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Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugluftreifen mit einem Laufstreifen, zumindest einem im Laufstreifen angeordneten sich bis zur Laufstreifenaußenfläche erstreckenden und mit der Felge in elektrisch leitfähiger Verbindung stehenden elektrisch leitfähigen Element, einem Gürtelverband mit zumindest zwei Gürtellagen und einer diesen zumindest abschnittsweise bedeckenden Gürtelbandage, welche aus zumindest einem Bandagestreifen als Spulbandage gefertigt ist, welcher aus in Gummimaterial eingebetteten Festigkeitsträgern besteht und eine dem Gürtelverband zugewandte Innenseite und eine Außenseite aufweist.
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Es ist bekannt und üblich, in Fahrzeugluftreifen aus Gürtellagen bestehende Gürtelverbände mit einer Gürtelbandage zu bedecken, was insbesondere zur mechanischen Stabilisierung des Gürtelverbandes beiträgt. Die Gürtelbandage kann beispielsweise als Spulbandage ausgeführt sein, welche durch ein- oder zweilagiges Spulen von Bandagestreifen auf die radial äußerste Gürtellage gefertigt wird. Die Bandagestreifen und demnach auch die fertige Gürtelbandage bestehen aus in Gummi eingebetteten Festigkeitsträgern, welche beispielsweise aus Polyethylentherephtalat, Polyamid, Aramid und in Sonderfällen auch aus Stahl gefertigt sind.
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Zur Reduzierung des Rollwiderstandes ist es üblich, aus Gummi bestehende Reifenbauteile, wie beispielsweise den Laufstreifen und die Seitenwände aus mit Silica (Kieselsäure) gefüllten Kautschukmischungen zu fertigen. Die elektrische Leitfähigkeit ist auch bei jenen Reifenbauteilen zu gering, welche aus einer eine sehr geringe Menge an Ruß oder aus einer Ruß mit einer kleinen BET-Oberfläche enthaltenden Kautschukmischung gefertigt sind.
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Aus derartigen Kautschukmischungen gefertigtes Gummimaterial weist jedoch einen derart hohen elektrischen Widerstand auf, dass die betreffenden Reifenbauteile elektrisch nicht mehr leitfähig sind, sodass entsprechende Maßnahmen zur Ableitung der beim Fahren auftretenden elektrostatischen Aufladungen getroffen werden müssen.
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Ein Reifen der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der
DE 10 2013 109 972 A1 bekannt. Der Gürtelverband des Reifens ist mit einer in axialer Richtung zwei Bandagenlagenteile aufweisende Gürtelbandage bedeckt. Eines der Bandagenlagenteile ist elektrisch leitfähig und verläuft zwischen einem sich bis zur Laufstreifenaußenfläche erstreckenden elektrisch leitfähigen Laufstreifenteil, insbesondere einem Carbon-Center-Beam, und einer elektrisch leitfähigen Seitenwandpassage, insbesondere einem elektrisch leitfähigen Abschnitt der Karkasseinlage, welche mit der Felge in elektrisch leitfähiger Verbindung steht. Derartige aus elektrisch leitfähigem Gummi bestehende Bandagenlagenteile wirken sich wegen des hohen Rußgehaltes der ihnen zugrundliegenden Kautschukmischung sowohl nachteilig auf die Haltbarkeit des Gürtelverbandes sowie insbesondere auch nachteilig auf den Rollwiderstand des Reifens aus. Ferner ist die Fertigung einer in axialer Richtung mehrteiligen Bandagenlage mit größerem apparativem Aufwand verbunden.
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Elektrisch leitfähige Seitenwandpassagen sind beispielsweise aus der
DE 10 2008 058 881 A1 , welche eine sich mäanderförimg in der Reifenschulter erstreckende elektrisch leitfähige Gummischicht offenbart, und der
JP 2009 154608 A , welche einen zwischen der Karkasseinlage und einer der Seitenwände angeordneten elektrisch leitfähigen Gummistreifen offenbart, bekannt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Reifen der eingangs genannten Art zur Reduktion des Rollwiderstandes zumindest einen weiteren Gummimaterial enthaltenden Bauteil aus einer elektrisch nicht leitenden Kautschukmischung mit einem spezifischen elektrischen Widerstand > 1 × 108 Ohm·cm fertigen zu können und dabei auf zweckmäßige Weise die Ableitung elektrostatischer Aufladungen sicherzustellen.
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Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Gummimaterial des Bandagestreifens elektrisch nicht leitfähig ist, wobei die Gürtelbandage mit elektrisch leitfähigen Fäden versehen ist, welche auf der Innenseite eines Bandagestreifens verlaufende Fadenabschnitte, auf der Außenseite eines Bandagestreifens verlaufende Fadenabschnitte und zwischen benachbarten Windungen der Bandagestreifen verlaufende, die Gürtelbandage in radialer Richtung durchsetzende Fadenabschnitte aufweisen.
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Gemäß der Erfindung kann das Gummimaterial der Gürtelbandage aus einer den Rollwiderstand des Reifens senkenden silicagefüllten Kautschukmischung oder aus Kautschukmischungen, die eine sehr geringe Menge an Ruß oder Ruß mit einer kleinen BET-Oberfläche enthalten, gefertigt sind. Dabei ist der bzw. sind die Bandagestreifen und damit die Gürtelbandage derart mit elektrisch leitfähigen Fäden versehen, dass ein radialer Stromdurchgang durch die Gürtelbandage ermöglicht ist. Der Rollwiderstand erfindungsgemäßer Fahrzeugluftreifen ist daher besonders gering, da die Fäden selbst keinen Einfluss auf den Rollwiderstand des Reifens nehmen. Die Herstellung von erfindungsgemäßen Gürtelbandagen ist ferner besonders einfach, da die elektrisch leitfähigen Fäden direkt an der Spulstation der Gürtelbandage aufgebracht werden können.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsvariante ist der Bandagestreifen quer zu seiner Längserstreckung mit zumindest einem Faden umwickelt. Eine derartige Umwicklung ist besonders einfach umzusetzen und gewährleistet auf besonders zuverlässige Weise die Ableitung elektrostatischer Aufladungen.
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Die Umwicklung ist vorzugsweise derart ausgeführt, dass auf der Innenseite und auf der Außenseite des Bandagestreifens im Wesentlichen zueinander parallele Wicklungsabschnitte des Fadens bzw. der Fäden verlaufen. Ferner weisen die Wicklungsabschnitte gegenseitige Abstände von insbesondere 5,0 mm bis 20,0 mm auf. Jeder Wicklungsabschnitt verläuft vorzugsweise unter einem Winkel von 5° bis 45°, insbesondere von bis zu 30°, gegenüber der Querrichtung des Bandagestreifens.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist der Bandagestreifen mit einem wellenförmig verlaufenden Faden versehen, welcher ebenfalls auf einfache Weise auf den Bandagestreifen aufgebracht werden kann.
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Bei einer alternativen bevorzugten Ausführungsvariante sind auf dem Bandagestreifen mehrere in Richtung seiner Längserstreckung zueinander versetzte und einander kontaktierende schlaufenförmige elektrisch leitfähige Fäden aufgebracht.
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Bei einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsvariante sind zwei nebeneinander verlaufende, einander kontaktierende Windungsabschnitte des Bandagestreifens mit einem wellenförmig verlaufenden elektrisch leitfähigen Faden versehen, welcher über die aneinander anliegenden Seitenflächen des Bandagestreifens von der Innenseite des einen Windungsabschnittes zur Außenseite des anderen Windungsabschnittes verläuft. Diese Ausführungsvariante erfordert besonders wenig Fadenmaterial realisierbar ist.
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Bei einer alternativen bevorzugten Ausführungsvariante sind zwei nebeneinander verlaufende, einander kontaktierende Windungsabschnitte des Bandagestreifens mit mehreren in Richtung seiner Längserstreckung zueinander versetzten und einander kontaktierenden schlaufenförmigen elektrisch leitfähigen Fäden versehen sind, welche über die aneinander anliegenden Seitenflächen des Bandagestreifens von der Innenseite des einen Windungsabschnittes zur Außenseite des anderen Windungsabschnittes verlaufen.
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Bevorzugter Weise bestehen die Fäden aus elektrisch nicht leitfähige Trägerfäden und einer elektrisch leitfähigen Beschichtung.
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Es eignen sich im Rahmen der Erfindung Fäden mit unterschiedlicher elektrisch leitfähiger Beschichtung. Bevorzugt sind Fäden, deren elektrisch leitfähige Beschichtung elektrisch leitende Partikel, beispielsweise Rußpartikel, Graphitpartikel oder Kohlenstoffnanoröhren, enthält oder deren elektrisch leitfähige Beschichtung aus solchen Partikeln besteht. Die elektrisch leitfähige Beschichtung kann ferner aus einem elastomeren Material, beispielsweise einem Haftvermittler, vorzugsweise einem RFL-Dip, bestehen.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nun anhand der Zeichnung, die schematisch mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung darstellt, näher beschrieben. Dabei zeigen
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1 einen Querschnitt durch eine Hälfte eines Fahrzeugluftreifens im Bereich des Gürtels und des Laufstreifens mit einer Ausführungsform der Erfindung,
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2a bis 6a Draufsichten auf Abschnitte von Bandagestreifen für eine als Spulbandage ausgeführte Gürtelbandage mit unterschiedlichen Ausführungsvarianten der Erfindung und 2b bis 6b zugehörige Schrägansichten der Abschnitte.
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Erfindungsgemäß ausgeführte Fahrzeugluftreifen können Reifen für PKW, Vans, Light-Trucks oder Nutzfahrzeuge sein.
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In 1 sind von den wesentlichen Bauteilen eines für einen PKW vorgesehenen Fahrzeugluftreifens in Radialbauart ein Laufstreifen 1, ein zweilagiger Gürtelverband 2, eine Karkasseinlage 3, eine luftdichte Innenschicht 4 und der radial äußere Bereich einer Seitenwand 5 dargestellt.
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Die Karkasseinlage 3, die Innenschicht 4 und die Seitenwände 5 sowie die nicht gezeigten Wulstbereiche können in an sich bekannter Weise ausgeführt sein, wobei die Gummierung der Karkasseinlage 3 vorzugsweise elektrisch nicht leitfähig ist.
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Der Laufstreifen 1 ist bei der gezeigten Ausführungsvariante als ein rollwiderstandsarmer Monolaufstreifen aus elektrisch nicht leitfähigem Gummimaterial ausgeführt, wobei unter einem elektrisch nicht leitfähigen Gummimaterial ein solches verstanden wird, welches aus einer einen derartigen Anteil an Silica (fein verteilter Kieselsäure) enthaltenden Kautschukmischung gefertigt ist, dass sein spezifischer elektrischer Widerstand > 1 × 108 Ohm·cm beträgt. Der Laufstreifen 1 weist eine in an sich bekannter Weise ausgeführte Profilierung auf, von welcher in 1 lediglich zwei Umfangsrillen 6 zu sehen sind. Alternativ kann der Laufstreifen 1 in radialer Richtung auch zweischichtig aufgebaut sein und sich aus einer die Profilierung enthaltenden Laufstreifencap und einer radial innerhalb der Laufstreifencap verlaufenden Laufstreifenbase zusammensetzen.
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Im Laufstreifen 1 ist zumindest ein den Laufstreifen 1 in radialer Richtung durchsetzendes sich bis zur Laufstreifenaußenfläche erstreckendes elektrisch leitfähiges Element vorgesehen. Bei mehreren Elementen sind diese derart über den Reifenumfang verteilt, dass sich beim Abrollen des Reifens zumindest eines der Elemente in der Reifenaufstandsfläche befindet. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ist lediglich ein einziges Element, ein aus elektrisch leitfähigem Gummimaterial bestehender in Umfangsrichtung umlaufender Carbon-Center-Beam 7 im Laufstreifen 1 eingebaut.
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Der radial innerhalb des Laufstreifens 1 angeordnete Gürtelverband 2 weist eine erste Gürtellage 8 und eine zweite Gürtellage 9 auf und ist mit einer über die Gürtelkanten der beiden Gürtellagen 8, 9 verlaufenden Gürtelbandage 10 bedeckt. Die beiden Gürtellagen 8, 9 bestehen aus in Gummimaterial, welches elektrisch leitfähig oder elektrisch nicht leitfähig ist, eingebetteten Festigkeitsträgern, insbesondere Stahlkorden, welche in an sich bekannter Weise gewinkelt und gekreuzt zueinander verlaufen. Die Gürtelbandage 10 ist eine ein- oder mehrlagige aus zumindest einem Bandagestreifen 10' bis 10''''' (2a bis 6a, 2b bis 6b) gefertigte Spulbandage, wobei die Gürtelbandage 10 beim gezeigten Ausführungsbeispiel einlagig ausgeführt ist.
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In den 2a bis 6a sowie den 2b bis 6b ist jeweils zumindest ein Längsabschnitt des im Querschnitt im Wesentlichen rechteckigen Bandagestreifens 10' bis 10''''' gezeigt. Die Bandagestreifen 10' bis 10''''' bestehen jeweils aus in elektrisch nicht leitfähigem Gummimaterial 10a eingebetteten im Allgemeinen textilen, vorzugsweise aus Nylon gefertigten, Festigkeitsträgern 10b (2b). Die Festigkeitsträger 10b können auch aus Polyethylenterephthalat, Polyamid oder Aramid gefertigt sein, wobei in speziellen Fällen auch Stahlkorde als Festigkeitsträger 10b eingesetzt werden können. Zur Fertigung der Gürtelbandage 10 wird der jeweilige Bandagestreifen 10' bis 10''''' auf die radial äußerste Gürtellage, beim gezeigten Ausführungsbeispiel daher auf die zweite Gürtellage 9, in an sich bekannter Weise ein- oder mehrlagig aufgespult, sodass die Gürtelbandage 10 gebildet wird.
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Gemäß der Erfindung sind die Bandagestreifen 10' bis 10''''' auf spezielle Weise mit elektrisch leitfähigen Fäden 11' bis 11''''' versehen, welche eine elektrisch leitfähige Passage zwischen dem Carbon-Center-Beam 7 und einer vorzugsweise in an sich bekannter Weise ausgeführten elektrisch leitfähigen Seitenwandpassage bilden, die nicht Gegenstand der Erfindung ist und eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen der Laufstreifenaußenfläche und der Felge sicherstellt.
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Der Bandagestreifen 10' bis 10''''' weist eine dem Gürtelverband 2 zugewandte Innenseite 10'a bis 10'''''a und eine dieser gegenüberliegende Außenseite sowie zwei Seitenflächen 10'b bis 10'''''b auf, wobei benachbarte Windungen des Bandagestreifens 10' bis 10''''' im fertig aufgebauten Reifen an den Seitenflächen 10'b bis 10'''''b einander kontaktieren. Die Innenseite 10'a bis 10'''''a ist durch zwei innere Randkanten 10'c bis 10'''''c und die Außenseite ist durch zwei äußere Randkanten 10'd bis 10'''''d begrenzt.
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Bei der in 2a und 2b gezeigten Ausführungsvariante ist der Bandagestreifen 10' mit dem elektrisch leitfähigen Faden 11' quer zur Längserstreckung umwickelt, wobei sowohl auf der Innenseite 10'a als auch auf der Außenseite im Wesentlichen zueinander parallele Wicklungsabschnitte 11'a verlaufen, welche zueinander im Wesentlichen konstante gegenseitige Abstände von beispielsweise 5,0 mm bis 20,0 mm aufweisen. Jeder Wicklungsabschnitt 11'a verläuft gegenüber der Querrichtung unter einem Winkel α (Wicklungssteigung) von 5° bis 45°, insbesondere von bis zu 30°. Alternativ kann der Bandagestreifen 10' mit einer Vielzahl einzelner Fäden umwickelt sein, welche die genannten gegenseitigen Abstände voneinander aufweisen.
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Bei einer weiteren in 3a und 3b gezeigten Ausführungsvariante ist der Bandagestreifen 10'' mit einem elektrisch leitfähigen Faden 11'' versehen, welcher wellenförmig über die die Innenseite 10''a und die beiden Seitenflächen 10''b verläuft, wobei der Faden 11'' über die beiden äußeren Randkanten 10''d geringfügig übersteht bzw. überhängt, sodass der Faden 11'' beim Spulen des Bandagestreifens 10'' derart verdrückt wird, dass im fertigen Reifen auch auf der Außenseite des Bandagestreifens 10'' Fadenabschnitte verlaufen. Der Faden 11'' ist dabei derart aufgelegt, dass im fertigen Reifen benachbarte Windungen des Bandagestreifens 10'' einander kontaktierende Fadenabschnitte aufweisen und der Faden 11'' den Carbon-Center-Beam 7, vorzugsweise vielfach, kontaktiert.
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Bei der Ausführungsvariante in 4a und 4b sind auf dem Bandagestreifen 10''' mehrere in Richtung seiner Längserstreckung zueinander versetzte und einander kontaktierende schlaufenförmige elektrisch leitfähige Fäden 11''' aufgebracht, welche jeweils geringfügig über die beiden äußeren Randkanten 10'''d überstehen bzw. überhängen. Im fertigen Reifen verlaufen daher ebenfalls entsprechende Fadenabschnitte auf der Außenseite des Bandagestreifens 10'''.
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Bei zu 3a und 3b sowie zu 4a und 4b alternativen Ausführungsvarianten ist der elektrisch leitfähige Faden 11'', 11''' an der Außenseite des Bandagestreifens 10'', 10''' angeordnet, wobei der Faden 11'', 11''' über die jeweiligen äußeren Randkanten 10''c, 10'''c übersteht bzw. überhängt und zumindest ein Faden 11'', 11''' den Carbon-Center-Beam 7 kontaktiert.
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In 5a und 5b sind zwei im fertigen Reifen nebeneinander verlaufende, einander kontaktierende Windungsabschnitte des Bandagestreifens 10'''' gezeigt, welche mit einem wellenförmig verlaufenden elektrisch leitfähigen Faden 11'''' versehen sind. Der Faden 11'''' verläuft über die beiden aneinander anliegenden Seitenflächen 10''''b von der Innenseite 10''''a des einen Windungsabschnittes zur Außenseite des anderen Windungsabschnittes, wobei der Faden 11'''' an der äußeren Randkante 10''''d geringfügig übersteht bzw. überhängt. Bei einer bevorzugten Ausführungsvariante steht der Faden 11'''' sowohl an der äußeren Randkante 10''''d des einen Windungsabschnittes als auch an der inneren Randkante 10''''c des anderen Windungsabschnittes über.
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Die in 6a und 6b gezeigte Ausführungsvariante unterscheidet sich von jener in 5a und 5b dadurch, dass mehrere in Richtung der Längserstreckung des Bandagestreifens 10''''' zueinander versetzte und einander kontaktierende schlaufenförmige elektrisch leitfähige Fäden 11''''' aufgebracht sind.
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Die elektrisch leitfähigen Fäden 11' bis 11''''' bestehen bei einer bevorzugten Ausführungsvariante aus einem Trägerfaden aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material, welcher eine äußere Beschichtung bzw. Ummantelung aus einem elektrisch leitenden Material aufweist. Die Trägerfäden können beispielsweise aus Rayon, Polyester, Polyamid oder Aramid bestehen und ein Monofilament, ein Garn oder ein aus mehreren Garnen bestehender Kord sein. Die elektrisch leitende Beschichtung basiert beispielsweise auf einer Latex oder ein anderes Elastomer enthaltenden Suspension, in welcher elektrisch leitfähige Partikel, etwa Rußpartikel oder Graphitpulver, enthalten sind, wodurch die elektrische Leitfähigkeit der Beschichtung gewährleistet ist. Zur Herstellung dieser Beschichtung kann beispielsweise ein Rußpartikel enthaltender herkömmlicher Haftvermittler verwendet werden, der so weit flüssig ist, dass der aus textilem Material bestehende Trägerfaden mittels eines Dip-Vorganges beschichtet werden kann. Verwendet werden kann beispielsweise ein RFL-Dip (Resorcin-Formaldehyd-Latex-Dip), in welchem Rußpartikel, insbesondere N 339-Partikel oder N 121-Partikel eingemischt sind. Der Anteil an elektrisch leitfähigen Partikeln in der Suspension beträgt beispielsweise 10 Gew.-% bis 70 Gew.-%, insbesondere 30 Gew.-% bis 50 Gew.-%. Die elektrisch leitende Beschichtung der Trägerfäden kann auch ausschließlich aus elektrisch leitenden Partikeln, beispielsweise Rußpartikel, Graphitpulver oder Kohlenstoffnanoröhren, bestehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Laufstreifen
- 2
- Gürtelverband
- 3
- Karkasseinlage
- 4
- Innenschicht
- 5
- Seitenwand
- 6
- Umfangsrille
- 7
- Carbon-Center-Beam
- 8, 9
- Gürtellage
- 10
- Gürtelbandage
- 10' bis 10'''''
- Bandagestreifen
- 10a
- Gummimaterial
- 10b
- Festigkeitsträger
- 10'a bis 10'''''a
- Innenseite
- 10'b bis 10'''''b
- Seitenfläche
- 10'c bis 10'''''c
- Randkante
- 10'd bis 10'''''d
- Randkante
- 11' bis 11'''''
- Faden
- 11'a
- Wicklungsabschnitt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013109972 A1 [0005]
- DE 102008058881 A1 [0006]
- JP 2009154608 A [0006]
