DE60100139T2

DE60100139T2 - Zahnriemen

Info

Publication number: DE60100139T2
Application number: DE60100139T
Authority: DE
Inventors: Marco Di Meco; Franco Cipollone; Arturo Carrano; Carlo Baldovino; Mario Pennazza; Tommaso Di Giacomo
Original assignee: Dayco Europe SRL
Current assignee: Dayco Europe SRL
Priority date: 2000-05-23
Filing date: 2001-05-23
Publication date: 2004-01-08
Anticipated expiration: 2021-05-24
Also published as: ITTO20000468A0; BR0102792A; JP4703035B2; CA2348224A1; KR100803786B1; ES2194810T3; US6739997B2; ITTO20000468A1; KR20010107612A; DE60100139D1; AR028617A1; IT1320359B1; BR0102792B1; ATE235367T1; EP1157813B1; EP1157813A1; JP2002039276A; US20020015825A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zahnriemen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Verfahren für die Herstellung eines Zahnriemens.
Ein Zahnriemen dieses Typs ist z. B. aus EP-A-0 662 571 bekannt. Ferner ist ein Zahnriemen bekannt, welcher einen Körper aus elastomerem Material, in den mehrere längslaufende fadenförmige widerstandsfähige Einsätze, die im folgenden als "Korden" bezeichnet werden, eingebettet sind, und mehrere mit einem Beschichtungsgewebe beschichtete Zähne aufweist.
Jeder Bestandteil des Riemens trägt zur Steigerung der Riemenleistung im Hinblick auf den mechanischen Widerstand bei, um das Risiko des Zerreißens des Riemens zu verringern und die spezifische Übertragungsleistung zu steigern.
Das Beschichtungsgewebe des Riemens erhöht den Widerstand gegenüber Abrieb und schützt somit die Angriffsfläche des Riemens gegen Verschleiß, welcher sich aus der Reibung zwischen den Seiten der Zähne des Riemens und den Seiten der Rillen der Riemenscheibe ergibt, mit der der Riemen zusammenwirkt.
Außerdem verringert das Beschichtungsgewebe den Reibungskoeffizienten an der Angriffsfläche und reduziert die Verformbarkeit der Zähne, womit ihr Versagen verhindert wird.
Das verwendete Beschichtungsgewebe kann aus einer einzelnen Schicht bestehen oder alternativ doppellagig sein, um größere Robustheit und größere Steifheit zu gewährleisten.
Normalerweise wird das Gewebe mit einem Kleber, beispielsweise Resorcin-Formaldehyd-Latex (RFL) behandelt, um die Haftung zwischen dem Körper und dem Gewebe selbst zu erhöhen.
Ferner sind zahlreiche Verfahren zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit von Treibriemen durch Modifizieren der Struktur des Beschichtungsgewebes oder durch Ausführen verschiedener Behandlungen auf dem Gewebe bekannt. Es sind beispielsweise Behandlungen von Geweben für Zahnriemen bekannt, bei denen das Gewebe mit halogenierten Polymeren behandelt wird.
Die obigen Arten der Behandlung führen jedoch zu keiner beträchtlichen Erhöhung der Verschleißfestigkeit, da das Beschichtungsgewebe des Zahnriemens bei Verwendung in jedem Fall die Angriffsfläche bildet.
Daher besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Zahnriemen mit einer deutlich verbesserten Verschleißfestigkeit und ein entsprechendes Herstellungsverfahren zu erhalten, das bei jedem Zahnriementyp angewandt werden kann und leicht durchzuführen ist.
Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Zahnriemen mit einem Körper und mehreren Zähnen gelöst, wobei die Zähne mit einem Gewebe beschichtet sind, wobei der Zahnriemen eine widerstandsfähige Schicht aufweist, welche das Gewebe auf der Außenseite beschichtet und ein fluorisiertes Plastomer aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die widerstandsfähige Schicht ferner ein elastomeres Material und ein Vulkanisiermittel aufweist, wobei das fluorisierte Plastomer in der widerstandsfähigen Schicht in einer Menge vorhanden ist, die größer als die des elastomeren Materials ist.
Bestimmte Ausführungsbeispiele des Zahnriemens gemäß Anspruch 1 sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 8.
Unter einem anderen Aspekt wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Zahnriemens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 gelöst, dadurch gekennzeichnet, daß die widerstandsfähige Schicht getrennt von dem Gewebe gebildet wird.
Ein bestimmtes Ausführungsbeispiel dieses Verfahrens ist Gegenstand des abhängigen Anspruchs 10.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird diese nunmehr auch mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, welche zeigen:
1 eine geschnittene und perspektivische Ansicht eines Zahnriemens gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 einen Graph, der die Veränderung des 2 pld (Teillinienabstands) eines Zahnriemens gemäß der vorliegenden Erfindung und eines Zahnriemens nach dem Stand der Technik über die Zeit zeigt, wobei dieser Parameter den Abrieb des Gewebes während des Betriebs hervorhebt; und
3 eine Schnittansicht des Zahnriemens gemäß der vorliegenden Erfindung unter dem Elektronenmikroskop.
In 1 ist ein Zahnriemen insgesamt mit 1 bezeichnet. Der Riemen 1 weist einen aus elastomerem Material bestehenden Körper 2 auf, in den mehrere längslaufende fadenförmige widerstandsfähige Einsätze eingebettet sind.
Der Körper 2 weist eine Verzahnung 4 auf, die mit einem Beschichtungsgewebe 5 beschichtet ist, welches sich in Längsrichtung des Riemens 1 erstreckende Schußfäden und sich in Querrichtung des Riemens 1 erstreckende Kettfäden aufweist.
Der Körper 2 weist eine Elastomermaterialmischung auf, die möglicherweise mit Fasern versetzt ist und ein Hauptelastomer aufweist, welches vorzugsweise aus der aus Acrylnitril/Butadien, hydriertem Acrylnitril/Butadien, Chlorsulfatpolyethylen, EPDM und Chloropren bestehenden Gruppe gewählt ist.
Noch bevorzugter ist das Hauptelastomer hydriertes Acrylnitril/Butadien.
Zusätzlich zu dem Hauptelastomer kann die Elastomermaterialmischung auch andere Elastomere und auch herkömmliche Zusätze wie beispielsweise Verstärkungsmittel, Füllstoffe, Pigmente, Stearinsäure, Beschleuniger, Vulkasiermittel, Antioxidantien, Aktivatoren, Initiatoren, Weichmacher, Wachse, Anvulkanisierinhibitoren und dergleichen enthalten. Als Füllstoff kann beispielsweise Ruß oder weißer Füllstoff verwendet werden, der im allgemeinen in Mengen zwischen 5 und 200 phr, vorzugsweise ungefähr 70 phr, zugesetzt werden kann. Auch Talkum, Calciumcarbonat, Kieselerde und dergleichen in einer Menge von im allgemeinen zwischen 5 und 150 phr oder Füllstoffe enthaltende Dispersionen in Öl können zugesetzt werden. Organosilane können in Mengen zwischen 0,1 und 20 phr verwendet werden. Es können Schwefeldonatorvulkanisiermittel, wie beispielsweise Aminodisulfide und polymere Polysulfide oder freier Schwefel oder organische oder nichtorganische Peroxide verwendet werden. Die zugefügte Menge variiert je nach Gummityp und Typ des verwendeten Vulkanisiermittels und beträgt im allgemeinen zwischen 0,1 und 10 phr. Unter den am häufigsten bei der Zusammensetrung der Mischung verwendeten Antiabbaumittel sind Einkristallwachse, Paraffinwachse, Monophenole, Biphenole, Thiophenole, Polyphenole, Hydrochinonderivate, Phosphite, Phosphitmischungen, Thioester, Naphthylamine, Diphenylamine, Derivate substituierter oder nichtsubstituierter Diarylamine, Diarylphenylendiamine, Paraphenylendiamine, Chinoline und Aminmischungen. Die Antiabbaumittel werden im allgemeinen in einer Menge zwischen 0,1 und 10 phr verwendet. Beispiele für Weichmacheröle, die verwendet werden können, sind Dithiobisbenzanylhyd, Polypara-Dinitrosobenzen, Xilylmerkaptane, Polyethylenglykol, Paraffinöle, vulkanisierte pflanzli che Öle, Phenolharze, synthetische Öle, Paraffinharze und Polymerester. Die Weichmacheröle können in einer herkömmlichen Menge zwischen 0 und 140 phr verwendet werden. Unter den Initiatoren wird üblicherweise Stearinsäure in einer Menge zwischen 1 und 4 phr verwendet. Darüber hinaus können herkömmliche Zusätze wie Calciumoxid, Zinkoxid und Magnesiumoxid, im allgemeinen in einer Menge zwischen 0,1 und 25 phr, zugesetzt werden. Es werden auch herkömmliche Beschleuniger oder Kombinationen von Beschleunigern verwendet, wie beispielsweise Amine, Disulfide, Guanidin, Thioharnstoff, Thioazole, Thiole, Sulfenamide, Dithiokarbamate und Xanthate, im allgemeinen in einer Menge zwischen 0,1 und 100 phr.
Die widerstandsfähigen Einsätze 3 bestehen beispielsweise aus Glasfasern mit hohem Widerstand, können jedoch sogar Aramidfasern oder Hochmodulfasern, z.B. PBO, sein.
Das Beschichtungsgewebe 5 des Zahnriemens 1 kann aus einer oder mehr Schichten bestehen und kann z.B. durch die als 2 × 2-Twill bekannte Webtechnik hergestellt werden.
Alternativ läßt sich das Beschichtungsgewebe 5 nach einem Webmodus herstellen, der den Erhalt wenigstens einer rauhen Oberfläche ermöglicht, um die mechanische Haftung zu verbessern.
Das Gewebe 5 besteht vorzugsweise aus einem Polymermaterial, vorzugsweise aliphatisches oder aromatisches Polyamid, sogar noch bevorzugter 6/6-Polyamid mit hohem Wärmewiderstand und hoher Festigkeit.
Das Gewebe 5 kann auch von dem Typ sein, bei dem jeder Schußfaden aus einem elastischen Faden als Kern und mindestens einem um den elastischen Faden gewickelten Verbundfaden besteht, wobei der Verbundfaden einen Faden mit hohem Wärmewiderstand und hoher mechanischer Festigkeit und minde stens einen um den Faden mit hohem Wärmewiderstand und hoher mechanischer Festigkeit gewickelten Beschichtungsfaden aufweist.
Das Beschichtungsgewebe 5 wird im allgemeinen mit einem Kleber, insbesondere RFL, in einer Menge von vorzugsweise zwischen 10 und 30 Gew.% in Bezug auf das Gewebe 5 selbst behandelt, um dessen Haftung an dem elastomeren Material des Körpers 2 zu verbessern. Derselbe Kleber wird zwischen den Verstärkungseinsätzen 3 und dem Körper 2 verwendet.
Ein Zahnriemen 1 gemäß der vorliegenden Erfindung weist ferner eine widerstandsfähige Schicht 8 auf, die das Gewebe 5 auf der Außenseite beschichtet und aus einem fluorisierten Plastomer mit dem Zusatz eines elastomeren Materials oben auf dem Beschichtungsgewebe 5 besteht, wobei das fluorisierte Plastomer in einer Gewichtsmenge vorhanden ist, die größer als die des elastomeren Materials ist.
Außerdem ist zwischen dem Beschichtungsgewebe 5 und der widerstandsfähigen Schicht 8 ein Klebermaterial 9 vorgesehen, beispielsweise ein CHEMOSIL-Kleber (eingetragenes Warenzeichen von HENKEL) oder ein CHELOK-Kleber (eingetragenes Warenzeichen von LORD).
Wie in 3 gezeigt, in der die weißen Teile zwischen dem Gewebe 5 und der widerstandsfähigen Schicht 8 das Klebermaterial 9 darstellen, ist die widerstandsfähige Schicht 8 auf diese Weise deutlich von dem darunterliegenden Gewebe 5 unterschieden und getrennt.
Vorzugsweise ist das fluorisierte Plastomer in Mengen zwischen 101 und 150 Gewichtsteilen pro 100 Teile des elastomeren Materials vorhanden.
Die widerstandsfähige Schicht 8 weist ferner ein Peroxid als Vulkanisiermittel auf. Das Peroxid wird normalerweise in einer Menge zwischen 1 und 15 Gewichtsteilen pro 100 Teile des elastomeren Materials zugesetzt.
Vorzugsweise ist das fluorisierte Plastomer Polytetrafluorethylen - es können z.B. ZONYL (eingetragenes Warenzeichen von DUPONT) oder ALGOFLON (eingetragenes Warenzeichen von AUSIMONT) verwendet werden -, und das elastomere Material weist HNBR auf. Noch bevorzugter ist das elastomere Material mit einem Zinksalz der Polymethacrylsäure modifiziertes HNBR; es kann z.B. ZEOFORTE ZSC (eingetragenes Warenzeichen von NIPPON ZEON) verwendet werden.
Vorzugsweise weist die widerstandsfähige Schicht 8 eine Stärke zwischen 0,01 und 1,5 mm, noch bevorzugter zwischen 0,200 und 0,300 mm auf, um die notwendige Widerstandsfähigkeit zu gewährleisten.
Vorzugsweise wird die widerstandsfähige Schicht 8 mittels eines Kalanders und in einem einzigen Verarbeitungsschritt mit dem Gewebe verbunden. In diesem Fall wird die widerstandsfähige Schicht 8 in einem ersten Walzenpaar kalandriert und anschließend in einem zweiten Walzenpaar direkt mit dem Gewebe verbunden. Alternativ kann die widerstandsfähige Schicht 8 auch zuvor in einem ersten Schritt zu Rollen gewickelt worden sein und wird anschließend mit dem Gewebe 5 verbunden.
Als nächstes wird der Zahnriemen 1 gemäß den üblicherweise angewandten und bekannten Verfahren, die somit hier nicht im Detail beschrieben werden, vulkanisiert.
Aus einer Überprüfung der Charakteristiken des Zahnriemens gemäß der vorliegenden Erfindung gehen die durch ihn gebotenen Vorteile deutlich hervor.
Insbesondere hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß bei Beschichtung eines Beschichtungsgewebes 5 eines Zahnriemens mit einer widerstandsfähigen Schicht 8 des zuvor beschriebenen Typs die Verschleißfestigkeit des Zahnriemens bei bestimmten Anwendungen beträchtlich größer ist, als wenn die widerstandsfähige Schicht 8 nicht vorhanden wäre.
Überraschenderweise hat die widerstandsfähige Schicht 8 gleichzeitig die Charakteristiken eines ausgezeichneten Abriebwiderstands, welche typisch für Zusätze auf Fluorierungsbasis sind, und die ausgezeichneten mechanischen Charakteristiken elastomerer Materialien, und ist gleichzeitig in der Lage, dank des Klebers 9 an dem Gewebe zu haften.
Außerdem ist die widerstandsfähige Schicht 8 in der Lage, den Zahnriemen 1 vor möglichen Verunreinigungen, beispielsweise Wasser, zu schützen, die die widerstandsfähigen Einsätze 3 beschädigen könnten.
Im folgenden wird der Zahnriemen gemäß der vorliegenden Erfindung auch mittels nicht einschränkender Beispiele beschrieben.
BEISPIEL 1

Tabelle 1 präsentiert die Charakteristiken eines fluorisierten Plastomers, das in einer widerstandsfähigen Schicht 8 gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. Tabelle 1

ZONYL MP 1500
Mittlere Dichte ASTM D 1457	350-400 g/l
Schmelzpunkt ASTM D 1457	325±10°C
Teilchengrößenverteilung (Micro-tac Laser)	10% < 10 μm Mittelwert 20 90% < 35 μm
Wirksame Oberfläche (Stickstoffabsorption)	11

BEISPIEL 2
Tabelle 2 präsentiert die Charakteristiken eines elastomeren Materials in einer widerstandsfähigen Schicht 8 gemäß der vorliegenden Erfindung. Tabelle 2

ZEOFORTE ZSC 2195 H

gebundenes Acrylonitril Gew.% 36

Mooney-Plastizität MS 1 + 4 ml 70-90

volumenbezogene Masse 1,24 (g/cm³)

Jodzahl 28
BEISPIEL 3
Tabelle 3 präsentiert die chemische Zusammensetzung einer gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten widerstandsfähigen Schicht 8. Die besagte widerstandsfähige Schicht hat eine Stärke von 0,230 mm. Tabelle 3

Elastomeres Material wie in Beispiel 1 100 phr

Zusatz auf Fluoropolymerbasis wie in Beispiel 2 125 phr

Peroxid 6 phr
BEISPIEL 4
sDer Graph von 2 zeigt die Werte, die bei Ausführung eines Riemenbestandtests erhalten wurden, wobei die Verschleißfestigkeit durch Messen der 2 pld (Teillinienabstand-)Veränderungen über die Zeit erhalten wurde: eine geringere Veränderung bei dem pld über die Zeit entspricht einer stärkeren Verschleißfestigkeit des Zahnriemens.
Der Test wurde durch Vergleichen eines Zahnriemens mit einem Körper 2 aus hydriertem Polyacrylnitril/Butadien und Verstärkungseinsätzen 3 aus Glas E 34 3 × 13 und einer widerstandsfähigen Schicht 8 gemäß der vorliegenden Erfindung und mit derselben Zusammensetzung wie die für Beispiel 3 beschriebene mit einem Zahnriemen ohne die widerstandsfähige Schicht durchgeführt.
In dem Graph ist der Zahnriemen 1 gemäß der vorliegenden Erfindung durch eine durchgezogene Linie 21 angezeigt, während die gestrichelte Linie 22 den Zahnriemen nach dem Stand der Technik anzeigt.

Der Test wurde bei einem mit Riemenscheiben eines elektrisch angetriebenen Direkteinspritzerverbrennungsdieselmotors zusammengreifenden Zahnriemen entsprechend den in Tabelle 4 angegebenen Charakteristiken ausgeführt. Der Riemen mußte sich insgesamt 150 Stunden drehen, der Test wurde jedoch alle 30 Stunden zum Ausführen der notwendigen Messungen von 2 pld und somit zum Bestimmen des Grades an aufgetretenem Verschleiß unterbrochen. In den ausgeführten Tests (2) war nur der Gegenstand des Patents bildende Riemen in der Lage, die erforderliche Dauer zu überschreiten, wobei er eine Verringerung des 2 pld von lediglich 7% in noch immer gutem Eingriffszustand am Ende des Tests zeigte, im Gegensatz zu einem Riemen ohne die widerstandsfähige Schicht 8, der eine Verringerung des 2 pld von 15% hatte, entsprechend dem Verlust des Beschichtungsgewebes und dem sich daraus ergebenden Verlust des Eingreifens (Angreifens aneinander) und der Funktionalität bei gerade einmal 100 Stunden. Tabelle 4

Riemenbreite	15,0 mm
Drehzahl	4000 U/min
Dynamische Belastung auf dem Riemen	1800 N
Druck der Einspritzpumpe	1200 bar
Leistung der Einspritzpumpe	Maximum
Spannung	Automatische Spannvorrichtung 320 N

Claims

Zahnriemen (1) mit einem Körper (2) und mehreren Zähnen (4), wobei die Zähne mit einem Gewebe (5) beschichtet sind, wobei der Zahnriemen (1) eine widerstandsfähige Schicht (8) aufweist, welche das Gewebe (5) auf der Außenseite beschichtet und ein fluorisiertes Plastomer aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die widerstandsfähige Schicht (8) ferner ein elastomeres Material und ein Vulkanisiermittel aufweist, wobei das fluorisierte Plastomer in der widerstandsfähigen Schicht (8) in einer Menge vorhanden ist, die größer als die des elastomeren Materials ist.
Zahnriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er einen zwischen dem Gewebe (5) und der widerstandsfähigen Schicht (8) vorgesehenen Kleber (9) aufweist.
Zahnriemen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das fluorisierte Plastomer Polytetrafluorethylen ist.
Zahnriemen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das elastomere Material HNBR aufweist.
Zahnriemen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das elastomere Material HNBR aufweist, das mit einem Zinksalz der Polymethacrylsäure modifiziert ist.
Zahnriemen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die widerstandsfähige Schicht (8) das fluorisierte Plastomer in einer Menge zwischen 101 und 150 Gewichtsteilen pro 100 Teile des elastomeren Materials aufweist.
Zahnriemen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die widerstandsfähige Schicht (8) eine Dicke zwischen 0,01 und 1,5 mm hat.
Zahnriemen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die widerstandsfähige Schicht (8) eine Dicke zwischen 0,100 und 0,280 mm hat.
Verfahren zur Herstellung eines Zahnriemens (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die widerstandsfähige Schicht (8) getrennt von dem Gewebe (5) gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die widerstandsfähige Schicht (8) in einem ersten Walzenpaar kalandriert und in einem zweiten Walzenpaar anschließend direkt mit dem Gewebe verbunden wird.