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Hintergrund
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Endlosriemen mit Kraftübertragungsflächen, die
eine hohe Verschleißfestigkeit
aufweisen, und insbesondere endlose Zahnriemen mit einer verschleißfesten
Gewebeabdeckung, die in enger Anlage entlang der Außenfläche der
Zahn- und Stegbereiche des Riemens angeordnet ist und eine Beschichtung
aufweist, die an der Außenfläche der
Gewebeabdekkung haftet und vorzugsweise teilweise in diese eindringt,
sowie ein Verfahren zur Herstellung derartiger Riemen. Die Beschichtung
weist ein verschleißfestes
Verbundmaterial auf, das dem Riemen, insbesondere beim Betrieb desselben
unter hoher Belastung, eine verbesserte Verschleiß- oder
Abriebfestigkeit und verbesserte Reibungseigenschaften verleiht.
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Endlosriemen,
einschließlich
Keilriemen, Keilrippenriemen und flache Riemen sowie Zahnriemen
wie Synchron- oder Steuerriemen und dergleichen, werden vielfältig angewandt.
Beispiele für
Kraftübertragungsriemen,
einschließlich
Zahn- oder Synchronriemen, Keilriemen und Keilrippenriemen, sind
in den US-Patenten 3
138 962; 3 200 180; 4 330 287 und 4 332 576 offenbart. Beispiele
für die
Herstellung derartiger Riemen sind in dem vorgenannten US-Patent
3 200 180 und den US-Patenten 3 772 929 und 4 066 732 offenbart.
Diese Patentschriften sind lediglich Beispiele für verschiedene Arten von Kraftübertragungsriemen
und bekannten Herstellungsverfahren für diese.
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Zahnriemen,
die allgemein einen elastomeren Körperteil, ein im wesentlichen
nicht dehnbares Verstärkungsteil
und mehrere sich entlang der Unterseite des Riemens mit vorbestimmter
Teilung erstreckende Treibzähne
aufweisen, sind besonders gut in Umgebungen verwendbar, in denen
hohe Temperaturen, ho he Geschwindigkeiten und/oder hohe Belastungen
herrschen, wie in verschiedenen Industrie- und Automobilantriebssystemen
bei Automobilanwendungen besteht ein wachsender Bedarf an Zahnriemen,
die unter zunehmend hohen Belastungen und bei durchschnittlichen
Betriebstemperaturen von ungefähr
120°C zufriedenstellend
arbeiten. Es wird erwartet, daß die
Betriebstemperaturanforderungen für derartige Anwendungen in
naher Zukunft 150°C
oder mehr erreichen werden.
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Unter
derart hohen Belastungen, hohen Temperaturen und/oder Hochgeschwindigkeitsbedingungen verschlechtern
sich die Zähne
von Endloszahnriemen gewöhnlich;
die starken Scherbeanspruchungen der Zähne führen of zur Rißbildung
und Zahnverlust. Ein verschleißfestes
Gewebeabdeckelement wird über
den Zahn- und Stegbereichen derartiger Riemen verwendet, um die
elastomeren Zähne
vor derartigen Beanspruchungen zu schützen. Diese Modifizierung allein
hat sich jedoch bei einigen besonders anspruchsvollen Anwendungen
als nicht vollständig
zufriedenstellend erwiesen. Bei langfristigem Betrieb mit hoher
Belastung oder hoher Geschwindigkeit verschleißen diese Gewebeabdeckungen,
was zu Abmessungsveränderungen und/oder
vorzeitigem Riemenausfall führt.
Ferner neigt bei derartigen Konstruktionen das darunterliegende Riemenelastomer
dazu, während
des Härtungsvorgangs
und/oder beim Betrieb durch das Gewebe der Gewebeabdeckung zu wandern
und so an der Kraftübertragungsfläche des
Riemens freizuliegen. Das Vorhandensein dieses Materials mit relativ
hohem Reibungskoeffizienten an der Kraftübertragungsfläche des
Riemens führt
im Betrieb des Riemens zu starker Geräusch- und Reibungswärmeentwicklung an der Grenzfläche zwischen
Riemen und Scheibe. Die Geräuschentwicklung
gilt als extrem unerwünscht
und die Reibungswärmeentwicklung
und der Wärmestau
verkürzen
die Lebensdauer des Riemens.
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Eine
vorgeschlagene Lösung
für die
Probleme der Erzeugung von Geräuschen
und/oder von Reibungswärme,
die beim Betrieb herkömmlicher
Riemen üblich
sind, ist die Verringerung des effektiven Reibungskoeffizienten
der Kraftübertragungsfläche des
Riemens. Ein derartiger Ansatz umfaßt das Isolieren oder Entfernen
von so viel Elastomer wie möglich
von der Nähe
der Oberfläche
des Riemens, an den Stellen, an denen diese Fläche mit den Scheibenzähnen in
Berührung
kommt. Ein derartiger Ansatz ist beispielsweise in dem US-Patent
3 772 929 gewählt,
bei dem die Außenfläche einer
verschleißfesten
Gewebeabdeckung durch Vorhandensein einer verbondeten Schicht aus
elastomerundurchlässigem
Material, das an dieser Außenfläche haftend
angebracht ist, von Riemenelastomer freigehalten ist.
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Ein
zweiter Ansatz besteht darin, eine relativ reine Schicht aus Polytetrafluorethylen
(PTFE) über
dem verschleißfesten
Gewebeschichtelement vorzusehen, um den effektiven Reibungskoeffizienten
der Treibfläche
des Riemens zu senken.
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Ein
dritter Ansatz, der ferner auf die Verbesserung der Verschleißfestigkeit
gerichtet ist, sieht das Beschichten der Bewegungsübertragungsflächen eines
Riemens mit einer Polymermatrix vor, die einen fluorhaltigen Kunststoff
umfaßt.
In der Europäischen
Patentveröffentlichung
0662571A1 ist ein verfahren zum Herstellen der Riemen offenbart,
welches die Schritte des Aufbringens einer derartigen Matrix auf
die Bewegungsübertragungsflächen des
Riemens und des anschließenden
Trocknens der Matrix umfaßt,
derart daß diese
einem Vernetzungsvorgang unterzogen wird, um sich mit dem elastomeren
Riemenelement zu verbonden.
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Keiner
dieser Ansätze
zur Lösung
der Probleme des Abriebs, der Entstehung von Geräuschen und/oder Reibungswärme bei
Endlosriemenkonstruktionen gilt als vollständig zufriedenstellend, insbesondere bei
Anwendungen mit hohen Belastungen. Wenn die Riemenoberfläche frei
von Riemenelastomer bleibt, indem eine relativ wenig verschleißfeste oder
Niedertemperatur-Laminatbeschichtung
auf der Außenseite
eines Gewebeadeckungselements verwendet wird, führt ein Betrieb unter hoher
Belastung oder hohen Temperaturen allgemein zum Abblättern oder
Schmelzen der Beschichtung. Mit dem Abblättern oder Schmelzen eines wenig
temperaturbeständigen,
wenig abriebfesten Laminats vom Riemen im fortgesetzten Betrieb
verringert sich im all gemeinen der Abstand zwischen der Mitte der
Lastaufnahmeteile des Riemens und der Unterseite der Stegbereiche
zwischen benachbarten in Längsrichtung
beabstandeten Zähnen.
Diese Abmessungsänderung
beeinflußt
den Teilungsliniendurchmesser des Riemens und führt zu einer schlechten Passung
von Zahn und Rad und somit zu stärkeren
Riemengeräuschen.
Mit der Abnahme der Beschichtungsschicht wird die Gewebeabdeckung
gegenüber
dem Rad freigelegt, was letztlich zur Verschlechterung der Schicht
und zum Freilegen des Riemenelastomers führt.
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Eine
im wesentlichen reine PTFE Schicht auf der Oberfläche eines
verschleißfesten
Gewebeabdeckungselements erzeugt zwar einen geringeren Reibungskoeffizienten
an der Treibfläche,
weist jedoch eine sehr geringe Verschleißfestigkeit auf und führt daher
wahrscheinlich zu einem Verschleiß des Riemens im Gebrauch,
wobei erneut die verschleißfeste
Gewebeschicht freiliegt und die beschriebenen einhergehenden Probleme
auftreten.
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Das
Vorsehen einer Beschichtung auf einem verschleißfesten Abdeckungselement,
die eine mit dem Riemenkörper
vernetzbare Matrix enthält
und einen fluorhaltigen Kunststoff aufweist, gilt als ähnlich inadäquat. Das
Aufbringen einer derartigen Beschichtung auf eine Gewebefläche gemäß der lehre
dieser Offenbarung führte
zur Ablagerung einer nur dünnen
Schicht auf der Riemenoberfläche,
die eine schlechte Verschleißfestigkeit
zeigt. Es wird angenommen, daß bei
dem in der Schrift vorgeschlagenen Aufbau ein relativ großer Teil der
gesamten Gewebeabdeckungsdicke frei von Beschichtungsmaterial bleibt,
so daß Faser-Faser-Verschleiß in dem
Gewebe während
des Betriebs des Riemens auftritt. Dies führt zu einem Verschleiß von Teilen
des Gewebes selbst und somit zu einer verkürzten Betriebsdauer.
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US-A-4464153
beschreibt Keilriemen mit einer Abdeckung aus einem Metallfilm oder
aus fein verteilten Metallpartikeln in einer Elastomermatrix. Die
Abdeckung verleiht dem Riemen einen niedrigeren Reibungskoeffizienten.
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Bekannte
Endlosriemenkonstruktionen oder Verfahren zu deren Herstellung haben
die kombinierten Probleme der Riemengeräusche, Reibungswärmeerzeugung
und mangelnder Maßhaltigkeit
nicht effektiv gelöst.
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Es
besteht daher die Notwendigkeit, einen Endlosriemen, einschließlich eines
Endloszahnriemens zur Verwendung in dynamischen Hochtemperaturanwendungen,
herzustellen, der eine verbesserte Verschleißfestigkeit, weniger Geräusche im
Betrieb, keine wesentliche Reibungwärmeerzeugung und über einen
zufriedenstellenden, vorhersehbaren Betriebszeitraum Maßhaltigkeit
aufweist.
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Überblick über die
Erfindung
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Es
ist daher die Hauptaufgabe der Erfindung, einen Endlosriemen zu
schaffen, der die Nachteile bekannter Konstruktionen überwindet
und bei dem der Riemen eine verringerte Geräuschentwicklung, eine verringerte
Wärmeerzeugung,
eine verbesserte Verschleißfestigkeit
und Maßhaltigkeit
aufweist, und dies alles über
einen großzügig bemessenen
vorhersehbaren Betriebszeitraum.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verfahren
zur Herstellung von Riemen des genannten Typs zu schaffen.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen derartigen
Riemen zu schaffen, der im wesentlichen über die gesamte Lebensdauer
eine außergewöhnlich Haftung
zwischen der Gewebeabdeckung und der verschleißfesten Beschichtung einerseits
und den darunterliegenden elastomeren Riemenelementen andererseits
aufweist.
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Zur
Lösung
der genannten und weiterer Aufgaben und entsprechend dem hier ausgeführten und
ausführlich
beschriebenen Zweck der vorliegenden Erfindung schafft die vorliegende
Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftübertragungsriemens
mit einem Gewebeabdeckungselement, das in enger Anlage entlang mindestens
einem Bereich der Außenfläche eines
elastomeren Riemenkörpers
angeordnet ist, wobei das Gewebeabdeckungselement eine im wesentlichen
abwechselnde Anordnung von Garnen und Freiräumen aufweist, wobei das Verfahren
dadurch gekennzeichnet ist, daß
- a) das Gewebeabdeckungselement mit einem Gewebebehandlungsmaterial
behandelt ist, das mindestens einen vernetzbaren Bestandteil enthält, so daß mindestens
ein Bereich der Freiräume
zumindest teilweise von dem Gewebebehandlungsmaterial frei bleibt;
- b) ein verschleißfestes
Verbundmaterial mit wenigstens einem Bindemittelbestandteil und
wenigstens einem Reibung modifizierenden Bestandteil auf wenigstens
eine erste Fläche
des Gewebeabdeckungselements zur Bildung einer Kraftübertragungsfläche des
Riemens aufgebracht wird;
- c) das Eindringen wenigstens eines Teils des verschleißfesten
Verbundmaterials in wenigstens einen Teil der Gesamtdicke des Gewebeabdeckelements
bewirkt wird, so daß sich
wenigstens ein Teil des die Reibung modifizierenden Bestandteils
in einem oder mehreren der Freiräume
im Gewebeabdeckungselement befindet; und
- d) mindestens ein Teil des verschleißfesten Verbundmaterials polymerisiert
wird
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Die
vorliegende Erfindung schafft ferner einen Kraftübertragungsriemen mit einem
Gewebeabdeckungselement, das in enger Anlage entlang mindestens
einem Bereich der Außenfläche eines
elastomeren Riemenkörpers
angeordnet ist, wobei das Gewebeabdeckungselement eine im wesentlichen
abwechselnde Anordnung von Garnen und Freiräumen aufweist, und mit einer
verschleißfesten
Zusammensetzung mit mindestens einem Bindemittelbestandteil und
mindestens einem die Reibung modifizierenden Bestandteil, die zur Bildung
einer Kraftübertragungsfläche des
Riemens mit wenigstens einer ersten Fläche des Gewebeabdeckungselements
verbondet ist, und dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des verschleißfesten Verbundmaterials
in wenigstens einem Teil der Gesamtdicke des Gewebeabdeckelements
vorhanden ist, so daß sich
wenigstens ein Teil des die Reibung modifizierenden Bestandteils
in einem oder mehreren der Freiräume
im Gewebeabdeckungselement befindet und von wenigstens einem Teil
des Bindemittelbestandteils durch eine Grenze getrennt ist; und
mindestens ein Teil des verschleißfesten Verbundmaterials polymerisiert ist
und mindestens ein Teil des verschleißfesten Verbundmaterials von
dem Körperteil
getrennt ist.
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Riemen,
die vorteilhaft gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt werden können,
sind unter anderem Keilriemen, Keilrippenriemen, flache Riemen oder
Zahnriemen wie Synchron- oder Steuerriemen.
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Die
verschleißfeste,
die Reibung modifizierende Zusammensetzung beschichtet die Außenseite
der Gesamtdicke des Gewebeabdeckungselements und dringt in Teile
desselben ein, jedoch durchdringt sie nicht dessen gesamte Dicke.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
kann der Endlosriemen jede herkömmliche
Form haben, wobei ein verschleißfestes
Gewebe entlang zumindest den Zahn- und Stegbereichen des Riemens, beispielsweise
des Synchron- oder Steuerriemens oder des doppelseitigen Zahnriemens,
angeordnet ist.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Die
beigefügte
Zeichnung, die von der Beschreibung umfaßt ist und einen Teil derselben
bildet, zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung
und dient zusammen mit der Beschreibung der Erläuterung der Prinzipien der
Erfindung. In der Zeichnung zeigt
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1 eine
fragmentarische perspektivische Darstellung eines nach einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung aufgebauten Synchronriemens.
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Detaillierte
Beschreibung
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1 ist
eine allgemeine Darstellung eines endlosen synchronen Kraftübertragungsriemens 10.
Der Riemen weist einen Körper
mit einem Übercordbereich 12,
der aus einem geeigneten Elastomermaterial gebildet ist, und eine
Reihe von beabstandeten Ansätzen
oder Zähnen 16 auf,
die ebenfalls ein geeignetes Elastomermaterial 14 aufweisen.
Das in dem Übercordbereich 12 und
den Zähnen 16 verwendete
Elastomermaterial oder die verwendeten Elastomermaterialien sollten
miteinander kompatibel sein und können von dem gleichen oder
von verschiedenen Elastomertypen sein. Jedes geeignete gießfähige oder
nicht gießfähige Elastomer
kann als das Übercord-
oder Riemenkörperelastomer
und/oder für
die Zahnbereiche in diesem Ausführungsbeispiel
der Erfindung verwendet werden, jedoch sind in einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
zumindest entweder der Übercordbereich 12 oder
die Zähne 16 des
Riemens 10, und vorzugsweise beide, aus einer geeigneten
hydrogenierten Acrylnitrilbutadien-Gummizusammensetzung (HNBR) gebildet.
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Der
Elastomer-Übercordbereich 12 ist
vorzugsweise mit einer verstärkenden
Zugschicht oder mehreren Zugteilen versehen, von denen zahlreiche
auf diesem Gebiet bekannt sind, wie beispielsweise die dargestellten
sich in Längsrichtung
erstreckenden und beabstandeten Zugcords 18. Diese Zugteile
können
aus einem oder mehreren Strängen
eines geeigneten beständigen
Materials bestehen, einschließlich,
jedoch nicht darauf beschränkt,
Polyamidcord, Aramidcord, Glasfasercord, Kohlenstoffcord, Polyestercord
oder Drahtfadencord, die üblicherweise
als ein oder mehrere eingebettete schraubenlinienförmig gewundene
Cords angeordnet sind. Die Zugteile können, falls gewünscht, vorbelastet
oder mit einem geeigneten Material imprägniert sein, wie auf diesem
Gebiet bekannt. Der elastomere Riemenkörper kann, wie auf diesem Gebiet
bekannt, vorzugsweise mit nicht kontinuierlichen Fasern bestückt werden,
indem Verstärkungsmaterialien
aus Stapelfasern, Pulp-Fasern oder zerkleinerte Fasern eingeschlossen
werden. Geeignete Materialien für
die Faserbestükkung
sind beispielsweise Aramide, einschließlich Meta- und Para-Aramide,
wie die von DuPont Chemical Co. unter dem Warenzeichen KEVLAR erhältlichen, Nylon,
Polyester und Baumwolle. Die Faserbestückung kann jeden Grad aufweisen,
der für
die Anwendung geeignet ist, und kann das Orientieren wenigstens
einer erheblichen Zahl von Fasern in eine zur Bewegungsrichtung
des Riemens senkrechte Richtung umfassen. Eine oder mehrere derartige
Fasern können
ferner aus dem Elastomermaterial ragen, wie allgemein bekannt.
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Eine
verschleißfeste
Gewebeschicht 22 oder ein verstärkendes Gewebeabdekkungselement
befindet sich wie dargestellt in enger Anlage entlang zumindest
den abwechselnden Zahnbereichen 16 und den abwechselnden
Stegbereichen 24 des Riemens 10, um eine Flächenabdeckung
derselben zu bilden. Dieses Gewebe kann jede geeignete Ausbildung
haben, wie beispielsweise ein aus unter beliebigen Winkeln zueinander verlaufenden
Kett- und Schußfäden bestehendes
Gewebe, oder eine gestrickte oder geflochtene oder dergleichen Form
haben. Es kann, falls gewünscht,
mehr als eine Gewebelage verwendet werden, das Gewebe kann mit Vorspannung
geschnitten werden, so daß die
Stränge
einen Winkel mit der Bewegungsrichtung des Riemens bilden. Es können herkömmliche
Gewebe verwendet werden, die Materialien wie Baumwolle, Polyester, Polyamid,
aromatisches Polyamid, Hanf, Jute, Glasfaser und verschiedene andere
natürliche
und synthetische Fasern verwenden. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung weist die Gewebeschicht 22 ein dehnbares,
verschleißfestes
3×3-Twillgewebe
auf, bei dem zumindest entweder der Kett- oder der Schußfaden aus
Nylon 6,6 besteht. Der Kett- und/oder
der Schußfaden
kann ferner wie auf diesem Gebiet bekannt texturiert, verdrillt
und/oder auf andere Weise bearbeitet sein.
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Bei
einem stärker
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung, das im folgenden näher beschrieben wird, weist
das Gewebe Nylon 6,6 Garne mit einer Zugfestigkeit von mindestens
6,0 g/decitex im Ausgangszustand sowohl in Kett-, als auch in Schußrichtung
auf. Zumindest eines der Kett- oder Schußgarne ist vorzugsweise texturiert
oder wollig verarbeitet, um ein Gewebe mit einer Streckung von zumindest
80% bei einer Last von 2 kg zu erreichen, gemessen mit einem Streifen
von 25 mm. Nach diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt das Endgewicht
des Gewebes vorzugsweise mindestens 385 g/m2,
wobei wenigstens 90% des Gewichts sich vorzugsweise in der wollig
bearbeiteten Richtung erstrecken, d.h. in der Laufrichtung des Riemens.
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Eine
verschleißfeste,
die Reibung modifizierende Zusammensetzung 20 ist entlang
wenigstens eines Teils der Außenfläche des
Gewebeabdeckungselements 22 vorgesehen. Die Zusammensetzung 20 wird
derart aufgebracht und/oder die Gewebeabdeckung 22 wird
derart behandelt, daß bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
die Beschichtung zumindest in einen erheblichen Teil der gesamten
Dicke der verschleißfesten
Gewebeschicht 22 eindringt. Bei einem stärker bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung dringt die verschleißfeste, die Reibung modifizierende
Zusammensetzung 20 in weniger als die gesamte Dicke der
Gewebeschicht 22 ein.
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Bei
einem zusätzlichen
bevorzugten Ausführungsbeispiel
kann ein zweites (nicht dargestelltes) Gewebeabdeckungselement auf
der Außenseite
des Übercordbereichs 12 des
Kraftübertragungsriemens 10 gegenüber den
Zahn- 16 und Stegbereichen 18 verwendet werden.
Dieses zweite Gewebeabdeckungselement kann die gleichen oder andere
als den genannten Materialien und Konstruktionen aufweisen und kann
vorzugsweise des weiteren eine verschleißfeste Zusammensetzung aufweisen,
wie zuvor und im folgenden näher
beschrieben, oder jede Art von geeigneter Beschichtung aufweisen.
Wie allgemein auf diesem Gebiet bekannt, erhöht das Vorsehen eines derartigen
zusätzlichen
Gewebeabdeckungselements auf einer von der Kraftübertragungsfläche abgewandeten
Fläche
die Randverschleißfestigkeit
des Riemens, wodurch potentiell die zu erwartende Nutzdauer verlängert wird.
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Die
neuartige Verwendung einer verschleißfesten Zusammensetzungsschicht
nach einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung als Beschichtung auf und unter Eindringen in eine
verschleißfeste
Zahn- und Steg-Gewebeabdeckung eines Endloszahnriemens überwindet
die Nachteile des Standes der Technik, indem ein fertiger Endloszahnriemen
geschaffen wird, der minimale Geräusche entwickelt, der über die
Lebenszeit des Riemens im wesentlichen maßhaltig ist, der verbesserte
Verschleiß-
oder Abriebfestigkeitseigenschaften hat, und der die Entstehung
von Reibungswärme
während
des Betriebs des Riemens minimiert. Die neuartige Verwendung einer
derartigen verschleißfesten
und die Reibung modifizierenden Zusammensetzung, die in einen erheblichen
Teil, jedoch nicht die gesamte Dicke, einer Gewebeabdeckung eindringt, überwindet
die Nachteile des Standes der Technik, indem ein Endloszahnriemen
geschaffen wird, der eine verbesserte Haftung zwischen der Gewebeschicht
und der verschleißfesten
Zusammensetzung einerseits und dem Riemenelastomer andererseits
schafft. Erfindungsgemäß dringt
die verschleißfeste
Beschichtung mit niedrigem Reibungskoeffizienten zumindest in einen
Teil der Faserbündel
und Zwischenräume
zwischen einzelnen Garnen ein, um den Faser-Faser-Abrieb in dem Gewebe
zu verringern, wodurch diese potentielle Quelle des Gewebeverschleißes verringert
wird. Der gegenwärtige
Aufbau bildet ferner ein zufriedenstellendes Reservoir an reibungsverringerndem
Material in dem Gewebeabdeckungselement und schmiert im wesentlichen
stetig die Fasern an der Grenzfläche
zwischen Zahn und Rad über
im wesentlichen die gesamte, unverkürzte Lebensdauer des Riemens.
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Die
verschleißfeste,
die Reibung modifizierende Zusammensetzung, die bei der praktischen
Ausführung
der Erfindung nützlich
ist, weist vorzugsweise ausreichende Flexibilität auf, um erfolgreich in Riemen
verwendet zu werden, welche um die allgemein in Automobilmotorräumen anzutreffenden
Räder und/oder
Scheiben, die einen zunehmend kleineren Radius aufweisen. Die Zusammensetzung
weist vorzugsweise einen Reibungsmodifikator, welcher der Zusammensetzung
einen verringerten Reibungskoeffizienten verleiht, und ein Harz
oder ein anderes geeignetes Bindemittel auf, das zu den Verschleißfestigkeitseigenschaften
des Materials beiträgt.
Um das Aufbringen der Zusammensetzung im Riemenaufbauvorgang zu
vereinfachen, kann die Zusammensetzung vorzugsweise in einer Trägerlösung, beispielsweise
Wasser oder einem organischen Lösemittel,
enthalten sein, das sich vorzugsweise beim Aufbringen der Zusammensetzung
auf das jeweilige Werkstück
verflüchtigt.
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Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
weist die für
die Erfindung geeignete verschleißfeste Zusammensetzung eine
Dispersion aus einer oder mehre ren die Reibung modifizierenden Komponenten
in Form von Fluorpolymeren in einem Träger oder Bindemittel auf. Bei
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
umfassen die Fluorpolymere, ohne darauf beschränkt zu sein, Polytetrafluorethylenpolymere
(PTFE), Polytrifluormononchlorethylenpolymere (PTFCE), PolyvinylidenfluoridPolymere
(PVDF), fluorierte Ethylenpolymere (FEP) und Perfluoralkoxypolymere
(PFA). Weitere die Reibung modifizierende Materialien, welche vorteilhaft
in dieser Hinsicht verwendet werden können, sind beispielsweise Molybdendisulfid
und Graphit.
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Die
verschleißfeste
Zusammensetzung weist ferner vorzugsweise ein oder mehrere Bindeharze
zum Vereinfachen des Beschichtungsvorgangs und zum Unterstützen der
Leistung der fertigen Beschichtung auf. Das Harz oder die Harze
können
jedes geeignete Material oder Mischungen derselben sein, in dem
der Reibungsmodifikator dispergiert oder suspendiert werden kann,
und das durch Vernetzen oder Kettenerweiterung mit sich selbst und/oder
den darunterliegenden Riemenmaterialien polymerisierbar ist, jedoch
vorzugsweise zumindest teilweise polymerisierbar ist, d.h. vernetzbar
oder kettenerweiterbar ist, um die Verbondung der Beschichtung in
dem Riemenaufbau zu verbessern. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
bildet das Zusammensetzungsbindemittel eine Matrix, in der der die
Reibung modifizierende Bestandteil in der fertigen Beschichtung
dispergiert ist. Nach diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist zumindest
ein Teil des die Reibung modifizierenden Bestandteils, der als in
der Matrix dispergierte einzelne Partikel oder Gruppen derartiger Partikel
vorliegen kann, zumindest teilweise durch Zwischenräume oder
Grenzen von dem Bindemittel getrennt. Zwar ist keine Festlegung
durch eine bestimmte Theorie beabsichtigt, jedoch wird gegenwärtig davon ausgegangen,
daß diese
Trennung zumindest eines Teils des die Reibung modifizierenden Bestandteils
vom Material der Bindematrix, in der dieser dispergiert ist, einen
vorteilhaften Effekt auf den fertigen Riemen hat, ohne die Haftung
zwischen dem Reibungsmodifikator- und dem Bindemittelbestandteil
oder zwischen der verschleißfesten
Zusammensetzung und dem Gewebeabdeckungselement nachteilig zu beeinflussen.
Es wird gegenwärtig
angenommen, daß die
Zwischenräume
oder Grenzen zwischen Teilen der Reibungsmodifikatorpartikel und
der umgebenden Bindematrix eine gewisse Bewegungsfreiheit der Partikel
in der Matrix ermöglichen.
Ferner wird angenommen, diese Eigenschaft trage zum ständigen Schmieren
der einzelnen Gewebeabdeckungselementfasern bei, um deren Verschleiß zu verringern,
und um eine im wesentlichen stetige Quelle zusätzlichen Reibungsmodifikatormaterials
an der Grenzfläche
zwischen Riemen und Rad oder Scheibe zu bilden.
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Diese
hochgradig verschleißfeste
Zusammensetzung bleibt auf der Riemenoberfläche über die Nutzungsdauer des Riemens
im wesentlichen intakt und schmilzt vorzugsweise im allgemeinen
nicht bei den heute üblichen
hohen Temperaturen in Motorräumen.
Die verschleißfeste
Zusammensetzung weist eine hohe Abrieb- oder Verschleißfestigkeit
auf und neigt daher nicht zum schnellen Abblättern oder Abnutzen von dem
verschleißfesten
Gewebeabdekkungselement des Endlosriemens während der Lebensdauer des Riemens.
Die Zusammensetzung weist einen effektiven Reibungskoeffizienten,
der vorzugsweise geringer ist als der Reibungskoeffizient des Riemenkörperelastomers,
wodurch die Gesamteffizienz des Riemens verbessert ist. Bevorzugte
Zusammensetzungen zur Verwendung in der praktischen Durchführung der
vorliegenden Erfindung sind allgemein im Handel erhältlich und
können
vorzugsweise eine Mischung aus Bindeharzen, Pigmenten und Fluorpolymerharzen
in industriellen organischen Lösemitteln
enthalten. Das Beschichtungsmaterial weist vorzugsweise Flexibilität bis zu
oder über
eine Dehnung von 100% hinaus auf. Die bei der praktischen Durchführung der
Erfindung gegenwärtig
höchst
bevorzugten Materialien für
die verschleißfeste
Zusammensetzung sind von Whitford Plastics Limited unter der Marke
XYLAN erhältlich
und enthalten Mischungen aus Bindeharzen, Pigmenten und Fluorpolymerharzen
in einem oder mehreren industriellen organischen Lösemitteln.
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Die
erfindungsgemäße verschleißfeste Zusammensetzung
ist von dem Vorsehen einer im wesentlichen reinen PTFE Schicht über der
Gewebeschicht von Endloszahnriemen unterscheidbar. Wie zuvor erwähnt, weist
eine im wesentlichen reine PTFE Schicht eine relativ schlechte Verschleißfestigkeit
auf und nutzt sich daher im Gebrauch von der Riemenoberfläche ab.
Zwar ist keine Beschränkung
auf eine bestimmte Theorie beabsichtigt, jedoch wird gegenwärtig angenommen,
daß bei
der vorliegenden Erfindung, bei der ein fluoriertes Polymer wie
PTFE als Reibungsmodifikator in einer hoch-verschleißfesten
Zusammensetzungsmatrix verwendet wird, sich das PTFE nicht im Gebrauch
abnutzt, sondern über
die beabsichtigte Lebensdauer des Riemens auf dessen Treib- oder
Kraftübertragungsfläche bleibt.
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Es
ist beabsichtigt, daß die
durch die vorliegende Erfindung bewirkte Verbesserung erhebliche
Vorteile bei sämtlichen
Endlosriemenanwendungen bietet. Bei derartigen Anwendungen bildet
die verschleißfeste
Zusammensetzung eine Beschichtung, die zumindest in einen Teil der
Gesamtdicke des Gewebeabdeckelements eindringt. Es können sowohl
gießbare
als auch nicht gießbare
Elastomere für
den elastomeren Riemenbereich in diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung verwendet werden. Beispiele für geeignete gießbare Elastomere
umfassen, ohne darauf beschränkt
zu sein, gießbare
Polyurethane (einschließlich
Polyurethane, Polyurethan/Urea und Polyurea), Plastisole, Organosole,
flüssige
Chloroprene, flüssige
Polysulfide, flüssige
Gummis, Silikone, Urethane, auf Polyester basierende Harze, auf
Polyether basierende Harze und dergleichen, sowie Verschnitte und
Mischungen derselben. Polyurethanelastomere werden gegenüber anderen
Arten von gießbaren
Elastomeren wegen ihrer günstigen
Zugfestigkeit und Abriebfestigkeit sowie ihres zufriedenstellenden
Modulus und ihrer Elastizität
gegenwärtig
allgemein bevorzugt. Diese Polyurethane können auf jede herkömmliche
Weise hergestellt sein, beispielsweise durch Mischen eines Polyurethanpräpolymers mit
einem kettenerweiterungsmittel und optional einer Menge an Weichmacher
oder einem anderen Inhaltsstoff, falls gewünscht. Auf diesem Gebiet bekannte
herkömmliche
Kettenerweiterungsmittel können
verwendet werden.
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Nicht
gießbare
Elastomere, die für
den Riemenkörperteil
derartiger Riemen, welche die von der Erfindung bereitgestellten
Vorteile aufweisen, geeignet sind, umfassen beispielsweise Chloroprengummi
(CR), Acrylnitrilbutadiengummi (NBR), hydrogeniertes NBR (HNBR),
Styrolbutadiengummi (SBR), alkyliertes chlorsulfoniertes Polyethylen
(ACSM), Epichlorhydrin, Butadiengummi (BR), Kautschuk (NR) und Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymer-Elastomer
(EPDM) sowie verschnitte und Mischungen derselben. Die meisten thermoplastischen
Elastomere sind in diesem Zusammenhang mit einbezogen. Egal ob ein
gießbares
oder ein nicht gießbares
Elastomer in der Zusammensetzung, welche den Elastomerbereich des
Riemens bildet, verwendet wird, können derartige Zusammensetzungen
allgemein auch herkömmliche
Zusätze
in Mengen aufweisen, die generell für den beabsichtigten Zweck
geeignet sind. Eine derartige Zusammensetzung kann beispielsweise ein
verstärkendes,
teilweise verstärkendes
oder nicht verstärkendes
Füllmittel
in Mengen zwischen ungefähr 0
Teile pro hundert Gewichtsteilen Gummi (phr) bis ungefähr 500 phr,
einen oder mehrere Weichmacher in Mengen von ungefähr 0 phr
bis ungefähr
30 phr, ein oder mehrere Vulkanisiermittel oder Härtner, einschließlich Schwefel,
freie Radikale erzeugende Materialien wie Peroxid und ionisierende
Strahlung, etc. in Mengen zwischen ungefähr 0 phr bis ungefähr 100 phr;
und ein oder mehrere Antidegradationsmittel in Mengen von ungefähr 0 phr
bis ungefähr
15 phr, etc. verwendet werden. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist der Elastomerübercordbereich und/oder der
Elastomerzahnbereich aus einer geeigneten HNBR Elastomerzusammensetzung
gebildet.
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Die
vorliegende Erfindung umfaßt
ein Verfahren zur Herstellung der zuvor beschriebenen Riemen. Es ist
dadurch gekennzeichnet, daß ein
Gewebeabdekkungselement zuerst behandelt wird, vorzugsweise durch Eintauchen
in ein geeignetes vernetzbares Material, das mit den elastomeren
Bereichen des Riemens kompatibel ist, optional in Kombination mit
einem Harz wie Resorcinol-Formaldehyd. Diese erste Behandlung wird derart
durchgeführt,
daß zumindest
ein Teil der Leer- oder Zwischenräume zwischen den einzelnen
Fasern und Garnen des Gewebeabdeckungselements zumindest teilweise
frei von dem Behandlungsmaterial bleiben. Dies ermöglicht ein
Eindringen einer erheblichen Menge an verschleißfester Zusammensetzung, die
in einem nachfolgenden Schritt aufgebracht wird, in zumindest einen
Bereich der Gesamtdicke des Gewebes, und das Eindringen in und das
Verbleiben in diesen Leer- und Zwischenräumen. Die Aufnahmerate eines
derartigen Gewebebehandlungsmateri als liegt vorzugsweise zwischen
ungefähr
1% und ungefähr
50%, stärker
bevorzugt zwischen 5% und weniger als 30%, noch stärker bevorzugt
zwischen 7% und 25% und höchst
bevorzugt zwischen 10% und 20% basierend auf dem jeweiligen verwendeten
Gewebegewicht. Zwar ist dies eine relativ geringe Aufnahmerate,
jedoch hat sich überraschenderweise
gezeigt, daß ihr
Effekt beim Durchlassen der verschleißfesten Zusammensetzung durch
zumindest einen Teil des Gewebes und beim Eindringen in die Zwischenräume zwischen
zumindest einem erheblichen Bereich der Garne des Gewebes recht
drastisch ist.
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Es
ist nicht ungewöhnlich,
daß Gewebe,
die als Gewebeabdeckungselemente verwendet werden sollen, durch
eine Behandlung mit einem vernetzbaren Material gummiert werden.
Typische Aufnahmeraten zur Behandlung von Gewebeabdeckungselementen
zum Gummieren derselben liegen im allgemeinen zwischen ungefähr 30% und
ungefähr
40% und mehr. Erfindungsgemäß hat sich
jedoch herausgestellt, daß das
Aufbringen des Gewebebehandlungsmaterials in den beanspruchten Mengen
die Fasern und Garne des Gewebeabdekkungselements ausreichend bedeckt,
während
ausreichend Leerräume
in dem Gewebe belassen werden, in welche die verschleißfeste Zusammensetzung
Zusammensetzung eindringen und sich festsetzen kann. Ein Erhöhen der
Menge des Gewebebehandlungsmaterials in diesem Behandlungsschritt
verringert die Menge der verschleißfesten, die Reibung modifizierenden
Beschichtung, welche das Gewebeabdeckungselement durchdringen kann.
Während
eine relativ geringe Menge an Gewebeabdeckungsbehandlungsmaterial
dazu dient, der Beschichtung ein Eindringen in zumindest einen Teil
der Gesamtdicke des Gewebes zu ermöglichen, hat sich gezeigt,
daß ein
Erhöhen
der Menge dieser Behandlung tatsächlich
eine negative Auswirkung auf die Leistung des fertigen Riemens hat.
Die durch die Erfindung bewirkte Verbesserung der Verschleißfestigkeit, wie
in den im folgenden beschriebenen Vergleichstests dargelegt, ist
dramatisch.
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In
einem zweiten Schritt wird die verschleißfeste, die Reibung modifizierende
Zusammensetzung auf mindestens, jedoch vorzugsweise nur eine Seite
des derart behandelten oder teilweise gummierten Gewebes aufgebracht.
Das Aufbringen der Zusammensetzung kann durch jedes geeignete Verfahren
erfolgen, einschließlich
Sprühen,
Rakelbeschichtung, etc., erfolgt jedoch vorzugsweise durch Rakelbeschichten
mit einer Aufnahmerate vorzugsweise zwischen 5% und 80%, stärker bevorzugt
zwischen 20% und 50% und höchst
bevorzugt zwischen 25% und 35% basierend auf dem Gewebetrockengewicht.
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Als
optionaler, jedoch bevorzugter dritter Schritt erfolgt ein zweites
Aufbringen wenigstens eines vernetzbaren Materials, vorzugsweise
in einem harzartigen Träger,
wie in einem Resorcinol-Formaldehyd-Latex, auf einer zweiten Seite
des Gewebes, d.h. auf der Fläche
des Gewebes gegenüber
der verschleißfesten
Beschichtung. Dieses Aufbringen trägt zusätzliche Haftfestigkeit zur
Verbindung zwischen der Gewebeschicht und dem darunterliegenden
Elastomer bei, und unterstützt
die Bildung einer Sperre oder Grenze zwischen der Gewebeabdeckung
und der verschleißfesten
Beschichtung einerseits und den darunterliegenden elastomeren Riementeilen
andererseits. Dieses Material kann das gleiche wie das zuvor beschriebene
Gewebebehandlungsmaterial oder ein anderes Material sein, jedoch
ist es vorzugsweise mit den meisten Riemenkomponenten kompatibel.
Das Aufbringen dieses Materials kann durch ein geeignetes Verfahren
erfolgen, einschließlich Sprühen und
Rakelbeschichtung, erfolgt jedoch vorzugsweise durch Rakelbeschichten
mit einer Aufnahmerate zwischen ungefähr 2,5% und ungefähr 55%,
stärker
bevorzugt zwischen ungefähr
15% und ungefähr
50% und höchst
bevorzugt zwischen ungefähr
20% und ungefähr
35% basierend auf dem Gewebetrockengewicht.
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Eine
Kleberbehandlung kann sodann optional, jedoch bevorzugt, an der
selben zweiten Seite des Gewebes durchgeführt werden, d.h. der Seite
des Gewebes gegenüber
derjenigen der verschleißfesten
Zusammensetzung. Diese Kleberbehandlung kann vorzugsweise in Form
einer geeigneten und/oder herkömmlichen Gummikleberzusammensetzung
erfolgen, die zur Verwendung mit den meisten der Riemenkomponenten
geeignet ist und von denen zahlreiche auf diesem Gebiet bekannt
sind, einschließlich,
jedoch nicht darauf beschränkt,
der von Compounding Ingredients Ltd. unter der Marke CILBOND 80
erhältli chen
und ähnlicher
Kleber, die von The Lord Corporation erhältlich sind. Das Anwenden dieser
Kleberbehandlung kann mit einem geeigneten Verfahren erfolgen, einschließlich Sprühen und
Rakelbeschichtung, erfolgt jedoch vorzugsweise durch Rakelbeschichten
mit einer Aufnahmerate zwischen ungefähr 0% und ungefähr 70%,
stärker
bevorzugt zwischen ungefähr
1% und ungefähr
40% und höchst
bevorzugt zwischen ungefähr
10% und ungefähr
25% basierend auf dem Gewebetrockengewicht.
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Als
ein zusätzlicher
optionaler, jedoch bevorzugter Schritt kann eine zusätzliche
Kleberbehandlung auf die zweite Seite des behandelten Gewebes aufgebracht
werden. Jedes geeignete und/oder herkömmliche Klebermaterial, das
mit den umgebenden Riemenmaterialien kompatibel ist, kann in dieser
Hinsicht in Mengen verwendet werden, die üblicherweise für diesen
Zweck eingesetzt werden. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird hier zumindest ein vernetzbares Material verwendet, das mit
dem Riemenkörperelastomer kompatibel
ist, und zwar vorzugsweise in einem geeigneten Lösemittel suspendiert oder dispergiert,
das beim Aufbringen der Kleberzusammensetzung verfliegt. Das Aufbringen
eines derartigen zweiten Kleberbehandlungsmaterials, das zur Haftverbindung
zwischen der Gewebeschicht und dem Riemenkörperelastomer beitragen soll,
kann durch ein beliebiges Verfahren erfolgen, einschließlich Sprühen und
Rakelbeschichtung. Die Aufnahmerate dieses Materials in das Gewebeabdeckungselement
liegt zwischen ungefähr
3% und ungefähr 110%,
vorzugsweise zwischen ungefähr
25% und ungefähr
80% und stärker
bevorzugt zwischen ungefähr 40%
und ungefähr
70% basierend auf dem Gewebetrockengewicht.
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Wie
für den
Fachmann auf diesem Gebiet leicht ersichtlich, sollte das Gewebe
vorzugsweise zwischen jedem Aufbringen der Behandlungsmaterialien
trocknen. Insbesondere beim Aufbringen der verschleißfesten, die
Reibung modifizierenden Zusammensetzung auf die Gewebeabdeckungselementfläche, bei
der, wie in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, das Bindemittel
zum Härten,
Vernetzen oder Kettenerweitern oder einem anderen Polymerisieren
in der Lage ist, sollte der Trockenvorgang ausreichend Zeit, Temperatur
und/oder andere Bedingungen vorsehen, um ein solches Trocknen zu
ermöglichen.
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Wie
auf diesem Gebiet bekannt, weisen Fluorpolymere, einschließlich PTFE,
praktische keine Haftung an den meisten Substraten auf. Daher ist
es im vorliegenden Fall höchst
erwünscht,
daß die
verschleißfeste Zusammensetzungsmatrix,
welche derartige Fluorpolymere enthält, von der Grenzfläche zwischen
Riemenelastomer und Gewebe fern bleibt. Es wird angenommen, daß zusätzlich zum
besseren Eindringen der verschleißfesten Zusammensetzung in
einen größeren Teil
der Gesamtgewebedicke als bei anderen Verfahren oder Konstruktionen
möglich,
die Gewebebehandlung und/oder die nachfolgende Behandlung oder Behandlungen,
wie zuvor beschrieben, ferner zumindest eine teilweise Sperr- oder
Grenzschicht zwischen der verschleißfesten Zusammensetzung und
dem Gewebeabdeckungselement einerseits und dem Riemenkörperelastomer
andererseits bildet. Die Haftung zwischen der Gewebeschicht und
dem darunterliegenden Riemenelastomer kann so durch herkömmlichere
oder praktische Einrichtungen, beispielsweise die bereits beschriebenen
Kleberzusammensetzungen, oder ein anderes geeignetes und/oder herkömmliches
Klebersystem erreicht werden. Da ferner die verschleißfeste Zusammensetzung
vorzugsweise in großem
Maß in
einen erheblichen Teil der Gewebeabdeckung eindringt, einschließlich Faserbündel und
Gewebezwischenräume,
widersteht sie selbst unter hoher mechanischer Beanspruchung einem
Abscheren.
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In
einem stärker
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird ein Gewebe zur Verwendung als das Gewebeabdeckungselement
gewählt,
das eine Webart, einen Kett- und Schußgartyp und eine Garnmenge
aufweist, die zusammen eine spezifische Porosität bilden, die dadurch gekennzeichnet
ist, daß sie
eine erhebliches Vordringen der verschleißfesten Zusammensetzung auf
die Seite des Gewebes verhindert, welche dem darunterliegenden Riemenelastomer
zugewandt ist und in enger Anlage entlang diesem angeordnet ist. Dies
unterscheidet sich von den Konstruktionen, bei denen ein Gewebeaufbau
gewählt
wird, um ein Vordringen des Riemenkörper- oder Zahnelastomers auf die äußere Rad-
oder Scheibeneingriffsfläche
des Riemens zu verhindern. Im letzteren Fall kann das Vordringen
des Riemenelastomers durch Gewebezwischenräume durch eine relativ lockere
Webart oder ein stark poröses
Gewebe verringert oder verhindert werden, wobei diese Materialien üblicherweise
selbst bei relativ niedrigen Temperaturen eine relativ hohe Viskosität haben.
Im ersteren Fall hingegen macht die typischerweise sehr geringe
Viskosität
von Beschichtungsmaterialien die Verringerung oder das Verhindern
ihres Vordringens durch das Gewebe in Richtung des Riemenkörpers wesentlich
schwieriger. Bei diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht ein
bevorzugtes Gewebe aus im wesentlichen reinem Nylon 6,6 und weist
Garne auf, die eine Zugfestigkeit von nicht weniger als 6,0 g/decitex im
Ausgangszustand sowohl in Kett-, als auch in Schußrichtung
aufweisen. Eine Richtung wird vorzugsweise wollig (texturiert) bearbeitet,
wodurch das Gewebe nicht weniger als 80% Streckung bei einer Belastung
von 2 kg, gemessen mit einem 25 mm Streifen, aufweist. Das Gewebe
ist vorzugsweise so aufgebaut, daß es ein Endgewicht von mindestens
385 g/m2 aufweist, wobei mindestens 90%
des Gewichts vorzugsweise in der wollig bearbeiteten Richtung, d.h.
in Richtung der Riemenbewegung, liegen. Nach diesem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird angenommen, daß die verschleißfeste Zusammensetzung
stark gehindert oder im wesentlichen daran gehindert ist, in Kontakt
mit der inneren Riemenelastomerkontaktfläche des Gewebeabdeckungselements
zu gelangen. Zwar bilden zumindest die Gewebeadeckungsementbehandlung,
die zweite Behandlung und die Kleberbehandlung, wie zuvor beschrieben,
zusätzlich
zu dem Eindringenlassen der verschleißfesten Zusammensetzung durch
zumindest einen Teil des Gewebes, eine erhebliche Sperre oder Grenze
zwischen der Gewebeschicht und dem darunterliegenden Riemenelastomer,
jedoch wird angenommen, daß das
verwenden eines Gewebes mit derart geringer Porosität diesen
Aspekt der Erfindung weiter verbessert. Wo keine derartige Grenzschicht
zwischen dem Gewebe und der Beschichtungsschicht einerseits und
dem Riemenkörperelastomer
andererseits existiert, wird angenommen, daß bei langfristigem Gebrauch insbesondere
unter hohen Belastungen ein Delaminieren und eine eingeschränkte Betriebsfähigkeit
wahrscheinlich auftreten.
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Jedes
geeignete und/oder herkömmliche
Verfahren kann bei der Durchführung
der meisten der zur Herstellung der erfindungsgemäßen Kraftübertragungsriemen
verwendet werden. Wenn beispielsweise gießbare Riemenelemente bei der
Zahnriemenherstellung verwendet werden, können die Herstellungsschritte
ferner das Wickeln des die Zusammensetzung tragenden verschleißfesten
Gewebes um die Oberfläche
eines gekerbten Formbereichs umfassen, derart daß die mit der Zusammensetzung
beschichtete Fläche
des Gewebeabdeckungselements sich nahe dem gekerbten Formbereich
befindet; das Aufbringen einer Zugschicht um das verschleißfeste Gewebe,
beispielsweise durch schraubenlinienförmiges Wickeln eines oder mehrerer
Zugcords um das Gewebe; Einleiten eines im wesentlichen flüssigen Elastomermaterials
in den Formhohlraum; und Polymerisieren des derart gebildeten Produkts.
Wenn nicht gießbare
Riemenelastomere verwendet werden, beispielsweise mahlbare Gummis,
entweder mit oder ohne Faserfüllung,
können
die verbleibenden Riemenbildungsschritte die folgenden Schritte
aufweisen: das Positionieren des mit der Zusammensetzung beschichteten
Gewebeabdeckungselements wie beschrieben in einem entsprechend ausgebildeten
Formhohlraum mit Kerbenbereichen zur Bildung von Zähnen; das
Anordnen eines Zugteils an der zweiten Fläche des Gewebeabdeckungselements,
beispielsweise durch schraubenlinienförmiges Wickeln eines oder mehrerer Zugcords
um das Gewebe; das Anordnen von Elastomermaterial an dem Zugteil;
das Anordnen zusätzlicher alternierender
Anordnungen von Zugteilen und/oder elastomerem Material an dem Zugteil,
wie für
einen jeweiligen Aufbau erforderlich; Aufbringen von ausreichend
Temperatur und Druck zum Härten
oder Vulkanisieren der Elastomermaterialien; und Entnehmen der Anordnung
aus dem Formhohlraum. Die Zahnbereiche derartiger Riemen können ferner
jede geeignete Form haben, einschließlich gebogener, trapezförmiger und
anderer Formen.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung werden die Behandlungen mit der verschleißfesten
Zusammensetzung und die verschiedenen Gewebe- und Kleberbehandlungen
durchgeführt
und das derart behandelte Gewebeabdeckungselement an den Riemen
angebracht, bevor die elastomeren Riemenelemente vulkanisiert oder
gehärtet
werden. Anschließend kann
die Anordnung vulkanisiert oder gehärtet werden, wie es für die Komponenten
geeignet ist.
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Verschleiß und die
mit dem Verschleiß einhergehenden
Abmessungsveränderungen
sind Hauptquellen für
Riemenschlupfgeräusche,
Stoßgeräusche und
vorzeitigen Ausfall bei Endloszahnriemen. Um die Maßhaltigkeit
und die Verschleißeigenschaften
eines erfindungsgemäß hergestellten
Riemens mit anderen weniger erstrebenswerten Konstruktionen zu vergleichen,
von denen sich einige im Stand der Technik finden, wurden mehrere
Riemen wie im folgenden in Tabelle 1 beschrieben hergestellt und
einer Verschleißfestigkeitsanalyse
bei Raumtemperatur unterzogen. Die Testvorrichtung bestand aus einer
Antriebsanordnung mit zwei Riemenscheiben, von denen jede 19 Rillen
und ein RU Profil hatte. Die Riemen wurden mit einer Drehzahl von 6300
U/min, gemessen an der Riemenscheibe, bei einer Spannung zwischen
den Riemenscheiben von 530 N und einer Riementeilung von 0,375 Inch
(9,525 mm) betrieben. Der Test wurde bei 25°C +/– 5°C durchgeführt.
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Tabelle
1 Riemenkonstruktionen
für die
Verschleißfestigkeitsanalyse
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In
dem vorgenannten Beispiel und den Vergleichsbeispielen, mit Ausnahme
der in Tabelle 1 genannten, waren die Riemen im allgemeinen entsprechend
der Beschreibung in Zusammenhang mit 1 aufgebaut.
Die Riemen waren jeweils 15 mm breit und hatten 97 in Längsrichtung
beabstandete Zähne
von gleicher Abmessung mit einer Teilung von 9,525 mm. Der Riemenübercordbereich
und der Zahnbereich weisen jeweils eine HNBR Zusammensetzung mit
ungefähr
60 Teilen pro hundert Gewichtsteilen Elastomer (phr) an Ruß, ungefähr 15 phr
Weichmacher, ungefähr
3,5 phr Zinkoxid, ungefähr
2 phr Schwefel und ein Dithiocarbamat-Härtungsmittel auf. Die Gewebeabdeckung
umfaßte
jeweils Nylon 6,6 Garne in einer 2×2-Twill-Webart, wobei das Kettgarn
falsch verdrillt texturiert war. Das Gewebeabdeckungsbehandlungsmaterial
wies in allen Fällen
eine Mischung aus Resoorcinal-Formaldehyd-Latex und Elastomer auf,
die mit dem HNBR Riemenkörperelastomer kompatibel
war. Die verschleißfeste
Zusammensetzung bestand in jedem Fall aus einer Fluorkohlenstoffbeschichtung
mit einer Mischung aus 50:50 Gewichtsanteilen, erhältlich von
Whitford Plastics Ltd. unter der Marke XYLAN (Mischung aus XYLAN
1642-A-1429 und
1642-B-1452). Jeder Riemen wies ferner einen Gummiverbondungskleber
auf Harzbasis auf, der von Compounding Ingredients Ltd. unter der
Marke CILBOND 80 hergestellt wird, der mit einer Rate von 16% basierend
auf dem Gewebetrockengewicht aufgenommen wurde, sowie einen zusätzli chen
Kleber, der eine HNBR Zusammensetzung enthielt, die in Methylethylketon
mit einer Konzentration von ungefähr 28% gelöst war, und einer Aufnahmerate
von ungefähr
55% basierend auf dem Gewebetrockengewicht aufwies.
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Für den Vergleich
wurden die Riemen zunächst
gewogen und anschließend
auf der Testvorrichtung angebracht und nach 150 Teststunden erneut
gewogen, um Gewichtsverluste der verschiedenen Konstruktionen zu
vergleichen. Der Riemen 1 zeigte einen Gewichtsverlust von 0,26
g; der Riemen A zeigte einen Gewichtsverlust von 0,45 g; der Riemen
B zeigte einen Gewichtsverlust von 0,6 g; der Vergleichriemen C
zeigte einen Gewichtsverlust von ungefähr 1,6 g. Zwar wies jedes der
Vergleichsbeispiele, welche die verschleißfeste Zusammensetzungsschicht
oder -beschichtung aufwiesen, theoretisch den gleichen effektiven
Reibungskoeffizienten auf wie der Riemen 1 der Erfindung, jedoch
zeigte dieser eine erheblich verbesserte Verschleißfestigkeit
gegenüber
jedem der Vergleichsbeispiele. Die Ergebnisse dieser Analyse zeigen,
daß die
erfindungsgemäßen Riemen
mit der verschleißfesten
Zusammensetzung als den Kraftübertragungsflächengrenzbereichen
eine erheblich verbesserte Maßhaltigkeit
und Verschleißfestigkeitseigenschaften
im Vergleich mit Riemen aufweisen, die keine Beschichtung aus verschleißfester
Zusammensetzung aufweisen, sowie auch im Vergleich mit den Riemen,
die eine auf andere Weise oder nach einem anderen Verfahren aufgebrachte ähnliche
Zusammensetzung aufweisen. Die erfindungsgemäßen Riemen haben daher wahrscheinlich
eine erheblich längere
Lebensdauer unter hohen Belastungen und/oder Hochgeschwindigkeitsbedingungen
und erzeugen weniger Schlupf- und Stoßgeräusche. Es wird gegenwärtige angenommen,
daß die
Riemen gemäß der vorliegenden
Erfindung aufgrund der verbesserten Abrieb- oder Verschleißfestigkeit
und der exzellenten mechanischen Eigenschaften in der Lage wären, im
Gebrauch erheblich größere Spannungen
als bekannte Riemenkonstruktionen auszuhalten.
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Zwar
wurde die vorliegende Erfindung im Detail zu Darstellungszwecken
beschrieben, jedoch sei darauf hingewiesen, daß diese Details lediglich zu
diesem Zweck dienen und durch den Fachmann Variationen vorgenommen
werden können,
ohne den durch die Patentansprüche
definierten Rahmen der Erfindung zu verlassen.