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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Keilrippenriemens, bei dem der Keilrippenriemen auf einer Schneideinrichtung als Ring aus einem schlauchförmigen Keilrippenrohling geschnitten wird.
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Ein solches Verfahren, bei dem der Keilrippenriemen üblicherweise als Ring von einem zylindrischen Keilrippenrohling abgeschnitten wird, dessen Länge also einem Vielfachen der Riemenbreite entspricht, unterscheidet man bei der Herstellung des Keilrippenrohlings im Wesentlichen zwei Verfahren, nämlich das Schleifverfahren und das Formverfahren.
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Beim Schleifverfahren wird ein Keilrippenrohling mit glatter Oberfläche nach der vollständigen Vulkanisation und vor dem Abschneiden der Ringe einer materialabtragenden Bearbeitung (Schleifen) unterzogen, wodurch auf seiner Außenseite, nämlich in den so genannten Unterbau, das Rippenprofil eingebracht wird.
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Demgegenüber wird beim Formverfahren das Rippenprofil des Keilrippenrohlings bereits während der Vulkanisation erzeugt, nämlich durch eine zylindrische Vulkanisationsform, die auf ihrer Innenseite das Negativ des Rippenprofils aufweist, in welches der Keilrippenrohling vor bzw. während der Vulkanisation eingepresst wird.
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Nach ihrer Herstellung weisen die im Form- oder Schleifverfahren hergestellten Keilrippenrohlinge also zunächst auf ihrer Außenseite das Keilrippenprofil auf. Nachdem die einzelnen Ringe vom Keilrippenrohling abgeschnitten sind, werden die Ringe „umgekrempelt“ so dass ihre profilierte Seite auf der Innenseite liegt. Man erhält so den landläufig als Keilrippenriemen bezeichneten Antriebsriemen, der mit seiner profilierten Innenseite komplementär gestaltete Riemenscheiben antreibt und auf dessen Rückseite gegebenenfalls Spannrollen oder weitere Antriebe kraftschlüssig angeschlossen werden.
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen im Formverfahren hergestellten Keilrippenriemen bzw. Keilrippenrohling kleinerer Abmessungen, d.h. mit einem Umfang, der nicht wesentlich über ca. 1400 Millimeter hinausgeht.
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Beim üblichen Formverfahren erfolgt der Aufbau des Keilrippenrohlings auf einer so genannten Riemenaufbautrommel. Mit Blick auf das weitere Fertigungsverfahren und das spätere „Umkrempeln“ muss auf dieser Trommel natürlich zuerst die Rückseite des Riemens aufgebaut werden, nämlich die so genannte Decklage. Letztere kann ein- oder zweischichtig aufgebaut sein und mit verschiedenen Zuschlagstoffen oder Beschichtungen versehen sein.
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Auf diese Decklage wird dann der so genannte „Zugstrang“ aus einem oder mehreren Festigkeitsträgern aufgebracht. Die Festigkeitsträger bestehen üblicherweise aus einem oder mehreren umeinander geschlagenen oder gedrehten Fasern, Fäden oder Corden und werden über die gesamte Breite der Riemen-Aufbautrommel in mehr oder weniger engen Windungen ein oder mehrlagig aufgespult. Im fertigen Riemen sind die Festigkeitsträger für die Zugkraftübertragung maßgeblich und befinden sich dann in den Bereichen zwischen Decklage und dem Unterbau, der nachfolgend beschrieben ist.
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Der so genannte „Unterbau“ oder Grundkörper des Keilrippenriemens, d.h. der Bereich, der später das Rippenprofil und gegebenenfalls noch eine geringe weiter Schichtdicke aufweist, wird auf den Zugstrang aufgetragen. Der Auftrag des Unterbaus erfolgt dabei in Form einer dünnen Platte aus elastomeren Material/Gummi, deren Breite der Länge der Riemen-Aufbautrommel und deren Länge in etwa dem Umfang der Riemen-Aufbautrommel entspricht. Die Enden dieser Platte können in dem noch klebrigen Zustand leicht zusammengefügt werden.
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Als letztes wird oft noch eine Gewebelage aufgetragen, die für den fertigen Keilrippenriemen besonderer Eigenschaften im Profilbereich bereitstellt, beispielsweise zur Geräusch- oder Reibungsminderung beiträgt. Die Gewebelage komplettiert so den Keilrippenrohling.
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Der so entstandene unvulkanisierte Verbund aus Decklage, Zugstrang und Unterbau und ggf. Gewebelage wird dann in die im Durchmesser etwas größere zylindrische Vulkanisationsform so eingebracht, dass der Unterbau bzw. die Gewebelage der mit einem Negativ des Rippenprofils versehenen Innenseite der Vulkanisationsform zugewandt ist. In den inneren Hohlraum der Vulkanisationsform werden sodann eine üblicherweise aus Gummi bestehende Manschette und entsprechende Einrichtungen zur Dehnung der Manschette und zu ihrer Erwärmung eingeführt, üblicherweise Zuführungen und Einrichtungen zur Beaufschlagung der Manschette mit Druckluft und zur Beaufschlagung der üblicherweise doppelwandigen Vulkanisationsform mit heißem Dampf.
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Die Manschette wird dann mit dem heißen Dampf ausgedehnt, legt sich an die Decklage an und presst den gesamten Keilrippenrohling in das umgebende Negativ der Vulkanisationsform, wodurch die äußere Schicht des Keilrippenrohling, nämlich der Unterbau bzw. die Gewebelage, in das Negativ gedrückt und somit mit einem „geformten“ Rippenprofil versehen wird. Hierbei unterliegt der Zugstrang allerdings einer erheblichen Dehnung, wie später noch ausgeführt wird.
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Keilrippenriemen, deren Profil mit einer Gewebelage beschichtet ist, sind außerordentlich vielseitig verwendbar und können durch ihre Gewebelagen-Beschichtung auch auf schwierige Anwendungsfälle optimal angepasst werden. Solche Keilrippenriemen lassen sich aber in sinnvoller Weise nur durch das Formverfahren herstellen, da das Aufbringen einer Gewebelage nach einem Schleifprozess bisher nicht zufriedenstellend gelöst werden konnte.
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Bei der Herstellung nach dem Formverfahren muss der Festigkeitsträger/der Zugstrang eine ausreichende Dehnung zulassen, damit das der Unterbau in das Negativ des Rippenprofils auf der Innenseite der Form eingedrückt und sich das Rippenprofil des Keilrippenrohlings ausbilden kann. Eine in diesem Sinne ausreichende Dehnung weisen beispielsweise Polyesterfasern auf. Seit langer Zeit sind daher Festigkeitsträger im Zugstrang z. B. aus Polyesterfasern, -fäden oder Polyestercorden ausgebildet.
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Heutzutage geht man jedoch mehr und mehr dazu über, andere Materialien mit höherer Festigkeit einzusetzen, wie zum Beispiel Glasfasern oder hochfeste Aramidfasern. Für bestimmte Anwendungsfälle, bei denen Keilrippenriemen hoher Festigkeit und geringer Dehnung gefragt sind, wie zum Beispiel beim Einsatz in einer Start-Stop-Automatik in einem Kraftfahrzeug, ist der Einsatz solcher hochfester Fasern mehr und mehr erforderlich.
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Will man nun aber bei relativ kurzen Keilrippenriemen, wie sie beispielsweise bei einer Start-Stopp-Automatik im Einsatz sind, die Vorteile von Gewebelagen auf dem Profil (Profilbeschichtung), welche eine Herstellung im Formverfahren erfordert, mit dem Einsatz hochfester Fasern kombinieren, so stößt der Fachmann auf erhebliche Schwierigkeiten bzw. eine Zielkonflikt bei der Herstellung solcher kurzer Keilrippenriemen.
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Die oben beschriebene und für das Formverfahren erforderlichen Dehnung des Keilrippenrohling muss nämlich relativ groß sein, damit der Unterbau sich vollständig in das Negativ der zylindrischen Vulkanisationsform einschmiegen und das Profil präzise ausbilden kann. Die Dehnung entspricht in ihrer Größenordnung in etwa der Profiltiefe. Während für das elastomere Material, das noch unvulkanisierte Gummi, die große Dehnung kein Problem darstellt, ist der gewickelte/gespulte Zugstrang hoch belastet und muss daher aus einem Material bestehen, welches eine solche erhebliche Dehnung erlaubt. Üblicherweise besteht deswegen der Zugstrang aus Polyestergarnen.
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Während für Keilrippenrohlinge großen Durchmessers eine solche Dehnung auch mit höherfesten Fasern mit geringerer Dehnfähigkeit als Polyester durchaus möglich ist, entstehen Probleme bei der Herstellung von Keilrippenrohlingen kleineren Durchmessers, d.h. für kurze Keilrippenriemen. Hier ist nämlich die relative Dehnung maßgeblich, das heißt die Dehnung im Verhältnis zum Durchmesser des Keilrippenrohlings. Je kleiner der Durchmesser des Keilrippenrohlings, also je kürzer der später entstehende Riemen, desto größer wird bei in etwa gleich bleibender Profiltiefe die relative Dehnung der Zugstränge während des Einpressens des Unterbaus in das Profil-Negativ der zylindrischen Vulkanisationsform. Der Zugstrang als Festigkeitsträger im Keilrippenriemen müsste also eine hohe relative Dehnung mitmachen, damit die Ausformung nicht behindert wird. Für eine kleine Umfangslänge der Vulkanisationsform muss der Zugstrang aber entsprechend dehnfähig sein. Ein kurzer Riemen kann mit dem Formverfahren daher nicht mit einem hochfesten Zugstrang hergestellt werden, sondern nur mit einem weichen, dehnfähigen Zugstrang.
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Somit stößt man bei der Verwendung von Glasfasern oder Aramidfasern für kurze Keilrippenriemen schnell an die Grenzen des herkömmlichen Herstellungsverfahrens. Ein nachteiliger Effekt kann beispielsweise darin bestehen, dass die Corde bzw. Festigkeitsträger in die Decklagenmischung eindringen und somit die Riemenstruktur, den Riemenaufbau verändern. Insofern ist für kurze Keilrippenriemen bisher nur Polyestergarn als Zugstrang üblich.
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Eine Lösung für dieses Problem zeigt die
DE 10 2013 110 053 A1 . Dort ist ein Antriebsriemens offenbart, dessen Zugstrang Corde aufweist, die aus wenigstens zwei unterschiedlichen Garnen mit jeweils unterschiedlichen Modulen und damit unterschiedlichen Dehnungsverhalten aufgebaut sind, insbesondere aus einem Hochmodulgarn mit geringer Dehnung und einem Niedrigmodulgarn mit hoher Dehnung. Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass jeweils eine sehr gezielte Anpassung der Garne für den Einzelfall getroffen werden muss und dass auch nur bestimmte Bereiche anpassbar sind.
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Für die Erfindung bestand also die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung eines Keilrippenriemens anzugeben, welches das Formverfahren für unter anderem profilbeschichtete kurze Keilrippenriemen mit Zugsträngen aus hochfestem Fasern anwendbar werden lässt.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs. Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Die Erfindung besteht in ihrer allgemeinen Grundlage u.a. darin, das üblicherweise verwendete oben geschilderte einstufige Herstellungsfverfahren, bei dem Unterbauschlauch und Decklagenschlauch miteinander verbunden in einem Schritt mit dem geformten Rippenprofil versehen und vulkanisiert werden, aufzuspalten in ein zweistufiges Verfahren, bei dem die Formung des Keilrippenprofils auf der Außenseite des Unterbauschlauchs separat im Zuge einer Vorformung (pre-forming) erfolgt.
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Dabei ist die Herstellung des Keilrippenrohlings durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet:
- a) ein erster Teilrohling in Form eines Unterbauschlauchs wird so hergestellt bzw. konfektioniert, dass die Enden einer Platte aus unvulkanisiertem elastomeren Material überlappend und mit einem mit über die Dicke der Platte vorzugsweise geneigt ausgebildeten Stoß zusammengefügt werden,
- b) der erste Teilrohling in Form des Unterbauschlauchs wird in eine auf ihrer Innenseite mit dem Negativ eines Keilrippenprofils versehene zylindrische Vulkanisationsform eingebracht, wobei in den inneren Hohlraum des Unterbauschlauchs eine dehnbare schlauchförmige Manschette und Einrichtungen zur Dehnung der Manschette und zur Erwärmung des Unterbauschlauchs eingeführt werden, vorzugsweise Zuführungen und Einrichtungen zur Dehnung und der Manschette mit Druckluft und zur Erwärmung der Vulkanisationsform mit heißem Dampf,
- c) die Manschette wird unter Erwärmung und Druck soweit ausgedehnt, dass der Unterbauschlauch in das umgebende Negativ der Vulkanisationsform nahezu vollständig eingeformt und so mit dem Keilrippenprofil nahezu vollständig versehen wird,
- d) nach der Formung des Keilrippenprofils erfolgt eine Abkühlung, indem eine weitere Erwärmung des Unterbauschlauches beendet wird, ohne das eine Vulkanisation des Unterbauschlauches erfolgt,
- e) auf einer Riemenaufbautrommel wird ein zweiter Teilrohling als Decklagenschlauch konfektioniert, indem eine den späteren Riemenrücken des Keilrippenriemens bildende Decklage aufgebracht wird und auf die Decklage ein Zugstrang aus einem oder mehreren Festigkeitsträgern über die gesamte Breite der Riemenaufbautrommel ein oder mehrlagig aufgespult wird, wobei der Decklagenschlauch (samt Zugstrang) eine Außendurchmesser aufweist, der geringfügig kleiner als der Innendurchmessser des nahezu vollständig eingeformten Unterbauschlauchs ist,
- f) der zweite Teilrohling in Form des Decklagenschlauchs wird von der Riemenaufbautrommel entnommen und nach Entnahme der Manschette aus der zylindrischen Vulkanisationsform in letztere und in den nahezu vollständig eingeformten Unterbauschlauch eingesetzt,
- g) in den inneren Hohlraum des Decklagenschlauchs werden die dehnbare schlauchförmige Manschette und entsprechende Zuführungen und Einrichtungen zur Dehnung der Manschette und des letztere nun umgebenden Gesamtpaketes aus Decklagenschlauch und Unterbauschlauch wieder eingeführt,
- h) die Manschette wird unter Erwärmung und Druck soweit ausgedehnt, dass der Decklagenschlauch und der Unterbauschlauch miteinander verbunden werden und letzterer vollständig in das umgebende Negativ der Vulkanisationsform eingeformt wird,
- i) der Decklagenschlauch und der Unterbauschlauch werden durch weitere Wärme- und Druckzufuhr / Zufuhr von heißem Dampf miteinander vollständig zu einem Keilrippenrohling vulkanisiert,
wonach der Keilrippenrohling aus der Vulkanisationsform entnommen und der Schneideinrichtung zugeführt wird.
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Das erfindungsgemäß zweistufige Verfahren, bei dem das Formverfahren des Unterbauschlauches, durch welches das Keilrippenprofil im Unterbauschlauch nahezu ausgeformt wird, und das Vulkanisations- und Restformverfahren für das Gesamtpaket von Decklagenschlauch und Unterbauschlauch voneinander getrennt sind, führt dazu, dass bei der Formung des Keilrippenprofils am Negativ auf der Innenseite der zylindrischen Vulkanisationsform die dazu erforderlichen Dehnungen nicht bereits auf den Zugstrang übertragen werden. Der Zugstrang befindet sich nämlich auf dem Decklagenschlauch, der erst später, d.h. nach nahezu vollständiger Einformung des Keilrippenprofils, unter Aufbringung einer minimalen Dehnung für die Restformung mit dem Unterbauschlauch verbunden und als Gesamtpaket einer vollständigen Formung und Vulkanisation zugeführt wird.
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Die für den größten Teil des Formverfahrens erforderliche erhebliche relative Dehnung, die in ihrer Größenordnung in etwa der Profiltiefe entspricht, muss also nicht durch den Zugstrang aufgenommen werden, sondern lediglich durch den Unterbauschlauch.
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Der Zugstrang, der sich ja auf der Außenseite des nach der Formung des Unterbauschlauchs in Letzteren eingesetzten Decklagenschlauchs befindet, braucht dann nur noch eine Minimaldehnung aufzunehmen, die für die Verbindung des Decklagenschlauchs mit dem Unterbauschlauch und für die Restformung erforderlich ist. Die Größenordnung dieser „Minimaldehnung“ kann bei der Konfektion leicht dadurch beeinflusst werden, dass der Außendurchmesser des Decklagenschlauches möglichst nah an den Innendurchmesser des Unterbauschlauchs herankommt, der nach Einformung des Keilrippenprofils entsteht. Der Außendurchmesser des Decklagenschlauchs wird also so gewählt, das Letzterer gerade noch ohne Schwierigkeiten in den Unterbauschlauch in der Vulkanisationsform einsetzbar ist.
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Der große Vorteil dieses zweistufigen Verfahrens besteht darin, dass bei entsprechender Auslegung auch Zugstränge aus Aramid- oder Glasfasern eingesetzt werden können. Damit können durch dieses erfindungsgemäße Verfahren Keilrippenrohlinge kleiner Durchmesser, also letztlich sehr kurze Keilrippenriemen, mit allen Vorteilen des Formverfahrens hergestellt werden, ohne dass es mit der relativen Dehnung des Zugstrangs Probleme gibt. Damit können alle Vorteile des Formverfahrens, wie beispielsweise gezielte und angepasste Profilbeschichtung durch Gewebelagen etc., auch für kurze, hoch beanspruchte Keilrippenriemen angewendet werden.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass darin, dass die Festigkeitsträger des Zugstrangs aus Fasern oder Garnen niedriger Dehnung, vorzugsweise aus Glasfasern oder Aramidfasern bestehen. Wie bereits oben dargestellt, lassen sich so hochfeste kurze Keilrippenriemen mit einem sehr niedrigen Dehnungsmodul herstellen, beispielsweise für hohe Beanspruchungen in einer Start-Stopp-Automatik eines Kraftfahrzeugs. Ein niedriger Dehnungsmodul ist in solchen Anwendungen unbedingt notwendig, um Schlupferscheinungen oder Übertragungsverzögerungen im Startbetrieb zu vermeiden
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Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass auf der Außenseite des ersten Teilrohlings bzw. Unterbauschlauchs eine weitere Schicht aufgetragen wird, vorzugsweise eine Gewebelage zur Bereitstellung besonderer Profileigenschaften. Durch den Auftrag einer solchen Schicht können die Eigenschaften im Betrieb des Keilrippenriemens beeinflusst werden. So sind beispielsweise Gewebelagen geeignet, die Reibungseigenschaften eines solchen Keilrippenriemens und damit auch die Geräuscheigenschaften positiv zu beeinflussen. Für besondere Anwendungsfälle lassen sich auch beispielsweise Polyethylenbeschichtungen oder andere reibungsminimierende Schichten aufbringen.
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Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass auf der Innenseite des ersten Teilrohlings bzw. Unterbauschlauchs eine weitere Schicht aufgetragen wird, vorzugsweise eine Trennfolie oder eine trennmittelundurchlässige Schutzfolie. Eine solche Schicht bringt Vorteile im weiteren erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren dadurch, dass Trennmittel, die eventuell auf die in die zylindrischen Vulkanisationsform eingebrachte Manschette aufgebracht werden, nicht in das Material des Unterbauschlauchs einbringen können. Die Trennfolie oder trennmittelundurchlässige Schutzfolie / Beschichtung wird dann vor Einbringen des Decklagenschlauchs wieder entfernt.
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Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass der erste Teilrohling in Form eines Unterbauschlauchs auf einem von der Riemenaufbautrommel getrennten Tisch hergestellt wird, wobei der Stoß vorzugsweise mit einer Presseinrichtung zusammengefügt wird. Hierdurch kann eine Parallelfertigung von Unterbauschlauch und Decklagenschlauch erfolgen, so dass der Herstellungsprozess insgesamt beschleunigt wird.
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Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass die Decklage des zweiten Teilrohlings auf einem von der Riemenaufbautrommel getrennten Tisch hergestellt und dann auf die Riemenaufbautrommel aufgebracht wird, wo dann die Festigkeitsträger aufgespult werden. Auch dieser Ausbildung dient der Anpassung des Fertigungsflusses durch weiteres Aufteilen der Fertigung in einzelne kürzere Fertigungsschritte.
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Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass während des Aufspulens des Zugstrangs die Festigkeitsträger mit einer Lösung versehen werden, vorzugsweise durchflussgeregelt besprüht werden, welche eine Verbindung zwischen Decklage und Zugstrang bewirkt. Dabei handelt es sich oft um einen so genannten „Dip“ durch den die Haftung und Verbindung des Zugstrangs mit der umgebenden Materialmatrix erhöht wird.
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Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass der Umfang des ersten Teilrohlings oder des nahezu vollständig eingeformten Unterbauschlauchs kleiner als 1400 mm ist, vorzugsweise kleiner als 1200 mm ist. Dadurch entstehen nach dem Abschnitt der einzelnen Keilrippenriemen vom Keilrippenrohling kurze Keilrippenriemen mit hochfestem Fasern und geringster Dehnung zur Anwendung in hochbelasteten Antrieben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013110053 A1 [0020]