CH676103A5 - - Google Patents
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Description
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Beschreibung
Für die Endverbindung von Treibriemen aus Leder, Gummi, Kunststoffen und dergl. sind in der Praxis verschiedene handwerkliche Verfahren bekannt, bei denen es sich um Nähen, Kleben oder aber um mechanische Verbinder (Metallschienen und dergl.) handelt. Sie haben alle zum Ziel, den Verbraucher in bezug auf raschen Einsatz und Lagerhaltung unabhängig zu machen, indem dieser sich jederzeit die benötigte Abmessung ab Vorratsrolie beschaffen kann. Für die moderne Antriebstechnik, wo immer höhere Umfangsgeschwindigkeiten bei kleinen Scheibendurchmessern zum Einsatz kommen, sind diese Verfahren jedoch ungeeignet, weil die strukturelle Veränderung im Endverbindungsbereich zu Schlägen bzw. zu einem unruhigen Lauf führt.
Aus diesem Grund sind Endverbindungsverfahren vorgeschlagen worden, welche diesen Nachteil überwinden sollen. So wurden Treibriemen auf der Basis von thermoplastischen Kunststoffen (Polyvinylchlorid PVC, Polyurethan PUR) entwickelt, bei welchen die Verbindungsenden fingerförmig ausgestanzt ineinandergeschoben und in eine Heizpresse eingelegt werden, wobei das Belagsmaterial im Erweichungsbereich des Kunststoffes (150 - 180°) aufgeschmolzen und verbunden wird. Auch wenn Unfallgefahren bei diesen hohen Arbeitstemperaturen nicht auszuschliessen sind, kann doch durch dieses einfache und schnelle Verfahren eine Verdickung oder Versteifung im Endverbindungsbereich verhindert und eine gute Biegewechselfestigkeit erzielt werden. Allerdings muss eine Festigkeitseinbusse in Kauf genommen werden, da nicht der eigentliche Zugträger, sondern nur der thermoplastische Kunststoff bei solchen Endverbindungen verbunden wird. Endverbindungen dieser Art sind zudem wärmeempfindlich, d.h. ihre Festigkeit nimmt bei Temperaturen weit unter dem Erweichungsbereich des bezüglichen Kunststoffes ab. Zur Überwindung dieses Nachteils ist die Verwendung eines oberen und unteren Verstärkungsgewebes an der Endverbindung bekanntgeworden. Allerdings erfordert das entsprechende Herstellverfahren einen relativ hohen Arbeitsaufwand und der erwartete Erfolg ist nicht gesichert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die erwähnten Nachteile solcher Schmelzverbindungen zu überwinden und zu diesem Zweck als Treibriemen-Ausgangsmaterial ein Poiyamid-Kunststoffmaterial einzusetzen, das bis 150°C wärmebeständig ist. Treibriemen aus einem solchen Kunststoff haben sich in der Praxis dank ihrer hohen Zugfestigkeit, Robustheit und Flexibilität seit Jahren bewährt. Sie mussten allerdings durch Diffusionsklebung endlos verbunden werden, bei der ihre Enden wie in Fig. 1 gezeigt, in einem spitzen Winkel angeschärft oder gemäss Fig. 2 treppenförmig abgestuft werden. Die Enden werden sodann mit einem Kleber versehen, und daraufhin unter Druck und Wärme miteinander ver-schweisst. Fehiverbindungen wegen unsachgemässer Überlappung sind dabei nicht selten aufgetreten. Andererseits ist ein Schmelzvorgang wie etwa bei thermoplastischen Kunststoffen, z.B. PVC oder PUR beim Werkstoff Polyamid (PA) wegen seines hohen Schmelzpunktes nicht möglich und auch der beim Schmelzen auftretende Schrumpfvorgang entfällt.
Um bei einem Polyamid (PA)-Kunststofftreibriemen die Vorteile einer zugfesten, biegefreudigen und relativ hoch wärmebeständigen Endverbindung zu erzielen, schlägt die Erfindung ein einfach durchführbares Endverbindungsverfahren auf der Basis einer Diffusionsverbindung in der Art einer Ver-schweissung vor, das nach der Kennzeichnung des Patentanspruchs 1 definiert ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert. Darin zeigen die
Fig. 1,1a und 2 Vorbereitungsmassnahmen bei bekannten Verfahren für die Verbindung der Enden von Polyamid-Kunststofftreibriemen durch Diffusionsklebung bei Temperaturen von 150 - 180°C,
Fig. 3 und 3a ein Beispiel für die Gestaltung der Enden eines Polyamid-Kunststofftreibriemens bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens,
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Tangentialantriebes von Spindeln in einer Textilmaschine, Fig. 5 eine Einrichtung zur Ermittlung von Störgrössen an Flachriemen-Endverbindungen, insbesondere von Tangentialantriebsriemen für Spindeln,
Fig. 6a, 6b Diagramme über a) Beschleunigungsmessungen an einer herkömmlich gestalteten Endverbindung an einem Polyamid-Treibriemen, und b) die Beziehung zwischen der Anschlagfrequenz der Endverbindung und dem Beschleunigungsmittelwert RMS einer solchen Verbindung, und
Fig. 7a, 7b Diagramme wie aus Fig. 6a, 6b an einem Polyamid-Treibriemen mit einer erfindungsgemäss hergestellten Endverbindung.
Die Fig. 1 und 1a zeigen eine der erwähnten bekannten Arten der Enden-Verbindungen an Polyamid-Kunststofftreibriemen, wobei gegen die Verbindungsenden 1, 2 hin kontinuierlich spitz auslaufende An-schleifungen 1.1 und 2.1 derart angebracht werden, dass nach dem Verkleben über die ganze Verbindungslänge hin die Materialdicke des Riemen-Stammaterials im wesentlichen vorhanden ist. Die Verbindung zwischen den Anschleifungen 1.1, 1.2 im Bereich der Polyamid-Zugschicht erfolgt mittels Diffusionsklebung. Die Länge der Zugschicht-Überlappung bei einem Anschliffwinkel a von etwa 1-1.5° und einer Polyamid-Schichtdicke von ca. 1 mm beträgt ca. 25 mm. Hinzu kommen beidseitig noch je 5-8 mm der Gummi-Textil-Reibschichten 1.2, 2.2, die mit einem Gummikleber, z.B. Gummilösung auf die bezüglichen Abschnitte des jeweiligen Gegen-Endes zu kleben sind. Die übliche Länge einer solchen Verbindung beträgt somit etwa 35-40 mm.
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Der in sich geschlossene Klebe- bzw. Schmelzbereich der aneinanderliegenden Zugschichtzonen einerseits und die Klebebereiche der Gummi-Textil-Reibschichten andererseits ergeben meistens eine nicht-homogene Materialstruktur und daher eine nicht genau definierbare, aber spürbar uneinheitliche Versteifung über den Verbindungsbereich. Dies hat neben einem unregelmässigen Lauf des Riemens zusätzlich Walkarbeit im Verbindungsbereich und somit eine Verkürzung der Lebensdauer des Riemens zur Folge. Es sei diesbezüglich auf die später angeführte Belastbarkeits-Tabelle verwiesen.
Fig. 2 zeigt eine zweite bekannte Art der Enden-Vorbereitung für die Erstellung einer Endverbindung an einem Polyamid-Kunststofftreibriemen, wobei die Verbindungsbereiche der Polyamid-Zugschicht mit treppenstufenförmig reduzierter Dicke gegen das Riemenende hin gestaltet sind. Die Dickenreduktion kann in einer oder mehreren Stufen erfolgen, wobei darauf zu achten ist, dass die Zugschichtdicke über die ganze Verbindungslänge stets gleich der Zugschichtdicke des Riemen-Ausgangsmaterials ist. Darüber hinaus müssen die querlaufenden Stossflächen 3.1,4.1 und 3.2,4.2 paarweise genau parallel zueinander laufen und die Stufen müssen so aufeinander abgestimmt sein, dass nicht nur das Kriterium der Materialdickengleichheit erfüllt ist, sondern auch ihre Längen ein lückenloses Aneinanderstossen der Stossflächen 3.1,4.1 und 3.2,4.2 zulassen.
Die flächigen Überlappungsbereiche 3.3, 4.3 und die Stossflächen 3.1, 3.2 und 4.1, 4.2 ergeben durch die Schmeizverklebung, allenfalls in Verbindung mit zusätzlichen Verstärkungen der Stossberei-che der Gummi-Textil-Reibschichten, eine nicht-homogene Materialstruktur mit einer uneinheitlichen Versteifung über den Verbindungsbereich. Dies hat wiederum neben einem unregelmässigen Lauf des Riemens zusätzlich Walkarbeit im Verbindungsbereich und eine vorzeitige Beschädigung des Riemens zur Folge.
Zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens werden gemäss den Fig. 3 und 3a die beiden Bandenden eines Polyamid-Riemenmaterials 5 und 6 durch Stanzen oder mittels Laser- oder Wasserstrahl so vorbereitet, dass sie sich formschlüssig zusammenfügen lassen. Die Bandenden können an sich verschiedene komplementäre Konturen aufweisen. Als vorteilhaft hat sich indessen erwiesen, wenn sowenig wie möglich zusammenhängende querlaufende Bereiche vorhanden sind. Die in Fig. 3 und 3a gezeigte Zick-zack-Struktur mit einem Flankenwinkel an Fingern 8 von 7 ± 2° zur Riemenlängsachse vermag dieser Bedingung optimal zu entsprechen. Bei einer Riemenbreite B von etwa 5 cm und einer Stossstellenlänge Lz von etwa 8 cm resultieren so insgesamt zehn Fingerzonen 8 mit einer gesamten Klebelänge im Bereich der Zugschicht 7 von etwa 81 cm. Der gesamte Querversatz von 5 cm ist so auf 81 cm Klebelänge verteilt, so dass pro cm Klebelänge eine «Steigung» von 0,062 cm resultiert. Da die Berührungsflächen der einzelnen Finger 8 senkrecht zur Riemenfläche stehen, ergibt sich eine Kontakt- bzw. Klebezone, die etwa das sechzehnfache des Zugschichtquerschnittes ausmacht. Auf diese Weise vorbereitete Polyamidriemen-Bandenden sind in der Lage, die durch den betriebsmässigen Riemenzug und die Scheibenbombierung an der Klebefuge auftretenden Belastungen sicher aufzufangen.
Bei dieser Art der Endverbindungsvorbereitung wird eine allenfalls auf der Polyamid-(PA)-Zug-schicht ein- oder beidseitig vorhandene Gummi-Gewebe-Reibschicht konturgenau mitgeschnitten. Die Verklebung der Ränder erfolgt später gemeinsam mit der Zugschicht. Als zweckmässige Variante der Verbindungsvorbereitung hat sich erwiesen, die Gummi-Gewebe-Schicht auf beiden Endbereichen und beidseits der PA-Zugschicht vor dem Stanzen der Zick-zack-Kontur allein in der PA-Zugschicht, abzuschälen. Die von der Zugschicht abgelösten Gummi-Gewebeiappen werden dann so beschnitten, dass die in Riemenlaufrichtung vorn- oder hintenliegenden Lappen beim Wiederauflegen auf der fertigen Zugschicht-Endverbindung letztere ganz überdecken und ein schräg-querlaufender Stoss mit dem zurückgeschnittenen Gummi-Gewebelappen des andern Riemen-Endes resultiert. Das Aufkleben der abgeschälten Gummi-Gewebeschicht mittels eines Klebe- oder Lösungsmittels unter Anwendung von Druck und Wärme erfolgt nach Fertigstellung der Endverbindung an der PA-Zugschicht.
Die Vorteile eines solchen, an sich aufwendigen Schäl- und Wiederbelegungsvorganges sind indessen erheblich: die Gummi-Gewebe-Schicht ist praktisch unverletzt, so dass eine grössere Querfestigkeit im Verbindungsbereich resultiert. Ausserdem ist der Verbindungsbereich durch die Gummi-Gewebe-Schicht geschützt.
Nach der so getroffenen Vorbereitung der Bandenden wird deren senkrecht zur Bandebene stehende Kontaktffäche 7 mit einer Resorcin- oder Kresol-Lösung oder Ameisensäure oder Mischungen derselben mittels Pinsel, Spachtel, durch Spritzen oder Tauchen versehen, wobei die Resorcin-Lösung die Polyamid-Oberfläche anlöst. Anschliessend werden die Bandenden kräftig zusammengestossen, mittels einer Klemmvorrichtung quer zur Riemenlängsrichtung zusammengepresst und in dieser Position fixiert. Die derart fixierten Bandenden werden sodann auf bekannte Weise in eine Heizpresse gelegt und während 5 bis 20 Minuten einer Wärmebehandlung bei 100°C und 0,5 bis 3 bar Druck unterzogen. Danach kann der nun fertige Treibriemen ausgeformt und nach kurzer Abkühlung auf Raumtemperatur eingesetzt werden. Das Verschweissen bei nur 100°C stellt sicher, dass allfällige Gummi-Reibschichten im Verbindungsbereich nicht zerstört und deren Ränder im gleichen Arbeitsgang zuverlässig mit dem angelösten Polyamidmaterial verbunden werden.
Die auf diese Weise mit geringem Zeitaufwand und auf eine durch Einrichtungsmittel fast zwangsläufig vorgegebene Arbeitsweise herstellbare Endverbindungen an einem Polyamid-Kunststofftreibriemen zeigt eine optimale Homogenität im Verbindungsbereich. Die Arbeitsweise gestattet, dass die Verbindung selbst durch Hilfspersonal zuverlässig herstellbar ist.
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Die beschriebene Endverbindung zeichnet sich durch hervorragende Biegewechselfestigkeit bei Betriebstemperaturen bis 150°C aus. Dadurch erweitert sich der Einsatzbereich von Polyamid-Kunststofftreibriemen erheblich.
Die nachstehenden Untersuchungsergebnisse stellen die wesentlichen Vorteile der erfindungsge-mäss hergestellten Polyamid-Kunststofftreibriemen heraus. In der folgenden Tabelle sind auf einer Labortestanlage an zwei nicht erfindungsgemäss und einer erfindungsgemäss hergestellten Riemenverbindungen erzielte Betriebsdaten angeführt.
Gegenüberstellung der verschiedenen Endverbindunaen
Gegenüberstellung der verschiedenen Endverbindungen
Prüfobjekt max. Betriebs
Laufzeit/Lebensdauer
temperatur
(forcierte Betriebsweise)
Treibriemen auf Basis thermoplastischer Kunststoffe. End
60°C
140 Std.
verbindung fingerförmig ausgestanzt (wie Fig. 3), ineinander-
gelegt und Thermoplast-verschweisst
Triebriemen auf Basis Polyamid (PA), Endverbindung in be
150°C
100Std.
stimmtem Winkel angeschärft (Fig. 1a) odertreppenförmig
abgestuft (Fig. 2) und mittels Diffusionsklebung endlos ver
bunden
Erfindungsgemäss hergestellte Endverbindung, fingerförmig
150°C
140 Std.
ausgestanzt (Fig. 3) und mittels Diffusionsklebung endlos
verbunden
Eine bevorzugte Anwendung für einen erfindungsgemäss hergesteilten-Polyamid-Kunststofftreibrie-men sind Tangentialantriebe von Spindeln in Textilmaschinen (Spinnmaschinen). Fig. 4 zeigt einen solchen Tangentialantrieb in schematischer Darstellungsweise. Mehrere hundert in einer Reihe angeordnete Spindeln 9 werden von einem einzigen Riemen 10, welcher die Spindeln praktisch nur tangential berührt, angetrieben. Anpressrolien 11 sorgen dafür, dass der Riemen 10 stets mit den Spindeln 9 in Antriebsverbindung steht. Die Riemengeschwindigkeit liegt bei etwa 40 m/s.
Es ist offensichtlich, dass Unregelmässigkeiten im Riemen, beispielsweise im Bereich von Riemenverbindungen, mit relativ viel Energie auf die Spindeln und Anpressrollen einwirken können. Die dabei auftretenden Schlagbeanspruchungen wirken sich sowohl auf die Lebensdauer der Spindellagerungen als auch auf die Lebensdauer des Riemens nachteilig aus. Ausserdem ist auch die Lärmerzeugung der Maschine von solchen Schlagbeanspruchungen abhängig. Treibriemen mit möglichst homogenen Endverbindungen sind für solche Antriebsvorrichtungen daher von wesentlicher Bedeutung.
Fig. 5 zeigt in schematischer Darstellungsweise eine Prüfeinrichtung für die Ermittlung von Störgrös-sen an Riemenverbindungen. Ein mittels einer (nicht gezeigten) Antriebsvorrichtung angetriebener Flachtreibriemen 12 läuft über Umlenkrollen 13 und treibt Tangentialspindeln 14 an, die in Spindellagern 15 gelagert sind. Ein Frequenzanaiysator 18, welcher Signale eines Beschleunigungssensors 16, der mit einem ausgewählten Spindellager 15 verbunden ist, liefert über eine von einem optischen Trigger 17 erfas-ste Riemenstrecke eine Aufzeichnung 19a der Beschleunigungswerte [m/s2] über einen kritischen Zeitbereich und ein Frequenz-Analysediagramm 19b des Beschleunigungswertes über eine Zeitzone mit dem höchsten Ausschlag (Riemenverbindungs-Störsignal) der Beschleunigungswerte. Dieser kritische Zeitbereich schliesst den Vorbeilauf der Riemen-Verbindungsstelle an der Spindel 14 ein, an deren Lager 15 der Beschleunigungssensor 16 angebracht ist.
Mit anderen Worten: der optische Trigger steuert den Analysator 18 immer dann an, wenn ein die Verbindungsstelle enthaltender Riemenbereich die Messspindel passiert. Die Frequenzanalyse umfasst eine diskrete Fouriertransformation über die Beschleunigungs-Aufzeichnungszone mit dem Riemenverbindungs-Störsignal, und ein Diagramm des Beschleunigungsmittelwertes (RMS-Wert) als Funktion der Frequenz zu bilden. Dieses Diagramm zu erhalten ist deshalb sinnvoll, weil die Amplituden im Diagramm proportional zur freigesetzten Energie des Schlags auf die Spindel zunehmen.
In den Diagrammen nach Fig. 6a und 6b sind die Beschleunigungswerte (m/s2) in Funktion der Zeit (ms) bzw. die Frequenz (Hz) in Funktion des Beschleunigungsmittelwertes (RMS) in m/s2 für eine Riemen-Endverbindung der in Fig. 1 gezeigten Art dargestellt. Die Diagrammstrecken A und B in Fig. 6a entsprechen den homogenen Riemenmaterial mit Beschleunigungswerten von 5-10 m/s2 beidseits einer Störungszone C mit bis auf ca. 30 m/s2 ansteigenden Beschleunigungswerten. In etwa Längenmitte der Zone C befindet sich ein Ausschlag D von ca. 40 m/s2 im Bereich der Riemenverbindung mit benachbarten Amplituden von -26 bis +35 m/s2. Aus dem Frequenzdiagramm nach Fig. 6b sind ausgeprägte Spitzen E und F bei etwa 1000 bzw. 2000 Hz und Beschleunigungs-Mittelwerten von etwa 0,14 und etwa 0,16 m/s2. Der Spitzenwert im Frequenzbereich 2500-3000 Hz beträgt etwa 0,1 m/s2.
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CH 676 103 A5
Die entsprechenden Diagramme für eine erfindungsgemäss hergestellte Endverbindung an einem Polyamid-Kunststofftreibriemen sind in den Fig. 7a und 7b dargestellt. Während die homogenem Riemenmaterial entsprechenden Diagrammstrecken Ai und Bi im wesentlichen gleich hohe Beschleunigungs-Ampli-tudenwerte (5 bis 10 m/s2) wie die Fig. 6a für einen Treibriemen mit herkömmlicher Riemenverbindung aufweisen, fehlt eine ausgesprochene Störungszone entsprechend der Störungszone C nach Fig. 6a. Die Riemen-Endverbindung ist durch einen Ausschlag Di mit einem Beschleunigungswert von etwa 20 m/s2 markiert. Das Frequenzdiagramm nach Fig. 7b zeigt bei den Vergleichsfrequenzen 1000 und 2000 Hz (Fig. 6b) Beschleunigungs-Mittelwerte (RMS) von etwa Ei = 0,04 und Fi = 0,08 m/s2 mit einem Spitzenwert von etwa 0,09 m/s2 bei etwa 1700 Hz. Der durchschnittliche Beschleunigungsmittelwert im Bereich 2500-3000 Hz beträgt noch etwa 0,03 m/s2.
Der Vergleich der Diagramme aus den Fig. 6a und 7a zeigt für die erfindungsgemäss hergestellte Endverbindung an einem Polyamid-Treibriemen einen um etwa 50% geringeren Beschleunigungs-Ausschlag gegenüber einem herkömmlich gefertigten Polyamidriemen, und das Fehlen einer ausgeprägten Störungszone im Nahbereich der Endverbindung. Bei den Frequenzdiagrammen resultieren für den erfindungsgemäss hergestellten Polyamidtreibriemen für die Frequenzmarken 1000 und 2000 Hz Beschleunigungsmittelwerte, die im Bereich von 1/3 (1000 Hz) und 1/2 (2000 Hz) der Werte bei herkömmlichen Verbindungen liegen. Für den Bereich 2500-3000 Hz resultierte ebenfalls ein nur noch 1/3 des herkömmlichen Wertes betragender Beschleunigungs-Mittelwert.
Aus diesem Diagrammvergleich kann gefolgert werden, dass ein Polyamid-Treibriemen mit einer erfindungsgemäss hergestellten Endverbindung im Bereich dieser Endverbindung einen Energiestoss auf die Spindel erzeugt, der nur etwa halb so gross ist wie derjenige einer konventionellen Endverbindung. Die Lebensdauer der sehr teuern Spindellager kann somit wesentlich erhöht werden.
Claims (4)
1. Verfahren zur Herstellung einer Endverbindung an einem Polyamid-Kunststofftreibriemen aus einem Flachriemen-Bandmaterial, wobei die miteinander zu verbindenden Bandenden zum formschlüssigen Zusammenfügen von komplementären ebenen Flächenkonfigurationen und längs diesen senkrecht zur Bandebene stehenden Kontaktflächen (7) vorbereitet werden, gekennzeichnet durch
- Auftragen einer Resorcin- oder Kresol-Lösung oder Ameisensäure oder Mischungen derselben auf die Kontaktflächen,
- Zusammenstossen der Bandenden zur Erzielung eines innigen Flächenkontaktes im Bereich der Kontaktflächen (7),
- Fixieren der Bandenden mittels einer Klemmvorrichtung und Zusammenpressen der Bandenden quer zur Treibriemen-Längsachse, und
- Einlegen der fixierten Bandenden samt Klemmeinrichtung in eine Heizpresse und Verkleben der Kontaktflächen bei einer Temperatur von etwa 100°C und 0,5-3 bar Druck während 5-20 Minuten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Resorcin- oder Kresol-Lösung oder Ameisensäure oder Mischungen derselben mit Pinsel, Spachtel, Spritzen oder Tauchen auf die Kontaktflächen aufgetragen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorbereiten der Kontaktflächen (7) das Ausschneiden komplementärer Zick-zack-Strukturen an beiden Riemenenden (5, 6) im Bereich der Verbindungssteile des Polyamid-Kunststoffriemens umfasst, wobei spitz zulaufende Finger (8) mit einem Flankenwinkel von 7 ± 2° zur Riemenlängsrichtung gebildet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Flachriemen-Bandmaterial neben einer Polyamid-Zug-schicht ein- oder beidseitig mit einer Gummi-Textil-Reibschicht versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Ausschneiden der komplementären Zickzack-Strukturen wenigstens die eine dieser Reibschichten an beiden Bandenden über mindestens die Verbindungslänge abgelöst wird, und nach dem Erstellen der Zugschicht-Verbindung die abgelösten Reibschichten wieder mit der Zugschicht derart verbunden werden, dass die Reibschicht des einen Bandendes auf die Zugschicht aufgelegt und mit der Reibschicht des andern Bandendes bündig beschnitten wird, und dass die abgelösten Reibschichtflächen wieder mit der Zugschicht verbunden werden.
5
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