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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Stahlkord zur Reifenverstärkung der
Reifen von Lastwagen oder Bussen, der als Verstärkungsmaterial verwendet wird
als auch auf Reifen, die dieses anwenden.
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Stand der Technik
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Zur
Verstärkung
von Reifen werden so genannte Reifenkorde verwendet, die durch Verdrillen einer
Vielzahl feiner Fäden
aus einem Material wie Stahl oder einer Industriefaser, wie beispielsweise Nylon,
Polyester oder Aramidfasern, gebildet sind.
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Bereiche,
die durch Reifenkorde verstärkt werden,
umfassen einen Karkassenbereich, in dem Karkassen verstärkende Korde
(Karkassenkorde) 30 radial vom Zentrum des Reifenkreises
aus angeordnet sind, so dass sie eine Seitenwand, wie in 3 gezeigt,
unterstützen,
und einen Gürtelbereich,
in dem Gürtel
verstärkende
Korde (Gürtelkorde) 20 in Form
von "Umreifung" einer Wanne in Umfangsrichtung
des Reifens angeordnet sind. Im Allgemeinen werden bei Reifen von
Personenkraftwagen im Gürtelbereich
Stahlkorde verwendet und im Karkassenbereich Korde aus Industriefasern
und im Fall von Superreifen für
Trucks und Busse werden sowohl im Karkassenbereich als auch im Gürtelbereich
Stahlkorde verwendet.
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An
dieser Stelle sollte erwähnt
werden, dass zusätzlich
zur Verstärkung
des Gürtel-
und Karkassenbereichs, wie in 4 gezeigt,
ein Reifen entwickelt wurde, bei dem ein Reifen verstärkender
Kord A in der Nähe
der äußeren Seitenränder des
Gürtelbereichs
mehrere Male in Drehrichtung des Reifens um den Umfang gewickelt
ist. Der Reifen verstärkende Kord
A wird ein Nullgrad-Gürtelkord
genannt, da er, anders als der Gürtel
verstärkende
Kord (Gürtel kord) 20 oder
der Karkassen verstärkende
Kord (Karkassenkord) 30, die unter einem Winkel relativ
zu der Drehrichtung des Reifens angeordnet sind, entlang der Drehrichtung
des Reifens gewickelt ist und so angeordnet ist, dass er den Reifen
daran hindert, sich in radialer Richtung aufgrund von Reibungswärme, die zwischen
dem Reifen und der Straßenoberfläche während des
Fahrens entsteht, oder aufgrund von Zentrifugalkräften, die
durch hohe Rotationsgeschwindigkeiten des Reifens entstehen, auszudehnen.
Der Reifen verstärkende
Kord A verwendet einen Kord aus Industriefasern.
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In
neueren Jahren hat sich als Resultat der weiten Verbreitung von
Schnellstraßen
und des damit verbundenen Anstiegs von Langstreckentrucktransporten
und Langstreckenbussen die Zeit, die Trucks und Busse bei hohen
Geschwindigkeiten fahren, stark verlängert und außerdem hat
sich der Anteil der Wärme,
der durch den Reibungswiderstand zwischen den Reifen und der Straßenoberfläche entsteht,
und der Grad der Zentrifugalkräfte,
die auf die Reifen wirken, als Resultat der hohen Rotationsgeschwindigkeit
der Reifen, die mit der Hochgeschwindigkeitsfahrt einhergeht, erhöht und die
Kräfte,
die die Reifen in radiale Richtung ausdehnen, sind angestiegen.
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Da
jedoch gegenwärtig
gebräuchliche
Industriefasern eine niedrige Festigkeit besitzen, können sie
den Dehnungskräften
nicht standhalten.
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Um
dieses Problem zu lösen,
wurde der Gebrauch eines Stahlkords wie des Nullgrad-Gürtelkords
anstelle von Industriefaserkorden in Erwägung gezogen. Da die Stahlkorde
wesentlich höhere
Festigkeit besitzen als die Korde aus Industriefasern, kann die
Ausdehnung des Reifens bei hohen Rotationsgeschwindigkeiten eingeschränkt werden.
Jedoch besitzt der Stahlkord den Nachteil einer geringen Dehnung
und dies verursacht ein ernstes Problem bei der Reifenproduktion.
Dieses tritt auf, wenn bei der Reifenproduktion die Formgebung bei
hoher Temperatur und hohem Druck (der so genannten Vulkanisationsprozess)
ausgeführt
wird und während dieses
Prozesses der Reifen sich in radialer Richtung ausdehnt. Da sich
die Stahlkorde, die im Gürtelbereich
und im Karkassenbereich angeordnet sind, in einem Zustand befinden,
in dem ihre Enden getrennt sind, so dass gegenüber liegende Enden frei sind und
die Industriefaserkorde einen gewissen Grad an Längung aufweisen, können sie
der Dehnung des Reifens während
der Formgebung folgen. Wenn jedoch ein Stahlkord als Nullgrad-Gürtelkord
benutzt wird, bei dem der Kord selbst eine geringe Längung aufweist,
so kann er der Dehnung des Reifens in radialer Richtung nicht folgen,
da dieser Stahlkord mehrere Male entlang der Rotationsrichtung des
Reifens gewickelt ist ohne getrennt zu sein. Der Reifen ist deshalb
nach der Formgebung durch Vulkanisieren in einem Zustand geformt,
in dem der Nullgrad-Gürtelkord 40,
von dem man erwartet, dass er in der Position S wie in 5A gezeigt,
bleibt, in den Reifen sinkt, wie in 5B gezeigt.
Dieses bewirkt Deformationen des Reifens. Darüber hinaus kann der Effekt,
die Dehnung des Reifens bei hoher Rotationsgeschwindigkeit einzuschränken, was
der ursprüngliche
Zweck war, nicht mehr erwartet werden.
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Aus
der
DE 28 42 296 A1 ist
ein Stahlseil zur Verstärkung
von elastischen Gegenständen
bekannt, das mit Kröpfungen
versehen ist, um deren Dehungsfähigkeit
im Bereich bis zu 10% seiner Bruchfestigkeit zu erhöhen.
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Die Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stahlkord zur Verfügung zu
stellen, der in einen Reifen als ein Nullgrad-Gürtelkord für Superreifen bei Lastwagen
oder Bussen eingebettet ist, der der Dehnung des Reifens in radialer
Richtung während
des Vulkanisationsprozesses bei der Formgebung des Reifens folgen
kann, und der nach der Formgebung des Reifens eine geringere Längung hat,
wodurch er die Dehnung des Reifens in radialer Richtung, die durch
die fortdauernde hohe Rotationsgeschwindigkeit des Reifens hervorgerufen
ist, einschränkt.
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Um
das oben genannte Ziel zu erreichen, sieht die vorliegende Erfindung
einen Stahlkord gemäß Anspruch
1 vor. Der Stahlkord weist eine 1 × n Struktur auf, die durch
Verdrillen von vier bis sieben Einzeldrähten, die jeweils einen Drahtdurchmesser von
0,2 bis 0,45 mm besitzen, gebildet ist, wobei der Stahlkord eine
spiralförmige
oder ebene Wellenform aufweist und eine Dehnung von 1,2 bis 2,0%
aufweist, wenn man eine Zugkraft von 50 N bei einem Zugversuch nach
JIS (Japanischer Industriestandard) B 7721 durchführt, und
bei einer Zugkraft im Bereich von 50 bis 250 N linear wird, wobei
die Wellenform verschwindet.
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Da
bei der vorliegenden Erfindung der Stahlkord selbst eine Wellenform
besitzt, zeigt er bei niedriger Last eine exzellente Längung und
verlängert sich
als Antwort auf die Ausdehnung des Reifens während des Vulkanisationsprozesses;
da die Wellenform des Stahlkords nach dem Vulkanisationsprozess
(nach der vollständigen
Formgebung des Reifens) im Wesentlichen verschwindet und der Stahlkord
im Wesentlichen linear wird, ist es möglich, die Ausdehnung des Reifens
aufgrund der Wärmeentwicklung
oder der Zentrifugalkraft, die während Hochgeschwindigkeitsrotation
des Reifens auftritt, einzuschränken.
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Die
Begrenzung auf die Werte in obiger Anordnung hat folgende Gründe.
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Der
Grund dafür,
dass der Durchmesser der einzelnen Drähte des Stahlkords im Bereich
von 0,2 bis 0,45 mm gewählt
ist, ist, dass, wenn er weniger als 0,2 mm beträgt, nicht genug Festigkeit
erzielt werden kann und es notwendig ist, die Anzahl der einzelnen
Drähte
zu erhöhen,
um eine erforderliche Kordfestigkeit zu erreichen, wodurch die Kosten
erhöht werden
und andererseits, dass, wenn er größer ist als 0,45 mm, die Steifigkeit
zu groß wird,
wodurch die Leistung des Reifens herabgesetzt wird.
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Weiterhin
ist der Grund dafür,
dass die Struktur auf die 1 × n
Struktur mit einer einzigen verdrillten Schicht begrenzt ist, der,
dass es möglich
ist, einfache Verdril lung anzuwenden und die Produktionskosten niedrig
gehalten werden können
im Vergleich zu einer n + m Struktur mit doppelter Verdrillung.
Die Anzahl der einzelnen Drähte,
die bei einer Einfachschichtverdrillung möglich sind, ist begrenzt auf
4 bis 7.
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Weiterhin
ist ein Grund dafür,
dass die Dehnung bei einer Zugkraft von 50 N im Zugversuch entsprechend
JIS B 7721 im Bereich von 1,2% bis 2,0% gewählt ist, der, dass, wenn die
Dehnung weniger als 1,2% beträgt,
sie zu klein ist, als dass der Kord der Dehnung während der
Vulkanisierung folgen kann und als Ergebnis der Kord nicht in einer
gewünschten Position
in der Nähe
des Gürtelbereichs
gehalten werden kann und dass, wenn die Dehnung 2,0% überschreitet,
sie zu groß ist
und die Wellenform nach der Formgebung des Reifens bleibt und der
Effekt, die Dehnung des Reifens während der Hochgeschwindigkeitsrotation
einzuschränken,
nicht erzielt werden kann.
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Weiterhin
ist der Grund dafür,
dass die Zugkraft, bei der die Wellenform verschwindet und der Kord
im Wesentlichen linear wird, im Bereich von 50 bis 250 N gewählt ist,
der, dass, wenn sie weniger als 50 N ist, die Wellenform des Kords
im Laufe des Vulkanisationsprozesses (im Laufe der Reifenausdehnung)
ausgedehnt wird, der Kord deshalb nicht in einer gewünschten
Position zurückgehalten
werden kann und der Reifen sich deformieren kann. Wenn sie 250 N überschreitet,
ist es unmöglich,
die Dehnung des Reifens bei Hochgeschwindigkeitsrotation einzuschränken, da
die Wellenform nach dem Vulkanisationsprozess im Kord bleibt.
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An
dieser Stelle sollte erwähnt
werden, dass der Zustand des "Verschwindens
der wellenförmigen Deformation
und des im Wesentlichen Linearwerdens des Kords" in der Anordnung der vorliegenden Erfindung
visuell wahrgenommen werden kann, aber es kann auch mit einem Spannung-Dehnung-Graphen
beim Zugtest bestimmt werden. Eine Auswertemethode durch den Zugtest
ist unten unter Bezugnahme auf 6 erklärt.
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Der
Spannung-Dehnung-Graph des Kords wird üblicherweise entsprechend JIS
B 7721 mit einer Zuglast als Ordinate und der Dehnung als Abszisse
erhalten, indem entgegengesetzte Enden des Kords fixiert werden,
so dass sie im Zugtester nicht rotieren können, dann nach und nach Zug
auf den Kord angewendet wird und der Fortschritt bis zum Bruch aufgezeichnet
wird. Als Mittel, um die Dehnung zu messen, ist hier ein selbstregistrierender
Rekorder an den Zugtester angebracht oder es wird eine Markierung
bei einem vorher bestimmten Abstand an dem Kord angebracht und der
Betrag der Bewegung der Markierung abgelesen und der selbstregistrierende
Rekorder unterhalb angebracht.
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6 zeigt
ein Beispiel eines Spannung-Dehnungs-Graphen eines Stahlkords mit
einer wellenförmigen
Deformation, der durch einen selbstregistrierenden Rekorder aufgezeichnet
wurde.
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Die
Beziehung zwischen der Last und der Dehnung des Stahlkords, der
eine Wellenform besitzt, hat beim Zugtest wie in 6 gezeigt,
eine quadratische Kurve A mit einem leichten Anstieg im niedrigen
Lastbereich und wird eine gerade Linie B, die eine Proportionalität zwischen
der Last und der Dehnung zeigt, bei ansteigender Last und wenn die
Last weiter ansteigt, erreicht der Stahlkord den Punkt für bleibende
Dehnung und bricht.
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Die
quadratische Kurve, die einen leichten Anstieg im Bereich niedriger
Last aufweist, ist zurückzuführen auf
ein Straffen des Stahlkords und ein Ausrecken der Wellenform zu
einer geraden Linie.
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Das
liegt daran, dass obwohl der Stahlkord eine dichte Struktur (geschlossener
Typ) hat, die einzelnen Drähte
nicht in vollem Kontakt untereinander sind, wenn keine Zugkräfte darauf
wirken. Wenn eine Zugkraft auf den Stahlkord wirkt, so straffen
sich die einzelnen Drähte,
so dass sie in vollem Kontakt miteinander sind und als Resultat
verlängert
sich der Stahlkord. Des Weiteren, da eine Wellenform vorhanden ist,
streckt sich die Wellenform zu einer gera den Linie. Da diese Effekte
schon bei einer kleinen Last auftreten können, resultieren sie gemeinsam
in einer quadratischen Kurve A, die einen sanften Anstieg im niedrigen
Lastbereich hat.
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Folglich,
wenn die Last weiter ansteigt, strafft sich der Stahlkord, die Wellenform
verschwindet, der Stahlkord wird linear und der Spannung-DehnungGraph
wird eine gerade Linie B.
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Deshalb
ist die Last, bei der der Kord im Wesentlichen linear wird, die
Last am Umkehrpunkt H, wo im Bereich kleiner Dehnung die quadratische
Kurve A, die einen sanften Anstieg hat, in eine gerade Linie B übergeht.
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Die
Richtung der im Wesentlichen spiralförmigen Wellenform in obiger
Anordnung ist in bevorzugter Weise entgegengesetzt der Drillrichtung.
Dies hat folgende Gründe.
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Der
Stahlkord, der obige Anordnung hat, ist ein so genannter geschlossener
Typ von Stahlkord, bei dem benachbarte individuelle Drähte lose
miteinander verbunden sind. Wenn man diesem Stahlkord eine Wellenform
gibt und diese in entgegengesetzter Richtung zur Verdrillrichtung
gedreht ist, so ist es möglich,
zwischen den einzelnen Drähten
des Stahlkords Lücken
zu formen, in die Gummi dringen kann, wenn der Stahlkord so gedreht
wird, dass er seine Verdrillung verliert. Weiterhin sollte bemerkt
werden, dass der Begriff "im
Wesentlichen spiralförmig", der bei der Anordnung
der vorliegenden Erfindung erwähnt
wurde, eine ovale Gestalt umfasst und eine schienenförmige Gestalt
wie auch eine zirkulare Form.
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Im
Stahlkord der vorliegenden Erfindung, wobei angeführt wird,
dass die verwendete Wellenform einen moderaten Grad an Längung herbeiführen kann,
längt sich
der Stahlkord so, dass der Durchmesser des Kordrings erhöht wird,
während
er der Dehnung des Reifens während
des Vulkanisationsprozesses bei der Formgebung des Reifens folgt und
es ist deshalb möglich,
den Stahl kordring an einer gewünschten
Position in der Nähe
des Gürtelbereichs
zu halten. Mehr noch, nach der Vulkanisation ist die Wellenform
des Stahlkords vollständig
ausgedehnt, so dass er hauptsächlich
linear ist, der Stahlkord wird ein integraler Bestandteil des Gummis
und seine hohe Festigkeit kann die Ausdehnung des Reifens während hoher
Rotationsgeschwindigkeiten einschränken.
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Im
folgenden werden Ausführungen
der Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1A ist
eine schematische Darstellung eines Kords, der eine erste Ausführung der
vorliegenden Erfindung darstellt.
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1B stellt
einen Querschnitt entlang der Linie 1B-1B aus aus 1A dar.
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2A ist
eine schematische Darstellung eines Kords, der eine zweite Ausführung der
vorliegenden Erfindung darstellt.
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2B stellt
einen Querschnitt entlang der Linie 2B-2B in 2A dar.
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3 ist
eine schematische Darstellung eines Schnitts, der eine konventionelle
Reifenstruktur zeigt.
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4 ist
eine schematische Darstellung eines Schnitts, der eine weitere konventionelle
Reifenstruktur zeigt, in der die Nachbarschaft des Gürtelbereichs
mit einer Industriefaser verstärkt
ist.
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5A stellt
einen schematischen Querschnitt eines Reifens an einer Stelle dar,
an der sich der Nullgrad-Gürtelkord
befindet.
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5B stellt
einen schematischen Querschnitt eines Reifens dar, der einen Zustand
darstellt, in dem ein Nullgrad-Gürtelkord
in den Gürtelkord
des Reifens eingesunken ist.
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6 ist
ein Graph, der eine Spannungs-Dehnungs-Charakteristik eines Stahlkords darstellt,
der eine Wellenform aufweist.
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1A und 1B sind
eine schematische Darstellung und ein Querschnitt eines Kords, der
eine erste Ausführung
der vorliegenden Erfindung zeigt. Ein Stahlkord 1, der
in 1A und 1B gezeigt ist,
hat eine 1 × n
Struktur, die durch Verdrillen von 4 bis 7 einzelnen Drähten geformt
wird, wobei der Draht einen Durchmesser von 0,2 bis 0,45 mm besitzt;
der Stahlkord 1 selbst hat im Wesentlichen eine spiralförmige Wellenform
(Wellenform-Teilung P, Verdrillungsteilung p, und sichtbarer äußerer Durchmesser
D des Kords); wenn bei einem Zugtest entsprechend JIS B 7721 eine
Zugkraft von 50 N auf den Stahlkord 1 angewendet wird,
beträgt
die Dehnung 1,2% bis 2,0%; die Zugkraft, die die Wellenform zum Verschwinden
bringt und den Stahlkord 1 im Wesentlichen linear macht,
liegt im Bereich von 50 bis 250 N.
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2A und 2B zeigen
eine zweite Ausführung
der vorliegenden Erfindung; die Wellenform ist im Wesentlichen von
ebener Gestalt (zweidimensionale Welle), wobei sie eine Wellenhöhe H hat
und wie in der ersten Ausführung
oben, weist ein Stahlkord 10 in dieser Ausführung eine
Dehnung von 1,2% bis 2,0% auf, wenn eine Zugkraft von 50 N angewendet
wird und die Zugkraft, die die Wellenform zum Verschwinden bringt
und den Stahlkord 10 im Wesentlichen linear macht, liegt im Bereich
von 50 bis 250 N.
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Die
Wellenhöhe
H in 2B stellt die Amplitude der zweidimensionalen
Welle dar.
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Ein
spezifisches Beispiel des Stahlkords der vorliegenden Erfindung
wird nun erklärt.
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Ein
Draht mit einem Durchmesser von 5,5 mm, dessen Stahltyp nach JIS
SWRS 82 A entspricht, wurde mehrfach einem Patentieren und Drahtziehen
unterworfen, seine Oberfläche
wurde messingbeschichtet, dann wurde der Draht gezogen, um dem Draht
einen Durchmesser von 0,2 bis 0,45 mm zu geben. 4 bis 7 von diesen
Drähten
wurden miteinander verdrillt und dann so behandelt, dass sie im
Wesentlichen eine spiralförmige
Wellenform bekamen, wodurch ein Stahlkord mit einer Wellenform herstellt
wurde.
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Im
Hinblick auf die Mittel, eine im Wesentlichen spiralförmige Wellenform
in den Kord einzubringen, gibt es eine Methode, wobei ein formgebendes Element
benutzt wird, das mit einem bereitgestellten Stahlkord als einem
axialen Kern rotiert.
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Im
Hinblick auf Mittel, um eine im Wesentlichen plane Wellenform einzubringen,
gibt es eine Methode, bei der, nachdem eine spiralförmige Wellenform,
wie oben beschrieben erzielt ist, sie mit einer Walze etc. gepresst
wird, oder eine Methode, in der sie durch Zahnräder gekräuselt wird. Der Stahlkord der
vorliegenden Erfindung wurde dadurch hergestellt, dass der Stahlkord
durch drei Stifte lief, die auf einer formgebenden Vorrichtung bereitgestellt
waren und mit hoher Geschwindigkeit rotierten. Der sichtbare äußere Durchmesser
und die Teilung wurden durch Auswahl verschiedener Kombinationen
von Durchmesser und Lücke
zwischen den formgebenden Stiften, dem Grad des Hineindrückens, der Spannung
des Kords und der Rotationsgeschwindigkeit der formgebenden Vorrichtung,
eingestellt.
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Da
der Stahlkord der vorliegenden Erfindung eine wie oben erwähnte Anordnung
besitzt, hat er einen moderaten Grad an Dehnung und Festigkeit und er
längt sich
so, dass der Durchmesser des Kordrings vergrößert wird, während er
der Dehnung des Reifens während
des Vulkanisationsprozesses bei der Formgebung des Reifens folgt.
Deshalb ist es möglich,
dass der Kordring in einer gewünschten
Position in der Nähe
des Gürtelbereichs
bleibt. Mehr noch, da die Dehnungseigenschaft des Reifens reduziert
ist, nachdem er geformt worden ist, ist es möglich, dass die Ausdehnung
des Reifens in radialer Richtung während fortgesetzter hoher Rotationsgeschwindigkeit
des Reifens eingeschränkt
wird.