DE3131606A1

DE3131606A1 - Verbundmaterial aus kautschuk mit darin eingebettetem metallcord und dessen verwendung

Info

Publication number: DE3131606A1
Application number: DE19813131606
Authority: DE
Inventors: Koichi Kojima; Eiichi Tokio Koyama; Noboru Ohme Tokio Kusakabe; Masaaki Sakato Morimoto
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1980-08-11
Filing date: 1981-08-10
Publication date: 1982-03-11
Also published as: ES8204341A1; BE889851A; DE3131606C2; IT8123453A0; NL190059C; FR2488298B1; NL190059B; AU526174B2; GB2081765B; JPS6049421B2; IT1137858B; BR8105127A; US4399853A; AU7354681A; ES504580A0; GB2081765A; NL8103736A; JPS5743866A; FR2488298A1; CA1166412A

Description

Q ο

3.

1Α-55 071

Anm.s Bridgestone Tire Co₀ Ltd_c

Beschreibun

Verbundmaterial aus Kautschuk rait darin eingebettetem Metallcord und dessen Verwendung

Die Erfindung betrifft ein Verbundmaterial in Form von in Kautschuk eingebetteten Metallcordfäden oder -drähten verbesserter Korrosionsbeständigkeit des Metallcords und beträchtlich verlängerter Lebensdauer durch eine ganz spezielle Verseil=Konstruktion_o

Das erfindungsgemäße Verbundmaterial eignet sich besonders zur Stahlgürtel-Verstärkung in

10 Radial-Fahrzeugreifen„ Hierfür werden im all= gemeinen 1 · 4 oder 1 ° 5 Stahlcorde angewandt ₉ die durch Verseilen von vi@r bzw_o fünf Stahldrähten erhalten worden sind_o In Fig_o 1 sind Querschnitte derartiger Stahlcorde gezeigte, Daraus ergibt

sich, daß in der Mitte des Seils in Längsrichtung sich ein Hohraum befindete

Werden derartige Stahlcorde für die Stahlgürtel-Verstärkung angewandt und kommt es bei dem Reifen 20 zu einer solchen Beschädigung von außen wie

durch Kieselsteines Nägel oder dergleichen;, daß sie bis zum Metallcord reicht_p so dringt !fahrend des Fahrens Wasser oder dergleichen in die Schadenstelle ein und verteilt sich über diesen

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Längshohlraum im Cord, was eine Korrosion bewirkt, die ihrerseits zu einer Zerstörung der Haftung zwischen Cord und Kautschuk führt, so daß es zu dem sogenannten Auftrennen zwisehen Cord und Kautschuk kommt.

Es wurden bereits viele Versuche zur Überwindung dieser Nachteile gemacht. Nach der US-PS 4 258 543 sind Corde mit Querschnitten, wie sie in der Fig. 2 dargestellt sind, bekannt. Mehrere Drähte sind zu einem etwas größeren Corddurchmesser verseilt, ohne daß sie sich gegenseitig berühren, so daß ein Zwischenraum zwischen benachbarten Drähten entsteht und die Drähte gleichmäßig angeordnet sind in dem sie umschreibenden Kreis des Cords. Hingegen besitzen die üblicher Weise angewandten Corde eine kompaktere Struktur, keinen Zwischenraum zwischen benach-

20 barten Drähten und der Cordumfang schließt sich eng an die Verseilung an (Fig. 1). Die Korrosions beständigkeit derartiger Metallcorde soll verbessert sein, da beim Einbetten der Corde im Kautschuk und Härten (Vulkanisieren) in der

Wärme der Kautschuk in den Mittenhohlraum des Cords durch die Abstände zwischen den Drähten aufgrund seines fließfähigen Zustands zu Beginn der Härtestufe einzudringen vermag. Dadurch kann bei einer Beschädigung des Cords von außen Wasser nicht in diesen eindringen.

Durch Versuche und aus der Erfahrung ergibt sich jedoch, daß obige bekannte Corde folgende Nachteile besitzen: Da das Warmhärten (VulkanisJeren) im allgemeinen unter einem Druck von

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6 Λ £1 β O >J t, 6

1A-55 071 - V&

40 bis 400 N/cm² stattfindet, fällt die lockere Anordnung im Cord (swelling of the cord) unter dieser Druckeinwirkimg zusammen^ d_eh_e der Abstand zwischen den benachbarten Drähten geht verloren. Dadurch kann der fließfähige Kaut-= schuk kaum noch in den Mittenhohlraum des Cords eindringen bzw, es findet nur ein örtliches Eindringen von geringen Kautschukmengen statt. Wird nun ein derartiges Produkt enthaltend solche Corde von außen beschädigt, erfolgt eine Korrosion al der Zwischenfläche zwischen dem örtlich eingedrungenen Kautschuk und dem Cord durch Eindringen des Wassers in kurzer Zeit und das Wasser verteilt sich darüberhinaus in Längsrichtung des Cords über diese korrodierte Zwischenfläche, Es kommt damit wieder zu einer Trennung von Cord und Kautschuk,,

Aufgabe der Erfindung ist eine Cord-Konstruktion, eingebettet in Kautschuk, die obige Nachteile nicht aufweist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verbundmaterial von in Kautschuk eingebetteten Metallcorden gelöst, wobei der Metallcord hergestellt worden ist durch Verseilen von zumindest drei Drähten, vorzugsweise vier oder fünf Drähten» und der eine Dehnung unter einer Last von 5 kg/Cord (P₁) von 0,2 bis 1,2 % und unter einer Last von 2 kg/Cord (P₂) von P₂(^)=O,947P₁-O₉043 besitzt und zwar vor dem Einbetten in den Kautschuk«,

Die Erfindung wird anhand der Figuren weiter erläutert.

Fig. 1 zeigt einen schematischen Querschnitt üblicher kompakter Metallcorde ~ xtfie oben bereits darauf hingewiesen -°,

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1A-55 071 / £

Fig. 2 zeigt einen schematischen Querschnitt von Metallcorden entsprechend der US-PS 4 258 543;

Fig. 3 zeigt Querschnitte durch erfindungsgemäße Seilanordnungen in den Corden und

Fig. 4 ist ein Diagramm, aus dem die Beziehung zwischen den Dehnungen unter den beiden Belastungen P₁ und P₂ des Metallcords

und dem Eindringen des Kautschuks entnommen werden kann.

Ein Metallcord, wie er erfindungsgemäß ange-

15 wandt werden kann, wird hergesta.lt durch Verseilen von zumindest drei Drähten 2 (Fig. 3)» und zwar in zumindest drei Arten der Anordnung in Längsrichtung mit Ausnahme der Möglichkeit, daß sich alle Drähte berühren. Um Metallcorde

mit derartig verschiedenen Querschnittsformen zu erreichen, muß der Cord unter einer Last von 5 kg (P₁) eine Dehnung von 0,2 bis 1,2 % und unter einer Last von 2 kg (P₂) eine Dehnung von nicht mehr als 0,947P₁-0,043, vorzugsweise nicht mehr als 0,947P₁-0,083, insbesondere nicht mehr als 0,947P₁ -0,204 - ausgedrückt in Prozent -,haben. Wenn die Dehnung unter der Last von P₁ < 0,2 % ist, erreicht man den erfindungsgemäß angestrebten Vorteil nidat, da kein großer Unterschied zwischen diesem Cord und dem üblichen kompakten Cord ist, während bei Überschreiten einer Dehnung von 1,2 % es zu einer Störung der Drahtanordnung im Bereiche des Cordendes kommt und damit die Verarbeitbarkeit in Frage gesia.lt sein könnte.

35 Im Hinblick auf die Verarbeitbarkeit bevorzugt

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man eine Dehnung bei P^ von O₉2 bis O₉7 %»hin~ sichtlich der Eindringungsfähigkeit des Kautschuks von 0,7 bis 1„2 %_o Ist andererseits die Dehnung bei der Last P^ innerhalb obigen Bereichst so nimmt die Tendenz des Cords zum Zusammenbruch seiner Struktur beim Heißpressen nach dem Einbetten im Kautschuk zu₀ wenn die Dehnung bei der Last P₂ den Wert 0„ 947P₁ -=0„ übersteigt^ d„h_e die gleichmäßige lockere Querschnittsform nach obigem Patent,, folglich kann der Kautschuk nur noch kaum in den Cord eindringen_e

Die Dehnung bei der Last Pg "wird in Yerbindung mit den Eindringeigenschaften des Kautschuks in den Cord näher erläutert „'

Ih offen verseilten Corden neigen die die Corde aufbauenden Drähte sich gegen die Mitte des Cords zusammenzuziehen, wenn an den Cord Zugspannung angelegt wird_o Selbst wexm die Dehnung bei der Last P>j konstant ist ^ kann in diesem Fall die Dehnung bei der Last P₂ groß oder klein sein«,

Eine große Dehnung bei P₂ entspricht einem Fall, bei dem der Cordquerschnitt in Längs·= richtung gleichmäßig ist oder der Abstand zwischen den benachbarten Drähten gleichmäßig ist (Fig. 2). Jeder Draht_y der den Cord aufbaut fist daher bestrebt _s sich gegen die Mitte des Cords frei zu bewegen^ so daß die Dehnung unter einer Last von 2 kg/Cord relativ hoch ist.

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Andererseits entspricht eine geringe Dehnung bei der Last P₂ einem Fall, bei dem der Cordquerschnitt ungleichmäßig ist, wie beispielsweise Fig. 3 B bis E bei einer 1*5 Verseilung. Die 5 den Cord aufbauenden Drähte berühren sich teilweise, aber nicht vollständig. Jeder Draht hat die Tendenz, sich gegen die Mitte des Cords zu bewegen ,so daß in diesem Fall der Berührungsdruck (oder Rückprallkraft) auf die be-10 nachbarten berührten Drähte,wirkt und die Dehnung unter einer Last von 2 kg/Cord geringer wird.

Wird die Anzahl der Berührungspunkte 3 zwischen benachbarten Drähten bei den in Fig. 3 gezeig-

15 ten Querschnitts formen als "Anzahl ver Berührungen¹¹ bezeichnet und die Dehnung unter der Last P^ als konstant angenommen, so wird die Ungleichmäßigkeit der Querschnittsform des Cords durch die Anzahl der Berührungen definiert, d.h. je

größer die Anzahl der Berührungen ist, umso ungleichmäßiger ist die Querschnittsform.

In der einzelnen Seilkonstruktion ist die Ungleichmäßigkeit der Querschnittsform des Cords maximal, wenn die Anzahl der Berührungen bei einem Cord aus fünf Drähten 4 ist (1 · 5 E Fig. 3) bzw. wenn die Anzahl der Berührungen in einem Cord aus vier Drähten 3 ist (1 · 4 D Fig. 3). Demzufolge ist der Abstand zwischen benachbarten, sich nicht berührenden Drähten maximal und es kommt in der Wärme beim Härten oder Vulkanisieren nur kaum zu einem Zusammenbruch der Struktur des Cords, so daß der für das Eindringen des Kautschuks in den Cord erforderliche Abstand aufrecht bleibt.

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so ο s

OO

1A-55 071 - / -9.

In dem Cord nach der Erfindung wird bevorzugt ₉ daß der Verseil-Abstand der Drähte 3 bis 16 mm beträgt. Beträgt dieser Abstand wenigpr als 3 nun, so ist die Leistungsfähigkeit der Cordproduktion beträchtlich herabgesetzt und der wirtschaftliche Wert rechi|aäßig, ^rährend bei einem Abstand über 16 mm die Knickwider·= Standsfähigkeit des Cords bei Knick-Ermüdung wesentlich herabgesetzt ist_e Im Hinblick auf die Produktionsleistimg ifird ein Verseil-Abstand nicht<8 mm bevorzugt _g so daß dieser Abstand von 8 bis 16 mm praktisch das Optimum ist.

15 Der für den Aufbau des Cords nach der Erfindung angewandte Draht besitzt vorzugsi^eise eine Stärke von 0,12 bis 0_s4 mm_o Bei geringerem Durch= messer als 0,12 mm ist die Festigkeit zu gering, während bei einer Stärke über Q_S4 mm

die Ermüdungsbeständigkeit in ungebührlichem Ausmaß absinkt. Die Art des Metallcords ist nicht kritisch, jedoch wird Stahlcord im Hin= blick auf die Verfügbarkeit im Handel und de Kostenfaktor bevorzugt« Die Stahldrähte können mit einem Metall wie Kupfer_ρ Zinn_p Zink oder dergleichen oder Legierungen enthaltend Nickel _v - Kobalt oder dergleichen überzogen sein_p um die Haftung zwischen Draht und Kautschuk zu verbessern.

Die Metallcorde nach der Erfindung werden xdLe folgt hergestellt«, Eine gegebene Anzahl von vorher weitgehend bearbeiteten Drähten wird verseilt und dann in Radialrichtung derart verpreßt, daß eine gegebene Dehnung unter der Last P<| (5 kg/Cord) erreicht wird_o So werden beispielsweise Corde nach Versuch 2 in folgender Tabelle 1 hergestellt durch Verseilen

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1Α-55 071 - Χ'- AO χ '

von fünf bearbeiteten Stahldrähten jeweils mit einer Dehnung von 1,8 % unter der Last P-j auf einer üblichen Verseil-Maschine und anschließendem Pressen auf einem Walzengerüst auf eine Dehnung von 0,87 % bei einer Last

Für die Einbettung der Metallcorde nach der Erfindung kann Naturkautschuk oder Synthesekautschuk angewandt werden. Bevorzugt besteht das erfindungsgemäße Verbundmaterial, das beispielsweise als Gürtelveisbärkung für Radialreifen dient, aus einem Kautschuk, der einen 50 % Modul im Bereich von 100 bis 400 N/cm²

besitzt. Liegt der 50 % Modul unter 100 N/cm², wird öle im Endteil des Cords sich aufbauende Spannung größer und die Widerstandsfähigkeit gegen die Auftrennung des Gürtelendes wird schlechter (Weiterreißen im Kautschuküberzug vom Cordende des Gürtels). Überschreitet jedoch der 50 % Modul 400 N/cm , so kann die Haltbarkeit des Gürtels verschlechtert werden oder es kann zum Knicken des Cords kommen, während gleichzeitig die Verarbeitbarkeit beträchtlich absinkt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verbundmaterial ist der Kautschuk sowohl in Längsrichtung als auch in Querrichtung in den Cord einwandfrei eingedrungen, so daß eine Diffusion von Rost oder Korrosionsprodukten über die Oberfläche des Cords in Folge des Eindringens von Wasser nach äußerlichen Beschädigungen vermieden ist. Das Auftrennen durch Verringerung der Haftung zwischen Cord und Kautschuk in Folge der Korrosion des Kautschuks ist weitgehend ver-

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mindert, so daß das erfindungsgemäße Verbundmaterial zu einer Verlängerung der Lebensdauer oder Betriebsfähigkeit der damit hergestellten Gegenstände, insbesondere Fahrzeugbereifungen _§ führt. Das erfindungsgemäße Verbundmaterial zeigt nicht nur hervorragende Eigenschaften bei der Anwendung in Reifen_fl sondern läßt sich auch in großem Umfang für Industrieprodukte_p wie Bodenfräser für die Landxfirtschaft_p Gurte und Riemen und dergleichen anwenden„

Nach der Erfindung lassen sich auch mehrfach verseilte Corde wie 24-7 ₉ 3+6_P 3+9? 4ψ10₉ 3+9+15 und andere Konstruktionen sowie Bündel« konstruktionen wie 7°3» 7°4 und dergleichen herstellen*

Die Erfindung wird anhand folgender Beispiele weiter erläutert. '

^;

Beispiel 1

Zwölf Arten von Metallcorden_s wie sie in der Tabelle 1 charakterisiert sind_p wurden hergestellt durch Verseilen von zumindest drei Stahl= drähten jeweils überzogen mit Messing bei einem Verseil-Abstand von 9₉5 mm._o Jeder Draht war in Kautschuk mit einem 50 % Modul von 250 ™'—²

für einen Reifengürtel eingebettet₉ dann 30 zur Bildung des Verbundmaterials gehärtet_o Dann wurde der Metallcord aus dem Verbundmaterial genommen und die Länge bestimmt_p in die Kautschuk praktisch vollständig in dea Mittenteil eingedrungen war« Es wurde das Ausmaß des Eindringens 35 .des Kautschuks bewertet durch einen Index in

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Form des Verhältnisses des Eindringungsgrades auf die gesamte Cordlänge. Zum Vergleich wurden ähnliche Bewertungen mit Corden entsprechend F4g, 1 vorgenommen. Auch diese Ergebnisse" sind in die Tabelle 1 aufgenommen. In diesem Fall beziehen sich die Dehnungswerte (%) unter den Lasten
P₁ 5 kg land P₂ 2 kg/Cord auf eine Gesamtlänge von 20 bis 50 cm (20 bzw. 50 cm) und eine
Querschnittsform, wie sie in Fig. 3 gezeigt
istj ermittelt durch Betrachtung von Schnitten, alle 5 mm,mit einer Lupe.

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Tab-ell. ©

Versueh Cord P* (%) Ρ« (%) Querschnittsform Kautschuk korrodierte

eingedrungen Cordlänge

1	(1o5)°Q,25	1,00	0,62	ABCC'DD'E
2	(1·5)»0ρ25	0₀87	■ 0,45	ABCCDD⁸E
3'	(i«5)"0p25	0,30	0,10	ABCC⁸DD⁸E
4	(1°4)o0,25	0,70	0₉42	ABCC⁰D
5	,. . (1·3)·Ο₉25	O₉5O	0,27	ABC
6	(1°5)°O,25	0,84	0,72	ABCC
7	(1"41"0,2S	0_P64 '	0,54	ABCC
8	(1·3)·Ο_ρ25	O_P33	0,27	ABC
9 .	(1°4)o0,25	0,70	0,64	AB
10	(1°4)°O,25	0,64	0,60	AB
11	(1ο3)·0₉25	0,50	0,47	AB
12	(1o5)oO,25	0,30	0,27	AB
13	(1°5)»0,25	(0,14)	(0,06)	Figo 1

100	5
95	VJI
65	10
70	10
80	7
55	15
50	20
25	40
15	95
10	98
5	100
0	100
0	100

O) GO

CD CD CD

""" " "* " "" -- 31 31

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Die Werte für das Kautschuke indringen der Versuche mit den erfindungsgemäßen Verbundmaterialien entsprechend den Versuchen 1 "bis 12 der Tabelle sind in dem Diagramm der Figo 4 eingetragene In dem Diagramm _s in welchem die Dehnung bei Last P^ gegen die Dehnung bei Last P^ aufge·= tragen ist₉ entsprechen die Zeichen ο (80 bis 10O)₀ O (50 bis 79), Q (40 bis 59) ₉ A (20 bis 39) und ^ (0 bis 19)ο

Aus Tabelle 1 in Verbindung mit Fig_o 4 ergibt sichp daß die Corde der Versuche 1 bis 8 {Vorzugspreise der Versuche 1 bis 6fmit einem Bereich der Dehnung bei der Last P^ = 05 947P₁-O,043

(vorzugsweise 4 0^947P₁-O₉OSS) eine Kautschuk-Eindringung von nicht weniger als 25 (vorzugsweise nicht weniger als 55) haben,, woraus folgt,

daß der Kautschuk gut in den Cord eindringt« Andererseits sind die Corde der Ver-

such© 9 bis 12 mit einer Dehnung bei Last P₂ y O₉ 947P-j=0_s043 im wesentlichen die gleichen wie der Cord mit gleichmäßig loser Querschnitts= fläche, desssi Drähte sich nicht berühren und dessen Kautschuk-Einbringung nur mäßig ist.

Luftreifen der Reifengröße 175 SR 14 wurden mit Corden entsprechend den Versuchen 1 bis der Tabelle 1 als Verstärkung für eine Gürtellage (50 % Modul des Übersug-Kautsehuks 250 H/cm ) hergestellt* Im Bereich der Bodenberührung jedes Reifens wurden bis zum Metallcord Löcher mit einem Durchmesser von 3 mm gebohrte Nach einer Fahrstrecke auf einer üblichen Straße von 50 000 km wurde der Cord aus

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dem Reifen an einer Stelle entsprechend der des Lochs entnommen und dann abgeschätzt ₀ in wie weit die Haftfläche zwischen Cord und Kautschuk in Abhängigkeit von der Länge des korrodierten Cords zerstört war und als Index auf der Bass angegeben^ daß die korrodierte Cordlänge von Versuch 13 100 beträgt_o Die Ergebnisse sind ebenfalls in der Tabelle 1 enthaltene Kleinere Indexwerte zeigen bessere Korrosionsbeständigkeit des Cords an_e Aus den Werten der Tabelle 1 ergibt sichp daß Reifen mit Corden der Versuche 1 bis 8 nach der Erfindung verbesserte Korrosionsbeständigkeit besitzen und die Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit besonders augenfällig

15 ist bei den Reifen entsprechend Versuch 1 bis 6_P da deren Lebensdauer sehr weitgehend verlängert isto

Die gleichen Bewertungen wie in Beispiel 1 wurden vorgenommen mit einem Metallcord nach der Erfindungp dessen Dehnung unter der Last P^ Og70 % und unter der Last Ί?ρ O₅ 52 % entsprach

25 und deren Querschnittsformen in der Fig_o 3

gezeigt sind ρ und z\far aus jeweils fünf messingplattierten Stahldrähten mit einer Stärke von Op25 mm₉ dessen Überzugs-Kautschuk einen 50 % Modul von 100 bis 400 M/cm² hatte„ Die Ergeb-

30 nisse sind in der Tabelle 2 zusammengefaßte

Tabelle

Versuch 50 % Modul Cord P₁ (%) P₂ (%) Querschnitts- Kautschuk korrodier- ^i (N/cm²) form eingedrungen Ig_nJ^ " ^

14 100 (1·5)·0,25 0,70 0,52 ABCC¹DD¹E 95 5

15 200 (1*5)·0,25 0,70 0,52 ABCC¹DD¹E 95 5

16 300 (1·5)*0,25 0,70 0,52 ABCC'DD'E 95 5

17 400 (1·5)·0,25 0,70 0,52 ABCC'DD'E 95 5

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1A-55" 071 - Λ?) - /¹^"

Aus Tabelle 2 ergibt sich„ daß die Vorteile nach der Erfindung erreicht werden ohne Beeinflussung durch Änderung des 50 % Moduls, vorausgesetzt, daß der 50 % Modul des Kautschuks innerhalb eines bestimmten Bereichs liegt_o

Beispiel 3

Der gleiche Cord wie in Beispiel 2 wurde verwendet zur Verstärkung der Raupen für land= wirtschaftliche Bodenfräsen,, Nach einer Betriebszeit von 1 Jahr zeigte sich auch hier₉ daß die Korrosionsbeständigkeit des Cords nach der Erfindung wesentlich verbessert ist»

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

^ Verbiandmaterial aus Kautschuk und darin eingebetteten Metallcorden, dadurch g e k e η η zeichnet , daß der Cord hergestellt worden ist durch Verseilen von zumindest drei Metalldrähten und er eine Dehnung unter einer Last von 5 kg/Cord (P₁) von 0,2 bis 1,2 % und unter einer Last von 2 kg/Cord (P₂) von zumindest 0,947P₁-0,043 vor Einbetten in den Kautschuk besaß.

2. Verbundmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Metallcord zumindest drei Arten von Querschnittsformen mit Ausnahme der Berührung aller Drähte in Längsrichtung haben kann.

3. Verbundmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennze ichnet , daß der Cord eine prozentuale Dehnung bei der Last P2 ^von zumindest nicht mehr als 0,947P₁-0,083 besitzt.

Verbundmaterial nach Anspruch 1 bis 3?

dadurch

gekennzeichnet

daß

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der Verseilungsabstand der Drähte im Cord 3 "bis 16 mm beträgt.

5. Verbundmaterial nach Anspruch 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet , daß der Drahtdurchmesser 0,12 bis 0,4 mm beträgt.

6. Verbundmaterial nach Anspruch Ibis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß

der 50 % Modul des Kautschuks 100 bis 400 N/cm² beträgt.

7. Verbundmaterial nach Anspruch 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß

15 der Cord ein (1'5)*0,25 Cord ist.

8. Verwendung des Verbundmaterials nach Anspruch 1 bis 7 zur Verstärkung des Gürtels eines Luftreifens.

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