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Das
Gebiet der Erfindung betrifft die Luftreifen, die dazu bestimmt
sind, auf Transportfahrzeuge montiert zu werden. Genauer behandelt
die Erfindung das Problem des Fließens von elektrischen Ladungen
in den Luftreifen, die mit sehr schwach elektrizitätsleitenden
Kautschukmischungen hergestellt werden.
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Um
den Rollwiderstand zu verbessern und den Kraftstoffverbrauch zu
reduzieren, weisen die modernen Luftreifen Mischungen, die als Hauptanteil nicht-elektrizitätsleitende
Ladungen wie Siliciumoxid enthalten, oder auch schwach rußhaltige
Mischungen auf.
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Die
Verwendung dieser Mischungen hat sich in großem Maße für die Herstellung von Laufflächen entwickelt,
unter Berücksichtigung
der Vorteile, die von solchen Mischungen erbracht werden, um ebenfalls
die Leistungen bezüglich
der Haftung auf trockenem, feuchtem oder vereistem Boden, der Abnutzungsfestigkeit
oder auch des Fahrgeräuschs
zu verbessern. Dieser Luftreifentyp ist zum Beispiel in der europäischen Patentanmeldung
EP-B-0 501 227 beschrieben.
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Die
Anwendung dieser Mischungen wird aber von einer Schwierigkeit begleitet,
die mit der elektrostatischen Aufladung beim Fahren des Fahrzeugs
und dem nicht vorhandenen Abfließen dieser Ladungen zum Boden
aufgrund des sehr großen spezifischen
Widerstands der die Lauffläche
bildenden Mischungen zusammenhängt.
Die so in einem Luftreifen stattfindende elektrostatische Aufladung kann,
wenn bestimmte besondere Bedingungen zusammenkommen, zu einem unangenehmen
elektrischen Schlag für
den Insassen eines Fahrzeugs führen,
wenn er veranlasst wird, die Karosserie des Fahrzeugs zu berühren. Diese
statische Elektrizität kann
außerdem
aufgrund des Ozons, das von der elektrischen Entladung erzeugt wird,
die Alterung des Luftreifens beschleunigen. Sie kann ebenfalls,
in Abhängigkeit
von der Beschaffenheit des Bodens und des Fahrzeugs, aufgrund der
von ihr erzeugten Störungen
die Ursache eines mangelhaften Betrieb des Autoradios sein.
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Daher
wurden viele Lösungen
vorgeschlagen, um das Fließen
der Ladungen vom Scheitelblock zum Boden zu erlauben.
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Die
Patentanmeldung
US-A-5
518 055 beschreibt einen Luftreifen, dessen Lauffläche, die
ausgehend von einer sehr schwach leitenden Mischung hergestellt
wird, mit einer dünnen
Schicht einer leitenden Mischung bestrichen wird. Diese Schicht
ist mit den Flankenmischungen in Kontakt, die selbst ebenfalls elektrizitätsleitend
sind, um das Fließen
der elektrischen Ladungen zu ermöglichen.
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Eine
andere Lösung
wird in der Anmeldung
EP-A-0
658 452 dargelegt, die das Hinzufügen eines Mischungsstreifens
oder Einsatzes beschreibt, der mit einer leitenden Kautschukmischung
hergestellt wird, sich radial vorzugsweise über den ganzen Umfang des Luftreifens
erstreckt, und die Außenfläche der
Lauffläche
entweder mit einer der Scheitellagen, oder mit der Karkassenbewehrung,
oder mit jedem anderen Bereich verbindet, der an die Lauffläche des Luftreifens
angrenzt und ausreichend elektrizitätsleitend ist, wobei die notwendige
elektrische Leitfähigkeit
durch das Vorhandensein eines geeigneten Rußes verliehen wird.
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An
diesem Prinzip wurden viele Verbesserungen ausgeführt, je
nachdem, ob die Lauffläche eine
oder mehrere Schichten von leitenden oder sehr schwach leitenden
Werkstoffen aufweist, und werden als Beispiel in den Patenten
EP-B-0 925 903 oder
im Patent
EP-B-0 963 302 dargelegt.
Die Druckschrift
DE
A-44 17 014 sieht ihrerseits vor, ein Metallgewebe zwischen
der Scheitelzone und dem Wulstkern anzuordnen, wobei das Gewebe
selbst mit der Außenfläche durch
metallische Leiter verbunden ist, die die Werkstoffe der Scheitelzone
und der unteren Zone durchqueren. Es ist aber zu bedenken, dass
diese Lösung
wenig robust ist gegenüber
den bekannten Problemen der Oxidation, aufgrund des bevorzugten Wegs,
den diese Leiter zwischen den äußeren Bereichen
und den inneren Verstärkungselementen
des Luftreifens bilden, wie die Karkassenverstärkungslage, die Scheitelgürtellagen
oder der Wulstkern.
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Alle
diese Methoden haben aber zum Ziel, die Außenfläche der Lauffläche mit
einem Bereich der inneren Zone des Scheitels des Luftreifens zu verbinden,
der genau neben ihr liegt, wie die Flanke, eine Scheitelverstärkungslage
oder eine Karkassenverstärkungslage,
und die elektrizitätsleitende
Eigenschaften hat. Die elektrischen Ladungen werden also ausgehend
von der mit dem Fahrzeug verbundenen Felge zum Boden abgeleitet
und gehen durch die untere Zone, die mit der Felge in Kontakt ist,
und wandern von dort über
die Flanken durch die Karkassenverstärkungslage bildende Mischungen
oder Schutzgummis der Flanken in Richtung eines inneren Bereichs
der Scheitelzone, und fließen
schließlich
aus dem inneren Bereich der Scheitelzone zum Boden ab, indem sie über die
Scheitelbewehrung und die Lauffläche
gehen.
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Die
neuesten Entwicklungen der Luftreifen mit dem Ziel, den Rollwiderstand
zu verbessern, führen
aber dazu, Mischungen auf der Basis von Siliciumoxid oder sehr schwach
mit Kohlenstoff angereicherte Mischungen bei den meisten Bauteilen
zu verwenden, die den Luftreifen bilden und die während der
Nutzung des Luftreifens eine mechanische Arbeit ausführen können. Ein
Luftreifen dieses Typs ist zum Beispiel in der Veröffentlichung
EP-A-0 847 880 beschrieben.
Gleiches kann für
die Mischungen gelten, die für
die Herstellung der Laufflächen,
der Flanken, der Karkassenverstärkungslagen
oder auch der Scheitelbewehrungslagen, der Scheitelverstärkungsprofilteile
sowie bei den Wulstverstärkungsprofilteilen und
dem inneren Dichtungsgummi verwendet werden. Alle diese Werkstoffe
sind dadurch gekennzeichnet, dass sie also sehr schwach elektrizitätsleitend
sind.
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Nur
die Elemente des Luftreifens, wie der Verstärkungsring des Wulsts oder
die Schutzgummis des Wulsts, die die Funktion haben, den Kontakt
zwischen der Felge und dem unteren Bereich des Mantels zu gewährleisten,
die mit Mischungen hergestellt werden, die eine Ladung auf der Basis
von Kohlenstoff enthalten, haben noch die Eigenschaft, elektrizitätsleitend
zu sein.
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Die
Erfindung hat zum Gegenstand, eine Lösung für die Leitung der elektrischen
Ladungen in Luftreifen zu liefern, die hauptsächlich ausgehend von sehr schwach
elektrizitätsleitenden
Mischungen hergestellt werden.
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Wie
man nachfolgend sehen wird, kann die Erfindung aber sowohl die Luftreifen,
die ein Druckluftvolumen umschließen, um die Last zu tragen,
als auch die luftlos genannten Reifen betreffen, die von einem oder
mehreren selbsttragenden Elementen geformt werden und wie sie zum
Beispiel in dem Patent
EP-A-1
056 604 beschrieben sind.
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Unter
einem sehr schwach elektrizitätsleitenden
Werkstoff wird ein Werkstoff verstanden, der einen spezifischen
Widerstand von mehr als oder gleich 108 Ohm/cm
aufweist. Ebenso versteht man unter einem elektrizitätsleitenden
Werkstoff einen Werkstoff, der einen spezifischen Widerstand von weniger
als 106 Ohm/cm aufweist. Diese Werkstoffe haben
die geeigneten elastischen Eigenschaften und können kautschukartig sein oder
nicht.
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So
kann die Erfindung sich allgemein auf einen Luftreifen beziehen,
der dazu bestimmt ist, auf ein Rad montiert zu werden, das selbst
elektrizitätsleitend
und konzipiert ist, um eine Last zu tragen, ein Luftreifen bestehend
aus
- – einer
Scheitelzone (S), die eine Außenfläche aufweist,
die dazu bestimmt ist, mit dem Boden in Kontakt zu kommen, und die
Mittel aufweist, um die Leitung der Elektrizität zwischen dem Boden und einem
inneren Bereich der Scheitelzone zu gewährleisten,
- – einer
unteren Zone (B), die dazu bestimmt ist, den Kontakt zwischen dem
Rad und dem Luftreifen zu gewährleisten
und deren Bestandteil (5) in Kontakt mit dem Rad elektrizitätsleitend
ist,
- – und
einer Flankenzone (F), die dazu bestimmt ist, die Verbindung zwischen
der Scheitelzone (S) und der unteren Zone (B) zu gewährleisten.
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Dieser
Reifen ist dadurch gekennzeichnet, dass:
- – die Bestandteile
der Flankenzone (F) aus sehr schwach elektrizitätsleitenden Werkstoffen hergestellt
werden,
- – der
Reifen mindestens ein leitendes Band (8) von geringer Dicke
und geringer Breite aufweist, das aus einem elektrizitätsleitenden
kautschukartigen Werkstoff hergestellt und radial auf einer Bahn
angeordnet wird, die vom inneren Bereich der Scheitelzone (S), mit
dem es in Kontakt ist, bis zur unteren Zone (B) geht, wo es mit
dem Bestandteil (5) in Kontakt ist, das mit dem Rad in Kontakt
ist.
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Nachfolgend
wird auf die Anwendung der Erfindung auf einen Reifen vom Luftreifentyp
Bezug genommen, bei dem die Scheitelzone (S) eine Umfangsscheitelbewehrung,
die aus mindestens einer Scheitelverstärkungslage besteht, und eine
Lauffläche
aufweist, die in Umfangsrichtung um die Scheitelbewehrung herum
angeordnet ist, deren Außenfläche mit
dem Boden in Kontakt ist, wobei die Scheitelzone fest mit einer
Karkassenverstärkungslage
verbunden ist, die an ihren beiden Enden in der unteren Zone (B)
verankert ist, wobei die untere Zone einen Schutzgummi für den Wulst
aufweist, der dazu bestimmt ist, den Kontakt mit dem Rad zu gewährleisten
und der aus einem elektrizitätsleitenden
Werkstoff hergestellt ist. Die Flankenzone kann außer der Karkassenverstärkungslage
ein Profilteil aufweisen, das den Schutz des Mantels vor Querstößen gewährleistet.
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Die
für die
Herstellung der Schutzgummis der Flanken und der Karkassenverstärkungslagen verwendeten
Mischungen sind sehr schwach elektrizitätsleitend. Unter diesen Bedingungen
gibt es keinen elektrizitätsleitenden
Weg zwischen der Scheitelzone S und der unteren Zone B, da außerdem die Karkassenverstärkungslage
eine Isolierung mit den radial darunter liegenden Bestandteilen
bildet, wie zum Beispiel dem Dichtungsgummi.
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Die
für die
Herstellung der Lauffläche
oder der Scheitelbewehrung verwendeten Mischungen können unterschiedslos
leitend oder sehr schwach elektrizitätsleitend sein. In diesem letzteren
Fall weist der Luftreifen ein im Stand der Technik bekanntes Mittel
auf, das das Abfließen
der elektrischen Ladungen von der Außenfläche der Lauffläche zur
radial inneren Fläche
dieser letzteren erlaubt. Das Fließen der Ladungen vom inneren
Bereich der Scheitelzone zum Boden kann nur durch die Lauffläche oder
durch die Scheitelbewehrung und die Lauffläche hindurch erfolgen.
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Die
für die
Herstellung der Schutzgummis des Wulsts verwendeten Mischungen sind
elektrizitätsleitend.
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Ein
leitendes Band von geringer Dicke und geringer Breite, das aus einem
vorzugsweise kautschukartigen und elektrizitätsleitenden Werkstoff hergestellt
wird, wird radial auf einer Bahn angeordnet, die vom inneren Bereich
der Scheitelzone S, mit der es in Kontakt ist, bis zur unteren Zone
B geht, wo es mit dem Bestandteil in Kontakt ist, das mit dem Rad in
Kontakt ist.
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Je
nachdem, ob die für
die Herstellung der Scheitelbewehrung verwendeten Mischungen elektrizitätsleitend
sind oder nicht, wird das Ende des leitenden Bands, das mit dem
inneren Bereich der Scheitelzone in Kontakt ist, radial über oder
unter der Scheitelbewehrung angeordnet, um das Fließen der Ladungen
zwischen dem Ende des Bands und dem Boden entweder durch die von
der Scheitelbewehrung und der Lauffläche gebildete Einheit, oder
direkt durch die Lauffläche
hindurch zu gewährleisten,
wobei diese letztere mit einem Einsatz versehen sein kann oder nicht,
der radial zwischen der Oberfläche der
Lauffläche
und dem inneren Bereich angeordnet wird, je nach der Beschaffenheit
der Mischung der Lauffläche.
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Der
Vorteil und die Art der Erfindung gehen klarer aus der Beschreibung
eines Ausführungsbeispiels
und den Figuren hervor. Es zeigen:
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1 den
halben radialen Schnitt durch einen Luftreifen, bei dem nur die
Mischungen des Wulst-Schutzgummis
und des Einsatzes elektrizitätsleitend
sind,
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2 den
halben radialen Schnitt durch einen Luftreifen vergleichbar mit
demjenigen der 1, der eine erste Ausführungsvariante
des leitenden Bands aufweist,
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3 den
halben radialen Schnitt durch einen Luftreifen vergleichbar mit
demjenigen der 1, der eine zweite Ausführungsvariante
des leitenden Bands aufweist,
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4 den
halben radialen Schnitt durch einen Luftreifen vergleichbar mit
demjenigen der 1, der eine dritte Ausführungsvariante
des leitenden Bands aufweist,
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5 den
halben radialen Schnitt durch einen Luftreifen, bei dem die Scheitelbewehrung
und die Lauffläche
aus elektrizitätsleitenden
Mischungen hergestellt sind.
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6 den
halben radialen Schnitt durch einen Luftreifen, bei dem die Scheitelbewehrung
aus elektrizitätsleitenden
Mischungen und die Lauffläche aus
sehr schwach elektrizitätsleitenden
Mischungen hergestellt sind.
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7 den
halben radialen Schnitt durch einen Luftreifen, bei dem die Lauffläche und
die Scheitelbewehrung aus sehr schwach elektrizitätsleitenden
Mischungen hergestellt sind und bei dem die Unterschicht aus einer
elektrizitätsleitenden
Mischung hergestellt ist,
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8 einen
radialen Schnitt durch einen luftlosen Reifen, der aus selbsttragenden,
nicht elektrizitätsleitenden
Elementen hergestellt ist.
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Der
Luftreifen der 1 weist eine Karkassenlage 1 auf,
die durch den Umschlag 10 ihrer beiden Enden um Verstärkungsringe
des Wulsts 2 verankert ist. Ein Gummi 6 gewährleistet
den Schutz der Flanken. Eine Scheitelbewehrung 3 besteht
aus mehreren Umfangsscheitelverstärkungslagen 31, 32, 33, 34,
die radial übereinander
angeordnet sind. Eine Lauffläche 4 weist
eine Abnutzungsschicht 41 und eine Unterschicht 42 auf.
Da sie aus sehr schwach elektrizitätsleitenden Werkstoffen geformt
sind, werden die Lauffläche
und die Unterschicht radial über ihren
ganzen Umfang von einem elektrizitätsleitenden Einsatz 43 durchquert.
Verstärkungsprofilteile des
Scheitels 7 sind an den axialen Enden der Lagen der Scheitelbewehrung
angeordnet, um die Enden dieser Lagen zu stützen (71) oder abzukoppeln
(72). Ein Profilteil 9 gewährleistet das Füllen der
unteren Zone. Der Schutzgummi des Wulsts 5 stellt den Kontakt
zwischen der unteren Zone und der Felge her.
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Gestrichelte
Linien umgeben die Scheitelzone S, die untere Zone B bzw. die Flankenzone
F.
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In
diesem Beispiel sind nur die für
die Herstellung des Schutzgummis des Wulsts 5 und des Einsatzes 43 verwendeten
Mischungen elektrizitätsleitend.
Die elektrischen Ladungen können
also nicht frei zwischen der Scheitelzone S und der unteren Zone
B fließen.
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Das
leitende Band 8 ist dann radial zwischen dem Schutzgummi
der Flanke und der Karkassenbewehrung angeordnet, um die Leitung
der elektrischen Ladungen zwischen der Scheitelzone und der unteren
Zone so zu gewährleisten,
dass eines seiner Enden mit dem Schutzgummi des Wulsts 5 und
sein anderes Ende mit dem Bereich des Einsatzes 43 in Kontakt
ist, der an der radial inneren Fläche der Lauffläche mündet und
dem Bereich der Lauffläche
entspricht, der sich radial der Drehachse des Luftreifens am nächsten befindet.
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Das
leitende Band 8 von geringer Breite und geringer Dicke
wird ausgehend von einer elektrizitätsleitenden Mischung hergestellt.
Die Breite des Bands kann von einigen Millimetern bis zu zwei oder drei
Zentimetern gehen und ist an die Ausführungsform und die Anwendung
des Bands angepasst. Dies schließt nicht die Ausführung des
Bands mit geringeren oder größeren Breiten
aus. Die Dicke kann ebenfalls und in nicht einschränkender
Weise zwischen einem oder zwei Zehntelmillimetern und einem, sogar zwei
Millimetern liegen. Auch hier werden die Grenzen von dem Herstellungs-
und Anwendungsverfahren vorgegeben.
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Die
in 2 dargestellte Ausführungsform weist ein erstes
leitendes Band 81 auf, das unter dem Schutzband der Flanke
angeordnet ist und mit einem seiner Enden mit der Innenfläche des
Schutzgummis des Wulsts 5 in Kontakt kommt. Ein zweites
leitendes Band 82 ist unter der Lauffläche so angeordnet, dass eines
seiner Enden mit dem Bereich des Einsatzes 43 in Kontakt
ist, der an der radial inneren Fläche der Lauffläche 4, 41, 42 mündet. Die
zwei freien Enden der leitenden Bänder 81 und 82 werden
bei der Montage des Scheitels auf die Karkasse in Kontakt gebracht,
nachdem die Karkasse ausgehend von einer allgemein zylindrischen
Form in eine Ringform angepasst wurde.
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Die
in 3 dargestellte Ausführungsform besteht darin, ein
erstes leitendes Band 81 auf der Karkassenverstärkungslage
anzuordnen und das leitende Band 82, von dem ein Ende mit
dem Bereich des Einsatzes 43 in Kontakt ist, der an der
radial inneren Fläche
der Lauffläche 4 mündet, um
die Scheitelbewehrung 3 herum umzuschlagen, damit dieses Ende
mit dem Ende des leitenden Bands 81 in Kontakt ist, das
vorher auf die Karkassenverstärkungslage 1 aufgebracht
wurde.
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In
dem Fall, in dem das Ende der Flanken 6 unter dem seitlichen
Flügel
der Lauffläche 4 angeordnet
ist, ist es möglich,
das leitende Band 81, von dem ein Ende mit dem Verstärkungsgummi
des Wulsts 5 in Kontakt ist, um das radial äußere Ende
des Flankenschutzgummis umzuschlagen, damit das Ende des Bands 81 mit
dem Ende des leitenden Bands 82 in Kontakt ist, das unter
der Lauffläche
angeordnet ist und dessen anderes Ende mit dem Bereich des Einsatzes 43 in
Kontakt ist, der an der radial inneren Fläche der Lauffläche mündet, wie
dies in 4 dargestellt ist.
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Alle
diese Ausführungsformen
erfordern, dass der Zusammenbau des Scheitels und der angepassten
Karkasse mit der Umfangsgenauigkeit erfolgt, die das Inkontaktbringen
der leitenden Bänder 81 und 82 erlaubt.
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Wenn
die Mischungen, die die Lauffläche 4 und
die Scheitelbewehrung 3 bilden, elektrizitätsleitend
sind, genügt
es, wenn das Ende des leitenden Bands mit dem radial inneren Bereich
der Scheitelbewehrung 3 in Kontakt ist, wie dies in 5 dargestellt ist.
Das Fließen
der Ladungen erfolgt ausgehend von dem Ende des leitenden Bands 8 in
Kontakt mit dem radial inneren Bereich der Scheitelbewehrung direkt durch
die Scheitelbewehrung 3 und die Lauffläche 4 hindurch.
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Eine
analoge Konfiguration, die in 6 dargestellt
ist, ist ausreichend, wenn die Lauffläche 4 aus sehr schwach
elektrizitätsleitenden
Mischungen besteht, die Lauffläche 4 aber
einen Umfangseinsatz 43 aufweist, der aus einer elektrizitätsleitenden
Mischung hergestellt ist, und wenn der Einsatz radial über die
ganze Dicke der Lauffläche 4 angeordnet
ist und mit dem radial äußeren Bereich
der Scheitelbewehrung 3 in Kontakt kommt. Das Fließen der
elektrischen Ladungen erfolgt dann durch die Scheitelbewehrung 3 und
den Einsatz 43 hindurch.
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Eine
letzte, in 7 dargestellte Konfiguration
stellt den Fall eines Luftreifens dar, bei dem die Lauffläche 41 und
die Scheitelbewehrung 3 aus sehr schwach elektrizitätsleitenden
Mischungen hergestellt sind und bei dem die Unterschicht 42 aus
einer elektrizitätsleitenden
Mischung hergestellt ist. Die Lauffläche weist also einen Einsatz 43 auf,
um das Fließen
der elektrischen Ladungen zwischen dem Boden und der Unterschicht 42 zu
ermöglichen.
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Unter
diesen Bedingungen genügt
es, um das Fließen
der elektrischen Ladungen zu gewährleisten,
dass das leitende Band 81 an einem seiner Enden mit der
Unterschicht 42 in Kontakt ist und sein anderes Ende mit
der Innenfläche
des Schutzgummis des Wulsts 5 in Kontakt ist.
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Die
Anwendung dieser letztere Lösung
ist besonders vorteilhaft, wenn es nicht notwendig ist, besondere
Vorsichtsmaßnahmen
zu ergreifen, um den Scheitelblock in Umfangsrichtung bezüglich der angepassten
Karkasse auszurichten. Außerdem kann
die Unterschicht 42 aus einem einfachen Verbindungsgummi
von nur einigen Zehntelmillimetern Dicke bestehen und alle gewünschten
Leitfähigkeitsleistungen
aufweisen.
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Das
Aufbringen des leitenden Bands 8, 81, 82 kann
beliebig auf der einen oder der anderen Seite des Luftreifens oder
sogar auf beiden Seiten erfolgen.
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Auch
ist es absolut möglich,
einen elektrizitätsleitenden
Weg ähnlich
den vorher beschriebenen und gleich dem Aufbringen eines leitenden
Bands herzustellen, indem auf die gewünschte Bahn eine Gummilösung projiziert
wird, die ausgehend von einer elektrizitätsleitenden Mischung gebildet
wird. Diese dünne
Lösungsschicht
weist die gleichen elektrizitätsleitenden
Eigenschaften auf wie ein leitendes Band geringer Dicke und kann
zum Beispiel mit Hilfe eines Zerstäubers oder eines Pinsels aufgetragen werden.
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Die
obigen Ausführungsformen
haben zum Ziel, besondere Anwendungsformen der Erfindung sowie die
möglichen
Anpassungen an die verschiedenen Ausführungsformen der üblichsten
Luftreifen hervorzuheben. Ohne sich von der vorliegenden Erfindung
zu entfernen, hat der Fachmann keine Schwierigkeiten, die notwendigen
Anpassungen an besondere Ausführungsformen
zu finden.
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So
ist es im Rahmen der Erfindung möglich, einen
luftlosen Reifen, der aus sehr schwach elektrizitätsleitenden
selbsttragenden Elementen besteht, wie sie in 6 dargestellt
sind, leitend zu machen, indem ein Band 8 aus einem leitenden
Werkstoff zwischen dem Bereich des Scheitels S, der die Lauffläche 4 trägt, und
der unteren Zone angeordnet wird, wo ein Mittel 5 zur Befestigung
des Reifens auf dem Rad angeordnet ist, wobei das Mittel elektrizitätsleitend
ist.