DE2829205C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Metallcord mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

Bei ihrer Verwendung zum Versteifen deformierbarer Artikel sind solche Metallcorde starken Zugspannungen, Belastungen, axialer Kompression, innerer Abnützung, Korrosion, Ermüdung und anderen Belastungen ausgesetzt.

In manchen Anwendungsfällen empfiehlt sich eine verbesserte Gummidurchdringung, um Adhäsionsstörungen zu vermeiden, die ein Vordringen von Korrosion entlang den einzelnen Drähten und als Folge hiervon eine vorzeitige Zerstörung des Artikels bewirken kann. Bei Verwendung in steifen Materialien wird aber auch eine Verbesserung der Haftung an der Grundmasse bewirkt. In dünnen Metallcorden umgeht man die vorhandenen Probleme durch eine 2 + 7 Konstruktion. Gebräuchliche Metallcorde, die aus drei Lagen mit insbesondere 15 bis 27 Drähten bestehen, sind der oben erwähnten Korrosionsgefahr in besonderem Maße ausgesetzt.

Durch die DE-OS 16 85 846 ist ein Metallseil bekannt, das aus wenigstens 15 Einzeldrähten besteht, eine Seele aus 3 miteinander verlitzten Drähten aufweist und bei dem um die Seele die Drähte in zwei weiteren Lagen angeordnet sind. Diese bekannten aus einer Seele und zwei Lagen bestehenden Mehrlagenseile haben eine sehr geschlossene Struktur. In der Zwischenlage ist der Freiraum so gering (zwischen 3,94% und 5,88%), daß für einen weiteren Draht kein Platz mehr vorhanden ist. Der Freiraum in der Außenlage beträgt zwischen 2,06% und 7%. Damit ist diese Anordnung typisch für das den einschlägigen Fachmann lenkende Bestreben, Mehrlagenseile so kompakt wie möglich zu gestalten.

Der vorangehend verwendete Begriff "Freiraum" bezeichnet den proportionalen Anteil des die Achsen der Drähte einer Lage enthaltenden Teilkreisumfangs, der nicht von den Drähten besetzt ist, d. h. das Verhältnis der Summe der Abstände zwischen den Drähten auf dem von den Drähten bestimmten Teilkreis zum Umfang dieses Teilkreises.

Die DE-OS 23 63 239 vermittelt die Lehre, ein Mehrlitzenseil radial sehr stark zu öffnen. Es handelt sich hier um eine Maßnahme, die bei Mehrlagenseilen schädliche Auswirkungen hat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Metallcord zur Verstärkung von elastomeren Artikeln oder Kunststoffartikeln derart weiterzubilden, daß er nach dem Einbringen in das elastomere Material oder in den Kunststoff vor Korrosion geschützt ist.

Diese Aufgabe wird durch einen Metallcord mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Anlaß für die erfindungsgemäße Lehre, d. h. die Maßnahme, sowohl die Außenlage als auch die Zwischenlage wesentlich mehr zu öffnen, als dies aufgrund der dem einschlägigen Stand der Technik entsprechenden Kenntnisse "vernünftig" erscheinen mußte, war die Erkenntnis, daß man bei sehr kompakten Seilen in Reifen einen verfrühten Bruch festgestellt hatte. Einschlägige Untersuchungen ergaben, daß die Ursache hierfür Korrosionserscheinungen im Innern des Seils waren. Es wurde festgestellt, daß Wasser durch Kapillarkräfte im Innern des Seils in Längsrichtung wandert. Man erhielt das überraschende Ergebnis einer erheblichen Verbesserung, obwohl dadurch die Kompaktheit des Metallcords verringert und für die Haftung kein Gewinn erzielt wurde. Die erfindungsgemäße Struktur bewirkt, daß beim Vulkanisieren Gummi eindringt, durch den die oben angesprochene Kapillarwirkung unterbunden und die erwähnte Korrosion verhindert wird.

Im folgenden sei die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 zeigt eine gebräuchliche Seilkonstruktion mit drei Lagen,

Fig. 2 zeigt ein Verfahren zum Messen des Durchdringungsgrades des Gummis,

Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer 2 + 7 + 12 + 1 Konstruktion,

Fig. 4 zeigt eine Schnittdarstellung einer 3 + 8 + 12 Konstruktion.

Anhand des in Fig. 1 gezeigten Beispiels für eine gebräuchliche Seilkonstruktion sei der mögliche Freiraum zwischen den im folgenden auch als Fäden bezeichneten Drähten bestimmt. Zur besseren Übersichtlichkeit sind nur einige der Fäden dargestellt. Rund um die Achse 1 ist eine erste Lage von Fäden 2 angeordnet, deren Achsen auf einem ersten Teilkreis 3 liegen und die die Seele bilden. Rund um diese Seele ist eine zweite Lage von Fäden 4 angeordnet, deren Achsen auf einem zweiten Teilkreis 5 liegen. Rund um diese zweite Lage ist eine dritte Lage von Fäden 6 angeordnet, deren Achsen auf einem dritten Teilkreis 7 liegen. Die Fadenquerschnitte sind zwar als Kreise gezeichnet, doch ist der tatsächliche Querschnitt der Fäden etwas oval, wobei die längere Achse von dem Lagewinkel und dem Durchmesser des betreffenden Teilkreises abhängt und die kürzere Achse als gleich der Fadenstärke angesehen wird. Diese Korrektur muß eingeführt werden, um den Zwischenraum in den folgenden Drahtlagen zu bestimmen.

Wie in Fig. 1 gezeigt, können mehrere Fäden auf den betreffenden Teilkreisen angeordnet sein. Daher ist die maximale Fadenzahl durch geometrische Überlegungen bestimmt und jeder Faden überdeckt einen Winkel des betreffenden Teilkreises von 2δ oder 2δ′ oder 2δ′′.

Der Freiraum zwischen den Fäden der Lage ist definiert als derjenige Teil des Teilkreises, der nicht durch Fäden bedeckt ist, ausgedrückt als Prozentsatz des gesamten Umfangs des betreffenden Teilkreises. Für die Seele ist der Freiraum stets null. Der Durchmesser des zweiten Teilkreises muß dreimal so groß sein wie der Fadendurchmesser, wenn die Seele aus 2 Fäden besteht, bzw. 3,16mal, wenn die Seele aus 3 Fäden besteht, und 3,41mal, wenn die Seele aus 4 Fäden besteht und wenn alle Fäden die gleiche Solldicke haben.

Ein spezifisches Merkmal der Erfindung besteht jedoch darin, den Freiraum in den beiden äußeren Lagen auf zwischen 14% und 25%, vorzugsweise zwischen 20% und 24% zu beschränken. Diese Zahlen beruhen auf den nominellen geometrischen Gegebenheiten der Konstruktion. Die untere Grenze ist von Bedeutung für die Durchdringung, die obere Grenze für die konstruktionstechnische Stabilität. Eine Konstruktion mit einer inneren Lage oder Seele aus drei Fäden kann demgemäß von einer Lage aus 8 Fäden umgeben sein, die einen Freiraum von etwa 16% zeigt. Eine umgebende dritte Lage aus zwölf Fäden läßt einen Freiraum von etwa 23,4% offen. Diese Konstruktion zeigt außerdem hervorragende Gummidurchdringungseigenschaften.

In diesem praktischen Beispiel haben alle Fäden die gleiche Dicke von z. B. 0,22 mm. Die Benennung der Seilkonstruktion lautet folglich 3 + 8 + 12 × 0,22. Um die Dicke des Seils zu begrenzen, können die äußeren Fäden eine Dicke von nur 0,20 mm haben. In diesem Fall wird die Benennung der Konstruktion 3 + 8 × 0,22 + 14 × 0,20. Der Freiraum ist dann für die beiden äußeren Lagen 16% bzw. 17,5%. Es ist auch möglich, für die inneren Lagen dünnere Fäden zu nehmen. So kann als mögliches Beispiel 3 + 8 × 0,22 + 11 × 0,25 vorgeschlagen werden mit einem Freiraum von 16% bzw. von 22,4%, doch ist dies ein Kompromiß zwischen dem Ermüdungsverhalten und der Wirtschaftlichkeit.

Was die Längen und Richtungen der Lagen angeht, so werden übliche Werte verwendet; so hat in einem speziellen Fall die Seele eine S-Lagenlänge von 5 mm, d. i. die axiale Länge einer Windung der Schraube; die Zwischenlage hat eine S-Lagenlänge von 10 mm und die äußere Lage eine Z-Lagenlänge von 15 mm. Eine zusätzliche Spiralwicklung von 0,15 mm kann mit einer 3,5 mm S-Lagenlänge angebracht werden. Selbstverständlich kommen in dieser Hinsicht alle verschiedenen Kombinationen in Betracht.

Die Verwendung einer gleichen Spiralwicklung ist allgemein üblich, um die Kompressionsfestigkeit zu erhöhen und die Abflachungstendenz des Seils zu begrenzen, wobei zugleich die Länge der Seillage größer werden kann.

Nachstehend ist eine ausgewählte Gruppe I von Konstruktionen aufgeführt, die auf Fadenstärken von 0,22 mm und 0,20 mm beruhen. In entsprechender Weise können andere Seilkonstruktionen entworfen werden, die aus anderen Fadenstärkekombinationen zusammengesetzt sind. In den angefügten Spalten ist der betreffende Freiraum in der zweiten und in der dritten Fadenlage angegeben. Eine zweite Gruppe II gibt einige weniger günstige Konstruktionen im Vergleich mit einer herkömmlichen 3 + 9 + 15 × 0,22 Konstruktion III wieder.

Gemäß der Erfindung ist eine Seele aus 4 Fäden allgemein nur brauchbar, wenn ihre Stärke geringer als 0,18 mm ist; die gezeigten Beispiele sind in größeren Stärken gegeben, um die Konstruktionsmerkmale mit den Gegenständen der Gruppe I auf der gleichen Basis vergleichen zu können.

Selbstverständlich ändern sich die Freiräume mit Änderungen der Fadenstärke und Lagenlänge.

Das Durchdringungsvermögen für Gummi wurde ermittelt auf dem Weg über den Luftdruckwiderstand vulkanisierter Proben entlang der Seilachse.

Fig. 2 zeigt das Meßprinzip für diese Durchdringung. Unter 8 ist ein zylindrischer Gummistab 220 mm lang und 15 mm dick dargestellt. Ein Seilstück 9, das geprüft werden soll, ist in die Mitte des Gummistabes vor dem Vulkanisieren eingeführt worden. Während des Vulkanisierens wird an den Gummi ein Druck von etwa 150 N/cm² angelegt, wobei Zeit und Temperatur so gewählt werden, daß man zwischen 95 und 99% der Verzweigungsreaktionsfähigkeit der Masse erzielt. Die Vorspannung des Seils war gerade ausreichend, um es während des Vulkanisierens gestreckt zu halten und betrug etwa 2% der Bruchbelastung des Seils.

Die beiden Enden des Probenstabes waren dichtend an den beiden Druckmeßköpfen 10 und 11 angefügt. Auf der einen Seite wurde durch einen Einlaß 12 ein Gasdruck angelegt. Am anderen Ende zeigt ein Meßinstrument 13 an, ob nach allmählichem Ansteigen des Druckes, das von einem Meßinstrument 14 aufgezeichnet wird, der Druckfühler 11 ebenfalls einen Druckanstieg über den atmosphärischen Druck feststellt.

Das Druckverhältnis wird als Anzeige für das Durchdringungsverhalten der Konstruktion angesehen, wobei eine hohe Druckdifferenz eine hohe Durchdringung bedeutet. Es wird auch angenommen, daß eine perfekte Durchdringung bedeutet, daß die Lücken zwischen den Fäden vollständig mit Gummi ausgefüllt sind. Dies ist bei den höchsten Druckquotienten mehr oder weniger der Fall.

Nachstehend sind einige Konstruktionen in der Reihenfolge der besten Gummidurchdringung aufgeführt.

Alle Konstruktionen haben die gleiche Länge und Richtung der Lagen und sind mit dem gleichen Verfahren hergestellt.

Von Nummer 4 an ist der Durchdringungsgrad nicht optimal und von Nummer 6 an ist der Durchdringungsgrad schlecht und ungenügend. Es liegt auf der Hand, daß Änderungen im Herstellungsprozeß auch die relative Reihenfolge der Durchdringung der betreffenden Konstruktionen in gewissem Grad ändern können und das spezielle Verhalten einer neuen Konstruktion muß festgestellt werden.

Als weitere Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung zeigt Fig. 3 ein Seil 15 mit einer Seele aus zwei Fäden 16, die miteinander in einer S-Lage verdrillt sind, ferner mit einer Zwischenlage aus sieben Fäden 17, die in einer S-Lage rund um die Seele gelegt sind, und mit einer dritten Lage aus zwölf Fäden 18 in einer Z-Lage über den vorherigen. Ein zusätzlicher dünner Faden 19 ist fest mit einer kurzen Steigung rund um dieses Seil gewickelt, um der Konstruktion bessere Stabilität zu verleihen.

Fig. 4 zeigt eine andere Anordnung von Fäden. Die Seele besteht hier aus drei Fäden 20, die Zwischenlage aus acht Fäden 21 und die äußere Lage aus dreizehn Fäden 22. Zwischen den Fäden jeder Lage ist etwas Raum gelassen, um die Gummimasse eindringen zu lassen.

Überraschend wurde festgestellt, daß die totale Gummidurchdringung von der inneren Lagenanordnung des Seils und auch von der äußeren Lagenanordnung abhängt, und deshalb sind zweckmäßigerweise einige zusätzliche Bedingungen zu erfüllen: Die Seele soll vorzugsweise zwei Fäden enthalten, so daß dieser Strang kein Loch in der Mitte hat. Die Fäden sollen vorzugsweise alle die gleiche Dicke haben, weil beim Biegen unter Zug unterschiedliche Fäden sich relativ zueinander bewegen und als einzelne individuelle Balken wirken. Doch umfaßt die Erfindung auch Seile, in denen die Fadenstärke aus geometrischen Gründen in der äußeren Lage um etwa 10 Prozent erhöht oder herabgesetzt ist.

Eine beachtliche Gummidurchdringung erhält man noch, wenn die Seele drei Fäden mit einer Stärke unter etwa 0,25 mm umfaßt, und sogar vier Fäden, falls die Fadenstärke auf höchstens etwa 0,18 mm begrenzt ist. Der Grund für diese Beschränkung ist, die Abmessungen des Mittenloches auf einem Minimum zu halten in Übereinstimmung mit der Viskosität der gewöhnlichen verfügbaren Gummimassen bei Vulkanisierungstemperatur.

Claims (9)

1. Metallcord zur Verstärkung elastomerer Artikel oder Kunststoffe aus wenigstens fünfzehn Drähten, die in einer Seele aus zwei bis vier miteinander verdrillten Drähten in einer um die Seele gewundenen und mit dieser in Kontakt stehenden Zwischenlage und in einer äußeren Lage von um die Zwischenlage gewundenen und mit dieser in Kontakt stehenden Drähten angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Abstände der Drähte zueinander mit dem durch die Drähte der Zwischenlage bestimmten Teilkreis und auf dem durch die Drähte der äußeren Lage bestimmten Teilkreis jeweils einen Betrag zwischen 14 und 25% des jeweiligen Teilkreisumfanges ausmachen.

2. Metallcord nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es aus bis zu siebenundzwanzig Drähten besteht.

3. Metallcord nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte alle den gleichen Durchmesser aufweisen.

4. Metallcord nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte eine Bruchdehnung von zwischen 1% und 4,5% aufweisen.

5. Metallcord nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte aus hochgekohltem Stahl bestehen.

6. Metallcord nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Abstände auf den einzelnen Teilkreisen jeweils einen Betrag zwischen 20 und 24% des jeweiligen Teilkreisumfanges ausmacht.

7. Metallcord nach einem der Ansprüche 1, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Seele aus zwei Drähten (16) besteht, die Zwischenlage aus sieben Drähten (17) der gleichen Stärke wie diejenigen der Seele und die äußere Lage aus entweder zwölf Drähten (18) der gleichen Stärke, wie sie die Drähte der Seele und der Zwischenlage haben, oder aus dreizehn oder vierzehn Drähten mit einer annähernd 10% geringeren Stärke als diejenige der Drähte in der Seele und der Zwischenlage.

8. Metallcord nach einem der Ansprüche 1, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Seele aus drei Drähten (20) besteht, die Zwischenlage aus acht Drähten (21) der gleichen Stärke wie bei den Drähten der Seele und die äußere Lage aus entweder elf Drähten mit einer etwa 10% größeren Stärke, als sie die Drähte der Seele und der Zwischenlage haben, oder zwölf oder dreizehn Drähten (22) mit etwa der gleichen Stärke wie diejenige der Drähte in der Seele und der Zwischenlage, oder vierzehn Drähten mit einer etwa 10% geringeren Stärke als die der Drähte in der Seele und der Zwischenlage.

9. Metallcord nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen Draht (19) geringerer Dicke als die Drähte des Cords, der fest um den Cord gewickelt ist.