DE69219805T2

DE69219805T2 - Metallkorde zur Verstärkung von Gummi und Luftreifen mit solchen Verstärkungen

Info

Publication number: DE69219805T2
Application number: DE69219805T
Authority: DE
Inventors: Motonori Bundo; Kazuma Morotomi
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1991-03-06
Filing date: 1992-03-05
Publication date: 1997-11-27
Anticipated expiration: 2012-03-06
Also published as: US5429878A; ES2103885T3; EP0502729B1; EP0502729A1; US5295346A; DE69219805D1; JPH04281081A

Description

Diese Erfindung betrifft einen Metallkord mit einer speziellen Zwirnkonstruktion, der als Material zur Verstärkung des Gummis in Reifen für Fahrzeuge, in Förderbändern und dergleichen eingesetzt werden soll, ebenso wie Luftreifen, bei denen derartige Metallkorde als Verstärkungsmaterial eingesetzt werden.
Stahlkorde mit einer sogenannten Zwirnkonstruktion von 1x4 oder 1x5, die 4-5 Fäden aufweisen, werden in großem Umfang als Gummiverstärkung für Reifen oder dergleichen eingesetzt. Vor kurzem wurde die Verwendung von Stahlkorden mit einer Zwirnkonstruktion von 1x2 akzeptiert, um eine Gewichtsreduzierung, einen niedrigen Kraftstoffverbrauch und niedrige Kosten bei Fahrzeugreifen zu erreichen, und es wurde ebenfalls die Verwendung eines eindrähtigen Kordes vorgeschlagen, der nur einen Drahtfaden aufweist.
Wenn der Kord mit einer Zwirnkonstruktion, die lediglich durch Reduzieren der Anzahl der Fäden vereinfacht wurde, wie beispielsweise einer Zwirnkonstruktion von 1x2, ein eindrähtiger Kord oder dergleichen im Gürtel eines Reifens eingesetzt wird, wenn eine übermäßige Kraft während der Kurvenfahrt zur Anwendung kommt, wird jedoch eine sogenannte Ausbeulverformung in dem Abschnitt außerhalb des Gürtels, der den Boden berührt, hervorgerufen, und daher kommt es infolge der aufgenommenen Verformungsleistung zu einem Kordbruch. Daher wird in diesem Zusammenhang ein Verfahren übernommen, bei dem ein neues Verstärkungsmaterial dem Randabschnitt des Gürtels beim Aufbau des Reifens zugesetzt wird.
Da die Verwendung eines derartigen neuen Verstärkungsmaterials dem Zweck des Erreichens einer Gewichtsreduzierung, eines niedrigen Kraftstoffverbrauchs und dergleichen beim Reifen entgegensteht, verringert das in starkem Maße den Vorteil der Verwendung von Stahlkord mit einer Zwirnkonstruktion von 1x2 oder eines eindrähtigen Kordes als Gummiverstärkung.
Ein Stahlkord mit einer Zwirnkonstruktion von 1x2 wird in den offengelegten Japanischen Patenten Nr. 62-117893 und Nr. 62-234921 vorgeschlagen.
Derartige Stahlkorde zeigen jedoch eine sehr schlechte Brucheigenschaft, weil der Winkel des Stahlfadens selbst ebenfalls mit Bezugnahme auf die Längsrichtung des Kordes größer wird, und daher werden derartige Stahlkorde nicht im Gürtelabschnitt eines Reifens in der Form eingesetzt, wie sie vorliegen.
Das offengelegte Japanische Patent Nr. 2-229286 (EP-A-0385666) schlägt ebenfalls Stahlkorde mit einer Zwirnkonstruktion von 1x2 vor, bei denen die Formverhältnisse der zwei Fäden verändert werden, um periodisch und abwechselnd Abschnitte, wo sich die Fäden miteinander berühren, und Abschnitte zu bilden, bei denen keine Fadenberührung (Abschnitt, der vom Gummi umgeben ist) in der Längsrichtung des Kordes zu verzeichnen ist.
Es wird ausgeführt, daß, wenn der Stahlkord, der durch ein Verändern der Formverhältnisse der Fäden gebildet wird, beim Gürtelabschnitt eines Reifens zum Einsatz kommt, das Eindringen von Wasser, das von einem Schnitt in der Lauffläche kommt, in den Stahlkord der Gürtellage in der Längsrichtung des Kordes verhindert wird, wodurch ein Kordbruch infolge des Auftretens von Rost verhindert werden kann.
Im Stahlkord mit einer Zwirnkonstruktion von 1x2 ist es jedoch nicht zwangsläufig erforderlich, alternativ Fadenberührungsabschnitte und Nichtberührungsabschnitte zu bilden, wie es im JP-A-2229286 beschrieben wird, weil der Stahlkord mit einer Zwirnkonstruktion von 1x2 nicht einen Kordbruch und dergleichen infolge des Auftretens von Rost durch Eindringen von Wasser bewirkt. Außerdem ist es im wesentlichen unmöglich, derartige Stahlkorde in Gummi für einen Reifen einzubetten, während abwechselnd Berührungsabschnitte und Nichtberührungsabschnitte im Kord beibehalten werden. Selbst wenn diese Korde im Gummi eingebettet werden, so daß die Berührungsabschnitte und die Nichtberührungsabschnitte abwechselnd in der Längsrichtung des Kordes vorhanden sind, ist der Winkel des Fadens selbst mit Bezugnahme auf die Längsrichtung des Kordes im Berührungsabschnitt zu groß, so daß ein Kordbruch hervorgerufen werden kann.
Andererseits wird ein eindrähtiger Kord in den offengelegten Japanischen Patenten Nr. 57-198101 und Nr. 1-229704 beschrieben, bei dem es sich um einen einfachen geraden Drahtkord handelt, so daß die Beständigkeit gegen einen Kordbruch sehr schlecht ist, wenn nicht ein Verstärkungselement eingesetzt wird, wie beispielsweise ein Lagematerial oder dergleichen.
Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die Beständigkeit gegen einen Kordbruch in einem Metallkord mit einer Zwirnkonstruktion von 1x2 oder einem eindrähtigen Kord ohne Verwendung eines weiteren Verstärkungselementes zu verbessern, um eine Gewichtsreduzierung, einen niedrigen Kraftstoffverbrauch und niedrige Kosten der Gummierzeugnisse zu erreichen.
Die hier angeführten Erfinder haben verschiedene Untersuchungen durchgeführt, um die Probleme des konventionellen Metallkordes mit einer Zwirnkonstruktion von 1x2 oder des eindrähtigen Kordes zu lösen, und sie ermittelten, daß die Beständigkeit gegen einen Kordbruch dadurch verbessert wird, daß die folgende Konstruktion übernommen wird.
Das heißt, die Erfindung stellt in einem ersten Aspekt einen Metallkord zur Verfügung, der durch Verzwirnen von zwei Metallfäden mit der gleichen Teilung gebildet wird; dadurch gekennzeichnet, daß ein Verdrehungswinkel α&sub1; durch die Gleichung 75º≤α&sub1;≤84,5º (1) dargestellt wird, und daß sich die Fäden miteinander an zwei Stellen pro eine Teilung der Verdrehung berühren.
In diesem Fall weist jeder Faden vorzugsweise einen Fadendurchmesser von 0,15-0,8 mm auf, noch besser von 0,20-0,6 mm.
In einem zweiten Aspekt stellt die Erfindung einen Metallkord zur Verfügung, der einen schraubenförmig gebildeten einzelnen Draht aufweist, bei dem ein Verdrehungswinkel αM durch die Gleichung 75º≤α&sub1;≤84,5º (2) dargestellt wird.
In diesem Fall weist der einzelne Draht vorzugsweise einen Fadendurchmesser von 0,20-1,2 mm auf, noch besser von 0,25-1,0 mm.
Entsprechend einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Luftreifen zur Verfügung gestellt, der eine Karkasse, einen Gürtel und wahlweise einen Wulstschutzstreifen als Reifenskelettelement aufweist; dadurch gekennzeichnet, daß ein Metallkord, wie er im vorangehend erwähnten ersten und zweiten Aspekt der Erfindung definiert wird, in mindestens einem dieser Skelettelemente eingesetzt wird.
Entsprechend der Erfindung wurde ermittelt, daß die Beständigkeit gegen einen Kordbruch durch Verwendung eines Metallkordes, der im ersten und zweiten Aspekt als Gummiverstärkung definiert wird, verbessert wird, und daß, wenn diese Korde in einem Reifen zum Einsatz kommen, eine Gewichtsreduzierung, ein niedriger Kraftstoffverbrauch und niedrige Reifenkosten erreicht werden können.
Der Begriff "Verdrehungswinkel", wie er hierin verwendet wird, bedeutet eine Ergänzung eines Winkels eines Metallfadens mit Bezugnahme auf die Längsrichtung des Kordes. Bei Betrachtung des Falles, daß der Kord ein echter Kreis ist, wird der Verdrehungswinkel in Fig. 1 gezeigt; als gestreckter Kord betrachtet, wird er in Fig. 2 gezeigt. In diesen Zeichnungen bezeichnet die Zahl 1 einen Metallfaden, der Buchstabe P die Teilung der Verdrehung, der Buchstabe R einen Korddurchmesser, der Buchstabe d einen Fadendurchmesser und der Buchstabe R&sub0; einen Kordradius (R&sub0; = R/2-d/2).
Der Verdrehungswinkel wird durch einen Buchstaben α gezeigt und weist die folgende Beziehung auf:
α = tan&supmin;¹ P/π(R-d)
die durch eine Teilung der Verdrehung oder Teilung der Formgebung P, den Fadendurchmesser d und den Korddurchmesser R aus der folgenden Beziehung ermittelt wird:
tan α = P/2πR&sub0; = P/π(R-d).
Daher wird der Verdrehungswinkel theoretisch durch den Korddurchmesser, die Teilung (Teilung der Verdrehung im Fall der Konstruktion von 1x2, Teilung der Formgebung im Falle des einzelnen Drahtes) und den Fadendurchmesser bestimmt, und er kann tatsächlich aus der Form des Fadens 1 selbst gemessen werden, wie in Fig. 3 gezeigt wird.
In dem Fall, daß die Form des Kordes ellipsenähnlich ist, bevorzugt man insbesondere die tatsächliche Messung des Verdrehungswinkels, wobei der Mittelwert durch Messen an 10 Stellen in der Längsrichtung des Kordes erhalten wird.
Entsprechend der Erfindung zeigt der Querschnitt des Kordes den gewünschten Effekt, selbst in der kreisförmigen Form und der ellipsenähnlichen Form. Wenn ellipsenähnliche Korde in der Gürtelschicht eines Reifens eingebettet werden, ist es wünschenswert, einen Winkel des Fadens mit Bezugnahme auf die Längsrichtung des Kordes von der Oberfläche der Lauffläche aus zu messen. Außerdem ist beim ellipsenähnlichen Kord das Verhältnis der Hauptachse a zur Nebenachse b nicht speziell begrenzt, aber das Verhältnis alb liegt vorzugsweise im Bereich von 1≤a/b≤2 angesichts der Verhinderung des Kordbruches.
Die Erfindung wird weiter mittels des Beispiels und mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, die zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung, die einen Abschnitt eines Metallfadens in der Längsrichtung des Metallkordes zeigt;
Fig. 2 eine schematische Darstellung, die einen gestreckten Zustand des Metallfadens zeigt;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Abschnittes des Metallkordes;
Fig. 4 eine schematische Darstellung, die einen Abschnitt eines konventionellen Stahlkordes mit einer Zwirnkonstruktion von 1x2 und dessen Querschnitte an verschiedenen Stellen in der Längsrichtung zeigt;
Fig. 5 eine schematische Darstellung, die einen Abschnitt eines Stahlkordes mit einer Zwirnkonstruktion von 1x2 entsprechend dem ersten Aspekt der Erfindung und dessen Querschnitte an verschiedenen Stellen in der Längsrichtung zeigt; und
Fig. 6 und 7 schematische Darstellungen von Ausführungen, die einen Abschnitt eines eindrähtigen Kordes entsprechend dem zweiten Aspekt der Erfindung und bzw. die Querschnitte an verschiedenen Stellen in der Längsrichtung zeigen.
Beim Metallkord entsprechend dem ersten Aspekt der Erfindung, wie er in Fig. 5 gezeigt wird, ist der Verdrehungswinkel des Fadens mit Bezugnahme auf die Längsrichtung des Kordes beträchtlich groß, wenn man mit dem des konventionellen Metallkordes mit einer Zwirnkonstruktion von 1x2 vergleicht, wie er in Fig. 4 gezeigt wird, so daß, wenn die Metallkorde entsprechend der Erfindung beispielsweise in einer Gürtellage eines Reifens eingesetzt werden, wenn eine Biegung bei der Gürtellage zur Anwendung kommt, wie beispielsweise eine Ausbeulverformung oder dergleichen, diese Korde sich so verhalten, daß die Dehnung auf der Oberfläche des Fadens abgeschwächt wird, wodurch der Kordbruch vermieden werden kann.
Beim Metallkord entsprechend dem zweiten Aspekt der Erfindung, wird ein angemessener Winkel des Fadens mit Bezugnahme auf die Längsrichtung des Kordes beibehalten, wie in Fig. 6 gezeigt wird, so daß der Kordbruch verhindert werden kann. Wenn der Metall kord entsprechend dem zweiten Aspekt der Erfindung einer Formgebung unterworfen wird, wie in Fig. 7 gezeigt wird, wird außerdem die Beständigkeit gegen einen Kordbruch beträchtlich verbessert, wenn man mit dem konventionellen einzelnen geraden Kord vergleicht.
In Fig. 4 bis 7 sind die Zahlen 2 und 3 die Metallfäden, und die Querschnitte des Kordes (A&sub1;, B&sub1;, ...) in der Längsrichtung dieser werden unterhalb der Pfeilpositionen (A&sub0;, B&sub0;, ...) entsprechend gezeigt.
Entsprechend der Erfindung wurde ermittelt, daß im Metallkord mit einer Zwirnkonstruktion von 1x2 oder im einzelnen Draht, wenn der Winkel der Verdrehung des Fadens oder des eindrähtigen Fadens mit Bezugnahme auf die Längsrichtung des Kordes nicht kleiner ist als 5,5º, die Beständigkeit gegen einen Kordbruch in starkem Maße verbessert wird, wie vorangehend erwähnt wird. Wenn der Winkel jedoch zu groß ist, kommt es zu einer starken Verringerung der Festigkeit des Metallkordes selbst, und das Volumen des einen Metallkordes, das in der Gürtellage in Anspruch genommen wird, nimmt zu, wodurch die Fadenzahl verringert wird, so daß der Winkel des Fadens zur Längsrichtung des Kordes vorzugsweise nicht mehr als 15º beträgt, um die Festigkeit des Gürtels selbst im Reifen beizubehalten.
Insbesondere, wenn der Metallkord in der Gürtellage eines Reifens eingesetzt wird, bevorzugt man, daß der Winkel des Fadens mit Bezugnahme auf die Längsrichtung des Kordes innerhalb eines Bereiches von 7,5º-10º vom Gesichtspunkt der Beständigkeit gegen einen Kordbruch und der Festigkeit des Gürtels selbst aus liegt.
Die Metallkorde mit einer Zwirnkonstruktion von 1x2 entsprechend dem ersten Aspekt der Erfindung werden hergestellt, indem jeder Metallfaden mit einem vorgegebenen Formverhältnis mittels einer Vorformvorrichtung vor dem Zwirnen geformt wird, und indem danach zwei dieser geformten Fäden verzwimt werden, oder indem zwei Fäden miteinander in der Längsrichtung kontinuierlich verzwimt werden und danach ein Bündel dieser verzwirnten Fäden mit einem vorgegebenen Formverhältnis mittels einer Vorformvorrichtung gebildet wird.
Gleichermaßen werden die Metallkorde aus dem eindrähtigen Faden entsprechend dem zweiten Aspekt der Erfindung leicht hergestellt, indem der Faden mit einem vorgegebenen Formverhältnis mittels einer Vorformvorrichtung gebildet wird.
Außerdem können diese Metallkorde zu einem ellipsenähnlichen Kord geformt werden, indem der Kord einer Flachbearbeitung durch Druckwalzen oder dergleichen unterworfen wird.
Die folgenden Beispiele dienen der Veranschaulichung der Erfindung und sind nicht als deren Einschränkung gedacht.
Bei diesem Beispiel werden die Metallkorde (Stahlkorde) entsprechend der Erfindung in einem Gürtel eines Luftreifens für einen Personenkraftwagen eingesetzt.
Der zu testende Reifen zeigt eine Reifengröße von 175/70R13 und weist zwei Stahlgürtellagen auf, die einen Kordwinkel von 68º mit Bezugnahme auf die Äquatorialebene des Reifens zeigen, wobei eine erste Gürtellage eine Breite von 140 mm und eine zweite Gürtellage eine Breite von 130 mm aufweist.
Nachdem der Versuchsreifen mit einem Innendruck von 1,7 kp/cm² aufgepumpt und auf einer üblichen Straße eine Strecke von 40000 km gefahren wurde, wurde er aufgeschnitten, um die Anzahl der Bruchstellen im Stahlkord in der Gürtellage zu messen.
Die gemessenen Ergebnisse werden in der Tabelle 1 gezeigt. TABELLE 1
Wie aus der Tabelle 1 zu erkennen ist, wird das Auftreten des Stahlkordbruches in den Stahlkorden entsprechend der Erfindung (Beispiele 1-4) auf die Hälfte oder weniger reduziert, wenn man mit dem konventionellen Stahlkord mit einer Zwirnkonstruktion von 1x4 (Vergleichsbeispiel 1) vergleicht. Sogar bei den Stahlkorden mit der Zwirnkonstruktion von 1x2 liegt der Bruch des Stahlkordes im wesentlichen beim gleichen Wert des Vergleichsbeispiels 1 oder darüber, wenn der Verdrehungswinkel größer als 84,5º (Vergleichsbeispiel 2) oder kleiner als 750 (Vergleichsbeispiel 3) ist. Wenn der Verdrehungswinkel entsprechend der Erfindung (Beispiele 1-4) begrenzt wird, wird das Auftreten des Stahlkordbruches beträchtlich reduziert, so daß die Begrenzung des Verdrehungswinkels entsprechend der Erfindung einen vorteilhaften Effekt mit sich bringt. Außerdem wird das Auftreten des Kordbruches sogar in den Metallkorden aus einem eindrähtigen Faden (Beispiele 3 und 4) beträchtlich reduziert.
Wie vorangehend erwähnt wird, wird entsprechend der Erfindung der Verdrehungswinkel des Fadens im Metallkord auf einen speziellen Winkelbereich begrenzt, wodurch die Beständigkeit gegen einen Kordbruch beträchtlich verbessert werden kann. Wenn derartige Metallkorde beispielsweise in einem jeden Konstruktionsteil eines Reifens eingesetzt werden, können außerdem eine Gewichtsreduzierung und ein niedriger Kraftstoffverbrauch sowie niedrige Reifenkosten erreicht werden. Daher können die Metallkorde entsprechend der Erfindung in großem Umfang als Korde für Gummierzeugnisse eingesetzt werden.

Claims

1. Metallkord, der durch Verzwirnen von zwei Metallfäden (2, 3) mit der gleichen Teilung gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verdrehungswinkel α&sub1; durch die Gleichung 75º≤α&sub1;≤84,5º (1) dargestellt wird, und daß sich die Fäden miteinander an zwei Stellen pro eine Teilung der Verdrehung berühren.

2. Metallkord nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Faden einen Fadendurchmesser von 0,15-0,8 mm aufweist.

3, Metallkord nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Fadendurchmesser 0,20-0,6 mm beträgt.

4. Metallkord, der einen schraubenförmig gebildeten einzelnen Draht (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrehungswinkel αM durch die Gleichung 75º≤αM≤84,5º (2) dargestellt wird.

5. Metallkord nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht einen Fadendurchmesser von 0,20-1,2 mm aufweist.

6. Metallkord nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Fadendurchmesser 0,25-1,0 mm beträgt.

7. Luftreifen, der aufweist: eine Karkasse, einen Gürtel und wahlweise einen Wulstschutzstreifen als Reifenskelettelement, dadurch gekennzeichnet, daß ein Metallkord, wie er in einem der Ansprüche 1 bis 6 beansprucht wird, in mindestens einem der Skelettelemente eingesetzt wird.