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Die Erfindung bezieht sich auf ein Gurtband, das ein Gewebe aus Kettfäden und Schussfäden ist.
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Auf aktuellem Stand der Technik bestehen zahlreiche Gitter und Tragwerke in sehr vielen alltäglichen Anwendungen aus Stahl. Wenn diese Tragkonstruktionen besonders mobil sein sollen und extremen Belastungen trotzen müssen, können darin Gurtbänder als Verspannungen eine elegante technische Problemlösung sein.
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Ein sehr häufiges und weithin bekanntes Beispiel sind die quaderförmigen Aufbauten auf der Ladefläche von Lkw und Güterwagen. Sie bestehen aus zwei vertikalen Stirnflächen vorne und hinten, die senkrecht zur Fahrtrichtung orientiert sind und entweder dauerhaft eine feste Platte bilden oder nur während der Fahrt durch massive Schwenktüren verschlossen sind. Die oberen Ecken dieser Stirnflächen sind durch schlanke horizontale Längsprofile miteinander verbunden, sodass sich zwei seitliche und eine obere Öffnung bilden. Die seitlichen Öffnungen werden oft mit flexiblen Side-Curtains und die nach oben weisende Öffnung mit einer ebenfalls flexiblen Dachplane verschlossen. Die Side-Curtains sind an ihrer oberen Längskante und die Dachplane an beiden Längskanten mit Führungselementen, wie z.B. Rollen, versehen, die in Führungen innerhalb der schlanken Längsprofile bewegbar sind. Dadurch können alle drei Planen zum Be- und Entladen zusammen gefaltet werden, so dass fast die gesamte Fläche der Öffnungen für das Laden genutzt werden kann.
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Während der Fahrt schützen die Side-Curtains die Ladung nicht nur vor Witterung und unbefugten Zugriffen von außen, sondern halten auch durch Betriebsunfall lose gewordene und herum fliegende Ladung zurück. Dafür ist in Vorschriften festgelegt, welcher seitlichen Kraft die Side-Curtains im geschlossenem Zustand standhalten müssen. Diese Kräfte werden zu den Rändern der Side-Curtains weitergeleitet. Am unteren Rand leiten Spannhaken die Kräfte in den Rahmen unter der Ladefläche ab. Am oberen Rand fließt die Kraft über die Rollen in die schlanken Längsprofile, die diese Kraft aufnehmen müssen.
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Um Gewicht, beanspruchten Raum und Herstellungskosten zu sparen, sind die Längsprofile so schlank und so elastisch, dass sie sich unter dieser Krafteinwirkung deutlich verformen. Insbesondere wenn die „Querkraft“ eines fliegenden Ladegutes etwa mittig auf den Längsholm trifft, ist das Risiko des Abknickens am größten.
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Zur Reduzierung dieser Belastung beschreibt die
DE 20 2008 008 651 U1 Gurte, Drahtseile oder Ketten, die zwischen den beiden Längsprofilen oder von einer Stirnwand zu einem Längsprofil gespannt sind. Zur Verbindung werden Rollen genutzt, deren Führungsbahn im Längsprofil eine seitliche Abstützung aufweist. Diese Rollen dienen auch zur Anbindung einer Dachplane an Längsprofile. Einige Gurte b.z.w. Drahtseile sind senkrecht zu den Längsprofilen ausgerichtet und andere in einem spitzen Winkel. Dadurch werden auf ein erstes Längsprofil einwirkende, seitliche Kräfte über die Dachfläche hinweg auf das zweite Längsprofil und auf die beiden Stirnflächen des Aufbaus verteilt. Diese Lastverteilung auf alle Elemente des Aufbaus ermöglicht eine schlankere Dimensionierung, die Gewicht, Raum und Kosten einspart.
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Der Nachteil dieses Prinzips ist, dass schräg zu den Längsprofilen ausgerichtete Gurte oder Seile mangels einer Verbindung zur Dachplane bei zusammen geschobenem Dach jeweils eine große Schlaufe bilden, die in das Innere des Aufbaus hinein hängt und dort das Be- und Entladen behindert.
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Als Gegenmaßnahme sollen Ösen für die Gurte oder Seile an Dachspriegel aus Metall angeschweißt werden, wobei die Spriegel einander gegenüberliegende Rollen miteinander verbinden. Diese Bauelemente sind nachteiliger Weise gewichtig und erfordern höhere Herstellungskosten.
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Ein weiterer und ganz grundlegender Nachteil ergibt sich daraus, dass die Gurte und die Seile beim Zusammenfalten der Dachplane ebenfalls gebogen werden müssen und deshalb elastisch sein müssen. Diese Elastizität wirkt auch in Längsrichtung.
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Die
DE 20 2008 008 651 U1 nennt keine bestimmten Gurte. Da die weithin für Lkw üblichen Gurte aus Polyester sich unter Last erheblich längen, empfiehlt die Erfindung, zusätzliche Spannvorrichtungen, wie z.B. manuell zu betätigende Ratschenspanner, in die Aufhängung der Gurte oder Seile einzufügen oder in die Gurte oder Seile selbst. Deren Mehrgewicht und deren zusätzliche Herstellungskosten sind nur ein geringer Nachteil.
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Ein dramatischer Nachteil ist, dass die
DE 20 2008 008 651 U1 keinen einzigen Hinweis für die Justage dieser Spannvorrichtungen gibt, obwohl durch zu geringe Spannung die willkommene oder sogar dringend erforderliche Wirkung der Gurte ganz oder teilweise entfallen kann. Im anderen Extrem einer zu hohen Spannung kann durch die Konzentration auf wenige oder gar einen einzigen Gurt, dieser im Belastungsfall reißen, wodurch impulsartig die Kraft in einem anderen Gurt ansteigt und ein Totalausfall des lastverteilenden Gurtsystems die Folge sein kann.
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Die
GB 1600 864 A beschreibt einen Side-Curtain aus einem elastischen Polyester-Gewebe, in das in regelmäßigen Abständen verstärkende, schmale Bänder aus Aramidfasern eingewebt sind. Diese Fasern sind dafür bekannt, dass sie sich auch bei höchsten Zugbelastungen kaum ausdehnen. Im Gegensatz zu dieser Erwartung beschreibt die Anmeldung jedoch ausführlich, wie gut sich das Gewebe des Side-Curtains durch Hebelspanner glatt ziehen lässt, das also nachteiliger Weise ein Gewebe trotz der eingewebten Aramidfasern immer noch sehr elastisch sein kann. Ein Gewebe gemäß der
GB 1600 864 A ist also trotz einer Integration von Aramidfasern nicht zur Verwendung als kraftübertragende Dachplane geeignet.
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Die
EP 2 429 845 A1 beansprucht einen Side-Curtain mit Verstärkung durch Gurtbänder, die aus Polyester, PVC oder Polystyren gewebt sind, in die gestreckte Fasern aus Aramid eingebettet sind.
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Die
DE 92 13 853 U1 beschreibt ein Gurtband, dass ebenso wie beim vorgenannten Dokument aus gestreckten und parallel verlaufenden Fasern aus Aramid besteht, die nur von einem dünnen Mantel aus PU, PE oder einem anderen Kunststoff umgeben sind Durch den NICHT eingewebten, sondern eingelegten Verlauf der Aramidfasern recken sich die beiden vorgenannten Gurtbänder nur ebenso wenig wie die Aramidfasern selbst. Das sonstige Gewebe b.z.w. der Kunststoffmantel des Gurtbandes ist lediglich eine Umhüllung der Aramidfasern. Dieses Prinzip ergibt eine Dehnung des Gurtbandes von maximal 7,5% beim Riss der Fasern und damit des ganzen Gurtbandes.
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Wenn derartige Gurtbänder für die Verbindung der Längsprofile untereinander und zur Verbindung eines Längsprofils mit einer Stirnwand des Aufbaues eingesetzt werden, so übertragen sie Zugkräfte mit einer in der Praxis kaum wirksamen Dehnung, also nahezu unmittelbar. Aber in der Kette der Übertragungen eines jeden Kraftvektors von einem belasteten Side-Curtain über dessen Rolle an der Oberkante, weiter über eine Dachrolle bis hin zu einer Stirnwand beziehungsweise über zwei Dachrollen zum gegenüberliegenden Längsprofil ist so viel betriebsnotwendiges seitliches Spiel in den Rollenführungen zuzüglich den unvermeidlichen Toleranzen aus Fertigung und Abrieb zu überwinden, dass sich die Kräfte ungleichmäßig und ruckartig auf das benachbarte Längsprofil und die beiden Stirnflächen verteilen. Durch diese Rucke und sich eventuell sogar miteinander überlagernde Schwingungen können so hohe Kraftspitzen entstehen, dass eine überlastete Stelle des Aufbaus bricht.
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Auf diesem Hintergrund hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, ein Gurtband mit sehr geringem Gewicht, langsam ansteigender Gegenkraft und sehr hoher Spitzenbelastbarkeit zur Anwendung als eine wirtschaftlich sinnvolle, leichtgewichtige und langlebige Verstärkung oder als Verstärkungsnetz im Bereich von Gittern und Tragwerken zu entwickeln, das bei der Belastung eines tragenden Profils einen Teil dieser Kräfte ruckarm und gleichmäßig auf Flächen oder Holme weiterleitet.
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Ein häufiges Beispiel dieser Aufgabenstellung sind Gurtbänder als Verstärkung und für Verstärkungsnetze im Bereich einer Dachplane mit der die Dachöffnung eines quaderförmigen Aufbaus für Lkw oder Güterwagen abdeckbar ist, wobei der Aufbau aus zwei vertikalen Stirnwänden an der Vorder- und Rückseite besteht, die an ihren oberen Ecken durch je ein Längsprofil miteinander verbunden sind, unterhalb derer die jeweiligen Seitenöffnungen durch je einen senkrechten, flexiblen Side-Curtain verschließbar sind. Bei der Belastung eines Längsprofils durch Kräfte auf den daran aufgehängten Side-Curtain sollen die Gurtbänder einen Teil dieser Kräfte ruckarm und gleichmäßig auf beide Stirnflächen und den gegenüberliegenden zweiten Längsholm weiterleiten. Bei geöffneter Dachplane sollen die Gurtbänder keinen zusätzlichen Raum einnehmen. In weiter verfeinerten Ausführungsformen sollen die Gurtbänder die Ausbreitungsgeschwindigkeit dieser Kraftwelle verzögern und mögliche Schwingungen und Resonanzen durch Lose und Spiel auf dem Ausbreitungsweg der Kräfte bedämpfen.
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Als Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, dass das Gurtband ein Gewebe ist, dessen Kettfäden zu einem ganz überwiegenden Teil Aramidfasern sind und dessen Schussfäden aus Polyester oder aus einem anderen Kunststoff bestehen, der weicher und elastischer als die Aramidfasern der Kettfäden ist und das Gurtband mit Ausnahme seiner Endflächen mit einer Hülle aus PVC oder ähnlichem Kunststoff schlauchartig umgeben ist.
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Das besondere Merkmal des erfinderischen Gurtbandes ist der relativ langsame und gut bedämpfte Anstieg der Gegenkraft im Gurtband bis zu einem Grenzwert, oberhalb dessen dann die Gegenkraft sehr schnell auf einen sehr hohen Wert ansteigt. Dadurch ist es als eine flexible und hochbelastbare Aussteifung bei gleichmäßiger Lastverteilung von Gittern und andere Tragwerken geeignet, die dennoch extrem leichtgewichtig sein muss.
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Als ein gutes Beispiel dafür wird im Folgenden die Aussteifung der quaderförmigen Aufbauten von Lkw oder Güterwagen näher erläutert, wobei zwei vertikale Stirnwände an der Vorder- und Rückseite an ihren oberen Ecken durch je ein Längsprofil miteinander verbunden sind. Unterhalb der Längsprofile sind die jeweiligen Seitenöffnungen durch je einen senkrechten, flexiblen Side-Curtain verschließbar. Die Dachöffnung zwischen den Längsprofilen wird durch eine ebenfalls flexible Dachplane geschlossen.
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Die Side-Curtains und die Dachplane werden jeweils über Rollen mit einem Längsprofil verbunden, dessen Führungsbahnen für die Rollen eine Seitenwand aufweisen, über welche die Rollen seitlich auf sie einwirkende Kräfte an das Längsprofil übertragen.
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Wenigstens ein Gurtband verbindet zwei einander direkt gegenüberliegende Rollen miteinander und wenigstens ein weiteres Gurtband eine erste Rolle im linken Längsprofil mit einer zweiten Rolle des rechten Längsprofils, wobei die zweite Rolle in Fahrtrichtung weiter vorne oder weiter hinten angeordnet ist als die erste Rolle. Die Gurtbänder bilden also ein Verstärkungsnetz, das aus senkrecht und „schräg“ zu den Längsholmen ausgerichteten Gurtbändern besteht.
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Wenn sich während der Fahrt das Ladegut teilweise oder sogar im Ganzen löst und bei Kurvenfahrt durch die seitliche Öffnung des Aufbaus hindurch in den Side-Curtain hinein fliegt, dann beult sich ein vorschriftsgerechter Side-Curtain bis zu einer definierten Belastungsgrenze hin nur seitlich aus, reißt aber nicht ein, sondern hält das Ladegut zurück. Dabei bauen sich Reaktionskräfte auf, die sich zu allen Kanten des Side-Curtains hin fortpflanzen. Von den Seitenkanten werden die Kräfte direkt auf die Stirnwände übertragen, von der Unterkante auf den Rahmen des Fahrzeugs und von der Oberkante auf ein Längsprofil des Aufbaus. Das letztere ist das schwächste Element bei der Weiterleitung der Kräfte, weil es nicht nur zur Einsparung von Gewicht und Herstellungskosten, sondern auch im Interesse möglichst großer Öffnungen zur Be- und Entladung so schlank wie möglich gestaltet ist.
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Es ist das Verdienst dieser Erfindung, erkannt zu haben, dass die vorgenannte Kraftwelle nicht nur möglichst gleichmäßig auf die lastabtragenden Elemente verteilt werden sollte, sondern dass wegen des Spiels der Rollen in den Längsprofilen als Übertragungselemente zur angrenzenden Dachplane b.z.w. zum anschließenden Side-Curtain sich die Kräfte in einer kalkulierten zeitlichen Abfolge sowie mit einer begrenzenden Bedämpfung ausbreiten sollten.
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Das Spiel der Rollen in den Längsprofilen ist unvermeidbar, weil sie während des Betriebsunfalls einer verrutschenden Ladung die Gurtbänder mit den Längsprofilen verbinden, wofür sie sich seitlich aus ihren Führungsbahnen soweit heraus bewegen müssen, bis sie an den Seitenabstützungen neben der Führungsbahn aufliegen. Aber während der Bewegung der Dachplane zum Öffnen oder Schließen müssen die Rollen in einem Sicherheitsabstand zu den Seitenabstützungen verfahren werden, um jegliche Reibung daran möglichst zu vermeiden.
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In einer regelungstechnischen Abbildung des Verhaltens der einzelnen Übertragungselemente sind die spielbehafteten Rollen sogenannte Totzeitglieder, die einen Kraftimpuls nicht sofort, sondern erst nach einer Totzeit weiterleiten. Die regelungstechnische „Sprungantwort“ ist ein deutliches „Überschwingen“, also eine kurzzeitig sehr starke Überhöhung der einwirkenden Kraft.
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Ein anschauliches Beispiel für diese Wirkung ist das Abschleppen eines Fahrzeuges mit einem Abschleppseil. Damit es mühelos in die Abschleppösen oder Abschlepphaken beider Fahrzeuge eingehängt werden kann, sollte es lose am Boden liegen. Wenn die Verbindung hergestellt ist und das Zugfahrzeug kraftvoll beschleunigt, so spannt sich das Abschleppseil schlagartig und übt dabei einen so hohen Impuls aus, dass in der Praxis meist eine Abschleppöse aus der Verbindung zum Fahrzeug herausgerissen wird. Falls deren Befestigung jedoch dem Ruck standhalten kann, pflanzt sich der Impuls in das Fahrzeug hinein fort. Alle locker im geschleppten Fahrzeug liegenden Gegenstände fallen auf den Boden. Das geschleppte Fahrzeug folgt dem Zugfahrzeug nur „hüpfend“.
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Diese Konstellation entspricht dem Verhalten eines Gurtbandes mit straff durchgehenden Aramidfasern, wie es z.B.für die
EP 2 429 845 A1 zuvor geschildert worden ist. Es ist deshalb für die hier zu lösende Aufgabenstellung kaum tauglich.
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Das andere Extrem eines anfänglich sehr elastischen Gurtbandes mit einem als Plane geeigneten und deshalb sehr dichten Gewebe entsprechend der
GB 1600 864 A ist trotz des Einwebens von Aramidfasern nicht zur Verwendung als kraftübertragendes Gurtband zwischen den Rollen in der Dachöffnung geeignet. Durch allzu zahlreiche Umschlingungen um relativ zähe und unelastische Schussfäden herum, dehnt sich ein Gurtband nach diesem Prinzip bei beginnender Belastung anfänglich so weit aus, dass nur ein sehr geringer Anteil der auf ein Längsprofil einwirkenden Kraft auf das benachbarte Längsprofil übertragen wird. Das primär belastete Längsprofil bricht deshalb, sofern es nicht schon bei der Herstellung deutlich überdimensioniert worden ist.
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Durch die erfinderische Beschränkung, in das Gurtband nur relativ sehr harte und vergleichsweise unelastische Kettfäden aus dem Werkstoff Aramidfasern einzuweben und Schussfäden ausschließlich aus einem sehr viel weicheren und sehr viel biegsameren Werkstoff wie z.B. Polyester, ist es möglich geworden, einem Gurtband eine nichtlineare Charakteristik der Dehnung in Längsrichtung in Abhängigkeit von einer steigenden Belastung zu verleihen.
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Aramidfasern im Sinne der Erfindung bestehen aus Polyamiden und Polyamidimiden, bei denen die Amidgruppen an aromatische Gruppen gebunden sind. Dazu gehören meta-Aramide, para-Aramide und para-Aramid-Copolymere. Die wichtigsten Typen sind Poly(p-phenylenterephthalamid) (PPTA, Handelsnamen: Kevlar, Twaron) und Poly(m-phenylenisophthalamid) (PMPI, Handelsnamen: Nomex, Teijinconex) sowie das para-Aramid-Copolymer mit dem Markennamen Technora von Teijin.
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Die verwebten Kettfäden aus Aramid verlaufen innerhalb eines unbelasteten Bandes in einer Schlangenlinie um die Schussfäden herum. Mit zunehmender Zugkraft auf das Band drücken die harten Aramidfasern die sehr viel weicheren Polyester-Fasern der Schussfäden zur Seite und drängen sie in eine seitlich immer breiter werdende Schlangenlinie. Die Aramidfasern hingegen ziehen sich immer näher an die ideale Gerade heran. Dabei nimmt ihre effektive Länge zu, weil die längenspeichernden Kurven der Schlangenlinie immer näher an eine Grade herangezogen werden. Wenn die Zugkraft so weit angestiegen ist, dass alle Aramidfasern nahezu grade verlaufen, wird sich das Gurtband bei weiter ansteigender Zugkraft kaum noch recken, weil in diesem Kraftbereich die verbleibende Reckung des Bandes nur der Materialeigenschaft der Aramidfasern entspricht. Die Kurve der Reckung des Bandes in Abhängigkeit von der Zugkraft steigt also bei niedrigen Werten nur relativ langsam an und wird ab einem Schwellwert sehr steil.
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Diese Eigenschaft ist für mehrere, diagonal und quer über die Dachplane hinweg verlaufende Zugbänder willkommen, weil sie dazu verhilft, die Auswirkungen des Spiels in den mechanischen Verbindungen zwischen den Dachgurtbändern und den Längsprofilen auszugleichen. Durch diesen Spielausgleich werden sämtliche vorhandenen Dachgurtbänder an der Weiterleitung der Kraft beteiligt. Der langsame Anstieg der Gegenkraft bei ansteigender Zugbelastung vermeidet Rucke, wodurch Schwingungen und die daraus resultierenden, überhöhten Spitzenwerte der Kraftbelastung gedämpft oder ganz unterdrückt werden.
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Der Erfindung ist es also gelungen, die erste Eigenschaft eines begrenzten, aber gleichmäßigen Anstiegs der Gegenkraft gegen Zugbelastungen bis zu einer bestimmten Grenze mit der eigentlich dazu im Widerspruch stehenden zweiten Eigenschaft einer nahezu schlagartig ansteigenden Gegenkraft ab dem Überschreiten dieser Grenze zu verbinden.
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Wie die aus dem bekannten Stand der Technik zitierten Anwendungsbeispiele von Aramidfasern bei Gurtbänder und Planen zeigen, reicht allein die undifferenzierte Beimischung von Aramidfasern nicht aus, um ein Gurtband an die Erfordernisse des jeweiligen Anwendungsfalles anzupassen. Für die Verwendung von Aramidfasern spricht ihre außerordentlich hohe Zugfestigkeit und Stabilität sowie eine hohe Temperaturbeständigkeit und auch die Unempfindlichkeit gegenüber Feuchtigkeit. Dem steht entgegen, dass sich Aramidfasern nicht verkleben lassen. Ihr hoher Schmelzpunkt von mehr als 400°C schließt ein Verschweißen aus.
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Die größte Herausforderung beim Einweben ist, dass Aramidfasern sehr empfindlich gegenüber Knicken und Stoßbelastung sind. Weil die Fasern beim Einweben zwangsläufig hin- und her gebogen werden, springen kleinste Splitter von der Oberfläche ab oder lösen sich nur teilweise ab. Insofern ist es für den routinierten Fachmann im ersten Ansatz naheliegend, zu Kettfäden aus Aramid noch weitere Kettfäden aus elastischerem Material hinzuzunehmen, so dass das Verweben vereinfacht und die Häufigkeit von größeren Abplatzungen von der Faser reduziert wird.
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Trotz dieser Einschränkungen ausschließlich Aramidfasern als Kettfäden für ein Gurtband zu verweben, ist deshalb für den Fachmann im allerersten Ansatz fernliegend und schon deshalb als erfinderischer Schritt zu bewerten.
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Der zweite erfinderische Schritt ist die Kombination schlanker Aramidfasern als Kettfäden mit relativ weichen Schussfäden. Erst in dieser Zusammenstellung drücken sich unter Belastung die sich immer weiter straffenden, harten Kettfäden in die weichen Schussfäden hinein und pressen sie in immer stärker gekrümmte Schlangenlinien, so dass ein Teil des Materials der Schussfäden senkrecht zur Oberfläche des Bandes hin gedrückt wird. Je größer der Durchmesser der Schussfäden ist, umso größer ist die Längenspeicherung in den Schlangenlinien der unbelasteten Kettfäden. Eine Verdopplung des Durchmessers der Schussfäden verdoppelt geometrisch auch die gespeicherte Länge der Kettfäden. Da jedoch die Schussfäden im Vergleich zu den Kettfäden sehr viel weicher sind, werden sich die härteren Kettfäden schon im unbelasteten Ruhezustand des Gurtbandes weiter in die Schussfäden hinein drücken, sodass sich die Längenspeicherung nur auf das etwa 1,8-fache erhöhen wird.
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Das Beispiel gemäß
GB 1600 864 A , bei dem neben Kettfäden aus PVC oder Polyester streifenweise offensichtlich dicht aneinander liegende Kettfäden aus Aramidfasern relativ sehr dicke und sehr dicht aneinander gewebte, weiche Schussfäden umschlingen, zeigt, dass sie ein so großer Längenspeicher sind, dass ein solches Gurtband für die Aufgabenstellung dieser Erfindung viel zu elastisch und daher ungeeignet ist. Es kann die Kräfte von einem zum anderen, gegenüberliegenden Längsprofil nicht mehr rechtzeitig und nicht in ausreichendem Umfang übertragen.
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Ein weiteres und folgenreiches Merkmal der erfinderischen Beschränkung auf diese beiden grundverschiedenen Materialien für Kett- und Schussfäden ist, dass mit der Wahl der Zugfestigkeit und des Faserdurchmessers der Aramid-Kettfäden sowie der Flexibilität und dem Durchmesser der Schussfäden aus Polyester, aus einem ähnlichen Kunststoff oder sogar aus einem Materialmix insgesamt fünf Parameter zur Verfügung stehen, mit Hilfe derer ein erfinderisches Gurtband bei der Herstellung an die Erfordernisse einer bestimmten Konstruktion z.B. eines Aufbaus für einen Sattelauflieger angepasst werden kann. Mit diesen Parametern kann nicht nur ein erforderlicher absoluter Mindestwert für die Zugfestigkeit festgelegt werden, sondern auch mit welcher Steigung und über welchen Bereich hinweg sich die Gegenkraft oder Spannkraft des Gurtbandes unter einer ansteigenden Zugbelastung erhöht.
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Da Aramidfasern auf UV-Strahlen mit einer abnehmenden Festigkeit reagieren, sieht die Erfindung eine allseits umschließende Hülle aus PVC oder einem ähnlichen Kunststoff vor, deren Einfärbung und Schichtdicke diese Strahlen im Wesentlichen zurückhält. Eine weitere vorteilhafte Wirkung dieser zäh-elastischen PVC-Hülle ist, dass sie kleine und kleinste Faserbruchstücke der Kettfäden, die sich beim Weben nur zum Teil abgelöst haben in ihre Bruchkerbe hinein drückt. Dadurch wird ein Fortschreiten der Ablösung verhindert.
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Darüber hinaus dient die PVC-Hülle als Zwischenträger für eine Schweiß-Verbindung des Gurtbandes mit der darüber angeordneten Dachplane, die ebenfalls aus PVC oder aus einem anderen, damit verschweißbaren Kunststoff besteht. Damit wird der prinzipielle Nachteil der Aramidfasern ausgeglichen, dass sie wegen ihrer hohen Schmelztemperatur nicht verschweißt werden können.
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Ein anderer, willkommener Effekt einer elastischen PVC-Hülle, die ganz dicht auf den verwebten Fasern aufliegt, ist die Ruckdämpfung. Wenn das Gewebe z.B. in flüssigem PVC eingetaucht wird, die zähflüssige PVC-Paste auf dem Gurtband mit einem Rakel geglättet und homogenisiert und anschließend mit einer Rolle verdichtet wird, so ragt die PVC-Hülle auch in die sehr zahlreichen Furchen, Kerben und Spalten zwischen den Aramidfasern und den Polyesterfasern hinein. Dadurch entsteht eine Verzahnung zwischen der Innenfläche der Hülle und der Außenfläche des gewebten Gurtbandes, die sehr gut Kräfte übertragen kann, die parallel zur Trennfläche zwischen Gewebe und Hülle ausgerichtet sind.
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Es ist das entscheidend wichtige Merkmal der Erfindung, dass das Gurtband ein Gewebe ist, dessen Kettfäden zu einem ganz überwiegenden Teil Aramidfasern sind. Damit wird erreicht, dass ein erfindungsgemäßes Gurtband bei ansteigender Zugbelastung zuerst nur eine begrenzte Gegenkraft aufbaut, die mit steigender Belastung auch nur langsam ansteigt, aber ab einem bestimmten Schwellwert, bei dem alle Aramidfasern fast ganz gestreckt sind, die Gegenkraft sehr schnell auf einen sehr hohen Wert ansteigt.
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Ein weiterer, wesentlicher Vorteil der Erfindung ist, dass diese Beziehung recht genau reproduzierbar ist. Für die Konfiguration von Gurtbändern, die an eine bestimmte Aufgabe genauer angepasst werden sollen, lässt sich durch Variation der zuvor geschilderten Parameter eine passende Kombination erstaunlich genau planen.
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Eine wichtige Grundlage dafür ist die Beschränkung der Kettfäden auf den Werkstoff Aramid, dessen Parameter im Vergleich zu vielen anderen Fasern sehr viel stabiler sind. Die Erfindung bevorzugt deshalb, dass nur weniger als 1% andere Fasern in Längsrichtung des Gurtbandes beigelegt oder beigewebt sind. Versuche haben jedoch gezeigt, dass die zu erwartenden Kennwerte auch bei einer Beimischung von bis zu 10% anderen Fasern noch recht gut eingehalten werden. Sogar bei 20% Zumischung ist das erfindungsgemäße Verhalten eines langsamen Anstiegs der Gegenkraft im zugbelasteten Gurtband mit einem sehr schnellen Anstieg ab einem Schwellwert zumindest noch annäherungsweise erkennbar.
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Die mehrfach zitierten, extremen Beispiele der Auslegung gemäß
GB 1600 864 A mit extremer Längenspeicherung und gemäß der
EP 242 9845 ohne eine praktische Speicherung von zusätzlichen Längen der Aramid-Kettfäden zeigen, wie groß das Spektrum der möglichen Längenspeicherung sein muss, um mit einem erfindungsgemäßen Gurtband möglichst viele, sehr voneinander abweichende Aufgabenstellungen lösen zu können.
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Wenn der Längenspeicher nur relativ klein sein darf, kann die Wahl von relativ schlanken Schussfäden für eine derartige Begrenzung nicht ausreichen. In diesen Fällen schlägt die Erfindung vor, die Schussfäden in einem Abstand voneinander einzuweben. Dadurch vermindert sich der Umschlingungswinkel der Kettfäden um die Schussfäden herum. In dem nun freigewordenen Raum zwischen zwei benachbarten Schussfäden wird jeder Kettfaden gespannt, so dass er die Tangenten mit jeweils zwei benachbarten und beabstandeten Schussfaden entlang einer Geraden verbindet. Dadurch reduziert sich die gespeicherte Länge und ein mit diesem Parameter konfiguriertes Gurtband bietet nur noch eine geringe anfängliche Elastizität.
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Für eine verbesserte Stabilität des Gurtbandes und für eine Erhöhung der Ruckdämpfung schlägt die Erfindung vor, dass der Zwischenraum zwischen den beabstandeten Schussfäden wenigstens teilweise mit PVC oder einem anderen, weichen und dauerhaft elastischen Kunststoff als Füllstoff verfüllt ist. Dieser Füllstoff kann mit dem Kunststoff der Hülle verbunden werden oder einstückig daran angeformt werden. Füllstoff und Hülle können dann gemeinsam eingebracht b.z.w. aufgebracht, verdichtet und geglättet werden.
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Für eine noch höhere Ruckdämpfung sieht die Erfindung als besonderes Merkmal eine seitliche Beabstandung der Kettfäden vor. In diesen Zwischenraum drängen die gespannten Kettfäden die weicheren Schussfäden hinein, die dadurch den Kettfäden noch weniger Widerstand leisten. Die Gegenkraft des Gurtbandes steigt also schneller an.
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In einer vorteilhaften Variante wird auch dieser Zwischenraum mit PVC verfüllt, der bis an die Hülle heranreicht. Im Querschnitt des Gurtbandes wird die Hülle, die das Gewebe beutelartig umschließt durch die zahlreichen säulenartigen Stege zwischen den beabstandeten Schussfäden und den ebenfalls beabstandeten Kettfäden zu einem dichten Netz. Es umschließt das Gurtband nicht nur, sondern durchdringt es. Dadurch wird nicht nur die Ruckdämpfung in Längsrichtung des Gurtbandes verstärkt, sondern auch eine Dämpfung von Schwingungen quer zur Längsachse erreicht.
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Solche seitlichen Schwingungen sind z.B. vom Abschleppen eines Fahrzeuges mit einem Abschleppseil gut bekannt. Sobald sich das zuvor schlaff durchhängende Seil zwischen Zugfahrzeug und geschlepptem Wagen gespannt hat, verbleibt es nicht etwa in der exakt geraden Verbindungslinie, sondern schwingt nach oben hin darüber hinaus. Diese Schwingungen dauern umso länger an, je lockerer die einzelnen Filamente des Abschleppseils miteinander verdrillt und verbunden sind.
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Ein weiterer sinnvoller Parameter zur Anpassung eines Gurtbandes an eine Aufgabe ist die Art der Webung. Ein erfindungsgemäßes Gurtband kann in den drei bekannten Grundwebarten ausgeführt werden, also als Leinwandbindung, als Köperbindung oder als Atlasbindung.
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Bei der Leinwandbindung verlaufen die Schussfäden abwechselnd oberhalb und unterhalb der einzelnen Kettfäden. Diese Bindung bewirkt im Vergleich zu den beiden anderen Grundbindungen bei ansteigender Zugbelastung des Gurtbandes die größte anfängliche Elastizität, weil jeder Kettfaden um jedem Schussfaden herum einen, wenn auch recht kleinen, Bogen beschreibt. Pro Längeneinheit des gewebten Gurtbandes ist die tatsächlich darin eingewebte Länge der Kettfäden größer als bei den anderen Grundbindungen. Bis bei einer zunehmender Belastung des Gurtbandes die harten Kettfäden aus Aramid alle weichen Schussfäden aus Polyester so weit zur Seite gedrängt haben, dass sie praktisch grade verlaufen, muss bei der Leinwandbindung eine besonders große Länge glattgezogen werden, die in den Schlangenlinien der Kettfäden gespeichert ist.
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Bei der Köperbindung verläuft jeder Schuss unter einem Kettfaden hindurch, danach über mindestens zwei benachbarte Kettfäden hinweg, und erst dann wieder unter einem weiteren Kettfaden hindurch. Pro Längeneinheit des gewebten Gurtbandes ist die tatsächlich darin eingewebte Länge der Kettfäden kleiner als bei der Leinwandbindung, aber größer als bei der Atlasbindung. Damit ist auch die anfängliche Elastizität eines Gurtbandes mit Köperbindung kleiner als bei Leinwandbindung.
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Bei der Atlasbindung, auch als Satinbindung bezeichnet, führt der Schuss unter einem Kettfaden hindurch, danach über mehr als zwei Kettfäden hinweg, und so weiter. Der nächste Schussfaden verlagert dies um mindestens zwei Kettfäden i. d. R. nach rechts und auch nach oben, i. d. R. um eins. In dieser Bindungsart ist die anfängliche Elastizität des Gurtbandes am kleinsten.
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Wie zuvor schon mehrfach betont, ist es einer der wesentlichen Vorzüge des erfinderischen Gurtbandes, dass durch die Beschränkung des Werkstoffes der Kettfäden auf Aramidfasern als wesentlicher Bestandteil, durch die sehr weichen Schussfäden, durch die Beabstandung der Schussfäden, sowie durch die Beabstandung der Kettfäden eine besonders gute Vorausplanung nicht nur der Spitzenbelastbarkeit, sondern auch des Anstieges der Gegenkraft im Gurtband bei zunehmender Zugbelastung möglich wird. Ein weiterer Vorzug ist, dass die erreichten Werte dann auch sehr lange eingehalten. Ein weiterer Vorteil ist, dass die PVC-Füllung der Zwischenräume zwischen den Kett- und Schussfäden auftretenden Schwingungen wirkungsvoll bedämpft.
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Deshalb kann die Dimensionierung eines Gurtbandes, für eine bestimmte Aufgabe mit den Kriterien Spitzenbelastung, Anstieg der Belastung und Schwingungsdämpfung in zwei Schritten zusammen gefasst werden. Bei dem Beispiel von Gurtbändern an der Innenseite einer Dachplane für die Kraftübertragung von einem ersten Längsprofil eines Aufbaus zum benachbarten zweiten Längsprofil beinhaltet der erste Schritt: Die Erfassung der statischen Grenzanforderungen der Bruchsicherheit des jeweiligen Aufbaus sowie der Anzahl und der Ausrichtung der auf die Dachplane aufzuschweißenden Gurtbänder. Die dafür summarisch erforderliche Bruchfestigkeit aller Kettfäden wird durch die Auswahl eines bestimmten Typs eines Aramid-Werkstoffes sowie eines Querschnitts und der Anzahl der Kettfäden aus dem gewählten Werkstoff sicher gestellt.
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Der zweite Schritt beginnt mit der Erfassung der erforderlichen, dynamischen Schwingungsfestigkeit und möglicher Resonanzfrequenzen des Aufbaus. Daran muss die Steigerung der anfänglichen Festigkeitszunahme der aufzuschweißenden Gurtbänder angepasst werden. Als Parameter stehen dafür die folgenden 4 Größen zu Verfügung: Die Auswahl eines geeigneten Typs von Polyester oder einem ähnlich flexiblem Kunststoff als Werkstoff für die Schussfäden, und die Auswahl einer passenden der drei Grundbindungsarten und die Festlegung eines Abstandes zwischen benachbarten Schussfäden und die Auswahl eines ruckdämpfenden Füllstoffes für die Zwischenräume zwischen den Schussfäden.
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Es ist ein weiterer Vorzug der Erfindung, der nicht auf den ersten Blick ersichtlich ist, dass die genannten Parameter nur eine sehr geringe Wechselwirkung untereinander ausüben. Deshalb ist für deren korrekte Berücksichtigung nur in sehr speziellen oder extremen Anwendungsfällen ein komplexes Rechenprogramm erforderlich. Vielmehr gibt die Erfindung einem routinierten Weber damit Werkzeuge in die Hand, mit denen er oft schon im ersten Anlauf ein passendes Gurtband konfigurieren kann.
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Das erfinderische Gurtband mit einem relativ langsamen und gut bedämpften Anstieg der Gegenkraft im Gurtband bis zu einem Grenzwert, oberhalb dessen dann die Gegenkraft sehr schnell auf einen sehr hohen Wert ansteigt, ist nicht nur zur Aussteifung der Aufbauten von Lkw und Güterwagen während der Fahrt geeignet, sondern eröffnet auch andere Anwendungen, bei denen eine flexible und hochbelastbare Verbindung benötigt wird, die dennoch extrem leichtgewichtig sein muss.
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Ein Beispiel sind sogenannte dynamische Seile gemäß EN 892 als Sicherung beim Sportklettern und beim alpinen Klettern. Im Falle eines Sturzes nehmen dynamische Seile die Sturzenergie durch ihre Dehnbarkeit nur mit einem relativ langsamen Anstieg der Gegenkraft auf. Dadurch reduzieren Sie den auf den Kletterer wirkenden Fangstoß auf ein Maß, das für den menschlichen Körper erträglich ist. Bisher fehlten Seilen, die nur oder vorwiegend aus Aramidfasern bestehen, eine dafür ausreichende Dehnbarkeit.
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Auch bei anderen Anwendungen, bei denen die Kombination aus sehr geringem Gewicht, langsam ansteigender Gegenkraft und sehr hoher Spitzenbelastbarkeit so wichtig ist, dass der Mehrpreis von Aramidfasern gegenüber z.B. Stahl vertretbar ist, kann das erfinderische Gurtband eingesetzt werden. Die im Folgenden beispielhaft benannten Gitter und Tragwerke bestehen auch zukünftig in sehr vielen alltäglichen Anwendungen aus Stahl. Aber wenn diese Tragkonstruktionen besonders mobil sein sollen und/oder als Sicherheitseinrichtungen extremen Belastungen durch Stürme, Fluten oder Erdbeben trotzen müssen, können erfinderische Gurtbänder dennoch eine elegante technische Problemlösung sein, die auch wirtschaftlich sinnvoll ist. Beispiele sind Ausleger und Balkone von Antennenmasten, Aussichtstürmen, Bohrtürmen und Stromleitungsmasten. Andere Anwendungen sind Anlegebrücken für Schiffe und Flugzeuge, Beleuchtungsbrücken, Betonpumpen, stationäre und mobile Brücken, Hallendächer, Hochregallager, Kleinflugzeuge, Krane, starre und halbstarre Luftschiffe, Schutzdächer, Signalmasten, Signalbrücken, Windräder und Zeltgestänge.
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Im Folgenden sollen weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung anhand des zuvor schon besprochenen Beispiels des quaderförmigen Aufbaus von Lkw und Güterwagen näher erläutert werden, bei dem die seitlichen und die obere Öffnung jeweils durch Side-Curtains b.z.w. eine Dachplane verschließbar sind. Dieses Beispiel soll
die Erfindung jedoch nicht einschränken, sondern nur erläutern. Es zeigt in schematischer Darstellung:
- 1: Seite und Dach eines Lkw-Sattelzuges mit Gurtbandversteifungen im Dachbereich
- 2: Schnitt durch ein erfinderisches Gurtband mit Köperbindung
- 3a: Schnitt durch ein erfinderisches Gurtband mit weit beabstandeten Schussfäden im unbelasteten Zustand
- 3b: Schnitt durch das Gurtband gemäß 3a, jedoch im belasteten Zustand
- 4: Messprotokolle der Dehnung in Abhängigkeit von der Zugkraft für erfinderische Gurtbänder gemäß den 2 sowie 3a/3b und für ein PVC-Gurtband gemäß dem bekannten Stand der Technik
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Die 1 zeigt in der Vogelschau und in Fluchtpunktperspektive einen Lkw 4 in der Ausführung als Sattelzug. Der Aufbau 3 besteht aus zwei Stirnwänden 32 vorne hinter der Zugmaschine und am Ende des Aufliegers. Beide Stirnwände 32 sind an ihren beiden oberen Ecken durch je ein Längsprofil 33 miteinander verbunden. Zwischen den Längsprofilen 33 und dem Rahmen des Aufliegers bilden sie die Seitenöffnungen 34. Die in Fahrtrichtung linke Seitenöffnung 34 ist durch einen straff gespannten Side-Curtain 5 verschlossen. Nicht in 1 zu sehen ist, dass der Side-Curtain 5 an seiner Oberkante mit Rollen im Längsprofil 33 befestigt ist, so dass er im Stand des Lkws 4 zur Seite geschoben werden kann.
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Die 1 zeigt den Lkw 4 jedoch in Fahrt. Die Ausbeulung 51 über den Hinterrädern stellt den Betriebsunfall dar, dass sich von der Ladung eine Kiste gelöst hat und sich mit einer Ecke seitlich in den Side-Curtain 5 hinein bewegt und ihn verformt, aber nicht zerreißt.
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In 1 ist gut nachvollziehbar, dass der Side-Curtain 5 diese Belastung an alle seine Kanten weitergibt, auch an das schlanke Längsprofil 33, dass dadurch deutlich sichtbar zur Seite hin gebogen wird. Dass diese Verformung auch sehr schnell zum Bruch führen kann, ist angesichts des geringen Profilquerschnitts offensichtlich.
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In 1 ist die Dachöffnung 31 des Aufbaus 3 durch die verschiebbare Dachplane 2 verschlossen, die jedoch zum größten Teil zeichnerisch aufgeschnitten wurde, um die Versteifungen des Aufbaus 3 durch insgesamt acht Stück erfindungsgemäße Gurtbänder 1 zu zeigen. An beiden Stirnwänden 32 sind jeweils zwei Stück Gurtbänder 1 befestigt, die diagonal und einander überkreuzend jeweils mit einer Rolle 6 in den beiden Längsprofilen 33 verbunden sind. Diese beiden Rollenpaare 6 sind jeweils mit je einem weiteren Gurtband 1 verbunden, das senkrecht zur Fahrtrichtung ausgerichtet ist. Beide Rollenpaare sind durch zwei weitere Gurtbänder 1 verbunden, die sich überkreuzen und dadurch das dritte Versteifungskreuz im Dachbereich des Aufbaus 3 bilden.
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In 1 ist nicht im Detail dargestellt, dass die sich kreuzenden Gurtbänder 1 miteinander im Kreuzungspunkt verbunden sein können. Dadurch wird die Zugkraft aus der verunfallten Ladung noch gleichmäßiger verteilt.
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Durch diese Anordnung und mit diesen Verknüpfungen formen die Gurtbänder 1 ein Gitterwerk, dessen „Streben“ auf Zug beansprucht werden können. Zusammen mit den beiden Längsprofilen 33, die nicht nur durch Zugkräfte, sondern auch mit Druckkräften von der Seite und in Längsrichtung belastet werden können, bildet sich ein Tragwerk. Vergleichbare Tragwerke, jedoch mit auch druckbelastbaren Metallstreben sind zum Beispiel von Strommasten als sehr widerstandsfähig bei relativ sehr geringem Eigengewicht bekannt.
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In 1 ist sehr schön nachvollziehbar, wie eine lose zur Seite fliegende Kiste der Ladung des Lkw 4 im linken Side-Curtain 5 die Ausbeulung 51 bewirkt. Diese Belastung wird auf das linke Längsprofil 33 übertragen, das sich daraufhin zur Seite hin verbiegt und einen Teil der auf ihn wirkenden Kräfte über eine Rolle 6 in einen damit verbundenen Knotenpunkt weitergeleitet. Von dort aus werden diese Kräfte auf insgesamt drei Stück Gurtbänder 1 weiter verteilt. Das schräg nach hinten verlaufende Gurtband 1 leitet die Zugkraft zur Stirnwand 32 am Ende des Lkws 4 weiter. Diese Stirnwand 32 muss zur sicheren Funktion der darin eingebauten Ladetore oder Laderampen sowieso sehr robust gebaut werden, so dass sie die Kraft aus dem Gurtband 1 ohne weiteres aufnehmen kann.
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Von dem besagten Knotenpunkt in der Nähe des sich seitlich bewegenden Ladegutes 51 verläuft ein zweites Gurtband 1 quer zur Fahrtrichtung auf kürzestem Wege zum benachbarten Längsprofil 33 auf der rechten Fahrzeugseite. Ein drittes Gurtband 1 führt diagonal zu einer weiter entfernten Stelle dieses Längsprofils 33. Die Zugkräfte in diesen beiden Gurtbändern 1 werden so auf das rechte Längsprofil 33 übertragen. Dieses wird sich nur ganz leicht und kaum sichtbar durchbiegen und dann einen kleinen Anteil der Kräfte in die beiden soliden Stirnwände 32 weiterleiten.
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Wenn im zeitlichen Ablauf im Millisekundenbereich des dargestellten Betriebsunfalls das frei fliegende Ladegut auf den Side-Curtain 5 auftrifft, verformt es ihn zuerst zu der Ausbeulung 51. Daran anschließend wird auch der darüber liegende Bereich des Längsprofils 33 belastet und seitlich bewegt. Zeitlich darauf folgend werden die durch Gurtbänder 1 miteinander verbundenen Rollen 6 seitlich belastet, so dass sie sich aus ihrer Führungsbahn heraus so weit zur Seite bewegen, bis sie an die Seitenwände der Führungsbahn anstoßen und darauf aufliegen. Die Beschleunigung dieser Bewegung darf nicht so groß werden, dass sich durch das stets verschieden große Spiel aller beteiligten Rollen 6 die sämtlichen Kräfte in einer einzigen Rolle 6 konzentrieren, die daraufhin überlastet wird.
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In 1 ist gut nachvollziehbar, dass durch die anfängliche Elastizität in Längsrichtung des erfinderischen Gurtbandes 1 dieser Effekt unterdrückt oder zumindest reduziert wird. Diese hochwillkommene Begrenzung der Aufprallgeschwindigkeit der Rollen 6 auf ihre Seitenwände wird durch die anfänglich relativ sehr hohe Elastizität sowie durch die Bedämpfung des Anstieges der Zugkraft in den erfindungsgemäßen Gurtbändern 1 erreicht.
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Bei der quantitativen Verteilung der Aufprallenergie des durch Betriebsunfall fliegenden Ladegutes ist es von Vorteil, dass sich zuerst das in Fahrtrichtung linke Längsprofil 33 um einen kleinen Weg zur Seite hin verformt und dabei bereits einen Teil der Seitenkräfte aufnimmt. Erst bei dieser Verformung ist die vollständige Längendehnung der Gurtbänder 1 erreicht, so dass das zweite, in Fahrtrichtung rechte Längsprofil 33 mit einem gewissen Zeitverzug belastet wird. Aus der sequenziellen Belastung resultiert also eine Verteilung der unwillkommenen Energiemenge auf alle Komponenten, die am Abbau der Belastungen aus der ins Rutschen gekommenen Ladung beteiligt sind.
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Dabei müssen auch Spitzenwerte der Kräfte unterdrückt werden, die aus Schwingungen entstehen, bei denen ein Kraftimpuls eine Rolle 6 so heftig auf die Seitenwand ihrer Führungsbahn im Längsprofil 33 schleudert, dass sie wieder zurück geworfen wird. Diese Schwingungen werden bei einem erfinderischen Gurtband 1 wirkungsvoll durch die anfänglich relativ sehr hohe Elastizität begrenzt und zusätzlich dadurch bedämpft, dass bei beabstandeten Schussfäden 12 die Zwischenräume mit einem Füllstoff 71 aus elastischem PVC gefüllt sind.
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Die 2 zeigt ein erfinderisches Gurtband 1, das zeichnerisch in zwei Ebenen geschnitten ist. Und zwar in Längsrichtung entlang einem Kettfaden 11 und quer dazu zwischen zwei Schussfäden 12, so dass die Querschnitte mehrerer Kettfäden 11 sichtbar werden. Der im Längsschnitt sichtbare Kettfaden 11 verläuft oberhalb von jeweils einem Pärchen der Schussfäden 12, dann unterhalb eines einzelnen Schussfadens 12 und dann wieder oberhalb des nächsten Pärchen der Schussfäden 12. Durch diese Bindungsart einer Köperbindung folgen auf die 120° Umschlingung eines „oben“ liegenden Schussfadens 12 zwei Umschlingungen mit nur etwa 60° der „unten“ liegenden Schussfäden 12. Die entstehenden „Schlangenlinien“ wirken als ein Längenspeicher für die Kettfäden 11.
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Die sichtbaren Querschnitte der Kettfäden 11 sind abwechselnd etwas weiter oben und etwas weiter unten angeordnet. Für die Ausführungsform gemäß 2 wurde also als Bindungsart eine Mischform gewählt. In Querrichtung des Gurtbandes entspricht sie der Leinwandbindung mit einer relativ hohen Dichte. In Längsrichtung des Gurtbandes 1 ist es eine Köperbindung.
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Alle Fäden sind vollständig in den Füllstoff 71 eingebettet. Der dadurch entstehende Block ist von der Hülle 7 umgeben. In der dargestellten Ausführung geht der Füllstoff 71 direkt in die Hülle 7 über. Im Querschnitt in der linken Bildhälfte ist sehr gut sichtbar, wie der Füllstoff 71 auch durch die Spalten zwischen den Kettfäden 11 hindurch alle Kettfäden 11 netzartig umschließt. Dieses Netz ist so stabil, dass es die Aramidfasern der Kettfäden 11 derart sicher umfasst, dass diese Verbindung sogar die Übertragung von so hohen Kräften zulässt, wie sie ansonsten nur eine Schweißverbindung weiterleiten kann. Da Aramidfasern bekanntlich weder verschweißt noch verklebt werden können, ist das Prinzip, jede Faser jeweils für sich alleine mit einem tragfähigen Netz zu verbinden, ein besonderer Vorteil, der in dieser Konsequenz im aktuellen Stand der Technik weder bekannt noch daraus ableitbar ist.
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Bei der in 2 gezeigte Ausführungsform eines erfinderischen Gurtbandes ist dank der vorgenannten Teilidee der Füllstoff 71 einstückig mit der Hülle 7 aus dem gleichen PVC-Werkstoff verbunden, die durch eine flächige Schweißung mit der Dachplane 2 tragfähig verbunden ist. Wenn die Dachplane 2 für Ladevorgänge des Lkw 4 zusammengeschoben wird, werden dabei die auch Rollen 6 am Rand der Dachplane 2 in ihren Führungsbahnen in den Längsholmen 33 aufeinander geschoben, bis sich die Dachplane 2 wie eine Ziehharmonika zusammen faltet. Dadurch werden auch die diagonal von einer Rolle 6 der linken Seite zu einer Rolle 6 der rechten Seite des Lkw 4 sowie die jeweils kreuzenden Gurtbänder 1 mit zusammengefaltet, so dass sie im Dachbereich bleiben. Das ist ein wesentlicher Vorteil gegenüber dem bisherigen Stand der Technik, bei dem Drahtseile oder Ketten von der zusammen gefalteten Dachplane als hinderliche Schlaufen in den Laderaum des Lkw 4 hineinhängen. Es sei denn, aufwendig angenähten Taschen an der Dachplane 2 halten sie oben. Oder Ösen sind ebenfalls arbeitsaufwendig an Dachspriegel aus Metall angeschweißt und halten die Seile oder Ketten immerhin punktuell im Dachbereich, so dass nur mehrere kleinere Schlaufen herunter hängen.
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Ebenfalls auf den ersten Blick nachvollziehbar ist im Längsschnitt der 2, dass das Gurtband 1 in dieser Ausführung und im dargestellten unbelasteten Zustand eine relativ große Länge der Kettfäden 11 gegenüber einem gespannten und hochbelasteten Zustand gespeichert hat. Durch die zahlreichen Bögen der Schlangenlinie, mit der sich der Kettfaden 11 um die Schussfäden 12 herum windet, ist seine gestreckte Länge um etwa ein Fünftel länger. Die Ausführungsvariante gemäß 2 ist also für Anwendungen geeignet, bei denen eine bestimmte Elastizität des Gurtbandes 1 sinnvoll ist. Für die hier besonders im Fokus stehende Verspannung im Dachbereich eines Lkw-Aufbaus ist diese Elastizität noch zu groß.
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Für andere Anwendungen, die eine noch größere Elastizität erfordern, wie z.B. Absicherungen für Schwenkbrücken oder in Höhen arbeitende Personen, lässt sich durch genaue Betrachtung der 2 verdeutlichen, dass eine noch größere Längenspeicherung erreicht werden kann, indem sich z.B. die Kettfäden 11 nach Art der Leinwandbindung sofort abwechselnd oberhalb und unterhalb eines Schussfadens „hindurchschlängeln“.
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Für Anwendungen wie die hier fokussierte Dachverspannung von Lkw-Aufbauten zeigen die 3a und 3b, wie die Elastizität eines erfinderischen Gurtbandes 1 deutlich reduziert werden kann. Die 3a zeigt diese Ausführungsform im unbelasteten Zustand, 3b unter einer Zuglast. Gemäß einer erfinderischen Teilidee sind die Schussfäden 12 deutlich voneinander beabstandet. Im Längsschnitt sind 5 Stück Schussfäden 12 sichtbar. In den entstehenden Zwischenräumen streckt sich der Kettfaden 11 gerade und legt sich tangential an die Schussfäden 12 an.
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Im Querschnitt sind die Kettfäden 11 sehr dicht zusammen geschoben. Ihr geringer Abstand lässt darauf rückschließen, dass die weichen und elastischen Schussfäden 12 kurz hinter der Schnittebene der 3a von den relativ harten und weniger elastischen Kettfäden 11 sehr stark zusammengequetscht werden. Aber das ist in 3a nicht sichtbar, weil der Füllstoff 71 intransparent ist.
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Unabhängig davon entspricht die Einfärbung des Füllstoffs 71 der praktischen Forderung nach UV-Schutz der diesbezüglich sehr empfindlichen Kettfäden 11 aus Aramid. Ohne diesen Schutz würden sie bis zu 4% pro Jahr an Festigkeit verlieren.
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Im Vergleich der 2 und 3a wird schnell deutlich, dass die Beabstandung der Schussfäden 12 die gesamte im Füllstoff 71 eingebettete Länge des Kettfadens 11 erheblich reduziert. Die Längenspeicherung ist gegenüber der Ausführung gemäß 2 etwas mehr als halbiert. Das lässt eine Längung des Gurtbandes 1 bei maximaler Belastung um höchstens noch etwa ein Zehntel der Ruhelänge erwarten.
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In 3b wird das Gurtband 1 unter Belastung dargestellt. Dadurch ist es soweit in die Länge gereckt, dass der 5te Schussfaden 12 aus dem Bildausschnitt verschwunden ist und nur noch 4 Stück Schussfäden 12 im Längsschnitt sichtbar sind. Der Kettfaden 11 hat diese Schussfäden 12 an der Berührungsstelle von ihrem ursprünglichen kreisförmigen Querschnitt zu einem Oval komprimiert.
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Aber die Schussfäden 12 und der damit verbundene Füllstoff 71 leisten einen Restwiderstand gegen die seitlichen Kräfte des sich spannenden Kettfadens 11, so dass er nicht vollends zu einer Geraden wird, sondern weiterhin eine Zick-Zack-Linie beschreibt, jedoch erheblich verflacht.
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In 3b wird deutlich, dass die erfinderischen Merkmale der relativ lockeren Verwebung der Fäden sowie deren Einbettung in einen flexiblen Füllstoff 71 dafür sorgen, dass dessen willkommene schwingungsdämpfende Wirkung unabhängig von der jeweiligen Belastung für das gesamte Gurtband 1 stets erhalten bleibt, obwohl sich Aramidfasern weder verschweißen, noch verkleben lassen, also auch keine zugfeste Verbindung mit dem Füllstoff 71 eingehen. Die 3b zeigt eindrucksvoll, wie sich die konvex geformten, also nach außen hin gewölbten Bereiche des Kettfadens 11 vom Füllstoff 71 lösen, so dass sich eine Kavität 13 zwischen dem Kettfaden 11 und dem Füllstoff 71 bildet. Die gegenüberliegenden, konkav geformten Bereiche des Kettfadens 11 hingegen drücken auf den korrespondierenden Abschnitt eines Schussfadens 12, der wiederum fest mit dem Füllstoff 71 verbunden ist.
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In 3b kann gut nachvollzogen werden, wie der Kettfaden 11 oszillierende Zugbelastungen in seitliche Bewegungen überträgt. Wenn diese Bewegungen in die Kavitäten 13 hinein schwingen, so werden sie dort nicht gedämpft. Aber die dazu komplementären Schwingungen in die andere Richtung drücken auf die Schussfäden 12 und den damit verbundenen Füllstoff 71. Dadurch wirkt die begrenzte Elastizität des Füllstoffes 71 dämpfend auf diese Schwingungen ein.
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In 4 wird die Werkstoff-Analyse aus dem Prüfbericht eines Zugversuches nach EN ISO 1421 wiedergegeben. Mit einem Prüfgerät wurden drei verschiedene Typen von Gurtbändern der Typklasse 1300 untersucht, also für eine nominale Reißfestigkeit von 1.300 daN. Dazu wurde der Kraftbereich bis 1.500 daN gewählt. Ein Abschnitt des jeweiligen Gurtbandes mit einer Ausgangslänge von 300 mm wurde zwischen den beiden Klemmbacken der Prüfmaschine eingespannt. Über einen elektrischen Antrieb wurden die Klemmbacken mit einer Geschwindigkeit von 60 mm/min auseinander gefahren, so dass sich die Zugkraft stetig erhöhte, so lange, bis der eingespannte Prüfling zerrissen ist. Ein Sensor erfasste den aktuellen Wert der Zugkraft in Abhängigkeit vom jeweiligen Längenzuwachs. Die Mittelwerte aus insgesamt 30 Messreihen für jeweils 10 Exemplare eines jeden Typs eines Gurtbandes sind in den drei Messkurven zusammengefasst, die in 4 eingetragen sind.
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Zum Vergleich der erfinderischen Gurtbänder 1 mit dem aktuellen Stand der Technik wurden auch handelsübliche Gurtbänder der Typklasse 1300 aus miteinander verwebtem PVC gemessen. Damit die von einer Rolle abgewickelten PVC-Gurtbänder glatt gespannt waren, wurden sie beim Einspannen mit einer definierten Zugkraft von 20 daN belastet.
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Es fällt auf, dass das PVC-Gurtband bei relativ niedrigen Belastungen bis etwa 5 % Dehnung vergleichsweise sehr unelastisch reagiert. Bei der hier im Fokus stehenden Anwendung für die Aussteifung der Dachplane 2 eines Lkw-Aufbaus 3 zur gleichmäßigen Lastverteilung der Kräfte aus einer verrutschenden Ladung ist das besonders nachteilig, weil zu Beginn des Kraftanstiegs das unvermeidbare Spiel in den als Verbindungspunkt genutzten Rollen 6 in den Längsprofilen 33 mit einem möglichst geringen und daher nur sanft einwirkenden Bruchteil der Zugkraft ausgeglichen werden sollte.
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Der weitere Anstieg des Kraftanstieges sollte hingegen möglichst steil sein, damit nicht nur das direkt betroffene Längsprofil 33 belastet wird, sondern möglichst zeitnah auch das gegenüberliegende, zweite Längsprofil 33. Das verhindert jedoch die enorme Dehnung des PVC-Gurtbandes, die die lang gestrichelte Kurve „PVC“ der 4 zeigt. Selbst wenn das PVC-Gurtband so heftig überdimensioniert wird, dass es nur mit der Hälfte seiner Reißlast, also mit nur 750 daN, beaufschlagt wird, so muss es sich erst einmal um etwa 33 %, also um etwa ein Drittel längen, bevor es möglich ist, diese Kraft tatsächlich zu übertragen. Wenn dieser Betrag einer prozentualen Längung auf die Anordnung der Gurtbänder 1 gemäß 1 übertragen wird, so wird sofort deutlich, dass PVC-Gurtbänder in dieser Konfiguration für die Anwendung gemäß 1 ungeeignet sind: Das direkt belastete, erste Längsprofil 33 müsste erst einmal fast die gesamte Last tragen, sich also sehr weit biegen, bevor das PVC-Gurtband von der Gesamtlast einen nennenswerten Kraftanteil an das zweite Längsprofil 33 auf der anderen Seite des Aufbaus 3 übertragen hätte. Bis es dann endlich soweit kommen würde, ist das erste Längsprofil 33 schon längst gebrochen,
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Das bestätigt indirekt die
DE 20 2008 008 651 U1 als Stand der Technik, indem sie jedes PVC-Gurtband für diese Anwendung mit einer separaten, manuell zu betätigenden Spannvorrichtung ausstatten möchte. Abgesehen von dem beträchtlichen Arbeitsaufwand des Spannens nach dem Schließen der Dachplane
2 und des Entspannens vor jedem Öffnen der Dachplane
2 wird damit auch der Vorteil einer Verteilung einer kurzzeitig auftretenden Kraft aus einem Betriebsunfall in den gravierenden Nachteil invertiert, dass beide Längsprofile
33 während der Fahrt dauerhaft mit nach innen gerichteten Vorspannkräften belastet sind. Wenn jetzt eines der beiden Längsprofile
33 noch zusätzlich durch die nach außen wirkende Kraft aus einer verrutschenden Ladung belastet wird, so ist das für dieses Längsprofil
33 sogar eine Entlastung. Aber im Gegenzug wird über das vorgespannte PVC-Gurtband dem gegenüber liegenden, zweiten Längsprofil
33, das ja durch die Vorspannung der PVC-Gurtbänder bereits dauerhaft belastet ist, auch noch eine gleichgerichtete Kraft aus der verrutschenden Ladung aufgebürdet, so dass es überlastet werden kann und bricht.
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Die 4 zeigt die Messwerte von zwei Ausführungsformen der erfinderischen Gurtbänder 1, die den 2 sowie 3a und 3b entsprechen. Die kurz gestrichelte Kurve F2 entspricht dem Gewebe der 2. Im Ruhezustand schlängeln sich die Kettfäden 11 aus Aramidfasern um die dicht aneinander gewebten Schussfäden 12. Aber mit steigender Zugkraft ziehen sie sich immer mehr in eine Grade und drücken die viel weicheren Polyester-Schussfäden 12 in einen immer mehr geschlängelten Verlauf. In der 2 ist durch Vergleich der Länge des Ausschnittes vom Gurtband 1 mit der Länge des noch „geschlängelten“ Kettfadens 11 die zu erwartende Längung bei Höchstlast mit etwa einem Fünftel gut schätzbar. Diese Schätzung bestätigt die praktische Messung gemäß 4, Kurve F2 eindrucksvoll.
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Im Unterschied zu dem bekannten PVC-Gurtband ist die Elastizität und damit die Dehnung der erfinderischen Gurtbänder 1 sowohl in der Ausführung F2 als auch in der Ausführung F3 bei sehr geringen Zugkräften deutlich höher. Das ist ein wichtiger Vorteil bei der Dämpfung von Lastspitzen und einer daraus resultierenden Reflektion der Kraftwelle: Das Risiko eines Überlastungsbruches durch Überlagerung mit der ursprünglichen, in anderer Richtung verlaufenden, primären Kraftwelle wird deutlich vermindert.
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Die 4 zeigt in der Kurve F3 das Dehnungsverhalten eines erfinderischen Gurtbandes 1, bei dem die Schussfäden 12 in einem großen Abstand zueinander eingewebt sind. Die dadurch entstandenen Zwischenräume sind mit dem elastischen Füllstoff 71 ausgefüllt. Gegenüber der Ausführung F2 müssen sich die Kettfäden 11 nur sehr viel weniger recken, bis sie in einer Grade verlaufen würden. Deshalb sind auch die maximale Elastizität und damit die jeweiligen Dehnungen der Ausführungsform F3 gegenüber F2 halbiert. Dennoch ist die Elastizität bei geringen Werten der Zugkraft immer noch deutlich höher als bei einem konventionellen PVC-Gurtband, wie die 4 sehr eindrucksvoll zeigt. Wie schon mehrfach betont, wird dadurch die Dämpfung eines Kraftimpulses sehr deutlich verbessert.
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Dank dieser Charakteristik seiner Zugkraft-Dehnungs-Eigenschaften ist ein Gurtband 1 gemäß 3 sehr gut als Aussteifung unterhalb einer Dachplane 2 eines Lkw-Aufbaus 3 mit sehr schlanken Längsprofilen 33 zwischen den Stirnwänden 32 geeignet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gurtband, zum Anschweißen auf Dachplane 2
- 11
- Kettfäden des Gurtbandes 1
- 12
- Schussfäden des Gurtbandes 1
- 13
- Kavität zwischen Schussfaden 12 und Füllstoff 71
- 2
- Dachplane, verschließt Dachöffnung 31
- 3
- Aufbau auf Lkw 4
- 31
- Dachöffnung des Aufbaus 3
- 32
- Stirnwände des Aufbaus 3
- 33
- Längsprofile, verbinden die Stirnwände 32
- 34
- Seitenöffnung im Aufbau 3 unterhalb Längsprofil 33
- 4
- Lkw, trägt Aufbau 3
- 5
- Side-Curtain, verschließt Seitenöffnung 34
- 51
- Ausbeulung im Side-Curtain 5 durch verrutschte Ladung
- 6
- Rollen verbinden Dachplane 2 mit Längsprofil 33
- 7
- Hülle umgibt Gurtband 1 schlauchartig
- 71
- Füllstoff in den Zwischenräumen der Kettfäden 11 und der Schussfäden 12
