DE102004019631B4

DE102004019631B4 - Reibschlüssiger Kraftübertragungsriemen und Riemenantriebsvorrichtung mit diesem

Info

Publication number: DE102004019631B4
Application number: DE102004019631.1A
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Shiriike; Hiroyuki Tachibana
Original assignee: Bando Chemical Industries Ltd
Current assignee: Bando Chemical Industries Ltd
Priority date: 2003-04-25
Filing date: 2004-04-22
Publication date: 2016-01-07
Anticipated expiration: 2024-04-23
Also published as: CN1540184A; JP4448288B2; DE102004019631A1; JP2004324794A; CN100542796C; US20040214676A1; US7244207B2

Abstract

Keilrippenriemen für die Übertragung von Kraft, dessen Keilrippen-Riemenkorpus um eine Riemenscheibe gewickelt wird und diese berührt, wobei mindestens ein die Riemenscheibe berührender Teil des Keilrippen-Riemenkorpus aus einer Kautschukzusammensetzung gebildet wird, in welcher Polyethylenharz in Pulver- oder Granulatform, das eine relative Molekülmasse von 500.000 bis 2000.000 und eine Korngröße von 25 μm bis 120 μm aufweist, in Ethylen-Propylen-Dien-Monomer-Kautschuk (EPDM) enthalten ist, wobei das Polyethylenharz einen Anteil von 5 bis 10 Masseteilen auf 100 Masseteile EPDM hat.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
(a) Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft einen Keilrippenriemen für die Kraftübertragung, dessen Riemenkorpus um eine Riemenscheibe gewickelt ist und diese berührt, sowie eine Riemenantriebsvorrichtung mit einem solchen Keilrippenriemen.
(b) Beschreibung des Stands der Technik
Serpentinenriemenantriebsvorrichtungen für die Kraftübertragung von einer Kurbelwelle eines Kraftfahrzeugmotors auf Zusatzeinrichtungen wie Servolenkung, Kompressor und Drehstromgenerator über einen einzelnen Keilrippenriemen werden verbreitet eingesetzt, um den Platz für einen Motorraum zu reduzieren. Unter diesen Umständen muss ein solcher Keilrippenriemen eine hohe Kraftübertragungskapazität aufweisen. Ferner muss der Keilrippenriemen auch zur Verwirklichung komfortablen Fahrverhaltens und für andere Zwecke eine hohe Geräuschlosigkeit während des Riemenlaufs aufweisen. Für diese Zwecke wird ein typischer Keilrippenriemen durch kurze Fasern verstärkt, die in einer die Riemenscheiben berührenden Kautschuk-Riemenunterbauschicht so eingemischt sind, dass sie in einer Breitenrichtung des Riemens ausgerichtet sind und die kurzen Fasern von der Riemenfläche abstehen, um den Reibungskoeffizienten der Riemenfläche zu senken, was zu verringerter Geräuscherzeugung und verbesserter Abriebbeständigkeit führt.
Die ungeprüfte japanische Patentschrift JPH07-63242 A offenbart einen Keilriemen zur Kraftübertragung, welcher eine Adhäsionskautschukschicht, in welcher ein Kord entlang einer Längsrichtung des Riemens eingebettet ist, sowie eine Kautschuk-Riemenunterbauschicht, welche an der unteren Seite der Adhäsionskautschukschicht angrenzt und in welcher kurze Fasern entlang einer Breitenrichtung des Riemens eingebettet sind, so dass einige kurzen Fasern der Breitenrichtung über die Seitenflächen des Riemens hinaus abstehen. Bei diesem Keilriemen sind die kurzen Fasern der Kautschuk-Riemenunterbauschicht aus in Riemenbreitenrichtung ausgerichteten Para-Aramid- und/oder Meta-Aramidfasern einer Länge von 2 mm bis 10 mm und breiartigen Para-Aramidfasern, worunter einige eine maximale Länge von 2 mm und 80% oder mehr eine Länge von 1 mm oder weniger aufweisen, gebildet. Diese Schrift beschreibt, dass der Kraftübertragungskeilriemen die Wirkungen von Aramidfasern, die in die Kautschuk-Riemenunterbauschicht des Riemens gemischt sind, hinreichend aufweist und gleichzeitig die Abriebbeständigkeit und die fehlende Klebrigkeit der Kautschuk-Riemenunterbauschicht verbessert.
Die ungeprüfte japanische Patentschrift JP 2001-165244 A offenbart einen Keilrippenriemen, in welchem eine Kautschuk-Riemenunterbauschicht kurze Baumwollfasern und kurze Para-Aramidfasern enthält, wovon einige von der Rippenoberfläche hervorstehen, die hervorstehenden kurzen Para-Aramidfasern fibrilliert sind und der Anteil der kurzen Baumwollfasern und der kurzen Para-Aramidfasern bei 10 bis 40 Masseteilen bzw. 5 bis 10 Masseteilen auf 100 Masseteile Kautschuk in der Kautschuk-Riemenunterbauschicht liegt. Diese Schrift beschreibt, dass bei Verwendung eines Kraftfahrzeugriemens für einen Motor mit großen Schwankungen der Umdrehungen pro Minute der Keilrippenriemen die Geräuscherzeugung durch Unterdrücken winziger Rutscher während Nasslauf eliminieren kann.
Die ungeprüfte japanische Patentschrift JP 2002-227934 A offenbart einen Keilrippenriemen mit einem Aufbau, in welchem ein Kord in einer Adhäsionskautschukschicht entlang der Längsrichtung des Riemens eingebettet ist, eine Kautschuk-Riemenunterbauschicht mit mehreren sich in Längsrichtung des Riemens erstreckenden Riemen an der Unterseite der Adhäsionskautschukschicht geschichtet ist, ein Deckgewebe als Zugschicht oben auf der Adhäsionskautschukschicht aufgeschichtet ist und die Kautschuk-Riemenunterbauschicht 5 bis 40 Masseteile kurzer Fasern auf 100 Masseteile ihres Kautschukbestandteils enthält. Die Schrift beschreibt, dass ein Kraftübertragungsriemen mit ausgezeichneten Kraftübertragungskapazitäten während Normal- und Nasslauf sowie hoher Geräuschminderungswirkung bei niedrigem Zug erhalten werden kann.
Die ungeprüfte japanische Patentschrift JP 2003-12871 A offenbart einen Keilrippenriemen, welcher aus einer elastischen Aufbauschicht gebildet wird, welche eine Adhäsionskautschukschicht, in welcher ein Kord entlang der Riemenlängsrichtung eingebettet ist, und eine Kautschuk-Riemenunterbauschicht aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass von der elastischen Aufbauschicht bestehend aus Adhäsionskautschukschicht und Kautschuk-Riemenunterbauschicht zumindest die Kautschuk-Riemenunterbauschicht aus einem Vulkanisat aus einer Ethylen-α-Olefin-Elastomerverbindung besteht, der Ethylenanteil des Ethylen-α-Olefin-Elastomers 60 bis 75 Masseprozent beträgt, eine oder mehrere Arten kurzer Fasern von 0,5 mm bis 3 mm Länge als verstärkende Fasern in der Kautschuk-Riemenunterbauschicht enthalten sind und die Gesamtmenge der zugegebenen kurzen Fasern bei 10 bis 30 Masseteile auf 100 Masseteile des Ethylen-α-Olefin-Elastomers liegt. Diese Schrift beschreibt, dass eine solche kurze Fasern enthaltende Kautschukzusammensetzung mit ausgezeichneter Auswalzbarkeit zumindest für die Kautschuk-Riemenunterbauschicht verwendet wird, wodurch ein Kraftübertragungsriemen großer Haltbarkeit mit ausgezeichneter Dauerbiegefestigkeit und Wärmebeständigkeit, Kältebeständigkeit, Abriebbeständigkeit und Haftabriebbeständigkeit zur Hand gegeben wird.
Die ungeprüfte japanische Patentschrift JP H06-288439 A offenbart einen Kraftübertragsriemen, welcher aus Urethanelastomer hergestellt wird, in welchem aber Polyolefinpulver, wie z. B. Polyethylen oder Polypropylen, dispergiert sind. Diese Schrift beschreibt, dass ein Kraftübertragungsriemen aus Urethanelastomer erhalten werden kann, der eine ausgezeichnete Abriebbeständigkeit aufweist, auch bei Antrieb mit hoher Last und hoher Geschwindigkeit unter Hochtemperaturbedingungen nicht reißt und dadurch eine lange Lebensdauer aufweist.
Ferner ist aus der WO 00/04098 A1 ein Keilrippenriemen bekannt, bei dem Polyethylenharzkörner in einem EPDM, das heißt Ethylen-Propylen-Dien-Monomer-Kautschuk enthalten sind, wobei die Harzkörner eine Partikelgröße von 150 μm bis 350 μm aufweisen sollen.
Wird die Menge der in die Kautschuk-Riemenunterbauschicht eines Keilrippenriemens gemischten kurzen Fasern erhöht, wird auch die Anzahl der an der Riemenoberfläche freiliegenden kurzen Fasern erhöht und daher werden die Wirkungen der Verbesserung der Geräuschminderungsleistung und der Abriebbeständigkeit groß.
Das Erhöhen der Menge eingemischter kurzer Fasern erschwert jedoch das gleichmäßige Kneten der kurze Fasern enthaltenden Kautschukzusammensetzung zur Bildung einer Kautschuk-Riemenunterbauschicht und das Formen zu einer Lage. Aus diesen Grund können nur höchstens 25 Masseteile kurzer Fasern in 100 Masseteile eines Kautschukbestandteils der Kautschuk-Riemenunterbauschicht gemischt werden. Weiterhin werden die kurzen Fasern durch Schneiden langer Fasern hergestellt und müssen einer Adhäsionsbehandlung unterzogen werden, um ihnen Adhäsionsvermögen gegenüber Kautschuk zu verleihen, was zu hohen Materialstückkosten führt. Daher führt eine Erhöhung der Menge eingemischter kurzer Fasern zu einem Anstieg der Materialkosten des Riemens.
ZUSAMMENFASSENDE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Geräuschminderungsleistung und die Abriebbeständigkeit eines reibschlüssigen Kraftübertragungsriemens zu verbessern.
Zur Verwirklichung der obigen Aufgabe sieht die vorliegende Erfindung einen Keilrippenriemen für die Kraftübertragung gemäß Anspruch 1 sowie eine Riemeantriebsvorrichtung gemäß Anspruch 3 vor.
Ein solcher Keilrippenriemen weist eine ausgezeichnete Geräuschminderungsleistung und Abriebbeständigkeit auf. Da EPDM Kautschuk eine hohe Affinität zu Polyethylenharz hat, gibt dies weiterhin eine sehr gute Dispergierbarkeit des Polyethylenharzes in den Riemenaufbau.
Bei dem erfindungsgemäßen reibschlüssigen Kraftübertragungsriemen ist das Polyethylenharz mit einer relativen Molekülmasse von 500.000 bis 2.000.000. Die relative Molekülmasse wird durch Viskositätsmessung gemessen.
Wenn der Anteil an Polyolefinharz bei 5 oder weniger Masseteilen auf 100 Masseteilen des den Riemenaufbau bildenden Kautschukbestandteils liegt, werden die Wirkungen der Verbesserung der Geräuschminderungsleistung und der Abriebbeständigkeit gering. Wenn dagegen der Anteil an Polyolefinharz bei 50 oder mehr Masseteilen auf 100 Masseteilen des den Riemenaufbau bildenden Kautschukbestandteils liegt, werden eine große Anzahl von Fehlern, die durch Polyolefinharz entwickelt werden, in den Riemenaufbau übernommen, was die Haltbarkeit des Riemens beeinträchtigt.
Daher weist bei dem erfindungsgemäßen reibschlüssigen Kraftübertragungsriemen das Polyethylenharz vorzugsweise einen Anteil von 5 bis 10 Masseteilen auf 100 Masseteile des den Riemenaufbau bildenden Kautschukbestandteils auf.
Bei dem erfindungsgemäßen reibschlüssigen Kraftübertragungsriemen weist das Polyolefinharz eine Korngröße von 25 μm bis 120 μm auf.
Bei dem erfindungsgemäßen reibschlüssigen Kraftübertragungsriemen ist das EPDM in der Kautschukzusammensetzung, welches mindestens den Teil des Riemenaufbaus bildet, der die Riemenscheibe berührt, vorzugsweise mit einem organischen Peroxid vernetzt.
Der erfindungsgemäße Keilrippenriemen ist nicht sonderlich beschränkt, solange er Kraft auf eine Riemenscheibe überträgt, wobei der Riemenaufbau um die Riemenscheibe gewickelt ist und diese berührt, eignet sich aber besonders als Keilrippenriemen zur Verwendung in Kraftfahrzeuganwendungen.
Eine Riemenantriebsvorrichtung mit ausgezeichneter Geräuschminderungsleistung kann durch mehrere Riemenscheiben und einen erfindungsgemäßen Keilrippenriemen, dessen Riemenaufbau um mindestens eine der mehreren Riemenscheiben gewickelt ist und diese berührt, konstruiert werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung unter Bezug auf die Begleitzeichnungen hervor.
1 ist eine perspektivische Ansicht eines Keilrippenriemens nach einer erfindungsgemäßen Ausführung.
2A zeigt Konstruktionsmaterialien des Keilrippenriemens und 2B zeigt den gesamten Aufbau des Keilrippenriemens.
3 zeigt die Anordnung einer Riemenantriebsvorrichtung für das Antreiben von Kraftfahrzeugzusatzeinrichtungen.
4 ist eine perspektivische Ansicht eines Keilriemens nach einer nicht-erfindungsgemäßen Ausführung.
5 zeigt die Anordnung einer Riemenlauftestvorrichtung für einen Riemenhaltbarkeitstest.
6A und 6B sind Tabellen, welche den Aufbau von Testauswertungsriemen und Testauswertungsergebnisse zeigen.
EINGEHENDE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN
Nachfolgend werden erfindungsgemäße Ausführungen unter Bezug auf die Zeichnungen eingehend beschrieben.
Ausführung 1
1 zeigt einen Keilrippenriemen B nach einer erfindungsgemäßen Ausführung.
Dieser Keilrippenriemen B umfasst einen Keilrippenriemenaufbau 10, einen in dem Keilrippenriemenaufbau 10 so eingebetteten Kord 16, dass er bei bestimmten Teilungen in der Riemenbreitenrichtung eine Spirale bildet, und ein die Rückfläche verstärkendes Gewebe 17, das zur Bedeckung der Rückflächenseite des Keilrippenriemenaufbaus 10 vorgesehen wird.
Der Keilrippenriemenaufbau 10 besteht aus einer Kautschukzusammensetzung, bei welcher Ethylen-α-Olefin-Elastomer in Form von Ethylen-Propylen-Dien-Monomer-Kautschuk (EPDM) als Kautschukbestandteil enthalten ist und der Kautschukbestandteil mit einem organischen Peroxid vernetzt ist. Der Keilrippenriemenaufbau 10 ist so aufgebaut, dass eine Adhäsionskautschukschicht 11 mit dem darin eingebetteten Kord 16 und eine darunter liegende Kautschuk-Riemenunterbauschicht 12 zu einem Stück geschichtet sind. Die Kautschuk-Riemenunterbauschicht 12 dient als Teil für das Berühren einer Riemenscheibe, die innerhalb des Riemens angeordnet ist, und für das Übertragen von Kraft direkt auf die Riemenscheibe. Um sicherzustellen, dass der Riemen eine breite Kontaktfläche zur Riemenscheibe aufweist, ist die Kautschuk-Riemenunterbauschicht 12 daher mit wulstartigen Rippen 13 versehen, die sich in der Riemenlängsrichtung erstrecken und in der Riemenbreitenrichtung ausgerichtet sind. Weiterhin sind kurze Fasern 14, wie z. B. Aramidfasern oder Nylonfasern, die in der Riemenbreitenrichtung ausgerichtet sind, in die Kautschuk-Riemenunterbauschicht 12 eingemischt, wodurch die Kautschuk-Riemenunterbauschicht 12 verstärkt wird. Gleichzeitig verringern die freiliegenden kurzen Fasern 14, die dadurch von der Riemenoberfläche abstehen, den Reibungskoeffizienten der Kontaktfläche des Riemens zur Riemenscheibe. Weiterhin wird Polyolefinharz 15 in Pulver- oder Granulatform, beispielsweise Polyethylenharz mit ultrahoher relativer Molekülmasse, in die Kautschuk-Riemenunterbauschicht 12 gemischt und dispergiert. Dies verringert ebenfalls den Reibungskoeffizienten an der Kontaktfläche des Riemens zur Riemenscheibe. Bei Verwendung von Polyethylenharz als Polyolefinharz 15 weist dieses vorzugsweise eine ultrahohe relative Molekülmasse von 500.000, bevorzugt 1 Million bis 2 Millionen auf. Weiterhin hat das Polyolefinharz 15 vorzugsweise eine Korngröße von über 25 μm bis 120 μm und einen Anteil von 5 bis 10 Masseteilen auf 100 Masseteile des den Riemenaufbau bildenden Kautschukbestandteils. Da EPDM, welches der Kautschukbestandteil der die Kautschuk-Riemenunterbauschicht 12 bildenden Kautschukzusammensetzung ist, eine hohe Affinität zu dem Polyethylenharz 15 hat, gibt dies weiterhin eine sehr gute Dispergierbarkeit des Polyethylenharzes 15 in die Kautschuk-Riemenunterbauschicht 12 zur Hand.
Der Kord 16 wird aus Zwirn aus Aramidfasern, Polyesterfasern oder dergleichen gebildet. Um dem Kord 16 ein Adhäsionsvermögen zum Keilrippenriemenaufbau 10 zu verleihen, wird der Kord 16 vor dem Formen einer Reihe von Einweichbehandlungen in einer Resorcinolformaldehyd-Latex-Wasserlösung (nachstehend als eine RFL-Wasserlösung bezeichnet) und einer Wärmebehandlung sowie einer Reihe von Einweichbehandlungen in Kautschuklösung und Trocknen unterzogen.
Das die Rückfläche verstärkende Gewebe 17 wird aus einem Gewebe wie z. B. Gewebe in glatter Bindung bestehend aus Kamm- und Schussgarnen gebildet. Um dem die Rückfläche verstärkenden Gewebe 17 ein Adhäsionsvermögen zum Keilrippenriemenaufbau 10 zu verleihen, wird das Gewebe 17 vor dem Formen einer Reihe von Einweichbehandlungen in RFL-Wasserlösung und einer Wärmebehandlung sowie einer Reihe von Kautschuklösungsbeschichtungsbehandlungen seiner Oberfläche, die mit dem Keilrippenriemenaufbau 10 in Kontakt kommt, und Trocknen unterzogen.
Bei dem Keilrippenriemen B mit dem obigen Aufbau werden nicht nur kurze Fasern 14 in die Kautschuk-Riemenunterbauschicht 12 gemischt, sondern die Kautschuk-Riemenunterbauschicht 12, welche ein die Riemenscheibe berührender Teil des Keilrippenriemenaufbaus 10 ist, besteht aus einer Kautschukzusammensetzung, in welche Polyethylenharz 15 in Pulver- oder Granulatform dispergiert wird. Daher verringert das an der Riemenoberfläche freiliegende Polyethylenharz 15 den Reibungskoeffizienten an dem Kontaktteil. Da der Kautschukbestandteil der die Kautschuk-Riemenunterbauschicht 12 bildenden Kautschukzusammensetzung EPDM mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten ist, weist der Keilrippenriemen B eine sehr gute Geräuschminderungsleistung und Abriebbeständigkeit auf.
Als Nächstes folgt eine Beschreibung eines Verfahrens für die Fertigung eines Keilrippenriemens B mit dem obigen Aufbau unter Bezug auf 2A und AB.
Die Fertigung eines Keilrippenriemens B erfolgt unter Verwendung einer Innenform, deren Außenumfang eine Formfläche für das Ausbilden der Riemenrückenfläche zu einer vorbestimmten Form aufweist, und einer Kautschukmanschette, deren Innenumfang eine Formfläche für das Ausbilden der Riemeninnenseite zu einer vorbestimmten Form aufweist.
Zuerst wird der Außenumfang der Innenform mit einem Gewebe 17' bedeckt, das ein die Rückfläche verstärkendes Gewebe 17 sein wird, und dann wird eine unvernetzte Kautschuklage 11b' für das Ausbilden eines Rückflächenseitenteils 11b einer Adhäsionskautschukschicht 11 um das Gewebe 17' gewickelt.
Dadurch wird ein Zwirn 16', der ein Kord 16 sein wird, spiralförmig um die Kautschuklage 11b' gewickelt, dann wird eine unvernetzte Kautschuklage 11a' für das Ausbilden eines Innenflächenseitenteils 11a der Adhäsionskautschukschicht 11 um die zwirnumwickelte Kautschuklage 11b' gewickelt und eine unvernetzte Kautschuklage 12' für das Ausbilden einer Kautschuk-Riemenunterbauschicht 12 wird dann um die Kautschuklage 11a' gewickelt. In diesem Zusammenhang wird das für die unvernetzte Kautschuklage 12' für das Ausbilden einer Kautschuk-Riemenunterbauschicht 12 verwendete Material durch Mischen von Ethylen-α-Olefin-Elastomer in Form von Ethylen-Propylen-Dien-Monomer-Kautschuk, welches als zugrunde liegender Kautschukbestandteil verwendet wird, wobei in der Richtung senkrecht zur Wickelrichtung kurze Fasern 14 ausgerichtet sind, von Polyolefinharz 15 in Form von Polyethylenharz in Pulver- oder Granulatform und von organischem Peroxid, das als Vernetzungsmittel dient, erhalten. Beim Wickeln jeder der unvernetzten Kautschuklagen 11b', 11a' und 12' überlappen deren Enden in Wickelrichtung nicht, sondern liegen aneinander an.
Danach wird die Kautschukmanschette auf das geformte Stück um die Innenform gegeben, sie werden in einen Formofen gegeben und die Kautschukmanschette wird dann mit hohem Druck radial nach innen gegen die Innenform gepresst, während die Innenform durch Dampf hoher Temperatur oder dergleichen erhitzt wird. Dabei wird der Kautschukbestandteil fluidisiert und gleichzeitig läuft eine Vernetzungsreaktion ab, so dass Adhäsionsreaktionen des Zwirns 16' und des Gewebes 17' an dem Kautschuk ablaufen. Dadurch wird ein zylindrischer Riemenwickel gebildet.
Dann wird der Riemenwickel von der Innenform genommen und in seiner Längsrichtung in mehrere Teile unterteilt. Danach wird der Außenumfang jedes Teils zur Bildung von Rippen 13 geschliffen.
Schließlich wird der in mehrere Teile unterteilte Riemenwickel, der am Außenumfang ausgebildete Rippen 13 aufweist, zu Stücken vorbestimmter Breite zerschnitten und jedes Stück wird umgedreht, wodurch ein Keilrippenriemen B erhalten wird.
3 zeigt die Anordnung einer Zusatzeinrichtung-Riemenantriebsvorrichtung 30 des Typs Serpentinenantrieb in einem Kraftfahrzeugmotor, welche den Keilrippenriemen B verwendet.
Diese Anordnung der Zusatzeinrichtung-Riemenantriebsvorrichtung 30 wird durch eine an einer obersten Position angeordnete Servolenkung-Riemenscheibe 31, eine unter der Servolenkung-Riemenscheibe 31 platzierte Drehstromgenerator-Riemenscheibe 32, eine links unter der Servolenkung-Riemenscheibe 31 positionierte Flachspannrolle 33, eine unter der Spannrolle 33 platzierte flache Kühlmittelpumpen-Riemenscheibe 34, eine links unter der Spannrolle 33 platzierte Kurbelwellen-Riemenscheibe 35 und eine rechts unter der Kurbelwellen-Riemenscheibe 35 platzierte Klimaanlagen-Riemenscheibe 36 gebildet. Von diesen Riemenscheiben sind alle mit Ausnahme der Spannrolle 33 und der Kühlmittelpumpen-Riemenscheibe 34, welche flache Riemenscheiben sind, Rippenriemenscheiben. Der Keilrippenriemen B ist um die Servolenkung-Riemenscheibe 31 gewickelt, um an seinen Rippen 13 Kontakt herzustellen, dann an der Spannrolle 33, um Kontakt an seiner Rückfläche herzustellen, dann in Folge an der Kurbelwellen-Riemenscheibe 35 und der Klimaanlagen-Riemenscheibe 36, um Kontakt an seinen Rippen 13 herzustellen, dann an der Kühlmittelpumpen-Riemenscheibe 34, um Kontakt an seiner Rückfläche herzustellen, dann an der Drehstromgenerator-Riemenscheibe 32, um Kontakt an seinen Rippen 13 herzustellen, und kehrt schließlich zur Servolenkung-Riemenscheibe 31 zurück.
Da die Zusatzeinrichtung-Riemenantriebsvorrichtung 30 einen erfindungsgemäßen Keilrippenriemen B verwendet, weist sie eine sehr gute Geräuschminderungsleistung und Abriebbeständigkeit auf.
Ausführung 2
4 zeigt einen flankenoffenen Keilriemen C nach einer nicht-erfindungsgemäßen Ausführung.
Dieser Keilriemen C umfasst einen Keilriemenaufbau 40, einen in dem Keilriemenaufbau 40 so eingebetteten Kord 46, dass er bei bestimmten Teilungen in der Riemenbreitenrichtung eine Spirale bildet, und ein die Rückfläche verstärkendes Gewebe 47, das zur Bedeckung der Rückflächenseite des Keilriemenaufbaus 40 vorgesehen ist.
Der Keilriemenaufbau 40 besteht aus einer Kautschukzusammensetzung, bei welcher Ethylen-α-Olefin-Elastomer in Form von Ethylen-Propylen-Dien-Monomer-Kautschuk (EPDM) als Kautschukbestandteil enthalten ist, und der Kautschukbestandteil mit einem organischen Peroxid vernetzt ist. Der Keilriemenaufbau 40 ist so aufgebaut, dass eine Adhäsionskautschukschicht 41 mit dem darin eingebetteten Kord 46, eine unter der Adhäsionskautschukschicht 41 liegende Kautschuk-Riemenunterbauschicht 42 und eine über der Adhäsionskautschukschicht 41 liegende Zugkautschukschicht 43 zu einem Stück geschichtet sind. Kurze Fasern 44, beispielsweise Aramidfasern oder Nylonfasern, die in der Riemenbreitenrichtung ausgerichtet sind, sind in die Kautschuk-Riemenunterbauschicht 42 gemischt, wodurch die Kautschuk-Riemenunterbauschicht 42 verstärkt wird. Gleichzeitig verringern die freiliegenden kurzen Fasern 44, die dadurch von der Riemenoberfläche abstehen, den Reibungskoeffizienten der Kontaktfläche des Riemens zur Riemenscheibe. Weiterhin wird Polyolefinharz 45 in Pulver- oder Granulatform in Form von Polyethylenharz mit ultrahoher relativer Molekülmasse in die Kautschuk-Riemenunterbauschicht 42 gemischt und dispergiert. Dies verringert ebenfalls den Reibungskoeffizienten an der Kontaktfläche des Riemens zur Riemenscheibe. Bei Verwendung von Polyethylenharz als Polyolefinharz 45 weist dieses vorzugsweise eine ultrahohe relative Molekülmasse von 500.000, bevorzugt 1 Million bis 2 Millionen auf. Weiterhin hat das Polyethylenharz 45 eine Korngröße von 25 μm bis 120 μm und einen Anteil von 5 bis 10 Masseteilen auf 100 Masseteile des den Riemenaufbau bildenden Kautschukbestandteils. Da EPDM, welches der Kautschukbestandteil der die Kautschuk-Riemenunterbauschicht 42 bildenden Kautschukzusammensetzung ist, eine hohe Affinität zu dem Polyethylenharz 45 hat, gibt dies weiterhin eine sehr gute Dispergierbarkeit des Polyethylenharzes 45 in die Kautschuk-Riemenunterbauschicht 42 zur Hand.
Der Kord 46 wird aus Zwirn aus Aramidfasern, Polyesterfasern oder dergleichen gebildet. Um dem Kord 46 ein Adhäsionsvermögen zum Keilriemenaufbau 40 zu verleihen, wird der Kord 46 vor dem Formen einer Reihe von Einweichbehandlungen in einer RFL-Wasserlösung und einer Wärmebehandlung sowie einer Reihe von Einweichbehandlungen in Kautschuklösung und Trocknen unterzogen.
Das die Rückfläche verstärkende Gewebe 47 wird aus einem Gewebe wie z. B. Gewebe in glatter Bindung bestehend aus Kamm- und Schussgarnen gebildet. Um dem die Rückfläche verstärkenden Gewebe 47 ein Adhäsionsvermögen zum Keilriemenaufbau 40 zu verleihen, wird das Gewebe 47 vor dem Formen einer Reihe von Einweichbehandlungen in RFL-Wasserlösung und einer Wärmebehandlung sowie einer Reihe von Beschichtungsbehandlungen ihrer Oberfläche, welche mit dem Keilriemenaufbau 40 in Kontakt kommt, mit Kautschuklösung und Trocknen unterzogen.
Bei dem Keilriemen C mit dem obigen Aufbau werden nicht nur kurze Fasern 44 in die Kautschuk-Riemenunterbauschicht 42 gemischt, sondern es wird auch die Kautschuk-Riemenunterbauschicht 42, welche ein die Riemenscheibe berührender Teil des Keilriemenaufbaus 40 ist, aus einer Kautschukzusammensetzung gefertigt, in welche Polyethylenharz 45 in Pulver- oder Granulatform dispergiert wird. Daher verringert das an der Riemenoberfläche freiliegende Polyethylenharz 45 den Reibungskoeffizienten an dem Kontaktteil. Da der Kautschukbestandteil der die Kautschuk-Riemenunterbauschicht 42 bildenden Kautschukzusammensetzung ferner EPDM mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten ist, weist der Keilriemen C eine wirklich ausgezeichnete Geräuschminderungsleistung und Abriebbeständigkeit auf.
Andere Ausführungen
Zwar wird in der ersten Ausführung die den Riemenaufbau 10 bzw. 40 bildende Kautschukzusammensetzung durch Vernetzen von EPDM mit einem organischen Peroxid erhalten, doch dies ist nicht einschränkend und es kann eine durch Vernetzen von EPDM mit Schwefel erhaltene Kautschukzusammensetzung verwendet werden.
Nachstehend folgt eine Beschreibung von Testauswertungen von Keilrippenriemen.
Testauswertungsriemen
Es wurden die in den folgenden Beispielen 1 bis 10 gezeigten Keilrippenriemen hergestellt. Ihre Struktur wird ebenfalls in 6A und 6B gezeigt.
<Beispiel 1>
Als Beispiel 1 wurde ein Keilrippenriemen hergestellt, der den gleichen Aufbau wie in der ersten Ausführung hat und bei dem die Kautschuk-Riemenunterbauschicht aus einer Kautschukzusammensetzung gebildet wird, die durch Verwendung von EPDM (Ethylenanteil: 66%, Dien-Anteil: ENB 4,5%) als zugrundliegender Kautschukbestandteil und Mischen von 100 Masseteilen EPDM mit 75 Masseteilen Ruß (FEF: 35 Masseteile, HAF: 40 Masseteile), 14 Masseteilen Paraffinöl als Weichmacher, 5 Masseteilen Zinkoxid, 1 Masseteil Stearinsäure, 2,5 Masseteilen Antioxidans, 2,5 Masseteilen organisches Peroxid als Vernetzungsmittel und 25 Masseteilen kurze Nylonfasern von 1 mm Länge erhalten wurde. Die Adhäsionskautschukschicht wurde ebenfalls aus einer Kautschukzusammensetzung, die EPDM als zugrunde liegenden Kautschukbestandteil enthielt, gebildet.
<Beispiel 2>
Als Beispiel 2 wurde ein Keilrippenriemen hergestellt, der den gleichen Aufbau wie in der ersten Ausführung hat, wobei lediglich 5 Masseteile Polyethylenharz (1) mit einer mittleren Korngröße von 120 μm und einer relativen Molekülmasse von 2 Millionen (HI-ZEX^TM MILLION 240S, hergestellt von Mitsui Chemicals, Inc.) in die Kautschukzusammensetzung, welche den Unterbaukautschuk bildet, auf 100 Masseteile EPDM gemischt wurden.
<Beispiel 3>
Als Beispiel 3 wurde ein Keilrippenriemen hergestellt, der den gleichen Aufbau wie in Beispiel 2 hat, wobei aber der Anteil an Polyethylenharz 10 Masseteile beträgt.
<Beispiel 4>
Als Beispiel 4 wurde ein Keilrippenriemen hergestellt, der den gleichen Aufbau wie in Beispiel 2 hat, wobei aber der Anteil an Polyethylenharz 40 Masseteile beträgt.
<Beispiel 5>
Als Beispiel 5 wurde ein Keilrippenriemen hergestellt, der den gleichen Aufbau wie in Beispiel 2 hat, wobei aber der Anteil an Polyethylenharz 50 Masseteile beträgt.
<Beispiel 6>
Als Beispiel 6 wurde ein Keilrippenriemen hergestellt, der den gleichen Aufbau wie in Beispiel 3 hat, wobei aber Polyethylenharz (2) mit einer mittleren Korngröße von 120 μm und einer relativen Molekülmasse von 500.000 (HI-ZEX^TM MILLION 030S, hergestellt von Mitsui Chemicals, Inc.) in die Kautschukzusammensetzung, welche den Unterbaukautschuk bildet, gemischt wurde.
<Beispiel 7>
Als Beispiel 7 wurde ein Keilrippenriemen hergestellt, der den gleichen Aufbau wie in Beispiel 3 hat, wobei aber Polyethylenharz (3) mit einer mittleren Korngröße von 25 um und einer relativen Molekülmasse von 2 Millionen (MIPELON^TM XM-221 U, hergestellt von Mitsui Chemicals, Inc.) in die Kautschukzusammensetzung, welche den Unterbaukautschuk bildet, gemischt wurde.
<Beispiel 8>
Als Beispiel 8 wurde ein Keilrippenriemen hergestellt, der der gleichen Aufbau wie in Beispiel 3 hat, wobei aber Polyethylenharz (4) mit einer mittleren Korngröße von 30 μm und einer relativen Molekülmasse von 2 Millionen (MIPELON^TM XM-220, hergestellt von Mitsui Chemicals, Inc.) in die Kautschukzusammensetzung, welche den Unterbaukautschuk bildet, gemischt wurde.
<Beispiel 9>
Als Beispiel 9 wurde ein Keilrippenriemen hergestellt, der den gleichen Aufbau wie in Beispiel 3 hat, wobei aber Polyethylenharz (5) mit einer mittleren Korngröße von 160 um und einer relativen Molekülmasse von 2.400.000 (HI-ZEX^TM MILLION 240M, hergestellt von Mitsui Chemicals, Inc.) in die Kautschukzusammensetzung, welche den Unterbaukautschuk bildet, gemischt wurde.
<Beispiel 10>
Als Beispiel 10 wurde ein Keilrippenriemen hergestellt, der den gleichen Aufbau wie in Beispiel 3 hat, wobei aber Polyethylenharz (6) mit einer mittleren Korngröße von 165 um und einer relativen Molekülmasse von 5.900.000 (HI-ZEX^TM MILLION 630M, hergestellt von Mitsui Chemicals, Inc.) in die Kautschukzusammensetzung, welche den Unterbaukautschuk bildet, gemischt wurde.
<Beispiel 11>
Als Beispiel 11 wurde ein Keilrippenriemen hergestellt, der den gleichen Aufbau wie in Beispiel 1 hat, wobei aber an Stelle eines organischen Peroxids 1,6 Masseteile Schwefel, die als Vernetzungsmittel dienen, und 4 Masseteile Vulkanisationsbeschleuniger in die Kautschukzusammensetzung, welche den Unterbaukautschuk bildet, auf 100 Masseteile EPDM gemischt wurden.
<Beispiel 12>
Als Beispiel 12 wurde ein Keilrippenriemen hergestellt, der den gleichen Aufbau wie in Beispiel 3 hat, wobei aber Polyethylenharz (7) mit einer relativen Molekülmasse von 5.000 (SANWAX 161-P, hergestellt von Sanyo Chemical Industries, Ltd.) in die Kautschukzusammensetzung, welche den Unterbaukautschuk bildet, gemischt wurde.
<Beispiel 13>
Als Beispiel 13 wurde ein Keilrippenriemen hergestellt, bei welchem die Kautschuk-Riemenunterbauschicht aus einer Kautschukzusammensetzung gebildet wird, die durch Verwendung von Chloroprenkautschuk (CR) als zugrunde liegender Kautschukbestandteil und Mischen von 100 Masseteilen CR mit 75 Masseteilen Ruß (FEF: 35 Masseteile, HAF: 40 Masseteile), 5 Masseteilen Sebacinsäurederivat als Plastifizierungsmittel, 5 Masseteilen Zinkoxid, 1 Masseteil Stearinsäure, 2,5 Masseteilen Antioxidans, 4 Masseteilen Magnesiumoxid, 25 Masseteile kurzer Nylonfasern von 1 mm Länge und 100 Masseteilen Polyethylenharz (1) mit einer mittleren Korngröße von 120 μm und einer relativen Molekülmasse von 2 Millionen (HI-ZEX^TM MILLION 240S, hergestellt von Mitsui Chemicals, Inc.) erhalten wurde. Die Adhäsionskautschukschicht wurde ebenfalls aus einer Kautschukzusammensetzung, die CR als zugrunde liegenden Kautschukbestandteil enthielt, gebildet.
<Beispiel 14>
Als Beispiel 14 wurde ein Keilrippenriemen hergestellt, der den gleichen Aufbau wie in Beispiel 3 hat, wobei aber Polyethylenharz (HI-WAX^TM NP105, hergestellt von Mitsui Chemicals, Inc.) in die Kautschukzusammensetzung, welche den Unterbaukautschuk bildet, gemischt wurde.
Testauswertungsverfahren
<Biegelebensdauer des Riemens>
5 zeigt die Anordnung einer Riemenlauftestvorrichtung 50 für die Haltbarkeitsauswertung von Keilrippenriemen B. Diese Riemenlauftestvorrichtung 50 umfasst Rippenriemenscheiben 51 und 52 großen Durchmessers mit einem Riemenscheibendurchmesser von 120 mm, die übereinander angeordnet sind (die obere ist eine Abtriebsriemenscheibe und die untere ist eine Antriebsriemenscheibe), und eine Rippenriemenscheibe 53 kleinen Durchmessers mit einem Riemenscheibendurchmesser von 45 mm, die rechts der Rippenriemenscheiben großen Durchmessers und auf einer Höhe zwischen den Rippenriemenscheiben großen Durchmessers angeordnet ist. Die Rippenriemenscheibe 53 kleinen Durchmessers ist so angeordnet, dass sie einen Riemenwickelwinkel von 90° bildet.
Mit jedem der Keilrippenriemen B der obigen Beispiele 1 bis 14 wurde ein Riemenlauftest durch Wickeln jedes Riemens um die drei Rippenriemenscheiben 51 bis 53, Ziehen der Rippenriemenscheibe 53 kleinen Durchmessers zur Seite, um sie durch ein festgelegtes Gewicht von 834 N einer Last auszusetzen, und Drehen der unteren Rippenriemenscheibe 52, welche eine Antriebsscheibe ist, bei 4.900 U/min. in einer Atmosphäre von 23°C durchgeführt. Unter diesen Bedingungen wurde die Zeit ab Beginn des Laufs bis zum Versagen des Riemens als Biegelebensdauer des Riemens gemessen.
<Betrag des Abriebverlusts>
Für jeden der Keilrippenriemen der Beispiele 1 bis 14 wurde die Masse des Riemens nach 100 Stunden Lauf in dem obigen Riemenlauftest gemessen und mit der des gleichen Riemens vor dem Riemenlauftest verglichen, wodurch der Betrag des Abriebverlusts als Volumen berechnet wurde.
<Schalldruck>
Für jeden der Keilrippenriemen der Beispiele 1 bis 14 wurde das Gleitschlupfgeräusch des Riemens nach 300 Stunden Lauf in dem obigen Riemenlauftest gemessen.
Testauswertungsergebnisse
Die Testergebnisse werden in 6A und 6B gezeigt.
Bezüglich 6A und 6B zeigen die Vergleiche zwischen Beispiel 1 und jedem der Beispiele 2 bis 12 und 14, die sich durch das Vorliegen oder Fehlen von Polyolefinharz in der Kautschuk-Unterbauschicht unterscheiden, dass jedes der polyolefinharzhaltigen Beispiele 2 bis 12 und 14 einen niedrigeren Schalldruck als Beispiel 1, welches kein Polyolefinharz enthält, aufweist. Der Grund dafür wird darin vermutet, dass das an der Riemenoberfläche freiliegende Polyolefinharz den Reibungskoeffizienten senkt. Beispiel 13, welches CR als grundlegenden Kautschukbestandteil enthält, weist trotz der Aufnahme von Polyolefinharz den höchsten Schalldruck und die größte Abriebverlustmenge auf. Der Grund dafür wird darin vermutet, dass CR einen sehr hohen Reibungskoeffizienten besitzt.
Vergleiche der Beispiele 2 bis 5, die einen unterschiedlichen Anteil an Polyethylenharz aufweisen, zeigen, dass der Keilrippenriemen zu einem niedrigeren Schalldruck und einem kleineren Abriebverlust neigt, wenn sein Polyethylenharzanteil erhöht wird. Der Grund dafür wird darin vermutet, dass bei Erhöhen des Polyethylenharzanteils die Menge des an der Riemenoberfläche freiliegenden Polyethylenharzes größer wird und daher die Wirkung der Reduzierung des Reibungskoeffizienten verstärkt wird. Die Vergleiche zeigen dagegen auch, dass bei Erhöhen des Polyethylenharzanteils die Riemenlebensdauer kürzer wird. Der Grund dafür wird darin vermutet, dass bei Erhöhen des Polyethylenharzanteils der Keilrippenriemenaufbau eine größere Anzahl an Fehlern enthält, die durch das Polyethylenharz entwickelt werden.
Vergleiche der Beispiele 3, 6 bis 10 und 12, die eine unterschiedliche relative Molekülmasse und mittlere Korngröße des Polyethylenharzes besitzen, zeigen, dass Beispiel 12, welches Polyethylenharz mit einer sehr niedrigen relativen Molekülmasse von 5.000 beinhaltet, einen höheren Schalldruck und einen größeren Abriebverlust als die anderen aufweist. Die Vergleiche zeigen ferner, dass Beispiele 9 und 10 mit einer hohen relativen Molekülmasse des Polyethylenharzes einen niedrigeren Schalldruck und einen geringeren Abriebverlust, aber eine kürzere Riemenlebensdauer aufweisen. Daher wird vermutet, dass eine relative Molekülmasse des Polyethylenharzes von 500.000 oder mehr eine hinreichend große Wirkung der Verringerung des Reibungskoeffizienten an der Riemenoberfläche bieten würde. Wenn weiterhin auch die Riemenhaltbarkeit berücksichtigt wird, ist es wünschenswert, dass die relative Molekülmasse des Polyethylenharzes nicht zu hoch ist.
Ein Vergleich der Beispiele 3 und 11, bei denen unterschiedliche Vernetzungsmittel verwendet werden, zeigt, dass Beispiel 3 unter Verwendung eines organischen Peroxids als Vernetzungsmittel einen niedrigeren Schalldruck als Beispiel 11, welches Schwefel als Vernetzungsmittel verwendet, aufweist. Daher wird erwogen, dass organische Vernetzungsmittel auf Peroxidbasis gegenüber Vernetzungsmittel auf Schwefelbasis bevorzugt sind, um einen Keilrippenriemen mit ausgezeichneter Geräuschminderungsleistung zu erhalten.
Vergleiche der Beispiele 3, 6 bis 10 und 12 sowie Beispiel 14, die sich in der Art des beigemischten Polyolefinharzes unterscheiden, zeigen, dass die Beispiele 3, 6 bis 10 und 12, bei welchen Polyethylenharz beigemischt wurde, einen niedrigeren Schalldruck als Beispiel 14, in dem Polypropylenharz beigemischt wurde, haben. Daher wird erwogen, dass als Polyolefinharz bevorzugter Polyethylenharz und nicht Polypropylenharz verwendet wird, um einen Keilrippenriemen mit ausgezeichneter Geräuschminderungsleistung zu erhalten.
In den Beispielen 3 und 6 bis 10 liegt die mittlere Korngröße von Polyethylenharz innerhalb des Bereichs von 25 μm bis 165 μm. In diesem Bereich lässt sich jedoch der Einfluss der Korngrößen auf die Riemeneigenschaften nicht erkennen. Wenn mit anderen Worten die mittlere Korngröße des Polyethylenharzes mindestens 25 μm oder mehr beträgt, kann die Wirkung der Verringerung des Reibungskoeffizienten an der Riemenoberfläche erzielt werden.
Das Vorstehende offenbart und beschreibt lediglich veranschaulichende Ausführungen der vorliegenden Erfindung. Der Fachmann wird mühelos anhand dieser Erläuterungen und der Begleitzeichnungen und Ansprüche erkennen, dass verschiedene Änderungen, Abwandlungen und Abweichungen daran vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Claims

Keilrippenriemen für die Übertragung von Kraft, dessen Keilrippen-Riemenkorpus um eine Riemenscheibe gewickelt wird und diese berührt, wobei mindestens ein die Riemenscheibe berührender Teil des Keilrippen-Riemenkorpus aus einer Kautschukzusammensetzung gebildet wird, in welcher Polyethylenharz in Pulver- oder Granulatform, das eine relative Molekülmasse von 500.000 bis 2000.000 und eine Korngröße von 25 μm bis 120 μm aufweist, in Ethylen-Propylen-Dien-Monomer-Kautschuk (EPDM) enthalten ist, wobei das Polyethylenharz einen Anteil von 5 bis 10 Masseteilen auf 100 Masseteile EPDM hat.
Keilrippenriemen nach Anspruch 1, wobei die Kautschukzusammensetzung mit einem organischen Peroxid vernetzt ist.
Riemenantriebsvorrichtung, welche umfasst: – mehrere Riemenscheiben und – einen Keilrippenriemen, dessen Keilrippen-Riemenkorpus um mindestens eine der mehreren Riemenscheiben gewickelt ist und diese berührt, wobei mindestens ein die Riemenscheibe berührender Teil des Keilrippen-Riemenkorpus aus einer Kautschukzusammensetzung gebildet wird, in welcher Polyethylenharz in Pulver- oder Granulatform, das eine relative Molekülmasse von 500.000 bis 2000.000 und eine Korngröße von 25 μm bis 120 μm aufweist, in Ethylen-Propylen-Dien-Monomer-Kautschuk (EPDM) enthalten ist, wobei das Polyethylenharz einen Anteil von 5 bis 10 Masseteilen auf 100 Masseteile EPDM hat.