Pannensichere Bereifung

Die Erfindung betrifft eine pannensichere Bereifung für Fahrzeuge, z.B. für Automobile, Motorräder, Fahrräder, Kinderwagen, Rollstühle, Handkarren und dergleichen. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Schlauch für Fahrradreifen. Das Prinzip kann aber auch auf schlauchlose Fahrradreifen oder auf Kraftfahrzeugreifen angewendet werden.

Prinzipiell ist es zum Beispiel für die Bereifung von Rollstühlen bekannt, Reifen aus einem Vollmaterial einzusetzen. Ein solcher Reifen ist aber relativ schwer, federt Stöße schlecht ab und ist auch relativ teuer. Eine Alternative sind pneumatische Bereifungen. Diese sind allerdings pannenanfälliger, und sie müssen regelmäßig aufgepumpt werden.

Seit der Verwendung pneumatischer Bereifungen, d.h. schlauchloser pneumatischer Reifen und Bereifungen aus pneumatischen Schläuchen und sie aufnehmenden Mänteln, existieren Bestrebungen, Defekte der Luftkammern dieser pneumatischen Bereifung zu vermeiden bzw. entstandene Defekte zu beheben, um den weiteren Einsatz der pneumatischen Bereifung ohne einen umständlichen Wechsel des pneumatischen Reifens bzw. Schlauchs zu ermöglichen.

Im Stand der Technik gibt es folgende Möglichkeiten zur Reduzierung des Risikos bzw. zur Vermeidung eines Reifendefekts:

Produkte der Firma Ralf Bohle GmbH, Reichsdorf, lehren, den Fahrradreifen dicker (bis ca. 1 cm) zu gestalten. Dies kann zwar die meisten Reifenpannen vermeiden, längere Fremdkörper können aber den Mantel durchdringen. Außerdem haben diese Reifen einen größeren Rollwiderstand als einfache Reifen und sind relativ teuer.

Die im Handel erhältlichen Produkte der Firma Michelin, Clermont-Ferrand, Frankreich, lehren, den Fahrradschlauch dicker (ca. 5 mm) zu gestalten. Auch dieser kann jedoch von längeren Fremdkörpern durchdrungen werden.

ähnlich ist auch der in der DE 118736 offenbarte Luftschlauch gestaltet, der im ausgedehnten Zustand so mit einem Gummistreifen beklebt wurde, dass dieser im nicht ausgedehnten Zustand eine starke Kompression erfährt. Wird die Lauffläche durch Eindringen eines scharfen Gegenstandes verletzt, so kann sich die betreffende öffnung sofort wieder selbsttätig schließen. Auch dies erfolgt jedoch nur, wenn der eindringende Gegenstand keine zu großen Löcher erzeugt.

Produktentwicklungen der Firmen Ralf Bohle GmbH, Michelin und der Continental AG, Hannover, lehren, den Fahrradreifen mit einem reißfesten Gewebe (z.B. Kevlar) zu verstärken. Scharfe und eckige Fremdkörper können dies jedoch unter Umständen durchtrennen.

Bei einem Reifen der Chariots All Terrain Pushchairs, Spreyton, UK wird eine Einlage aus Kunststoff zwischen dem Schlauch und dem Mantel eingefügt. Auch diese kann jedoch durchdringen werden und vermindert weiterhin die Elastizität gegen Stöße und erhöht den Rollwiderstand.

Produkte der Firma Aerotube Technology LLC, Comville, USA lehren, einen Schlauch mit einer Füllung aus Schaum o.a. zu verwenden. Im Laufe der Zeit lässt die Stabilität dieser Schläuche jedoch nach, ihr Rollwiderstand ist höher, sie können Stöße nicht gut abfedern, und sie können bei einem Reifenwechsel nicht wieder verwendet werden.

Die DE 437673 lehrt die Verwendung eines Zweikammerluftschlauchs, dessen nach dem Laufmantel zu liegende Kammer gegen Verletzungen des Schlauchs mit Schwammgummi gefüllt ist, wobei der Schwammgummi mit einer der Kammerwände verbunden und mit einer Dichtflüssigkeit getränkt ist. Die Fähigkeit, größere Löcher zu flicken, ist jedoch bei diesem Schlauch vermindert.

In der DE 94142 wird ein selbstdichtender Luftreifen beschrieben, bei dem eine Schicht unvulkanisierten Gummis zum Zweck der Verhütung der Oxidation und des Erhärtens des unvulkanisiertem Gummis und zur Sicherung seiner Lage an der erforderlichen Stelle in einer hermetisch abgeschlossenen Tasche oder Kammer untergebracht ist. Dies nicht vulkanisierte Gummi hat jedoch den Nachteil, dass es

mit der Zeit durchhärtet und somit im Falle eines Reifendefektes nicht mehr abdichtend wirken kann. ähnliche selbstdichtende Luftreifen bzw. Schläuche, bei denen sich in einer Tasche ein Dichtmittel befindet, werden in der US 2003/0205308, der US 1 ,689,907 und der EP 1 201 431 beschrieben. Bei einem durch ein großes Objekt verursachten Schaden des Luftreifens kann das Dichtmittel das Loch jedoch nicht vollständig verschließen und läuft stattdessen aus der Tasche aus.

Bekannt ist auch, ein Gel in den Schlauch zu füllen. Dies Gel wird vorbeugend oder nach dem Auftritt eines Defektes durch das Ventil in den Schlauch gegeben. Es bildet zusammen mit der austretenden Luft im Falle eines Defektes einen Pfropfen, der das Loch verschließt. Hierbei kann das Loch zum Beispiel durch kleine Fäden verstopft werden. Dabei kann jedoch immer noch Luft austreten. Es muss also eine Luftpumpe mitgeführt werden. Größe Löcher können weiterhin nicht geflickt werden. Durch derartige Gele können, je nach Einsatzgebiet, nur Löcher in der Bereifung mit einem Objektdurchmesser von maximal 3 mm (Fahrradreifen) bzw. maximal 10 mm (Autoreifen) geflickt werden, da die im Handel erhältlichen Dichtgele je nach Spezifikation mit unterschiedlicher Viskosität und mit unterschiedlichen Anteilen weiterer Bestandteile formuliert sind (vgl. Angaben für das Dichtgel der Marke Profex der Firma Stinnes-Intertec sowie für das Reifendichtgel Dr. Loc der TERRA-S Automotive Systems GmbH & Co. KG, Owingen). Diese unterschiedlichen Viskositäten und Anteile weiterer Bestandteile werden durch das gewünschte Fließverhalten im zu flickenden Reifen, welches vom Durchmesser des Reifens und der typischen Fahrgeschwindigkeit abhängt, bedingt. Außerdem kann auch das Ventil durch die Befüllung mit dem Dichtgel verkleben. Um letzteres zu vermeiden, hat die Firma Honda eine Reihe von Patentanmeldungen (z.B. JP-08-22502, EP 1 201 461 und DE 699 03 876) formuliert.

Hieraus ergibt sich, dass eine mehrschichtige Gestaltung und die Verwendung von Gelen bekannt ist. Bei den Patentanmeldungen der Firma Honda versucht sich das Gummi, das zwischen der Luftkammer und der Dichtmittelkammer ist, zur Luftkammer hin zusammen zu ziehen. Dadurch ist der Druck in der Dichtmittelkammer niedriger als in der Luftkammer. Bei Durchdringung dieses Gummis dringt Luft von der Luftkammer in die Dichtmittelkammer ein, und auch Gel kann durch das

Loch treten. Das Gummi entspannt sich, bis es gradlinig ist. Eine weitere Pannensicherheit ist nicht mehr gewährleistet.

Es ist somit Aufgabe der Erfindung, eine pannensichere Bereifung bereitzustellen, die auch pannensicher ist beim Eindringen langer, größerer und scharfer Fremdkörper, und die somit auch größere Löcher in der Bereifung zu flicken vermag. Insbesondere soll keine Luft aus der pannensicheren Bereifung austreten. Weiterhin soll die Mitnahme einer Luftpumpe nicht erforderlich sein. Schließlich soll eine entsprechende pannensichere Bereifung bereitgestellt werden, die die üblichen Anforderungen von Bereifungen erfüllt. Insbesondere soll diese einen entsprechenden Rollwiderstand und eine geeignete Elastizität gegen Stöße aufweisen. Weiterhin sollen entsprechende Bereifungen unter Verwendung eines Schlauchs den Einsatz einfacher, preisgünstiger Mäntel gestatten.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine pannensichere Bereifung, d.h. einen pannensicheren Schlauch zusammen mit einem Mantel bzw. einen pannensicheren schlauchlosen Reifen, in der ein Dichtmittel von einem Gummi oder einem anderen gummiartigen Material gegen die Lauffläche des Schlauchs bzw. des Reifens gedrückt wird, so dass in dieser Kammer ein höherer Druck als in der Luftkammer ist. Das gedehnte Gummi bzw. das gedehnte gummiartige Material will sich zur Dichtmittelkammer hin zusammenziehen, d.h. das Gummi bzw. das gummiartige Material wirkt komprimierend auf den Inhalt der Dichtmittelkammer.

Bevorzugt befindet sich das Dichtmittel der pannensicheren Bereifung in mindestens einer von der Luftkammer abgeschlossenen Dichtmittelkammer, die aus der Innenseite der Lauffläche der Bereifung und aus dem Gummi oder dem gummiartigen Material gebildet wird.

Die pannensichere Bereifung ist am Beispiel eines pannensicheren Schlauchs in der Figur 1 schematisch dargestellt. Im Bereich der Innenseite der Lauffläche bilden der Schlauch 1 und ein Gummi 3 eine Dichtmittelkammer. Das Gummi 3 ist von der Dichtmittelkammer aus betrachtet nach außen zur Luftkammer 4 hin gewölbt und gedehnt, so dass es sich zur Dichtmittelkammer hin zusammen ziehen will und dadurch in der Dichtmittelkammer eine Druckerhöhung bewirkt. Der Druck in dieser

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Dichtmittelkammer ist höher als in der Luftkammer 4. Die Dichtmittelkammer, d.h. das Gummi 3 und/oder die Innenseite der Lauffläche des Schlauchs, der die Dichtmittelkammer begrenzt, kann aus Materialien mit einem anderen E-Modul bestehen als der restliche Schlauch, um gegebenenfalls Gewicht einzusparen und um die Dehnung im Bereich einer Einstichstelle möglichst klein zu halten. Dies kann wegen der Definition der Form und der Druckerhöhung erforderlich sein. Bei einer Coextrusion können verschiedene Materialien zusammen extrudiert werden. In der Dichtmittelkammer ist ein Dichtmittel 2.

Das Dichtmittel ist so beschaffen, dass es durch normal mögliche Löcher bzw. Risse im Schlauch bzw. im Reifen nicht austreten kann bzw. sie sehr schnell verstopft. Dies kann z.B. durch mindestens einen zugesetzten Füllstoff erreicht werden. Als Füllstoffe sind in diesem Kontext Stoffe zu verstehen, die in dem Dichtmittel ungelöst vorliegen und eine ausreichende Größe und geeignete Gestalt haben, um z.B. durch ein Verkanten oder Verflechten miteinander einen mechanischen Verschluss eines Defekts der Bereifung zu bewirken. Insbesondere sind unter dem Füllstoff Fäden und/oder andere feste, klumpige Bestandteile zu verstehen.

Es können grundsätzlich übliche Füllstoffe verwendet werden, wie Gummi-Partikel, Cellulose, Carbonate, Silikate, Kieselerde und dergleichen sowie Mischungen davon. Als faserige Füllstoffe, d.h. Fäden, können zusätzlich dazu oder alternativ insbesondere Cellulosefasern, Glasfasern, Nylonfasern und/oder Baumwollfasern sowie flächenförmige Gewebestücke der genannten Fasern eingesetzt werden.

Derartige Füllstoffe sind vorzugsweise in einer Menge von mindestens 0,1 Gew.-%, insbesondere in einer Menge von 0,1 Gew.-% bis 5 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht des Dichtmittels, enthalten.

Bevorzugt umfasst das Dichtmittel ein Gel. Weiter bevorzugt umfasst das Dichtmittel ein wässriges Gel. Es gibt bereits Gele, die aber für diesen Fall weiter optimiert werden können. Diese Gele enthalten üblicherweise mindestens ein Dichtmittel, einen Haftvermittler, Wasser und weiterhin optional z.B. Antigeliermittel, Dispergiermittel, Lösemittel, Farbstoffe, allgemein Konservierungsstoffe wie z.B. Antioxidantien, und Bakterizide, sowie Katalysatoren. Ein handelsübliches

Reifendichtgel für Nutzfahrzeuge (bis 80 km/h und 3,5 bar Reifendruck) kann Löcher bis zu einem Objektdurchmesser von 10 mm abdichten. Im Unterschied zu dem bekannten Verfahren mit den üblichen Reifendichtgelen für Fahrräder (Abdichtung bis 3 mm Objektdurchmesser) können hier mehr größere und klumpigere Bestandteile verwendet werden. Das erfindungsgemäß verwendete Reifendichtgel kann zähflüssiger sein, da es sich nicht durch die Zentrifugalkraft während des Fahrens verteilen muss.

Im Extremfall fließt das Dichtmittel nur unter Druck. Es kann durch den Druck in der Dichtmittelkammer plastisch verformt werden.

Das Dichtmittel kann bei der Herstellung des Schlauchs (s.u.) in die Dichtmittelkammer gespritzt werden. Dabei kann bereits bei der Herstellung ein überdruck erzeugt werden. Nach der Montage des Schlauchs und des Reifens kann das Dichtmittel ungleichmäßig verteilt sein. Durch den Druck in der Dichtmittelkammer und durch die Fliehkräfte während des Fahrens kann es aber wieder weiter verteilt werden.

Hat ein Fremdkörper die Bereifung durchdrungen, so wird dadurch das Dichtmittel beim Herausziehen des Fremdkörpers wieder an die Stelle des Fremdkörpers gedrückt, das heißt, das Dichtmittel bewegt sich durch den höheren Druck in der Dichtmittelkammer im Vergleich zur Atmosphäre zu der äußeren Einstichstelle in der Schlauch- bzw. Reifenwand (und gegebenenfalls auch zu der inneren Einstichstelle im Gummi) und verschließt dort die Einstichöffnungen zunächst durch eine Blockierung mit dem Füllstoff und gegebenenfalls nachfolgend durch Aushärtung des Dichtmittels an der Luft. Dadurch kann keine Luft aus dem Schlauch austreten. Durch das Hineindrücken des Dichtgels zum Leck wirkt mehr Dichtgel abdichtend, als wenn nur etwas Material aus der Umgebung des Lecks durch Luftzug zum Leck hin gezogen wird, so dass größere Löcher abgedichtet werden können.

Ist das Dichtmittel 2 so beschaffen, dass es durch ein Loch im Gummi 3 oder im gummiartigen Material in die Luftkammer 4 eindringen kann, so kann dies von einem Gewebe 5 (vgl. Figur 2) verhindert werden. Als Gewebe ist in diesem Kontext jedes Material zu verstehen, das aufgrund einer quervernetzten oder gewobenen Struktur nur schlecht von einem Fremdkörper durchdrungen werden kann und das somit eine

Verstärkung des Gummis oder des gummiartigen Materials bewirkt. Insbesondere sind als Gewebe textile Gewebe aus natürlichen oder synthetischen Fasern, Gitter und Netze aus Metall oder Kunststoff sowie weiche Kunststoffe und Kunststoffschäume mit den genannten Eigenschaften zu verstehen. Bevorzugt ist das Gewebe elastisch. Das Gewebe ist vorzugsweise auf der zur Luftkammer hin orientierten Seite des Gummis oder des gummiartigen Materials angeordnet. Hierbei kann es sich z.B. um ein elastisches, luftdurchlässiges Gewebe (z.B. Schaumstoff, insbesondere PUR-Schaumstoff) handeln. Entweder schneidet der Fremdkörper ein kleines Loch in das Gewebe 5, oder es wird im Bereich des Fremdkörpers von dem Gummi oder dem gummiartigen Material weg gedrückt. Es kann höchsten nur ein kleiner Raum entstehen, der von dem Dichtmittel gefüllt werden kann, d.h. trotz einer möglichen Fremdkörperdurchdringung des Gummis oder des gummiartigen Materials kann das Dichtmittel nicht in die Luftkammer gelangen. Es bleibt genügend Dichtmittel zurück, um weitere Löcher zu stopfen.

Als Kraft gegen den Druck der austretenden Flüssigkeit kann das Gewebe z.B. direkt bei der Extrusion des Schlauchs in das Gummi oder das gummiartige Material hineingearbeitet werden, oder es wird anschließend auf das Gummi oder das gummiartige Material geklebt. Der Gegendruck kann auch von dem Gewebe selbst (wenn der Luftraum komplett ausgefüllt wird) oder einem weiteren Gummi erzeugt werden. Das heißt, das gummiartige Material, das das Dichtmittel gegen die Lauffläche der Bereifung drückt, kann identisch mit dem Gewebe sein.

Das Gewebe kann die Luftkammer des Schlauchs ganz oder - wie in Figur 2 dargestellt - nur teilweise ausfüllen. Da das Gewebe zusammengedrückt werden kann, besteht kein Hindernis bei der Montage des Schlauchs auf die Felge. Es stellt auch keinen nennenswerten Widerstand beim Aufpumpen des Schlauchs dar.

Eine andere Variante der Gestaltung der erfindungsgemäßen Bereifung am Beispiel eines Schlauchs zeigt Figur 3. Hier weist der Schlauch 1 mehrere kleinere Kammern für Dichtmittel 2 nebeneinander auf, d.h. anstelle einer im Bereich der Lauffläche befindlichen Dichtmittelkammer befinden sich in dieser Ausführungsform dort mehrere kleinere, die im wesentlichen nebeneinander angeordnet sind. Dadurch wird Dichtmittel 2 eingespart, und der Schlauch wird leichter. Das luftdurchlässige

Gewebe 5 kann die ganze Luftkammer ausfüllen. Auch im Bereich der Trennwände zwischen den Dichtmittelkammern gibt es einen Pannenschutz. Am einfachsten geht dies, wenn die Dichtmittelkammern unterschiedlich groß sind, wie in Figur 4 dargestellt. Eine größere Kammer überragt dadurch eine kleinere Kammer und legt sich zum Teil auf sie, oder ihre Wände werden schräg zur Lauffläche sein, d.h. die Dichtmittelkammern weisen, wie in Figur 5 dargestellt, gemeinsame Trennwände auf, die nicht in Richtung des Bereifungsmittelpunktes hin orientiert sind. Ausführungsformen dieser erfindungsgemäßen Bereifung werden beispielhaft für einen Schlauch in den Figuren 3 bis 5 dargestellt. Es wird eine Form verursacht, bei der ein eindringender Körper in mindestens eine Dichtmittelkammer eindringen muss. Diese besonders bevorzugte Ausführungsform gewährleistet somit einen weiter verbesserten Pannenschutz, weil der eindringende Körper bei einer geeigneten Orientierung mehr Trennwände verletzen muss, bevor der Luftraum der Bereifung erreicht wird, und weil jedes durch ihn verursachte Loch in den Trennwänden durch Dichtmittel aus unterschiedlichen Dichtmittelkammern geflickt wird. Selbst im Falle einer kompletten Zerstörung einer Dichtmittelkammer steht somit noch Dichtmittel zur Reparatur der anderen Löcher zur Verfügung, so dass die Wahrscheinlichkeit erhöht wird, dass die Luftkammer intakt bleibt. Eine andere, aber weniger gute Möglichkeit ist, dass die gleich großen Kammern in der Höhe leicht versetzt sind. Hierfür muss das äußere Gummi, d.h. die Lauffläche des Schlauchs, unterschiedlich dick sein. Es kann auch ausreichen, wenn die Trennwände sehr dünn gestaltet werden. Auch kann eine weitere, kleine Dichtmittelkammer genau über der Trennfläche sein

Für Bereifungen auf Basis eines Mantels und eines Schlauchs ist der Einsatz beider Varianten sowohl für Gruppenschläuche, d.h. Schläuche mit einem definierten Durchmesser, aber variabler Breite, und für Spezialisten, d.h. Schläuche definierter Durchmesser und Breite, möglich.

Die erfindungsgemäße pannensichere Bereifung bietet einen besonders guten Pannenschutz für Schläuche bzw. Reifen mit einer Breite (vgl. Figur 1 , dargestellt ist die Schlauchbreite 6) von kleiner als 120 mm, weiter bevorzugt kleiner als 100 mm, besonders bevorzugt kleiner als 70 mm. D.h., die erfindungsgemäße Bereifung ist besonders geeignet für einen Pannenschutz von Motorrädern, Fahrrädern, Kinderwagen, Rollstühlen, Handkarren und dergleichen. Ganz besonders geeignet

ist die Erfindung für den Pannenschutz von Fahrrädern, Kinderwagen, Rollstühlen und Handkarren.

Bei der Extrusion der Bereifung, z.B. bei der Extrusion des Fahrradschlauchs können die Dichtmittelkammern in einem Arbeitsgang durch ein Werkzeug hergestellt werden. Das Gewebe kann ebenfalls direkt bei der Extrusion mit dem Gummi bzw. dem gummiartigen Material verbunden werden. Alternativ kann es auch anschließend auf das Gummi bzw. das gummiartige Material geklebt werden. Die einzelnen Schläuche werden dann abgelängt und das Ventil wird eingefügt. Das Gewebe kann anschließend in die abgelängten Stücke hineingeschäumt werden, oder es wird zum Schluß durch die Ventilöffnung in die Luftkammer geschäumt. Vor der Vulkanisation und der damit stattfindenden Verbindung der beiden Enden muss unter Umständen ein Steg am Gummi bzw. am gummiartigen Material angebracht werden. Die einzelnen Trennwände zwischen den Kammern müssen nicht (können aber) miteinander verbunden werden. Ein sowieso nur minimaler Material-, d.h. Dichtmittelaustausch zwischen den Kammern beeinträchtigt nicht ihre Effizienz. Eine andere Möglichkeit ist, dass ein Werkzeug an der Verbindungsstelle eingeführt wird, welches die einzelnen Gummis bzw. nur das Gummi bzw. das gummiartige Material an der Verbindungsstelle überlappend oder auf Stoß fixiert. Wenn nur das Gummi bzw. das gummiartige Material fixiert wird, dann kann das Werkzeug sowohl über die Dichtmittelkammer als auch über die Luftkammer eingeführt werden. Für die Vulkanisation wird sowohl in der Luftkammer (durch das Ventil) als auch in den Dichtmittelkammern ein überdruck erzeugt. Die hierfür erforderlichen öffnungen in den Dichtmittelkammern können auch für die Befüllung mit dem Dichtmittel benutzt werden. Vorzugsweise befinden sich diese öffnungen der Dichtmittelkammern im Bereich der Lauffläche. Wurde ein über die Dichtmittelkammer eingeführtes Werkzeug bei der Vulkanisation verwendet, dann können hierfür auch diese öffnungen benutzt werden. Sie können anschließend durch eine Kaltvulkanisation verschlossen werden. Alternativ können die Dichtmittelkammern auch mit einer Füllvorrichtung durch das Luftventil befüllt werden.

Wenn bei der Vulkanisation der Druck so hoch ist, dass die Vulkanisationstemperatur nicht über der entsprechenden druckabhängigen Siedetemperatur des Dichtmittels

ist, dann kann das Dichtmittel auch schon vor der Vulkanisation in die Dichtmittelkammem gefüllt werden.

Der nicht aufgepumpte Schlauch wird durch das zusätzliche Material, d.h. die gefüllten Dichtmittelkammern, zwar dicker, dies ist aber bei der Montage kein Hindernis. Eine Möglichkeit ist z.B., eine Seite des Mantels über die Felge zu ziehen, ihn auf der Seite der Felge zu lassen, das Ventil durch die öffnung der Felge zu stecken, den Schlauch in den Mantel zu legen, den Mantel weiter über die Felge zu schieben und die andere Seite des Mantels über den Felgenrand zu heben. Ein Verdrehen des Schlauches ist durch den Druck in der/den Dichtmittelkammer(n) ausgeschlossen.

Durch die vorliegende Erfindung werden auch größere Löcher im Schlauch abgeschlossen, ohne dass Luft austreten kann. Es können auch mehrere Löcher abgedichtet werden. Rollwiderstand und Elastizität gegen Stöße sind mit denen einfacher Schläuche vergleichbar. Die Schläuche können u.U. nach einem Reifenwechsel wieder verwendet werden. Das zusätzliche Gewicht wird in der Praxis unerheblich sein.

Dieser Schlauch ermöglicht die Kombination mit einem vergleichsweise preiswerten Mantel bei besserem Pannenschutz und optimierten Rolleigenschaften.