DE102008055497B4

DE102008055497B4 - Elastischer Artikel, insbesondere Antriebsriemen, mit einer Textilauflage und einem Haftvermittler aus schmelzbarem Kunststoff

Info

Publication number: DE102008055497B4
Application number: DE102008055497.9A
Authority: DE
Inventors: Dr. Kanzow Henning; Marko Schleicher; Siegmar Gebhardt; Claus-Lüder Mahnken
Original assignee: ContiTech Antriebssysteme GmbH
Current assignee: ContiTech Antriebssysteme GmbH
Priority date: 2008-12-10
Filing date: 2008-12-10
Publication date: 2020-06-18
Anticipated expiration: 2028-12-11
Also published as: CN102245929B; CN102245929A; WO2010066505A1; DE102008055497A1; US20110269589A1; US8507391B2; EP2376804A1

Abstract

Artikel mit einem elastischen Grundkörper auf der Basis eines Vulkanisates mit einer verschleißanfälligen Artikeloberfläche, wobei der Artikel ein Antriebsriemen (1, 8, 16) ist, umfassend eine Decklage (2, 9, 17) als Riemenrücken und einen Unterbau (3, 10, 18) mit einer Kraftübertragungszone (4, 5, 13, 21), wobei der elastische Grundkörper ein Vulkanisat auf der Basis einer vulkanisierten Kautschukmischung ist, enthaltend EPDM und Mischungsingredienzien, und wobei wenigstens die Kraftübertragungszone oder die Decklage mit einer Textilauflage (7, 15, 23) versehen ist, wobei wiederum wenigstens die Textilauflage, die in der Kraftübertragungszone oder auf der Decklage wirkt, ein Gestrick ist, welches vollständig aus Baumwolle besteht, und zusätzlich mit einem Kunststoff präpariert ist, wobei der Kunststoff ein Haftvermittler ist, der zwischen dem Grundkörper und der Textilauflage (7, 15, 23) angeordnet ist und wobei der Haftvermittler eine Haftschicht bildet, die aus einer Polyethylen-Folie aus einem verpressten Polyethylen gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyethylen-Folie derart beschaffen ist, dass diese bei der Vulkanisation schmilzt und dabei unter Mitvernetzung in die Textilauflage eindringt, verbunden mit einem dauerfesten Haftverbund von Grundkörper und Textilauflage, und wobei die Baumwolle der Textilauflage unbehandelt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Artikel mit einem elastischen Grundkörper auf der Basis eines Vulkanisates mit einer verschleißanfälligen Artikeloberfläche, die mit einer Textilauflage versehen ist, wobei wiederum die Textilauflage wenigstens bereichsweise zusätzlich mit einem Kunststoff ausgestattet ist. Der elastische Grundkörper ist zumeist noch mit einem eingebetteten Festigkeitsträger bzw. Zugträger versehen, der ein- oder mehrlagig ausgeführt sein kann.
Ein Artikel, der dynamischen Belastungen und somit einem Verschleiß wie auch Geräuschentwicklungen ausgesetzt ist, ist beispielsweise ein Band, Gurt, Riemen, Schlauch, Luftfederbalg, Kompensator oder eine mehrschichtige Stoffbahn, wobei der Riemen in Form eines Antriebsriemens von besonderer Bedeutung ist. Der elastische Grundkörper des Antriebsriemens umfasst dabei eine Decklage als Riemenrücken und einen Unterbau mit einer Kraftübertragungszone. Diesbezüglich wird insbesondere auf folgende Patentliteratur verwiesen: DE 38 23 157 A1 , DE 10 2006 007 509 A1 , EP 1 818 567 A1 , WO 96/02584 A1 , WO 2005/080821 A1 , WO 2006/066669 A1 , US 3 981 206 A und US 5 417 618 A .
Antriebsriemen als schwerpunktmäßiger Einsatzbereich werden zur Geräuschreduzierung wie auch zur Erhöhung der Abriebsbeständigkeit insbesondere im Bereich der Kraftübertragungszone mit einer Beschichtung versehen. Der diesbezügliche Stand der Technik ist:

- Eingesetzt wird eine Flockauflage, insbesondere in Form eines Baumwoll- oder Aramidflocks, oder eine dünne mit Fasern (z.B. Aramidfasern) gefüllte elastische Polymerschicht, beispielsweise nach der Offenlegungsschrift DE 38 23 157 A1 , wobei die Anhaftung der Flockauflage zumeist mittels einer Lösung erfolgt. Bei manchen Motoren wirkt jedoch diese Beschichtung nicht dauerhaft. Außerdem treten hier bei manchen Motoren Geräuschprobleme bei Feuchtigkeit auf.
- Verwendet wird eine gestrickte Textilauflage, beispielsweise nach der Patentschrift US 3 981 206 A . Der Nachteil ist hier, dass auf Prüfmotoren bei Feuchtigkeit Geräusche entstehen.
- Verwendet wird eine Textilauflage in Form eines Gewirkes. Diesbezüglich wird insbesondere auf die Offenlegungsschrift DE 10 2006 007 509 A1 verwiesen. Die Kettwirkware besteht dabei aus einem ersten Garn, insbesondere aus einem Polyamid (PA) oder Polyester (PES), und aus einem zweiten Garn, insbesondere aus einem Polyurethan (PU). Nachteilig ist auch hier, dass auf Prüfmotoren bei Feuchtigkeit ebenfalls Geräusche entstehen.
- Die Textilauflage ist ein PA6.6-Strechgewebe und wird insbesondere bei Zahnriemen verwendet, wobei hier insbesondere die Offenlegungsschrift EP 1 818 567 A1 zu nennen ist. Ein PA6.6-Strechgewebe ist jedoch relativ teuer.
- In der Offenlegungsschrift WO2005/080821 A1 wird ein Zahnriemen beschrieben, dessen Decklage und Kraftübertragungszone mit einer Textilauflage versehen ist, wobei wiederum die Textilauflage mit einem ölbeständigen Kunststoff präpariert ist. Als Kunststoff wird dabei ein Fluorkunststoff (z.B. PTFE) eingesetzt.
- Für manche PU-Riemen wird ein Gewebe als Textilauflage, insbesondere aus PA6.6, verwendet, bei dem eine Folie, beispielsweise eine Polyethylenfolie, außen auf die Gewebeauflage aufgebracht wird. Die Folie ist jedoch ein Verfahrenshilfsmittel. Bei der Ausformung der Zähne mit dem Gieß-PU wird verhindert, dass das flüssige PU durch das Gewebe fließt. Das Gewebe vernetzt aber nicht mit dem PU und hat keine sonstige Funktion. Zum Stand der Technik von PU-Riemen wird beispielsweise auf die Offenlegungsschrift WO 96/02584 A1 verwiesen.

- Nach einer neueren Entwicklung gemäß DE 10 2008 012 044 A1 werden anstelle der Textilauflagen oder in Kombination mit diesen eine Folie (z.B. PTFE-Folie) oder ein Folienverbund (z.B. PA-PTFE-Folienverbund) eingesetzt, insbesondere unter dem Aspekt der ölbeständigen Ausrüstung eines Antriebsriemens.
- In EP 0 662 571 A1 wird zur Verminderung des Reibungskoeffizienten auf den Kraftübertragungsriemen eine Beschichtung aus einer vernetzten, polymerhaltigen Matrix aufgetragen, die einen fluorhaltigen Kunststoff enthält.
- In DE 601 15 166 T2 bzw. der dazugehörigen EP 1 180 615 A2 befindet sich zwischen der Gewebeschicht und dem Riemenkörper eine zusätzliche Schicht aus Polyvinylidenfluorid. Dies soll ebenso die Reibeigenschaften des Riemens verbessern.
- DE 44 28 939 A1 beschreibt das Vorhandensein von Geweben mit einer faserigen Oberfläche, die eine gute Anbindung an die vorhandenen Adhäsionsschichten bieten. Dies soll zu einer erhöhten Gebrauchsdauer und zur Recyclingfähigkeit der Leichtförderbänder und Flachantriebsriemen führen.

Entwicklungsschwerpunkt bilden jedoch die Textilauflagen, die dem gattungsgemäßen Artikel, insbesondere Antriebsriemen, auch zugrunde liegen.
Im Hintergrund der oben erwähnten Probleme bei Einsatz einer Textilauflage besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen Artikel der eingangs genannten Art, der mit einer mit einem Kunststoff präparierten Textilauflage versehen ist, bereitzustellen, bei dem eine Kombination aus dauerhaftem Verschleißschutz und Geräuschdämmung, insbesondere bei Nassgeräuschen, bei gleichzeitig verbesserter Haftung der Textilauflage zum Grundkörper gewährleistet ist.
Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Artikel gemäß Anspruch 1.
Die Textilauflage ist ein Gestrick. Die Textilauflage umfasst dabei Fasern, Garne oder Monofile. Erfindungsgemäß besteht die Textilauflage vollständig aus Baumwolle. wobei erfindungsgemäß unbehandelte Baumwolle eingesetzt wird.
Der Haftvermittler bildet eine Haftschicht.

- Die Haftschicht ist hierbei eine Folie, die insbesondere aus einem verpressten Kunststoff gebildet ist. Die Folie kann vor der Vulkanisation auf die Folie aufgebügelt werden. Alternativ hierzu besteht auch die Möglichkeit, dass die Folie vor der Vulkanisation zwischen der Textilauflage und dem Artikelrohling eingelegt wird.

Der Haftschicht besitzt eine Stärke von 0,01 mm bis 2 mm, insbesondere von 0,01 bis 1 mm, insbesondere wiederum von 0,02 bis 0,1 mm.
Der Haftvermittler ist ein Polyethylen (PE). Da der Haftvermittler aus Kunststoff bis an die Oberfläche der Textilauflage dringen kann, besteht die Möglichkeit, in den Kunststoff zusätzlich Partikel einzuarbeiten, insbesondere unter dem Aspekt der Beständigkeit gegenüber Chemikalien, Öle und Hitze. Diese Partikel können aus Silicon und/oder Polyurethan und/oder aus einem fluorhaltigen Kunststoff bestehen. Zu nennen sind als fluorhaltige Kunststoffe insbesondere Polyvinylfluorid (PVF), Polyvinylidenfluorid (PVDF) und Polytetrafluorethylen (PTFE). Von besonderer Bedeutung ist dabei PTFE.
Der Grundkörper ist zumeist ein Vulkanisat auf der Basis einer vulkanisierten Kautschukmischung, enthaltend ein Ethylen-Propylen-Dien-Mischpolymerisat (EPDM) und Mischungsingredienzien. Das Ethylen-Propylen-Dien-Mischpolymerisat (EPDM), kann unverschnitten oder mit wenigstens einer weiteren Kautschukkomponente, insbesondere mit Ethylen-Propylen Mischpolymerisat, (teil)hydriertem Nitrilkautschuk (HNBR), Chloropren-Kautschuk (CR), Fluorkautschuk (FKM), Naturkautschuk (NR), Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) oder Butadien-Kautschuk (BR) verschnitten sein, beispielsweise in Form eines EPM/EPDM- Verschnittes. Die vorgenannten Kautschuktypen kommen bei Antriebsriemen zu Einsatz. Die Mischungsingredienzien umfassen wenigstens einen Vernetzer oder ein Vernetzersystem (Vernetzungsmittel und Beschleuniger). Weitere Mischungsingredienzien sind zumeist noch ein Füllstoff und/oder ein Verarbeitungshilfsmittel und/oder ein Weichmacher und/oder ein Alterungsschutzmittel sowie gegebenenfalls weitere Zusatzstoffe, beispielsweise Fasern und Farbpigmente. Diesbezüglich wird auf den allgemeinen Stand der Kautschukmischungstechnologie verwiesen.
Das Vulkanisat ist insbesondere peroxidisch vernetzt, was in Verbindung mit der Kautschukmischung der oben genannten Art etwas näher erläutert wird. Die üblichen Vulkanisationstemperaturen liegen bei 130 bis 200 °C. Der Kunststoff als Haftvermittler, erfindungsgemäß PE, vermischt sich teilweise mit der in Kontakt stehenden Kautschukmischung und wird durch die Peroxide mitvernetzt, wodurch ein fester Verbund zwischen der Kautschukmischung, dem Haftvermittler und der Textilauflage entsteht.
Das neue Haftkonzept gelangt bei der Herstellung eines Antriebsriemens, der konstruktiv als Flachriemen, Keilriemen, Keilrippenriemen, Zahnriemen, Kupplungsriemen oder Aufzugsriemen ausgebildet sein kann, zur Anwendung. Besonderer Einsatzschwerpunkt bilden dabei wiederum der Keilriemen, Keilrippenriemen und der Zahnriemen, die im Rahmen der Ausführungsbeispiele noch näher vorgestellt werden.
Die Erfindung wird nun anhand von drei Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf schematische Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 einen Keilriemen (Querschnitt);
2 einen Keilrippenriemen (Querschnitt);
3 einen Zahnriemen (Längsschnitt).

1 zeigt einen Antriebsriemen 1, der als Keilriemen ausgebildet ist. Der Grundkörper auf der Basis eines Vulkanisates umfasst eine Decklage 2 als Riemenrücken, eine eingebettete Festigkeitsträgerlage mit in Längsrichtung verlaufenden Zugträgern 6 in Form von Einzelcorden sowie einen Unterbau 3. Die beiden keilförmigen Seitenflanken, die die Kraftübertragungszone 4 und 5 bilden, erstrecken sich hier von der Decklage 2 bis in den Unterbau 3.
Die Textilauflage 7 ist ein Gestrick auf der Basis von unbehandelter Baumwolle, und erfasst die Kraftübertragungszone 4 und 5 unter vollständiger Ummantelung der Decklage 2 und des Unterbaues 3 des Keilriemens. Zwischen dem Grundkörper des Keilriemens und der Textilauflage 7 ist ein Haftvermittler aus Kunststoff vorhanden, wobei der Kunststoff derart beschaffen ist, dass dieser bei der Vulkanisation schmilzt und dabei unter Mitvernetzung in die Textilauflage eindringt, verbunden mit einem dauerfesten Haftverbund von Grundkörper und Textilauflage.
Als Haftvermittler, der die gesamte Textilauflage 7 umfasst, wird eine Folie aus PE eingesetzt, was dann im Rahmen der Vulkanisation zu einer modifizierten Textilauflage führt.
2 zeigt einen Antriebsriemen 8, der als Keilrippenriemen ausgebildet ist, mit einer Decklage 9 als Riemenrücken, einer Festigkeitsträgerlage mit in Längrichtung verlaufenden parallel angeordneten Zugträgern 14 in Form von Einzelcorden sowie mit einem Unterbau 10. Der Unterbau weist eine Keilrippenstruktur auf, gebildet aus Rippen 11 und Rillen 12. Der Unterbau umfasst dabei die Kraftübertragungszone 13.
Die Textilauflage 15, die ausschließlich die Kraftübertragungszone 13 erfasst, besteht aus einem Gestrick auf der Basis von unbehandelter Baumwolle. Als Haftvermittler wird hier ebenfalls eine PE-Folie eingesetzt, und zwar unter Ausbildung einer PE-modifizierten Textilauflage.

Im Zusammenhang mit einem Keilrippenriemen (Kurzbezeichnung KRR) wurden drei verschiedene Riemen auf ihr Abriebverhalten untersucht, wobei die Werkstoffparameter und der Abrieb in der folgenden Tabelle festgehalten sind:

Riemen	Textilauflage	Folie	Abrieb nach 48 h
KKR (a) aus EPDM	Baumwollgestrick	keine	1,70 %
KRR (b) aus EPDM	Baumwollgestrick	PE-Folie (0,02 mm)	0,87 %
KRR (c) aus EPDM	Baumwollgestrick	PE-Folie (0,10 mm)	0,82 %

Die Baumwolle war jeweils unbehandelt.
Der Abrieb wurde auf einem befeuerten Dieselmotor mit hoher Ungleichförmigkeit und einer Drehzahl von 800 min-1 über die Gewichtsänderung nach Laufzeit bestimmt. Wie aus der Tabelle ersichtlich ist, zeichnen sich die beiden KRR (b, c) mit der modifizierten PE-Textilauflage im Gegensatz zu dem KRR (a) ohne modifizierte Textilauflage durch ein deutlich verbessertes Abriebverhalten aus.
Weiterhin wurde im Betrieb auf einem befeuerten Dieselmotor festgestellt, dass bei Wasserzugabe das Baumwollgestrick bei KRR (a) nach zwei Minuten anquellt und zerstört wird, während bei den beiden KRR (b, c) auch nach zehn Minuten unter gleichen Bedingungen keine Verschleißerscheinungen auftreten. Außerdem wurde eine Verbesserung der Haftung des Baumwollgestrickes durch die eingelegte PE-Folie festgestellt.
3 zeigt schließlich einen Antriebsriemen 16, der als Zahnriemen ausgebildet ist, mit einer Decklage 17 als Riemenrücken, einer Festigkeitsträgerlage mit in Längrichtung verlaufenden parallel angeordneten Zugträgern 22 in Form von Einzelcorden sowie mit einem Unterbau 18. Der Unterbau ist aus Zähnen 19 und Zahnstegen 20 ausgebildet und umfasst dabei die Kraftübertragungszone 21.
Die Textilauflage 23, die ausschließlich die Kraftübertragungszone 21 erfasst, besteht aus einem Gestrick auf der Basis von unbehandelter Baumwolle. Als Haftvermittler wird hier ebenfalls eine PE-Folie eingesetzt, und zwar wiederum unter Ausbildung einer PE-modifizierten Textilauflage.
Die Zugträger 6 (1), 14 (2) und 22 (3) bestehen beispielsweise aus Stahl, Polyamid, Aramid, Polyester, Glasfasern, Kohlefasern, Polyetheretherketon (PEEK) oder Polyethylen-2,6-naphthalat (PEN).
Die Decklagen 9 (2) und 17 (3) können frei von einer Textilauflage oder ebenfalls mit einer Textilauflage versehen sein. Diese Textilauflage kann dann beispielsweise PEmodifiziert sein.
Bezugszeichenliste
(Teil der Beschreibung)

1: Antriebsriemen (Keilriemen)
2: Decklage (Riemenrücken)
3: Unterbau
4: Kraftübertragungszone
5: Kraftübertragungszone
6: Zugträger in Form von Einzelcorden
7: Textilauflage
8: Antriebsriemen (Keilrippenriemen)
9: Decklage (Riemenrücken)
10: Unterbau
11: Rippen
12: Rillen
13: Kraftübertragungszone
14: Zugträger in Form von Einzelcorden
15: Textilauflage
16: Antriebsriemen (Zahnriemen)
17: Decklage (Riemenrücken)
18: Unterbau
19: Zähne
20: Zahnstege
21: Kraftübertragungszone
22: Zugträger in Form von Einzelcorden
23: Textilauflage

Claims

Artikel mit einem elastischen Grundkörper auf der Basis eines Vulkanisates mit einer verschleißanfälligen Artikeloberfläche, wobei der Artikel ein Antriebsriemen (1, 8, 16) ist, umfassend eine Decklage (2, 9, 17) als Riemenrücken und einen Unterbau (3, 10, 18) mit einer Kraftübertragungszone (4, 5, 13, 21), wobei der elastische Grundkörper ein Vulkanisat auf der Basis einer vulkanisierten Kautschukmischung ist, enthaltend EPDM und Mischungsingredienzien, und wobei wenigstens die Kraftübertragungszone oder die Decklage mit einer Textilauflage (7, 15, 23) versehen ist, wobei wiederum wenigstens die Textilauflage, die in der Kraftübertragungszone oder auf der Decklage wirkt, ein Gestrick ist, welches vollständig aus Baumwolle besteht, und zusätzlich mit einem Kunststoff präpariert ist, wobei der Kunststoff ein Haftvermittler ist, der zwischen dem Grundkörper und der Textilauflage (7, 15, 23) angeordnet ist und wobei der Haftvermittler eine Haftschicht bildet, die aus einer Polyethylen-Folie aus einem verpressten Polyethylen gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyethylen-Folie derart beschaffen ist, dass diese bei der Vulkanisation schmilzt und dabei unter Mitvernetzung in die Textilauflage eindringt, verbunden mit einem dauerfesten Haftverbund von Grundkörper und Textilauflage, und wobei die Baumwolle der Textilauflage unbehandelt ist.
Artikel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieser ein Keilriemen (1) oder ein Keilrippenriemen (8) oder ein Zahnriemen (16) ist.
Artikel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Textilauflage (7) die Decklage (2) und den Unterbau (3) unter vollständiger Ummantelung des Keilriemens (1) erfasst.
Artikel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Textilauflage (7) mit dem Haftvermittler aus Kunststoff präpariert ist.
Artikel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftschicht eine Stärke von 0,01 mm bis 2 mm besitzt.
Artikel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftschicht eine Stärke von 0,01 mm bis 1 mm besitzt
Artikel nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftschicht eine Stärke von 0,02 mm bis 0,1 mm besitzt.
Artikel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in den Haftvermittler zusätzlich Partikel aus Silicon und/oder Polyurethan (PU) und/oder aus einem fluorhaltigen Kunststoff eingearbeitet sind
Artikel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der fluorhaltige Kunststoff Polyvinylfluorid (PVF) und/oder Polyvinylidenfluorid (PVDF) und/oder Polytetrafluorethylen (PTFE), insbesondere PTFE, ist.
Artikel nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Textilauflage (7, 15, 23) Fasern, Garne oder Monofile umfasst.
Artikel nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Vulkanisat peroxidisch vernetzt ist.