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Diese
Erfindung bezieht sich auf ein Gewebe, insbesondere, wenn auch nicht
ausschließlich,
auf eines, das in einen Steuerriemen (Synchronriemen) zur Verwendung
in Automotoren oder andere industrielle Verwendungen eingeführt wird.
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Die
derzeitigen Steuer- oder Synchronriemen sind bei ihrer Verwendung
in Motoren oder dergleichen mit Zähnen ausgestattet, die sich
verziehen, und so eine Bewegung des Riemens gegen Riemenscheiben oder
andere Teile bewirken. Dies führt
zur Abnutzung des Riemens und ist eine Art Versagen. Überdies
führt das
Verziehen der Zähne
zu elastischer Hysterese, und diese führt wiederum zur Erzeugung
von Wärme. Üblicherweise
ist Nylon als ein Gewebe für
die Oberfläche
des Riemens, der mit den Riemenscheiben in Kontakt kommt, ausgewählt worden.
Solche Riemen neigen jedoch zu Ausfällen, und die Motorenhersteller
fordern immer stärker
Riemen, die während
der Lebensdauer des Fahrzeugs nicht ausgetauscht werden müssen. Überdies
sind wiederum Hochleistungsoberflächengewebe erforderlich.
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GB-A-2308827 offenbart
ein Verfahren und einen Apparat zur Bildung eines PTFE-Materials, insbesondere
in Zahnseide.
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EP-A-1035353 offenbart
einen Kraftübertragungsriemen,
der PTFE-Fasern umfaßt,
die durch eine Zusammensetzung verteilt sind, die eine äußere Oberfläche des
Riemens bildet.
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Verschiedene
Gewebe, die eine reibungsmindernde Substanz umfassen, werden beispielsweise
in
GB 996967 ,
GB 837749 ,
FR-A-2502197 und
SU-A-907094 offenbart.
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US 4502364 offenbart Garne
mit einem Glas- und/oder Acrylkern und einer äußeren Schicht aus Polyphenylensulfidfasern.
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EP-A-1035353 offenbart
einen Kraftübertragungsriemen,
in dem PTFE in Form von Fasern durch die Zusammensetzung verteilt
ist.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Gewebe bereitgestellt,
umfassend:
- (a) ein erstes Garn, das eine reibungsmindernde
Substanz umfaßt;
und
- (b) ein zweites Garn,
wobei auf der einen Oberfläche des
Gewebes mehr von dem ersten Garn vorhanden ist als auf der anderen Oberfläche des
Gewebes, und das erste Garn einen Kernfaden umfaßt, der von einem Faden umgeben
ist, der die reibungsmindernde Substanz umfaßt.
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Die
reibungsmindernde Substanz hat bevorzugt einen Reibungskoeffizienten
von kleiner als 0,5, gemäß dem Verfahren
A. S. T. M. D. 1984. In einer bevorzugten Ausführungsform ist diese PTFE.
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Das
zweite Garn umfaßt
bevorzugt keine reibungsmindernde Substanz.
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Daher
kann die Oberfläche,
auf der sich mehr von dem ersten Garn befindet, bei der Verwendung
auf der Oberfläche
eines Zahnriemens in einigen Ausführungsformen den Reibungskoeffizienten
verringern, wodurch die durch den Riemen, der das Gewebe umfaßt, erzeugte
Wärme verringert
wird, wenn dieser sich in einem Antriebssystem mit den Riemenscheiben
verbindet. So wird wiederum die Haltbarkeit des Gewebes und des
Riemen, von dem es einen Teil bilden kann, verlängert.
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Während sich
das erste Garn in Schuß-
und/oder Kettrichtung in dem Gewebe befinden kann, befindet es sich
in einer Ausführungsform
in Schußrichtung.
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In
einer Ausführungsform
ist der Kernfaden von einem inneren Faden umgeben, der wiederum
von einem äußeren Faden
umgeben ist. Der äußere Faden
umfaßt
bevorzugt eine reibungsmindernde Substanz. Während das innere Garn typischerweise
aus einer reibungsmindernden Substanz gebildet wird, kann es auch aus
anderen Substanzen, wie beispielsweise Nylon, sein, wenn es keinen
Teil der Gewebeoberfläche
bildet. Bevorzugt wird der innere Faden in entgegengesetzter Richtung
zum äußeren Faden
um den Kern gewickelt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Kernfaden elastisch, wobei er beispielsweise aus Polyurethan,
Kautschuk oder dergleichen gebildet wird. Während des Wickelverfahrens (in
dem ein oder mehrere Außenfäden um den
Kernfaden gewickelt werden) wird der Kern unter Zugspannung typischerweise
um etwa 110% gedehnt. Nach dem Wickeln wird der Kernfaden entspannt,
und dann sind die Fäden,
die um den Kern gewickelt worden sind, dichter. Nachdem das Gewebe
appretiert worden ist, kann es in anschließenden Verfahren um einen Faktor
von mindestens etwa 90% gedehnt und entspannt werden, beispielsweise
damit das Gewebe über
die Form eines Synchronriemens oder dergleichen gezogen werden kann.
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Das
zweite Garn umfaßt
bevorzugt ein thermoplastisches Material, zum Beispiel Nylon 66.
Es kann vor dem Versagen bevorzugt um mindestens 80% und um mindestens
65% unter einer Last von 100 N gedehnt werden. Dies wird erreicht,
indem das Garn durch eine Falschdrahttexturiermaschine geführt wird.
In einer Ausführungsform
umfaßt
das Falschdrahttexturieren den folgenden Vorgang: Ein kontinuierliches
thermoplastisches Filamentgarn (in diesem Fall Nylon 66) wird kontinuierlich
durch eine Maschine geführt.
Das Garn wird stark verdrillt, in dem verdrillten Zustand thermofixiert
und dann entdrillt. Da das Garn thermoplastisch ist, hat es ein
Wärmegedächtnis,
und unter den richtigen Bedingungen in den folgenden Vorgängen wird
das Garn in seinen thermofixierten Zustand zurückgehen wollen. Bevorzugt behält das Garn,
wenn es 14 Tage lang 140°C ausgesetzt
war, mindestens 80% seiner anfänglichen
Zugfestigkeit bei.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
beträgt
die Festigkeit des ersten Garns mindestens 30 Zentinewton/tex (3,0
g(Dezitex).
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Während die
Garne irgendeine geeignete Form aufweisen können, hat das erste Garn in
einer bevorzugten Ausführungsform
eine Form, durch die es seine beste Schmierwirkung, beispielsweise
indem es eine flachgedrückte
Außenfläche auf
einem ansonsten im wesentlichen zylindrischen Garn mit im wesentlichen
rundem oder ovalem Querschnitt, umfaßt, zeigen kann.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Riemen bereitgestellt,
der das Gewebe umfaßt,
worin die Oberfläche
des Gewebes, die mehr von dem ersten Garn umfaßt, eine äußere Lauffläche des Riemens ist.
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Der
Riemen umfaßt
bevorzugt ferner ein Substrat, bei dem die andere Oberfläche des
Gewebes an das Substrat geklebt oder anderweitig daran befestigt
ist. Die äußere Lauffläche umfaßt bevorzugt
Vorsprünge, beispielsweise
in Form von Zähnen,
die mit sich bewegenden Teilen eines Motors oder dergleichen in
Kontakt kommen können.
Das Substrat kann ein Füllmaterial
umfassen. Der Riemen kann ferner ein Kernmaterial umfassen, das
irgendein in der Technik bekanntes Material sein kann, wobei Beispiele
elastische Glasfasern, Para-Aramid,
PBO (Poly-p-phenylobenzobisthiazol (Zylon – Markenname)) oder dergleichen
sind. Der Riemen ist zur Verwendung in Automobilanwendungen, insbesondere
Automotoren oder dergleichen bevorzugt. Der Riemen ist bevorzugt
ein Synchron- oder Steuerriemen.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Garn, umfassend
einen Kernfaden, der von einem Faden umgeben ist, der eine reibungsmindernde
Substanz umfaßt,
bereitgestellt.
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Die
reibungsmindernde Substanz hat bevorzugt einen Reibungskoeffizienten
von weniger als 0,5, wie oben erwähnt, und ist bevorzugt PTFE.
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Wie
oben erwähnt,
ist der Kernfaden bevorzugt von einem inneren Faden umgeben, der
wiederum von einem äußeren Faden
umgeben ist. Der äußere Faden
umfaßt
bevorzugt die reibungsmindernde Substanz. In einer Ausführungsform
wird der innere Faden in die entgegengesetzte Richtung zum äußeren Faden
um den Kern gewickelt. Der Kernfaden ist bevorzugt elastisch.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur
Bildung des Garns bereitgestellt, wobei das Verfahren das Wickeln
von einem oder mehreren Fäden
um den Kernfaden umfaßt. Das
Wickelverfahren, in dem einer oder mehrere Außenfäden um den Kernfaden gewickelt
werden, wurde vorstehend beschrieben.
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In
einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren
zur Bildung eines Gewebes aus dem Garn bereitgestellt, welches das
Weben des Garns zur Bildung des Gewebes umfaßt.
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Die
Erfindung wird nun nur anhand eines Beispiels in bezug auf die folgenden
Zeichnungen beschrieben, wobei:
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1 die
Ansicht eines typischen ersten Garns gemäß der vorliegenden Erfindung
ist;
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2 die
Ansicht eines typischen zweiten Garns ist;
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die 3A und 3B eine
Draufsicht von Geweben gemäß der vorliegenden
Erfindung sind;
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4 eine
perspektivische Ansicht eines Riemens, teilweise im Querschnitt,
gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt;
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5 ein
Graph ist, der Reibungsamplitude gegen Zeit für jede Fläche einer Probe zeigt; und
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6 ein
Graph der Temperatur, erzeugt für
eine Vielzahl von Gewebeproben, gegen die Zeit ist.
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1 zeigt
ein erstes Garn allgemein bei 1 (Garn 'A')
gemäß der vorliegenden
Erfindung. Das Garn 1 umfaßt einen inneren Faden 2 und
einen äußeren Faden 3,
die beide aus PTFE sind, das einen geringen Reibungskoeffizienten
hat. Die Fäden 2 und 3 werden
in entgegengesetzte Richtungen um einen elastischen Kernfaden 4 gewickelt.
Der Kernfaden 4 wird aus einem elastischen Material gebildet.
Während
des Wickelns der Fäden 2 und 3 um
den Kernfaden 4 wird der Kernfaden 4 in die endgültige Gewebekonstruktion
gedehnt.
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2 zeigt
ein thermoplastisches Garn 5 (Garn 'B'),
welches das zweite Garn, das kein PTFE umfaßt, bildet. Es ist aus einem
thermoplastischen Material wie zum Beispiel Nylon 66.
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Die 3A und 3B zeigen
Gewebe 6 und 7, die aus den Garnen 1 und 5 auf
verschiedene Arten gewebt werden, wie gezeigt.
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Die
Gewebe 6 und 7 sind so gestaltet, daß das Garn 1 auf
einer Oberfläche
des Gewebes (der Oberfläche,
die bei der Verwendung in einem Synchronriemen mit einer Riemenscheibe
in Kontakt kommt) überwiegt.
Der Anteil an Garn 1 in dem Gewebe hängt von dem für jede einzelne
Anwendung erforderlichen Verringerungsgrad des Reibungskoeffizienten
ab. Dieser kann für
verschiedene Anwendungen in der Automobil- oder anderen Industrien
zwangsläufig
anders sein. Der Grund, warum Garn 1 auf einer Oberfläche des
Gewebes überwiegen sollte,
ist der, daß der
niedrige Reibungskoeffizient, den das Garn bietet, auf die Riemenscheibenoberfläche gerichtet
werden sollte und daß das
Garn mit dem niedrigen Reibungskoeffizienten nicht mit einem Adhäsionssystem,
daß auf
der gegenüberliegenden
Oberfläche
(Kordoberfläche)
eines Riemens angewendet wird, interferieren sollte. Obgleich die
angegebenen Beispiele mit dem Garn mit dem niedrigen Reibungskoeffizienten
in Schußrichtung
gestaltet worden sind, sollte selbstverständlich sein, daß eine ähnliche Wirkung
auch erhalten werden kann, wenn es in Kettrichtung oder sogar in
beiden Richtungen verwendet wird.
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Bevorzugt
hat das Kettgarn eine kontinuierliche filamentähnliche Struktur (beispielsweise
Nylon). So können
Schußgarne
während
des Appretierens leicht über
die Kettgarne geführt
werden, wodurch das Gewebe entsprechend dem Profil der Steuerriemenzähne in einer
Form gedehnt werden kann. Eine Veranschaulichung dafür, wie die
Garne zu einem Gewebe gewebt werden, ist in den 3A und 3B zu sehen.
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4 zeigt
einen Synchronriemen allgemein bei 8, umfassend das Gewebe
der vorliegenden Erfindung. Der Riemen 8 umfaßt eine
obere Lauffläche 9,
die mehr PTFE als die untere Oberfläche, die an ein Kautschuksubstrat 10 geklebt
ist, aufweist. Das Gewebe wird wie gezeigt aus Garn 1 und
Garn 5 gebildet. Zugspannungsglieder 11 werden
in dem Substrat 10 gebildet und sind in der gezeigten Ausführungsform
aus einer Textilglasschnur. Der Riemen umfaßt die Zähne 12, die bei der
Verwendung in einem Motor oder dergleichen gemeinsam mit einer Riemenscheibe
arbeiten.
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Beispiel
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Es
sind fünf
Proben einschließlich
einer Kontrolle getestet worden. Probe 1A bekam 4 Schußeinträge von Garn 'B' (siehe 2) und 1
Schußeintrag
von Garn 'A' (siehe 1).
Probe 1B bekam 8 Schußeinträge von Garn 'B', dann 1 Schußeintrag von Garn 'A'. Probe 1C bekam 16 Schußeinträge von Garn 'B', dann 1 Schußeintrag von Garn 'A'. In den obigen Gewebegarnen wurden 'A' und 'B' wie
in 3A in das Gewebe eingetragen. Probe
1D bekam 4 Schußeinträge von Garn 'B' und 1 Schußeintrag von Garn 'A', wurde jedoch auf eine andere Art in
das Gewebe eingetragen als die vorherigen Proben, 3B.
Probe 1E ist die Kontrolle nur unter Verwendung von Garn 'B'. Alle Gewebe wurden mit einem RFL-Tauchbad getestet,
wobei der Latexteil ein nicht-carboxyliertes HNBR war. RFL ist ein
System, mit dem Textilien an andere Substrate wie Kautschuke haften.
RF ist Resorcinolform aldehydharz, und es wird ein Latex zu diesem
Harz gegeben, der für
den bestimmten Kautschuk, an den er geklebt werden soll, geeignet
und damit kompatibel ist. HNBR bezieht sich auf ein hydriertes Nitrit,
wobei NBR ein synthetischer Kautschuk, basierend auf Nitril, ist.
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Durch
das Hydrierungsverfahren können
die in dem NBR enthaltenen Doppelbindungen mit Wasserstoff reagieren.
Dies führt
zu einer Sättigung
der Verbindung, wodurch die Wirkungen von Sauerstoff und Ozon, die
eine Zersetzung hervorrufen, verzögert werden.
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Die
Gewebekonstruktion sieht folgendermaßen aus:
Kettgarn 235f34x1
MT PA66, wärmegeschützt
Schußgarn 'A' 440 d'tex. PTFE, zweifädig gewunden auf einem 480
Elastankern
Schußgarn 'B' 78f34x66 HT PA66, wärmegeschützt, texturiert
Fadenketten
81 pro 25 mm
Schützenschläge 70 pro
25 mm
Gewicht 550 g/m2
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Die
Einführung
von PTFE verstärkt
die Abriebbeständigkeit
des Produktes.
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Ein
Beispiel ist in der nachstehenden Tabelle zu sehen:
| T7177 – Probe | anf.
Zugfestigkeit (N/25 mm) | Abriebdauer
(h) | Zugfestigkeit
nach Abrieb (N/25 mm) | %
beibehaltene Festigkeit (N/25 mm) |
| A | 1760 | 500 | 1282 | 73 |
| B | 1790 | 500 | 1316 | 74 |
| C | 1891 | 500 | 869 | 46 |
| D | 1768 | 500 | 855 | 48 |
| E | 2017 | 30 | 1513 | 75 |
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Das
Testverfahren für
obiges verlief wie folgt:
25-mm-Abriebproben, hergestellt aus
50%-gedehntem Gewebe
Eine Standard-HNBR-Verbindung, 2 mm dick
Ein
Leno-Grundgewebe
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Abriebtestparameter:
Mark
I-Heathcoat-Abriebtester
Meißelschneiden – 0,5 mm
Wolframcarbid
Amplitude – 10
mm
Frequenz – 170
U/min
Ausgangszugspannung – 1400
g
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Die
Einführung
von PTFE in ein Gewebe verringerte auch den Reibungskoeffizienten
auf der Gewebeoberfläche,
wobei die Ergebnisse in
5 zu sehen sind. Dieser Test
wurde an einer Gewebeprobe 2 durchgeführt, die 4 Schußeinträge von Garn 'B' und 1 Schußeintrag von Garn 'A' bekam. Die Gewebebehandlung wurde mit
RFL vorgenommen, für
diese Probe war die Latexkomponente jedoch Polychloropren. Dies
verringerte die Testzeit signifikant. Neben der Messung der Reibung
wurde die beibehaltene Zugfestigkeit getestet, und die Ergebnisse
werden nachstehend gezeigt:
| Probe
2 | anf.
Zugfestigkeit (N/25 mm) | Zugfestigkeit
nach 3 h Abrieb (N/25 mm) | %
beibehaltene Zugfestigkeit |
| Getestet
auf einer Gewebefläche,
wo PTFE ausgesetzt ist | 1835 | 1195 | 65,1 |
| Getestet
auf einer Gewebefläche,
wo PTFE nicht ausgesetzt ist | 1850 | 998 | 53,9 |
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Maschinenparameter:
Mark
II Heathcoat-Abriebmaschine
Meißelschneider – 0,5 mm
Wolframcarbid
Amplitude – 10
mm
Frequenz – 1750
Hz
Ausgangszugspannung – 1400
g
Testdauer – 3
h
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Die
Mark 1-Abriebmaschine wird in
EP-A-0629848 beschrieben. Die Mark II-Maschine
arbeit genau so, hat jedoch einen leistungsstärkeren Motor.
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Aus
einer Mikroskopanalyse ist ersichtlich, daß das PTFE-Garn, das in das
Gewebe eingeführt
worden ist, Schmierwirkung bereitstellt. Nach dem Abrieb auf der
Mark I- und Mark II-Heathcoat-Abriebmaschine
ist das PTFE-Material auf die benachbarten falschdrahttexturierten
Nylongarne übertragen
worden. Man kann davon ausgehen, daß auch die Schmier/Fettwirkung
auf die Riemenscheibenoberflächen
in denn Steuerriemensystem übertragen
wird, wodurch der Reibungskoeffizient des Steuerriemens beim Ein-
und Austritt der Riemenschei ben weiter verringert wird. Dies wiederum
führt zu
einer längeren
Lebensdauer des Steuerriemens.
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6 zeigt,
daß die
Temperatur, die während
des Abriebs erzeugt wird, bei der Kontrollprobe höher ist
als bei der Probe der Erfindung.
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Die
Wahl des PTFE-Garns, das verwendet wird, ist wichtig. Die Festigkeit
sollte mindestens 30 Zentinewton/tex (3,0 Gramm pro Dezitex) betragen.
Das Profil oder der Querschnitt sollten so sein, daß das PTFE seine
beste Schmierwirkung zeigen kann; dies wird am besten durch eine
flache Seite auf einem vorwiegend runden Querschnittsprofil erreicht.
Es wird auf
GB-A-2308827 verwiesen.