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Die
Erfindung betrifft die Radialkarkassenreifen, die in einem als Laufflächenkrone
bezeichneten Bereich mit einer Bewehrung verstärkt sind, die aus Stapeln von
Verstärkungselementen
zusammengesetzt ist.
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Ein
Reifen für
einen Personenkraftwagen weist im Allgemeinen eine Radialkarkasse
auf, die in zwei Wülsten
verankert ist und über
der sich in radialer Richtung eine Laufflächenkronen-Verstärkung (Bewehrung)
befindet, über
der sich wiederum in radialer Richtung ein Laufstreifen befindet,
der dazu bestimmt ist, während
des Fahrens mit der Straße
in Kontakt zu kommen. Die Laufflächenkronen-Verstärkung weist
mindestens zwei Stapel auf, die jeweils von mehreren Verstärkungselementen
gebildet werden, wobei die Verstärkungselemente
eines Stapels über
Kreuz mit den Verstärkungselementen
der benachbarten Stapel angeordnet sind.
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Diese
Stapel (Englisch "layer") können zum Beispiel
in Form von Lagen (Englisch "ply") ausgeführt sein,
wobei jede Lage aus mehreren Drähten oder
Cordfäden
zusammengesetzt ist, die im Wesentlichen parallel zueinander sind.
Bei einer anderen bekannten Ausführungsform
werden die Verstärkungselemente
während
der Herstellung des Reifens einzeln oder in Gruppen von mehreren
von ihnen angebracht, ohne dass der vorangehende Schritt der Herstellung
der Lagen durchlaufen wird. Der Bequemlichkeit halber wird im nachfolgenden
Text mit "Lage" jeder Stapel der
Laufflächenkronen-Verstärkung bezeichnet,
gleichgültig,
welches Verfahren zur Herstellung dieses Stapels angewendet wurde.
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Im
Falle eines Reifens mit einer Karkasse, deren Verstärkungselemente
textiler Natur sind, ist es bekannt, um den mechanischen Triangulationseffekt
in Kombination mit den Arbeitslagen zu erhöhen, die Laufflächenkrone
des Reifens mit einer einzigen zusätzlichen Lage zu versehen,
deren Verstärkungselemente
mit der Äquatorialebene
des Reifens einen Winkel größer als
60° bilden.
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Per
Definition ist die Äquatorialebene
eines Reifens die zur Rotationsachse des Reifens senkrechte Ebene,
welche die Laufflächenkronen-Verstärkung axial
in zwei im Wesentlichen identische Teile teilt.
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Bei
einer anderen bekannten Lösung
ist es möglich,
anstelle einer einzigen Lage zwei zusätzliche Lagen zu verwenden,
die beiderseits der Äquatorialebene
positioniert sind, auf eine bezüglich
dieser Ebene symmetrische oder auch nicht symmetrische Weise.
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Außerdem,
und in Anbetracht der hohen Rotationsgeschwindigkeiten, deren Einwirkung
die Reifen für
Personenkraftwagen ausgesetzt sind, ist es bekannt, die Laufflächenkronen
dieser Reifen mit mindestens einer zusätzlichen Verstärkungsschicht zu
versehen, deren Verstärkungselemente
mit einer Ausrichtung angeordnet sind, die im Wesentlichen parallel
zur Äquatorialebene
ist (das heißt
die einen Winkel von weniger als 10° mit dieser Ebene bilden). Die
Verstärkungselemente
dieser zusätzlichen Schicht
können
textiler oder metallischer Natur sein und werden so gewählt, dass
sie eine Festigkeit aufweisen, die für die Kräfte angemessen ist, deren Einwirkung
die Reifen während
des Betriebs ausgesetzt sind.
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Im
Stand der Technik zeigt das japanische Dokument
JP 06/171308 eine Laufflächenkrone
eines Reifens, die aufweist: zwei Arbeitslagen, eine zusätzliche
meridiane Verstärkungslage
(das heißt
eine Lage, deren Verstärkungselemente
mit der Umfangsrichtung einen Winkel größer als 60° bilden), die radial zwischen
der Karkasse und einer ersten Arbeitslage angebracht ist, und radial
außerhalb
der Arbeitslagen zwei zusätzliche Schichten
von Verstärkungselementen,
die in der Umfangsrichtung ausgerichtet sind. Andererseits zeigt
das Dokument
JP 05/069702 einen
Reifen, der eine meridiane Verstärkungslage, die
auf der Äquatorialebene
zentriert ist, oder zwei meridiane Verstärkungslagen, die symmetrisch
bezüglich
dieser Ebene angeordnet sind, aufweisen kann; dieses Dokument sieht
außerdem
das Vorhandensein von zwei Umfangsverstärkungsschichten vor, die an
den axial äußeren Enden
der meridianen Verstärkungslage
angeordnet sind.
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In
einem anderen Dokument,
FR 2421074 , welches
dem Oberbegriff von Anspruch 1 entspricht, wird ein Reifen beschrieben,
der zwei kleine meridiane Verstärkungslagen
aufweist, die symmetrisch bezüglich
der Äquatorialebene
und unter den Enden der Arbeitslagen angeordnet sind; außerdem ist
eine einzige Umfangsverstärkungsschicht
vorgesehen, die axial zwischen den zwei kleinen meridianen Verstärkungslagen
angebracht ist.
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Es
wurde festgestellt, dass diese Lösungen bei
der Entwicklung von Reifen, die den Leistungsanforderungen der gegenwärtig entwickelten
Fahrzeuge und den Anforderungen der Benutzer hinsichtlich der Verschleißfestigkeit
(Erhöhung
der Lebensdauer) der Reifen beim Fahren genügen müssen, nicht vollständig zufriedenstellend
waren.
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Um
diese Aufgabe zu erfüllen,
weist der Reifen gemäß der Erfindung
eine Radialkarkasse auf (das heißt eine Verstärkung, deren
Verstärkungselemente
mit der Umfangsrichtung einen Winkel von oder nahe bei 90° bilden), über der
sich in radialer Richtung außen
eine Laufflächenkronen-Verstärkung mit
der Breite Ls befindet, die mindestens zwei "Arbeitslagen" genannte Lagen aufweist, wobei jede
Arbeitslage aus mehreren Verstärkungselementen
zusammengesetzt ist, die unter einem zwischen 17° und 35° betragenden mittleren Winkel mit
der Umfangsrichtung angeordnet sind, wobei die Verstärkungselemente
einer Arbeitslage sich mit den Verstärkungselementen einer anderen
Arbeitslage überkreuzen,
wobei diese Laufflächenkronen-Verstärkung außerdem zwei
zusätzliche
meridiane Verstärkungslagen
mit der axialen Breite Lm bzw. Lm' aufweist, wobei die axial am weitesten
innen befindlichen Enden dieser meridianen Verstärkungslagen einen Abstand Lt
voneinander haben, wobei die axial am weitesten außen befindlichen
Enden dieser meridianen Verstärkungslagen
einen Abstand Le voneinander haben, wobei diese zusätzlichen
Lagen mehrere Verstärkungselemente
aufweisen, die einen Winkel größer als
60° mit
der Umfangsrichtung bilden, wobei die Laufflächenkronen-Verstärkung außerdem mindestens eine Umfangsverstärkungsschicht
(das heißt
eine Verstärkungsschicht,
deren Verstärkungselemente
mit der Äquatorialebene
einen Winkel kleiner oder gleich 10° bilden) mit der Gesamtbreite
L8 aufweist, wobei dieser Reifen dadurch gekennzeichnet ist, dass:
die
Gesamtbreite L8 der Umfangsverstärkungsschicht
mindestens gleich dem Abstand Le ist, der die axial am weitesten
außen
befindlichen Enden der zwei zusätzlichen
meridianen Verstärkungslagen trennt,
die
axial am weitesten außen
befindlichen Enden (A, A')
der meridianen Verstärkungslagen
sich axial innerhalb der axial am weitesten außen befindlichen Enden der
am wenigsten breiten Arbeitslage befinden,
die Dehnungssteifigkeit
der Umfangsverstärkungsschicht
in der Umfangsrichtung in den Bereichen, die radial mit den meridianen
Verstärkungslagen
zusammenfallen, kleiner ist als die Dehnungssteifigkeit dieser Verstärkungsschicht
in den Bereichen, die keine meridianen Verstärkungslagen aufweisen.
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Ein
radial mit einer meridianen Verstärkungslage zusammenfallender
Bereich entspricht einer Zone, die sich in senkrechter Richtung
radial außerhalb oder
auch radial innerhalb dieser Lage befindet; das heißt einem
Bereich, der zwischen zwei Ebenen liegt, die zur Rotationsachse
senkrecht sind und durch die axialen Enden der betrachteten meridianen
Verstärkungslage
verlaufen.
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Vorzugsweise
beträgt
der axiale Abstand Lt zwischen den meridianen Verstärkungslagen
höchstens
15% der Breite Ls der Laufflächenkrone.
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Vorzugsweise
betragen die Breiten Lm, Lm' der
meridianen Verstärkungslagen
zwischen 37% und 49% der Breite Ls der Laufflächenkrone. Vorteilhafterweise
sind die meridianen Verstärkungslagen beiderseits
der Äquatorialebene
des Reifens angeordnet.
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Der
Abstand Le zwischen den axial am weitesten außen befindlichen Enden der
zwei zusätzlichen
meridianen Verstärkungslagen
entspricht im Wesentlichen der Summe des Abstands Lt, der die axial
am weitesten innen befindlichen Enden derselben zusätzlichen
Lagen trennt, und der Breiten Lm und Lm' dieser Lagen.
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Die
Gesamtbreite L8 entspricht dem axialen Abstand, der die zwei axial
am weitesten entfernten Enden der Umfangsverstärkungsschicht trennt. Vorteilhafterweise
ist der Abstand L8 mindestens gleich der Breite Ls der Laufflächenkrone.
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Gemäß der Erfindung
kann die Umfangsverstärkungsschicht
radial außerhalb
der Arbeitslagen oder zwischen zwei Arbeitslagen oder auch radial
unterhalb aller Arbeitslagen angebracht werden.
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Vorzugsweise
beträgt
die Dehnungssteifigkeit der Umfangsverstärkungsschicht in der Umfangsrichtung
in den Bereichen, die radial mit den meridianen Verstärkungslagen
zusammenfallen, höchstens
50% der Dehnungssteifigkeit dieser Verstärkungsschicht in den Bereichen,
die keine meridianen Verstärkungslagen
aufweisen.
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Die
Dehnungssteifigkeit der Umfangsverstärkungsschicht ist als das Verhältnis zwischen
einer in der Umfangsrichtung angelegten Dehnungskraft pro Breiteneinheit
dieser Verstärkungsschicht und
der entsprechenden Verlängerung
definiert (wobei diese Werte entweder experimentell an Proben gemessen
werden können,
die aus einem Reifen entnommen wurden, oder durch numerische Simulation erhalten
werden können,
unter Berücksichtigung
der speziellen mechanischen Eigenschaften der Verstärkungselemente
und der Maßeigenschaften
der Verstärkungsschicht
(Anzahl der Verstärkungselemente pro
Breiteneinheit, das heißt
in einer Richtung, die zur mittleren Richtung dieser Verstärkungselemente in
der Verstärkungsschicht
senkrecht ist)).
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Als
Breite Ls der Laufflächenkrone
wird die größte Breite
der mechanischen Verbindung zwischen mindestens zwei Arbeitslagen
verwendet; diese Verbindungsbreite ist im Wesentlichen gleich der oder
kleiner als die Breite der breitesten Arbeitslage.
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Eine
Ausführungsform
besteht darin, die Umfangsverstärkungsschicht
auf eine in der axialen Richtung diskontinuierliche Weise auszuführen: Ein Teil
dieser Verstärkungsschicht
wird in senkrechter Richtung unter jedem Bereich der Laufflächenkrone angebracht,
der nicht mit einer Verstärkungslage
versehen ist (das heißt
axial zwischen den meridianen Verstärkungslagen und axial außerhalb
dieser Lagen), während
die anderen Bereiche (das heißt
diejenigen, die mit einer meridianen Verstärkungslage versehen sind) überhaupt
nicht mit ihr versehen sind.
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Eine
andere Ausführungsform
besteht darin, eine Umfangsverstärkungsschicht
auf eine durchgehende Weise in der axialen Richtung anzuordnen (das
heißt,
dass diese Verstärkungsschicht
in ihrer Gesamtheit die gesamte Breite Ls der Laufflächenkrone
bedeckt), bei gleichzeitiger Wahl der variablen Steifigkeiten je
nach den Bereichen.
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Vorzugsweise
ist für
jeden Reifen die mittlere Kompressionssteifigkeit der meridianen
Verstärkungslage
in der Richtung der Verstärkungselemente dieser
Lage pro Längeneinheit
der Lage größer als
1 GPa (1.109 Pa, das heißt 1.109 N/m2), wobei diese Steifigkeit erhalten wird,
indem die Kompressionssteifigkeit eines Verstärkungselements mit der Anzahl
der Verstärkungselemente
pro Längeneinheit der
Lage multipliziert wird.
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Die
Verstärkungselemente
der Umfangsverstärkungsschicht
können
von metallischer oder textiler Natur sein und in Form von Drähten oder
Cordfäden
verwendet werden. Gemäß der Erfindung
kann die Umfangsverstärkungsschicht
Verstärkungselemente
unterschiedlicher Natur enthalten, um die gewünschten Unterschiede in der
Dehnungssteifigkeit in Umfangsrichtung zu erzielen.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der Beschreibung
ersichtlich, die im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
gegeben wird, welche als nicht einschränkende Beispiele Ausführungsformen
des Gegenstands der Erfindung zeigen.
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Nachfolgend
werden Ausführungsbeispiele, die
keine Einschränkung
beinhalten sollen, anhand der beigefügten Zeichnungen dargelegt,
wobei:
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1 einen
Meridianschnitt eines Reifens gemäß der Erfindung zeigt, der
zwei meridiane Verstärkungslagen und
eine in der axialen Richtung diskontinuierliche Umfangsverstärkungsschicht
aufweist;
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2 eine
zweite Variante zeigt, gemäß welcher
die Umfangsverstärkungsschicht
axial durchgehend ist.
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1 zeigt
eine Ausführungsform
eines Reifens der Größe 225/50
R 17 gemäß der Erfindung. Dieser
Reifen weist auf:
eine Radialkarkasse 2, deren Verstärkungselemente Textilcordfäden aus
Polyester sind;
eine Laufflächenkrone 3,
die eine erste und eine zweite Arbeitslage 4, 5 aufweist,
deren Verstärkungselemente
Metallcordfäden
mit der Struktur 4–26 sind (das
heißt
vier Drähte
mit 0,26 mm Durchmesser), die in jeder Lage mit einer mittleren
Schrittweite von 1,25 mm verwendet werden (die Schrittweite entspricht
dem mittleren Abstand zwischen zwei Verstärkungselementen ein und derselben
Lage). Der Winkel der Verstärkungselemente
der ersten Arbeitslage 4, die der Karkasse 2 radial
am nächsten
sind, ist gleich oder liegt nahe bei 25° (bezüglich der Umfangsrichtung),
und der der zweiten Arbeitslage 5 ist gleich oder liegt
nahe bei –25°, derart,
dass die Verstärkungselemente
dieser zweiten Lage 5 sich mit den Verstärkungselementen
der ersten Lage 4 überkreuzen.
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Die
Breiten L1 und L2 der ersten bzw. zweiten Arbeitslage 4, 5 betragen:
194 bzw. 180 mm. Die Breite Ls der Laufflächenkrone ist hier gleich 180
mm und entspricht der Breite der am wenigsten breiten Arbeitslage 5.
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Außerdem werden
beiderseits der Äquatorialebene
(deren Spur in der Ebene der Figur die Gerade XX' ist) zwei zusätzliche meridiane Verstärkungslagen 6, 7 der
Laufflächenkrone
angeordnet, deren Breiten Lm und Lm' gleich 76 mm sind. Diese Lagen sind
aus metallischen Verstärkungselementen zusammengesetzt,
deren Struktur mit derjenigen der Cordfäden der Arbeitslagen 4, 5 identisch
ist; die Verstärkungselemente
der zusätzlichen
Lagen 6, 7 sind in jeder dieser Lagen mit einer
mittleren Schrittweite von 2,00 mm und unter einem mittleren Winkel
von 90° bezüglich der
Umfangsrichtung angeordnet. Die axial am weitesten außen befindlichen
Enden jeder der zusätzlichen
meridianen Verstärkungslagen 6, 7 befinden
sich axial innerhalb der Position der axial außen befindlichen Enden der
am wenigsten breiten Arbeitslage (hier die Lage 5, die
sich radial am weitesten außen
befindet).
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Der
Abstand Lt, der die axial am weitesten innen befindlichen (das heißt der Äquatorialebene
am nächsten
liegenden) Enden der meridianen Verstärkungslagen trennt, ist hier
gleich 12 mm. Dieser Abstand ist gleich 6% der Breite Ls der Laufflächenkrone.
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Außerdem weist
die Laufflächenkronen-Verstärkung radial
außen
eine Umfangsverstärkungsschicht 8 auf,
die axial diskontinuierlich ist und von drei getrennten Abschnitten 81, 82, 83 mit
Breiten L81, L82 bzw. L83 gebildet wird; jeder Abschnitt der Umfangsverstärkungsschicht 8 weist
mehrere Verstärkungselemente
auf, die unter einem Winkel bezüglich
der Umfangsrichtung angeordnet sind, der gleich oder nahezu gleich
0° ist.
Im vorliegenden Falle sind diese Verstärkungselemente Cordfäden aus Nylon® 140 × 2, die
mit einer Schrittweite von 1 mm angebracht sind. Die Breiten L81,
L82, L83 betragen 35, 30 bzw. 35 mm. Der Abstand L8, der die axial
am weitesten außen
befindlichen Enden der Umfangsverstärkungsschicht 8 trennt,
kommt der Breite L1 der ersten Arbeitslage nahe und ist daher größer als der
Abstand Le, der die axial am weitesten entfernten Enden der meridianen
Verstärkungslagen 6, 7 trennt.
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Der
Abschnitt 82 der Umfangsverstärkungsschicht in der mittleren
Position hat eine Breite L82 von 30 mm. Diese zentrale Verstärkungsschicht
ist so beschaffen, dass sie den gesamten Abstand Lt zwischen den
der Äquatorialebene
am nächsten
liegenden Enden der meridianen Verstärkungslagen 6, 7 überdeckt,
ohne dabei jedoch diese meridianen Verstärkungslagen auf mehr als 20%
ihrer jeweiligen Breiten zu überdecken.
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Die
zwei anderen Abschnitte 81, 83 der Umfangsverstärkungsschicht,
die sich in der Nähe
der axial außen
befindlichen Enden der Laufflächenkronen-Verstärkung befinden,
sind bezüglich
der Äquatorialebene
des Reifens symmetrisch und aus Verstärkungselementen zusammengesetzt,
die dieselben Merkmale haben wie diejenigen, die für den mittleren
Abschnitt 82 verwendet werden, und sind so angeordnet,
dass sie zwei Stapel in der radialen Richtung bilden (die Steifigkeit
in Umfangsrichtung ist hier doppelt so groß wie die Steifigkeit des mittleren Abschnitts).
Jede dieser Umfangsverstärkungsschichten, "Rand" genannt, erstreckt
sich zwischen einem ersten, axial inneren Punkt A, der sich in der Nähe des axial
am weitesten außen
befindlichen Endes der meridianen Verstärkungslage befindet, derart,
dass dieses überdeckt
wird, und einem zweiten, axial äußeren Punkt
B, der sich axial auf der Höhe des
Endes der breitesten Arbeitslage 4 befindet. Im vorliegenden
Falle befindet sich der erste Punkt A in einem Abstand von 77 mm
bezüglich
der Äquatorialebene
(das heißt
axial innerhalb des axial am weitesten außen befindlichen Punktes der
meridianen Verstärkungslagen 6, 7),
und der zweite Punkt B befindet sich in einem Abstand von 103 mm
bezüglich
der Äquatorialebene.
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Über der
Gesamtheit aus Karkasse, Laufflächenkrone
und zusätzlichen
Lagen und Verstärkungsschichten
und radial außerhalb
von dieser befindet sich außerdem
ein Laufstreifen 9.
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Beim
Einsatz an einem Fahrzeug wurde eine Verringerung des Verschleißes in der
Größenordnung
von 25% gemessen, im Vergleich zu einem Reifen, der dieselben meridianen
Verstärkungslagen aufweist,
jedoch keine gemäß der Erfindung
angepasste Umfangsverstärkung
hat.
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Die
Variante einer Laufflächenkronen-Verstärkung gemäß einer
Variante der Erfindung, die in 2 dargestellt
ist, unterscheidet sich von derjenigen, die anhand von 1 beschrieben
wurde, dadurch, dass die zusätzliche
Umfangsverstärkungsschicht 8 axial
durchgehend ist und in der axialen Richtung (das heißt in der
Richtung, die zu der Spur XX' der Äquatorialebene
des Reifens in der 2 senkrecht ist) Änderungen
der Steifigkeit in Umfangsrichtung aufweist, je nach den Bereichen
des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins einer meridianen Verstärkungslage.
Genauer, die Laufflächenkronen-Verstärkung 3 weist
zwei meridiane Verstärkungslagen 6, 7 zwischen
der Karkasse 2 und den Arbeitslagen 4, 5 und
radial außen
eine Umfangsverstärkungsschicht 8 in
der Form einer Lage, die durch eine Wicklung von Verstärkungselementen in
der Umfangsrichtung gebildet wird, auf. Diese Wicklung wird mit
ein und demselben Verstärkungselement
hergestellt, derart, dass ein axialer Abstand zwischen ihren Verstärkungselementen
erhalten wird, welcher senkrecht über den Bereichen ohne meridiane
Verstärkungslage
kleiner ist als der axiale Abstand zwischen ihren Verstärkungselementen
in den Bereichen senkrecht über
den meridianen Verstärkungslagen.
Außerdem
sind die zusätzlichen
meridianen Verstärkungslagen
auf eine nicht symmetrische Art und Weise bezüglich der Äquatorialebene angeordnet,
wobei die Lage 6, die bezüglich der Äquatorialebene am stärksten verschoben
ist, dann dazu bestimmt sein kann, sich auf der Seite des Reifens
zu befinden, welche an der Außenseite
des Fahrzeugs angebracht ist, wenn dieser Reifen benutzt wird.
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Die
Umfangsverstärkungsschicht 8 weist fünf Bereiche 81, 84, 82, 85, 83 auf,
die von einem Rand der Laufflächenkrone
zum anderen axial aufeinander folgen (wobei die Bereiche 81, 82 und 83 den
Randbereichen und dem mittleren Bereich in dem Bild der in 1 dargestellten
Variante entsprechen). Die Bereiche 84, 85 radial
senkrecht über
den meridianen Verstärkungslagen 6, 7 weisen
in Umfangsrichtung angebrachte Verstärkungselemente auf, die mit
einer Schrittweite zwischen den Verstärkungselementen angeordnet
sind, welche größer ist als
die zwischen den Verstärkungselementen
der Randbereiche 81, 83 und des mittleren Bereiches 82, und
demzufolge weisen diese Bereiche 84, 85 eine geringere
Dehnungssteifigkeit in Umfangsrichtung auf. Der Abstand L8, der
die axial am weitesten außen
befindlichen Enden der Umfangsverstärkungsschicht 8 trennt,
ist im vorliegenden Falle geringfügig größer als die Breite L1 der ersten
Arbeitslage und ist daher größer als
der Abstand Le, der die axial am weitesten entfernten Enden der
meridianen Verstärkungslagen 6, 7 trennt.
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Bei
dieser letzten Variante kann man die Änderung der Steifigkeit der
Umfangsverstärkungsschicht
erzielen, indem man je nach den Bereichen Verstärkungselemente unterschiedlicher
Natur verwendet, bei gleichzeitiger Sicherstellung einer axialen
Durchgängigkeit
der Verstärkungsschicht
(das heißt
mit Vorhandensein von Umfangsverstärkungselementen auf der gesamten
Breite der Laufflächenkronen-Verstärkung).
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Bei
einer anderen, nicht dargestellten Variante sind die meridianen
Verstärkungslagen
radial zwischen den zwei Arbeitslagen angeordnet.
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Bei
einer anderen, nicht dargestellten Variante der Erfindung ist die
Umfangsverstärkungsschicht zwischen
den Arbeitslagen angeordnet.
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Es
versteht sich, dass das, was unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben
wurde, nicht als einschränkend
betrachtet werden darf; insbesondere kann die Anzahl der Arbeitslagen
größer als
zwei sein.