DE2411267A1 - Verfahren zur herstellung eines pneumatischen reifens - Google Patents

Description

DR. MÜLLER-BORE · DIPL.-ING. GROENIJVG

DIPL.-CHEM. DR. DEUFEL · DIPL.-CHEM. DR. SCHÖX

DIPL.-PHYS. HERTEL

PATENTANWiLXB

S/G 17-156

The Goodyear Tire & Rubber Company Akron, Ohio 44316 / USA

Verfahren zur Herstellung eines pneumatischen Reifens

Die Erfindung betrifft pneumatische Reifen und befaßt sich insbesondere mit einem Verfahren zur Verbesserung der Gleichmäßigkeit der verschiedenen Komponenten in dem Reifen.

Während des Formens und des Vulkanisierena eines pneumatischen Reifens wird dieser durch Innendruck gezwungen, sich an die innere Kontur einer Form anzulegen, wobei er zur Vulkanisation des Kautschuks erhitzt wird. Der Reifen, der anfänglich ein plastischer nicht vulkanisierter Körper ist und verschiedene Verstärkungskomponenten, wie beispielsweise Kords oder Drähte, enthält, erfährt dabei in gewissem Ausmaße eine Verschiebung der Verstärkungselemente sowie ein Fließen des Kautschuks. Es ist Zweckmäßig, dieses Verschieben und Fließen zu steuern und zu vermindern, um eine gleichmäßige und dauerhafte Struktur

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in dem fertigen Reifen zu erzielen.

Wäre man in der Lage, dieses Verschieben oder Fließen zu vermindern, dann wäre- es möglich, extra Kautschukmengen an den Verstärkungselementen wegzulassen, welche aufgrund dieses Verschiebens oder Fließens notwendig sind, so daß eine lokale Verminderung der Kautschukdicke erreichbar wäre.

Die bisherigen Versuche zur Steuerung dieses Verschiebens und Fließens während des Formens und Vulkanisierens zielten unter anderem darauf ab, verschiedene Komponenten der Reifen vorzuvulkanisieren. Diese Versuche sind jedoch aus mehreren Gründen nicht erfolgreich verlaufen. Beispielsweise werden die Komponenten, die vor dem Formen und Vulkanisieren des Reifens vorvulkanisiert werden, während der abschließenden Vulkanisation der Verbundstruktur übervulkanisiert. Ferner wird das Haften zwischen den verschiedenen Komponenten des'Reifens deshalb vermindert, da die stärkste Vulkanisation während der Vorvulkanisation auf der Oberfläche der Komponenten erfolgt, wodurch die Zahl der Vernetzungen, die zwischen den verschiedenen Komponenten oder Schichten während der Vulkanisation der Verbundstruktur verfügbar ist, vermindert wird. Eine Oberflächenvorvulkanisation vermindert'auch die für den Aufbau erforderliche Klebrigkeit, so daß die Komponenten während des Aufbaus unzureichend aneinander anhaften. Die Klebrigkeit ist, wie bekannt, die Eigenschaft des Kautschuks in nicht vulkanisiertem Zustand, welche ein Anhaften an andere Komponenten ermöglicht.

Von der Anmelderin wurde die Erkenntnis gewonnen, daß durch eine Elektronenbestrahlungsbehandlung ausgewählter Komponenten innerhalb eines kritischen Bereiches der Strahlungsdosis die Komponenten derartig starr oder steif gemacht werden können, daß das Verschieben und Fließen unterdrückt werden, wobei dennoch eine gute Bindung zwischen den Komponenten erzielt wird und auch

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eine Übervulkanisation der Komponenten vermieden wird. Dieses Verfahren ist deshalb besonders wertvoll, da während einer Elektronenstrahlungsvulkanisation die Vernetzung über eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung und nicht über eine Kohlenstoff-Schwefel-Kohlenstoff-Bindung wie im Falle einer normalen Wärmevulkanisation unter Verwendung von Wasserdampf oder heißem Wasser erfolgt. Die Komponenten können dann während der Vulkanisation der ganzen Reifenstruktur durch Wasserdampf oder durch heißes Wasser weiter vulkanisiert werden, so daß auch Kohlenstoff-Schwefel-Kohlenstoff-Bindungen möglich sind.

Ferner ist erfindungswesentlich die Tatsache, daß, falls eine Elektronenbestrahlungsbehandlung innerhalb bestimmter kritischer Bereiche der Elektronendosierung angewendet wird, die stärkste Vulkanisation gerade unterhalb der Oberfläche der Komponenten erfolgt, so daß die Oberflächen weniger vulkanisieren und eine ausreichende Klebrigkeit beibehalten.

Die Erfindung betrifft daher ein Verfahren zur Verbesserung der Gleichmäßigkeit der verschiedenen Komponenten in einem gehärteten Reifen. Sie stellt ein Verfahren zur Verfügung, bei dessen Durchführung die verschiedenen Komponenten in einem Reifen derartig steif gemacht werden können, daß ein unerwünschtes Verschieben oder Fließen von Verstärkungskomponenten oder Kautschuk während des Formens und Vulkanisierens verhindert wird, ohne daß dabei das Haftvermögen zwischen den verschiedenen Komponenten verloren geht und eine Übervulkanisation dieser verschiedenen Komponenten erfolgt. Darüber hinaus ist erfindungsgemäß eine Verminderung der Kautschukdicke bestimmter Reifenkomponenten in nicht gehärtetem Zustand infolge einer Reduzierung des Fließens von Kautschuk während des Verformens möglich.

Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen bevorzugte Ausfuhrungsformen erfindungsgemäß herstellbarer

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Reifen bezüglich ihrer Konstruktion, Ihrer Kombination von Elementen sowie deren Anordnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäß hergestellten Reifen;

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht eines Schulterteils des Reifens von Fig. 1;

Fig. 3 eine vergrößerte Schnittansicht eines Schulterteils eines bekannten Reifens;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht, welche die Behandlung einer Reifenkomponente mit einer Elektronenstrahlung wiedergibt;

Fig. 5 ein Fließbild, welches die erfindungsgemäß vorgesehenen Verfahrensstufen erläutert;

Fig. 6 eine graphische Darstellung/ welche die kritischen Bereiche der Elektronendosierungen zeigt, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens angewendet werden.

Die Fig. 1 zeigt im Querschnitt einen pneumatischen Reifen mit seinen verschiedenen Komponenten. Der Reifen weist einen Laufflächenabschnitt 12, ein Paar Seitenwände 14 und 16, die sich radial nach innen von den Seitenrändern oder -schultern 18 und 20 erstrecken und radial nach innen in den Ringwülsten 22 und 24 enden, ein Paar Karkassenlagen 26 und 28, die sich um den Reifen herum sowie von dem Wulst 22 bis zu dem Wulst 24 erstrecken, wobei die radial sich nach innen erstreckenden Enden 30 und 32 um die jeweiligen nicht dehnbaren Wulstkerne 34 und 36 gebogen sind, auf.

Der Reifen 10 kann ferner ein Paar Gürtel- oder Zwischenaufbaulagen 38 und 40 aufweisen, die sich um die Karkassenlagen 26 und 2 8 herum sowie unterhalb der Lauffläche 12 erstrecken.

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Schulterunterlagestreifen 42 und 44 können sich um den Reifen herum erstrecken und zwischen den axial äußeren Rändern der Gürtellagen 38 und 40 und den Karkassenlagen 26 und 28 liegen.

Ferner kann um jeden Wulstkern 34, 36 eine Wulstfahne 46, 48 sowie ein Kautschukkernreiterstreifen 5O, 52 vorgesehen sein, der sich radial nach außen von dem Wulstkern erstreckt und zwischen den Enden der Wulstfahnen 46, 48 lieqt. Außerdem kann sich eine Wulstumlage 54, 56 um die Zehe und die Ferse des entsprechenden Wulsts 22, 24 in der üblichen Weise erstrecken. Ferner können weitere Verstärkungselemente in Form von ringförmigen "Chipper"-Streifen 58, 60 vorgesehen sein, die sich von den Wülsten 22, 24 in die Seitenwände 14, 16 erstrecken.

Die Kords in den verschiedenen Verstärkungslagen können aus jedem geeigneten Material bestehen, beispielsweise aus Nylon, Reyon, Polyester, Glasfasern oder Drähten..Es kann sich ferner um endlose parallele Kords oder um ein quadratisch gewebtes Gewebe handeln. Ferner kann die Zahl der Gürtellagen 38 und 40 oberhalb oder unterhalb 2 liegen, wobei es sich um eine gefaltete Konstruktion oder um einfache flache Lagen, wie gezeigt, handeln kann.

Ferner können die Karkassenlagen schräg oder radial angeordnet sein. Insbesondere im Falle von schräg angeordneten Lagen können die Reifen Gürtel- oder Zwischenaufbaustruktüren 38 und 4O aufweisen. Erfindungsgemäß werden bestimmte Komponenten des Reifens mit einer spezifischen Menge einer Elektronenstrahlung vor dem Einbau in den Reifen behandelt. Die jeweilige Komponente sowie die spezifische Menge der Komponente, welche behandelt wird, hängt von der jeweiligen Unregelmäßigkeit oder von der jeweiligen Verformung ab. Beispielsweise wird durch Fig. 3 e.in pneumatischer ,· Reifen wiedergegeben, der nach einem Standardherstellungsverfahren

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hergestellt worden ist. Dieser Reifen weist einige Unzulänglichkeiten auf, welche die Folge eines Kautschukfließens während des Ausformens und Vulkanisierens sind. Es ist darauf hinzuweisen, daß in der Schulter 18 des Reifens die Karkassenlagen 26' und 28* wellig und.verfor int sind und darüber hinaus eine ungleich- «läßige Dicke aufweisen. Ferner stellt man fest, -daß die Schulterunterlagenstreifen 42' ebenfalls verformt und nicht gleichmäßig sind. Darüber hinaus sieht man, daß die Seitenränder der Gürtelstrukturen 38' und 40' gekrümmt sind und eine unregelmäßige Dicke aufweisen.

Dm diese Unregelmäßigkeiten zu beseitigen, werden erfindungsgemäß die Karkassenlagen 26 und 28 wenigstens in der Zone der Schulter 42 mit einer spezifischen kritischen Dosis einer Elektronenstrahlung behandelt. Auch die Schulterunterlagestreifen 42, 44 können mit Elektronen bestrahlt werden, desgleichen wenigstens die seitlichen Ränder der Gürtelstrukturen 38 und 4O.

In Fig. 4 wird schematisch eine Elektronenbestrahlungseinheit 6o gezeigt, ferner eine Methode zur Behandlung einer Lage 62 aus einer mit Kautschuk imprägnierten Gewebelage. Das Gewebe bewegt sich unterhalb der Elektronenstrahlungsquelle mit einer gegebenen Geschwindigkeit. Die Elektronen treffen in einer bestimmten Breite W auf die zu behandelnde Lage 62. Wie ersichtlich ist, ist zwar die Elektronenbehandlung auf die Breite W konzentriert, jedoch kann ein gewisses Streuen der Elektronen auftreten. Unter Verwendung von einigen Elektronenbestrahlungseinheiten kann die Behandlungsbreite der zu behandelnden Komponente angepaßt werden. Manchmal ist dies auch unter Verwendung einer Elektronenquelle möglich, die eine rechtwinklige oder elliptische Form besitzt und sich um eine Achse 64 dreht.

Die Dosierung der Elektronenstrahlung zur Behandlung muß sorgfältig innerhalb bestimmter Grenzen gesteuert werden, wobei die Dimensionen der zu behandelnden Komponente berücksichtigt werden müssen. Die Dosierungsverteilung bei der Bestrahlungs-

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behandlung innerhalb einer bestimmten Komponente geht aus Fig. 6 hervor und hängt von der Spannung der Elektronenquelle ab. Es ist zweckmäßig und normalerweise vorzuziehen, die Bestrahlung auf einer Seite der Komponente vorzunehmen. Ferner ist es zweckmäßig, wenn die Dosierung vollständig innerhalb der Komponente absorbiert wird, so daß keine Energie durch die Komponente hindurchgeht.

Aus der graphischen Darstellung gemäß Fig. 6 ist zu ersehen, daß im Falle von dünnen Komponenten Elektronen mit relativ niedriger Strahlung verwendet werden, damit ihre ganze Energie innerhalb der Komponente abgegeben wird. Ferner kann eine relativ niedrige Spannung auch mit der Absicht ausgewählt werden, daß keine Strahlung von der Unterseite der Komponente aufgenommen wird, d. h. von der Seite, die der Elektronenquelle abgewandt ist. In diesem Falle wird die Unterseite vollständig nicht vulkanisiert gelassen.

Im Falle einer typischen Lage oder Gewebeverstärkungskomponente mit einer Dicke von 1,5 mm (O,06 inch) wird eine Spannung von 5000 k/V gewählt. Diese Spannung hat zur Folge, daß die Unterseite oder die Seite deif Komponente, die der Elektronenquelle abgewandt ist, keine Elektronenbestrahlung erfährt, während die Seite, die der Elektronenquelle zugewandt ist, nur 80 % der maximalen Dosierung aufnimmt, welche in dem Inneren der Komponente absorbiert wird.

Im Falle von dickeren Komponenten werden vorzugsweise Hochspannungselektronen gewählt, um eine geringe relative Dosis auf der Seite der Komponente, welche der Elektronenquelle zugewandt ist, sowie auf der Seite, welche der Elektronenquelle abgewandt ist, zur Verfügung zu stellen.

Besitzt die Komponente eine Dicke von 4,1 mm (0,16 inch), dann wird eine Elektronenspannung von 1000 k/V gewählt. Die Seite,

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welche der Quelle zugewandt ist, nimmt nur ungefähr 55 % der maximalen Dosis, die in die Komponente eingebracht wird, auf. Daraus ist zu ersehen, daß in dem inneren Abschnitt der Komponente in erheblichem Ausmaße eine Elektronenbehandlung stattfindet, während die äußeren Oberflächen eine relativ geringere oder überhaupt keine Behandlung erfahren.

Die auf eine Einheitsbreite der Komponente einwirkende Gesamtdosis ist (unter Vernachlässigung von Luft- und Beschleunigungsfensterverlusten) direkt proportional dem Produkt aus Ausgangsspannung und dem Strom des Beschleunigers und umgekehrt proportional der Geschwindigkeit, mit welcher das Material oder die Komponente die Bestrahlungseinheit durchläuft. Wird die Elektronenquelle in der Weise eingestellt, daß eine größere Breite W einer Komponente bestrahlt wird, die durch die Einheit läuft, und zwar ohne Veränderung der Spannung, des Stromes oder der Geschwindigkeit der Komponente, dann wird die von der Komponente aufgenommene Dosis um eine Menge vermindert, die direkt proportional der Erhöhung der Breite der behandelten Fläche ist. Die Dosis kann empirisch unter Verwendung eines der bekannten verschiedenen Dosimeter bestimmt werden.

Die Dosis, die auf irgendeine Komponente einwirken gelassen wird, wird von dem Reifeningenieur festgelegt und hängt von der gewünschten Festigkeit oder Strukturintegrität in nicht vulkanisiertem Zustand ab. Wird eine größere Festigkeit gewünscht, dann wird eine höhere Dosis einwirken gelassen, während andererseits eine geringere Dosis einwirken gelassen wird, wenn eine geringere Festigkeit angestrebt wird. Dosen zwischen 1 und 10 Megarad können verwendet werden, wobei Dosen von 2 bis 4 Megarad für die meisten Reifenkomponentenbehandlungen vorgezogen werden.

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Nachdem die gewünschte Elektronenbestrahlungsbehandlung der verschiedenen zu behandelnden Komponenten durchgeführt worden ist, wird anschließend der Reifen in der üblichen Weise auf einer Reifenaufbautrommel zusammengebaut. Die Fig. erläutert die aufeinanderfolgenden Schritte des erfindungsgemäßen Aufbaues eines Reifens. Zuerst werden die verschiedenen Komponenten hergestellt. Das Laufflächeneinlagegewebe wird kalandriert und mit Elektronen bestrahlt. Die Wülste werden in der üblichen Weise hergestellt. Die Einlage wird in an sich bekannter Weise hergestellt und gegebenenfalls mit Elektronen bestrahlt. Das Karkassengewebe wird ebenfalls in der üblichen Weise kalandriert, um den Kautschuküberzug auf den Kords aufzubringen, und erneut einer Elektronenbestrahlung unterzogen. Die Schulterkeile v/erden in üblicher Weise durch ein Extrusionsverfahren ausgebildet und gegebenenfalls mit Elektronen bestrahlt. Der Laufflächenkautschuk wird ebenfalls vorgeformt.

Die Einlage wird um die Reifenaufbautrommel gewickelt, worauf das Karkassengewebe um das Einlagenmaterial gewickelt wird. Dann werden die Wülste auf die Trommel in einer vorherbestimmten Position aufgesetzt. Weitere Komponenten, wie beispielsweise Wulstumlagen, Chippers sowie Wulstfahnen werden hinzugefügt, worauf die axial äußeren Enden des Karkassengewebes um die Wülste in an sich bekannter Weise geschlagen werden. Insbesondere im Falle von Gürtelreifen kann die Karkasse nunmehr zu der Ringform ausgeformt werden.

Die zuvor behandelten Schulter keile werden dann auf die Reifenaufbautrommel aufgesetzt, worauf um sie die Laufflächengewebelage gewickelt wird. Dann werden der Laufflächen- sowie der Seitenwandkautschuk auf den Reifen aufgebracht. Ist der Reifen nicht bereits zu der Ringform ausgeformt worden, dann wird er jetzt in dieser Weise verformt, worauf der Reifen in

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einer Form unter Druck sowie unter der Einwirkung von Wärme vulkanisiert wird.

Ein Reifen, der nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren aufgebaut worden ist, wird durch Fig. 1 wiedergegeben. Mari sieht, daß die Karkassenlagen, die Einlage sowie die Laufflächenlagen alle eine glatte Kontur und eine gleichmäßige Dicke aufweisen. Auch hat der Schulterrand 42 seine gewünschte Form beibehalten.

Wenn auch gemäß dem beschriebenen spezifischen- Beispiel die Abschnitte des Reifens in der Schulterzone durch Einwirkenlassen einer Strahlung vorgehärtet worden sind, so ist dennoch darauf hinzuweisen, daß die Erfindung auch die Strahlungsbehandlung jeder Komponente innerhalb des Reifens vorsieht, deren Strukturintegrität in nicht vulkanisiertem Zustand erhöht werden soll, um eine Verformung oder ein Fließen während des Ausformens und der Vulkanisation zu vermeiden. Beispiele für weitere Komponenten, die einer Strahlungsvorvulkanisation unterzogen werden können, sind die Wulstfahnen 46 und 48, die Kernreiterstreifen 50 und 52, die Wulstumlagen 54 und 56 sowie die Verstärkungsstreifen 58 und 60. Ferner kann es zweckmäßig sein, die Einlage 61 zu-behandeln, um eine gleichmäßige Dicke um den ganzen Reifen herum zu gewährleisten und eine Festigkeit sicherzustellen, die dazu ausreicht, daß während des Vulkanisierens ein Verformungs- und Vulkanisierschlauch überflüssig werden.

Durch die Erfindung wird daher ein Verfahren zur Erhöhung der Strukturfestigkeit oder der Integrität von verschiedenen Komponenten in nicht vulkanisiertem Zustand geschaffen, ohne daß dabei ein riachteiliger Verlust der Klebrigkeit oder des

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Haftens zwischen den verschiedenen Komponenten in Kauf genommen werden muß. Dies bedingt einige spezifische Vorteile des
fertigen Reifens. Beispielsweise kann die auf die verschiedenen Bauelemente aufgebrachte Kautschukdicke vermindert werden, da es nicht mehr notwendig ist, eine zusätzliche Kautschukdicke
auf den Kord zur Verfügung zu stellen, um eine minimale Dicke des gehärteten Reifens zu gewährleisten, da das Ausmaß des
Fließens und der Verformung merklich reduziert wird. Ferner
werden die Form sowie die Kontur und die spezifische Anordnung der verschiedenen Komponenten gleichmäßig während des Formens und des Vulkan!sierens sowie letztlich in dem fertigen Reifen gehalten.

Durch die Erfindung werden die Nachteile des Standes der Technik in der Weise beseitigt, daß in einem spezifischen Ausmaß eine Strahlungsvorvulkanisation durchgeführt wird, welche eine stärkere Vulkanisation unterhalb der Oberfläche der Komponente als auf der Oberfläche bewirkt, so daß eine ausreichende Klebrigkeit und das Vermögen beibehalten werden, daß die Komponenten aneinander anhaften können. Ferner wird eine Strukturintegrität oder Festigkeit der Komponente durch eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung in dem Kautschuk erzielt, während bei der Durchführung der bekannten Verfahren Kohlenstoff-Schwefel-Kohlenstoff-Bindungen erzeugt werden. Dies ermöglicht eine weitere
Vulkanisation durch Kohlenstoff-Schwefel-Kohlenstoff-Bindungen bei der normalen Wärmevulkanisation der Verbundstruktur, ohne daß dabei eine Übervulkanisation des Reifens oder irgendeiner Komponente stattfindet.

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Claims (11)

1. Patentansprüche

   Ö Verfahren zur Herstellung eines pneumatischen Reifens durch Erzeugung von Reifenkomponenten, die ein vulkanisierbares . elastomeres Material enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß eine Teilvulkanisation der Komponente durchgeführt wird, wobei das Ausmaß der partiellen Vulkanisation unterhalb der Oberfläche der Komponente am höchsten ist gegenüber allen anderen Oberflächen der Komponente, die teilweise gehärtete Komponente in einem pneumatischen Reifen eingebracht wird, der Reifen in die gewünschte Ausgestaltung gebracht wird und anschließend unter Wärme und Druck vulkanisiert wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die partielle Vulkanisation in der Weise durchgeführt wird, daß eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung zwischen einem Teil der Moleküle in dem elastomeren Material bewirkt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein höheres Ausmaß an Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen im Inneren der Komponente bewirkt wird als auf irgendeiner Oberfläche derselben.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die partielle Vulkanisation in der Weise durchgeführt wird, daß die Reifenkomponente mit 1 bis 10 Megarad einer Elektronenstrahlung bestrahlt wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlung auf die Komponente oder die Komponenten auf einer Seite derselben unter einer solchen Spannungsintensität einwirken gelassen wird, daß im wesentlichen keine Strahlung

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   vollständig durch die Komponente hindurchgeht.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente aus einer Karkassenlage besteht.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente aus einer die Lauffläche verstärkenden Lage besteht .
8. 8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente aus einer Einlage besteht.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente aus einer Karkassenlage besteht.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente aus einer die Lauffläche verstärkenden Lage besteht.
11. 11. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente aus einer Einlage besteht.

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    INSPECTED