Rillenwalze, Vorrichtung zur Einbettung von Festigkeitsträgern aus Stahl in eine Kautschukmischungsbahn und Verwendungen dieser Vorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Rillenwalze mit einer Vielzahl von parallel zueinander und über ihren Umfang umlaufenden Führungsrillen. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Einbettung von Festigkeitsträgern aus Stahl in eine Kautschukmischungsbahn und Verwendungen dieser Vorrichtung.

Es ist allgemein bekannt und üblich, Festigkeitsträger, wie Stahlkorde oder Monofilamente, welche einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, mit bekannten Vorrichtungen in eine Kautschukmischungsbahn parallel zueinander und in einer Ebene verlaufend einzubetten. Diese Vorrichtungen weisen üblicherweise zumindest ein Spulengatter mit einer Vielzahl von auf Spulen gewickelten Festigkeitsträgern, Ausrichtelemente zum parallelen Ausrichten der Festigkeitsträger in einer Ebene und unter vorgegebenen gegenseitigen Abständen und eine um ihre Walzenachse drehbar gelagerte Rillenwalze mit Führungsrillen zum Durchführen und zur Übergabe der Festigkeitsträger in den Aufpressspalt eines Walzen-Kalanders auf. Die Führungsrillen weisen zueinander lichte Abstände auf, welche den vorgegebenen lichten Abständen der Festigkeitsträger in der Kautschukmischungsbahn entsprechen. Die verstärkten und mit eingebetteten Festigkeitsträgern versehenen, aus dem Walzen-Kalander austretenden Bahnen werden ihrer weiteren Verwendung, insbesondere bei der Fierstellung von Fahrzeugluftreifen beliebiger Bauart, beispielsweise als Gürtellagen oder Karkasseinlagen, zugeführt. Die Führungsrillen der bekannten Rillenwalzen weisen einen annähernd V-förmigen oder wannenförmigen Querschnitt auf. Fahrzeugluftreifen verstärkende Lagen sollen bestimmte Eigenschaften der Reifen auf besonders vorteilhafte Weise unterstützen, für ein geringes Gewicht der Reifen sorgen und vor allem den Rollwiderstand verringern helfen. Insbesondere an die Festigkeitsträger in Gürtellagen von Fahrzeugluftreifen werden hohe Anforderungen gestellt, beispielsweise und je nach Reifentyp eine vorteilhafte Zugfestigkeit und Biegesteifigkeit, eine hohe Ermüdungsbeständigkeit und eine hohe Korrosionsbeständigkeit. Darüber hinaus sollen die Verstärkungslagen ein geringes Reifengewicht unterstützen, etwa möglichst wenig Gummimaterial enthalten, also möglichst dünn ausgeführt werden können, ohne dass die an sie gestellten Anforderungen darunter leiden. Diesbezüglich sind nun Festigkeitsträger mit einer abgeflachten, nicht kreisförmigen Querschnittsform besonders vorteilhaft, da sie die Dicke der Verstärkungslagen reduzieren helfen, was mit einer Reduktion des verwendeten Gummimaterials und somit einer Verringerung des Reifengewichts einhergeht. Für den Einsatz in Gürtellagen eignen sich hinsichtlich der an sie gestellten Anforderungen daher insbesondere abgeflachte Stahlkorde, wie sie beispielsweise aus der KR 101019719 B1 bekannt sind. Vorteilhafterweise sollen diese Stahlkorde in eine Gürtellage eines Reifens derart eingebettet werden, dass sie mit ihrer größeren Querschnittsdimension parallel zur Reifenachse verlaufen bzw. flach in die jeweilige Verstärkungslage eingebettet sind. Mit herkömmlichen Rillenwalzen ist es nicht möglich, die erwünschte Orientierung von Festigkeitsträgern mit abgeflachtem Querschnitt, zu bewerkstelligen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rillenwalze zur Verfügung zu stellen, die eine Einbettung von im Querschnitt abgeflachten Festigkeitsträgern aus Stahl derart ermöglicht, dass diese Festigkeitsträger mit ihrer größten Breite parallel oder weitgehend parallel zu den Außenflächen der Kautschukmischungsbahn verlaufen.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß mit einer Rillenwalze mit einer Vielzahl von parallel zueinander und über ihrem Umfang umlaufenden Führungsrillen zum Führen von im Querschnitt abgeflachten Festigkeitsträgern vor deren Eintreten in einen Walzen-Kalander, welche Festigkeitsträger im Querschnitt einen ersten Durchmesser und senkrecht zu diesem einen zweiten Durchmesser aufweisen, wobei der zweite Durchmesser kleiner ist als der erste Durchmesser und beide Durchmesser jeweils an den Stellen mit den größten Breiten ermittelt sind, wobei die Führungsrillen jeweils einen U-förmigen Querschnitt mit einem parallel zur Walzenachse verlaufenden Rillenboden und zwei senkrecht oder weitgehend senkrecht zur Walzenachse verlaufenden Rillenwänden aufweisen, wobei der Rillenboden eine Breite aufweist, welche zumindest dem ersten Durchmesser des Festigkeitsträgers entspricht und um bis zu 5 % größer ist als dieser, und wobei die Rillenwände eine Flöhe aufweisen, welche 50% bis 90% des zweiten Durchmessers des Festigkeitsträgers beträgt.

Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass eine einfache Maßnahme, nämlich die erfindungsgemäße spezielle Geometrie der Führungsrillen der Rillenwalze, bewirkt, dass sich durch die Führungsrillen geführte, im Querschnitt abgeflachte Festigkeitsträger von selbst in den Führungsrillen flach liegend ausrichten, sodass sie zumindest weitgehend in der erwünschten Orientierung in den Aufpressspalt zwischen den beiden Walzen des Walzen-Kalanders eintreten.

Bei einer bevorzugten Ausführung der Rillenwalze ist die Breite des Rillenbodens der Führungsrillen um bis zu 3% größer als der erste Durchmesser des Festigkeitsträgers. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung der Rillenwalze beträgt die Flöhe der Rillenwände der Führungsrillen zumindest 75% des zweiten Durchmessers des Festigkeitsträgers. Derart ausgeführte Führungsrillen in Rillenwalzen sorgen für eine besonders zuverlässige und exakte Ausrichtung der abgeflachten Festigkeitsträger.

Von Vorteil ist ferner eine Ausführung der Führungsrillen, bei welchen die Übergänge zwischen den Rillenwänden und dem Rillenboden verrundet sind, insbesondere mit einem Radius von maximal 1,00 mm. Die verrundeten Eckbereiche am Boden der Führungsrillen wirken einem etwaigen Verkanten der abgeflachten Festigkeitsträger entgegen. Aus diesem Grund ist es auch vorteilhaft, wenn die Rillenwände der Führungsrillen zum Rillenboden senkrecht verlaufen oder geringfügig geneigt sind, insbesondere unter einem Winkel von bis zu 3°. Diese Neigung der Rillenwände erfolgt nach außen, also derart, dass die Führungsrillen in Richtung ihrer oberen Öffnung geringfügig breiter werden.

Auch bei einer Rillenwalze gemäß der Erfindung ist es vorgesehen und vorteilhaft, dass die Führungsrillen an der Walzenaußenfläche lichte Abstände zueinander aufweisen, welche den vorgegebenen lichten Abständen der Festigkeitsträger in der Kautschukmischungsbahn entsprechen.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Einbettung von Festigkeitsträgern aus Stahl in eine Kautschukmischungsbahn, wobei diese Vorrichtung mit zumindest einem Spulengatter mit einer Vielzahl von auf Spulen gewickelten Festigkeitsträgern, mit Ausrichtelementen zum parallelen Ausrichten der Festigkeitsträger in eine Ebene und unter vorgegebenen gegenseitigen Abständen sowie mit einer um ihre Walzenachse drehbar gelagerten, einem Walzen-Kalander vorgeordneten Rillenwalze versehen ist, wobei die Rillenwalze erfindungsgemäß, daher gemäß einem oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 6, ausgestaltet ist.

Darüber hinaus betrifft die Erfindung vorteilhafte Verwendungen der Vorrichtung.

Besonders bevorzugt und vorteilhaft ist die Verwendung dieser Vorrichtung zur Einbettung von im Querschnitt abgeflachten Stahlkorden in eine Kautschukmischungsbahn. Insbesondere erfolgt dabei eine Einbettung von Stahlkorden, die aus 2 bis 11 Stahlfilamenten, insbesondere aus 3 bis 9 Stahlfilamenten, besonders bevorzugt aus 4 bis 6, insbesondere aus genau 5, miteinander verdrehten Stahlfilamenten bestehen. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung wird daher bevorzugt zur Einbettung von Festigkeitsträgern in Kautschukmischungsbahnen verwendet, die besonders gewichtsreduzierend ausgeführt werden sollen und dabei weitere an sie gestellte Anforderungen, beispielsweise hinsichtlich Zugfestigkeit und Biegesteifigkeit, Ermüdungsbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit, besonders gut erfüllen. Dabei ist eine Verwendung besonders vorteilhaft, bei welcher eine Einbettung von abgeflachten Stahlkorden mit mehreren abgeflachten Stahlfilamenten erfolgt, welche einen größeren Durchmesser und im rechten Winkel zu diesem einen kleineren Durchmesser aufweisen, wobei die Durchmesser an den Stellen mit den größten Breiten ermittelt sind und das Verhältnis des kleineren Durchmessers zum größeren Durchmesser 0,80, insbesondere 0,85 bis 0,98 beträgt. Auf diese Weise werden mit Stahlkorden verstärkte Festigkeitsträgerlagen zur Verfügung gestellt, die den erwähnten Anforderungen besonders gut gerecht werden.

Bei einer alternativen, mit analogen vorteilhaften Effekten verbundenen Verwendung der Vorrichtung wird diese zur Einbettung von abgeflachten Stahlmonofilamenten in eine Kautschukmischungsbahn eingesetzt.

Werden Verstärkungslagen für Fahrzeugluftreifen erstellt, so ist es vorteilhaft, wenn Stahlkorde oder Stahlmonofilamente, deren Verhältnis zwischen dem ersten Durchmesser und dem zweiten Durchmesser 1,10 bis 3,00, vorzugweise 1,20 bis 1,90, beträgt, in eine Kautschukmischungsbahn eingebettet werden.

Gemäß der Erfindung ist daher eine Verwendung der in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellten Kautschukmischungsbahn als Gürtellage in einem Gürtelverband eines Fahrzeugluftreifens, als Karkasse eines Fahrzeugluftreifens oder als Wulstverstärkerlage eines Fahrzeugluftreifens besonders vorteilhaft.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nun anhand der schematischen Zeichnung, die Ausführungsbeispiele darstellt, näher beschrieben. Dabei zeigen

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Vorrichtung zur Herstellung einer gummierten Festigkeitsträgerlage mit Festigkeitsträgern aus Stahl für einen Fahrzeugluftreifen,

Fig. 2 einen Teilbereich eines axialen Längsschnittes einer Rillenwalze, Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht des Details De aus Fig. 2,

Fig. 4 einen Querschnitt eines Ausführungsbeispieles eines Stahlkordes und

Fig. 5 einen Querschnitt eines Teilbereiches einer Verstärkungslage eines Fahrzeugluftreifens.

Mit Festigkeitsträgern aus Stahl verstärkte Lagen in Fahrzeugluftreifen sind insbesondere Gürtellagen, Karkasseinlagen oder Wulstverstärkerlagen in Wulstbereichen.

Fig. 1 zeigt wesentliche, in Verarbeitungsrichtung aufeinanderfolgende Bestandteile einer Vorrichtung zur Gummierung von Festigkeitsträgern 10. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel sind diese Bestandteile zumindest ein Spulengatter 1 , Ausrichtelemente, zu welchen insbesondere Lochplatten 2, Sortierplatten 3, Führungsrollen 4 und ein Teilungskamm 5 gehören, ferner eine um ihre Walzenachse 6a drehbar gelagerte Rillenwalze 6 und ein Walzen-Kalander 7. Das Spulengatter 1 ist mit einer Vielzahl von Spulenhaltern und Spulen 1a versehen, auf welchen Festigkeitsträger 10 übereinstimmender Ausgestaltung bzw. Konstruktion aufgewickelt sind. Die am Spulengatter 1 angeordneten Spulenhalter sind jeweils mit einer einstellbaren, beispielsweise elektromagnetischen, Fadenbremse versehen, um derart für eine möglichst optimale Spannung der Festigkeitsträger 10 bei deren Gummierung sorgen.

Die Festigkeitsträger 10 sind entweder abgeflachte Stahlkorde, die bei beliebiger Konstruktion aus 2 bis 11 Stahlfilamenten, insbesondere aus 3 bis 9, Stahlfilamenten, bestehen, oder abgeflachte Stahlmonofilamente. Die Stahlkorde und die Stahlmonofilamente weisen einen insgesamt nicht kreisförmigen, flachen Querschnitt mit einem größeren Durchmesser Di (siehe Di in Fig. 4), und einem im rechten Winkel zum dieser vorliegenden, gegenüber Di kleineren Durchmesser D2 (siehe D2 in Fig. 4) auf. Die Durchmesser Di und D2 werden an den Stellen mit den größten Breiten ermittelt. Das Verhältnis von Di zu D2 beträgt insbesondere 1 ,10 bis 3,00, vorzugsweise 1 ,20 bis 1 ,90. Die Stahlfilamente des Stahlkordes und die Stahlmonofilamente weisen insbesondere eine übliche Zugfestigkeit von 2.500 N/mm ² bis 4.500 N/mm ² auf, die Zugfestigkeit befindet sich daher im Wesentlichen im Bereich von NT (Normal Tensile) bis zu UT (Ultra Tensile).

Fig. 4 zeigt einen schematischen Querschnitt eines abgeflachten Stahlkordes 8 mit fünf Stahlfilamenten 9. Die Herstellung des abgeflachten Stahlkorde 8 erfolgt derart, dass fünf gleichgestaltete und im Querschnitt kreisförmige Stahlfilamente mit einem Durchmesser d von 0,10 mm bis 0,60 mm, insbesondere von 0,18 mm bis 0,45 mm, miteinander verdreht werden, sodass vorerst im Querschnitt runde, nahezu kreisförmige Stahlkorde als „Ursprungskorde“ entstehen. Beispielsweise durch einen Walzvorgang werden diese „Ursprungskorde“ verformt, sodass jeweils zumindest zwei Stahlfilamente 9, insbesondere im Bereich ihrer gegenseitigen Kontaktstellen lokal abgeflacht bzw. verformt werden und dabei zumindest zum Teil eine gleichmäßig oder ungleichmäßig abgeflachte Querschnittsform erhalten (in der schematischen Fig. 4 sind ungleichmäßige Querschnittformen nicht gezeigt), wobei auch der Stahlkord 8 insgesamt eine abgeflachte Querschnittsgestalt erhält. Durch die Verdrehung der Stahlfilamente 9 sind, in unterschiedlichen Querschnitten über die Länge des Stahlkordes 8 betrachtet, Stahlfilamente 9 unterschiedlich verformt, manche ggf. auch nicht verformt und besitzen dann lokal auch ihren ursprünglich kreisförmigen Querschnitt, wie es in Fig. 4 anhand des links außen befindlichen Stahlfilamentes 9 gezeigt ist.

In der gewalzten, abgeflachten Querschnittsform des Stahlkordes 8 weisen die durch Verformung abgeflachten Stahlfilamente 9 quer zur Verformungsrichtung einen größeren Durchmesser di und im rechten Winkel zu diesem einen kleineren Durchmesser d2 auf. Auch die Durchmesser di und d2 werden an den Stellen mit den größten Breiten ermittelt. Dabei beträgt das Verhältnis von d2 zu di insbesondere 0,80 bis 0,98, vorzugsweise 0,85, bis 0,98. Beim gezeigten Beispiel des Stahlkordes 8 beträgt ferner das Verhältnis von Di zu D2 in der Größenordnung von 1 ,6. Abgeflachte Stahlmonofilamente weisen beispielsweise eine ovale, elliptische oder ellipsenähnliche Querschnittsform auf, ihr größerer Durchmesser beträgt 0,10 mm bis 1,50 mm, ihr kleinerer Durchmesser 0,10 mm bis 1,00 mm, wobei das Verhältnis des größeren Durchmessers zum kleineren Durchmesser 1,10 bis 3,00, insbesondere 1,20 bis 1,90, beträgt. Auch diese Durchmesser werden an den Stellen mit den größten Breiten ermittelt.

Wie Fig. 1 zeigt, passieren die von den Spulen 1a des Spulengatters 1 abgewickelten Festigkeitsträger 10 - abgeflachte Stahlkorde oder abgeflachte Stahlmonofilamente in beliebiger Orientierung zueinander - Löcher in den Lochplatten 2, werden anschließend durch die Sortierplatten 3 hindurch und über mehrere Umlenkrollen 4 geführt und dabei parallel zueinander und in einer Ebene verlaufend ausgerichtet. Die Festigkeitsträger 10 werden nachfolgend zwischen Lamellen eines Teilungskammes 5 in bekannterWeise einzeln durchgefädelt, wobei im Teilungskamm 5 der erwünschte gegenseitige Abstand der Festigkeitsträger 10 eingestellt wird. Die Schar aus Festigkeitsträgern 10 läuft anschließend in Führungsrillen 11 der Rillenwalze 6, jeder Festigkeitsträger 10 in einer Führungsrille 11 , wobei der gegenseitige lichte Abstand a der Führungsrillen 11 (Fig. 2) an der Außenfläche der Rillenwalze 6 dem durch die Fadenteilung am Teilungskamm 5 vorgegebenen Abstand der Festigkeitsträger 10 zueinander entspricht. Die Führungsrillen 11 verlaufen über den Umfang der Rillenwalze 6 und parallel zueinander. Die besondere Ausgestaltung der Führungsrillen 11 wird weiter unten anhand der Fig. 3 näher erläutert.

Aus den Führungsrillen 11 der Rillenwalze 6 läuft die Schar aus Festigkeitsträger 10 in den Aufpressspalt zwischen zwei Kalanderwalzen 7a des Walzen-Kalanders 7. Dem Aufpressspalt wird ferner sowohl von oben als auch von unten kommend eine kalandrierte Kautschukmischung 12 zugeführt, sodass die Festigkeitsträger 10 parallel zueinander verlaufend in Kautschukmischung eingebettet werden. Die Kautschukmischungsbahn 13 mit derart eingebetteten Festigkeitsträger 10 verlässt den Aufpressspalt und wird der weiteren Verarbeitung beim Reifenaufbau zugeführt.

Damit sämtliche Festigkeitsträger 10 flach liegend, daher mit ihrer größeren Dimension, dem Durchmesser Di, möglichst parallel zu den Außenflächen der Kautschukmischungsbahn 13 verlaufend eingebettet werden können, weisen die Führungsrillen 11 einen besonderen U-förmigen Querschnitt auf. Jede Führungsrille 11 ist von zwei zur Walzenachse 6a senkrecht verlaufenden Rillenwänden 11a und einem parallel zur Walzenachse 6a verlaufenden Rillenboden 11 b gebildet. Die Breite b des Rillenbodens 11 b ist an den Durchmesser Di des jeweiligen Festigkeitsträgers 10 angepasst, indem die Breite b des Rillenbodens 11b zumindest dem Durchmesser Di entspricht und um bis zu 5 %, insbesondere bis zu 3%, größer ist als dieser. Die Flöhe h der Rillenwände 11a ist an den Durchmesser D2 des jeweiligen Festigkeitsträgers 10 angepasst, wobei die Flöhe h 50% bis 90%, vorzugsweise bis zu 75%, des Durchmesser D2 entspricht. Die Übergänge zwischen den Rillenwänden 11b und dem Rillenboden 11a sind vorzugsweise mit einem Radius von maximal 1,0 mm verrundet. Die in beliebiger Orientierung und unter geringer Spannung in die Führungsrillen 9 eintretenden abgeflachten Festigkeitsträger 10 richten sich infolge der Geometrie der Führungsrillen 11 von selbst flach in den Führungsrillen 9 aus, sodass sie zumindest weitgehend in der oben erwähnten Orientierung in den Aufpressspalt zwischen den beiden Walzen 7a des Walzen-Kalanders 7 eintreten.

Fig. 5 zeigt einen Querschnitt durch einen Abschnitt einer Verstärkungslage 14, beispielsweise einer rohen Gürtellage, für einen Fahrzeugluftreifen mit eingebetteten Stahlkorden 8 gemäß Fig. 4. Der gegenseitige lichte Abstand a der Stahlkorden 8 entspricht dem lichten Abstand a zwischen einander benachbarten Führungsrillen 11 der Rillenwalze 6.

Mit derart eingebetteten Festigkeitsträgern 10 lasst sich vor allem die Dicke von Verstärkungslagen in Fahrzeugluftreifen gegenüber vergleichbaren, im Querschnitt kreisförmigen Festigkeitsträger deutlich verringern und damit das Gewicht des Reifens vorteilhaft reduzieren.

Bezugsziffern liste

1 . Spulengatter

1a . Spule 2. Lochplatte

3. Sortierplatte

4. Führungsrolle

5. Teilungskamm

6. Rillenwalze 7. Walzen-Kalander

7a . Kalanderwalzen

8. Stahlkord

9. Stahlfilament

10. Festigkeitsträger 11 . Führungsrille

11a . Rillenwand

11b . Rillenboden

12. Kautschukm ischung

13. Kautschukm ischungsbahn 14. Verstärkungslage b . Breite des Rillenbodens h . Höhe der Rillenwand

D-i, D2. Durchmesser d-i, d2. Durchmesser