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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Luftreifen, welcher
die Stoßwucht von holprigen oder ungepflasterten Straßen
verringert, um den Fahrkomfort zu verbessern, und welcher
sowohl ein verringertes Gewicht als auch einen verringerten
Rollwiderstand aufweisen kann.
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Herkömmlich sind Vierradfahrzeuge und insbesondere kleine
LKWs hauptsächlich in Bezug auf Nutzlast und Erweiterung
ihrer Lebensdauer verbessert worden. Bei einem Reifen ist es
genauso erforderlich die Festigkeit und Steifheit zu
vergrößern, um deren Dauerhaftigkeit weiter zu verbessern, und
so werden Stahlcorde mit einer höheren Festigkeit und
Steifheit in den Gürtelschichten angewendet.
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Ein derartiger Reifen weist eine verbesserte Festigkeit,
einen verbesserten Verschleißwiderstand aber das Problem
eines minderwertigen Fahrkomforts auf.
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Seit kurzem jedoch wird wegen dem zunehmenden Alter der LKW-
Fahrer eine Verbesserung des Fahrkomforts für
Langstreckenfahrt, genauer der Stoßwucht beim Fahren über Spalten auf
einer Betonstraße und entlang einer Kiesstraße, gefordert.
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Andererseits wird, um das Energie sparen in Fahrzeugen zu
unterstützen, eine Verringerung des Gewichts und eine Abnahme
des Rollwiderstandes der Reifen genauso stark gefordert.
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Ein Reifen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist aus der
EP-A-0 335 588 bekannt.
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Es ist daher ein primäres Ziel der Erfindung einen
Luftreifen zu schaffen, dessen Gewicht verringert und der im
Fahrkomfort gegen Stoßwucht verbessert ist, um die beschriebenen
Erfordernisse zu erfüllen.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt ein
Luftreifen eine Karkasse, welche sich von einer Lauffläche
durch Seitenwände zu einem Wulstkern in jedem von zwei
Wülsten erstreckt und um einen Wulstkern herumgeschlagen ist,
eine Gürtelschicht, welche in der Radialrichtung des Reifens
außerhalb der Karkasse und im Laufflächenteil angeordnet
ist, und eine Bandschicht, welche in der Radialrichtung des
Reifens außerhalb der Gürtelschicht angeordnet ist, dadurch
gekennzeichnet, daß die Karkasse wenigstens eine
Karkassenlage aus Hybridcorden mit einem verdrehten
Hochelastizitätsfilament und einem Niederelastizitätsfilament umfaßt, wobei
die Bandschicht wenigstens eine Bandlage umfaßt, welche aus
einem spiralförmig gewickelten, schmalen, bandförmigen
Lagenstreifen mit wenigstens einem Bandcord besteht, welcher in
einem Obergummi eingebettet und unter einem kleinen Winkel
zum Reifenäquator gewickelt ist, und die Breite der
Bandschicht in der Axialrichtung des Reifens das 0,3- bis
0,5-fache der Breite der Gürtelschicht beträgt, wobei sie um
den Reifenäquator herum zentriert ist.
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Die Karkasse ist aus Hybridcorden aus verdrehten
Hochelastizitätsfilamenten und Niederelastizitätsfilamenten
zusammengesetzt. Solch ein Hybridcord, wenn einer Zugkraft ausgesetzt,
dehnt sich von einem in Fig. 3(a) gezeigten Zustand aus,
während sich seine Verdrehung, wie in Fig. 3(b) gezeigt, löst.
Wie schematisch in den Fig. 4(a) und (b) gezeigt, ist das
Hochelastizitätsfilament, welches ursprünglich eine
schraubenförmige Form zeigt, wie ein Filament gerade gerichtet.
Aus diesem Zustand zeigt es seine ihm eigene hohe
Elastizität.
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Durch Verwenden einer derartigen Karkasse mit Hybridcorden
dieses Aufbaus in einem Luftreifen wirkt daher der Reifen
mit einer niedrigen Elastizität auf einer ebenen Straße, wie
beispielsweise einer gepflasterten Straße, oder bei geringer
Last, wodurch der Fahrkomfort verbessert und die
Fahrerermüdung ausgeglichen wird, wohingegen er eine hohe Elastizität
zeigt beim Fahren auf einer sehr holprigen Straße, wie
beispielsweise einer Kiesstraße oder betongepflasterten Straße
mit Verbindungsstellen, und beim Fahren mit voller Last,
wodurch er früh einer hohen Stoßwucht entgegentritt.
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Somit ist es durch Anwenden solcher Hybridcorde in einer
Karkasse möglich, einen Reifen mit den zwei vorstehend
beschriebenen Funktionen zu erhalten, um gegen Stoßwucht sowohl die
Fahrerermüdung bei einer Langstreckenfahrt zu verringern,
als auch den Fahrkomfort aufrechtzuerhalten.
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Wenn die Bandschicht aus einem spiralförmig gewickelten,
schmalen, bandförmigen Lagenstreifen mit einem Bandcord
zusammengesetzt ist, welcher in einem Obergummi eingebettet
und unter einem kleinen Winkel zum Reifenäquator C gewickelt
ist, erstreckt sich der Bandcord auch fortlaufend in der
Umfangsrichtung des Reifens und bildet keine Säume, was den
Fahrkomfort weiter verbessert.
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Zusätzlich beträgt in der Axialrichtung des Reifens die
Breite der Bandschicht das 0,3- bis 0,5-fache der Breite der
Gürtelschicht, wobei sie um den Reifenäquator C herum zentriert
ist. Wenn die Breite kleiner als das 0,3-fache ist,
verschlechtert sich der Fahrkomfort, wenn die Aufstandsfläche
nicht vollständig bedeckt werden kann, und der
Laufflächenteil ist unzureichend in der Steifheit und Dauerhaftigkeit,
wenn die Gürtelschicht unzureichend verstärkt ist.
Andererseits,
wenn sie das 0,5-fache übersteigt, vergrößert sich
das Laufflächengewicht und der Rollwiderstand wird zu groß.
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Somit wird in der Erfindung durch Kombinieren und
Integrieren der vorstehend beschriebenen Komponenten der Fahrkomfort
verbessert und das Gewicht verringert.
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Falls aromatische Polyamidfasern in der Gürtelschicht
verwendet werden, weil die aromatischen Polyamidfasern hohe
Zugfestigkeiten aufweisen, kann die Gürtelschicht durch nur zwei
Gürtellagen gebildet werden, um eine weitere
Gewichtsverringerung zu erreichen.
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Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun
beispielhaft mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben, in denen:
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Fig. 1 eine Schnittansicht ist, die eine
Ausführungsform der Erfindung zeigt,
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Fig. 2 eine abgewickelte Draufsicht ist, welche
Lagen einer Karkasse, eine Gürtelschicht und
eine Bandschicht zeigt,
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Fig. 3(a)
und 3(b) Vorderansichten sind, welche ein Beispiel
eines Hybridcords zeigen,
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Fig. 4(a)
und 4(b) Vorderansichten sind, welche die Dehnung
eines Hochelastizitätsfilamentes zeigen,
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Fig. 5 ein Diagramm ist, welches die Dehnung eines
Hybridcords zeigt,
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Fig. 6 eine perspektivische Ansicht ist, welche ein
Beispiel eines bandförmigen Lagenstreifens
zeigt, und
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Fig. 7 eine Schnittansicht ist, welche die Wicklung
eines bandförmigen Lagenstreifens zeigt.
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Ein Luftreifene 1 umfaßt eine Lauffläche 2, zwei Seitenwände
3, die sich jeweils nach innen in der Axialrichtung des
Reifens von beiden Enden der Lauffläche 2 erstrecken, und zwei
Wülste 4, von denen einer am nach innen weisenden Ende jeder
Seitenwand 3 angeordnet und durch einen Wulstkern 5
verstärkt ist. Der Luftreifen 1 umfaßt auch eine Karkasse 6,
welche sich von der Lauffläche 2 durch die Seitenwände 3
erstreckt und um den Wulstkern 5 von der Innenseite zur
Außenseite in der Axialrichtung des Reifens herumgeschlagen
ist, eine Gürtelschicht 7, welche in der Radialrichtung des
Reifens außerhalb der Karkasse 6 und in der Lauffläche 2
angeordnet ist, und eine Bandschicht 9, welche radial
außerhalb der Gürtelschicht 7 angeordnet ist, wobei sie um den
Reifenäguator C herum zentriert ist. Ein Wulstkernreiter 8
mit einer dreieckigen Form im Schnitt ist radial außerhalb
des Wulstkerns 5 vorgesehen, und ein Wulstband 14 ist im
Wulst 4 vorgesehen, um die äußere Oberfläche des Wulstes 4
abzudecken und somit eine Felgenverschiebung zu verhindern.
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Die Karkasse 6 umfaßt wenigstens eine Karkassenlage, eine
Karkassenlage 6A in dieser Ausführungsform, mit
Karkassencorden 21, welche unter einem Winkel von 60 bis 90 Grad zum
Reifenäquator C geneigt sind.
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Der Karkassencord 21 wird gebildet, wie in Fig. 3(a)
gezeigt, indem ein Hochelastizitätsfilament 30 und ein
Niederelastizitätsfilament 31 miteinander verdreht werden.
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Das Hochelastizitätsfilament 30 ist aus organischer Faser
mit einem Elastizitätsmodul von mehr 1000 kg/mm²,
vorzugsweise 1500 kg/mm², wie aromatische Polyamidfaser, aromatische
Polyesterfaser, Polyvinylalkoholfaser oder Kohlefaser mit
einer Festigkeit von mehr als 15 gm/Denier zusammengesetzt.
Hinsichtlich der Dicke wird eine aromatische Polyamidfaser
mit einem vergleichsweise geringen Durchmesser von 1000 bis
3000 Denier vorzugsweise verwendet.
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Das Niederelastizitätsfilament 31 ist aus organischer Faser
mit einem Elastizitätsmodul von weniger als 1000 kg/mm², wie
Nylonfaser, Polyesterfaser oder Vinylon-Faser
zusammengesetzt. Eine Nylonfaser mit einem Elastizitätsmodul von
weniger als 700 kg/mm² wird vorzugsweise verwendet.
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Ein derartiges hochelastisches Filament 30, ob in einer
Einzahl oder einer Vielzahl, ist vorverdreht und in umgekehrter
Richtung mit einem oder mehreren
Niederelastizitätsfilamenten 31 miteinander verdreht, welche in der gleichen Richtung
vorverdreht sind, wodurch der Hybridcord 21 gebildet wird.
Gleichzeitig kann, wenn eine Vielzahl von
Hochelastizitätsfilamenten 30 und Niederelastizitätsfilamenten 31 verwendet
wird, jedes Filament vorverdreht oder die Vielzahl
miteinander vorverdreht sein. Der Hybridcord 21 kann gebildet
werden, wie in Fig. 3(a) gezeigt, indem jedes
Hochelastizitätsfilament 30 und Niederelastizitätsfilament 31
miteinander verdreht wird oder ein Filament eines der beiden
Filamenttypen und eine Vielzahl des anderen Typs miteinander
verdreht werden.
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Wenn eine Zugkraft auf den Hybridcord 21 aufgebracht wird,
wie in Fig. 3(b) gezeigt, wird dieser gedehnt, wohingegen
die Verdrehung begradigt wird. Wenn er gestreckt ist, wird
die ursprüngliche Verdrehungssteigung P1 des Hybridcords 21
auf die Steigung P2 vergrößert. Diese Dehnung ist
schematisch in den Fig. 4(a), (b) mit Bezug auf das
Hochelastizitätsfilament 30 gezeigt, in welchem das
Hochelastizitätsfilament 30A in einer Schraubenform im Anfangszustand ein
gerades Filament 30B infolge der spezifizierten Dehnung wird. In
diesem Zustand zeigt daher das Hochelastizitätsfilament 30
dann seine eigene intrinsische hohe Elastizität. Somit wird
durch spiralförmiges Vorverdrehen des
Hochelastizitätsfilaments 30 offensichtlich der Niederelastizitätsbereich
relativ großer Dehnung von dem Spiralzustand in Fig. 4(a) bis
zum geraden Zustand in Fig. 4(b), und der
Hochelastizitätsbereich kleiner Dehnung erzeugt, wenn eine weitere Last zum
Zustand in Fig. 4(b) hinzugefügt wird, und der in Fig. 4(b)
gezeigte gerade Zustand bildet einen Kniepunkt V in der
Dehnungs-/Beanspruchungskurve der Fig. 5. Der Kniepunkt
befindet sich dort, wo eine Unstetigkeit zweiter Ordnung in der
Kurve auftritt.
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In dem Hybridcord 21 ist der Kniepunkt V innerhalb 2 bis 7%
Dehnung festgelegt. Wenn der Hybridcord 21 eine verdrehte
Anordnung eines Hochelastizitätsfilaments 30 und eines
Niederelastizitätsfilaments 31 ist, und daher wie in Fig. 3(b)
gezeigt, das Hochelastizitätsfilament 30 und das
Niederelastizitätsfilament 31 selbst dann verdreht sind, wenn eine Last
aufgebracht ist, ist der Kniepunkt V nicht so offensichtlich
im Vergleich mit dem schematischen Fall in den Fig. 4(a) und
(b). Ein Beispiel einer Beanspruchungs-Dehnungskurve des
Hybridcords 21 ist in Fig. 5 gezeigt. In dem Diagramm
bezeichnet die Kurve (a) die Dehnungskurve eines
Niederelastizitätsfilaments 31 aus Nylon mit 1260 d und die Kurve (b) ist
jene eines Hochelastizitätsfilaments 30, welches aus
aromatischem
Polyamid mit 1500 d gefertigt ist. Die Kurve (c) ist
der Hybridcord 21, welcher aus zwei
Hochelastizitätsfilamenten 30 und einem Niederelastizitätsfilament 31 verdreht ist.
Die Kurve (c) , ist zwischen den Kurven (a) und (b)
angeordnet, und der Kniepunkt V wird innerhalb eines Bereiches von
2 bis 7% Dehnung gefunden. In dem Hybridcord 21 ist der
Kniepunkt V als der Schnittpunkt der Kurve (a) und der
Senkrechten definiert, die durch den Kreuzungspunkt X der Tangente
S1, welche die Kurve im Zustand der Null-Dehnung berührt,
und der Tangente S2 verläuft, welche an die Kurve (c) am
Durchbruchpunkt gezeichnet ist.
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Der Hybridcord 21 weist einen Hochelastizitätsbereich auf,
welcher im Bereich vom Kniepunkt V zum Durchbruchspunkt
verläuft, und einen Niederelastizitätsbereich, welcher sich vom
Ursprung bei Null-Dehnung zum Kniepunkt V erstreckt, worin
das Verhältnis EH/EL der Elastizität im
Hochelastizitätsbereich EH zur Elastizität im Niederelastizitätsbereich EL in
einem Bereich von 2 bis 10 liegt. Mit einem solchen
Hybridcord 21 kann durch geeignetes Wählen der Dicke, Menge und
Elastizität der Hochelastitzitätsfilamente und der Dicke,
Menge und Elastizität der Niederelastizitätsfilamente und
durch Einstellen der Verdrehbedingungen, wie des
Filamentwinkels, ein Hybridcord 21 mit dem obigen Bereich vorgesehen
werden, wie in Fig. 7 gezeigt. Die Dehnung des
Hochelastizitätsfilaments 30 kann auch durch Wählen der Zugbehandlung,
welche dem Hoch- oder Niederelastizitätsfilament 30, 31
gegeben wird, gesteuert werden.
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In dieser Ausführungsform ist die Gürtelschicht 7 aus zwei
Gürtellagen zusammengesetzt, eine erste Gürtellage 7A ist
benachbart zur Karkasse 6 und eine zweite Gürtellage 7B ist in
der radialen Richtung außerhalb der ersten Gürtellage 7A
vorgesehen.
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Die ersten und zweiten Gürtellagen 7A und 7B umfassen
Schnittlagen von Gürtelcorden, welche parallel unter einem
Winkel von 5 bis 40 Grad zum Reifenäquator C ausgerichtet
sind, und jeder Gürtelcord der ersten und zweiten
Gürtellagen 7A und 7B ist so orientiert, daß diese sich schneiden.
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Der Gürtelcord wird unter Verwendung einer aromatischen
Polyamidfaser gebildet. Die aromatische Polyamidfaser ist eine
organische Faser mit einer Zugfestigkeit, welche ungefähr
gleich derjenigen von Stahl ist, und zusätzlich ist das
Lagengewicht verringert, weil sie leichter ist, ohne die
Festigkeit im Vergleich zu einer herkömmlichen Gürtellage,
welche Stahlcorde verwendet, zu verringern, was zu einer
Gewichtsverringerung im Reifen beiträgt.
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Die Bandschicht 9 ist aus wenigstens einer Bandlage, in
dieser Ausführungsform zwei Lagen 9A, 9B, zusammengesetzt. Die
Bandlagen 9A und 9B sind durch spiralförmiges Wickeln eines
langen und schmalen, bandförmigen Lagenstreifens 10 auf der
Gürtelschicht 7 unter einem kleinen Winkel von 5 Grad oder
weniger zum Reifenäquator C gebildet.
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Der bandförmige Lagenstreifen 10 umfaßt eine oder mehrere,
in dieser Ausführungsform zwei, Bandcorde 11, welche in
paralleler Ausrichtung in einem Obergummi 12 eingebettet sind,
und die Bandcorde 11 sind in dieser Ausführungsform aus
Nylonfasern niedriger Elastizität gefertigt.
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Somit weist der bandförmige Lagenstreifen 10 durch Verwenden
von Nylonfasern für die Bandcorde 11 einen vergrößerten
Betrag elastischer Dehnung auf, und, indem er auf die
Gürtelschicht 7 gewickelt wird, wird die Gürtelschicht 7 schmal
gehalten, wodurch die Steifheit des Laufflächenteils 2 durch
eine gemeinsame Wirkung der Bandschicht 10 und der
Gürtelschicht 7 aufrechterhalten wird.
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In dieser Ausführungsform weisen die inneren und äußeren
Bandlagen 9A und 9B dieselbe Breite W1 auf, welche das
0,3bis 0,5-fache der Breite W2 der Gürtelschicht 7 beträgt. Die
innere Bandlage 9A ist spiralförmig auf dem äußeren Umfang
der Gürtellage 7 von dem einen der Bandenden P auf der Seite
des einen Laufflächenrandes E1 über den Reifenäguator C
hinaus zu dem anderen Bandende Q auf der Seite des anderen
Laufflächenrandes E2 gewickelt. Die äußere Bandlage 9B ist
auf ein Bandende P zu von dem anderen Bandende Q gewickelt.
In dieser Ausführungsform ist der bandförmige Lagenstreifen
10 derart gewickelt, wie in Fig. 7 gezeigt, daß ein
Seitenrand 10a in der Nähe des gegenüberliegenden Seitenendes 10a
beim Wickeln überlappt, wodurch verhindert wird, daß der
bandförmige Lagenstreifen 10 sich insbesondere an den
Bandenden P und Q löst.
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Als Beispiele der Erfindung wurden Reifen (Ausführungsformen
1 und 2) der Größe 195/60VR14, wie in Fig. 1 gezeigt und in
Tabelle 1 spezifiziert, gefertigt. Diese Beispielreifen 1
und 2 wurden dann getestet. Mittels Vergleich wurde ein
Reifen mit einem herkömmlichen Aufbau (Vergleichsbeispiel)
auf ähnliche Weise getestet.
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Die Testbedingungen waren wie folgt:
1) Reifengewicht
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Das Reifengewicht wurde gemessen und das Ergebnis durch
einen Index gezeigt, wobei der Index des Vergleichsbeispiels
bei 100 festgelegt wurde.
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Die kleinere Zahl zeigt ein leichteres Reifengewicht.
2) Rollwiderstand
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Die Reifen wurden unter Verwendung einer
Rollwiderstandstestvorrichtung gemessen und die Ergebnisse durch
einen Index gezeigt, wobei der Index des Vergleichsbeispiels
bei 100 festgelegt wurde. Die kleinere Zahl zeigt einen
kleineren Rollwiderstand.
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Als ein Ergebnis der Tests wurde bestätigt, daß die
Ausführungsformen ein geringeres Gewicht aufwiesen und der
Rollwiderstand im Vergleich zum Vergleichsbeispiel kleiner war.
TABELLE 1
AUSFÜHUNGFORM
VERGLEICHSBEISPIEL
KARKASSE LAGENANZAHL
CORDMATERIAL
GÜRTEL LAGENAUFBAU
BAND LAGENAUFBAU
GEWICHT (INDEX)
ROLLWIDERSTAND (INDEX)
AROMATISCHE POLYAMIDFASER
KOMBINIERT MIT NYLONFASER
SCHNITTLAGE
LAGENSTREIFEN SPIRALFÖRMIG GEWICKELT
POLYESTERFASER
STAHLCORD