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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen Schlauchreifen für
Fahrräder,
insbesondere für Rennräder, gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1. Demgemäß weist
der Schlauchreifen eine schlauchförmige Karkasse auf, welche
mindestens eine Vollgewebelage und/oder mindestens zwei sich kreuzende
Cordgewebelagen enthält,
und er weist Mittel zur Luftabdichtung auf. Bekanntlich stellt eine
Cordgewebelage ein Gatter parallel verlaufender Festigkeitsträger (Kettfäden) dar,
welches allenfalls durch sehr schwache Schussfäden in der Querrichtung zusammengehalten
ist zur Erleichterung des Handlings, wohingegen in einem Vollgewebe
die quer zu den Kettfäden
verlaufenden Schussfäden
zumindest in etwa die gleiche Festigkeit und Steifigkeit wie die
Kettfäden
aufweisen.
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Bei Schlauchreifen nach dem Stande
der Technik ist das Mittel zur Luftabdichtung ein lose eingelegter
Schlauch. Üblicherweise
besteht dieser Schlauch zumindest überwiegend aus rußgefülltem Naturkautschuk.
Solche Naturkautschukmischungen bieten zwar keine allzu große Luftdichtigkeit,
sie ist aber ausreichend; ihr entscheidender Vorteil gegenüber Butylkautschukmischungen,
wie sie aus den Innenseelen von schlauchlos zu fahrenden PKW- und LKW-Reifen
bekannt sind, ist ihre vergleichsweise gute Weiterreißbeständigkeit.
Diese Weiterreißbeständigkeit
verringert den altbekannten, prinzipiellen Nachteil aller mit Schlauch
zu fahrenden Reifen, dass nämlich
im Falle einer kleinen zufälligen
Perforation – von
dieser Perforation ausgehend – sehr
rasch ein oder mehrere Risse entstehen und den Reifenluftdruck in
sehr kurzer Zeit zusammenbrechen lassen.
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Bei zu raschem Luftdruckverlust hat
der Fahrer keine Chance mehr, vor dem vollständigen Luftdruckverlust – der die
Manövrierfähigkeit
des Fahrrades ganz erheblich stört – sein Fahrrad
zum Stehen zu bekommen.
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Es versteht sich, dass dieses Problem
umso gravierender ist, desto schneller das Fahrrad fährt, desto
länger
also die Vollbremsung bis zum Stand dauert.
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Die Erfindung betrifft ferner ein
Verfahren gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 6 zur Herstellung eines solchen Schlauchreifens.
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Unter Schlauchreifen werden solche
Luftreifen verstanden, die eine ringförmig geschlossene, schlauchförmige Karkasse
haben. Bei Fahrrädern sind
solche Reifen vor allem für
den Renneinsatz und zugehörige
Trainingszwecke vorgesehen. Ihr Vorteil gegenüber Wulstreifen liegt in der
stetigeren Querzugweiterleitung der Karkasse im radial inneren Bereich,
weil sie die Krafteinleitung vom einen Wulst auf das eine Felgenhorn über das
Felgenbett zum anderen Felgenhorn und dort in den anderen Wulst
vermeiden.
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Diese Analyse zeigt, dass Schlauchreifen umso
vorteilhafter gegenüber
Wulstreifen sind, desto höher
der gefahrene Luftdruck und desto schmaler die zu bereifende Felge
ist. Weil Fahrräder – wie alle einspurigen
Fahrzeuge – Querkräfte von
der Straße her
im wesentlichen durch ihre Schräglage
innerhalb des Rades übertragen,
fallen innerhalb des Rades kaum Querkräfte an, weshalb die Felgen
sehr schmal sein dürfen.
Die tatsächliche
Schmalheit von Rennradfelgen und -bereifungen dient der Senkung
des Luftströmungswiderstandes.
Die Schmalheit der Reifen erfordert für eine ausreichende Tragfähigkeit
und Sicherheit gegen Durchstöße hohe
Luftdrücke;
hieraus erklärt
sich, dass Schlauchreifen an Rennrädern für den Straßen- und Halleneinsatz dominieren.
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Die Kunden von Schlauchreifen verlangen einen
sehr guten Rundlauf und ein möglichst
geringes Gewicht sowie einen möglichst
hohen Pannenschutz.
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Mit der Felge werden Schlauchreifen üblicherweise
durch Kleben verbunden. Die bislang üblichen Schlauchreifen haben
einen Innenschlauch und besitzen herstellungstechnisch bedingt auf
ihrer radial inneren Seite eine in Umfangsrichtung umlaufende Naht.
Im noch offenen Zustande dieser Naht wird der Schlauch in den Reifen
eingelegt und danach zugenäht.
Insbesondere beim Einsatz von dünneren
Innenschläuchen,
die besonders geringes Gewicht und geringen Rollwiderstand versprechen,
muss diese Naht reifeninnenseitig durch ein gesondertes Nahtschutzband,
welches eingenäht
wird, abgedeckt werden, um den Innenschlauch zu schützen.
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Das bekannte Verfahren zur Herstellung
von Schlauchreifen erfordert vor allem wegen des Hantierens mit
dem Innenschlauch und ggf. des nachfolgenden Annähens des daran anliegenden,
den Schlauch vor der Naht schützenden
Nahtschutzbandes, aber auch zwecks präzisen Zusammennähens der
Karkassenden zur Umfangsnaht und des in der Regel noch nachfolgend
von radial innen her – z.
B. durch Klebung oder durch Aufvulkanisation – angefügten Gurtbandes zum Schutz
vor Felgenanscheuerungen, viel Handarbeit und ist deshalb teuer. Schlauchreifen
müssen
sehr sorgfältig
gefertigt werden, um guten Rundlauf zu erzielen.
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Der Erfinder hat sich die Aufgabe
gestellt, einen Schlauchreifen eingangs genannter Art so zu gestalten,
dass er dem Fahrer neben geringem Gewicht und gutem Rundlauf vor
allem einen mindestens verzögerten
Luftdruckverlust – vorzugsweise
natürlich das
Ausbleiben eines Luftdruckverlustes – im Falle zufälliger Perforation
bietet.
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Der Erfinder hat sich ferner die
Aufgabe gestellt, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Reifens
zu entwickeln, welches gegenüber
den bekannten Verfahren vereinfacht ist und mit dem ein, wie erwähnt, qualitativ
verbesserter Reifen herstellbar ist.
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Ausgehend von den gattungsbildenden Merkmalen
des Anspruches 1 wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
- – dass
besagtes Mittel zur Luftabdichtung an zumindest einer Gewebelage
der schlauchförmigen Karkasse
vollflächig
anhaftet, ggf. unter Verwendung einer haftungsvermittelnden Schicht
und
- – dass
der Schlauchreifen an zumindest einer der Luftkaverne zugewandten
Seite eine flüssige, zähflüssige oder
feste Schicht aufweist, die vor, während und nach der Vulkanisation
eine Haftung gegenüber
der anderen der Luftkaverne zugewandten Seite verhindert, nachfolgend
als Trennschicht bezeichnet.
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Die Trennschicht kann sowohl auf
ihrer Ober- als auch auf ihrer Unterseite haftungsverhindernd wirken.
Sie liegt dann lose im fertigen Reifen. Ein mögliches Material für eine so
ausgeführte
Trennschicht wäre
zum Beispiel Aluminiumfolie.
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Es reicht aber für die Funktion der Erfindung aus,
wenn die Trennschicht auf nur einer Seite haftungsverhindernd wirkt,
und zwar auf der der Luftkaverne zugewandten Seite. Wenn eine solche
Trennschicht auf der radial äußeren Reifenwandung
angeordnet ist, muss also ihre radial innere Seite haftungsverhindernd
sein. Ist eine solche Trennschicht hingegen – wie bevorzugt – auf der
radial inneren Reifenwandung angeordnet, so muss ihre radial äußere Seite
haftungsverhindernd sein. Ferner ist es möglich, eine solche haftungsverhindernde
Schicht sowohl auf der radial inneren wie der radial äußeren Reifenwandung
anzuordnen, vorzugsweise im Bereich einer der beiden Reifenseitenwände kontinuierlich
ineinander übergehend.
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Die im letzten Absatz genannte Ausbildung der
Trennschicht, also zur Luftkaverne hin haftungsverhindernd, zur
Karkasse hin jedoch haftend, ist bevorzugt. Sie kann zum Beispiel
aus einer Emulsion von 1,5% Silikonöl und Rest Wasser samt eventueller üblicher
kleiner Verunreinigungen bestehen. Es ist auch möglich, übliche Emulsionsstabilisatoren
zuzusetzen und/oder kleine Mengen von Seife, zum Beispiel 1% Natriumseife.
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Die Bedeutung der Trennschicht liegt
darin, dass sie ein Herstellungsverfahren gemäß Anspruch 6 ermöglicht.
Das wichtigste Merkmal eines Reifens gemäß diesem Verfahren ist, dass
er auf der radial inneren Seite keine Fügestelle mehr aufweist, insbesondere
keine Naht.
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Ausgehend von den in der Schlauchreifenherstellung
an sich bekannten Merkmalen, wonach
- a) auf
eine Aufbautrommel zumindest eine kautschukbeschichtete Vollgewebelage
und/oder mindestens zwei sich kreuzende kautschukbeschichtete Cordgewebelagen
aufgebracht wird bzw. werden,
- b) danach entlang Linien, die in Umfangsrichtung verlaufen,
die Gewebelagenränder
umgeschlagen werden,
- c) ein Laufstreifen aufgebracht wird,
- d) und danach der so gefertigte Rohling abschließend vulkanisiert
wird,
ist dieses Herstellungsverfahren gemäß Anspruch
6 dadurch gekennzeichnet, dass
- e1) vor dem
Umschlagen der Gewebelagenränder
eine im, späteren
fertigen Reifen als Mittel zur Luftabdichtung dienende Schicht aus
einer solchen Kautschukmischung aufgebracht wird, die im späteren vulkanisierten
Zustand weitgehend luftundurchlässig
ist,
- e2) oder, dass die Beschichtung zumindest einer der Gewebelagen
aus einer solchen Kautschukmischung gefertigt wurde, welche selber
nach der Vulkanisation weitgehend luftundurchlässig ist,
- f) dass – immer
noch vor dem Umschlagen der Gewebelagenränder – auf die eine Vollgewebelage
bzw. auf die äußere der
mehreren Gewebelagen zwischen den besagten, in Umfangsrichtung verlaufenden
Linien eine Trennschicht aufgebracht wird,
- g) und erst danach die Gewebelagenränder seitlich der Trennschicht
umgeschlagen werden,
- h) wonach der vorzugsweise noch rohe Laufstreifen aufgelegt
wird.
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Angesichts dessen, dass Radrennfahrer – die ihren
extrem leichten Reifen Geschwindigkeiten bis zu 100 km/h abverlangen – die Sicherheit
eines Rennschlauchreifens maßgeblich
anhand der Qualität
dieser Naht beurteilen und deshalb selbst in unserer heutigen Zeit
der Automatisierung häufig
von erfahrener Hand genähte
Schlauchreifen verlangen, ist es von entscheidender Bedeutung, dass
erfindungsgemäß erzeugte
Schlauchreifen gar keine Naht aufweisen, sogar überhaupt keine Zusammenfügung von
Lagenenden im radial inneren Bereich. Weil die für eine Naht unvermeidliche
Geweberand-Umlenkung, die infolge Kerbwirkung eine Spannungskonzentration
in den Fäden
der Karkasse nach sich zieht, entfällt, lässt sich ein besonders günstiges
Verhältnis
zwischen Platzdruck und Eigengewicht der Bereifung erreichen.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte
Schlauchreifen zeigen dagegen im radial äußeren Bereich eine sich axial
und in Umfangsrichtung erstreckende Fügezone und zwar durch Überlappung.
Diese Überlappung
unterhalb des Laufstreifens verbessert den Schutz gegen Perforation
und begünstigt
den Verzicht auf einen separaten Breaker zwischen Karkasse und Laufstreifen.
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Ein erfindungsgemäßer Reifen gemäß Anspruch
1 benötigt
infolge der luftdichten Gummierung zumindest einer der Gewebelagen
gemäß Anspruch 2
oder einer zusätzlich
aufgebrachten Dichtschicht gemäß Anspruch
3 keinen Innenschlauch mehr. Neben einer kleinen Gewichtsersparnis
bringt dies vor allem den Sicherheitsgewinn, dass – infolge
der vollflächigen
Anhaftung – nach
einer zufälligen
Perforation kein Weiterreißen
der Dichtschicht möglich
ist. Wenn also überhaupt
ein Luftdruckabfall eintritt, dann erfolgt dieser besonders langsam.
Selbst bei ungünstigsten
Randumständen
kann der Fahrer sein Rennrad mit mehrfacher Sicherheit vor Eintritt
der Manövrierunfähigkeit
sicher bis zum Stehen herunterbremsen.
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Solange ein penetrierender Gegenstand, beispielsweise
ein pflanzlicher Dorn, im Reifen stecken bleibt, geht nahezu kein
Luftdruck verloren.
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Wegen der vollflächigen Anhaftung der luftdichtenden
Gummierung innerhalb oder an der Karkasse, ist die Anforderung an
die Weiterreißbeständigkeit
der luftdichtenden Gummierung verringert, und zwar besonders weit
verringert bei der – dem
Gedanken einer Funktionentrennung folgenden – Ausführung gemäß Anspruch 3, ganz besonders
bei Anordnung einer solchen nur der Luftabdichtung dienenden Schicht
auf der der Luftkaverne zugewandten Seite, also nicht etwa – was im übrigen auch
möglich
ist – zwischen
den Karkasslagen oder gar auf der der Luftkaverne abgewandten Seite
der Karkasse.
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Insbesondere bei letztgenannter Ausführung ist
die Anforderung an die Weiterreißbeständigkeit so weit reduziert,
dass die für
den Bau von Innenlinern von PKW- und LKW-Reifen an sich bekannten
Dichtmischungen unter Verwendung von Butylkautschuk, vorzugsweise
Brombutlykautschuk, einsetzbar sind, dies sogar unter vollständiger Elimination
des – weniger
dichtenden – Naturkautschukes.
Bei Anordnung der dichtenden Schicht an anderer Stelle empfiehlt sich
die – ebenfalls
von Anspruch 4 erfasste – Mischungsausführung mit
einem Verschnitt verschiedener Kautschukarten, darunter Butylkautschuk,
also beispielsweise als Polymerbasis 85% Brombutylkautschuk und
15% Naturkautschuk ggf. unter Verwendung im Innenlinerbau üblicher
Zusätze,
wie Öl
und Ruß.
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Wenn der Schlauchreifen, wie gemäß Anspruch
7 bevorzugt, in einer Vulkanisationsform unter Druck – also nicht
frei in einem Autoklaven – vulkanisiert
wird, gelingt er besonders gleichmäßig und liefert somit einen
besonders guten Rundlauf. Dazu wird der Schlauchreifenrohling für seine
Vulkanisation vorzugsweise auf eine heizbare "Felge" aufgezogen, mit dieser in eine heizbare
Vulkanisationsform gebracht und dort vulkanisiert. Zweckmäßigerweise wird
gemäß Anspruch
14 bei solchem Vulkanisieren eine zweiteilige, in Umfangsrichtung
geteilte Vulkanisationsform verwendet. Letztgenannte Verfahrensführung lässt sich
dadurch noch weiter verbessern, dass die "Felge", auf die der Reifenrohling aufgezogen
wird, gleichzeitig den Fußring
der Heizform bildet. Dies ermöglicht
ein sehr genaues radiales Ausrichten des Reifenrohlings.
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Für
einen besonders guten Schutz vor Felgenanscheuerungen weisen erfindungsgemäße Schlauchreifen
vorzugsweise gemäß Anspruch
5 auf der radial inneren, in Felgenkontakt tretenden Spur der Außenseite
der schlauchförmigen
Karkasse ein vollflächig
anhaftendes Gurtband auf. Sofern – wie üblich – das Ventil nach radial innen
hin hervorstehen soll, soll das Ventil durch das Gurtband hindurchragen.
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Das Ventil lässt sich auf einfache Weise
dadurch montieren, dass vor dem Aufbringen der Gewebelagen ein mit
einem Ventil versehenes Gurtband aufgelegt wird, wobei das Ventil
in einer Öffnung
der Trommel plaziert wird. Es ist ebenfalls möglich, zuerst das Gurtband
auf die Aufbautrommel aufzulegen und danach das Ventil an der Stelle
der Öffnung
in der Trommel zu plazieren. Hierzu muss das Gurtband an dieser
Stelle bereits vor seinem Aufbringen gelocht sein – was eine
genaue Positionierung des Gurtbandes in der Umfangsrichtung erfordert, damit
die entsprechenden Löcher
zur Deckung kommen – oder
nach seinem Aufbringen gelocht werden. Das nachträgliche Lochen
kann durch ein stanzendes Werkzeug erfolgen, eventuell durch den
Ventilstutzen selber, wenn dieser hinreichend scharfkantig ausgeführt ist
oder durch eine auf den Ventilstutzen aufgeschraubte, spitzkegelige
Stechvorrichtung.
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An der für das Ventil vorgesehenen Stelle muss
ein die gesamte radial innere Reifenwand durchdringendes Loch geschaffen
werden; zweckmäßigerweise
wird zur Vermeidung des Zuordnungsproblemes, dass dieses Loch auch
wirklich dort auf der Aufbautrommel zu liegen kommt, wo vor dem Auflegen
der ersten Lage, vorzugsweise des Gurtbandes, in einer entsprechenden Öffnung der
Aufbautrommel das zu verbauende Ventil plaziert wurde, dieses Loch
erst nach dem Auflegen aller zu durchdringenden Lagen geschaffen,
vorzugsweise ebenfalls durch Stechen.
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Die Antwort auf die Frage, ob dieses
Loch die bzw. welche Trennschicht durchdringt, determiniert, wann
genau dieses Loch geschaffen wird:
Wird ein beidseitig nichthaftendes
Trennmaterial verwandt, so kann dieses Loch vor oder nach dem Aufbringen
der Trennschicht geschaffen werden;
wird ein nur einseitig
nichthaftendes Trennmaterial verwandt, welches im fertigen Reifen
auf der radial äußeren Wandung
haften soll und beim Reifenaufbau in der Spur des Ventiles plaziert
wird, also die haftende Seite oben liegt, so ist das Loch vor dem Aufbringen
der Trennschicht zu schaffen;
wird ein nur einseitig nichthaftendes
Trennmaterial verwandt, welches im fertigen Reifen auf der radial äußeren Wandung
haften soll und beim Reifenaufbau in dem gemäß Merkmal g) des Anspruches
6 umzuschlagenden Wandbereich plaziert wird, so kann dieses Loch
vor oder nach dem Aufbringen der Trennschicht geschaffen werden;
wird
ein nur einseitig nichthaftendes Trennmaterial verwandt, welches
im fertigen Reifen auf der radial inneren Wandung haften soll, was
mit Rücksicht
auf den Rollwiderstand besser ist, so ist das Loch nach dem Aufbringen
der Trennschicht zu schaffen.
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All diese unterscheidbaren Fälle sind
zusammenfassend behandelt im Anspruch 13, demgemäß nach dem Auflegen aller zur
gegenseitigen Haftung zu bringenden, Kautschuk enthaltenden Schichten gemäß den Merkmalen
a) und e1) bzw. e2) des Anspruches 6, und vor dem Umschlagen der
Gewebelagenränder
gemäß dem Merkmal
g) des Anspruches 6, möglicherweise
noch vor dem Aufbringen der Trennschicht gemäß Merkmal f) des Anspruches
6, eine Lufteinführvorrichtung,
vorzugsweise bereits das im Reifen verbleibende Ventil, so weit
nach radial außen
reichend durch die radial inneren Karkasslagen hindurchgeführt wird,
dass das radial äußere Ende
der Lufteinführvorrichtung
bündig
mit der Ober- oder der Unterseite der Trennschicht abschließt.
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Bei Verwendung mehrerer Gewebelagen zum
Karkassenaufbau gelingt eine weniger schroffe Änderung in der Reifendicke
und der Reifensteifigkeit entlang der Querrichtung, wenn die Ränder übereinander
liegender Gewebelagen nicht übereinander plaziert
sind sondern zueinander axial versetzt. Zu diesem Zwecke empfiehlt
es sich, die übereinander aufzubringenden
Gewebelagen seitlich, also in der Axialen, gegeneinander zu versetzen.
Eine solche Verfahrensweiterbildung gemäß Anspruch 8 führt zu einer
Verstetigung des Reifenquerschnittes.
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Dabei empfiehlt es sich, die zuunterst
aufzubringende Gewebelage, die im fertigen Reifen die äußere Gewebelage
darstellen wird, geringfügig
breiter zuzuschneiden als die darüber aufzubringende Gewebelage,
besonders bevorzugt um das 2xpi-fache des Abstandes zwischen den
Biegeneutralen der beiden Gatter von Festigkeitsträgern.
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Die erfindungsgemäß vorgesehene Trennschicht
hat nach dem Beginn der Bombage, also nach der Trennung der zunächst aufeinander
liegend aufgebauten radial inneren und radial äußeren Bereiche des Schlauchreifens,
bereits ihren Zweck erfüllt. Von
daher wäre
es das konstruktiv Angenehmste, die Trennschicht danach zumindest
weitgehend zu entfernen; dies ist jedoch verfahrenstechnisch schwierig und
erscheint bislang nur mit dünnflüssigen Trennmitteln
erreichbar; dünnflüssige Trennmittel
aber bergen die Gefahr, bei der Reifenherstellung auch an solche
Stellen zu gelangen, an denen durchaus Haftung erzielt werden soll.
Deshalb ist es verfahrenstechnisch bevorzugt, die Trennschicht oder
das Trennmittel im Reifen vollständig
oder zumindest teilweise zu belassen.
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Gemäß Anspruch 9 kann die Trennschicht eine
Metallfolie, zum Beispiel aus Aluminium, eine Schicht aus Papier,
ein Einstrich mit einem Trennmittel oder Glasfasergewebe sein. Das
zu verstreichende Trennmittel kann eine Emulsion sein, vorzugsweise
eine Wasser/Silikonöl-Emulsion.
Die für
die – im Reifen
verbleibende – Trennschicht
verwendeten Materialien sollen keine scharfen Kanten haben oder während der
Reifenherstellung entwickeln; dies gilt erst recht bei Anordnung
der besonders empfindlichen Dichtschicht auf der Innenseite der
Karkasse, also in direkter Nachbarschaft zur Trennschicht. Die Materialien
dürfen
andere Reifenbauteile, insbesondere die Dichtschicht und/oder die
Karkasse, weder während
des Heizprozesses noch während
des späteren
Reifenbetriebes angreifen.
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Wenn eine harte Folie, z. B. eine
Metallfolie als Trennschicht gewählt
wird, dürfen
die Kanten der Folie nicht scharfkantig sein, da sonst im Fahrbetrieb die
Karkasse im inneren Bereich zerstört werden kann. Dies ist zum
Beispiel mit dem Umschlagen der Kanten erreichbar.
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Während
der Benutzung des Reifens sollen sich die Trennmaterialien nicht
zu Anhäufungen
zusammenballen, die dann den Schwerpunkt des Reifens beeinflussen.
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Das Trennmittel kann auch eine weiche
Folie, insbesondere aus Kunststoff, sein, die zu höchstens
einer Seite der Karkasse klebrig ausgeführt ist oder durch die Konfektionsklebrigkeit
dort anhaftet. In diesem Falle würde
die Trennschicht beim späteren
Heizvorgang einseitig zur Anhaftung kommen, ohne allerdings einen
nennenswerten Anteil zur Festigkeit des Reifens beizutragen.
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Diese innere Trennschicht kann auch
eine einseitig gummierte dünne
Gewebeschicht sein, bei der die gummierte Seite auf der Karkasseninnenseite zu
liegen kommt. Ebenfalls ist denkbar, ein nicht gummiertes Gewebe
einzusetzen, da die Konfektionsklebrigkeit des Karkassgewebes eine
Lagedefinition der eingelegten Trennschicht mit ausreichender Sicherheit
herstellen kann.
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Wie bereits im Zusammenhang mit Anspruch 2
dargestellt, kann die Luftdichtheit des Reifens dadurch erreicht
werden, dass die Fäden
zumindest einer der Gewebelagen zumindest einseitig in eine luftundurchlässige Kautschukmischung
eingebettet werden. Es kann aber auch auf eine konventionell – also im
wesentlichen mit Naturkautschuk – beschichtete Gewebelage,
vorzugsweise auf die zweite Gewebelage, eine gesonderte Dichtschicht
aus einer hinreichend luftundurchlässigen Kautschukmischung aufgebracht
werden, was zu einer Reifenausführung gemäß Anspruch
3 führt.
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Für
die Herstellung letztgenannter Reifenversion ist also ein extrem
empfindliches und zudem wenig stabiles, folienhaftes Gebilde aus
Butylkautschuk oder dergleichen zu handhaben. Selbst für eine Reifenausführung gemäß Anspruch
2, wo die dichtende Schicht Festigkeitsträger enthält und deshalb in der Längsrichtung
dieser Festigkeitsträger stabiler
ist, würde
die Handhabung einer solchen rohen Lage an der Reifenaufbautrommel
noch überdurchschnittlich
viel Sorgfalt erfordern.
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Am leichtesten zu handhaben wäre eine
mit dichtender Kautschukmischung beschichtete Vollgewebelage, wobei
aber Vollgewebelagen bekanntlich im Reifendauerversuch Schwächen zeigen
können, und
deshalb weitgehend von Cordgewebelagen verdrängt wurden.
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Diese bislang im Bau von Reifen unbekannte Problematik,
hängt maßgeblich
mit den viel kleineren angestrebten Schichtstärken der Dichtschicht zusammen
als bei allen anderen Reifen. Für
eine separate Dichtschichtausführung
werden Schichtstärken von
0,15 bis 0,4 mm für
Rennzwecke (Je kürzer
das Rennen, desto dünner
die Dichtschicht!) und 0,3 bis 0,6 mm für Trainingszwecke eingestellt,
für Motorrad- und
PKW-Reifen hingegen üblicherweise
1 bis 1,4 mm, für
LKW-Reifen über
2 mm.
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Die durch die Folienhaftigkeit ausgelöste Problematik
lässt sich
erheblich entschärfen,
wenn gemäß der Ansprüche 10 und/oder
11 verfahren wird:
Gemäß Anspruch
10 wird die später
der Luftabdichtung dienende Kautschukschicht bereits vor deren Auflegen
auf die Aufbautrommel vollflächig
haftend auf eine Gewebelage bzw. auf die Gewebelagen der Karkasse
aufgebracht, vorzugsweise auf diejenige Gewebelage, die auf der
Aufbautrommel die oberste Gewebelage bildet.
Gemäß Anspruch
11 werden die Gewebelagen, ggf. einschließlich der später der
Luftabdichtung dienenden Kautschukschicht, vor ihrem Aufbringen
auf die Aufbautrommel aufeinander doubliert bzw. tribliert.
Beide – auch miteinander
kombinierbaren – Verfahrensschritte
werden zweckmäßigerweise
an Kalandern ausgeführt.
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Das korrekte Aufziehen des von der
Trommel genommenen Reifenrohlings auf die Heizfelge wird dadurch
vereinfacht, dass gemäß Anspruch
12 der Reifenrohling vor dem Aufziehen schwach aufgepumpt wird;
hierdurch werden Faltenwürfe
und schiefe Zenitausrichtung vermieden.
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Der Innendruckaufbau für das Bombieren und
Vulkanisieren in einer außen
widerhaltenden Form erfolgt zweckmäßigerweise via dem in den Reifenrohling
eingebrachten Ventil.
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Zunächst der Stand der Technik
und danach die Erfindung werden nachfolgend anhand einiger Figuren
näher erläutert. Es
zeigt:
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1a – 1e ein bekanntes Verfahren
zur Herstellung eines bekannten Schlauchreifens,
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1f im
Querschnitt einen bekannten Schlauchreifen,
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2a – 2g ein erfindungsgemäßes Verfahren
zur Herstellung eines Schlauchreifens,
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2h im
Querschnitt einen erfindungsgemäßen Schlauchreifen.
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Die 1a bis 1f zeigen einzelne Verfahrensschritte
zum Herstellen eines bislang üblichen Schlauchreifens
im Querschnitt. Alle folgenden Querschnitte durch die verwendete
Aufbauvorrichtung sind in eine solche Ebene gelegt, dass das Loch 18 zur
Aufnahme des später
gezeigten Ventiles 16 sichtbar ist.
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1a zeigt
im Maßstab
1:1, dass auf eine zylindrische Aufbautrommel 10 zuerst
eine Cordgewebelage 2 mit unter einem Winkel zu ihrer Erstreckungsrichtung
verlaufenden Festigkeitsträgern
aufgelegt wird.
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In je einer Kehle 19 links
und rechts der Vorrichtungsmitte ist je eine ringförmig geschlossene Helixfeder 21 eingelegt,
die zum Umbugen der Enden der Lage 2 verwendet wird und
deshalb im Folgenden kurz als "Umbugfeder" bezeichnet wird.
Die Kehlen 19 weisen auf ihrer jeweils axial inneren Seite eine
als Rampe wirkende Schräge 20 auf,
die die Umbugfeder bei einer Bewegung nach axial innen zu einer
Durchmesservergrößerung veranlasst.
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Darüber ist in einer ausschnittsweisen
Vergrößerung im
Maßstabe
3:1 der Mittenbereich des bis dahin entstandenen Produktes gezeigt,
hier also ein Ausschnitt aus der Cordgewebelage 2.
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1b zeigt
dass an zwei Stellen auf die Gewebelage 2 zwei Baumwollfäden 5 in
einem Abstand voneinander symmetrisch zur Mittellinie der Gewebelage 2 aufgewickelt
werden. Deren Abstand voneinander ist so gewählt, dass diese Fäden 5 an
den vorgesehenen Umbugstellen der Karkasslage 2 zu liegen
kommen.
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Der axial innerhalb des Paares von
Baumwollfäden 5 gelegene
Bereich der Karkasslage 2 wird nachfolgend mit 2' bezeichnet,
die axial außerhalb des
Paares von Baumwollfäden 5 gelegenen
Ränder der
Karkasslage 2 hingegen mit 2''.
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Anschließend werden nacheinander die
Geweberänder 2'' nach axial innen umgeschlagen,
wobei in der Mitte ein Bereich gebildet wird, in dem sich beide
umgeschlagenen Enden 2'' überlappen.
Im fertigen Reifen soll der Bereich 2' eine innere Karkasslage bilden
und die Ränder 2'' eine äußere Karkasslage. Auf die Überlappung
der Geweberänder 2'' wird mittig der Laufstreifen 4 aufgelegt.
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Darüber ist in einer ausschnittsweisen
Vergrößerung im
Maßstab
3:1 der Mittenbereich des bis dahin entstandenen Produktes gezeigt,
hier also ein Ausschnitt aus der Gewebelage 2 mit den beiden
die Umbugstellen markierenden Baumwollfäden 5. Natürlich kann
auch ein anderes Fadenmaterial zur Markierung der Umbugstellen verwendet
werden; das Material Baumwolle erscheint aber am besten geeignet,
nicht nur weil es billig und leicht ist, sondern auch, weil es die
Luftabfuhr aus dem Umbug begünstigt.
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Es erscheint auch möglich, auf
Fäden an
den Umbugstellen überhaupt
zu verzichten; dann allerdings muss mit einer besonders sorgfältigen Umbugausführung ein
Lufteinschluss in der entstehenden Kehle unterdrückt werden, was bislang allerdings teurer
zu sein scheint als die Setzung der entlüftenden Baumwollfäden. Darüber hinaus
müsste – angesichts
des Ausfalls der auch lastverteilenden Funktion dieser Baumwollfäden 5 – dazu die
den Reifen am Verfahrensende nach radial innen hin schließende Naht
noch mehr Stiche aufweisen und würde
damit ebenfalls teurer.
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Der rechte Umbug entsteht durch Umschlagen
des über
den rechten Faden 5 überstehenden Bereiches 2'' der Karkasslage 2 zunächst nach
radial außen,
um sie anschließend
weiter nach axial innen umzuschlagen bis zur Anhaftung am nicht
umgebugten Bereich 2' der
Cordgewebelage 2. Dazu ist die rechte Umbugfeder 21 durch
einen Kranz von mechanisch angreifenden Armen nach axial innen verschoben.
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In analoger Weise wird danach der
linke Umbug erstellt. In den umgebugten Bereichen 2'' ist die Schrägstellung der Fäden zur
Umfangsrichtung genau andersherum orientiert als im ungewendeten
Bereich 2'.
Damit ist die erforderliche Querkraft-Kompensation mit der für Diagonalreifen
typischen Lagenkreuzung erreicht.
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1c zeigt
den Verfahrensstand nach dem beidseitigen Umbugen der Gewebelage 2,
und zwar unten im Maßstab
1:1 und analog den vorherigen Figuren darüber in einer Vergrößerung im
Maßstab
3:1.
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Danach wird, wie 1d im Maßstab 1:1 zeigt, der Laufstreifen 4 aufgelegt.
Darüber
ist wiederum im Maßstab
3:1 das bis dahin komplettierte Produkt gezeigt, welches als „rohes
Karkassband" bezeichnet
wird.
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Das so konfektionierte, noch rohe
Karkassband wird danach umgekrempelt und so auf einen geheizten
Zylinder gezogen, dass der – vorzugsweise
noch unprofilierte – Laufstreifen 4 nach
radial innen weist, also auf dem – ggf. das Profil einprägenden – geheizten
Zylinder zu liegen kommt. Während der
Vulkanisation wird das Karkassband von radial außen mittels eines ringförmigen,
nach radial innen hin blähbaren
Balges gegen diesen heizbaren Zylinder gedrückt. Diese an sich bekannte
Vulkanisationsweise wird in der deutschen Fachsprache auch als „Felgenbandheizung" bezeichnet.
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1e zeigt
das danach fertig vulkanisierte Karkassband.
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Anschließend wird das Karkassband wieder zurückgekrempelt,
so dass der Laufstreifen wieder nach radial außen weist. Danach wird in das
Karkassband der fertige, mit einem Ventil versehene Innenschlauch 1 eingelegt
und es werden die Karkassbandränder
zur Ausbildung der Reifenseitenwände nach
radial innen geschlagen und dort schließlich zusammengenäht. Vor
dem Zusammennähen
kann in das Innere der Karkasse 2 ein – hier nicht gezeigtes – Schlauchschutzband
eingebracht und mitgenäht werden.
Auf den Nahtbereich wird schließlich
außen das
Nahtschutzband 3 aufgeklebt.
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1f zeigt
einen Querschnitt durch eine solche Ausführungsform eines aus dem Stand
der Technik bekannten Schlauchreifens, wie sie gemäß den zuvor
erläuterten
Schritten erstellt wird. Dieser Reifen umfaßt einen Innenschlauch 1,
und einen Schlauchkörper
mit einer „zweilagigen" Karkasse 2 und
einen Laufstreifen 4. Die Lagen 2', 2'' der
Karkasse 2 bestehen aus einem gummierten Cordgewebe.
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Abweichend von dieser Ausführung könnte auch
Vollgewebe verwendet werden, womit auch ein einlagiger Aufbau möglich wäre. Im Falle
der bevorzugten Verwendung von Cordlagen müssen sich die Festigkeitsträger der
einen Lage 2' mit
jenen der zweiten Lage 2'' kreuzen.
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Die Fäden bzw. Kettfäden des
Cord- bzw. Vollgewebes können
zum Beispiel aus einem Polyamid – insbesondere aus Nylon 6,6 – oder aus
Baumwolle oder aus Rayon (Kunstseide) bestehen.
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Ferner ist die herstellungstechnisch
bedingte Naht 6 eingezeichnet, die außenseitig durch ein die Naht 6 vor
den Kanten der Nippellöcher
der Felge schützendes
Nahtschutzband 3 abgedeckt ist. Dieses Nahtschutzband 3 besteht überlicherweise
aus einem gummierten Baumwollgewebe und dient mit seiner Rauhigkeit
und seinem Saugvermögen
ferner als Gegenfläche
zur Aufklebung des Schlauchreifens auf der Felge.
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Die Naht 6 wird bei dünnen Innenschläuchen auf
der anderen Seite – also
im Reifeninneren – mit einem
weiteren Band, dem Schlauchschutzband abgedeckt, welches hier nicht
gezeichnet ist. Ein solches Schlauchschutzband kann beispielsweise
aus Perlon bestehen. Zwischen dem Laufstreifen und der Karkasse
kann als Pannenschutz zumindest eine zusätzliche Gewebelage eingebracht
werden.
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Nach dieser Detaillierung des Vortrages
zum Stand der Technik werden nun einige notwendige und bevorzugte
Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung anhand mehrerer
Figuren näher
erläutert.
Abgesehen von der Problematik einer nicht beliebig kleinen Strichstärke, die
zu einer übertrieben dicken
Darstellung dünner
Schichten, insbesondere der Trennschicht, zwingt, sind auch diese
Figuren maßstabsgerecht.
Wo nichts anderes angegeben ist, beträgt der Maßstab 1:1. Im oberen Teil der 2a bis 2d finden sich die ausschnittsweisen
Vergrößerungen
der Mittenbereiche des bis dahin entstandenen Produktes im Maßstab 3:1.
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Die 2a bis 2g zeigen einzelne Schritte eines
erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Herstellung eines Reifens:
Wie 2a zeigt, wird zuerst das Gurtband 17 um eine
zylindrische Aufbautrommel 11 gelegt, wobei das Ventil 16 durch
das Gurtband hindurch in einer Öffnung
der Trommel 11 plaziert wird. Das Gurtband besteht aus
einem gummierten Baumwollgewebe, welches zur Reifenseite hin klebrig
gemacht ist, insbesondere durch einen vulkanisierfähigen Einstrich, um
den Verbund mit der aufzulegenden Gewebelage sicherzustellen. Die
erste Gewebelage 12 wird um die Trommel 11 gelegt
und im Ventilbereich durchstochen. Auf diese erste Gewebelage 12 werden
zwei Baummwollfäden 5' in einem Abstand
zueinander gewickelt, wobei die Anordnung dieser Baumwollfäden 5' gegenüber der
Mittellinie der Gewebelage 12 seitlich versetzt und somit
zu dieser nicht symmetrisch erfolgt.
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Dies ist in 2b veranschaulicht. Wie schon erwähnt, verlaufen
die eingebetteten Festigkeitsträger
unter einem Winkel zur Erstreckungsrichtung der Gewebelage 12.
Auf die Baumwollfäden 5' und die erste
Gewebelage 12 wird eine zweite Gewebelage 12', deren Festigkeitsträger gegensteigend
zu jenen der ersten Gewebelage 12 verlaufen, aufgelegt und
im Ventilbereich ebenfalls durchstochen. Das Auflegen der zweiten
Gewebelage 12',
die insbesondere gleich breit wie die erste Gewebelage 12 ausgeführt ist,
erfolgt seitlich versetzt zur ersten Gewebelage 12, so
dass die Baumwollfäden 5' abgedeckt werden, über den
einen Baumwollfaden 5' die
erste Gewebelage 12 noch etwas überdeckt wird, jedoch im Bereich
des zweiten Baumwollfadens 5' die
zweite Gewebelage 12' die
erste Gewebelage 12 überragt. 2c zeigt dieses Stadium
des Herstellungsprozesses. Hiervon abweichend können die Baumwollfäden auch
erst auf der zweiten Gewebelage positioniert werden. Die Gewebelagen
werden dann wie im vorgenannten Fall versetzt aufgelegt und danach
die Baumwollfäden
zur Definition der Umschlagstellen aufgelegt. Nach der Vulkanisation
befinden sich die Fäden
bei dieser Variante im Reifeninneren (innerhalb der Gewebelagen 12, 12').
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Anschließend wird, wie aus der 2d ersichtlich ist, auf
die zweite Gewebelage 12' mittig zwischen die beiden Baumwollfäden 5' eine Trennschicht 15 aufgebracht.
Diese Trennschicht 15 kann eine dünne Metallfolie, beispielsweise
eine Aluminiumfolie oder Papier oder Kunststoff sein. Die Trennschicht 15 kann
jedoch auch durch ein geeignetes Trennmittel, welches beispielsweise
in flüssiger
Form aufgebracht wird, gebildet werden. Anschließend werden die Gewebelagenseiten
beidseitig der Baummwollfäden 5' umgeschlagen
und der Laufstreifen 14 aufgelegt, wie dies aus 2e ersichtlich ist.
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Der nun fertiggestellte Reifenrohling
wird von der Trommel 11 genommen, über das Ventil 16 schwach
aufgepumpt und auf eine Heizfelge 13 aufgezogen. Abweichend
von der zweilagigen Konstruktion kann auch ein einlagiges Vollgewebe
genutzt werden, wobei dessen Gesamtabmessung der der beiden Lagen 12, 12' entspricht
und die Baumwollfäden 5' an der Innenseite
offen gelegt werden in der gleichen Weise wie zuvor für die zweilaggige
Konstruktion beschrieben.
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2f zeigt
den auf die Heizfelge aufgezogenen Reifenrohling. Der Reifenrohling
wird mitsamt Heizfelge 13 in eine insbesondere zweiteilig
ausgeführte
Heizform eingebracht, über
das Ventil 16 bombiert und vulkanisiert (2g). Über
die Heizform werden dabei dem Reifen das Laufstreifenprofil, die entsprechenden
Kennzeichnungen in der Seitenwand und etwaige dekorative Elemente
eingeprägt.
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Beim aus dem Stand der Technik bekannten Schlauchreifen
haben die Baumwollfäden
insbesondere die Funktion, die Umschlagstelle zu definieren und
eine exakte Nahtführung
zu ermöglichen.
Letztere Funktion entfällt
bei der Erfindung und es ist auch möglich, die Umschlagstellen
auf andere Weise festzulegen; man könnte also auch auf die Baumwollfäden 5' verzichten.
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Der erfindungsgemäße Fahrradreifen zeichnet sich
insbesondere dadurch aus, dass er mit merklich weniger Gewicht gefertigt
werden kann, als ein herkömmlicher
Schlauchreifen. Darüber
hinaus besitzt der Reifen aufgrund der Anwendung eines Formheizverfahrens
einen sehr gleichmäßigen und gleichförmigen Aufbau
und somit einen sehr guten Rundlauf.
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Reifens
besteht darin, daß er
im Pannenfall über
sehr gute Notlaufeigenschaften verfügt, da die Luft nur relativ
langsam aus seinem Inneren entweicht und nicht schlagartig, wie
das etwa bei einem geplatzten Schlauch eines herkömmlichen
Schlauchreifens der Fall ist.
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Auch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren
ist gegenüber
dem bekannten Verfahren der Herstellung eines Schlauchreifens besonders vorteilhaft,
insbesondere weil das zeitaufwendige Manipulieren mit einem Innenschlauch
und das Zunähen
des Karkassbandes entfallen.
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2h zeigt
einen erfindungsgemäß ausgeführten Schlauchreifen
im Querschnitt, welcher keinen Innenschlauch und keine Naht besitzt.
Der Reifen besitzt einen zwei Gewebelagen 12, 12' und einen Laufstreifen 14 aufweisenden
Schlauchkörper und
ein Gurtband 17, durch welches das Ventil 16 ragt.
Das Verkleben des Reifens mit der Felge erfolgt mittels des Gurtbandes 17.
Da der erfindungsgemäße Reifen
keine Nahtstelle besitzt, entfällt
das Vorsehen von Nahtschutzbändern
im Innern des Reifens.
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Die schlauchförmige Karkasse aus den beiden
mit einer Kautschukmischung beschichteten Gewebelagen 12, 12' weist eine
solche, zusätzliche Kautschukmischungsschicht
auf, die zumindest im späteren
vulkanisierten Zustand weitgehend luftundurchlässig ist, oder die erstgenannte
Kautschukmischung selbst, in die die Fäden zumindest einer der Karkassgewebelagen
eingebettet sind, ist im späteren
vulkanisierten Zustand weitgehend luftundurchlässig. Im letztgenannten Falle
kann es auch ausreichen, wenn eine Seite der Gewebegummierung hinreichend
luftundurchlässig
ist.
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Die Cordgewebelagen 12, 12' besitzen – wie die
Cordgewebelagen eines herkömmlichen Schlauchreifens – zueinander
jeweils parallel verlaufende Kettfäden aus Nylon oder Rayon, wobei
sich die Festigkeitsträger
der einen Gewebelage 12 mit den Festigkeitsträgern der
zweiten Gewebelage 12' kreuzen.
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- 1
- Innenschlauch
- 2
- Cordgewebelage,
Karkasse
- 2'
- Gewebelage
zwischen den Baumwollfäden
- 2''
- Gewebelage
axial außerhalb
der Baumwollfäden
- 3
- Nahtschutzband
- 4
- Laufstreifen
- 5,
5'
- Baumwollfäden
- 6
- Naht
- 10
- Aufbautrommel
- 11
- Aufbautrommel
- 12
- erste
Gewebelage
- 12'
- zweite
Gewebelage
- 13
- Heizfelge
- 14
- Laufstreifen
- 15
- Trennschicht
- 16
- Ventil
- 17
- Gurtband
- 18
- Loch
zur Aufnahme eines Ventils
- 19
- Kehle
- 20
- Schräge
- 21
- Helixfeder