererseits sind die Ε-Moduln Ei und E/ von den Moduln Eo und E; verschieden;

F i g. 4 zeigt schließlich ebenfalls ein erfindungsgetr.a ßes Seil aus den folgenden drei Bestandteilen: eine Seele 40 wird mit drei verdrillten Drähten 401 mit einem Ε-Modul Eo gebildet. Hierauf liegt eine erste Lage 41 aus sich berührenden Drähten 411 mit dem Ε-Modul Ei. und hierauf liegt eine zweite Lage 42 aus den einander berührenden Drähten 421 mit dem Ε-Modul E₂. Dabei ist der Ε-Modul Ei von den Moduln E₀ und E; verschieden.

Bei den in den F ι g. 3 und 4 dargestellten Seilen können die Ε-Moduln Eo und E₂ auch gleich sein.

Hierzu 1 Blatt Zcichnunecn

Claims

Patentansprüche:

1. Seil zur Bewehrung von Gegenständen aus elastischen oder leicht verformbaren Stoffen, das als s Bestandteile eine Seele aus einem oder mehreren Einzeldrähten oder Litzen und wenigstens eine Mantellage aus Einzeldrähten oder Litzen hat, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei in radialer Richtung aufeinanderfolgende, ι ο einander sich berührende Bestandteile aus Stoffen mit unterschiedlichem Elastizitätsmodul gefertigt sind.

2. Seil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Bestandteile bildenden Einzeldrähte aus Stoffen mit unterschiedlichem Elastizitätsmodul gefertigt sind.

3. Seil nach Anspruch 3 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Seele aus einem oder mehreren Einzeldrähten oder Litzen gebildet wird, deren Elastizitätsmodul kleiner als derjenige der Einzeldrähte oder Litzen der die Seele umgebenden Mantellage ist.