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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Stahlcordfäden, die eine verbesserte
Ermüdungsfestigkeit haben und ihre Zugfestigkeit besser behalten, sowie auf Super-Radialluftreifen für
Lastwagen und Busse und Lieferwagen, die eine verbesserte Reifenhaltbarkeit haben, da bei ihnen solche
Stahlcordfäden als Karkassenlagen-Cordfäden verwendet werden.
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Die Stahlfilamente, aus denen der Stahlcordfaden besteht, reiben sich während des Laufs eines
Reifens im allgemeinen aneinander, so daß die Querschnittsfläche des Stahlfilaments infolge der Reibung
verringert wird, wodurch die Zugfestigkeit des Stahlcordfadens abnimmt. Wenn die Verringerung der
Querschnittsfläche bei dem Stahlfilament nur bei einem Teil des Cordfadens beträchtlich ist, kann ein
solches Stahlfilament durch einen Spannungsstoß oder wiederholtes Biegen leicht brechen. Wenn das
Stahlfilament einmal gebrochen ist, nimmt die Zugspannung in den restlichen Stahlfilamenten zu, und daher
wird ein Ermüdungsbruch des Stahlcordfadens in unerwünschter Weise gefördert.
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Um die Haltbarkeit des Stahlcordfadens zu erhöhen, ist es notwendig, einen vorzeitigen Bruch der
Stahlfilamente bei einem Teil des Stahlcordfadens zu vermeiden. Das heißt, es ist wünschenswert, daß die
Festigkeit der Stahlfilamente in dem Cordfaden gleichmäßig abnimmt.
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Bei der vorliegenden Erfindung wurde die Abnahme der Filamentfestigkeit bei dem
Karkassenlagen-Cordfaden während des Laufs eines Reifens untersucht, und zwar bei Stahlcordfäden, die
eine Schichtverdrillbauweise haben und durch ein spiralförmig herumgewickeltes Wickelfilament
stabilisiert sind, wobei festgestellt wurde, daß die Abnahme der Filamentfestigkeit in der äußersten
Mantelschicht des Cordfadens extrem groß ist und hauptsächlich auf die Reibung an dem Wickelfilament
zurückzuführen ist.
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Der Erfinder hat nun die Stahlcordfäden weiter untersucht, wobei das Wickelfilament entfernt
wurde, um Reibung zu verhindern, und er hat festgestellt, daß die Abnahme der Filamentfestigkeit in der
äußersten Mantelschicht des Cordfadens geringer ist, weil infolge des nicht vorhandenen Wickelfllaments
keine Reibung an dem Wickelfilament erfolgt.
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Wenn kein Wickelfilament verwendet wird, verschlechtert sich jedoch die Bindung des
Cordfadens, und die Stahlfilamente, aus denen der Cordfaden besteht, werden auseinandergedrückt, wenn
der Cordfaden extrem stark gebogen wird, und als Folge davon wird bei dem Cordfaden mit der
Zweischicht-Verdrillbauweise das Phänomen beobachtet, daß das Stahlfilament bricht, wenn eine anormale
Einwirkung auf einen Teil des Stahlfilaments erfolgt. In diesem Fall ist die Bruchlebensdauer des
Cordfadens stark verkürzt, verglichen mit dem stabilisierten Stahlcordfaden, der mit dem Wickelfilament
umwickelt ist. Daher ist es erforderlich, den Cordfaden durch geeignete Mittel zurückzuhalten, um die
Verschlechterung der Cordfaden-Lebensdauer infolge einer extrem starken Biegeeinwirkung zu verhindern.
Außerdem wird auf die Beschreibung von US-A-4781016 hingewiesen.
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Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, die Abnahme der Filamentfestigkeit in der
äußersten Mantelschicht des Stahlcordfadens einer Karkassenlage dadurch zu verhindern, daß die Reibung
zwischen dem Wickelfilament und dem Stahlfilament in der äußersten Mantelschicht vermindert wird,
während die Bindung der Stahlfilamente in dem Cordfaden aufrechterhalten wird, und eine anormale
Einwirkung auf das Stahlfilament während einer starken Biegung des Cordfadens unter Kontrolle gehalten
wird.
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Gemäß der Erfindung wird ein Stahlcordfaden zur Verstärkung von Gummierzeugnissen
verwirklicht, der eine Dreischicht-Verdrillbauweise hat, aufweisend eine Kernschicht, die aus einem einzigen
Stahlfilament besteht eine erste Mantelschicht, die aus sechs um die Kernschicht herum angeordneten
Stahlfilamenten besteht, und eine zweite Mantelschicht, die aus Stahlfilamenten besteht, deren Anzahl um 1
oder 2 Filamente geringer ist als die maximale Anzahl der auf einem Umkreis der ersten Mantelschicht
angeordneten Stahlfilamente, wobei die Stahlfilamente bei der ersten und zweiten Mantelschicht in der
gleichen Verdrillrichtung mit einer verschiedenen Verdrillsteigung verdrillt sind, ohne ein Wickelfilament zu
verwenden, und die Filamentdurchmesser der Kernschicht und der Mantelschichten die folgenden
Beziehungen erfüllen:
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Ds < Dc ≤ 0,20
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Ds · 1,06 ≤ ((Dc + Ds) π)/6 ≤ Ds · 1,1
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wobei Ds der Filamentdurchmesser (mm) der Mantelschicht ist, und Dc der Filamentdurchmesser
(mm) der Kernschicht ist.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die obigen Stahlcordfäden bei einer
Karkassenlage eines Super-Radialluftreifens verwendet, der ein Querschnittsverhältnis von nicht mehr als 80%
hat, wodurch die Abnahme der Filamentfestigkeit infolge Reibung zwischen dem Stahlfllament in der
äußersten Mantelschicht und einem Wickelfilament unter Kontrolle gehalten werden kann, während die
Bindung der Stahlfilamente in dem Cordfaden behalten wird.
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Die Erfindung wird nun weiter beschrieben unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, die
Folgendes darstellen:
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Die Fig. 1 ist eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Stahlcordfadens, der eine 1 + 6 + 11-Schichtverdrillbauweise hat.
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Die Fig. 2 ist eine schematische Schnittansicht eines als Vergleichsbeispiel dienenden
Stahlcordfadens, der eine 1 + 6 + 12 + 1-Schichtverdrillbauweise hat.
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Die Fig. 3 ist eine schematische Ansicht, die die Reibabnutzungstiefe eines Stahlfilaments
wiedergibt
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Bei dieser Art von schichtverdrilltem Cordfaden ist die Ungleichmäßigkeit bei der Abnahme der
Filamentfestigkeit während des Laufs eines Reifens, insbesondere die extreme Abnahme der
Filamentfestigkeit in der äußersten Mantelschicht des Cordfadens, darauf zurückzuführen, daß die
Verdrillrichtung des Wickelfilaments verschieden von der Verdrillrichtung des Stahlfilaments in der äußersten
Mantelschicht ist. Die Kontaktiläche zwischen dem Stahlfilament in der äußersten Mantelschicht und dem
Wickelfilament ist klein, und der Kontaktdruck pro Flächeneinheit wird groß.
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Außerdem wird während des Laufs des Reifens eine Torsionseinwirkung bei dem Karkassenlagen-
Cordfaden in dem Bodenkontaktgebiet des Reifens in der Längsrichtung hervorgerufen. Wenn die
Torsionseinwirkung in einer Richtung hervorgerufen wird, bei der die verdrillte Struktur der äußersten
Mantelschicht gelockert wird, wird eine Torsionseinwirkung in dem Wickelfilament in Richtung einer
stärkeren Verdrillung hervorgerufen, wodurch sich eine relative Bewegung zwischen dem Stahlfilament und
dem Wickelfilament ergibt, wenn die Verdrillrichtung des Wickelfilaments verschieden von der
Verdrillrichtung des Stahlfllaments in der äußersten Mantelschicht ist. Wenn zusätzlich zu dem großen
Kontaktdruck eine große relative Bewegung hervorgerufen wird, wird die Reibung zwischen dem
Wickelfilament und dem Stahlfilament in der äußersten Mantelschicht gefördert, wodurch die
Querschnittsfläche des Stahlfilaments verringert wird, und daher eine Abnahme der Filamentfestigkeit in der
äußersten Mantelschicht hervorgerufen wird.
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Wenn die Verdrillrichtungen des Cordfadens bei der ersten Mantelschicht und der zweiten
Mantelschicht entgegengesetzt sind, wird in ähnlicher Weise der Kontaktdruck zwischen den Stahlfilamenten
dieser Schichten groß, wodurch die Reibung zwischen diesen Stahlfilamenten gefördert wird, und daher die
Querschnittsfläche des Stahlfilaments verringert wird, so daß eine Abnahme der Filamentfestigkeit in diesen
Mantelschichten hervorgerufen wird.
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Außerdem löst sich der auf der Oberfläche des Stahlfilaments gebildete, plattierte Film in einem
Bereich ab, wodurch die Querschnittsfläche des Stahlfllaments (abgenutzter Bereich) verringert wird, und
daher das Stahlfilament in diesem Bereich leicht korrodiert, was die Widerstandsfähigkeit gegen
Korrosionsermüdung bei dem Cordfaden stark beeinträchtigt.
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Wenn ein Stahlcordfaden mit Schichtverdrillbauweise durch Verdrillen der Stahlfilamente der ersten
und der zweiten Mantelschicht in der gleichen Richtung ohne Verwendung eines Wickelfllaments gebildet
wird, wird keine Abnahme der Filamentfestigkeit hervorgerufen. Wenn jedoch die Stahlfilamente in jeder
Mantelschicht dicht angeordnet sind, und eine große Biegekraft auf den Cordfaden ausgeübt wird, wie oben
erwähnt wurde, werden diese Stahifilamente auseinandergedrückt, und in einem Teil dieser Stahlfilamente
wird eine anormale Einwirkung hervorgerufen, so daß sich ein Bruch des Stahlfllaments ergibt, wodurch die
Lebensdauer des Cordfadens in unerwünschter Weise verkürzt wird.
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Dagegen wird bei dem erfindungsgemäßen Stahlcordfaden die Anzahl der Stahlfilamente in der
äußersten Mantelschicht (zweiten Mantelschicht) um 1 oder 2 Filamente kleiner gemacht als die maximale
Anzahl der auf einem Umkreis der innersten Mantelschicht (ersten Mantelschicht) dicht angeordneten
Stahlfilamente, so daß die Stahlfilamente der äußersten Mantelschicht durch einen in die Zwischenräume
zwischen den Stahlfilamenten der äußersten Mantelschicht eingedrungenen Beschichtungsgummi
zurückgehalten werden, wodurch sich eine im wesentlichen gleiche Wirkung wie bei der Verwendung des
Wickelfllaments ergibt. Das heißt, die Abnahme der Filamentfestigkeit kann unterdrückt werden, um die
Verkürzung der Lebensdauer des Cordfadens bei Ausübung einer großen Biegekraft unter Kontrolle zu halten.
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Gemäß der Erfindung hat der Stahlcordlbden vorzugsweise eine 1 + 6 + 11-Dreischicht-
Verdrillbauweise, wie in der Fig. 1 gezeigt ist.
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Wenn die Anzahl der Stahlfilamente in der äußersten Mantelschicht um 3 oder mehr Filamente
kleiner als die maximale Anzahl der auf einem Umkreis der innersten Mantelschicht dicht angeordneten
Stahlfilamente ist, wird leicht eine Abweichung der Stahlfilamente in der äußersten Mantelschicht
hervorgerufen, und die Herstellung eines solchen Cordfadens wird sehr schwierig.
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Wenn sechs Stahifilamente als eine erste Mantelschicht um ein einzelnes Stahlfilament als
Kernschicht herum verdrillt werden, und alle diese Stahlfilamente den gleichen Filamentdurchmesser haben,
ist die Querschnittsform der ersten Mantelschicht infolge der Verdrillung dieser Stahifilamente um den Kern
herum im wesentlichen eilipsoidisch, so daß der Kontaktdruck zwischen den Stahifilamenten der ersten
Mantelschicht zunimmt, wodurch die Ermüdungsfestigkeit der Stahifilamente in der ersten Mantelschicht
abnimmt.
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Daher ist festgestellt worden, daß die Verschlechterung der Ermüdungsfestigkeit wirksam verhindert
werden kann, wenn der Filamentdurchmesser in der Kernschicht dicker gemacht wird als der
Filamentdurchmesser in der ersten Mantelschicht, um den Kontaktdruck zwischen den Filamenten der ersten
Mantelschicht zu verringern. Wenn jedoch die Differenz des Filamentdurchmessers zwischen der Kernschicht
und der ersten Mantelschicht zu groß ist, können sich die Stahlfilamente der ersten Mantelschicht leicht um die
Keruschicht herum bewegen, und daher nimmt die Abnutzung der Kernschicht durch Reibung an diesen
Stahlfilamenten zu, wodurch die Ermüdungsfestigkeit der Kernschicht verringert wird. Um dieses Problem zu
lösen, erfüllen die Filamentdurchmesser bei der Kemschicht und der ersten Mantelschicht die folgenden
Beziehungen:
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Ds < Dc ≤ 0,20
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Ds · 1,06 ≤ ((Dc + Ds) x π)/6 ≤ Ds · 1,1
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wobei Ds der Filamentdurchmesser (mm) der Mantelschicht ist, und Dc der Filamentdurchmesser
(mm) der Kernschicht ist.
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Wenn der Filamentdurchmesser größer wird, wird selbst bei dem obigen Cordfaden ein Bruch des
Filaments hervorgerufen, wenn eine extrem große Biegekraft auf den Cordfaden ausgeübt wird. Ein solcher
Bruch kann vermieden werden, wenn die Oberflächendehnung des Stahlfilaments verringert wird. Im
allgemeinen wird die Oberflächendehnung e des Stahlfilaments näherungsweise wiedergegeben durch c =
D/2R (wobei D der Filamentdurchmesser ist, und R der Krümmungsradius beim Fliegen des Cordfadens ist).
Das heißt, um die Oberflächendehnung s des Stahlfllaments unter einer konstanten Biegekraft R zu verringern,
muß der Filamentdurchmesser D möglichst klein gemacht werden.
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In diesem Zusammenhang hat der Erfinder aufgrund verschiedener Versuche festgestellt, daß ein
Filamentdurchmesser, der keinen Bruch des Stahlfllaments hervorruft, nicht größer als 0,20 mm sein darf,
wenn bei einem Super-Radialluftreifen, insbesondere einem Niederquerschnittsprofil-Radialluftreifen, der ein
Querscbnittsverhältnis von nicht mehr als 80% hat, eine extrem große Biegekraftt auf den Karkassenlagen-
Cordfaden ausgeübt wird. Das heißt, wenn der Filamentdurchmesser 0,20 mm übersteigt, nimmt die
Oberflächendehnung in unerwünschter Weise zu.
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Um die notwendige Cordfadenfestigkeit sicherzustellen, wenn der Filamentdurchmesser möglichst
klein gemacht wird, werden zwei Mantelschichten um die Kernschicht herum angeordnet. Wenn drei oder
mehr Mantelschichten auf der Keruschicht gebildet werden, wird die Verdrillbauweise komplizierter, und
insbesondere ist es sehr schwierig, diese Mantelschichten mit der gleichen Verdrillrichtung zu bilden.
Außerdem wird vorzugsweise ein sogenanntes hochfestes Stahldrahtfilament, das eine Zugfestigkeit von nicht
weniger als 333 kg/cm² hat, als Stahlfliament verwendet.
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Die folgenden Beispiele werden zur Veranschaulichung der Erfindung wiedergegeben und stellen
keine Begrenzung der Erfindung dar.
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Es werden mehrere zu testende Niederquerschnittsprofil-Radialreifen für Lastwagen und Busse
bereitgestellt, wobei jeder der Reifen die Reifengröße 11/70R22.5 14PR hat.
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Bei dem erfindungsgemäßen Reifen wird ein Stahlcordfaden mit Dreischicht-Verdrillbauweise, wie
in der Tabelle 1 und der Fig. 1 (1 + 6 + 11-Verdrillbauweise) wiedergegeben, bei einer Fadendichte von 22
Cordfäden/5 cm in einer radialen Karkassenlage verwendet, wobei die Kennziffer 1 ein Stahliament
bezeichnet, das eine Kernschicht bildet, die Kennziffer 2 ein Stahlflulament einer ersten Mantelschicht
bezeichnet, und die Kennziffer 3 ein Stahlfilament einer zweiten Mantelschicht bezeichnet. Bei den
Vergleichsreifen werden ein Stahlcordfaden mit Dreischicht-Verdrillbauweise, der mit einem Wickelfilament
versehen ist (1 + 6 + 12 + 1-Verdrillbauweise), wie in der Tabelle 1 und der Fig. 2 (die Kennziffer 4 bezeichnet
ein Wickelfilament) wiedergegeben ist, bei dem Vergleichsbeispiel 1 verwendet, ein Stahlcordfaden mit einer
1 + 6 + 12-Verdrillbauweise, wie in der Tabelle 1 wiedergegeben, bei dem Vergleichsbeispiel 2 verwendet, und
Stahlcordfäden mit einer 1 + 6 + 11-Verdrillbauweise, die die in der Erfindung definierte Beziehung des
Filamentdurchmessers zwischen der Kernschicht und der Mantelschicht nicht erfüllen, bei den
Vergleichsbeispielen 3-S verwendet.
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Die nach dem üblichen Lauf behaltene Zugfestigkeit des Cordfadens, und der Prozentsatz des
Filamentbruchs und die Reibabnutzungstiefe nach dem Lauf unter einer großen Biegekraft werden bei diesen
Testreifen nach den folgenden Beurteilungsmethoden gemessen, wobei die in der Tabelle 1 wiedergegebenen
Ergebnisse erhalten wurden.
(1) BEHALTENE ZUGFESTIGKEIT BEI DEM CORDFADEN
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Der einem Innendruck von 8 kp/cm² unterworfene Testreifen wird in der üblichen Weise bei einer
Geschwindigkeit von 60 km/h unter einer JIS-Last von 100% auf einer Trommel laufen gelassen. Danach
werden 10 Karkassenlagen-Cordfäden aus dem Reifen herausgenommen, und es wird die Bruchfestigkeit
dieser Cordfäden mittels einer Zugtestmaschine vom Instron-Typ gemessen, um einen mittleren Wert der
Bruchfestigkeit zu bestimmen. Um die behaltene Zugfestigkeit des Cordfadens zu beurteilen, wird der obige
Mittelwert durch einen Mittelwert der Bruchfestigkeit von 10 Cordfäden dividiert, die aus einem neuen Reifen
herausgenommen wurden.
(2) REIBABNUTZUNGSTIEFE
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Nachdem der Testreifen unter den obigen Bedingungen auf der Trommel laufen gelassen wurde, wird
die Karkassen-Cordlage aus dem Reifen herausgenommen, und dann werden zwei Stahlfilamente aus jeder
Schicht der Cordlage herausgenommen. Danach wird die Verringerung des Filamentdurchmessers infolge der
Reibung oder die Reibabnutzungstiefe Df, wie in der Fig. 3 gezeigt, in einem Gebiet von 14,5 cm ± 2 cm
beiderseits der Äquatorebene gemessen, wobei die in der Tabelle 1 wiedergegebenen Ergebnisse erhalten
wurden, bei denen der maximale Wert ihr den Vergleich gewählt wurde.
(3) PROZENTSATZ DES FILAMENTBRUCHS
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Danach wird der einem Innendruck von 1 kp/cm² unterworfene Testreifen auf der Trommel bei einer
Geschwindigkeit von 60 km/h unter einer JIS-Last von 40% (d. h. bei einer großen Biegekraft) über eine
Strecke von 10,000 km laufen gelassen, und dann werden 10 Karkassenlagen-Cordfäden aus dem Reifen
herausgenommen, bei denen die Anzahl der gebrochenen Filamente gemessen wird. Der Prozentsatz des
Filamentbruchs wird durch den Prozentsatz der Anzahl der gebrochenen Filamente bezüglich der gesamten
Anzahl der Filamente der 10 Cordfäden wiedergegeben. Je kleiner der numerische Wert ist, desto besser ist
der Prozentsatz des Filamentbruchs.
TABELLE 1
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*1: Ds · 1,06 ≤
((Ds + Dc) · π)/6 Ds · 1,10,
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o zufriedenstellend, x nicht zufriedenstellend
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*2: Bei der Reibabnutzungstiefe ist in der Klammer die Lage des Stahlfilaments angegeben, das
den maximalen Wert aufweist.
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Wie oben erwähnt wurde, ist bei dem erfindungsgemäßen Stahlcordfäden die Abnutzung der
Stahifilamente in der äußersten Mantelschicht des Cordfadens infolge Reibung verringert, da kein
Wickelfilament vorhanden ist und die Abnahme der Filamentfestigkeit bei dem Cordfaden beseitigt,
wodurch die Nutzungsdauer des Cordfadens verbessert wird. Wenn der erfindungsgemäße Stahlcordfaden
bei der Karkassenlage eines Super-Radialluftreifens verwendet wird, wird die Reifenhaltbarkeit verbessert.