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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Luftreifen, bei dem
die Haltbarkeit eines Gürtels, der die Krone einer Karkasse verstärkt,
verbessert wird, wozu die ungleichmäßige Abnutzung, die an den Schultern
einer Lauffläche auftritt, wirksam vermindert wird, um die Krone der
Karkasse zu verstärken, und insbesondere auf einen Luftreifen, bei dem eine
Verlängerung der Abnutzungs-Lebensdauer des Reifens durch Verwirklichung
einer gleichmäßigen Abnutzung über die Lauffläche des Reifens erreicht
wird, wozu die bei der Lauffläche auftretende ungleichmäßige Abnutzung
wirksam vermindert wird.
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Bei Luftreifen sind die äußeren Durchmesser beider Schultern im
allgemeinen kleiner als die äußeren Durchmesser in der Mitte, um ein
sogenanntes "Kronen-R" zu erhalten, damit die Manövrierstabilität beim
Kurvenfahren sichergestellt wird und ein übermäßiger Bodenkontaktdruck bei
der berührenden Oberfläche der Laufflächenschultern vermieden wird. Dies
hat jedoch zur folge, daß der Unterschied in der Umfangslänge zwischen der
Mitte und den Schultern der Lauffläche groß wird, so daß beim Rollen unter
Last an den Schultern Rutschen auftritt. Daher werden beide Schultern im
Vergleich zu der Mitte der Lauffläche vorzeitig abgenutzt, so daß
dazwischen ein Höhenunterschied auftritt. Dabei handelt es sich um eine
ungleichmäßige Abnutzung an den Schultern der Lauffläche.
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Dieses Problem wird gelöst oder vermindert, wenn ein Gürtel oder
Protektoren als an den Laufflächengummi angrenzende
Karkassenkronen-Verstärkungsmittel längs eines äußeren Umfangs der Lauffläche leicht dehnbar
gemacht werden. In diesem Fall kann es jedoch schwierig sein, die Form des
Reifens aufrechtzuerhalten, wenn er einem inneren Druck ausgesetzt wird,
oder die Querkräfte können beim Kurvenfahren ungenügend werden, so daß
Anforderungen bezüglich wesentlicher Leistungsmerkmale von Reifen eventuell
nicht erfüllt werden.
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Daher ist es notwendig, die bei den Laufflächen von Luftreifen
auftretende ungleichmäßige Abnutzung wirksam zu verhindern.
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Es wurde versucht, die Steifigkeiten von Verstärkungselementen, wie
Gürtel oder Protektoren, in der Mitte und an den Schultern der Lauffläche
zu ändern.
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Bei einem solchen Versuch werden Garne aus organischen Fasern oder
Metalldrähte, insbesondere Stahldrähte, verdrillt, um verstärkende
Cordfäden zu bilden, die parallel angeordnet werden und mit Gummi beschichtet
werden, um ein gummibeschichtetes Cordgewebe zu bilden. Das
gummibeschichtete Cordgewebe wird schräg in Streifen zerschnitten, die in Schichten
angeordnet werden, deren Cordfäden sich in einer Aquatorebene des Reifens
überschneiden, wodurch der Reifen bei der Krone durch einen Gürtel mit sich
überschneidenden Cordfäden verstärkt wird. In diesem Fall erstrecken sich
die Verstärkungs-Cordfäden kontinuierlich von einer Schulter zu der
anderen. Um die Steifigkeit des Gürtels in der Mitte und an den Schultern zu
verändern, werden die Verstärkungsschichten unterteilt, damit bei den
unterteilten Schichten verschiedene Winkel der betreffenden Cordfäden
vorgesehen werden können, oder in der Mitte des Gürtels wird eine weitere
Verstärkungsschicht hinzugefügt.
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Bei diesen Verfahren sind jedoch mehr Produktionsschritte und Teile
erforderlich, um die Verstärkungsschichten zu unterteilen und eine weitere
Schicht hinzuzufügen, wodurch sich eine niedrigere Produktivität ergibt.
Außer dem Nachteil der Diskontinuität in der Steifigkeit an den Stellen der
Unterteilung und Hinzufügung der Schichten, werden wahrscheinlich infolge
der Zunahme der Streßkonzentrationsquellen an den Enden der Cordfäden
Trennungen bei diesen Stellen auftreten. Daher sind diese Verfahren
nachteilig für die Haltbarkeit des Gürtels oder Protektors.
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Die Figur 1 veranschaulicht ein anderes Beispiel für
Verstärkungselemente gemäß dem Stand der Technik, die so angeordnet sind, daß sie sich
unter Winkeln von 20º bezüglich einer Äquatorebene eines Reifens
überschneiden. In der Figur 2 sind die Verstärkungselemente längs einer
Aquatorebene eines Reifens angeordnet. Diese Anordnungen der
Verstärkungselemente reichen jedoch noch nicht aus, um die Krone einer Karkasse zu
verstärken.
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Andererseits ist eines der wichtigen Leistungsmerkmale von Reifen die
Erreichung einer gleichmäßigen Abnutzung beim Lauf des Reifens. In der
Praxis tritt jedoch bei LKW-Radialreifen auf dem Umfang der Reifen infolge
der hohen Lasten beim Lauf leicht ungleichmäßige Abnutzung (sogenannte
"wellenförmige Abnutzung") auf.
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In dem Fall, in dem Streifenschichten mit zickzack- oder
wellenförmigen Cordfäden oder Filamenten als Verstärkungselemente besonders nahe bei
der Lauffläche eines Reifens angeordnet sind, wurde festgestellt, daß das
Auftreten der wellenförmigen Abnutzung wahrscheinlicher ist, wobei dies auf
einen Zusammenhang zwischen der Form der Verstärkungselemente und der
Reifenumfangslänge zurückzuführen ist.
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Dokumente, in denen diese Tatsachen beschrieben sind, konnten nicht
gefunden werden.
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Die Längen der wellenförmiger Abnutzung sind in den meisten
allgemeinen Fällen 0,05 L, wobei L die maximale Umfangslänge des Reifens ist.
Dies bedeutet, daß eine natürliche Form der wellenförmigen Abnutzung Längen
von 0,05 L aufweist.
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Daher tritt die wellenförmige Abnutzung überwiegend in der
natürlichen Form auf, wenn die Wellenlängen der als Verstärkungselemente
verwendeten zickzack- oder wellenförmigen Cordfäden oder Filamente größer als
0,05 L sind.
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist, einen verbesserten
Luftreifen vorzuschlagen, bei dem außer der Verhinderung einer ungleichmäßigen
Abnutzung der Lauffläche die Lauffläche durch ein neuartiges
Karkassenkronen-Verstärkungsmittel verstärkt wird, um die erforderliche und
ausreichende, gleichmäßige Steifigkeitsverteilung der Lauffläche zu erhalten,
ohne daß zusätzliche Elemente erforderlich sind.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist, einen Luftreifen vorzuschlagen,
bei dem das Auftreten einer ungleichmäßigen Abnutzung der Lauffläche
verhindert wird, wenn ein Gürtel mit zickzack- oder wellenförmigen
Cordfäden oder Filamenten als Verstärkungselemente verwendet wird, wozu die
Lauffläche mit Hilfe besonderer Verstärkungselemente verstärkt wird, die
die Haltbarkeit des Gürtels verbessern und zugleich die
Abnutzungs-Lebensdauer des Reifens verlängern.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Luftreifen vorgeschlagen,
der eine durch mindestens zwei Wulstkerne verankerte, toroidförmige
Karkasse, und einen Gürtel mit mindestens einem Streifen umfaßt, wobei dieser
Streifen als Verstärkungselemente eine Vielzahl von im allgemeinen wellen-
oder zickzackförmigen Cordfäden oder Filamenten enthält, die nebeneinander
um eine Krone der toroidförmigen Karkasse herum angeordnet sind, und dieser
Streifen mit einem Material mit hohem Molekulargewicht beschichtet ist, das
einen niedrigeren Elastizitätsmodul als die Verstärkungselemente aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Wellen der Verstärkungselemente des
Streifens in Breitenrichtung des Gürtels so angeordnet sind, daß die
Verhältnisse der Amplituden zu den Wellenlängen der Wellen an den Seitenrändern
des Gürtels am größten sind.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die
Verhältnisse der Amplituden zu den Wellenlängen der Wellen zu den
Seitenrändern des Gürtels hin in progressiver Weise erhöht. Bei einer anderen
Ausführungsform sind die Verstärkungselemente im wesentlichen parallel zu
einer Aquatorebene des Reifens angeordnet. Bei einer weiteren
Ausführungsform weist der Gürtel mindestens zwei Streifen auf, wobei mindestens zwei
Verstärkungselemente eines Streifens sich mit mindestens zwei
Verstärkungselementen des anderen Streifens überschneiden, und die Verstärkungselemente
aller Streifen in der gleichen Richtung angeordnet sind.
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Die Wulstkerne zum Verankern der toroidförmigen Karkasse sind
gewöhnlich ein Wulstkern-Paar, wie im allgemeinen bei Reifen für Personenwagen,
Kombiwagen, leichte Lastwagen und Zweiradfahrzeuge, aber bei großen Reifen
eine Vielzahl von Wulstkern-Paaren. Die vorliegende Erfindung ist auf alle
Reifen ohne irgendeine Begrenzung anwendbar. Die Erfindung ist also auf
Reifen anwendbar, die mindestens ein Wulstkern-Paar aufweisen. Außerdem
können bei den Lagen der toroidförmigen Karkasse verschiedene Arten von
Cordfäden aus organischen Fasern, oder Metallcordfäden, insbesondere
Stahlcordfäden, in selektiver Weise als Materialverstärkung verwendet
werden, und zwar bei Reifen, die für verschiedene Zwecke geeignet sind.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung liegen die
Verhältnisse der Amplituden zu den Wellenlängen der Verstärkungselemente in dem
Bereich 0,005-0,175, und die Verhältnisse der Wellenlängen der Wellen zu
den maximalen Umfangslängen des Reifens bei dem normalen Innendruck des
Reifens bei weniger als 0,025.
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Die Erfindung wird nachstehend weiter beschrieben, jedoch nur anhand
eines Beispiels, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird,
die Folgendes darstellen:
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Die Figuren 1 und 2 sind Abwicklungsansichten, die dem Stand der
Technik entsprechende Gürtel veranschaulichen.
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Die Figur 3a ist eine Abwicklungsansicht, die eine Ausführungsform
eines Gürtels eines erfindungsgemäßen Reifens veranschaulicht.
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Die Figur 3b ist eine Querschnittsansicht, die eine Lauffläche
veranschaulicht, in die der in der Figur 3a wiedergegebene Gürtel
eingebettet ist.
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Die Figur 4a ist eine Abwicklungsansicht, die eine andere
Ausführungsform eines Gürtels eines erfindungsgemäßen Reifens veranschaulicht.
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Die Figur 4b ist eine Querschnittsansicht, die eine Lauffläche
veranschaulicht, in die der in der Figur 4a wiedergegebene Gürtel eingebettet
ist.
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Die Figuren 5a und 5b sind eine Entwicklungsansicht bzw. eine
Querschnittsansicht, die eine weitere Ausführungsform der Erfindung
veranschaulichen.
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Die Figur 6 ist eine Querschnittsansicht, die einen
Reifenbildungsprozess bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.
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Die Figur 7 ist eine Querschnittsansicht des in der Figur 6
wiedergegebenen Reifens bei einem Vulkanisierprozeß.
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Die Figur 8 ist eine Entwicklungsansicht eines Gürtels, die die
Verformung des Gürtels veranschaulicht.
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Die Figur 9 ist eine erklärende Ansicht eines bei der Erfindung
verwendeten Verstärkungselements.
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Die Figur 10 ist ein Diagramm, das die Auswirkung des Verhältnisses
der Wellenlängen der Verstärkungselemente zu der maximalen Umfangslänge auf
das Auftreten der wellenförmigen Abnutzung wiedergibt.
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Die Figuren 11a und 11b sind erklärende Ansichten, die die Form des
Auftretens der wellenförmigen Abnutzung veranschaulichen.
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Die Figuren 3a und 3b veranschaulichen den hauptsächlichen Teil eines
erfindungsgemäßen Reifens. Der Reifen umfaßt einen Laufflächengummi 1, eine
toroidförmige Karkasse 2, die aus laminierten Schichten besteht, und einen
Gürtel 3 als Verstärkung für die Krone der Karkasse 2. Der Gürtel 3 besteht
aus fünf Streifen B1-B5, die der Reihe nach von der Karkasse 2 bis zu der
Lauffläche 1 numeriert sind. Diese Streifen B1-B5 sind mit einem Material
mit hohem Molekulargewicht beschichtet, und zwar gewöhnlich mit einem
Gummi, der wie üblich einen niedrigeren Elastizitätsmodul als die
Verstärkungselemente der Streifen des Gürtels aufweist.
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In diesem Fall weisen die Streifen B1 und B2 eine Vielzahl von
Cordfäden oder Filamenten als Verstärkungselemente auf, die wellen- oder
zickzackförmig in den Schichten der Streifen angeordnet sind. Wenn die
Konfigurationen der Verstärkungselemente geändert werden, werden die Winkel
zwischen den Verstärkungselementen und den mitttleren Achsen bei den
Überschneidungsstellen ebenfalls geändert. Die mittlere Achse ist eine
Mittellinie eines Verstärkungselements, die die Abstände zwischen den
benachbarten maximalen und minimalen Spitzen der Wellenformen der
Verstärkungselemente halbiert und in Richtung des Verstärkungselements
verläuft.
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Je größer die Amplituden a der zickzack- oder wellenförmigen
Verstärkungselemente sind, oder je kleiner die Wellenlängen λ der
Verstärkungselemente sind, desto größer sind die Winkel, wie dies oben beschrieben
wurde. Je kleiner die Amplituden a, oder je größer die Wellenlängen λ sind,
desto kleiner sind andererseits die Winkel. Je größer die Winkel zwischen
den Verstärkungselementen und den mittleren Achsen sind, desto kleiner ist
die Steifigkeit in Richtung der mittleren Achsen, in der gleichen Weise,
wie bei den Cordfadenwinkeln eines Gürtels, der aus einer Vielzahl von
bisher häufig verwendeten Schichten aus gummibeschichteten Cordfäden
besteht, wobei diese Schichten schräg zugeschnitten werden und so
angeordnet werden, daß sich die Cordfäden überschneiden. Mit anderen Worten, je
größer das Verhältnis a/λ der Amplitude a zu der Wellenlänge λ ist, desto
kleiner ist die Steifigkeit in Richtung der mittleren Achsen. Die
Steifigkeit der Verstärkungselemente kann durch entsprechende Anpassung der
Konfigurationen der wellen- oder zickzackförmigen Verstärkungselemente
geändert werden.
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Folglich kann die Steifigkeitsverteilung in einem Streifen durch
Änderung der Konfigurationen der Verstärkungselemente geändert werden,
wobei keine zusätzlichen Verstärkungselemente erforderlich sind. Da die
Steifigkeit geändert werden kann, ohne die Anzahl der Enden der
verstärkenden Cordfäden zu erhöhen, ist dies sehr vorteilhaft im Vergleich zu dem
herkömmlichen Verfahren der Änderung der Cordfadenwinkel durch Unterteilung
der schräg zugeschnittenen, gummibeschichteten Cordschichten. Durch
kontinuierliche Änderung der Konfigurationen der Verstärkungselemente kann
außerdem die Steifigkeit kontinuierlich geändert werden, so daß eine
diskontinuierliche Änderung der Steifigkeit gemildert werden kann. In dem
Fall, in dem die schräg zugeschnittenen gummibeschichteten Cordschichten
unterteilt und getrennt angeordnet werden, ist es wahrscheinlich, daß bei
den Stellen der Unterteilung Trennungen auftreten. Solche Trennungen werden
gemäß der Erfindung vollständig verhindert. Eine geeignete
Steifigkeitsverteilung kann auch entsprechend den erforderlichen Leistungsmerkmalen des
Reifens erhalten werden.
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Falls die wellen- oder zickzackförmigen Cordfäden oder Filamente
laminiert sind, wobei sie sich in zwei Schichten überschneiden wie bei
einem Gürtel mit sich überschneidenden Verstärkungselementen, wird
angenommen, daß das Verhältnis a/λ über die Breitenrichtung des Gürtels konstant
ist. In diesem Fall wird, wenn beabsichtigt ist, die Amplitude a zu
vergrößern, um die Steifigkeit und den Elastizitätsmodul zu vermindern, zwar
die Umhüllungseigenschaft der Streifen und folglich des Gürtels verbessert,
wodurch das Risiko vermindert wird, daß die Cordfäden beim Kurvenfahren
gebogen werden, aber die Steifigkeit der Streifen zu stark vermindert, so
daß keine ausreichende Manövrierbarkeit beim Kurvenfahren erhalten werden
kann. Wenn andererseits das Verhältnis a/λ verkleinert wird, besteht die
Tendenz, daß die Cordfäden gebogen werden, und außerdem ist das Risiko von
Trennungen an den Enden der Cordfäden erhöht.
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Daher wird gemäß der Erfindung das Verhältnis a/λ der zickzack- oder
wellenförmigen Verstärkungselemente der Streifen in Breitenrichtung so
verteilt, daß es zu den Seitenrändern des Gürtels hin in progressiver Weise
zunimmt, und dort am größten ist. Bei dieser Anordnung können sowohl die
Steifigkeit, als auch die Umhüllungseigenschaft gesteuert werden. Daher
kann gemäß der Erfindung durch Verminderung der ungleichmäßigen Abnutzung
die Haltbarkeit des Reifens verbessert werden, während zugleich die
erforderliche Manövrierbarkeit des Reifens sichergestellt wird.
BEISPIELE
Reifen für Flugzeuge
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In den Figuren 3a und 3b ist eine erste Ausführungsform der Erfindung
für einen Reifen der Größe H 46 x 18.0 R 20 schematisch veranschaulicht.
Der Gürtel 3 besteht aus fünf laminierten, gummibeschichteten Streifen, bei
denen Aramid (Kevlar)-Cordfäden (3000d/3) als Verstärkungselemente
verwendet werden. Der Gürtel 3 ist in die Lauffläche 1 eingebettet, um die
Krone der toroidförmigen Karkasse 2 zu verstärken. Bei dieser
Ausführungsform ist die toroidförmige Karkasse 2 von radialer Bauweise,
wobei Nylon-Cordfäden (1890d/3) verwendet werden, und um zwei Wulste (nicht
wiedergegeben) herum verankert.
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In der Figur 3a sind die Streifen des Gürtels 3 der Reihe nach ab der
Karkasse 2 mit B1 bis B5 bezeichnet. Die gestrichelten Wellenlinien geben
die Verstärkungselemente des unmittelbar unter dem äußersten Streifen 85
angeordneten Streifens B4 wieder, um die Überschneidung zwischen den
Verstärkungselementen der aneinander angrenzenden Streifen zu
veranschaulichen.
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Die Verstärkungselemente der Ausführungsform sind wellenförmig, wobei
sie in der Mitte der Gürtel breite eine Amplitude von 2 mm und eine
Wellenlänge von 25 mm haben, wobei sich für das Verhältnis von Amplitude zu
Wellenlänge a/λ = 0,08 ergibt. Anderseits ist das Verhältnis a/λ an den
beiden Enden des Gürtels gleich 0,16. Dabei nimmt das Verhältnis von der
Mitte des Gürtels bis zu den beiden Enden des Gürtels kontinuierlich zu.
In diesem Fall ist die Amplitude a gleich dem halben Abstand zwischen den
Spitzen der Welle, und die Wellenlänge gleich der Länge einer Schwingung
der Welle.
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Wie oben beschrieben wurde, sind in den Figuren 1 und 2 die dem Stand
der Technik entsprechenden Vergleichsbeispiele 1 und 2 wiedergegeben, bei
denen geradlinige Aramid (Kevlar)-Cordfäden (3000d/3) als
Verstärkungselemente verwendet werden, wobei es sich um das gleiche Material wie bei
der obigen Ausführungform handelt.
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Bei dem in der Figur 1 wiedergegebenen Vergleichsbeispiel 1 sind die
Verstärkungselemente so angeordnet, daß sie sich unter einem Winkel von
±20º bezüglich einer Äquatorebene des Reifens überschneiden. Andererseits
sind in dem in der Figur 2 wiedergegebenen Vergleichsbeispiel die
Verstärkungselemente längs der Äquatorebene des Reifens angeordnet.
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Bei einem Test gemäß dem FAA-Standard wurde der Start eines Flugzeugs
simuliert, wozu die Geschwindigkeit von 0 auf 225 Meilen/Stunde erhöht
wurde und dann eine Last weggenommen wurde. Dieser Simulationstest wurde
bei den Reifen der Ausführungsform und den Reifen der Vergleichsbeispiele
1 und 2 fünfzig Mal wiederholt. Nach diesen fünfzig Testläufen wurden die
Reifen zerteilt, um die Risse bei dem Gürtel zu prüfen. Die Ergebnisse sind
in der Tabelle 1 als Haltbarkeit der Reifen wiedergegeben.
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Nach der Ausführung eines Abnutzungstests mit einer
Trommeltestmaschine wurde die Stärke der Abnutzung der Rippen (mittlere Tiefe der
Abnutzung der Rippen) an den Laufflächen-Schultern gemessen und als
ungleichmäßige Abnutzung durch eine Indexzahl wiedergegeben, wobei der
Abnutzung der Rippen in der Mitte der Lauffläche die Indexzahl 100
zugeordnet wurde. Bei dem Trommeltest wurde eine Trommel verwendet, wobei der
Reifen durch eine Last gegen die Trommel gepreßt wurde und durch die
Trommel in Rotation versetzt wurde. Eine nahe bei 100 liegende Indexzahl
bedeutet, daß eine ungleichmäßige Abnutzung an den Schultern wirksam
verhindert wird, in einem Ausmaß näher der Abnutzung in der Mitte der
Lauffläche.
Tabelle 1
Ausführungsform
Vergleichsbeispiel
Haltbarkeit des Gürtels
Stärke bei der Abnutzung der Schulterrippe (Indexzahl 100 bei der Mittelrippe)
Fünfzig Simulationstests (keine Risse bei dem Gürtel)
Ausfall bei dem sechzehnten Simulationstest (Risse bei dem dem Gürtel)
Beurteilung infolge Trennung nicht möglich
Fünfzig Simulationstests (keine Risse bei dem Gürtel)
Reifen für Lastwagen und Busse
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Die Figur 4 veranschaulicht eine zweite Ausführungsform der Erfindung
für einen Reifen der Größe 10.00 R 20. Das Laufflächenmuster des Reifens
war ein Muster mit vier Umfangsrillen. Die toroidförmige Karkasse 2 des
Reifens war von radialer Bauweise, wobei Stahl-Cordfäden vom Typ 1 x 12 x
0,23 verwendet wurden, und durch zwei Wulstkerne (nicht wiedergegeben)
verankert.
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Ein Gürtel 3 des Reifens bestand aus vier gummibeschichteten
Streifen, die unter Verwendung von Stahl-Cordfäden vom Typ 1 x 5 laminiert
waren. Die Streifen B1 und B2 waren so angeordnet, daß geradlinige Stahl-
Cordfäden sich unter 45º bezüglich der Aquatorebenen überschneiden. Dagegen
umfaßten die Streifen B3 und B4 wellenförmige Cordfäden mit Amplituden a
von 0,75-1,8 mm und einer Wellenlänge λ von 15 mm, wobei sich eine
Verhältnis a/λ von 0,05 in der Mitte des Gürtels 3, und von 0,12 an beiden
Enden des Gürtels 3 ergab, und dieses Verhältnis von der Mitte des Gürtels
bis zu den beiden Enden des Gürtels in progressiver Weise zunahm.
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Bei einer dritten Ausführungsform enthielten die Streifen B1 und B2
wellenförmige Cordfäden mit einer Amplitude a von 0,75-1,8 mm und einer
Wellenlänge λ von 15 mm, wobei sich ein Verhältnis a/λ von 0,05 in der
Mitte des Gürtels 3, und von 0,12 an den beiden Enden des Gürtels 3 ergab
und dieses Verhältnis von der Mitte des Gürtels bis zu den beiden Enden des
Gürtels in progressiver Weise zunahm. Die Streifen B3 und B4 waren so
angeordnet, daß sich die Cordfäden unter 45º bezüglich Äquatorebenen
überschnitten.
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Außerdem wurden zu Vergleichszwecken Reifen gemäß den dem Stand der
Technik entsprechenden Beispielen 1 und 2 hergestellt. Bei dem Beispiel 1
waren die Cordfaden-Winkel bei den Streifen B1, B2, B3 und B4 gleich +40º,
+18º, -18º und -18º. Dabei überschnitten sich die Cordfäden bei den
Streifen B2 und B3 in Äquatorebenen. Bei dem Beispiel 2 waren die Cordfaden-
Winkel bezüglich der Äquatorebene bei den Streifen B1, B2, B3 und B4 gleich
45º, 45º, 0º und 0º, wobei sich die Cordfäden der Streifen B1 und B2
überschnitten.
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Der zu testende Reifen wurde auf der Trommeltestmaschine mit der
doppelten normalen Last belastet und bei normalem Innendruck einem Lauftest
mit einer Geschwindigkeit von 80 km/h unterworfen. Die beim Auftreten eines
Ausfalls zurückgelegten Laufstrecken wurden als Maß für die Haltbarkeit
benutzt. Falls bei einem Reifen kein Ausfall aufgetreten ist (vollständiger
Testlauf), ist dies in der Tabelle 2 durch die Indexzahl 100 wiedergegeben.
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Außerdem wurde der Reifen bei einer Last von 2425 kg und normalem
Innendruck einem Testlauf über 150.000 km unterworfen. Die Stärke der
Abnutzung an den Laufflächen-Schultern wurde gemessen und als
Widerstandsfähigkeit gegen ungleichmäßige Abnutzung durch Indexzahlen wiedergegeben,
wobei der Abnutzung in der Mitte der Lauffläche die Indexzahl 100
zugeordnet wurde.
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Die Ergebnisse des obigen Tests sind in der Tabelle 2 wiedergegeben.
Tabelle 2
Ausführungsform
Stand der Technik Beispiel
Haltbarkeit des Gürtels
Ungleichmäßige Abnutzung (Stärke der Abnutzung an den Schultern)
(Vollständiger Testlauf)
(Trennung des Gürtels)
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Außerdem traten bei den Reifen der zweiten und driten
Ausführungsformen und dem dem Stand der Technik entsprechenden Beispiel 2
infolge der großen Cordfaden-Winkel der Verstärkungselemente keine
Trennungen an den Gürtel enden auf.
Reifen für Personenwagen
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Reifen einer vierten Ausführungsform wurden gemäß den Figuren 5a und
5b hergestellt, wobei die Reifengröße 175/70 SR13 war, und das Laufflächen-
Muster ein Rippenmuster mit vier Umfangsrillen war. Eine toroidförmige
Karkasse 2 war von einer radialen Bauweise, wobei Nylon-Cordfäden (1890d/3)
verwendet wurden, und durch zwei Wulstkerne (nicht wiedergegeben)
verankert. Bei einem Streifen B1 des Gürtels waren die Verstärkungselemente,
die aus Stahldraht von 0,5 mm bestanden, unter 45º bezüglich einer
Äquatorebene angeordnet. Ein Streifen B2 enthielt wellenförmige Cordfäden
mit Amplituden a von 0,75 mm und einer Wellenlänge λ von 15 mm, wobei sich
ein Verhältnis a/λ von 0,05 in der Mitte des Gürtels 3, und von 0,10 an den
beiden Enden des Gürtels 3 ergab, und dieses Verhältnis von der Mitte bis
zu den beiden Enden des Gürtels in progressiver Weise zunahm. Andererseits
entsprach bei den Reifen der fünften Ausführungsform der Streifen B1 dem
Streifen B2 der vierten Ausführungsform, wobei wellenförmiger Stahldraht
verwendet wurde, und der Streifen B2 dem Streifen B1 der vierten
Ausführungsform, wobei geradliniger Stahldraht verwendet wurde, der unter 45º
bezüglich einer Äquatorebene geneigt war. Mit anderen Worten, der Reifen der
fünften Ausführungsform wird erhalten, wenn die Streifen B1 und B2 der
vierten Ausführungsform gegeneinander vertauscht werden.
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Außerdem wurden zu Vergleichszwecken Reifen gemäß den dem Stand der
Technik entsprechenden Beispielen 1' und 2' hergestellt. Der Reifen gemäß
dem Beispiel 1' enthielt Streifen B1 und B2 mit sich unter 19º bezüglich
der Äquatorebene des Reifens überschneidenden Stahldrähten. Der Reifen
gemäß dem Beispiel 2' enthielt Streifen B1 und B2 mit sich unter einem
Winkel von 45º bzw. 0º bezüglich einer Äquatorebene überschneidenden
Stahldrähten.
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Der zu testende Reifen wurde auf der Trommeltestmaschine mit der
doppelten normalen Last belastet und bei normalem Innendruck einem Lauftest
mit einer Geschwindigkeit von 80 km/h unterworfen. Bei dem
Gürtel-Haltbarkeitstest wurden die beim Auftreten eines Ausfalls zurückgelegten
Laufstrecken als Maß für die Haltbarkeit benutzt.
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Außerdem wurde der Reifen bei einer Last von 390 kg und normalem
Innendruck einem Testlauf über 100.000 km unterworfen. Die Stärke der
Abnutzung an den Laufflächen-Schultern wurde gemessen und als
Widerstandsfähigkeit gegen ungleichmäßige Abnutzung durch Indexzahlen wiedergegeben,
wobei der Abnutzung in der Mitte der Lauffläche die Indexzahl 100
zugeordnet wurde.
Tabelle 3
Vierte Ausführungsform
Fünfte Ausführungsform
Stand der Technik Beispiel
Haltbarkeit des Gürtels
Ungleichmäßige Abnutzung (Stärke der Abnutzung an den Schultern)
Vollständiger Testlauf über 100.000 km
Trennung des Gürtels bei 55.000 km
Reifen für Zweiradfahrzeuge
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Es wurden Reifen der Größe 160/60 VR 18 für Zweiradfahrzeuge
hergestellt, wobei diese Reifen Gürtel hatten, deren Verstärkungselemente gemäß
der Erfindung angeordnet waren, während die Bauweise der toroidförmigen
Karkasse und der Wulste dem Stand der Technik entsprach.
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Abweichend von den Produktionsverfahren gemäß dem Stand der Technik,
die zwei Schritte erfordern, war es in diesem Fall möglich, Reifen in nur
einem Schritt herzustellen, so daß die Reifenproduktionsleistung wesentlich
erhöht wurde.
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In der Figur 6 ist ein unvulkanisierter Reifen im Querschnitt
schematisch veranschaulicht. Wenn der Reifen geformt wird, wird eine Lagenschicht
12 für eine Karkasse bei einer Umdrehung auf einen flachen Kern 11
gewikkelt, und auf die Lagenschicht werden Wulstkerne 13 gelegt. Die Enden der
Lagenschicht 12 werden um die Wulstkerne 13 herum nach oben geführt, und
dann wird ein Gürtel 3 in einer Schicht auf einem mittleren Gebiet der
Lagenschicht 12 angeordnet. Wie oben beschrieben wurde, umfaßt der Gürtel
3, der eine Breite von 180 mm hat, gummibeschichtete Streifen, die
nebeneinander angeordnete, wellenförmige Verstärkungselemente enthalten. Die
Wellenlänge und die Amplitude der Verstärkungselemente beträgt 59 mm bzw.
8,25 mm. Die Wellenlänge und die Amplitude werden durch die Dehnung H (von
ungefähr 30%) in der Nähe der Mitte der Lauffläche beim Vulkanisieren
bestimmt, wie in der Figur 7 gezeigt ist. Die Dehnung H1 in der Figur 7
veranschaulicht das Verhalten in der Nähe der Schultern. Beim Formen des
Gürtels kann die Dehnung H1 verschieden von der Dehnung in dem mittleren
Gebiet des Gürtels 3 sein, wobei sie von der Gürtelsteifigkeit in den
seitlichen Gebieten der Lauffläche abhängt. Bei dieser Ausführungsform sind
die Verstärkungselemente des Gürtels 3 völlig kontinuierlich, und die
Wellenlängen und Amplituden sind zu Beginn der Formung gleich.
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Ein Kriterium für die Dehnung zwischen H1 und H0 ist mittels l
(Standardlinie für die Messung der Dehnung) in der Figur 7 wiedergegeben.
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Wenn ein unvulkanisierter Reifen, der gemäß dem in der Figur 6
wiedergegebenen Prozeß geformt wurde, so vulkanisiert wird, wie dies in der
Figur 7 gezeigt ist, werden die Verstärkungselemente des Gürtels 3 gemäß
der in der Figur 8 wiedergegebenen Konfiguration angeordnet.
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Mit anderen Worten, die Amplituden der Verstärkungselemente in der
Nähe der Mitte der Lauffläche in einer Zone, die an ein sich im
wesentlichen längs des Umfangs des Reifens erstreckendes Gebiet angrenzt, werden
ziemlich klein. Andererseits werden die Amplituden der Verstärkungselemente
in der Nähe der Schultern der Lauffläche nur bis auf ungefähr 5 mm
vermindert.
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Daher nehmen die Amplituden der Verstärkungselemente mit zunehmendem
Abstand von der Äquatorebene des Reifens bis zu den Laufflächen-Enden in
progressiver Weise zu.
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Reifen einer Ausführungsform der Erfindung wurden gemäß der obigen
Beschreibung hergestellt, wobei die Streifen, bei denen Aramid-Cordfäden
(1500d/2) als Verstärkungselemente verwendet wurden, so angeordnet wurden,
daß die Breite der Streifen 93% der Laufflächen-Breite betrug.
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Außerdem wurden dem Stand der Technik entsprechende Reifen 1" und 2"
hergestellt. Die Reifen 1" waren hinsichtlich der Gürtelbauweise
verschieden von den Reifen der erfindungsgemäßen Ausführungsform, aber sonst waren
sie gleich. Der 1" umfaßte zwei Streifen mit sich unter 15 bezüglich der
Äquatorebene des Reifens überschneidenden Verstärkungselementen. Bei den
Reifen 2" waren die Verstärkungselemente im wesentlichen längs einer
Äquatorebene über eine Zone des Gürtels 3 spiralförmig gewunden.
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Die Reifen der Ausführungsform und die dem Stand der Technik
entsprechenden Reifen 1" und 2" wurden hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit
getestet. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 4 wiedergegeben, wobei den
Leistungsmerkmalen der dem Stand der Technik entsprechenden Reifen 1" die
Indexzahl 100 zugeordnet wurde.
Tabelle 4
Stand der Technik Reifen
Erfindungsgemäßer Reifen
Geradeauslauf
Lenkbarkeit
Eignung für hohe Geschwindigkeit
Haltbarkeit
Produktivität
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Die in der Tabelle 4 wiedergegebenen Leistungsmerkmale wurden auf die
nachfolgende Weise gemessen:
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(1) Geradeauslauf ... Manövrierbarkeits-Trommeltest und Gefühl in
einem wirklichen Fahrzeug.
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(2) Lenkbarkeit ... Manövrierbarkeits-Trommeltest und Gefühl in einem
wirklichen Fahrzeug.
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(3) Eignung für hohe Geschwindigkeit ...
Hochgeschwindigkeits-Trommeltest.
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(4) Haltbarkeit ... Haltbarkeits-Trommeltest.
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(5) Produktivität ... erforderliche Produktionszeit.
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Obwohl der Gürtel 3 bei dieser Ausführungsform als ein aus einer
Schicht gebildeter Gürtel dargestellt wurde, ist es möglich, zwei Streifen
übereinander anzuordnen, deren Verstärkungselemente um eine halbe
Wellenlänge gegeneinander verschoben sind.
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Um die Krone der toroidförmigen Karkasse zu verstärken, umfaßt der
erfindungsgemäße Reifen einen Gürtel aus Streifen mit wellen- oder
zickzackförmigen Verstärkungselementen, deren Verhältnisse von Wellenlänge zu
Amplitude in Breitenrichtung so verteilt sind, daß sie an den Seitenrändern
des Gürtels am größten sind. Daher ist die Steifigkeit der Lauffläche
richtig verteilt, wodurch die verschiedenen erforderlichen
Leistungsmerkmale des Reifens, wie die Haltbarkeit, die Widerstandsfähigkeit gegen
ungleichmäßige Abnutzung, und dergleichen beträchtlich verbessert werden.
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Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung sind zickzack- oder
wellenförmige Verstärkungselemente in mindestens einer Schicht der einen
Gürtel bildenden Streifen nebeneinander in der Schicht angeordnet. Das
Verhältnis a/λ der Amplitude a zu der Wellenlänge λ beträgt 0,005-0,175,
und das Verhältnis λ/L der Wellenlänge λ zu der maximalen Umfangslänge L
bei dem normalen Innendruck ist kleiner als 0,025.
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In diesem Fall ist die Bauweise des Reifens, mit Ausnahme des
Gürtels, ähnlich wie bei den dem Stand der Technik entsprechenden Reifen,
wobei insbesondere zickzack- oder wellenförmige Cordfäden oder Filamente
als Verstärkungselemente die Krone der Karkasse umgeben, um die Lauffläche
zu verstärken. Bei den wellenförmigen Stahl-Cordfäden (Litzen-Bauweise 3
x 0,20 + 6 x 0,38) liegt das Verhältnis a/λ (siehe die Figur 9) innerhalb
des Bereichs 0,005-0,175, und eine gewisse Anzahl solcher
Verstärkungselemente ist dicht nebeneinander in einer Schicht angeordnet
und mit einem Material mit hohem Molekulargewicht, wie beispielsweise
Gummi, beschichtet, um den Streifen für den Gürtel zu bilden.
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Wenn beabsichtigt ist, zur Verstärkung der Lauffläche mindestens eine
Schicht aus Streifen, die gemäß der Erfindung zickzack- oder wellenförmige
Cordfäden oder Filamente als Verstärkungselemente aufweisen, nahe bei der
Lauffläche anzuordnen, kann die Karkasse, wenn das Verhältnis a/λ der
Verstärkungselemente kleiner als 0,005 ist, beim Formen und Vulkanisieren
nicht zu einer toroidförmigen Form gedehnt oder verformt werden, so daß in
der inneren Oberfläche des Reifens Vertiefungen und Vorsprünge entstehen
würden. Wenn andererseits das Verhältnis a/λ größer als 0,175 ist, wird die
Zunahme der Umfangslänge der Reifenoberfläche beim Aufpumpen des Reifens
bis auf den normalen Innendruck zu groß, so daß der Laufflächengummi an der
Reifenoberfläche unter Spannung steht, was zur Folge hat, daß die
Abnutzungsfestigkeit
und die Schnittfestigkeit sehr nachteilig beeinflußt
werden.
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Wenn andererseits das Verhältnis λ/L der Wellenlänge λ zu der
maximalen Umfangslänge L bei dem normalen Innendruck kleiner als 0,005 ist,
erfolgt eine Lockerung der verdrillten Cordfäden, wobei die Gefahr besteht,
daß die Cordfäden brechen, wenn sie wellenförmig geformt sind. Daher ist
ein größeres Verhältnis als 0,005 vorzuziehen. Wenn das Verhältnis größer
als 0,025 ist, tritt leicht ungleichmäßige Abnutzung auf, weil ein solches
Verhältnis näher bei einer primären, natürlichen Form des Auftretens
wellenförmiger Abnutzung liegt.
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In den Figuren 11a und 11b ist die Form des Auftretens der
wellenförmigen Abnutzung schematisch veranschaulicht. In der Zeichnung umfaßt eine
Lauffläche 21 Laufflächen-Rillen 22 und Einschnitte 23. Die schraffierten
Bereiche 24 stellen die wellenförmige Abnutzung dar.
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LKW-Reifen der Größe 10.00 R 20 wurden versuchsweise hergestellt.
Dieser Reifen umfaßte vier Streifen, die Stahl-Cordfäden als
Verstärkungselemente aufwiesen und eine maximale Breite von 150 mm hatten. Zwei dieser
vier Streifen, die bei der Lauffläche angeordnet waren, waren
gummibeschichtete Streifenschichten mit wellenförmigen Stahl-Cordfäden (verdrillte
Bauweise 3 x 0,20 + 6 x 0,38, 28 Cordfäden/50 mm), die Wellenlängen von 16-
84 mm und Amplituden von 3,2-16,8 mm aufwiesen. Andererseits enthielten die
zwei Streifen, die bei der Carcasse angeordnet waren, geradlinige
Cordfäden, die sich unter einem Winkel von 35D bezüglich der Äquatorebene
überschnitten.
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Bei den Verstärkungselementen war das Verhältnis a/λ der Amplitude
a zu der Wellenlänge λ gleich 0,1, und das Verhältnis λ/L der Wellenlänge
zu der maximalen Umfangslänge L war variabel, wobei die Auswirkung dieses
Verhältnisses auf die wellenförmige Abnutzung der Lauffläche in der Figur
10 wiedergegeben ist. Bei allen Reifen war die maximale Umfangslänge bei
normalem Innendruck gleich 1.050 mm. Die Testlast war 2.700 kg (normale
Last). Die Reifen wurden an einem 10-Tonnen-Lastwagen angebracht, wobei
nach einer Fahrstrecke von 50.000 km die wellenförmige Abnutzung gemessen
wurde und durch die Indexzahl für das Auftreten von wellenförmiger
Abnutzung ausgedrückt wurde.
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Die Indexzahl 100 (%) für das Auftreten der wellenförmigen Abnutzung
auf der Ordinate in der Figur 10 gibt an, daß die wellenförmige Abnutzung
auf dem gesamten Umfang der zwei Vorderrad-Reifen des 10 Tonnen-Lastwagens
auftritt. Zum Beispiel bedeutet die Indexzahl 20%, daß das Verhältnis der
Umfangslänge, bei der die wellenförmige Abnutzung auftrat, zu der gesamten
Umfangslänge der zwei Vorderrad-Reifen 20% beträgt.
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Gemäß der Erfindung wird die Gürtelhaltbarkeit wesentlich verbessert,
wenn Verstärkungselemente aus zickzack- oder wellenförmigen Cordfäden oder
Filamenten in geeigneter Weise aufgebracht werden. Zugleich wird die auf
einer Lauffläche auftretende ungleichmäßige Abnutzung wirksam verhindert,
so daß die erwartete vollkommene Abnutzung erhalten wird, die zu der
Verlängerung der Abnutzungs-Lebensdauer von Reifen beiträgt.
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Für Fachleute auf diesem Gebiet ist ersichtlich, daß sich die
vorstehende Beschreibung auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
bezieht, und daß bei der Erfindung verschiedene Änderungen und Modifikationen
vorgenommen werden können, ohne ihren Geltungsbereich zu verlassen.