DE2353568A1

DE2353568A1 - Verfahren und vorrichtung zum vulkanisieren einer kautschuklaenge

Info

Publication number: DE2353568A1
Application number: DE19732353568
Authority: DE
Inventors: Denis Bishop Cavanagh; Colin Wynne Evans
Original assignee: Dunlop Ltd
Current assignee: Dunlop Ltd
Priority date: 1973-10-25
Filing date: 1973-10-25
Publication date: 1975-05-07

Description

Dr. F. Zumsteln sen. - Dr. E. Assmann Dr. R. Koenigsberger - Dlpl.-Phys. R. Holzbauer - Dr. F. Zumsteln jun.

PATENTANWÄLTE

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8 MÜNCHEN 2,

BRÄUHAUSSTRASSE 4 DUlNiLOP LIMITED, St. James's, London S.W.I, England

Case No. GH.5191

Verfahren und Vorrichtung zum Vulkanisieren einer - Kautschuklänge ' -

Die Erfindung betrifft das Vulkanisieren von Kautschukartikeln. ·

Kautschukartxkel v/erden normalerweise in Formen oder in Autoklaven entweder einzeln oder in Partien vulkanisiert, was die Verwendung einer schweren Anlage mit hoher Wärmekapazität notwendig macht und eine stufenförmige, d.h. partienweise, Herstellung erfordert. Die hohe Wärmekapazität der Anlage bringt einen sehr beträchtlichen Verlust an Wärmeenergie mit sich, da es theoretisch nötig ist, nur den zu vulkanisierenden Kautschuk allein zu erwärmen. Das Verfahren ist auch zeitaufwendig,

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wegen der dem stufenförmigen Verfahren, z.B. den sich anhäufenden Partien, innewohnenden Verzögerungen. Es kann auch eine Verunreinigung von Gegenständen eintreten, während sie auf das Vulkanisierverfahren warten. Es ist auch hervorzuheben, daß die erforderliche schwere Anlage schwierig handzuhaben und teuer ist sowie sehr viel Platz am Boden des Betriebs einnimmt.

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Vulkanisieren eines Kautschukartikels sowie einen verbesserten vulkanisierten Gummiartikel zu schaffen.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist ein Verfahren zum Vulkanisieren einer Kautschuklänge mit einem Metallübergang dadurch gekennzeichnet, daß die Länge durch einen Vulkanisierbereich gefördert und Wärme durch Zuführen von elektrischer Energie zum Metallüberzug im Vulkanisierbereich zugeführt wird, wobei die Wärme in den Kautschuk geleitet wird, um wenigstens ein teilweises Vulkanisieren des Kautschuks zu bewirken.

D er im vorhergehenden Abschnitt erwähnte Metallüberzug kann entweder eine Oberflächenschicht oder eine Zwischenschicht sein, wobei eine weitere Schicht oder weitere Schichten anschließend daran angeordnet sind.

Die kontinuierliche Kautschuklänge kann massiv oder rohrförmig sein, z.B. in Form eines Schlauchteils, etwa dessen innerer Belag, oder das Rohr kann eine isolierende Länge für ein elektrisches Kabel bilden. Der Metallüberzug kann aus gestricktem, umsponnenem, spiralförmig gewundenem oder gewebtem Draht bestehen, z.B. aus hochdehnbarem Stahl, oder kann blechförmig sein, etwa in Form einer dünnen Folie, die z.B. auf ein ummanteltes oder abgeschirmtes elektrisches Kabel aufgebracht ist.

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Die elektrische Energie kann zum unmittelbaren Erzeugen von Wärme des Metallüberzugs zugeführt werden durch Anschließen einer Wechsel- oder Gleichstromzufuhr an den Überzug für den Fall, daß der Überzug eine Oberflächenschicht ist. Die Zuführ kann über die Metallteile der Vorrichtung angeschlossen werden, etwa einer Umspinnmaschine, die zum Herstellen eines Metallüberzugs vorgesehen ist, wobei wenigstens einer der Anschlüsse an die Vorrichtung einstellbar sein kann, so daß die Lange des mit elektrischer.Energie versorgten Metallüberzugs zu jeder gegebenen Zeit eingestellt werden kann. Es ist hervorzuheben, daß durch diese Einrichtung die Vulkanisierdauer einer Kautschüklänge bei einer gegebenen kontinuierlichen Zuführungsgeschwindigkeit durch eine Vulkanisiervorrichtung eingestellt werden kann. Wahlweise kann anstatt der oder zusätzlich zur Längeneinstellung; des mit elektrischer Energie versorgten Metallüberzugs die mit irgendeiner gegebenen Zeitdauer gelieferte elektrische Energie eingestellt werden, um ein gewünschtes Ausmaß der Vulkanisierung vorzusehen, z.B. mittels eines Transformators mit einstellbarem Ausgang oder mittels eines elektrischen Widerstands. Es ist hervorzuheben, daß bei einem Metalldrahtüberzug der Draht einer Vorheizstufe unterworfen werden kann bevor er zur Bildung eines Überzugs auf den Kautschuk aufgebracht wird.

Bei einer alternativen Anordnung kann die elektrische Energie durch eine den Metallüberzug umgebende Induktionsspule indirekt dem Metallüberzug zugeführt werden, so daß elektrische Ströme im Metallüberzug induziert werden und zum Vulkanisieren des Kautschuks Wärme erzeugt wird. Bei dieser Anordnung kann der Überzug entweder eine Oberflächen- oder eine Zwischenschicht sein. Während der Erwärmungsdauer des Metallüberzugs kann die der Wärme ausgesetzte Länge in einer ein Edelgas enthaltenden Kammer eingeschlossen sein, um eine Öxydierung oder, andere Verschlechterung des erwärmten Metalls zu verhindern.

Die Länge des mit Metall überzogenen Kautschuks kann mit einem äußeren Überzug aus polymerem Material versehen werden, z.B. aus Kautschuk, thermoplastischem Material, etwa Nylon, PoIy-

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vinylchlorid oder Polyurethan, durch Extrudieren oder durch die Auftragung eines flüssigen oder pulverförmigen Überzugs, der zur Bildung des Überzugs anschließend geliert oder geschmolzen wird. In diesen letzteren beiden Fällen kann eine flüssige oder pulverförmige vulkanisierbare Kautschukzusammensetzung verwendet werden. Der äußere überzug kann aufgetragen werden, während der mit Metall überzogene Kautschuk noch von der Vulkanisierbehandlung heiß ist.

Gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung enthält die Vorrichtung zum Vulkanisieren eines Kautschukabschnitts mit einem Metallüberzug eine Einrichtung zum Aufbringen eines Metallüberzugs auf eine Kautschuklänge und eine Einrichtung, die einen elektrischen Strom im Metallüberzug fließen läßt, um den Metallüberzug aufzuheizen und wenigstens ein teilweises Vulkanisieren des Kautschuks zu bewirken.

Die Erfindung schafft auch Gummiartikel, z.B. Schläuche, die durch das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung erzeugt wurden.

Es wird nun eine Ausführung der Erfindung, die die kontinuierliche Herstellung von langen Längen eines umsponnenen Schlauchs betrifft, unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielsweise beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung einer kontinuierlichen langen Länge eines umsponnenen hydraulischen Schlauchs auf einem Dorn;

Fig. 2 eine zylindrische Edelgaskammer, die den Schlauch während des Vulkanisierens umgibt;

Fig. 3 schematisch ein alternatives Verfahren zum Vulkanisieren der kontinuierlichen langen Schlauchlänge.

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Eine Rolle 1 trägt eine kontinuierliche lange Länge eines biegsamen Doms 2 mit 12,7 rom Durchmesser aus Nylon, vernetzten! Polyäthylen, Polypropylen, einem anderen Olefin oder einem anderen geeigneten Material. Der Dorn kann-..wahlweise--'aus biegsamem Stahl bestehen.

Der Dorn wird von der Rolle durch einen Eiskasten 3 zugeführt, der den Dorn für einen noch zu beschreibenden Zweck kühlt.

Der gekühlte Dorn bewegt sich dann durch die Spritzdüse 4 eines Gummiextruders 5, der kontinuierlich ein . unvulkanisiertes Gummibelagrohr 5a über dem Dorn mit 'einer Dicke der Größenordnung von 2,16 bis 2,2 9 mm auspreßt, wobei der heiße Kautschuk bei Berührung mit dem unterkühlten Dorn schnell kalt wird.

Der kautschukbedeckte Dorn bewegt sich dann durch eine herkömmliche Umspinnmaschine 6 für hochdehnbaren Stahldraht mit- einer großen Anzahl von den Draht tragenden Spulen. Die einzelnen Drähte 7 bewegen sich über einen gemeinsamen Trägerring 8, der die Drähte auf den vom Dorn getragene Kautschuküberzug 5a zur Herstellung eines umsponnenen Überzugs, führt.

Der umsponnene und mit Kautschuk überzogeneDorn bewegt sich dann durch eine Ziehvorrichtung 9 mit zwei gegenüberliegenden gleiskettenartigen Bahnen 9a und 9b,die die gegenüberliegenden Seiten des umsponnenen Belags 5a berühren. Die Bewegung wird bewirkt durch gleichzeitige Drehung der Gleiskettenbahnen, die für einen später noch zu erklärenden Zweck aus einem leitenden Material hergestellt sind. Die Gleiskettenbahnen sind zusammen in Längsrichtung in ihrer Lage einstellbar zur Veränderung der Länge des umsponnenen Belags zwischen ihnen und dem Trägerring 8.

Elektrische Anschlüsse 10a, 10b aus einem Transformator 11 mit einem Ausgang von 24 Volt und 52 Ampere sind zwischen dem Trägerring 8 und den in Längsrichtung einstellbaren Gleiskettenbahnen 9a und 9b vorgesehen, wobei wie noch zu beschreiben die dazwi-

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schenliegende Länge einen Vulkanisierbereich für den Kautschukbelag bildet und auf eine Strecke von 8,34 m festgelegt ist, die typisch ist für einen Schlauch mit dem oben genannten Durchmesser und der oben genannten Wanddicke, der sich mit einer Geschwindigkeit von 0,61 m/min durch den Vulkanisierbereich bev/egt. Dies ergibt eine Vulkanisiertemperatur in der Größenordnung von 14O C.

Es ist ein zweiter Extruder 12 vorgesehen zum Auspressen eines thermoplastischen Nylonüberzugs über die Umspinnung im heißen Zustand.

Der überzogene umsponnene Schlauch wird dann einer nicht gezeigten Dornausziehvorrichtung und einer Aufwickelvorrichtung zugeführt.

Beim Betrieb der beschriebenen Vorrichtung wird der umsponnene Belag beim Durchlaufen des Vulkanisierbereichs einem Vulkanisiervorgang unterworfen. Dieser Vorgang wird durch elektrische Energie bewirkt, die dem Umspinnungsdraht zugeführt wird, der somit erhitzt wird, während die Wärme zum Vulkanisieren des Belags v/eitergeleitet wird.

Es ist hervorzuheben, daß,weil die elektrische Energie der Umspinnung unmittelbar zugeführt wird, im Gegensatz zu herkömmlichen Vulkanisierformen keine Wärme durch Hilfseinrichtungen verlorengeht. Somit wird für die Wärme eine große Wirtschaftlichkeit sowie eine Kostenersparnis bev/irkt. Zusätzlich ist eine einfache und schnelle Veränderung der auf den Belag ausgeübten Vulkanisierstärke möglich entweder durch Einstellung der elektrischen Zufuhr zum Umspinnungsdraht aus dem Transformator oder es kann getrennt oder zusätzlich die Länge des Vulkanisierbereichs durch Einstellen der Lage der Gleiskettenbahnen 9a, 9b verändert werden. Es ist hervorzuheben, daß keine bedeutende thermische Trägheit das Ansprechen auf die Einstellung der Vulkanisiergeschwindigkeit verzögert, was dort der Fall wäre, wo eine schwere Metallausrüstung verwendet wird.

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Es ist hervorzuheben, daß die Länge des vom Trägerring 8 ausgehenden und auf den Belag zu spinnenden Drahts so Vorgeheizt wird, daß er sich bereits auf einer Vulkanisiertemperatur befindet, für gewöhn;
gesponnen wird.

det, für gewöhnlich etwa 140°C, wenn der Draht auf den Belag

Da das Vulkanisieren während der Herstellung des ■ Sch'lauchs kontinuierlich stattfindet, kommen keine partienweisen Vulkanisierverfahren in Betracht. Das Vulkanisieren geschieht in einem kontinuierlichen Durchlauf von der Umspinn- zur Überzugmaschine. Dies ergibt verschiedene Vorteile. Es kann eine einzige Maschine vorgesehen werden zum Zuführen eines biegsamen Dorns, eines ausgepreßten Belags und eines Umspinnungsüberzugs, für das Vulkanisieren, für das Herausziehen des Dorns aus der ausgepreßten Abdeckung und für das Aufwickeln anstatt verschiedener erforderlicher voneinander getrennter Maschinen und Stufen.

Der heiße Draht gestattet ein Eindringen des Kautschukbelags in die Zwischenräume der Umspinnung,während ein anschließendes Zusammenziehen des Drahts beim Abkühlen die Umspinnung auf den Belag zusammendrückt. Dies gestattet:dieVerwendung niedrigerer Federspannungen bei der Umspinnungsanlage, während die früher verwendeten hohen Spannungen beträchtliche Schwierigkeiten bei der damaligen Herstellung bewirkten.

Wenn die Umspinnungs- und die Vulkanisiervorgänge um einen beträchtlichen Zeitabschnitt voneinander getrennt werden wie es früher der Fall war als das Vulkanisieren ein vom Umspinnen völlig unabhängiger partienweiser Vorgang war, machten die Oxydation, und das Anlaufen des Umspinnungsdrahts und gelegentlieh die Verunreinigung des Drahts das anschließende Schlauchüberzugverfahren unzuverlässig. Das Verfahren nach der vorliegenden.Erfindung ist jedoch ein kontinuierliches Verfahren, das keine Zeit für Oxydation und Verunreinigung des Drahts zuläßt. Wie aus Fig. 2 zu sehen, wird während des Vulkanisierens des umsponnenen Belags 5a die Drahturaspinnung von einer zylindrischen koaxialen Kammer 13 umgeben, die an jedem Ende durch Dichtungen 14 gegenüber der

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äußeren Oberfläche der Umspinnung abgedichtet ist. Dies gestattet ein fortschreitendes und kontinuierliches Durchlaufen der Dichtungen, wobei die mit einem Edelgas durch die Öffnung 15 gefüllte zylindrische Kammer einen weiteren Schutz gegen Anlaufen und Oxydation vorsieht/ der die Zuverlässigkeit und die Gleichförmigkeit der anschließenden überzugsverfahren beeinflussen kann.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist der, daß dank der unmittelbaren Ausübung der Vulkanisierhitze durch die Drahtumspinnung der Dorn weniger aufgeheizt wird als bei früheren bekannten Verfahren mit dem lang andauernden Erhitzen des Schlauchs und des Dorns in z.B. einem Autoklaven. Nichtsdestoweniger ermöglicht das Ausmaß der auf den Dorn ausgeübten Erhitzung beim Verfahren nach der Erfindung eine ausreichende Ausdehnung des Dorns, der einen höheren Ausdehnungskoeffizienten als der Kautschukbelag oder die DrahtUmspinnung hat, um während des Vulkanisierens eine Zusammendrückkraft gegen die Innenseite des Belags zu erzeugen, der durch die äußere Drahtumspinnung eingezwängt wird.

Bei einer in Fig. 3 gezeigten alternativen Form des Vorerhitzens ist anstatt der unmittelbaren Ausübung der elektrischen Energie auf die Drahtumspinnung eine zylindrische Induktionsspule 16 koaxial um den Schlauch herum in nächster Nähe zur Umspinnung so angeordnet, daß ein zur Induktionsspule gelieferter Wechselstrom einen elektrischen Strom in der Umspinnung induziert, der deren Temperatur ausreichend erhöht, um das Vulkanisieren des inneren Belags zu bewirken.

Zum Vermindern der Gesamtlänge der Anlage ist es möglich, dank der Biegsamkeit des Dorns eine geradlinige Zuführungsbahn zu vermeiden, was für den umsponnenen Belag möglich ist, durch Verfolgen eines wellenförmigen Verlaufs oder durch Änderung der Richtung von einer waagerechten Richtung beim Austritt aus der Umspinnmaschine zu einer senkrechten Richtung zum Ausüben des Vulkanisierens. Derartige Anordnungen bieten beträchtliche Einsparungen . an Bodenraum.

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Bei einer alternativen Anordnung ist die Gleiskettenzuführungsvorrichtung ersetzt durch eine kraftangetriebene Winde, um die der umsponnene innere Belag zur Bildung einer Umwicklung gelegt ist, bevor der umsponnene Belag einem Überzugsverfahren unterworfen wird. Die Einstellung der Anordnung der Winde gegenüber dem Umspinnungsring bildet eine Veränderung der Länge des dem Vulkanisieren unterworfenen umsponnenen Belags, während die Windentrommel verwendet werden kann zum Vorsehen einer elektrischen Verbindung mit dem Umspinnungsdraht, mit dem sie in unmittelbarer Berührung steht.

Es ist hervorzuheben, daß die Erfindung in Verbindung mit verschiedenen Gegenständen einer Schlauchher s.tellungsanlage beschrieben wurde, wobei-diese Gegenstände verwendet öder nicht verwendet werden können. Die Erfindung beruht im weitesten Sinn in der Zuführung von elektrischer Energie zum Metallüberzug eines Kautschukartikels /zu dessen Vulkanisierung.

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Claims

Patentansprüche

1. jVerfahren zum Vulkanisieren einer Kautschuklänge mit -' einem Metallüberzug, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge durch einen Vulkanisierbereich gefördert und Wärme durch Zuführen von elektrischer Energie zum Metallüberzug im Vulkanisierbereich zugeführt wird, wobei die Wärme in den Kautschuk geleitet wird, um wenigstens ein teilweises Vulkanisieren des Kautschuks zu bewirken.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Material des Metallüberzugs zusätzlich elektrische Energie zugeführt wird bevor das Material in einen überzug um den zu vulkanisierenden Kautschukabschnitt geformt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß elektrische Energie unmittelbar in den Metallüberzug geliefert wird durch Anschließen des Metallüberzugs an eine elektrische Energiequelle.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anschluß des Metallüberzugs an die elektrische Energiequelle hergestellt wird durch elektrisch leitende Teile einer zum Formen des Metallüberzugs vorgesehenen Vorrichtung.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Anschluß des Metallüberzugs an die elektrische Energiequelle hergestellt wird durch eine bewegliche Einrichtung, die so angeordnet ist, daß sie den sich bewegenden Metallüberzug berührt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine in Berührung mit dem sich bewegenden Metallüberzug angeordnete bewegliche Einrichtung in ihrer Stellung gegenüber einer anderen Einrichtung einstellbar ist, durch die der Metallüberzug mit der elektrischen Energiequelle so verbunden wird,

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daß die Länge des zu vulkanisierenden Kautschuks verändert werden kann.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Ziehen der Kautschuklänge durch eine Einrichtung zum Bilden des Metallüberzugs verwendet wird, die den Metallüberzug an die elektrische Energiequelle anschließt.

8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Energie durch eine den Metallüberzug umgebende Induktionsspule indirekt dem Metallüberzug zugeführt wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Vulkanisiergrad durch Einstellen des Grads, mit dem elektrische Energie zum Metallüberzug geliefert wird, verändert werden kann.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallüberzug aus einem auf die Kautschuklänge aufgebrachten Draht gebildet wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallüberzug aus Metall in Blechform gebildet wird. - '

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein beträchtlicher Teil der dem Vulkanisieren ausgesetzten Länge während des Erhitzens in einer Kammer eingeschlossen ist.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer mit einem Edelgas gefüllt ist.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Überzug aus einem polymeren Material anschließend an die Vulkanisierbehandlung auf den Metallüberzug aufgetragen wird.

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15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der ■ Überzug aufgetragen wird, während der Metallüberzug noch heiß von der Vulkanisierbehandlung ist.

16. Verfahren nach einem der vorhergehenden· Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Verfahren 'auf die Herstellung eines Schläuche angewendet wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der ■ Schlauch auf einem Dorn aufgebaut wird, wobei der Dorn vor dem Auftragen einer Gummilänge auf den Dorn gekühlt wird.

18. Gummilänge, dadurch gekennzeichnet, daß ein Metallüberzug durch ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche vorgesehen ist.

19. Schlauch, dadurch gekennzeichnet, daß er durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17 hergestellt ist.

20. Elektrisches Kabel, dadurch gekennzeichnet, daß es durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18 hergestellt ist.

21. Vorrichtung zum Vulkanisieren einer Kautschuklänge mit einem Metallüberzug, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (6) zum Aufbringen eines Metallüberzugs auf eine Kautschuklänge (5a) und durch eine Einrichtung (11), die einen elektrischen Strom in dem Metallüberzug fließen läßt, um den Überzug aufzuheizen und wenigstens ein teilweises Vulkanisieren des Kautschuks zu bewirken.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die das Fließen eines elektrischen Stroms im Metallüberzug bewirkende Einrichtung (11) zu einer elektrischen Energiequelle gehörende Anschlüsse (10a, 10b) aufv/eist, die in Berührung mit dem Material des Metallüberzugs an in Abstand verteilten Stellen entlang der Kautschuklänge angebracht v/erden können.

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23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet,daß ein Anschluß (10b) wenigstens eine Einrichtung (9a, 9b) enthält zum Ziehen einer Kautschuklänge durch eine Einrichtung (6) zum Bilden eines Metallüberzugs auf einer Kautschuklänge.

24. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet,daß die .das Fließen eines elektrischen Stroms im Metallüberzug bewirkende Einrichtung eine■ -Induktionsspule (16) enthält.

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