WO2012084345A1 - Fahrzeugluftreifen - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a pneumatic vehicle tire, in particular for commercial vehicles, with an air-impermeable inner layer, reinforced by strength carrier, at least single-layer carcass, bead areas with bead cores, side walls, a multi-layer belt with rubberized, metallic
- Pneumatic pneumatic vehicle tires usually have a multi-layer belt for stabilization which contains rubberized metallic reinforcements.
- the rubberized metallic reinforcements are usually brassed brasses.
- special gum mixtures are used, with the help of which a good adhesion between embedding rubber mixture (gumming mixture) and steel cord is to be achieved in order to ensure in this way the durability of the rubber-steel cord composite.
- corrosion inhibitors whose presence on the metal surface inhibits corrosion.
- organic compounds such as dialkylthioureas, sulfoxides, 2-mercaptobenzothiazole, trithiones, 2-propyn-1-ol, 2-butyne-1,4-diol,
- Hexamethylenetetramine or thioamides are used, which protect the base metal largely from attack in which they react faster redox reactions than the metal.
- the corrosion inhibitors prevent or hinder the reaction occurring during the vulcanization between the brassed brass cord surface and the adhesive system in the
- the invention is based on the object, in a vehicle pneumatic tire of the type mentioned in the durability and retreading capability
- the object is achieved according to the invention in that the pneumatic vehicle tire radially outside the multi-layer belt with rubberized, metallic
- Reinforcements has at least one vulcanized rubber mixture, which is not in direct contact with the metallic reinforcing materials and contains at least one organic corrosion inhibitor.
- the basic idea of the invention lies in the fact that, on the one hand, the adhesion between the metallic reinforcing member and the rubber compound is not impaired, and on the other hand, after the manufacture of the tire and the completion of the adhesion reaction, the rubberized metallic reinforcements of the belt are protected from corrosion.
- the latter is due to the diffusion of the organic corrosion inhibitor of a rubber mixture, which is not the gum mixture, to the metallic strength carrier, wherein the adhesion reaction between adhesive system and metallic strength carrier is no longer affected because it is already completed.
- Pneumatic tire is thereby protected against corrosion, even if it should come to an injury from penetrating stones, and the
- Retreading ability is not affected by corrosion on the belt.
- organic corrosion inhibitors they all come within the range of
- the corrosion inhibitor or corrosion inhibitors are selected from the group consisting of mercaptobenzothiazole, alkylaminotriazoles, benzotriazoles,
- vulcanized rubber compounds of the tire achieved a quick and high protection of the metallic reinforcements of the belt layers.
- a preferred embodiment of the invention contains the
- Rubber mixture 0.1 to 10 phr, preferably 0.5 to 2 phr, des Corrosion inhibitor. In these ranges, optimum corrosion protection is achieved without other desired vulcanizate properties, such as hardness,
- Young's modulus, tensile strength or elongation at break, are adversely affected.
- the term phr used in this document (parts per hundred parts of rubber by weight) is the usual quantity in the rubber industry for
- the dosage of the parts by weight of the individual substances is always based on 100 parts by weight of the total mass of all the rubbers present in the mixture.
- the pneumatic vehicle tire has the radial outside of the belt
- Corrosion inhibitor can quickly diffuse to the vulnerable outer belt layer. It is possible that the rubber mixture with the organic compound
- Corrosion inhibitor is part of the tread. It may be z. B. to act the rubber compound of the entire tread. If the tread has a cap-and-base structure, it can be both the cap and the base mixture. Both mixtures may also contain the corrosion inhibitor. If a so-called Undertread is provided in the tire, this may also contain corrosion inhibitors.
- the rubber mixture with the at least one organic corrosion inhibitor is arranged as an additional layer between the tread and the radially outer belt layer. This offers the advantage that this position meets the special requirements of optimal protection of the
- Belt layers can be adjusted in terms of their chemical and physical properties without the desired properties of the other compounds of the tire are affected.
- the additional layer has a layer thickness of 0.4 to 3.0 mm. The amount of rubber mixture with corrosion inhibitor present in the layers of this layer thickness ensures reliable corrosion protection.
- the additional layer Since the belt of a pneumatic vehicle tire is subjected to high thermal loads by flexing and centrifugal forces, it has proved to be advantageous for the additional layer to have a thermal conductivity of more than 0.28 W / (m * K). As a result, heat generated on the belt, which can lead to a depolymerization of the surrounding rubber mixtures, be effectively dissipated in outer areas.
- FIG. 1 shows a cross section through a
- the vehicle pneumatic tire shown schematically in Fig. 1 has a for
- the carcass ply 2 extends over the zenith region and the side walls 5 into the bead regions, is here from axially inwardly to axially outside around bead cores 3 and ends up forming high impacts 2a in the
- the belt 4 usually consists of four Belt layers 4a.
- the tread 6 arranged radially outside the belt 4 has two layers, namely a tread cap (tread cap) 6a, which forms the radially outermost layer, and a tread base (tread bottom part) 6b.
- the tread cap 6a is profiled, with tread grooves 7 are provided, which extend to the maximum provided tread depth.
- Tear cap 6a is preferably a blend optimized for abrasion.
- the tread base 6b is made of a mixture which is optimized for hysteresis losses. Radially outside the belt 4 and below the
- Tread base 6b is an additional layer 8 is arranged from a rubber mixture having an organic corrosion inhibitor.
- the layer thickness of this additional layer 8 is about 1 mm. It is not in direct contact with the metallic reinforcements. The latter are still from the
- Embedded gum mixture One possible blend composition of layer 8 is shown in Table 1 below.
- the corrosion inhibitor from the layer 8 migrates after the production of the tire in the rubber réelles layers of the metallic reinforcements of the belt and protects them from corrosion.
- Table 1 shows example mixtures for the rubber mixture of the layer 8 with corrosion inhibitor and a comparison mixture without corrosion inhibitor with their characteristic properties.
- the mixture preparation was carried out under customary conditions to produce a masterbatch and then the finished mixture in one
- Test specimens for the rubber industry typical material properties determined with the test methods given below.
- Steel cord brass, 3x0,20 + 6x0,35, the steel cord was provided with a conventional gumming mixture and vulcanized between two sheets of different rubber compounds.
- One plate consisted of a rubber mixture with corrosion inhibitor, the other plate was the comparison mixture without corrosion inhibitor.
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugluftreifen, insbesondere für Nutzfahrzeuge, mit einer luftundurchlässigen Innenschicht (1), einer durch Festigkeitsträger verstärkten, zumindest einlagig ausgeführten Karkasse (2), Wulstbereichen mit Wulstkernen (3), Seitenwänden (5), einem mehrlagigen Gürtel (4) mit gummierten, metallischen Festigkeitsträgern und einem Laufstreifen (6) mit Profilrillen (7). Zur Verbesserung der Haltbarkeit und Runderneuerungsfähigkeit weist der Fahrzeugluftreifen radial außerhalb des mehrlagigen Gürtels (4) mit gummierten, metallischen Festigkeitsträgern zumindest eine vulkanisierte Kautschukmischung auf, die nicht in direktem Kontakt mit den metallischen Festigkeitsträgern steht und die zumindest einen organischen Korrosionsinhibitor enthält.
Description
Beschreibung Fahrzeugluftreifen
Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugluftreifen, insbesondere für Nutzfahrzeuge, mit einer luftundurchlässigen Innenschicht, einer durch Festigkeitsträger verstärkten, zumindest einlagig ausgeführten Karkasse, Wulstbereichen mit Wulstkernen, Seitenwänden, einem mehrlagigen Gürtel mit gummierten, metallischen
Festigkeitsträgern und einem Laufstreifen mit Profilrillen.
Fahrzeugluftreifen in Radi alb auweise besitzen üblicherweise zur Stabilisierung einen mehrlagigen Gürtel, der gummierte metallische Festigkeitsträger enthält. Bei den gummierten metallischen Festigkeitsträgern handelt es sich in der Regel um vermessingte Stahlcorde. Für die Einbettung dieser Stahlcorde werden spezielle Gummierungsmischungen eingesetzt, mit Hilfe derer eine gute Haftung zwischen einbettender Kautschukmischung (Gummierungsmischung) und Stahlcord erzielt werden soll, um auf diese Weise die Haltbarkeit des Gummi-Stahlcord- Verbundes zu gewährleisten.
Die vermessingten Stahlcorde innerhalb des Reifens sind anfällig für
elektrochemische Korrosion. Diese kann insbesondere dann auftreten, wenn eine anfängliche Beschädigung des Stahlcordes und seiner umgebenden Gummierung z. B. durch das Eindringen von Steinen in die Reifenlauffläche aufgetreten ist, und der Stahlcord danach einer fortdauernden Einwirkung von korrodierend wirkenden Substanzen wie Regenwasser, Luftsauerstoff oder Salzwasser ausgesetzt ist. Diese Einwirkung der Substanzen führt zu einer fortschreitenden Ausbreitung der korrodierten Bereiche, was in einem Verlust der Gummi-Stahlcord-Haftung in den korrodierten Bereichen resultiert und damit letztendlich zu einem Ausfall des Reifens führen kann. Bei Nutzfahrzeugreifen ist außerdem zu berücksichtigen, dass bei
einem zu hohen Korrosionsgrad der radial äußeren Gürtellage der Reifen nicht mehr für die Runderneuerung geeignet ist.
Zur Vermeidung der Korrosion von Metallen ist es hinlänglich bekannt,
Korrosionsinhibitoren einzusetzen, deren Anwesenheit auf der Metalloberfläche die Korrosion hemmt. Als Korrosionsinhibitoren werden in so genannten Sparbeizen beispielsweise organische Verbindungen wie Dialkylthioharnstoffe, Sulfoxide, 2- Mercaptobenzothiazol, Trithione, 2-Propin-l-ol, 2-Butin-l,4-diol,
Hexamethylentetramin oder Thioamide eingesetzt, die das Grundmetall weitgehend vor einem Angriff schützen, in dem sie schneller Redox -Reaktionen eingehen als das Metall.
Bei Fahrzeugluftreifen hat es sich aber herausgestellt, dass auf dem vermessingten Stahlcord anhaftende Korrosionsinhibitoren die Haftung zwischen Gummi und Stahlcord so stark verringern, dass der Einsatz von organischen
Korrosionsinhibitoren direkt auf dem Stahlcord oder in der einbettenden
Gummierungsmischung nicht möglich ist. Die Korrosionsinhibitoren verhindern oder behindern die während der Vulkanisation stattfindende Reaktion zwischen der vermessingten Stahl cordoberfläche und dem Haftsystem in der
Gummierungsmischung.
Der Effekt einer ungenügenden Schichthaftung durch die Anwesenheit von
Korrosionsinhibitoren wird auch für die galvanische Metallbeschichtung in der DE 41 19 102 AI beschrieben, weshalb die Inhibitoren vor der galvanischen
Beschichtung elektrochemisch desorbiert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, bei einem Fahrzeugluftreifen der eingangs genannten Art die Haltbarkeit und Runderneuerungsfähigkeit zu
verbessern.
Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass der Fahrzeugluftreifen radial außerhalb des mehrlagigen Gürtels mit gummierten, metallischen
Festigkeitsträgern zumindest eine vulkanisierte Kautschukmischung aufweist, die nicht in direktem Kontakt mit den metallischen Festigkeitsträgern steht und die zumindest einen organischen Korrosionsinhibitor enthält.
Der Grundgedanke der Erfindung ist darin zu sehen, dass zum einen die Haftung zwischen metallischem Festigkeitsträger und Gummierungsmischung nicht beeinträchtigt wird, zum anderen aber nach der Herstellung der Reifens und dem Abschluss der Haftungsreaktion die gummierten metallischen Festigkeitsträger des Gürtels vor Korrosion geschützt werden. Letzteres geschieht durch die Diffusion des organischen Korrosionsinhibitors aus einer Kautschukmischung, die nicht die Gummierungsmischung ist, zum metallischen Festigkeitsträger hin, wobei die Haftungsreaktion zwischen Haftsystem und metallischem Festigkeitsträger nicht mehr beeinflusst wird, weil sie bereits abgeschlossen ist. Der Gürtel des
Fahrzeugluftreifens wird dadurch gegen Korrosion geschützt, auch wenn es zu einer Verletzung durch eindringende Steine kommen sollte, und die
Runderneuerungsfähigkeit wird nicht durch Korrosion am Gürtel beeinträchtigt. Als organische Korrosionsinhibitoren kommen alle im Bereich des
Korrosionsschutzes einsetzbaren Substanzen in Frage, wobei diese einzeln aber auch als Gemische eingesetzt werden können. Vorzugsweise ist der Korrosionsinhibitor bzw. sind die Korrosionsinhibitoren jedoch ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Mercaptobenzothiazol, Alkylaminotriazolen, Benzotriazolen,
Alkylphenyltriazolen, Amino-alkyl-benzimidazolen und Phenylthioharnstoffen. Mit diesen Substanzen wird durch hohe Diffusionsgeschwindigkeiten in den
vulkanisierten Kautschukmischungen des Reifens ein schneller und hoher Schutz der metallischen Festigkeitsträger der Gürtellagen erzielt. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung enthält die
Kautschukmischung 0,1 bis 10 phr, vorzugsweise 0,5 bis 2 phr, des
Korrosionsinhibitors. In diesen Mengebereichen wird ein optimaler Korrosionsschutz erreicht, ohne dass andere gewünschte Vulkanisateigenschaften, wie Härte,
Elastizitätsmodul, Zugfestigkeit oder Reißdehnung, negativ beeinflusst werden. Die in dieser Schrift verwendete Angabe phr (parts per hundred parts of rubber by weight) ist dabei die in der Kautschukindustrie übliche Mengenangabe für
Mischungsrezepturen. Die Dosierung der Gewichtsteile der einzelnen Substanzen wird dabei stets auf 100 Gewichtsteile der gesamten Masse aller in der Mischung vorhandenen Kautschuke bezogen.
Da insbesondere die radial äußere Gürtellage des mehrlagigen Gürtels der Gefahr der Beschädigung beispielsweise durch eindringende Steine ausgesetzt ist, weist der Fahrzeugluftreifen erfindungsgemäß radial außerhalb des Gürtels die
Kautschukmischung mit dem Korrosionsinhibitor auf, so dass der
Korrosionsinhibitor schnell zu der gefährdeten äußeren Gürtellage diffundieren kann. Dabei ist es möglich, dass die Kautschukmischung mit dem organischen
Korrosionsinhibitor Teil des Laufstreifens ist. Es kann sich dabei z. B. um die Kautschukmischung des gesamten Laufstreifens handeln. Weist der Laufstreifen einen Cap-und-Base- Aufbau auf, kann es sich sowohl um die Cap- als auch die Basemischung handeln. Es können auch beide Mischungen den Korrosioninhibitor enthalten. Ist im Reifen ein so genannter Undertread vorgesehen, kann auch dieser Korrosioninhibitoren enthalten.
Alternativ dazu kann aber auch vorgesehen sein, dass die Kautschukmischung mit dem zumindest einen organischen Korrosionsinhibitor als zusätzliche Lage zwischen Laufstreifen und radial äußerer Gürtellage angeordnet ist. Dies bietet den Vorteil, dass diese Lage den speziellen Erfordernissen eines optimalen Schutzes der
Gürtellagen hinsichtlich ihrer chemischen und physikalischen Eigenschaften angepasst werden kann, ohne dass die gewünschten Eigenschaften der anderen Mischungen des Reifens beeinflusst werden.
Für einen besonders guten Schutz der äußeren Gürtellage weist die zusätzliche Lage eine Schichtdicke von 0,4 bis 3,0 mm auf. Die in den Lagen dieser Schichtdicke vorliegende Menge an Kautschukmischung mit Korrosioninhibitor gewährleistet einen sicheren Korrosionsschutz.
Da der Gürtel eines Fahrzeugluftreifen hohen thermischen Belastungen durch Walk- und Fliehkräfte ausgesetzt ist, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass die zusätzlichen Lage eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 0,28 W/(m*K) aufweist. Dadurch kann am Gürtel entstehende Wärme, die zu einer Depolymerisation der umgebenden Kautschukmischungen führen kann, effektiv in äußere Bereiche abgeführt werden.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Fahrzeugluftreifen erfolgt nach dem
Fachmann bekannten Verfahren. Wird eine zusätzliche Lage mit Korrosionsinhibitor verwendet, kann diese gesondert extrudiert und aufgelegt oder mit einem
Mehrfachextruder gemeinsam mit dem Laufstreifen extrudiert und aufgelegt werden.
Die Erfindung soll nun anhand der Figur und der Tabelle 1 näher erläutert werden. Die einzige Zeichnungsfigur, Fig. 1, zeigt einen Querschnitt durch einen
Fahrzeugluftreifen mit einer Ausführungsform der Erfindung.
Der in Fig. 1 schematisch dargestellte Fahrzeugluftreifen weist einen für
Nutzfahrzeugreifen typischen Aufbau aus einer luftundurchlässigen Innenschicht 1, einer mit Festigkeitsträgern verstärkten Karkasseinlage 2, einem Gürtel 4 aus einer Anzahl von Lagen bestehend aus in Gummi eingebetteten metallischen
Festigkeitsträgern, Wulstbereichen mit Wulstkernen 3, zwei Seitenwänden 5 und einem Laufstreifen 6 auf. Die Karkasseinlage 2 verläuft über den Zenitbereich und die Seitenwände 5 bis in die Wulstbereiche, ist hier von axial innen nach axial außen um Wulstkerne 3 herumgeschlagen und endet Hochschläge 2a bildend in den
Seitenwänden 5. Bei einem Nutzfahrzeugreifen besteht der Gürtel 4 meist aus vier
Gürtellagen 4a. Der radial außerhalb des Gürtels 4 angeordnete Laufstreifen 6 weist zwei Schichten auf, nämlich eine Laufstreifencap (Laufstreifenoberteil) 6a, welche die radial äußerste Schicht bildet, und eine Laufstreifenbase (Laufstreifenunterteil) 6b. Das Laufstreifencap 6a ist profiliert, wobei Profilrillen 7 vorgesehen sind, die bis auf die maximal vorgesehene Profiltiefe reichen. Die Mischung für die
Laufstreifencap 6a ist bevorzugt eine hinsichtlich Abrieb optimierte Mischung. Die Laufstreifenbase 6b ist aus einer Mischung gefertigt, welche hinsichtlich Hysterese- Verluste optimiert ist. Radial außerhalb des Gürtels 4 und unterhalb der
Laufstreifenbase 6b ist eine zusätzliche Lage 8 aus einer Kautschukmischung angeordnet, die einen organischen Korrosionsinhibitor aufweist. Die Schichtdicke dieser zusätzlichen Lage 8 beträgt ca. 1 mm. Sie steht nicht in direktem Kontakt mit den metallischen Festigkeitsträgern. Letztere sind noch von der
Gummierungsmischung eingebettet. Eine mögliche Mischungszusammensetzung der Lage 8 ist in der folgenden Tabelle 1 wiedergegeben. Der Korrosioninhibitor aus der Lage 8 wandert nach der Herstellung des Reifens in die Gummi erungs schichten der metallischen Festigkeitsträger des Gürtels und schützt diese vor Korrosion.
In der Tabelle 1 sind Beispielmischungen für die Kautschukmischung der Lage 8 mit Korrosionsinhibitor und eine Vergleichsmischung ohne Korrosionsinhibitor mit ihren charakteristischen Eigenschaften angegeben.
Die Mischungsherstellung erfolgte unter üblichen Bedingungen unter Herstellung einer Grundmischung und anschließend der Fertigmischung in einem
Labortangentialmischer. Es wurden die Mooney- Viskositäten ML (1+4) bei 100 °C mit Hilfe eines rotorlosen Vulkameters (MDR = Moving Disc Rheometer) gemäß DIN 53 523 ermittelt. Aus sämtlichen Mischungen wurden Prüfkörper durch optimale Vulkanisation unter Druck bei 160 °C hergestellt und mit diesen
Prüfkörpern für die Kautschukindustrie typische Materialeigenschaften mit den im Folgenden angegebenen Testverfahren ermittelt.
· Shore-A-Härte bei Raumtemperatur gemäß DIN 53 505
• Rückprallelastizität bei Raumtemperatur gemäß DIN 53 512
Zugfestigkeit bei Raumtemperatur gemäß DIN 53 504
Reißdehnung bei Raumtemperatur gemäß DIN 53 504
Spannungswerte (Modul) bei 50, 100, 200 und 300 % Dehnung bei Raumtemperatur gemäß DUST 53 504
Stahlcordhaftung gemäß ASTM 2229/D1871 vor Alterung bei
Raumtemperatur, Einbettlänge 12,5 mm, Auszugsgeschwindigkeit 125 mm/min, Messung der Herausziehkraft und der Bedeckung mit Gummi (0 % = keine Bedeckung, 100 % = vollständige Bedeckung), verwendeter
Stahlcord: vermessingt, 3x0,20 + 6x0,35, wobei der Stahlcord mit einer üblichen Gummierungsmischung versehen wurde und zwischen zwei Platten aus unterschiedlichen Kautschukmischungen einvulkanisiert wurde. Die eine Platte bestand aus einer Kautschukmischung mit Korrosionsinhibitor, die andere Platte war die Vergleichsmischung ohne Korrosionsinhibitor.
Tabelle 1
a 5 -Methy lb enzotri azol
Aus der Tabelle wird ersichtlich, dass die Vulkanisatei genschaften durch die Anwesenheit des Korrosionsinhibitors nicht nachteilig beeinflusst werden. Werden die Mischungen 1 und 2 radial außerhalb des Gürtels angeordnet, kann der Korrosionsinhibitor nach der Vulkanisation des Reifens u. a. in Richtung Stahlcord diffundieren und schützt so den Stahlcord vor Korrosion.
Claims
1. Fahrzeugluftreifen, insbesondere für Nutzfahrzeuge, mit einer
luftundurchlässigen Innenschicht (1), einer durch Festigkeitsträger verstärkten, zumindest einlagig ausgeführten Karkasse (2), Wulstbereichen mit Wulstkernen
(3), Seitenwänden (5), einem mehrlagigen Gürtel (4) mit gummierten, metallischen Festigkeitsträgern und einem Laufstreifen (6) mit Profilrillen (7), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t,
dass er radial außerhalb des mehrlagigen Gürtels (4) mit gummierten, metallischen Festigkeitsträgern zumindest eine vulkanisierte Kautschukmischung aufweist, die nicht in direktem Kontakt mit den metallischen Festigkeitsträgern steht und die zumindest einen organischen Korrosionsinhibitor enthält.
2. Fahrzeugluftreifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Korrosionsinhibitor(en) ausgewählt ist bzw. sind aus der Gruppe, bestehend aus
Mercaptobenzothiazol, Alkylaminotriazolen, Benzotriazolen,
Alkylphenyltriazolen, Amino-alkyl-benzimidazolen und Phenylthioharnstoffen.
3. Fahrzeugluftreifen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kautschukmischung 0,1 bis 10 phr des Korrosionsinhibitors enthält.
4. Fahrzeugluftreifen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die
Kautschukmischung 0,5 bis 2 phr des Korrosionsinhibitors enthält.
5. Fahrzeugluftreifen nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass die Kautschukmischung mit dem zumindest einen organischen Korrosionsinhibitor Teil des Laufstreifens ist.
6. Fahrzeugluftreifen nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass die Kautschukmischung mit dem zumindest einen organischen Korrosionsinhibitor als zusätzliche Lage (8) zwischen Laufstreifen und radial äußerer Gürtellage angeordnet ist. Fahrzeugluftreifen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Lage (8) eine Schichtdicke von 0,4 bis 3,0 mm aufweist.
Fahrzeugluftreifen nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Lage (8) eine Wärmeleitfähigkeit von mehr als 0,28 W/(m*K) aufweist.
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