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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Spike für einen Luftreifen, eine
Kautschukmischung für den Spike und einen diesen Spike enthaltenden
Reifen mit ausgezeichnetem Fahrverhalten auf mit Schnee oder Eis
bedeckten Straßen.
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Bei einem Reifen mit in dem Laufstreifen des Reifen-Körpers
eingebettetem Spike besteht der Spike aus Metall.
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Ein Metall-Spike beschädigt jedoch die Oberfläche der Straße oder des
Belags, und so bestehen Probleme, dass der Belag oft repariert werden
muss, und dass eine große Menge vom Belag abgekratzter pulverisierter
Staub eine beträchtliche Umweltbelastung verursacht. Deshalb wird die
Verwendung von Metall-Spikes schrittweise streng eingeschränkt und
wird in Japan bereits verboten.
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Ein Metall-Spike ist viel härter als ein Asphalt-Belag und reibt diesen
deshalb ab. So sind verschiedene Arten von Kautschuk- oder Harz-Spikes
entwickelt worden, bei denen die den Spike bildenden Materialien von
Metall zu Kautschuk- oder Harz-Arten gewechselt wurden, die weicher als
Metalle sind, um die obengenannten Probleme zu überwinden. Die
Kautschuk- oder Harz-Spikes ergeben fast keine Beschädigung der Beläge.
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Die Kautschuk- oder Harz-Spikes enthalten jedoch weiches Kautschuk-
oder Harz-Material, das leichter als der Kautschuk des Reifenlaufstreifens
abgerieben wird, so dass der Kautschuk- oder Harz-Spike schneller als
der Laufstreifen verschleißt. Deshalb verliert ein mit Kautschuk oder
Harz-Spikes versehener Reifen den Griff auf mit Schnee oder Eis
bedeckten Straßen.
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Das Dokument JP-A-6 239 112 beschreibt einen Reifen-Spike, eine
Kautschuk-Masse für einen solchen Spike und einen mit solchen Spikes
versehenen Reifen gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs der Ansprüche 1,
5 bzw. 6.
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Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Reifen-Spike zu schaffen,
der seine Griffstärke während eines langen Zeitraums behält, ohne
Fahrbeläge zu beschädigen; ein Herstellverfahren für den Spike; eine
Kautschuk-Masse für den Spike und einen Reifen für Schnee und Eis mit
Verwendung dieses Spikes zu schaffen.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Reifen-Spike, der ein
geformtes Produkt aus vulkanisiertem Kautschuk und mit Kurzfasern
verstärkt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die kurzen Fasern einen
Durchmesser von 1 bis 50 um, eine Länge von 100 bis 3 000 um und ein
Aspektverhältnis von 10 bis 500 aufweisen, und im wesentlichen vertikal
zu einer Bodenberührungsfläche des Spikes gerichtet sind.
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Hier bedeutet der Ausdruck "im wesentlichen vertikal", dass die
Verstärkungskurzfasern bis zu Schrägwinkeln von ±10º zu einer zur
Bodenberührungsfläche des Spikes senkrechten Linie ausgerichtet sind.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung ergibt ein Verfahren zum Herstellen
eines Gleitschutz-Spikes gemäß der vorliegenden Erfindung,
gekennzeichnet durch die Schritte, dass eine Kautschuk-Masse aus einem
Mundstück mit einem Durchmesser von 8 mm oder weniger extrudiert wird;
dass das entstehende dünne stabförmige Produkt auf eine Länge von etwa
9 bis 14,5 mm geschnitten wird; dass das sich ergebende kurz
geschnittene Produkt in eine Form eingesetzt wird; und dass das kurz geschnittene
Produkt in der Form vulkanisiert wird, wobei die Kautschuk-Masse eine
Kautschuk-Komponente und Verstärkungskurzfasern mit einem
Durchmesser von 1 bis 50 um, einer Länge von 100 bis 3 000 um und ein
Aspektverhältnis von 10 bis 500 umfasst.
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Ein dritter Aspekt der Erfindung ergibt eine Kautschuk-Masse zum
Herstellen des oben erwähnten Gleitschutz-Spikes, die eine
Kautschuk-Komponente und Verstärkungskurzfasern umfasst, dadurch gekennzeichnet,
dass die Fasern einen Durchmesser von 1 bis 50 um, eine Länge von 100
bis 3 000 um und ein Aspektverhältnis von 10 bis 500 aufweisen.
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Ein vierter Aspekt ergibt einen Schnee/Eis-Reifen, der gekennzeichnet ist
durch einen ringförmigen Reifenkörper; durch mit Abständen in der
Bodenberührungsfläche des Reifens vorgesehene Löcher, und durch die
obenerwähnten Gleitschutz-Spikes der vorliegenden Erfindung, die in die
Löcher eingebettet sind und teilweise aus diesen vorstehen.
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Diese und andere Ziele und die Vorteile der vorliegenden Erfindung
werden vollständiger offensichtlich aus der nachfolgenden detaillierten
Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten schematischen
Zeichnungen, in welchen:
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Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Gleitschutz-Spikes gemäß
der vorliegenden Erfindung ist;
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Fig. 2 ein Längsschnitt durch den Spike der Fig. 1 ist;
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Fig. 3 ein Querschnitt vertikal zu dem axialen Teil der Fig. 1 ist;
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Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines
Schnee/Eis-Reifens gemäß der vorliegenden Erfindung ist; und
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Fig. 5 ein Teil-Längsschnitt durch Fig. 4 ist, der die Berührung des
Reifens mit dem Boden zeigt.
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Der Gleitschutz-Spike der vorliegenden Erfindung ist ein geformtes
Produkt aus einem mit Kurzfasern verstärkten vulkanisierten Kautschuk,
wobei die Verstärkungskurzfaser nahezu vertikal zu einer
Bodenberührungsfläche des Stifts (Spikes) ausgerichtet ist.
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Wie in Figur. 1 zu sehen ist, besitzt dieser Spike 1 die Form eines Nagels mit
einem axialen Teil 11 und einem schwertplattenförmigen Kopfteil 12, und
wenn der axiale Teil 11 einen Straßenbelag berührt, ergibt ein Reifen mit
einem solchen Spike dadurch Griffwirkung. Der axiale Teil 11 ist mit
Kurzfasern 1b verstärkt und verschleißt deshalb nur sehr langsam. Nach
Einpassen in Löcher, die mit Abständen über die Boden-Aufstandsfläche
eines Reifens verteilt sind, ist der Kopfteil in der Rückseite des Loches
verankert, womit verhindert wird, dass der Stift aus dem Reifenkörper
herausfällt.
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Fig. 2 zeigt gut den Zustand, bei dem die Verstärkungskurzfaser 1b in
einer einen vulkanisierten Kautschuk 1 1a enthaltenden Matrix vertikal
zur Bodenberührungsfläche des Stiftes 1 ausgerichtet ist. Der Ausricht-
Winkel (vertikaler Ausricht-Winkel) kann zugelassener Weise um ±10º von
einer zur Bodenberührungsfläche 11a senkrechten Richtung abweichen.
Das Verfahren zum Messen dieses vertikalen Ausrichtgrades ist nicht
speziell begrenzt, jedoch enthalten Beispiele dafür ein Verfahren, bei dem
der axiale Teil 11 des Stiftes 1 längs einer Achse desselben geschnitten ist,
und der sich ergebende Schnitt mit einem SEM (Scanning Electron
Microscope = Raster-Elektronenmikroskop) angesehen wird.
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Da, wie oben erwähnt, die Verstärkungskurzfaser 1b im wesentlichen
vertikal zur Bodenberührungsfläche 1 1a des Spike 1 gerichtet ist, werden
die Verstärkungswirkung und die Verschleißfestigkeits-Wirkung der
kurzen Faser 1b ausreichend verteilt, so dass der Abrieb des Spikes 1 durch
Berührung mit dem Boden in hohem Maße unterdrückt wird.
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Die Form des Kopfteils ist nicht besonders eingegrenzt und kann
beispielsweise ballig sein. Obwohl der Gleitschutz-Spike auch ohne Kopfteil
sein kann, ist das Vorhandensein eines solchen Kopfteils günstig, da er
das Herausfallen des Spikes aus dem Reifenkörper sicher verhindert. Die
Querschnittsform des axialen Teils des Spikes ist auch nicht speziell
begrenzt. Obwohl nach Fig. 3 die Querschnittsform des axialen Teils des
Spikes bei der oben genannten Ausführungsform ein richtiger Kreis ist,
kann die Form auch vieleckig oder oval sein.
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Die Maßbeziehungen des Spikes werden wie folgt dargestellt: Die Länge (1)
des axialen Teils, der Durchmesser (r) des axialen Teils, die Länge (L) des
Kopfteils und der Durchmesser (R) des Kopfteils liegen, wie in Fig. 1
gezeigt, z. B. in den Bereichen 1 = 7 bis 11 mm, r = 4 bis 6 mm, L = 1 bis 2
mm bzw. R = 7 bis 9 mm. Dies bedeutet jedoch keine Begrenzung. Dies
Maße können angemessen z. B. in Abhängigkeit von den Materialien des
Reifenkörpers bei den Kraftfahrzeugarten festgesetzt werden, bei denen
der Spike eingesetzt wird.
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Die Maßbeziehung der Verstärkungskurzfasern wird wie folgt dargestellt:
Der Durchmesser (D), Die Länge (L) und das Aspektverhältnis (L/D) liegen
in den Bereichen D = 1 bis 50 um, L = 100 bis 3 000 um bzw. L/D = 10
bis 500. Bevorzugte Maße der kurzen Fasern umfassen einen
Durchmesser von 5 bis 20 um, eine Länge von k300 bis 1 500 um und ein
Aspektverhältnis von 30 bis 200. Wenn eines oder beide der Maße Durchmesser
bzw. Länge der Kurzfaser größer sind, als den angegebenen Bereichen
entspricht, hat die Kurzfaser eine so schlechte Dispersibilität, dass sie als
Bruchkern für den vulkanisierten Kautschuk dient und ihn zum Splittern
bringt, und so die Verstärkungseigenschaft der Faser und den
Verschleißwiderstand des Gleitschutzspikes beeinträchtigt. Wenn nur eines der
Maße Durchmesser oder Länge oder beide der Kurzfasern unter den oben
erwähnten Bereichen liegt/liegen, hat die Kurzfaser allein auch eine
schlechte Dispersibilität, so dass die Qualität des Spikes instabil ist.
Wenn das Aspektverhältnis größer als k500 ist, hat die Kurzfaser allein
auch eine schlechte Dispersibilität, so dass die Kurzfaser schwierig in der
gewünschten Weise auszurichten ist. Insgesamt hat, wenn die
Maßbeziehungen der Kurzfasern sich in dem oben erwähnten bevorzugten Bereich
befinden, die Kurzfaser in dem vulkanisierten Kautschuk eine so gute
Dispersibilität, dass die Kurzfasern den Spike ausreichend verstärken und
damit den Verschleißwiderstand des Spikes in hohem Maße verbessern
können.
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Das Material der Kautschuk-Komponente zur Ausbildung des
vulkanisierten Kautschuks, wie auch das Material der Verstärkungskurzfaser werden
später angegeben.
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Das Verfahren zum Erzeugen des Gleitschutz-Spikes ist nicht besonders
begrenzt, wird jedoch bevorzugt wie folgt ausgeführt.
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Ein bevorzugter Vorgang umfasst die Schritte, dass die nachstehend
angegebene Kautschuk-Masse für einen Spike aus einem Mundstück mit
einem Durchmesser von 8 mm oder weniger in Stabform extrudiert wird;
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dass das erhaltene stabförmige Produkt in kurze Stücke zerschnitten
wird, und dass das erhaltene geschnittene Produkt in einer Form
vulkanisiert wird. Durch einen solchen Vorgang kann der oben erwähnte Spike
der vorliegenden Erfindung leicht erzeugt werden.
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Der Aufbau des Extruders ist nicht besonders begrenzt. Wenn der
Durchmesser des Extrudiermundstücks 8 mm oder weniger beträgt, kann die
Kurzfaser leicht und sicher in einer Extrudier-Richtung ausgerichtet
werden, so dass die Kurzfaser im Wesentlichen vertikal zu der
Bodenberührungsfläche des Spikes ausgerichtet wird. Das auf diese Weise
erhaltene extrudierte Produkt wird den Abmessungen der Form entsprechend
zerschnitten, in eine Form mit der Gestalt des gewünschten Spikes
eingesetzt und durch Erwärmen und Pressen vulkanisiert, so dass ein Spike
erhalten wird. Die Vulkanisations-Bedingungen sind z. B. folgende: die
Temperatur beträgt etwa 150ºC und die Zeitdauer ist etwa 30 min.
Die Kautschuk-Masse für den Spike umfasst gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Kautschuk-Komponente und eine Verstärkungskurzfaser
als wesentliche Bestandteile.
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Die Kautschuk-Komponente ist beispielsweise Naturkautschuk,
synthetische Kautschukarten auf Dien-Basis wie Styrol-Budadien-Kautschuk
(SBR), Butadien-Kautschuk (BR) und Isopren-Kautschuk (IR), sowie
Polynorbornen-Harz. Diese Kautschuk-Komponenten können jeweils allein
oder in Kombination von zwei oder mehreren derselben eingesetzt werden.
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Das Material der Kurzfaser ist nicht besonders begrenzt; Beispiele dafür
sind wie folgt: Nylon, Polyester, Reyon, Aramid, wie z. B. KEVLARTM,
Vinylon, Baumwolle. Diese Materialien können allein, oder ggf. in
Kombinationen von zwei oder mehreren derselben eingesetzt werden. Die Maßbeziehungen
der Kurzfasern wurde vorher angegeben. Zum Verbessern der
Adhäsion (Affinität) der Kurzfaser mit der Kautschuk-Komponente
(Vulkanisierter Kautschuk) und dadurch Verbessern des Verschleißwiderstands
des Spikes ist es zu bevorzugen, dass die Oberfläche der Kurzfaser
behandelt wird, z. B. mit einer Mischlösung aus einem
Resorzin/Formalin-Präkondensationsprodukt und einem Latex (RFL). Die Behandlung der
Oberfläche der Kurzfaser wird z. B. durch ein Verfahren ausgeführt, bei dem
die Kurzfaser in die RFL eingetaucht und dann während etwa 5 bis 10 min
bei etwa 220 bis 240ºC getrocknet wird.
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Der Anteil der Kombination der Kurzfasern ist nicht besonders begrenzt,
liegt jedoch bevorzugt in einem Bereich von 10 bis 30 Gewichtsteilen,
mehr bevorzugt von 20 bis 30 Gewichtsteilen, bezogen auf 100
Gewichtsteile Kautschukmasse. Wenn der Anteil der Kurzfasern an dem
Gesamtgemisch kleiner als 10 Gewichtsteile ist, wird die Bearbeitbarkeit schlecht,
die Festigkeit des durch Vulkanisation erhaltenen Spikes gering, und es
kann Kautschuk-Splitterung verursacht werden. Mit anderen Worten:
Wenn der Anteil der kurzen Fasern in der Masse in den oben angegebenen
zu bevorzugenden Bereichen liegt, ist die Verarbeitbarkeit gut, und der
Verschleißwiderstand und die Grifffestigkeit können leicht über längere
Zeit gehalten werden.
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Die Kautschukmasse für den Spike nach der Erfindung kann weitere
Verstärkungs-Füller außer den Kurzfasern umfassen, um die Verstärkungs-
Wirkung weiter zu verbessern. Beispiele anderer Verstärkungs-Füller sind
Pulver, die Kohlenstoff-Ruß oder weiße Füllstoffe wie Siliciumoxoid,
Tonerde, Talg, Calciumcarbonat, basisches Magnesiumcarbonat und
Aluminiumoxid enthalten. Der Anteil der Kombination dieser Füller ist nicht
besonders begrenzt, und der notwendige Anteil kann in angemessener
Weise eingesetzt werden.
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Wenn nötig, kann die Kautschukmasse für einen Spike gemäß der
Erfindung beispielsweise weiter die folgenden Additive enthalten: Weichmacher
wie auf Naphthen basierendes Prozessöl, Covulkanisatoren
(Vulkanisations-Aktivatoren) wie Zinkoxid und Stearinsäure, Vulkanisations-
Beschleuniger wie auf Thiazol basierende (z. B. Mercaptobenzothiazol
(MBT), Dibenzothiazyldisulfid (MBTS),
N-tert-Butyl-2-benzothiazolylsulfenamid (TBBS), N-Cyclohexyl-2-benzothiazylasulfenamid (CBS) und
Hexamethylentetraamin (HMT), Schwefel, Schäumungsmittel,
Antioxidantien, Additive wie Wachs, warmhärtende Harze wie Kautschuk-Härter. Die
Anteile dieser Additive ist nicht besonders begrenzt, und der notwendige
Anteil kann angemessen eingesetzt werden. Von den oben angegebenen
Additiven werden die warmaushärtenden Harze der Kautschukmasse zur
Verbesserung der Spikehärte zugesetzt.
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Der Vorgang des Herstellens der Kautschuk-Masse für einen Spike kann
nach der vorliegenden Erfindung durch übliche Verfahren ausgeführt
werden, z. B. durch ein Verfahren, bei dem die oben erwähnten
Ausgangsmaterialien für die Kautschuk-Masse durch Mischen mit
Kautschuk-Knetmischern wie Banbury-Mischern gemäß JIS K6299
zusammengemischt werden.
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Der Schnee/Eis-Reifen nach der vorliegenden Erfindung umfasst einen
ringförmigen Reifenkörper, Löcher, die mit Abständen von einander in der
Boden-Aufstandsfläche des Reifens vorgesehen sind, und
Gleitschutz-Spikes, die in den Löchern eingebettet sind, wobei jeweils Teile der
Gleitschutz-Spikes ein kurzes Stück aus den Löchern vorstehen. Die
Gleitschutz-Spikes, wie sie bei diesem Reifen benutzt werden, sind die oben
erwähnten erfindungsgemäßen Spikes.
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Fig. 4 und 5 zeigen eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Schnee/Eis-Reifens. Der Schnee/Eis-Reifen 2 besitzt einen ringförmigen
Reifenkörper 21, und an der Außenumfangsfläche des Reifens befindet
sich eine Boden-Aufstandsfläche 22. die mit dem Boden in Berührung
kommt. Eine Vielzahl von Löchern 23... für das Eintreiben von Spikes ist
mit angemessenen Abständen in der Boden-Aufstandsfläche geöffnet, und
die vorher erwähnten Gleitschutz-Spikes 1 sind in die Löcher eingesetzt,
wobei die jeweiligen axialen Teile 11 der Gleitschutz-Spikes ein kurzes
Stück aus den Löchern hervorstehen. Die Löcher 23... können
beispielsweise durch ein Verfahren geöffnet werden, bei dem Fortsätze an den dem
Einbetten der Spikes entsprechenden Stellen einer Form zum Ausbilden
des Reifenkörpers 21 ausgebildet werden. Das Verfahren zum Einbetten
der Spikes in die bereits geöffneten Löcher... ist nicht besonders begrenzt,
ein Beispiel desselben ist jedoch ein Verfahren, bei dem Gleitschutz-
Spikes 1 mit Hilfe eines Spike- oder Stifteinsetzers in die Löcher 23... des
Reifenkörpers eingetrieben werden. Das Einbetten der Spikes 1 kann
nicht nur durch ein Verfahren geschehen, bei dem die Löcher vorher an
dem Reifenkörper geöffnet wurden, sondern auch durch eines, bei dem die
Spikes 1 und der Reifenkörper 21 gleichzeitig zu einem Körper vereinigt
werden, wenn der Reifenkörper 21 geformt wird.
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An der Stelle "a" in Fig. 5 kommt die Bodenaufstandsfläche 22 des
Reifenkörpers 21 mit dem Boden 3 in Berührung, und wenn der Gleitschutz-
Spike 1 an dieser Stelle angelangt ist, ist der axiale Teil 11 des
Gleitschutz-Spikes 1 vertikal zum Boden 3 ausgerichtet. Da die Kurzfasern
1b... im axialen Teil 11 (Fig. 2) im Wesentlichen vertikal zur
Bodenaufstandsfläche 22 ausgerichtet sind, sind sie auch im Wesentlichen vertikal
zum Boden 3 ausgerichtet. Hinsichtlich des Gleitschutz-Spikes 1 wird so,
da die Kurzfasern 1b... immer im Wesentlichen vertikal zum Boden 3
ausgerichtet sind, die Verstärkungswirkung infolge der Kurzfasern 1b...
sicher und ausreichend gezeigt, so dass die Verschleißfestigkeit des
Spikes 1 sehr verbessert wird. Deshalb wird der Abrieb-Verschleiß des Spikes
1 durch die Berührung mit dem Boden in hohem Maße unterdrückt, so
dass der Gleitschutz-Spike 1 seine Griffstärke bei Schnee/Eis-Reifen über
einen langen Zeitraum aufrecht erhalten kann.
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Die Zahl der an der Bodenaufstandsfläche des Reifens eingebetteten
Gleitschutz-Spikes ist nicht besonders begrenzt, sie liegt jedoch vorzugsweise
in einem Bereich 4 bis 6 Stück pro Flächeneinheit (etwa 170 cm²) der
Bodenaufstandsfläche. Wenn die Spikeszahl größer als 6 ist, ist ein direkter
Kontakt mit der Bodenaufstandsfläche des Reifens schwierig herzustellen,
so dass die Grifffestigkeit zum Abnehmen neigt. Wenn andererseits die
Spikezahl unter 4 liegt, ist das durch die Spikes bedingte Griffverhalten
des Reifens nicht ausreichend verteilt. Falls die Spikezahl jedoch im
Bereich von 4 bis 6 liegt, kann ein guter Ausgleich zwischen der
Grifffestigkeit des Kautschuks der Reifen-Lauffläche und der der Spikes leicht
erreicht werden.
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Die Vorsteh-Länge der Gleitschutz-Spikes über der Bodenaufstandsfläche
des Reifens ist nicht besonders begrenzt, liegt jedoch bevorzugt in einem
Bereich von 0,2 bis 1,5 mm, weil bei einer größeren Länge als 1,5 mm die
Bodenaufstandsfläche des Reifens den Boden nur schwer direkt berühren
kann und die Grifffestigkeit vermindert wird, während dann, wenn die
Länge geringer als 0,2 mm ist, das Griffvermögen des Reifens durch die
Spikes nicht ausreichend ist.
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Das Verfahren zum Herstellen des Reifens ist nicht besonders begrenzt,
aber es wird allgemein durch das vorher erwähnte erste Verfahren
ausgeführt, d. h. ein Verfahren, bei dem ein Reifenkörper mit an der
Bodenaufstandsfläche geöffneten Spikelöchern hergestellt wird, mit einer Form,
die eine Vielzahl von Lochöffnungs-Fortsätzen an der Innenumfangsfläche
aufweist, und es werden dann Gleitschutz-Spikes mit Werkzeugen wie
Spike- oder Stift-Setzern in die oben erwähnten Löcher eingetrieben.
Nötigenfalls können die Spikes in den Löchern mit Materialien wie Klebern
befestigt werden.
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Die vorliegende Erfindung kann die Abrieb-Festigkeit eines Gleitschutz-
Spikes in einem Schnee/Eis-Reifen während eines langen Zeitraums ohne
Beschädigung der Straßendecke sicherstellen und die Grifffestigkeit des
Reifens verbessern.
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Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung spezieller durch die folgenden
Beispiele einiger bevorzugter Ausführungsformen im Vergleich mit nicht
erfindungsgemäßen Vergleichsbeispielen dargestellt. Die vorliegende
Erfindung isst jedoch nicht auf die hierunter erwähnten Beispiele beschränkt.
Zusätzlich sei erwähnt, dass die Einheit für die Kombinationen von
Rohmaterialien für die Kautschukmassen "Gewichtsteil(e)" ist.
BEISPIEL 1
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Rohmaterialien wurden miteinander in der Kombination gemischt, wie sie
in Tabelle: 1 gezeigt ist, durch Kneten derselben in einem
Banbury-Mischer, um so die Kautschukmasse für einen Spike zu erhalten.
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Diese Kautschukmasse wurde mit einem Kleinmengen-Extruder, einem
4,5-Inch-Extruder der Firma Nakata Engineering Co. Ltd. in Form einer
dünnen Säule extrudiert (Drehzahl: 10 U/min. Extrudier-Temperatur
90ºC, Lineargeschwindigkeit: 30 m/min. Mundstückdurchmesser: 6 mm),
und dann in Längen von 13 mm zerschnitten. Das geschnittene Produkt
wurde in einer Form mit einer elektrothermischen Vulkanisationspresse
(hergestellt von Shinto Metal Co. Ltd., Vulkanisationsdauer: 30 min.
Vulkanisationstemperatur: 150ºC) vulkanisiert, und so ein Gleitschutz-
Spike erhalten. In diesem Spike war der Verstärkungskurzfaden im
Wesentlichen vertikal zu der Endfläche des Spikes ausgerichtet, die dann in
dem nachher erwähnten Reifen die Bodenberührungssfläche wurde. Die
Messungen an dem Spike ergaben folgendes: Länge (1) des axialen Teils =
10,5 mm, Durchmesser (r) des axialen Teils = 4,8 mm, Länge (L) des
Kopfteils = 1,5 mm, Durchmesser (R) des Kopfteils = 8,0 mm. Die bei
Raumtemperatur gemäß JIS-A gemessene Härte des Spikes betrug 98.
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Der sich ergebende Spike wurde mittels eines Spike-Setzers in
Spike-Löcher in einem Reifenkörper der Größe 175/70R13 getrieben. Der so
entstandene Reifen wurde an einem Frontantriebs-Wagen der 1 600 cm²-
Klasse angebracht, und dieser Wagen wurde mit niedriger
Geschwindigkeit 100 km gefahren, um so die Spikes zu stabilisieren. Es ergab sich
eine Vorstehlänge der einzelnen Spikes über der Bodenaufstandsfläche
des Reifens von 1,2 mm. Das Verhalten des Reifens wurde in der unten
angegebenen Weise bewertet, und die Bewertungsergebnisse sind
gesammelt in Tabelle 1 gezeigt.
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Als nächstes wurde der mit dem oben erwähnten Reifen versehene
Frontantriebs-Wagen der 1600 cm²-Klasse über eine Strecke von 5 000 km auf
einer Straße mit trockenem Belag in einer Fahrweise betrieben, die
Beschleunigung, Abbremsung und Kurvenfahrt enthielt, und das Verhalten
des Reifens wurde auf gleiche Weise bewertet. Die erhaltenen Ergebnisse
sind in Tabelle 1 gezeigt.
VERGLEICHSBEISPIEL 1
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Eine Vergleichs-Kautschukmasse für einen Spike wurde in der gleichen
Kombination und unter den gleichen Herstellbedingungen wie in Beispiel
1 erhalten mit der Ausnahme, dass keine Verstärkungskurzfaser in die
Masse eingemischt wurde.
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Es wurde ein Vergleichs-Gleitschutz-Spike durch Vulkanisieren der vorher
erwähnten Vergleichs-Kautschukmasse unter den gleichen Bedingungen
wie in Beispiel 1 erhalten. Die bei Raumtemperatur gemäß JJIS-A
gemessene Härte dieses Stiftes betrug 95.
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Der so erhaltene Vergleichs-Spike wurde in gleicher Weise wie bei Beispiel
1 in einen Reifenkörper eingetrieben und so eine Vergleichsreifen erhalten.
Das Verhalten dieses Reifens wurde in der gleichen Weise wie bei Beispiel
1 bewertet. Ergebnisse davon sind in Tabelle 1 zusammengefasst gezeigt.
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Als nächstes wurde ein mit dem oben erwähnten Vergleichsreifen
ausgerüsteter Frontantriebswagen der 1600 cm²-Klasse über eine Strecke von
5 000 km auf trockenem Belag in einer Fahrweise betrieben, die
Beschleunigung, Abbremsung und Kurvenfahrt enthielt, und das Verhalten des
Reifens wurde auf gleiche Weise bewertet. Erhaltene Ergebnisse sind in
Tabelle 1 gezeigt.
VERGLEICHSBEISPIEL 2
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Ein Schnee/ Eis-Reifen wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 1
hergestellt, mit der Ausnahme, dass kein Spike in den Reifenkörper
eingetrieben wurde. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
Tabelle 1
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Bemerkungen zu Tabelle 1 sind wie folgt:
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* 1: KEVLAR (Handelsname der von E. I. DuPont de Nemours & Co. Inc.
hergestellten Aramid-Faser) wurde als die Verstärkungskurzfaser benutzt.
Jedoch wurde diese KEVLAR-Faser nicht allein benutzt, sondern auch
KEVLAR NI/B (Handelsname), eine Mischung der KEVLAR-Faser mit
Natur-Kautschuk (NR). Das Verhältnis der KEVLAR-Faser zu NR (KEVLAR-
Faser/NR) in KEVLAR M/B betrug 30/ 100. In Tabelle Im wurde die
Masse von KEVLAR M / B in eine NR-Menge und eine KEVLAR-Fasermenge
getrennt, und der Anteil der Verstärkungskurzfaser durch das Gewicht
nur der oben erwähnten KEVLAR-Fasermenge gezeigt, und der Anteil von
NR ist durch die Gesamtmenge der oben erwähnten NR-Menge von M/B
und NR als weiter zugegeben gezeigt. Der mittlere Durchmesser (D), die
mittlere Länge (L) und das Aspekt-Verhältnis (L/D) der KEVLAR-Faser
sind jeweils 12 um, 500 um bzw. etwa 30.
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*2: Kohlenstoffruß N22 von der Firma Showa Cabot KK.
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*3. Sumilite-Harz PR12686 von der Firma Sumimoto Durez Co. Ltd.
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*4: TBBS: N-tert-Butyl-2-benzothiazolylsulfenamid.
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*5: Hexamethylentetraamin
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Die Bewertung der jeweiligen Reifen gemäß den Beispielen und
Vergleichsbeispielen wurde auf folgende Weise ausgeführt.
Verzögerungsindex auf Eis:
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Dieser Index wurde aus der Geschwindigkeitsabnahme bestimmt, wenn
der Reifen bei einer Anfangsgeschwindigkeit von 30 km/h an einem
Eisschicht-Messbelag im Nayoro Testkurs, Präfektur Hokkoaido, Japan, der
Fa. Sumimoto Rubber Industries Ltd. blockiergebremst wurde. Der beim
Spikefreien Vergleichsbeispiel 2 gemessene Indexwert wurde als 100
angenommen. Der größere Index-Wert zeigt eine größere Verzögerung.
Zusätzlich
wurde die unten erwähnte Eisschicht-Härte mit einem
CTI-Verdichtungsmeßgerät gemessen.
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Eisschicht-Temperatur während der Messung: - 5ºC.
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Eisschicht-Härte: 95.
Bewertung einer tatsächlichen Fahrt auf Eis
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Eine Gefühlsbewertung der tatsächlichen Fahrt wurde auf einer Bahn mit
verdichtetem Schnee und Eisplatten und auf einer Steigungs-Strecke, die
15% verdichteten Schnee und 4% Eis enthielt, an dem oben erwähnten
Test-Kurs durchgeführt. Die Start- und
Verlangsamungs-(Brems)Fähigkeiten wurden an der Rundstrecke bewertet, und die Fähigkeit zu
Steigungsfahrt wurde auf der Steigungsstrecke bewertet. Der Spikefreie Reifen
des Vergleichsbeispiels 2 wurde als der Standard (6 Punkte) zur
Markierung von Bewertungspunkten angesehen. Höhere Punkte-Wertungen
zeigen besseres Verhalten an.
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Wenn die Bewertungs-Ergebnisse des Beispiels 1 mit denen des
Vergleichsbeispiels 2 in Tabelle 1 verglichen werden, ist zu sehen, dass das
Reifen-Griffverhalten auf Schnee und Eis beim Reifen des Beispiels 1
höher bewertet wird als das des Reifens des Vergleichsbeispiels 2.
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Aus dem Vergleich der Bewertungs-Ergebnisse des Beispiels 1 mit denen
der Vergleichsbeispiele 1 und 2 ist zu sehen, dass der Reifen des Beispiels
1 gute Ergebnisse mit Bezug auf das Anfangsverhalten ergab, während die
Reifen der Vergleichsbeispiele 1 und 2 unterlegene Ergebnisse ergaben.
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Als nächstes kann aus dem Vergleich des Beispiels 1 mit dem
Vergleichsbeispiel 1 bezüglich der Bewertungs-Ergebnisse nach dem 5 000 km-Lauf
das folgende ersehen werden. Bei Beispiel 1 verursachte der
Langzeit-Einsatz des Reifens einen Abrieb-Verschleiß von 0,4 mm am oberen Ende des
Spikes, aber der Spike stand immer noch ausreichend von der
Bodenaufstandsfläche des Reifens ab. Aus diesen Ergebnissen sollte zu verstehen
sein, dass, wenn die Kautschuk-Komponente eines Spikes mit Kurzfasern
verstärkt wird, der Spike während eines langen Zeitraums sein gutes
Verhalten beibehält. Andererseits wurde beim Vergleichsbeispiel 1 der
Spike infolge des Langzeit-Einsatzes in einem so großen Ausmaß
abgerieben, dass das obere Ende des Spike ein wenig in den Reifen eingezogen
war. Aus diesen Ergebnissen ergibt sich klar, dass ein Spike ohne jede
Verstärkungskurzfasern einen schlechten Abrieb-Widerstand zeigt und
deshalb sein Verhalten nicht während eines längeren Zeitraums
beibehalten kann, so dass die Grifffestigkeit eines einen solchen Spike
enthaltenden Reifens sich rasch beim Gebrauch des Reifens verschlechtert.
BEISPIELE 2 BIS 7 UND VERGLEICHSBEISPIELE 3 BIS 5
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Als nächstes wurde das Verhalten der jeweiligen Spikes dieser Beispiele in
der gleichen Weise wie bei Beispiel 1 getestet, jedoch wurde die Art der in
die Kautschukmassen eingesetzten Kurzfasern und der
Vertikal-Ausrichtungsgrad der Kurzfasern in den Spikes in der in Tabelle 2 zu
sehenden Weise geändert. Die Rohmaterialien waren die gleichen wie in
Beispiel 1, außer, dass in Beispiel 7 als Kurzfaser die von Kuraray Co. Ltd.
hergestellte Vinylon KII eingesetzt wurde, und dass im Vergleichsbeispiel 3
keine Kurzfasern verwendet wurden. Die jeweiligen Kautschukmassen bis
auf die des Vergleichsbeispiels 3 wurden mit Verwendung von
Vorkonzentraten (masterbatches) erstellt, Gemischen aus Kurzfasern und NR,
(mit Kurzfaser/NR = 30/ 100), wobei die Kurzfasern die in Tabelle gezeigten
Durchmesser, Längen und Aspekt-Verhältnisse aufwiesen, wie sie in
Tabelle 2 gezeigt sind. Die Teststrecke für den tatsächlichen Lauf wandelte
sich aber gerade zu einer Schlittschuhbahn. Bei diesen Beispielen wurde
auch das Ausmaß der Beschädigung des Stahlspikes oder an dem
Straßenbelag bewertet. Die Ergebnisse sind gesammelt in Tabelle 2 gezeigt,
wobei die Spikeszahl die Zahl von Spikes pro Einheitsfläche (170 cm²)
darstellt.
Tabelle 2
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*1: 80% der Gesamtheit
der Kurzfasern mit 0º orientiert, und der Rest
von 20% mit einem Schrägwinkel im Bereich von ±10º orientiert.
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*2: 72% der Gesamtheit der Kurzfasern mit 0º orientiert, und der Rest
von 28% mit einem Schrägwinkel im Bereich von ±10º orientiert.
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*3: 100% der Gesamtheit der Kurzfasern mit 0º orientiert.
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*4: 68% der Gesamtheit der Kurzfasern mit 0º orientiert, 25% der
Gesamtheit der Kurzfasern mit einem Schrägwinkel im Bereich von ±10º
orientiert, und der Rest von 7% ist außerhalb des Schrägwinkels im
Bereich von ± 10º orientiert.
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*5: 96% der Gesamtheit der Kurzfasern mit 0º orientiert, und der Rest
von 4% mit einen Schrägwinkel im Bereich ±10º orientiert.
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Der Verzögerungsindex auf Eis wurde so bewertet, dass Beispiel 2 als 100
angesehen wurde (wobei der Wagen mit einem Abstand von 10 m vom
Brems-Einleitungspunkt anhielt), und die Bewertung des tatsächlichen
Laufes (Start/ Verzögerung) auf Eis wurde so vorgenommen, dass Beispiel
2 als 6 Punkte angesehen wurde. Der größere numerische Wert zeigt das
bessere Verhalten an. Der Grad der vertikalen Ausrichtung der
Kurzfasern, der Beschädigungsgrad des Spikes und der Beschädigungsgrad des
Straßenbelags wurden auf die nachfolgend angegebene Weise bestimmt.
Vertikaler Ausrichtungsgrad der Kurzfasern
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Der Grad der vertikalen Ausrichtung der Kurzfasern wurde gemessen
durch Aufschneiden des axialen Teils des Spikes längs seiner axialen
Linie, Betrachten des sich ergebenden Schnittes mit einem SEM (Raster-
Elektronenmikroskop), Ziehen imaginärer horizontaler Linien in jeweiligen
Höhen von 1, 3 und 5 mm von der Bodenaufstandsfläche; Messen der
Anzahl von Kurzfasern, die zu diesen horizontalen Linien tangential liegen
bzw. sie überschneiden, wie auch des jeweiligen Schräglage-Winkels
solcher Fasern, und Bestimmen des Durchschnittswertes der Schräglage-
Winkel. Dann werden die Kurzfasern eingeteilt in solche, die mit 0º
gerichtet sind, solche mit einem Schräglage-Winkel von ±10º und solche
außerhalb des Schräglage-Winkels von ±10º, und der jeweilige Prozent-
Anteil der eingeteilten Fasern wird errechnet.
Beschädigungsgrad von Spikes
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Nach dem Lauf wurden die Spikes herausgezogen und das Gewicht jedes
Spikes gemessen. Dieses Gewicht wurde mit dem eines neuen Spike
(0,300 g) verglichen und die Gewichts-Differenz als die Abtraggröße
angesehen. (Einheit g). Bei dem Beispiel 2 wurde das Gewicht nach einem
Lauf von 100 km zu 0,290 g und damit ein Abtragung von 0,010 g
festgestellt.
Beschädigungsgrad des Straßenbelags
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Der von Sumitomo 3M Co. Ltd. hergestellte Wegebelag "Safety Walk (type
B)" (mit einer Dicke von 5,0 mm), dessen Oberfläche die Rauigkeit von
Sandpapier aufwies, wurde an der Trommel einer Trommel-Testmaschine
angebracht, und der Reifen auf dieser Trommel laufen gelassen. Die
entstehende Differenz zwischen der Restdicke und der Anfangsdicke von
"Safety Walk" (in mm) wurde als die Abriebgröße des Belags bestimmt.
Wenn z. B. die Restdicke nach einem Lauf von 100 km im Beispiel 2
4,9 mm beträgt, ist die Abriebgröße 0,1 mm.
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Falls die Bewertungsergebnisse beim Beispiel 2 mit denen des
Vergleichsbeispiels 3 verglichen werden, sollte verstanden werden, dass ein Spike,
bei dem eine Kurzfaser eingebracht wurde, einem kurzfaserfreien Spike
bezüglich des Verzögerungsindexes auf Eis und der Bewertung des
tatsächlichen Laufes auf Eis überlegen ist.
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Aus dem Vergleich der Bewertungsergebnisse des Beispiels 3 mit denen
des Vergleichsbeispiels 4 sollte zu verstehen sein, dass dann, wenn die
Kurzfaser zu kurz und ihr Aspektverhältniswert zu klein ist, der Vertikal-
Ausrichtungsgrad der Kurzfaser verschlechtert wird, der Spike stark
beschädigt und abgetragen wird und der Verzögerungsindex auf Eis und
die Bewertung des tatsächlichen Laufes auf Eis beide mangelhaft werden.
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Aus dem Vergleich der Bewertungsergebnisse des Beispiels 3 mit denen
des Vergleichsbeispiels 5 sollte zu verstehen sein, dass dann, wenn die
Kurzfaser zu lang und ihr Aspektverhältniswert zu groß ist, der Vertikal-
Ausrichtungsgrad der Kurzfaser zwar verbessert wird, der Spike jedoch bei
dem Lauf sehr beschädigt und verschlissen wird, und dass in einem
solchen Fall der Spike durch die längeren Kurzfasern zu sehr verfestigt
wird, so dass der Spike zu hart wird und deshalb einen Straßenbelag in
hohem Maße beschädigt.
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Wenn andererseits das Aspektverhältnis der Kurzfaser sich in einem
Bereich von 10 bis 500 befindet, wie bei den Beispielen 3 bis S. die
Vorstehgröße des Spike nach dem Lauf, der Bremsindex auf Eis und der
Beschädigungsgrad des Straßenbelags gut miteinander ausgeglichen sind.
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Aus dem Vergleich der Bewertungsergebnisse der Beispiele 3 und 6
miteinander sollte verstanden werden, dass die Behandlung der Oberfläche
der Kurzfaser mit RFL sowohl die Beschädigung als auch den Abrieb des
Spikes verringert, die bei dem Lauf entstehen.
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Aus dem Vergleich der Bewertungsergebnisse der Beispiele 3 und 7
miteinander sollte verstanden werden, dass das Verhalten einer Vinylon
enthaltenden Kurzfaser dem Verhalten einer Aramid enthaltenden
Kurzfaser nahe kommt, dass jedoch der Modul von Vinylon kleiner als der von
Aramid (KEVLAR) ist, so dass Vinylon etwas unterlegene Ergebnisse
bezüglich des Bremsindex auf Eis und der Bewertung des tatsächlichen
Laufs auf Eis ergibt.
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Verschiedene Einzelheiten der Erfindung können geändert werden, ohne
ihren Bereich zu verlassen, wie er durch die angefügten Ansprüche
bestimmt ist.
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Weiter ist die vorangehende Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nur zum Zwecke der Darstellung der
Erfindung bestimmt und nicht für die Begrenzung der Erfindung, die
durch die angefügten Ansprüche und ihre Äquivalente bestimmt ist.