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Die
Erfindung bezieht sich auf Luftreifen für Kraftfahrzeuge und insbesondere
Luftreifen, deren Aufbau zur Verbesserung ihrer Dauerfestigkeit
und ihrer Geschwindigkeitstüchtigkeit
optimiert wurde.
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Es
ist nunmehr insbesondere bei Luftreifen für Personenkraftwagen, die bei
hohen Geschwindigkeiten fahren sollen, üblich geworden, eine weitere Lage
aus in Umfangsrichtung orientierten Verstärkungen für die Verstärkung des Scheitels zu verwenden.
Diese Lage kann über
den Verstärkungslagen des
Scheitels mit Winkeln, die ebenfalls üblich sind, angebracht werden.
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In
einer solchen Konfiguration ist die Lage der in Umfangsrichtung
orientierten Verstärkungen die
in radialer Richtung am weitesten außen liegende Lage des Scheitels
des Luftreifens und ist als Erstes den verschiedenen Beanspruchungen
ausgesetzt, die die Reifen bei der Fahrt aushalten müssen.
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Wenn
ein oder mehrere dieser umlaufenden Verstärkungen bei der Fahrt reißen, kann
dadurch die Lebensdauer des Luftreifens beeinträchtigt werden. Solche Brüche beeinträchtigen
nämlich
die Bewehrung des Scheitels, sie ermöglichen jedoch auch, dass an
den umlaufenden Verstärkungen
entlang Wasser eindringen kann, was dazu führen kann, dass metallische
Verstärkungen
korrodieren.
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Im
Folgenden wird unter einer «umlaufenden Rille» eine Rille
verstanden, die an der radial äußeren Oberfläche des
Luftreifens angeordnet und in Umfangsrichtung oder in etwa Umfangsrichtung
orientiert ist und über
den gesamten Umfang des Luftreifens kontinuierlich verläuft.
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Unter
der «axialen
Breite einer umlaufenden Rille» ist
die maximale axiale Breite der Rille zu verstehen, wenn sie genau
in Umfangsrichtung ausgerichtet ist, oder, wenn sie in etwa in Umfangsrichtung entweder
mit einer leichten Winkelabweichung oder Wellung relativ zu dieser
Richtung orientiert ist, der axiale Abstand, der die beiden auf
beiden Seiten der Rille umlaufenden Ebenen trennt, die jeweils eine Seite
der Rille berühren.
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Unter
dem «Titer» wird die
Masse von tausend Meter Verstärkung
in Gramm verstanden. Der Titer wird in tex ausgedrückt. Die
Festigkeit einer Verstärkung
oder der Modul der Verstärkung
werden in "cN/tex" ausgedrückt, wobei
cN Centinewton bedeutet.
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Unter
einer «Verstärkung» ("reinforcing thread") sind alle als Draht
vorliegenden Verstärkungselemente
zu verstehen, die eine gegebene Matrix, beispielsweise eine Kautschukmatrix,
verstärken können. Von
diesen Verstärkungen
können
beispielsweise die Multifilamentfasern ("multifilament yarns"), wobei diese Fasern gezwirnt oder
nicht gezwirnt sein können,
Einzelfäden,
wie Monofilgarne, die einen einzigen großen Durchmesser besitzen, wobei
sie gegebenenfalls um sich selbst gedreht sein können, und Seile oder Litzen
("cords") angegeben werden, die
durch Verseilen oder Verlitzen dieser Einzelfäden oder dieser Fasern erhalten
werden können,
wobei solche Verstärkungen
auch Hybridverstärkungen sein
können,
d. h. Verbundmaterialien, die Elemente unterschiedlicher Art enthalten.
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Unter
einer «Litze» ("plied yarn" oder "folded yarn") wird eine Verstärkung verstanden,
die aus zwei ("single
yarns") oder mehr
Strängen
besteht, die durch Zwirnen zusammengefügt werden; diese Stränge, die
im Allgemeinen aus Multifilamentfasern gebildet werden, werden zunächst während eines ersten
Zwirnschritts individuell in einer Richtung (Drehrichtung S oder
Z) und anschließend
während eines
zweiten Zwirnschritts gemeinsam in der anderen Richtung (Drehrichtung
Z oder S) gezwirnt.
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Unter
einer «kautschukfreundlich
gemachten Verstärkung» wird eine
Verstärkung
verstanden, die in geeigneter Weise an der Oberfläche behandelt wurde,
wobei diese Oberflächenbehandlung
als Schlichten oder kautschukfreundlich Ausrüsten bezeichnet wird, und die
befähigt
ist, die Verstärkung nach
einer geeigneten thermischen Behandlung an der Matrix, für die sie
vorgesehen ist, anhaften zu lassen.
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Unter
dem «Verlegungsabstand
p» einer
in etwa in Umfangsrichtung ausgerichteten und spiralförmig aufgewickelten
Verstärkung
ist der Abstand der Achsen von zwei angrenzenden Drahtwindungen in
Querrichtung zu verstehen. Der Verlegungsabstand ist der Kehrwert
der "Verlegungsdichte
d", die der Anzahl
der Drahtwindungen auf einer gegebenen axialen Breite entspricht.
In der Regel wird d als Anzahl der Verstärkungen pro Dezimeter (f/dm)
und p in Millimetern ausgedrückt,
daher p = 100/d.
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Die
Erfindung bezieht sich auf einen Luftreifen, der einen Scheitel,
welcher sich in zwei Flanken und zwei Wülsten fortsetzt, und eine in
den Wülsten verankerte
Karkasse aufweist, wobei der Scheitel in radialer Richtung von innen
nach außen
aufweist: Mindestens eine Verstärkungslage,
die aus parallelen und in Bezug zur Umfangsrichtung in einem Winkel α von 10 bis
75° ausgerichteten
Verstärkungen gebildet
ist, mindestens eine Lage von Verstärkungen, die in etwa in Umfangsrichtung
orientiert sind, spiralförmig
gewickelt sind und sich in axialer Richtung in etwa über die
gesamte Verstärkungslage
erstrecken, und einen Laufstreifen, der an seiner Außenseite
eine Profilierung mit mindestens einer umlaufenden Rille aufweist.
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Ein
Luftreifen dieses Typs ist beispielsweise aus der Druckschrift EP-A-0 488 734 bekannt.
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Der
erfindungsgemäße Luftreifen
ist dadurch gekennzeichnet, dass in den Bereichen, die in radialer
Richtung zwischen der umlaufenden Rille und der aus den gemäß α orientierten
Verstärkungen
gebildeten Verstärkungslage
angeordnet sind, der Verlegungsabstand der spiralförmig gewickelten
Verstärkungen
der axialen Breite der umlaufenden Rille entspricht oder darüber liegt.
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Die
Tatsache, dass der Verlegungsabstand der in Umfangsrichtung orientierten
und spiralförmig gewickelten
Verstärkungen
mindestens der axialen Breite der Rille entspricht, bedeutet, dass
unter den umlaufenden Rillen des Reifenprofils von einer Seite der
Rille zur anderen höchstens
nur eine einzige Wicklung der umlaufenden Verstärkung angebracht ist. Durch
diese Ausführungsform
wird die Wahrscheinlichkeit des zufälligen Reißens dieser Verstärkungen
deutlich vermindert und somit die Beständigkeit des Luftreifens insgesamt
erhöht.
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Diese
Lösung
hat außerdem
den Vorteil, dass eine zu große
Variation der Steifigkeit des Gürtels,
für die
die in Umfangsrichtung orientierten Verstärkungen sorgen, in der Breite
beim Durchgang durch die Rillen vermieden wird. Dieser Effekt ist umso
größer, je
höher der
Modul der umlaufenden Verstärkungen
ist. Dies trifft auch zu, wenn der Winkel α der Orientierung der Verstärkungen
der Verstärkungslagen
zunimmt, d. h. wenn der Teil der von den umlaufenden Verstärkungen
aufgenommenen Kräfte in
Umfangsrichtung relativ zu dem Teil steigt, der von der oder den
Verstärkungslagen
aufgenommen wird, deren Verstärkungen
relativ zur Umfangsrichtung gemäß dem Winkel α orientiert
sind.
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Die
umlaufenden Verstärkungen
nehmen sehr hohe, in Umfangsrichtung auftretende Kräfte auf.
Jeder Bereich mit diesen Verstärkungen
ist daher ein Bereich mit starken Scherkräften für die Kautschukmischung, die
die Verstärkung
umgibt. Jeder dieser Bereiche ist somit ein Bereich, der für die Initiierung
und Ausbreitung eines Schadens günstig
ist. Die vorgeschlagene Lösung
hat den Vorteil, dass unter den Rillen oder in deren Nachbarschaft
keine Haltepunkte der Verstärkungen
vorhanden sind.
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Die
vorgeschlagene Lösung
hat ferner den Vorteil, dass die Herstellung des Luftreifens nicht
zu komplex wird. Sie ist eine sehr einfach zu verwirklichende Lösung.
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Der
Verlegeabstand kann vorteilhaft den zweifachen Wert der axialen
Breite der umlaufenden Rille annehmen oder darüber liegen. In diesem Fall enthält zumindest
auf dem halben Umfang des Luftreifens jeder axiale Schnitt des Bereichs,
der zwischen der Rille und der Verstärkungslage angeordnet ist,
keine spiralförmig
gewickelte Verstärkung.
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Die
Lage aus in etwa in Umfangsrichtung orientierten Verstärkungen
besteht vorteilhaft aus mindestens zwei gleichzeitig spiralförmig gewickelten Verstärkungen.
Hierdurch kann die zum Verlegen der Lage erforderliche Zeit vermindert
werden. Die maximale Anzahl an Verstärkungen, die gleichzeitig gewickelt
werden können,
ist höchstens
vier.
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Vorteilhaft
weist die umlaufende Rille des erfindungsgemäßen Luftreifens eine axiale
Breite von 3,5 mm oder darüber
auf.
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Nach
einer besonderen Ausführungsform
ist der Laufstreifen des Luftreifens zumindest in einem gegebenen
axialen Bereich des Schei tels in direktem Kontakt mit den in Umfangsrichtung
ausgerichteten Verstärkungen.
Dadurch wird die Konfektionierung des Luftreifens einfacher, da
die Anzahl der anzubringenden Produkte kleiner ist. Wenn der Laufstreifen eine
erste Mischung enthält,
die mit dem Boden in Kontakt kommen soll, und eine Unterplatte,
die radial unter dieser Mischung angebracht ist, ist die Unterplatte
vorteilhaft in direktem Kontakt mit den in Umfangsrichtung orientierten
Verstärkungen.
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Die
in etwa in Umfangsrichtung ausgerichteten und spiralförmig gewickelten
Drähte
weisen vorteilhaft bei 3 % Verformung eine Festigkeit über 12 cN/tex
und vorzugsweise über
20 cN/tex auf. Die Drähte
haben also bei großen
Deformationen einen großen
Elastizitätsmodul,
so dass die Lage, die sie aufbauen, alle Funktionen erfüllen kann,
insbesondere die Bewehrung des Scheitels bei hoher Geschwindigkeit.
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Die
Verstärkungen
können
einen Anfangsmodul unter 900 cN/tex und vorzugsweise unter 800 cN/tex
aufweisen. Der niedrige Anfangsmodul der Verstärkungen hat den Vorteil, dass
der Komfort des Luftreifens verbessert und seine Abrollgeräusche am Fahrbahnrand
bei niedriger Geschwindigkeit vermindert werden.
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Solche
Verstärkungen
können
aus einer Einheit von mindestens einem Nylonstrang in Kombination
mit mindestens einem Aramidstrang bestehen.
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Im
Folgenden werden mehrere Ausführungsformen
der Erfindung anhand der beigefügten
Zeichnung erläutert,
worin:
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1 einen
halben axialen Schnitt eines erfindungsgemäßen Luftreifens zeigt;
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2 einen
halben axialen Schnitt einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Luftreifens
darstellt;
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3 eine
dritte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Luftreifens
zeigt; und
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4 die
Kraft/Dehnungskurven der drei beschriebenen Verstärkungstypen
zeigt.
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1 zeigt
einen halben schematischen Axialschnitt eines erfindungsgemäßen Luftreifens 1. Dieser
Luftreifen weist einen Scheitel 2 auf, der sich in zwei
Flanken 3 und zwei Wülsten
fortsetzt, die nicht dargestellt sind. Der Scheitel weist eine Karkassenlage 4,
die in bekannter Weise in den beiden Wülsten verankert ist, zwei Verstärkungslagen 5 und 6,
die aus Verstärkungen
gebildet sind, die in jeder Lage parallel und von einer Lage zur
nächsten
gekreuzt verlaufen, wobei sie mit der Umfangsrichtung Winkel (α, β) von etwa
30° bilden,
und eine Lage von in etwa in Umfangsrichtung orientierten Verstärkungen 7 auf.
Die Karkassenlage 4 ist relativ zur Umfangsrichtung in
etwa mit 90° ausgerichtet,
d. h. es handelt sich um eine radiale Karkassenlage.
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Die
Lage aus den in Umfangsrichtung orientierten Verstärkungen 7 setzt
sich aus spiralförmig gewickelten,
textilen Verstärkungen
zusammen, um eine gute Bewehrung des Scheitels 2 zu gewährleisten.
Die Lage kann durch spiralförmiges
Wickeln einer einzigen Verstärkung
gebildet werden, d. h. die Verstärkung
ist nicht in einen Kautschukstreifen eingebettet. Die Verstärkung kann
auch direkt auf die radial direkt darunter angrenzende Kautschukmischung
aufgebracht werden. Vorzugsweise werden gleichzeitig zwei bis vier
Verstärkungen
verlegt. In dem Beispiel der 1 handelt
es sich bei den textilen Verstärkungen
um eine kautschukfreundlich gemachte Litze mit einem Titer von 521
tex, die aus zwei identischen Aramidsträngen von 167 tex, die mit 280
u/m einzeln stark gezwirnt wurden, und einem Nylonstrang von 140
tex gefertigt ist, die mit 280 u/m stark gezwirnt wurde, wobei die
drei Fasern dann gemeinsam in der Gegenrichtung mit 280 u/m gezwirnt werden.
Der anfängliche
Modul dieser Verstärkung ist
740 cN/tex, die Festigkeit unter 3 % Deformation ist 30 cN/tex.
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In 4 ist
eine Kraft-Dehnungs-Kurve dieser Verstärkung (Kurve c) und von zwei
anderen herkömmlichen
Verstärkungen
dargestellt:
- – Kurve a: Nylonverstärkung (2
Nylonstränge
von 441 tex);
- – Kurve
b: Aramidverstärkung
(2 Aramidstränge von
167 tex);
- – Kurve
c: Aramid-Nylon-Verstärkung.
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Die
Nylonverstärkung
(Kurve a) ist eine kautschukfreundlich gemachte Litze mit einem
Titer von 441 tex, die aus 2 identischen, einzeln mit 200 u/m (Umdrehungen/Meter)
stark gezwirnten Nylonsträngen
gebildet wird, die dann zusammen mit 200 u/m in der entgegengesetzten
Richtung gezwirnt wurden. Der anfängliche Modul dieser Verstärkung ist
530 cN/tex, die Festigkeit unter 3 % beträgt 9 cN/tex. Diese Verstärkung besitzt
also bei kleinen und großen Deformationen
einen kleinen Elastizitätsmodul.
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Die
Aramidverstärkung
(Kurve b) ist eine kautschukfreundlich gemachte Litze mit einem
Titer von 376 tex, die aus zwei gleichen Aramidsträngen von
167 tex hergestellt ist, welche einzeln mit 440 u/m stark gezwirnt
und anschließend
zusammen in der umgekehrten Richtung mit 440 u/m gezwirnt wurden.
Der anfängliche
Modul dieser Verstärkung
beträgt
2030 cN/tex, die Festigkeit unter 3 % ist 68 cN/tex. Diese Verstärkung besitzt
einen hohen Elastizitätsmodul.
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Die
in den Kurven b und c dargestellten Verstärkungen haben den Vorteil,
dass sie bei starken Deformationen einen großen Elastizitätsmodul
besitzen, so dass sie sehr wirksam sind, die Scheitel von Luftreifen
zu verstärken,
wobei jedoch die erforderliche Dichte der Verstärkungen beschränkt ist.
Die Aramid-Nylon-Verstärkung
besitzt auch einen niedrigen Anfangsmodul, was den Vorteil hat,
dass der Komfort des Luftreifens besser und bei niedriger Geschwindigkeit
seine Fahrgeräusche
am Fahrbahnrand geringer sind.
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Der
Luftreifen 1 weist in seinem in 1 dargestellten
halben axialen Querschnitt drei Rillen 8 auf, eine zentrale
Rille und zwei seitliche Rillen. Die Rillen 8 sind umlaufende
Rillen mit axialen Breiten von L, L' bzw. L''.
Die axiale Breite der drei Rillen ist größer als 3,5 mm. In 1 ist
zu sehen, dass in den ringförmigen
Bereichen C, B bzw. A nur eine einzige Verstärkung der Verstärkungslage 7 vorhanden
ist. Dadurch kann die Gefahr der Güteverminderung dieser Verstärkung in
den empfindlichen Bereichen vermindert werden.
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In 2 ist
ein halber axialer Schnitt eines erfindungsgemäßen Luftreifens 10 dargestellt.
Gemäß dieser
Ausführungsform
ist der Laufstreifen 11 in direktem Kontakt mit den Verstärkungen
der Lage 7. Dies bedeutet, dass die Kautschukmischung,
die den Laufstreifen 11 bildet, durch Aufbringen eines Streifens
direkt auf die umlaufenden Verstärkungen aufgerollt
wird, ohne dass irgendein Verbindungsgummi dazwischen angebracht
wird. Dies erleichtert die Herstellung des Luftreifens, da die Anzahl
der verschiedenen, aufzulegenden Produkte sowie die für die Herstellung
erforderliche Zeit vermindert werden.
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Im
Falle eines Hybrids 167·167·140 von
100 f/dm (der Verlegungsabstand beträgt als 1 mm) läuft diese
Anordnung darauf hinaus, dass unter jeder umlaufenden Rille 4 bis 5 Verstärkungen
fehlen. Aufgrund des hohen Moduls ist die Restspannung aufgrund
der Zentrifugalkraft sehr gering.
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In 3 weist
der Luftreifen 20 zwischen dem Laufstreifen 11 und
der Lage der in Umfangsrichtung orientierten Verstärkungen 7 eine
Unterplatte 22 auf. Diese Unterplatte 22 wird
direkt auf die Verstärkungen
der Lage 7 aufgebracht.
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Nach
einer ersten Ausführungsform
kann die Fertigung des erfindungsgemäßen Luftreifens vorteilhaft
an einem starren Kern erfolgen, der durch seinen Hohlraum die Form
des Reifens definiert; solche Verfahren sind beispielsweise in
EP 242 840 oder
EP 822 047 beschrieben worden. An diesem
Kern werden in der für
den fertigen Aufbau erforderlichen Reihenfolge alle Bestandteile
des Luftreifens aufgelegt, die direkt an ihrem endgültigen Platz
angebracht werden, ohne dass sie bei der Fertigung angepasst werden.
Die Vulkanisation erfolgt an dem Kern, der erst nach der Vulkanisationsphase
entfernt wird. Für
diese Fertigung können
insbesondere für
das Anbringen der Verstärkungsdrähte der
Karkassenbewehrung die in dem Patent
EP
0 243 851 beschriebenen Vorrichtungen, für das Anbringen
der Scheitelverstärkungen
die in
EP 0 248 301 beschriebenen
Vorrichtungen und für
das Anbringen der Kautschukteile die in
EP 0 264 600 beschriebenen Vorrichtungen
verwendet werden.
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Diese
Art der Herstellung hat den Vorteil, dass die an den Verstärkungen
und insbesondere den mit 0° ausgerichteten
Verstärkungen
bei den herkömmlichen
Formgebungsphasen auftretenden Vorspannungen vermindert oder sogar
beseitigt sind.
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Der
Reifen kann auch an dem Kern zum Teil abgekühlt werden, um die Verstärkungen
in dem beim Anbringen geschaffenen Deformationszustand zu halten.
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In äquivalenter
Weise kann der Luftreifen auch an einer Trommel gefertigt werden,
wie dies beispielsweise in WO 97/47 463 oder
EP 718 090 beschrieben wurde, mit der
Maßgabe,
dass der Reifenrohling geformt wird, bevor die in Umfangsrichtung ausgerichteten
Verstärkungen
angebracht werden.
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Das
Anbringen der in Umfangsrichtung ausgerichteten Verstärkungen
kann auch an einer Form mit einer Geometrie erfolgen, die der vorgegebenen Vulkanisationsform
entspricht. Der Scheitelblock wird dann an dem komplementären Reifenrohling
nach Transferverfahren montiert, die dem Fachmann bekannt sind;
dann wird der Luftreifen wiederum nach bekannten Prinzipien zusammengefügt und durch Füllen einer
Membran im Inneren des Luftreifens unter Druck gesetzt.
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Diese
Art der Herstellung garantiert ebenfalls das Fehlen von Vorspannungen,
die durch das Formen in der Vulkanisationspresse entstehen.
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Mit
allen Ausführungsformen
kann erreicht werden, dass die in Umfangsrichtung ausgerichteten Verstärkungen
mit Verlegungsdurchmessern spiralförmig aufgewickelt werden, die
in dem Luftreifen nach der Vulkanisation über die gesamte Breite des Scheitels
weniger als 0,5 % von den fertigen Durchmessern dieser Verstärkungen
abweichen.