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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Herstellen eines nicht vulkanisierten Gummi/Stahlfadenverbunds,
der als Reifenmaterial und ähnliches
geeignet ist, und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Herstellen eines nicht vulkanisierten Gummi/Stahlfadenverbunds,
der die Herstellungskosten drastisch verringern kann und die Ermüdungsbeständigkeit
der Stahlfäden
sowie die Haftfestigkeit zwischen den Fäden und dem Gummi verbessern
kann.
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Hintergrund
der Erfindung
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Das
Produkt wie z. B. Reifen oder Förderbänder, die
den Gummi/Stahlfadenverbund gewöhnlich
einsetzen, verwendet einen bandförmigen
nicht vulkanisierten Gummi/Stahlfadenverbund, bei dem eine Vielzahl von
Stahlfäden
parallel angeordnet sind und als Zwischenmaterial im nicht vulkanisierten
Gummi versenkt sind.
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Die
für jene
Produkte einzusetzenden Stahlfäden
sind Hartstahlfäden
mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,6–1,1 Gew.-% und müssen zur
Offenbarung ihrer hohen Festigkeit sehr stark gezogen werden. Um
die Haftfähigkeit
zwischen den Stahlfäden
und dem Gummi zu verbessern und die Schlüpfrigkeit zum Zeitpunkt des Ziehens
zu verbessern, ist es andererseits üblich, die Stahlfäden vor
dem Ziehen mit Messing oder Zink zu plattieren.
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Im
Stand der Technik ist eine Anzahl von Schritten bereits vergangen,
bevor die genannten Stahlfäden zu
einem Verbund mit dem nicht vulkanisierten Gummi verarbeitet werden.
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Insbesondere
werden die gezogenen Stahlfäden
einmal auf Spulen aufgenommen, so dass eine Vielzahl von Fäden von
einem Zwirner zu einer Stahllitze verdreht wird. Diese Stahllitze
wird mit einer vorbestimmten Länge
auf eine Spule aufgenommen und ist im Handel erhältlich.
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Der
Gummihersteller erzeugt einen primären Verbund, der aus dem nicht
vulkanisierten Gummi und den Stahllitzen besteht, indem er eine
Vielzahl von Stahllitzenspulen erwirbt, die Vielzahl von Spulen
in einen Litzenzuführer,
den sog. „Spulenständer", einsetzt, die Vielzahl
von Litzen zuführt,
während
sie durch ein Führung
oder Führungswalzen
zu einem Gummibeschichter hin aufgereiht werden. Zu diesem Zeitpunkt
werden die bandförmigen
Primärverbunde
durch eine zwischen den Schichten liegende Trennbahn aus Polyethylen aufgenommen,
so dass sie daran gehindert werden, aneinander anzuhaften.
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Andererseits
wird ein Sekundärverbund
mit einer intrinsischen Breite und Litzenwinkel hergestellt, indem
der Primärverbund
unter einem vorbestimmten Winkel auf eine vorbestimmte Größe zugeschnitten
wird und indem die Endflächen
der Schnitte miteinander verbunden (verspleißt) werden. Zu diesem Zeitpunkt
werden die bandförmigen
Sekundärverbunde
durch eine zwischen den Schichten liegende Trennbahn aus Polyethylen
oder ähnlichem
aufgenommen, so dass sie daran gehindert werden, aneinander anzuhaften.
Dann wird der so aufgenommene Sekundärverbund zu einem Gerät zur Formung
der Reifen oder der Förderbänder geführt, so
dass er zu nicht vulkanisierten Produkten verarbeitet wird.
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Daher
muss das Verfahren des Standes der Technik viele Schritte umfassen,
bis der nicht vulkanisierte Gummi/Stahlfadenverbund aus den Ausgangsmaterialien
hergestellt ist, und wird von dem sich daraus ergebenden Problem
ernsthaft steigender Bearbeitungskosten begleitet. Um diese Bearbeitungskosten
zu senken, ist es denkbar, die Ziehbearbeitung der Stahlfäden zu beschleunigen.
Wenn die Stahlfäden
mit einem hohen Zugverhältnis
und mit hoher Geschwindigkeit gezogen werden, entsteht jedoch der
Nachteil, dass die Festigkeit und die Ermüdungsbeständigkeit der Stahlfäden abfällt.
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Andererseits
werden die gezogenen Stahlfäden
kurz nach dem Ziehen mit einer Plattierschicht beschichtet, oxidieren
jedoch an ihren Oberflächen,
wenn sie so belassen werden wie sie sind. Ein weiteres Problem besteht
darin, dass die Haftfähigkeit
zwischen den Fäden
und dem Gummi verschlechtert wird. Im Stand der Technik wird die
Oxidation dadurch verhindert, dass die Feuchtigkeit des Lagerungsorts
der Stahlfäden eingestellt
wird, jedoch führt
dieses Lagermanagement zu einem Anstieg der Bearbeitungskosten.
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Es
ist aus dem US-Patent 5,651,246 bekannt, eine Stahllitze aus 3–6 verzwirnten
Stahlfäden
herzustellen, auf welchen eine Beschichtung aufgetragen ist, um
die Haftung mit einem Gummi zu erhalten, wobei die Stahllitze dafür bestimmt
ist, zur Verstärkung
eines Gummiproduktes eingesetzt zu werden. Die anfänglich geformte
Stahllitze wird durch eine Abflachungsvorrichtung geführt, so
dass sie wiederholt gebogen wird.
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Ebenso
wird auf die EP-A-0958913 Bezug genommen, die eine Vorrichtung zum
Bilden eines erwünschten
Gürtelelements
offenbart, das z. B. geschnitten wird, um die Gürtellage eines Diagonalluftreifens zu
bilden, indem ein durchgehendes Streifenmaterial in eine Vielzahl
von Streifen vorbestimmter Länge
geschnitten wird, während
das Streifenmaterial in eine Richtung geführt wird, die ein Förderband
quert, und die geschnittenen Streifen auf dem Förderband ausgerichtet und verbunden
werden, während
das Förderband
intermittierend bewegt wird.
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Schließlich offenbart
die
US 2,512,762 eine
Vorrichtung zum Herstellen eines Reifengewebes, in der eine Vielzahl
von Drahtkabeln in einem Gummibahnmaterial eingebettet werden.
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Jedes
Kabel umfasst eine Vielzahl von Strängen, die verzwirnt oder zu
einem Kabel vereint werden. Die einzelnen Kabel werden durch Öffnungen
in einem Beabstandungs- oder Sammelgestell geführt, wonach auf einer Kalanderwalze
gebildete Gummibahnen (Gummifelle) fest in Eingriff mit den Metallkabeln
gezwungen werden.
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Darstellung
der Erfindung
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Entsprechend
einer Ausführungsform
der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines nicht vulkanisierten
Gummi/Stahlfadenverbunds bereitgestellt, umfassend (i) das Verstärken der
Stahlfäden
durch stetiges Ziehen und (ii) das nicht Aufnehmen, sondern das
Zuführen
der gezogenen Stahlfäden
an einem Gummibeschichter, so dass die Stahlfäden mit nicht vulkanisiertem
Gummi beschichtet werden.
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Indem
die gezogenen Stahlfäden
so wie sie sind auf diese Weise mit dem nicht vulkanisiertem Gummi beschichtet
werden, wird ein Aufwickelschritt nach dem Ziehschritt, der Verzwirnschritt,
ein Aufwickelschritt nach dem Verzwirnschritt, ein Verpackungsschritt,
ein Zuführschritt,
ein Schritt des Anbringens der Spulen auf dem Ständer und so weiter weggelassen,
die unausweichlich bei dem Verfahren des Standes der Technik durchgeführt wurden.
Daher können
der Energieverbrauch und die Arbeitskosten eingespart werden, um
die Bearbeitungskosten für
den nicht vulkanisierten Gummi/Stahlfadenverbund drastisch zu verringern.
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Andererseits
kann die Ziehbearbeitung mit einer Ziehgeschwindigkeit durchgeführt werden,
die so niedrig ist, dass sie mit der Gummibeschichtung synchronisiert
ist, so dass die zu erzeugenden Wärme, wenn die Stahlfäden auf
den Matrizenflächen
der Fadenziehvorrichtung gleiten, unterdrückt werden kann. Selbst wenn
das Ziehverhältnis
der Stahlfäden
erhöht
wird, kann daher die Festigkeit und die Ermüdungsbeständigkeit der Stahlfäden ausreichend
beibehalten werden.
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Darüber hinaus
werden gezogene Stahlfäden
so wie sie sind bereitgestellt, um ihre plattierten Schichten kurz
nach dem Ziehen mit der Gummibeschichtung zu aktivieren, so dass
sie daran gehindert werden, auf ihren Oberflächenschichten zu oxidieren,
wodurch die Haftfähigkeit
zwischen den Fäden
und dem Gummi verbessert wird.
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Entsprechend
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Herstellen eines nicht vulkanisierten
Gummi/Stahlfadenverbunds bereitgestellt, umfassend eine Fadenziehvorrichtung
zum Verstärken
von Stahlfäden
durch deren durchgehendes Ziehen, einen Gummibeschichter zum Beschichten der
Stahlfäden
mit nicht vulkanisiertem Gummi, und eine Fadenzuführvorrichtung,
die so angeordnet ist, dass die von der Fadenziehvorrichtung gezogenen
Stahlfäden
nicht aufgenommen, sondern dem Gummibeschichter zugeführt werden.
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In
den Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung kann der Gummibeschichter mit einer Vielzahl von
Stahlfäden
oder bevorzugt mit 10–50
Stahlfäden
parallel beschickt werden. Insbesondere ist es bevorzugt, dass eine
Vielzahl von Stahlfäden
durchgehend und gleichzeitig gezogen werden und dass die Vielzahl
von gezogenen Stahlfäden
nicht aufgenommen, sondern aufgereiht und dem Gummibeschichter zugeführt werden.
In diesem Fall kann eine Vielzahl von Ziehvorrichtungen als Fadenziehvorrichtung
parallel angeordnet werden, so dass die Vielzahl der von den Ziehvorrichtungen
gezogenen Stahlfäden
nicht aufgenommen, sondern aufgereiht und dem Gummibeschichter zugeführt wird.
Alternativ ist mindestens eine Mehrfach-Matrizenziehvorrichtung
zum durchgehenden und gleichzeitigen Ziehen von drei oder mehr Stahlfäden als
Fadenzugvorrichtung vorgesehen, so dass die Vielzahl der von der
Mehrfach-Matrizenziehvorrichtung gezogenen Stahlfäden nicht
aufgenommen, sondern aufgereiht und dem Gummibeschichter zugeführt werden.
Insbesondere kann die Letztere Mehrfach-Matrizenziehvorrichtung
zu einer kompakten Struktur der Vorrichtung beitragen und die Zuführrate der
Vielzahl von Stahlfäden
leicht kontrollieren.
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Es
ist bevorzugt, dass die Ziehgeschwindigkeit der Stahlfäden 80 m/min
oder weniger beträgt.
Als Ergebnis ist es möglich,
die Ziehbehandlung und die Gummibeschichtungsbehandlung zu synchronisieren
und die Wärmeerzeugung
zu dem Zeitpunkt zu unterdrücken,
an dem die Stahlfäden
auf den Matrizenflächen
der Fadenzugvorrichtung gleiten. Es ist auch bevorzugt, dass das
Ziehverhältnis
der Stahlfäden
96% oder mehr beträgt.
Als Ergebnis ist es möglich,
eine hohe Festigkeit zu offenbaren, wenn Hartstahlfäden mit
0,6–1,1
wt.% Kohlenstoff als die Stahlfäden
verwendet werden. Hier wird das Ziehverhältnis aus der Querschnittfläche D1 der
Stahlfäden
vor dem Ziehen und der Querschnittfläche D2 nach dem Ziehen bestimmt
und kann ausgedrückt
werden durch (D1 – D2)/D1 × 100 (%).
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In
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden andererseits die gezogenen Stahlfäden nicht
aufgenommen, sondern können
einen Fadenumformer zugeführt
werden, um die Stahlfäden
umzuformen, und die umgeformten Stahlfäden werden nicht aufgenommen,
sondern können
dem Gummibeschichter zugeführt
werden. In diesem Fall kann ein Fadenumformer zwischen die Fadenziehvorrichtung
und dem Gummibeschichter zwischen gestellt werden, um die Stahlfäden umzuformen.
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Darüber hinaus
kann der Primärverbund
der Stahlfäden,
der mit dem nicht vulkanisierten Gummi beschichtet ist, unter einem
vorbestimmten Winkel auf ein vorbestimmte Länge zugeschnitten werden, und
die Schnitte können
miteinander verbunden (verschpleißt) werden, um einen Sekundärverbund
zu bilden. In diesem Fall kann weiter ein Bandbearbeiter mit einer
Schneidvorrichtung zum Schneiden des Primärverbunds, das den Gummibeschichter
passiert hat, unter einem vorbestimmten Winkel auf eine vorbestimmte
Länge sowie
ein Verbinder zum Verbinden der Vielzahl der von der Schneidvorrichtung
zubereiteten Schnitte umfasst sein, um einen Sekundärverbund
zu bilden.
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Die
Herstellungsvorrichtung für
einen nicht vulkanisierten Gummistahlfadenverbund, die bisher beschrieben
wurde, kann mit dem Schritt des Bildens des Produkts, wie z. B.
eines Reifens oder eines Förderbands,
in Verbindung gebracht werden. Insbesondere wenn die Herstellungsvorrichtung
direkt mit der Reifenformungsmaschine verbunden wird, kann der Luftreifen
durchgehend aus der Materialebene wie z. B. den Stahlfäden oder
dem nicht vulkanisierten Gummi geformt werden, so dass die Kosten
zur Herstellung des Reifens drastisch verringert werden können.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Für ein besseres
Verständnis
der vorliegenden Erfindung und um zu zeigen, wie dieselbe in die
Tat umgesetzt werden kann, wird nun im Zuge eines Beispiels auf
die beigefügten
Zeichnungen Bezug genommen, in denen:
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1 ein
Seitenaufriss ist, der schematisch eine Vorrichtung zum Herstellen
eines nicht vulkanisierten Gummi/Stahlfadenverbunds entsprechend
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist.
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2 eine
Draufsicht ist, die einen Fadenziehvorrichtung der 1 zeigt.
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3 Matrizen der Fadenziehvorrichtung der 1 zeigt
und 3(a) eine Vorderansicht und 3(b) eine Schnittansicht ist, genommen entlang
der Linie X-X der 3(a).
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4 eine
perspektivische Ansicht ist, die einen Drahtumformer und einen Gummibeschichter
der 1 zeigt.
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5 eine
Draufsicht ist, die einen Bandbearbeiter der 1 zeigt.
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6 eine
Draufsicht ist, die ein Beispiel eines mit der vorliegenden Erfindung
erhaltenen Bandelements zeigt.
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7 eine
Draufsicht ist, das ein Beispiel eines durch die vorliegende Erfindung
erhaltenen Bandabdeckelements 7 zeigt.
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8 eine
Draufsicht ist, die ein Beispiel eines durch die vorliegende Erfindung
erhaltenen Karkassenelements zeigt.
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Wege zur Ausführung der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung wird detailliert mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben.
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1 zeigt
eine Form der Vorrichtung zum Herstellen eines nicht vulkanisierten
Gummi/Stahlfadenverbunds und 2–5 zeigen
einen wesentlichen Abschnitt der Vorrichtung in vergrößerter Skala.
Die Herstellungsvorrichtung dieser Ausführungsform ist so aufgebaut,
dass sie einen Fadenzuführer 10,
eine Fadenziehvorrichtung 20, einen Fadenbeschicker 30,
einen Fadenumformer 40, einen Gummibeschichter 50 und einen
Bandbearbeiter 60 umfasst und direkt mit einem Reifenformer 70 verbunden
ist. Der Fadenzuführer 10 ist
mit einem Spulenständer 12 versehen,
um eine Vielzahl von Spulen 11 mit darauf aufgewickelten
Stahlfäden 1 drehbar
zu tragen, so dass die Vielzahl von Stahlfäden 1 durchgehend
aus jenen Spulen 11 zugeführt werden kann.
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Die
Fadenziehvorrichtung 20 ist eine Mehrfachmatrizenfadenziehvorrichtung
zum durchgehenden und gleichzeitigen Ziehen von 10 oder
mehr Stahlfäden.
Wie in 2 gezeigt, ist die Fadenziehvorrichtung 20 mit einem
Paar von Drehzylindern 21 und 22 ausgestattet,
die stufenweise zunehmende Außendurchmesser
aufweisen und die in einer koaxialen Richtung angeordnet sind. Die
Vielzahl von Stahlfäden 1 wird
zwischen diesen Drehzylindern 21 und 22 laufen
gelassen. Insbesondere wird die Vielzahl von Stahlfäden 1 sequentiell
von den Seiten kleineren Durchmessers zu den Seiten größeren Durchmessers übertragen,
bis sie von der Seite größeren Durchmessers
abgelassen werden. Eine Anzahl der Matrizen 23 sind allgemein
in der Mitte jener Drehzylinder 21 und 22 und
an den Durchtrittspositionen der Stahlfäden 1 angeordnet.
Hier sind die Drehzylinder 21 und 22 und die Matrizen 23 in
einem nicht gezeigten Bad untergebracht, das mit einem Gleitmittel gefüllt ist.
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In
den Matrizen 23, wie in 3(a) und 3(b) gezeigt ist, sind eine Vielzahl von Matrizenöffnungen 24 geöffnet, die
in der Längsrichtung
angeordnet sind. Diese Matrizenöffnungen 24 laufen
allmählich
von den Eingängen
zum Inneren zusammen, wodurch die dort durchtretenden Stahlfäden 1 dünner gemacht
werden. Andererseits sind die Matrizenöffnungen der Mehrfachstadienmatrizen 23 innen
schrittweise verschmälert, während die
Stahlfäden 1 der
Fadenziehvorrichtung 20 vorrücken. Als Ergebnis werden die
Stahlfäden 1 durch die
Mehrfachstadienmatrizen 23 von einer Querschnittsfläche D1 vor
dem Ziehen auf einem Querschnittsfläche D2 nach dem Ziehen gezogen.
In dieser Vorrichtung wird das Ziehverhältnis, ausgedrückt durch
(D1 – D2)/D1 × 100 (%),
auf 96% oder mehr festgelegt. Für
dieses hohe Ziehverhältnis
ist es bevorzugt, dass viele Stadien der Matrizen 23 für jenes
Verhältnis
vorgesehen sind.
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Die
oben beschriebene Fadenziehvorrichtung 20, die aus der
Mehrfachmatrizenziehvorrichtung besteht, kann trotz der gegebenen
kompakten Struktur zehn oder mehr Stahlfäden durchgehend und gleichzeitig und
mit einem hohen Ziehverhältnis
ziehen. Andererseits wird die Fadenziehvorrichtung 20 so
eingestellt, dass sie eine Stahlfadenziehgeschwindigkeit von 80
m/min oder weniger aufweist. Dieser Niedergeschwindigkeitslauf benötigt keinen
Motor hoher Kapazität,
sondern kann zur einer Verringerung der Gesamtgröße der Vorrichtung beitragen.
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Die
Fadenziehvorrichtung 20 sollte nicht auf die zuvor genannte
eine Mehrfachmatrizenziehvorrichtung zum Ziehen der zehn oder mehr
Stahlfäden
beschränkt
werden, sondern kann entweder durch Anordnen einer Vielzahl von
Mehrfachmatrizenziehvorrichtungen zum Ziehen von drei oder mehr
Stahlfäden
oder durch Anordnen einer Vielzahl von Ziehvorrichtungen zum Ziehen
eines Stahlfadens beispielhaft veranschaulicht werden. In beiden
Fällen
ist es beliebig, die Anzahl der Ziehvorrichtungen zu wählen, die
zum gleichzeitigen Ziehen der zehn oder mehr Stahlfäden anzuordnen
ist.
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Der
Fadenbeschicker 30 besteht aus einem Paar von Rollenantrieben 31 und 32.
Die Vielzahl der Stahlfäden 1 werden
auf den gepaarten Rollenantrieben 31 und 32 laufen
gelassen, so dass sie aus der Fadenziehvorrichtung 20 herausgezogen
und von den Drehantrieben dieser Rollenantriebe 31 und 32 einem nächsten Schritt
zugeführt
werden. Stromabwärts
der Rollenantriebe 31 und 32 ist andererseits
eine Kammführung 33 angeordnet,
mit Hilfe derer die Zwischenräume
(Intervalle) der Vielzahl von Stahlfäden 1 eingestellt werden.
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Der
Fadenumformer 40 ist, wie in 4 gezeigt,
mit einem Paar von Umformrollen 41 und 42 ausgestattet,
die eine Anzahl von sich in der Längsrichtung auf ihrem äußeren Umfang erstreckenden
Kanten aufweisen, wodurch die Vielzahl der Stahlfäden gleichzeitig
durch jene Umformrollen 41 und 42 umgeformt wird. Stromabwärts dieser
Umformrollen 41 und 42 sind andererseits Andruckrollen 43 und 44 angeordnet,
um die Formen der Stahlfäden 1 in
der Gesichtsrichtung anzuordnen. Die durch den Fadenumformer 40 gebildeten Formen
sollten nicht auf irgendeine spezielle Form eingeschränkt werden,
sondern können
geeignet aus Wellungen, Quetschungen, rechteckigen Formen oder spiralförmigen Formen,
je nach dem Endprodukt, gewählt werden.
Für die
Wellungen, Quetschungen oder rechteckigen Formen werden alle Fäden gleichzeitig
nach dem Anordnen umgeformt. Für
die spiralförmigen
Formen muss jedoch die Herstellungsvorrichtung für jeden Faden so angeordnet
werden, dass die Fäden
nach Umformung aufgereiht sind.
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Der
Gummibeschichter 50 ist mit einem Kopf 51 zum
gleichzeitigen Durchlassen der Vielzahl von Stahlfäden hierdurch;
und einem Extruder 52 zum Zuführen von nicht vulkanisiertem
Gummi um die Stahlfäden 1 im
Kopf 51 versehen. Aus den Ausgangsöffnungen des Kopfes 51 tritt
daher ein Primärverbund 3 aus,
der aus der Vielzahl der Stahlfäden 1 und
dem nicht vulkanisiertem Gummi 2 besteht. Dieser Primärverbund 3 kann
eine Größe besitzen,
die auf Grundlage der Größe der Ausgangsöffnungen
des Kopfes 51 festgelegt wird. Der Primärverbund 3 hat eine
Streifenform und kann mit einer Breite von 10–50 mm versehen werden. Im
Kopf 51 sind andererseits ein Paar von Aufnahmerollen 53 und 54 zum
Aufnehmen des Primärverbunds 3 angeordnet.
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Der
zu verwendende nicht vulkanisierte Gummi im Gummibeschichter 50 kann
zubereitet werden, indem Gummimaterial wie z. B. Naturgummi (NR),
Styrol-Butadiencopolymergummi
(SBR) oder Budatiengummi (BR) mit Ruß, einem Vulkanisiermittel
oder einem Vulkanisationsförderer
verbunden wird, obwohl er nicht besonders hierauf beschränkt ist.
Insbesondere kann die Haftfähigkeit
zwischen den Stahlfäden
und dem Gummi verbessert werden, indem ein Kresolharz, ein Teilkondensat
von Hexamethylol-Melamin-Pentamethylether oder
ein Kobaltsalz einer organischen Säure beigemischt werden.
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Der
Bandbearbeiter 60 bildet den Primärverbund, der vom Gummibeschichter 50 zugeführt wird,
in einen Sekundärverbund
um. Wie in 5 gezeigt besteht dieser Bandbearbeiter 60 aus:
einer Schneidvorrichtung 61 zum Zuschneiden des Primärverbunds 3,
der durch den Gummibeschichter 50 hindurch getreten ist, unter
einem vorbestimmten Winkel auf eine vorbestimmte Länge; einem
Förderband 62 zum
Fördern
der von der Schneidvorrichtung 61 erzeugten Schnitte 4 um
eine vorbestimmte Länge;
und einem Verbinder (Spleißer) 63 zum
Spleißen
der Vielzahl der Schnitte 4, um einen Sekundärverbund 5 zu
bilden. Der Bandbearbeiter 60 ist in der Lage, den Schnittwinkel
und die Schnittlänge
beliebig festzulegen, indem der Förderwinkel und der Abstand
des Primärverbunds 3 zum
Förderband 62 geändert wird.
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Ein
Reifenformer 70 formt einen nicht vulkanisierten Reifen,
indem die Reifenkomponenten mit dem Gürtelelement, einem Gürtelabdeckelement
und einem vom Bandbearbeiter 60 bearbeiteten Karkassenelement
um den nicht gezeigten Formzylinder herumgewickelt wird.
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Im
Folgenden wird ein Verfahren zum Herstellen des nicht vulkanisierten
Gummi/Stahlfadenverbunds durch Verwendung der bisher beschriebenen
Herstellungsvorrichtung beschrieben.
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Zuerst
werden die Vielzahl von Spulen 11, auf die die mit Messing
oder Zink plattierten Stahlfäden 1 gewickelt
werden, in den Fadenzuführer 10 eingesetzt
und die Vielzahl an Stahlfäden 1,
die von diesen Spulen 11 abgewickelt werden, werden so
gelegt, dass sie durchgehend der Fadenziehvorrichtung 20,
dem Fadenbeschicker 30, dem Fadenumformer 40 und
dem Gummibeschichter 50 zugeführt werden können.
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Dann
werden die Rollantriebe 31 und 32 zur Drehung
angetrieben, um die Vielzahl von Stahlfäden 1 durchgehend
aus den Spulen 11 herauszuziehen, so dass die Vielzahl
an Stahlfäden 1 gleichzeitig
durch die Mehrfachstadienmatrizen 23 in der Fadenziehvorrichtung 20 gezogen
werden und dem Fadenumformer 40 zugeführt werden, ohne aufgenommen
zu werden. Darüber
hinaus wird die Vielzahl an Stahlfäden 1, die im Fadenumformer 40 gezogen
werden, nicht aufgenommen, sondern dem Gummibeschichter 50 zugeführt, durch den
sie mit dem nicht vulkanisierten Gummi 2 beschichtet werden.
Als Ergebnis wird der Primärverbund 3,
der aus der Vielzahl von Stahlfäden 1 und
dem nicht vulkanisierten Gummi 2 besteht, durchgehend aus
dem Gummibeschichter 50 erhalten. Bei der Ziehbearbeitung
wird die Ziehgeschwindigkeit der Stahlfäden 1 auf 80 m/min
oder weniger eingestellt und das Ziehverhältnis wird auf 96% oder mehr
eingestellt. Dort wo die Stahlfäden 1 einen
Außendurchmesser
von ungefähr
5 mm vor dem Ziehen haben, kann der Außendurchmesser nach der Ziehbearbeitung
z. B. auf 0,15–0,40
mm festgelegt werden.
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Der
Primärverbund 3 könnte so
wie er ist verwendet werden, um ein Produkt wie z. B. einen Reifen oder
ein Förderband
zu bilden, jedoch wird er bevorzugt entsprechend der Struktur des
Produkts bearbeitet. Daher wird der Primärverbund 3 durchgehend
dem Bandbearbeiter 60 zugeführt. In diesem Bandbearbeiter 60 wird
der Primärverbund 3 von
der Schneidvorrichtung 61 unter einem vorbestimmten Winkel
auf eine vorbestimmte Länge
zugeschnitten und eine Vielzahl an Schnitten 4 wird gespleißt, um mit
Hilfe des Spleißers 63 den
Sekundärverbund 5 zu
bilden. Die Größe und der
Fadenwinkel des Sekundärverbunds 5 kann
beliebig auf Grundlage des Schneidwinkels und der Länge des
Primärverbunds 3 festgelegt
werden.
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Wie
in 6–8 gezeigt
ist, kann z. B. ein Gürtelelement 6,
ein Gürtelabdeckelement 7 und
ein Karkassenelement 8 als Reifenmaterialien geformt werden.
Dort, wo das Gürtelelement 6 gebildet
werden soll, kann die Vielzahl der Schnitte 4, die unter
einem Fadenwinkel in Bezug auf eine Reifenumfangsrichtung R geneigt
sind, miteinander wie in 6 gezeigt verspleißt werden.
Dort wo das Gürtelabdeckelement 7 geformt werden
soll, werden die langen Schnitte 4, die mit einem Fadenwinkel
von ungefähr
0° in Bezug
auf die Reifenumfangsrichtung R hergestellt werden, so wie sie sind
verwendet und können
spiralförmig
um den äußeren Umfang
des Reifenformzylinders gewickelt werden, wie in 7 gezeigt.
Dort wo das Karkassenelement 8 geformt werden soll, kann
die Vielzahl der Schnitte 4, die mit einem Fadenwinkel
von ungefähr
90° in Bezug
auf die Reifenumfangsrichtung R zubereitet werden, miteinander verspleißt werden,
wie in
-
8 gezeigt.
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Entsprechend
der bisher beschriebenen Ausführungsform
wird die Vielzahl an gezogenen Stahlfäden 1 nicht aufgewickelt,
sondern dem Gummibeschichter 50 zugeführt, so dass sie so wie sie
sind mit dem nicht vulkanisierten Gummi beschichtet werden. Es ist
daher möglich,
den Aufwickelschritt nach dem Ziehschritt, den Verzwirnschritt,
den Aufwickelschritt nach dem Zwirnschritt, den Verpackungsschritt,
den Förderschritt, den
Schritt des Anbringens der Spulen auf dem Spulenständer usw.
auszulassen. In anderen Worten wurde die Produktionseffizienz im
Stand der Technik durch Beschleunigen der einzelnen Schritte verbessert.
Jedoch sind der Schritt des Ziehens der Stahlfäden, der Schritt des Verdrehens
der Fäden
in eine Litze, der Schritt der Gummibeschichtung und der Schritt
des Bildens des Verbunds voneinander isoliert. An den Enden der
einzelnen Schritte müssen
die Materialien aufgenommen werden, und verschlechtern so die Produktivität. In der
vorliegenden Erfindung werden daher bei der Herstellung des Primärverbunds 3 und
des Sekundärverbunds 5, die
aus den Stahlfäden 1 und
dem nicht vulkanisierten Gummi 2 bestehen, die Schritte
mindestens ab dem Schritt des Ziehens bis zum Schritt der Gummibeschichtung
durchgehend gestaltet, um so viele verschwenderische Schritte wie
möglich
zu eliminieren, so dass die Kosten der Bearbeitung der nicht vulkanisierten
Gummi/Stahlfädenverbunde
drastisch verringert werden kann.
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Zusätzlich zu
der oben genannten Verringerung der Bearbeitungskosten ist es möglich die
physikalischen Eigenschaften des Primärverbunds 3 und des
Sekundärverbunds 5 zu
verbessern. Insbesondere wird die Ziehbearbeitung der Stahlfäden 1 mit
einer solch niedrigen Ziehgeschwindigkeit von 80 m/min oder weniger durchgeführt, dass
sie mit der Gummibeschichtung synchronisiert wird, so dass die beim
Gleiten der Stahlfäden 1 auf
den Matrizenflächen
der Fadenziehvorrichtung 20 erzeugte Wärme unterdrückt werden kann. Selbst wenn
das Ziehverhältnis
auf 96% oder mehr erhöht
wird, werden daher die Stahlfäden 1 kaum
beschädigt,
so dass ihre Festigkeit und Ermüdungsbeständigkeit
nach dem Ziehen ausreichend beibehalten werden kann. Wenn das Ziehverhältnis auf
96% oder mehr erhöht
wird, ohne die Ziehgeschwindigkeit zu verringern, kann während der
Ziehbehandlung ein Bruch auftreten. Andererseits wird die Oxidation
der Fadenoberflächen
aufgrund der Wärmeerzeugung
der Matrizen unterdrückt,
was vorteilhaft dazu führt,
dass die Matrizen davor bewahrt werden, durch ein Oxid (z. B Zinkoxid)
hoher Härte
abgenutzt zu werden, so dass die Lebensdauer der Matrizen verlängert wird.
Da drüber
hinaus das Ziehverhältnis
erhöht
wird, kann der Außendurchmesser
der Fäden
vor dem Ziehen auf einen großen
Wert festgelegt werden, um den weiteren Vorteil zu bewirken, dass die
Effizienz bei der vorangehenden Wärmebehandlung oder der Plattierbehandlung
verbessert werden kann.
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Andererseits
werden die gezogenen Stahlfäden 1,
wenn sie nach dem Ausstrecken an den Oberflächen ihrer plattierten Schichten
aktiviert werden, der Beschichtungsbehandlung mit Gummi unterzogen,
so dass verhindert werden kann, dass Oxide auf ihren Oberflächenschichten
gebildet werden. Es ist daher möglich,
die Haftfähigkeit
zwischen den Fäden
und dem Gummi nach der Vulkanisierung zu verbessern. Im Stand der
Technik wir insbesondere die Feuchtigkeit des Lagerraums der Stahllitzen
eingestellt, um die Bildung der Oxide zu verhindern, jedoch kann
dieses Lagermanagement weggelassen werden.
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Gewöhnlich wird
eine Litze mit ungefähr
2–9 verzwirnten
Stahlfäden
als Element zur Verstärkung
von Luftreifen für
Kraftfahrzeuge eingesetzt. In der vorliegenden Erfindung werden
jedoch die Stahlfäden 1 nur
so wie sie sind als Verstärkungselement
verwendet. Die Stahlfäden 1 können in
ihrer linearen Form ohne Umformung verwendet werden, können jedoch
wie oben beschrieben umgeformt werden, um die Verzerrungen auf den
Fadenoberflächen
aufgrund der Druckverformung beim Laufen des Reifens zu verringern.
Durch diese Arbeitsgänge
des Umformens können
die Stahlfäden 1 selbst
effektiv als Verstärkungselement
des Reifens eingesetzt werden.
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Beispiele
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Aus
dem Ausgangsmaterial einer Stahllitze, die einer Wärmebehandlung
und einer Messingplattierungsbehandlung unterworfen wurde und einen
Kohlenstoffgehalt von 0,82 wt.% aufweist, wurden die nicht vulkanisierten
Gummi/Stahlfädenverbunde
auf Grundlage der Beispiele 1–4
und des Vergleichsbeispiels hergestellt, wobei die Bearbeitungsbedingungen
unterschiedlich gestaltet wurden, wie in der folgenden Tabelle 1 aufgezählt.
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Ausführungsform 1–4:
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Durch
Verwendung der in 1 gezeigten Herstellungsvorrichtung
wurde eine Vielzahl von Stahlfäden
durchgehend und gleichzeitig gezogen und wurden nicht aufgenommen,
sondern aufgereiht und dem Gummibeschichter zugeführt, so
dass sie mit dem nicht vulkanisierten Gummi beschichtet wurden,
um die nicht vulkanisierten Gummi/Stahlfädenverbunde herzustellen. Hier
wurden die Fadendurchmesser vor dem Ziehen und die Ziehgeschwindigkeiten
geändert,
um die Ziehverhältnisse
unterschiedlich zu gestalten. Um die Ziehverhältnisse zu erhöhen, wurden
andererseits die Anzahl der Stufen der Ziehmatrizen entsprechend
den Ziehverhältnissen
geändert.
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Vergleichsbeispiel:
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Unter
Verwendung der wohlbekannten Ziehvorrichtung mit einzelner Matrize
wurden Stahlfäden
gezogen und dann aufgenommen und gelagert. Nach einer Woche wurde
die Vielzahl der gezogenen Stahlfäden aufgereiht und einem Gummibeschichter
zugeführt,
so dass sie mit Gummi beschichtet wurden, um den nicht vulkanisierten
Gummi/Stahlfadenverbund herzustellen.
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Von
den Beispielen 1–4
und dem Vergleichsbeispiel, die so erzeugt wurden, wurden die Stahlfäden kurz
vor der Beschichtung mit dem Gummi als Proben entnommen, um ihre
Bruchfestigkeiten und ihre Ermüdungslebensdauern
zu messen. Diese Ermüdungslebensdauern
wurden gemessen, indem eine Biegeverformung auf die Fadenproben
angewendet wurde und die Anzahl der Versuche gezählt wurde, bis der Bruch auftrat.
Die Ergebnisse der Auswertung wurden für den logarithmischen Wert
der Bruchlebensdauer durch einen Indexwert bezeichnet, wobei das
Vergleichsbeispiel auf 100 festgelegt wurde. Die Ermüdungsbeständigkeit
ist umso besser, je größer der
Indexwert.
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Bei
den Beispielen 1–4
und dem Vergleichsbeispiel wurden andererseits die nicht vulkanisierten
Gummi/Stahlfädenverbunde
vulkanisiert, um die Haftfähigkeit
zwischen den Fäden
und dem Gummi in den vulkanisierten Verbunden auszuwerten. Diese
Haftfähigkeitswerte
wurden mit Hilfe der Kräfte
gemessen, die notwendig sind, um einen Stahlfaden aus den Verbunden
abzuziehen.
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Die
Ergebnisse der Auswertung wurden mit einem Indexwert bezeichnet,
wobei das Vergleichsbeispiel auf 100 festgelegt wurde. Die Haftfähigkeit
zwischen den Fäden
und dem Gummi ist umso besser, je größer der Indexwert.
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Wie
aus dieser Tabelle 1 ersichtlich ist, waren die Beispiele 1–4, obwohl
sie hohe Ziehverhältnisse
der Stahlfäden
aufweisen, hervorragend nicht nur hinsichtlich ihrer Festigkeit
und der Ermüdungsbeständigkeit
der Stahlfäden,
sondern auch hinsichtlich der Haftfähigkeit zwischen den Fäden und
dem Gummi. Es ist relativ natürlich,
dass die Beispiele 1–4
ihre Bearbeitungskosten drücken
können,
da sie die nicht vulkanisierten Gummi/Stahlfädenverbunde durchgehend vom
Schritt des Ziehens bis zum Schritt der Gummibeschichtung hergestellt
haben.
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Industrielle
Anwendbarkeit
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Wie
zuvor beschrieben wurde, werden die Stahlfäden durchgehend gezogen und
die gezogenen Stahlfäden
werden nicht aufgenommen, sondern dem Gummibeschichter zugeführt, so
dass sie mit dem nicht vulkanisierten Gummi beschichtet werden.
Daher ist es möglich,
die Bearbeitungskosten drastisch zu senken und die Ermüdungsbeständigkeit
der Stahlfäden
sowie die Haftfähigkeit
zwischen den Fäden
und dem Gummi zu verbessern.
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Die
oben beschriebene Ausführungsform
stellt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines nicht
vulkanisierten Gummi/Stahlfädenverbunds
bereit, der die Bearbeitungskosten drastisch senken kann und die
Ermüdungsbeständigkeit
der Stahlfäden
sowie die Haftfähigkeit
zwischen den Fäden
und dem Gummi verbessern kann.
