Innenverzahnte
Keilriemen (V-ribbed power transmission belts) werden in großem Umfang
in der Automobil-Industrie eingesetzt, um verschiedene Systeme im
Motorraum anzutreiben. Zum Beispiel werden diese Arten von Riemen üblicherweise
dazu verwendet, Luftkompressoren, Lichtmaschinen usw. anzutreiben.
Es
ist üblich,
in dieser Art von Riemen in gerippten Teilen des Riemens kurze Fasern
wie z.B. Baumwolle, Polyamid, Vinylon, Rayon, Aramid usw. einzubetten,
wobei die Länge
der Faser allgemein der Breite nach an den Riemen angeglichen ist.
Die Fasern stellen eine seitliche Verstärkung des Riemenkörpers zur
Verfügung.
Es ist auch bekannt, die Fasern aus der der Riemenscheibe zugewandten
Seitenoberfläche
des Treibriemens herausragen zu lassen, um die Reibungsmerkmale
zwischen Riemen und der zugehöriger
Riemenscheibe kontrollierbar zu verändern. Gleichzeitig unterdrücken die
herausragenden Fasern die Geräuscherzeugung,
die durch Haftreibung zwischen Riemen und zuarbeitender Riemenscheibe
verursacht wird.
Durch
Zunahme der seitlichen Festigkeit des Riemenkörpers durch die Einfügung von
verstärkenden Fasern
kann jedoch die Fähigkeit
der Kautschukschicht, sich in Längsrichtung
des Riemen auszudehnen, herabgesetzt werden. Die verstärkenden
Fasern sind üblicherweise
in die Kompressionskautschukschicht eingebettet, welche die herabgesetzte
Dehnungsfähigkeit
erfahren. Als ein Ergebnis sind die Biegeeigenschaften der verstärkten Kautschuke
nachteilig beeinflußt.
Durch die abnehmende Biegebeständigkeit
zeigt sich eine Neigung des Kautschuks, im normalem Betrieb vorzeitig
zu reißen.
Diese Rißerscheinung
ist besonders häufig in
Systemen, in denen der Riemen in einer schlangenartigen Weise stark
gebogen ist und seine äußere Oberfläche dazu
verwendet wird, bei zusammenarbeitenden Riemenscheiben während des
Gebrauchs einzugreifen.
Die
neueste Entwicklung in der Automobil-Industrie ist es, Motoren mit
größerem Hubraum
zu entwerfen. Des weiteren werden diese Motoren im Interesse eines
verringertem Benzinverbrauchs und Schadstoffausstoßes nach
der Verbrennung so entworfen, daß sie in einem Sparverbrennungsmodus
arbeiten. Deshalb zeigen diese Motoren die Tendenz, während des
Betriebs stärker
zu vibrieren als konventionelle Modelle, die ihnen vorangegangen
sind. Die Treibriemen, die an solchen Motoren arbeiten, sind daher
stärkeren
Vibrationsbedingungen unterworfen.
Des
weiteren werden diese Riemen typischerweise in stärker zusammengedrängten Motorräumen betrieben,
so daß es
erforderlich ist, sie um Riemenscheiben mit relativ geringem Durchmesser
bei spitzen Winkeln über
einen Schlangenweg aufzuziehen. Folglich werden die Riemen schwer
belastet und neigen dazu, einen erheblichen Geräuschpegel während der Verwendung zu erzeugen.
Es wird im allgemeinen geglaubt, daß der Grund der Geräuscherzeugung
ein Ergebnis von einer wiederholten Reibschwingungserscheinung ist, die
zwischen Riemen und zusammenarbeitender Riemenscheibe auftritt.
Um
die Auswirkungen dieser Reibschwingungserscheinung zu verkleinern,
ist es bekannt, Pulver wie z.B. Talk auf den Teilen des Riemen anzuwenden,
welche in die Riemenscheibe eingreifen. Es ist auch bekannt, dazu
Silikonöl
zu verwenden. Diese Oberflächenbehandlung
beabsichtigt eine Abnahme des Reibungskoeffizienten zwischen den
belegenden Oberflächen
des Riemen und der Scheibe. Ein Verfahren zur Behandlung von Riemen
auf diese Art ist in JP-UM-B-7-31006
dargestellt.
In
JP-A-5-132586 wird
beschrieben, daß ein
Silikonöl,
das in porösen
Partikeln wie z.B. Aktivkohle adsorbiert ist, auf der ausgesetzten
Seitenoberfläche
des Riemens den Reibungskoeffizienten zwischen Riemen und Scheibe
bei einem verringerten, konstanten Wert über einen ausgedehnten Betriebszeitraum
halten wird.
Als
andere Möglichkeit
umfaßt
JP-A-2001-173728 die
Mischung aus festen, anorganischen Schmierstoffen in einer Treibriemenkomponente,
um die Reibungsmerkmale der Oberflächen, welche die Scheibe belegen,
auf dieser zu steuern.
Während die
Anwendung von Talkpuder oder Silikonöl auf den Oberflächen des
Riemens, welche die Scheibe belegen, die Reibschwingungsgeräuscherzeugung
verringern, wird dieser positive Effekt im allgemeinen nicht über einen
angemessenen, ausgedehnten Zeitraum andauern. Während der ersten Phasen der
Verwendung kann der Reibungskoeffizient zwischen Riemen und Riemenscheiben
angemessen verringert sein. Nach einer ausgedehnten Laufzeit jedoch
kann der Gehalt an Schmiermittel/Pulver so verkleinert sein, daß deren
Wirkungen auf die Reibungsmerkmale des Riemens ähnlich inakzeptabel verringert
sind.
Während die
Mischung mit porösen
Partikeln mit adsorbiertem Silikonöl im Riemen den positiven reibungsverringenden
Effekt über
einen mehr als substantiellen Zeitraum ausdehnten, zeigten sich
inhärente Schwierigkeiten,
die mit der Herstellung des Treibriemens in dieser Weise verbunden
waren. Es ist schwierig, die Partikel im Kautschuk gleichmäßig zu mischen
und zu dispergieren, um das Öl
gleichmäßig und
in ausreichender Menge an die ausgesetzten Oberflächen des
Riemen abzugeben. Des weiteren bluten die porösen Partikel im allgemeinen
nur sofort auf oder an die benachbart liegenden ausgesetzten Oberflächen zusehens aus,
um die Reibungsmerkmale erheblich zu beeinflussen. Wenig, wenn überhaupt
etwas Ausbluten des Öls kann
aus jeder merklich Tiefe unter den ausgesetzten Oberflächen erhalten
werden.
Es
wird ebenso vermutet, daß das
Beimischen eines festen Schmiermittels Begrenzungen in Bezug auf
seinen Langzeiteffekt hat. Angemessene Verringerung des Reibungskoeffizient
zwischen Riemen und Scheibe kann mit einer Riemenkonstruktion, in
die kurze verstärkende
Faser eingearbeitet sind, nicht verwirklicht werden.
Zusammenfassung
der Erfindung
In
einer Form betrifft die Erfindung eine Kautschukzusammensetzung
mit 10 bis 50 Gewichtsteilen an kurzen Polyamidfasern pro 100 Gewichtsteilen
eines Kautschuks und 10 bis 100 Gewichtsteilen eines festen Schmiermittels
pro 100 Gewichtsteilen des Kautschuks.
In
einer Form ist der Kautschuk ein Ethylen-α-Olefin-Kautschuk.
In
einer Form besteht das feste Schmiermittel aus mindestens einer
der Substanzen (a) Graphit, (b) Molybdändisulfid und (c) Polytetrafluorethylen.
Wahlweise
kann der Kautschuk aus mindestens einem (a) natürlichen Kautschuk, (b) Butylkautschuk, (c)
Styrol-Butadien-Kautschuk,
(d) Chloroprenkautschuk, (e) Ethylenpropylen-Kautschuk, (f) alkylierten,
chlorsulfonierten Polyethylen, (g) Hydrid-Nitril-Kautschuk und (h)
einem gemischten Polymer aus Hydrid-Nitril-Kautschuk und einem Metallsalz
einer ungesättigten
Carbonsäure
bestehen.
Der
Ethylen-α-Olefin-Kautschuk
kann mindestens ein (a) Ethylenpropylen-Kautschuk und ein (b) Ethylen-Propylen-Dien-Monomer sein.
In
einer Form sind die kurzen Polyamidfasern sind mindestens ein (a)
Nylon 6, (b) Nylon 66 und (c) Nylon 610.
Die
kurzen Polyamidfasern können
eine Länge
von 1 bis 8 mm haben.
In
einer Form haben die kurzen Polyamidfaser einen Denier-Wert von
5 bis 10.
Das
feste Schmiermittel kann aus mindestens einer der Substanzen (a)
Mica, (b) Talk, (c) Antimontrioxid, (d) Molybdändiselenid und (e) Wolframdisulfid
bestehen.
Die
Kautschukzusammensetzung kann des weiteren Rußschwarz mit einer Menge von
30 bis 60 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteilen des Kautschuks umfassen.
Ein
Prozeßöl kann in
einer Menge von 4 bis 20 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteilen des
Kautschuks verwendet werden.
Die
Erfindung umfaßt
weiterhin einen Treibriemen, der einen Körper mit einer Länge, mit
einem Spannungsabschnitt und einem Kompressionsabschnitt aufweist.
Der
Kompressionsabschnitt ist mindestens teilweise aus einer Kautschukzusammensetzung
hergestellt. Die Kautschukzusammensetzung besteht aus 10 bis 50
Gewichtsteilen kurzer Polyamidfasern pro 100 Gewichtsteilen des
Kautschuks und 10 bis 100 Gewichtsteilen eines festen Schmiermittels
pro 100 Gewichtsteilen des Kautschuks.
Der
Körper
kann mindestens ein lasttragendes Teil umfassen, das sich in dessen
Längsrichtung
ausdehnt.
Der
Körper
kann eine Polsterkautschukschicht aufweisen, in welcher mindestens
ein lasttragendes Teil eingebettet ist.
In
einer Form ist der Kautschuk ein Ethylen-α-Olefin-Kautschuk.
In
einer Form besteht das feste Schmiermittel aus mindestens einen
der Stoffe (a) Graphit, (b) Molybdändisulfid und (c) Polytetrafluorethylen.
Wahlweise
kann der Kautschuk aus mindestens einem (a) natürlichen Kautschuk, (b) Butylkautschuk, (c)
Styrol-Butadien-Kautschuk,
(d) Chloroprenkautschuk, (e) Ethylenpropylen-Kautschuk, (f) alkylierten,
chlorsulfonierten Polyethylen, (g) Hydrid-Nitril-Kautschuk und (h)
einem gemischten Polymer aus Hydrid-Nitril-Kautschuk und einem Metallsalz
einer ungesättigten
Carbonsäure
bestehen.
Der
Ethylen-α-Olefin-Kautschuk
kann mindestens ein (a) Ethylenpropylen-Kautschuk und ein (b) Ethylen-Propylen-Dien-Monomer sein.
Die
kurzen Polyamidfasern sind mindestens ein (a) Nylon 6, (b) Nylon
66 und (c) Nylon 610.
Die
kurzen Polyamidfasern können
eine Länge
von 1 bis 8 mm haben.
In
einer Form haben die kurzen Polyamidfaser einen Denierwert von 5
bis 10.
Das
feste Schmiermittel kann aus mindestens einem der Stoffe (a) Mica,
(b) Talk, (c) Antimontrioxid, (d) Molybdändiselenid und (e) Wolframdisulfid
bestehen.
In
einer Form umfaßt
die Kautschukzusammensetzung Ruß mit
einer Menge von 30 bis 60 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteilen
des Kautschuks.
Die
Kautschukzusammensetzung kann weiterhin ein Prozeßöl in einer
Menge von 4 bis 20 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteilen des Kautschuks
umfassen.
Der
Treibriemen kann ein Keilriemen (V-belt) oder ein innenverzahnter
Keilriemen (V-ribbed belt) sein.
In
einer Form ist die Polsterkautschukschicht mindestens teilweise
aus Ethylen-α-Olefin-Elastomer hergestellt.
Die
Polsterkautschukschicht kann wahlweise aus mindestens einem (a)
natürlichen
Kautschuk, (b) Butylkautschuk, (c) Styrol-Butadien-Kautschuk, (d)
Chloroprenkautschuk, (e) Ethylen-Propylen-Kautschuk, (f) alkylierten,
chlorsulfonierten Polyethylen, (g) Hydrid-Nitril-Kautschuk und (h)
einem gemischten Polymer aus Hydrid-Nitril-Kautschuk und einem Metallsalz
einer ungesättigten
Carbonsäure
hergestellt sein.
In
einer Form enthält
die Polsterkautschukschicht keine in sie eingebetteten kurzen Fasern.
Mindestens
eines der lasttragenden Teile kann aus mindestens einer der (a)
Polyesterfaser, (b) Aramidfaser und Glasfaser hergestellt sein.
Mindestens
eines der lasttragende Teile kann adhäsionsbehandelt sein.
In
einer Form beinhaltet die Adhäsionsbehandlung
die Behandlung mit einer Resorzin-Formaldehyd-Latex-Lösung.
In
einer Form ist mindestens eine Schicht verstärkendes Gewebe auf den Körper aufgebracht.
Das
verstärkende
Gewebe kann mindestens eines aus (a) Baumwolle, (b) Polyesterfasern,
(c) Aramidfasern und (d) Nylonfasern sein.
Das
verstärkende
Gewebe kann durch mindestens eines der (a) Flach-, (b) Twill- und
(c) Satinwebverfahren hergestellt sein.
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische
Querschnittszeichnung eines innenverzahnten Keilriemens (V-ribbed belt),
in welchen die vorliegende Erfindung eingearbeitet ist;
2 eine Ansicht wie in 1, die einen Keilriemen
zeigt, in den die vorliegende Erfindung eingearbeitet ist; und
3 ist eine schematische
Darstellung eines Aufbaus für
eine Riemenlaufmessung.
Detaillierte
Beschreibung der Zeichnungen
In 1 zeigt 10 einen
innenverzahnten Keilriemen (V-ribbed
belt)gemäß der vorliegenden
Erfindung. Der innenverzahnte Keilriemen hat einen Körper 12 mit
einer Länge,
die sich in der Richtung des Doppelkopfpfeils 14 erstreckt.
Der Körper 12 ist
durch einen Kompressionskautschukschicht 16 und eine Polsterkautschukschicht 18,
welche direkt an der äußeren Oberfläche 20 der
Kompressionskautschukschicht 16 angebracht ist, bestimmt.
Es soll so verstanden werden, daß die Bestimmung „äußere" nur für Bezugszwecke
benutzt wird, da der Riemen 10 seine Ausrichtung im Arbeitsprozess
wechseln kann, so daß die „äußere" Oberfläche 20 eine
innere Ausrichtung übernehmen
kann. Mindestens eines der lasttragenden Teile, in diesem Fall in
Form einer lasttragenden Schnur 22, ist in die Polsterkautschukschicht 18 eingebettet.
Die lasttragenden Schnur 22, welche die neutrale Region
für den
Riemen 10 bestimmt, ist hergestellt, um von hoher Kraft
mit geringen Ausdehnungseigenschaften zu sein. Der Körper 12 hat
einen Spannungsabschnitt außerhalb
der lasttragende Schnur 22 und einen Kompressionsabschnitt
innerhalb der lasttragenden Schnur 22.
Mehrfache,
in diesem Fall drei, Rippen 24 sind in die Kompressionskautschukschicht 16 eingeformt. Jede
dieser Rippen 24 hat eine im wesentlichen kegelstumpfartige,
dreieckige Form im Querschnitt. Die Rippen 24 erstrecken
sich in regelmäßigen Abständen, in
paralleler Beziehungsanordnung fortlaufend über die Länge des Riemenkörpers 12.
Mindestens eine verstärkende
Gewebeschicht 26 ist auf der äußeren Oberfläche 28 der
Polsterkautschukschicht 18 angebracht.
Der
Kautschuk, der die Kompressionskautschukschicht 16 ausmacht,
kann z.B. ein natürlicher
Kautschuk, Butylkautschuk, Styrol-Butadien-Kautschuk, Chloroprenkautschuk,
alkyliertes, chlorsulfoniertes Polyethylen, Hydrid-Nitril-Kautschuk,
ein gemischtes Polymer aus Hydrid-Nitril-Kautschuk und einem Metallsalz
einer ungesättigten
Carbonsäure
sowie ein Ethylen-α-Olefin-Elastomer
oder deren Mischung sein. Das Ethylen-α-Olefin-Elastomer kann mindestens
ein Ethylenpropylen-Kautschuk (EPR) und Ethylen-Propylen-Dien-Monomer
(EPDM) sein. Beispiele für
das Dien-Monomer umfassen Dicyclopentadien, Methylennorbornen, Ethylidennorbornen,
1,4-Hexadien, Cyclooctadien und ähnliche.
EPDM ist wünschenswert
aufgrund seiner ausgezeichneten Hoch- und Tieftemperaturbeständigkeit.
Ein Treibriemen, der mit EPDM hergestellt ist, hat daher die potentielle
Fähigkeit
in Umgebungen, in denen er extremer Hitze oder Kälte ausgesetzt ist, gut zu arbeiten.
EPDM
mit einer Jodzahl zwischen 3 und 40 wird bevorzugt. Wenn die Jodzahl
kleiner als 3 ist, kann die Vulkanisierung des Kautschuks nicht
ausreichend sein. Als Ergebnis können
Abrasions- oder Haftungsprobleme auftreten. Wenn die Jodzahl über 40 liegt,
wird die Anbrennzeit für
die Kautschukzusammensetzung zu kurz. Es kann deswegen schwierig
zu handhaben sein, da als ein Ergebnis daraus die Hitzebeständigkeit
verschlechtert sein kann.
Um
die obige Kautschukzusammensetzungen zu vernetzen, kann Schwefel
oder ein organisches Peroxid eingesetzt werden. Das organische Peroxid
kann mindestens eine der Substanzen Di-tert.-Butylperoxid, Dicumylperoxid,
tert.-Butylcumylperoxid,
1,1-tert.-Butylperoxy-3,3,5-trimethylcyclohexan, 2,5-Dimethyl-2,5-di(tert.-butylperoxy)hexan,
2,5-Dimethyl-2,5-di(tert.-butylperoxy)hexan-3, Bis(tert.-butylperoxydi-iso-propyl)benzol,
2,5-Dimethyl-2,5-di(benzoylperoxy)hexan,
tert.-Butylperoxybenzoat und tert.-Butylperoxy-2-ethylhexylcarbonat.
Das organische Peroxid wird einzeln oder als Gemisch im Bereich
von 0,005 bis 0,02 mol (mo1 g) pro 100 g eines Ethylen-α-Olefin-Elastomers
eingesetzt.
Ein
Vulkanisationsbeschleuniger kann verwendet werden. Beispiele für Vulkanisationsbeschleuniger sind
Thiazole, Thiurame und Sulfenamide. Der Thiazol-Vulkanisationsbeschleuniger
kann 2-Mercaptobenzothiazol, 2-Mercaptothiazolin, Dibendothiazyldisulfid,
Zinksalze des 2-Mercaptobenzothiazols und ähnliche oder eine Kombination
aus diesen sein. Der Thiuram-Vulkanisationsbeschleuniger kann mindestens
ein Tetramethylthiurammonosulfid, Tetramethylthiuramdisulfid, Tetraethylthiuramdisulfid,
N,N'-Dimethyl-N,N'-diphenylthiuramdisulfid
und ähnliche
sein. Der Sulfenamid-Vulkanisationsbeschleuniger kann mindestens
ein N-Cyclohexyl-2-benzothiazylsulfenamid, N,N'-Cyclohexyl-2-benzothiazylsulfenamid
und ähnliche
sein.
Andere
Vulkanisationsbeschleuniger wie Z.B. Bismaleinimid, Ethylenthioharnstoff
und ähnliche
können
sowohl allein als auch in Kombination mit jedem der oben erwähnten Beschleunigern
eingesetzt werden.
Die
Wahrscheinlichkeit der Haftabrasion oder ähnlichem kann durch das Beimischen
eines vernetzenden Additivs (co-agent), welches den Vernetzungsgrad
erhöht,
verringert werden. Geeignete Vernetzungsadditive umfassen z.B. TIAC,
TAC, 1,2-Polybutadien, Metallsalze ungesättigter Carbonsäuren, Oxime,
Guanidine, Trimethylolpropantrimethacrylat, Ethylenglycoldimethacrylat,
N,N'-m-Phenylenbismaleinimid,
Schwefel und ähnliche,
die üblicherweise
zur Peroxid-Vernetzung eingesetzt werden.
Im
Kautschuk der Kompressionskautschukschicht 16 werden kurze,
verstärkende
Fasern 30 eingesetzt. Geeignete Faser 30 umfassen
Polyamidfasern, wie Nylon 6, Nylon 66 und Nylon 610. Bevorzugt haben die
Fasern 30 eine Länge
im Bereich von 1 bis 8 mm. Bevorzugte Denier-Werte der Fasern sind
5 bis 10. Baumwoll-, Rayon- und/oder Aramidfasern können ebenso
an Stelle von oder zusätzlich
zu den oben erwähnten
Polyamidfasern verwendet werden. Es wurde gefunden, daß die Verwendung
von kurzen Polyamidfasern alleine die Reibschwingungsgeräuscherzeugung
wirksam verringert.
Die
kurzen Fasern 30 werden dem Kautschuk der Kompressionsschicht 16 in
einer Menge von 10 bis 50 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteilen
des Kautschuks beigemischt. Durch Beimischen der Fasern 30 in einer
Menge von mindestens 10 Gewichtsteilen ist der Unterschied in der
Fähigkeit
zur Kraftübertragung
des Treibriemens 10 unter trockenen und nassen Bedingungen
verhältnismäßig gering.
Dies führt
zu einer Verringerung in der Erzeugung des Reibschwingungsgeräusches.
Als ein Ergebnis kann die ungewöhnliche
Geräuscherzeugung
verringert werden.
Wenn
die kurzen Fasern 30 in einer Menge größer als 50 Gewichtsteile beigemischt
werden, kann die Verteilung der Fasern im Kautschuk nicht gleichmäßig sein.
Diese kann zu einer Verschlechterung der Kautschukeigenschaften
führen.
Daher wird die obere Grenze von 50 Gewichtsteilen bevorzugt.
Die
Kompressionskautschukschicht 16 umfaßt ein festes Schmiermittel,
das mindestens aus Graphit, Molybdändisulfid, Mica, Talk, Antimontrioxid,
Molybdändiselenid,
Wolframdisulfid, Polytetrafluorethylen (PTFE) oder ähnliches.
Das feste Schmiermittel ist bevorzugt eines ausgewählt aus
hexagonalem oder flockigem Graphit, Molybdändisulfid und Polytetrafluorethylen.
Graphit ist aufgrund seiner Wirksamkeit auf die Abnahme des Reibungskoeffizienten
zwischen der Polsterkautschukschicht 16 und den zusammenarbeitenden
Riemenscheibenoberflächen
bevorzugt. Gleichzeitig ist Graphit verhältnismäßig niedrig im Preis.
Das
feste Schmiermittel wird bevorzugt in einer Menge von 10 bis 100
Gewichtsteilen, mehr bevorzugt von 10 bis 60 Gewichtsteilen, pro
100 Gewichtsteilen des Kautschuks in der Kompressionskautschukschicht 16 eingesetzt.
Wenn das feste Schmiermittel in einer Menge von weniger als 10 Gewichtsteilen
vorliegt, kann der Reibungskoeffizient zwischen dem Riemenkörper 12 und
den zusammenarbeitenden Riemenscheibenoberflächen nicht ausreichend verringert
sein, um die Reibschwingungsgeräuscherzeugung
erheblich zu reduzieren. Wenn die Menge 100 Gewichtsteile übersteigt,
können
die Dehnungseigenschaften des Kautschuks beeinträchtig werden, wobei als ein
Ergebnis die Lebensdauer des Riemens 10 unzumutbar verkürzt sein kann.
Die
Kautschukzusammensetzung in der Kompressionskautschukschicht 16 kann
auch Ruß enthalten. Der
Ruß wird
dem Kautschuk bevorzugt in einer Menge von 30 bis 60 Gewichtsteilen
pro 100 Gewichtsteilen Kautschuk beigemischt. Durch das Beimischen
von weniger als 60 Ge wichtsteilen ist die Härte des Kautschuks in der Kompressionskautschukschicht 16 verhältnismäßig niedrig.
Als ein Ergebnis neigt der Kautschuk, der die zusammenarbeitende
Riemenscheibe berührt,
dazu, sich eng an die Scheibenoberfläche anzupassen. Daher kann
die Kraft zwischen dem Riemen 10 und den zusammenarbeitenden
Riemenscheiben auch unter nassen Bedingungen kraftschlüssig übertragen
werden. Wenn die beigemischte Menge an Ruß weniger als 30 Gewichtsanteile
beträgt,
kann die Dauerhaftigkeit des Kautschuks ebenso wie seine Abrasionsbeständigkeit abnehmen.
Die
Kautschukzusammensetzung der Kompressionskautschukschicht 16 kann
weiterhin ein Prozeßöl enthalten.
Prozeßöl kann dem
Kautschuk zugemischt werden. Das Prozeßöl wirkt als Weichmacher und
kann die Härte
des Kautschuks verringern, indem es dessen Verformbarkeit steigert.
Das Prozeßöl kann ebenso
die Kraftübertragungsfähigkeiten
für den
Riemen 10 unter nassen Bedingungen verbessern, indem es
eine Konformität
zwischen den den Riemenscheiben zugewandten Oberflächen der
Rippen 24 und den zusammenarbeitenden Riemenscheibenoberflächen verursacht.
Das
Prozeßöl wird dem
Kautschuk bevorzugt in einer Menge von 4 bis 20 Gewichtsteilen pro
100 Gewichtsteilen des Kautschuk beigemischt. Um ausreichende Kraftübertragungsfähigkeiten
unter nassen Bedingungen zur Verfügung zu stellen, ist es wünschenswert,
das Prozeßöl in einer
Menge von mindestens 4 Gewichtsteilen zuzufügen. Wenn der Gehalt unter
4 Gewichtsteilen liegt, wird die Fähigkeit des Kautschuks, in knetenden
und rollenden Arbeitsabläufen
betrieben zu werden, schädlich
beeinflußt.
Weiterhin kann die Beständigkeit
der Rippen 24 gegen Kälte
abnehmen, woraus resultiert, daß die
Lebensdauer des Riemens 10 bei niedrigen Temperaturen unzumutbar
kurz werden kann. Wenn die Beimischung an Prozeßöl 20 Gewichtsanteile übersteigt,
kann die Festigkeit des Kautschuks in den Rippen 24 unzumutbar
abnehmen, was zu einer ähnlichen
Abnahme der Abrasionsbeständigkeit
führt.
Die
Kautschukzusammensetzung, die als Kautschuk in der Kompressionskautschukschicht 16 eingesetzt
wird, kann ebenso als Kautschuk in der Polsterkautschukschicht 18 eingesetzt
werden. Die Kautschukzusammensetzungen der Kompressionsschicht und
der Polsterschicht 16, 18 für einen speziellen Riemen können entweder
gleich oder verschieden sein. Gegebenenfalls werden die kurzen verstärkenden
Fasern 38 im Kautschuk der Polsterkautschukschicht 18 zur
Verfügung
gestellt. Im allgemeinen ist es jedoch bevorzugt, die Fasern 38 nicht
einzusetzen. Wenn sie eingesetzt werden, können die Fasern 38 die
Zusammensetzung der Fasern 30, wie oben in der Kompressionskautschukschicht 16 beschrieben
wurde, aufweisen.
Die
lasttragenden Schnüre 22 werden
bevorzugt mit hoher Festigkeit und niedrigen Dehnungseigenschaften
hergestellt. Die lasttragenden Schnüre 22 können aus
einer oder mehreren Polyesterfaser (wie z.B. Polyarylatfaser, einer
Polybutylenterephthalatfaser (PBT), einer Polyethylenterephthalatfaser
(PET), einer Polytrimethylenterephthalatfaser (PTT), einer Polyethylennaphthalatfaser
(PEN)), Aramidfaser, Glasfaser und ähnlichem hergestellt sein.
Es
ist bevorzugt, die lasttragenden Schnüre 22 einer Adhäsionsbehandlung
zu unterwerfen, um das Haften der lasttragenden Schnüre 22 an
den Kautschuk der Polsterkautschukschicht 18 zu verbessern.
Diese Behandlung kann durch Tauchen der lasttragenden Schnüre 22 in
eine Lösung
wie z.B. eine Resorzin-Formaldehyd-Latex-Lösung (RFL) und anschließendes Trocknen
der getauchten Schnüre 22 in
der Wärme
durchgeführt
werden.
Die
verstärkende
Gewebeschicht 26 durch die Verwendung eines Flach-, eines
Twill- oder Satinwebverfahrens hergestellt werden. Die daraus erhaltenen
Gewebe können
aus Baumwolle, Polyesterfaser, Aramidfaser, Nylonfaser und ähnlichem
hergestellt sein. Das erhaltene Gewebe kann mit einer RFL-Lösung behandelt
und anschließend
mit einer Kautschukzusammensetzung beschichtet werden.
Eine
Art den innenverzahnten Keilriemen auszuformen, soll nun beschrieben
werden. Die verstärkende
Gewebeschicht 26 wird um eine zylindrische Trommel gewickelt
(nicht gezeigt). Ein Kautschukblatt, das die Polsterkautschukschicht 18 bestimmt,
wird dann über
der verstärkenden
Gewebeschicht 26 auf der Trommel aufgebracht. Die lasttragende
Schnur 22 wird dann spiralförmig aufgewickelt. Ein Kautschukblatt,
das die Kompressionskautschukschicht 16 bestimmt, wird
danach aufgebracht, um die zylindrische Vorform zu vervollständigen.
Die zylindrische Vorform und die Trommel werden in einen Vulkanisierungsmantel
gestellt, wonach in üblicherweise
die Vulkanisation durchgeführt
wird. Die vulkanisierte Hülse
wird dann von dr Trommel entfernt und auf Antriebs- und angetriebene
Rollen, die in gleichmäßigem Abstand
angeordnet sind, so aufgezogen, daß die Kompressionskautschukschicht 16 nach
außen
zeigt. Sowie die Hülse
angetrieben wird, wird ein Schleifrad gegen die Kompressionskautschukschicht 16 gerichtet,
um Rillen 40 zwischen den benachbarten Rippen 24 zu
formen. Die Hülse
wird dann in der gewünschten
Breite für
den innenverzahnten Keilriemen 10 geschnitten. Die einzelnen
Riemen werden dann mit der Innenseite nach außen gedreht, um die Herstellung zu
vervollständigen.
Die
Erfindung ist nicht auf die Anwendung auf eine innenverzahnte Keilriemenkonstruktion
begrenzt und ist in der Tat auf jeden denkbaren Typus von Treibriemen
anwendbar.
Gerade
als weiteres Beispiel kann die Erfindung bei einem Schnittkanten-Keilriemen
wie bei 50 in 2 gezeigt
angewendet werden. Der Riemen 50 hat einen Körper 52.
Der Körper 52 besteht
aus einer Polsterkautschukschicht 54 und einer Kompressionskautschukschicht 56.
Die Polsterkautschukschicht 54 ist auf der äußeren Oberfläche 58 der
Kompressionskautschukschicht 56 angebracht. Mindestens
eines der lasttragenden Teile, in diesem Fall in Form einer lasttragenden
Schnur 60, ist in die Polsterkautschukschicht 54 eingebettet,
so daß die
Kompressions- und Spannungsabschnitte jeweils innerhalb und außerhalb
davon bestimmt sind. Mindestens eine Gewebeschicht 62 ist
auf der äußeren Oberfläche 64 der
Polsterkautschukschicht 54 angebracht. Die Gewebeschicht 62 kann
gummiert sein. Eine ähnliche
oder unterschiedliche Art von Gewebeschicht 68 ist auf
der inneren Oberfläche 70 der
Kompressionskautschukschicht 56 angebracht. Wieder soll
darauf hingewiesen sein, daß die
Benennung „Innenseite" und „Außenseite" nur für Bezugszwecke
angegeben wird. Mehrfache Schichten, die den gleichen Aufbau wie
Schicht 68 oder einen anderen Aufbau aufweisen, können auf
der Innenseite der Kompressionskautschukschicht 56 angebracht
sein.
Es
soll so verstanden werden, daß die
dargestellten Aufbauten beider Riemen 10, 50 nur
als Beispiel beabsichtigt sind. Die Verwendung von Gewebeschichten 26, 62, 68 ist
wahlweise, wobei keine oder mehrfache Schichten auf jeder Oberfläche in Betracht
kommen. Die Verwendung von einzelnen Polsterkautschukschichten 18, 54 ist
nicht erforderlich. Als nur ein Beispiel kann die Kautschukspannungsschicht
direkt auf einem schichtbestimmenden Teil oder auf dem gesamtem
Kompressionsabschnitt des Riemens angebracht sein. Lasttragende
Schnüre
können
in diese Schichten eingebettet sein.
Mit
der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Kautschukzusammensetzung
mit guter Verarbeitbarkeit herzustellen. Die Kautschukzusammensetzung
kann in einen Treibriemen eingearbeitet werden z.B. in dessen Kompressionsabschnitt.
Ein Reibungskoeffizient zwischen der Kautschukzusammensetzung und
den zusammenarbeitenden Riemenscheibenoberflächen ist potentiell verhältnismäßig niedrig,
so daß die Reibschwingungsgeräuscherzeugung
gesteuert wird. Weiterhin kann der Riemen, in den die Kautschukmischung
eingearbeitet ist, gute Haltbarkeitsmerkmale und die Fähigkeit,
sich an die zusammenarbeitenden Riemenscheibenoberflächen anzupassen,
um eine kraftschlüssige Übertragung
zwischen Riemen und Riemenscheibe zu verursachen, wobei die Komponenten
sowohl unter trockenen als auch unter nassen Bedingungen arbeiten.
Die Wirksamkeit der vorliegenden Erfindung soll nun durch den Vergleich
von acht erfindungsgemäßen Beispielen
(erfindungsgemäße Beispiele
1 bis 8) mit sieben Vergleichsbeispielen 1 bis 7 beschrieben werden.
Die
Riemen wurden wie in Tabelle 1 unten gezeigt hergestellt:
Kurze
Fasern, Ruß,
ein paraffinbasiertes Prozeßöl und ein
festes Schmiermittel wurden EPDM (Iodzahl 4) zugemischt. Ein Kautschukblatt
mit einem vorherbestimmten Dicke wurde durch Verwendung einer Kalanderwalze
und durch Vulkanisierung bei 165°C
für 30
Minuten hergestellt. Die kurzen Fasern umfassen Nylon-66-Fasern
mit einer Länge
von 3 mm, kurze Aramidfasern mit einer Länge von 3 mm und kurze Baumwollfasern
mit einer Länge
von 6 mm, die so zugegeben wurden wie in Tabelle 1 angegeben. Das
feste Schmiermittel umfaßt
Molybdändisulfid,
PTFE und Graphit, die so zugegeben wurden wie in Tabelle 1 beschrieben.
Die Härte
(JIS-A) des resultierenden vulkanisierten Kautschuks und der Dehnungsbruch
(in eine Richtung senkrecht zu der Orientierung der kurzen Nylon-66-fasern)
wurden gemessen in Übereinstimmung
mit jeweils JIS K6253 und JIS K6251. Ein Längskraftreibungstest wurde
entsprechend zu JIS K7218 durchgeführt. Der Test wurde mit einer
Gleitgeschwindigkeit von 0,06 m/s, mit einer Druckkraft von 50 N
und einer Gleitstrecke von 0,1 km durchgeführt. Wenn die Temperatur der
Test-Proben 50°C
erreicht hatten, wurde ein dynamischer Reibungskoeffizient wie in
Tabelle 1 dargestellt gemessen.
Wie
gesehen werden kann, ist bei der Verwendung von kurzen Nylonfasern
der Reibungskoeffizient hoch für
die Vergleichsbeispiele 1 und 2, in denen kein Graphit als festes
Schmiermittel eingesetzt wurde, und Vergleichsbeispiel 3, in dem
der Graphitgehalt niedrig war. Auf der andere Seite war der Reibungskoeffizient niedrig,
der Dehnungsbruch jedoch äußerst niedrig
für Vergleichsbeispiel
4, in dem der Graphitgehalt 100 Gewichtsteile überstieg. Im Gegensatz dazu
wurde gefunden, daß der
Reibungskoeffizient hoch war für
Vergleichsbeispiel 5, in dem Graphit und keine kurzen Nylonfasern
enthalten waren. Der Reibungskoeffizient war nicht ausreichend vermindert
im Vergleichsbeispiel 6, in dem kurze Aramidfasern und kein Graphit
eingesetzt wurden. Die Verringerung des Reibungskoeffizienten war
für Vergleichsbeispiel
7, in dem kurze Baumwollfasern und kein Graphit eingesetzt wurden,
gering.
Mit
dem erfindungsgemäßen Beispielen
1 bis 8, in welchen kurze Nylonfasern und ein festes Schmiermittel
in EPDM gemischt vorlagen, waren die Reibungskoeffizienten niedrig,
wobei der Dehnungsbruch auf hohem Niveau erhalten wurde. Diese Zusammensetzungen
belegten, daß sie
für die
Verwendung zur Bestimmung einer Komponente in einem Treibriemen
geeignet waren. Es wurde bemerkt, daß eine Verringerung der Reibungskoeffizienten,
die sich aus der Verwendung von Graphit und PTFE ergab, höher war
als die, welche sich aus der Verwendung von Molybdändisulfid
ergab.
Zusätzliche
vergleichende Tests wurden unter Berücksichtigung der erfindungsgemäßen Beispiele
9 bis 14 und der Vergleichsbeispiele 8 bis 16, die eine Zusammensetzung
wie in Tabelle 2 angegeben aufwiesen, durchgeführt.
Für die Riemen
aus Tabelle 2 wurden kurze Fasern, Ruß, ein festes Schmiermittel,
ein paraffinbasiertes Prozeßöl und ähnliches
in EPDM (Jodzahl 4) gemischt. Ein Kautschukblatt für die Kompressionskautschukschicht
wurde unter Verwendung einer Kalanderrolle hergestellt. Die verwendeten
kurzen Faser waren Nylon 66 mit einer Länge von 3 mm, Aramidfasern
mit einer Länge
von 3 mm und Baumwollfasern mit einer Länge von 6 mm wie Tabelle 2
zeigt. Die festen Schmiermittel waren Molybdändisulfid, PTFE und Graphit, auch
wie in Tabelle 2 gezeigt. Ein Kautschukblatt für eine Polsterkautschukschicht
wurde aus EPDM-Kautschuk
ohne kurze Fasern gemäß Tabelle
2 hergestellt. Lasttragende Schnüre
aus Polyesterfasern wurden verwendet sowie gummierte Baumwollgewebeschichten
als Verstärkung
der Riemenkörper.
Zur
Durchführung
der Tests wurden innenverzahnte Keilriemen mit einer Länge von
1770 mm und einer Dicke von 4,3 mm hergestellt. Zahl der Rippen
betrug 7 mit einem Neigungswinkel (α) von 40° für die Seitenoberflächen 72 und 74 für die jeweiligen
Riemen 10 und 50. Die Höhe der Rippen auf dem innenverzahnten Keilriemen
betrug 2,0 mm.
Ein
Geräuscherzeugungsgrenzspannungstest
wurde durchgeführt,
um die Geräuscherzeugung
zu bewerten. Die Roll-Verarbeitbarkeit
des Kautschukblatts der Kompressionskautschukschicht wurde untersucht.
Bei
der Durchführung
des Geräuscherzeugungsgrenzspannungstests
wurden die innenverzahnten Keilriemen B wie bei 80 in 3 gezeigt auf ein System
aufgezogen. Das System umfaßt
eine Antriebsriemenscheibe 82 und ein angetriebene Riemenscheibe 84,
die um jeweils in gleichmäßigem Abstand
angeordnete, parallele Achsen 86, 88 rotieren.
Die Antriebsriemenscheibe 82 hat einen Durchmesser von
135 mm, die angetriebene Riemenscheibe hat eine Durchmesser von
112 mm. Eine zweite angetriebene Riemenscheibe 90 mit einem
Durchmesser von 60 mm war zur Bewegung um eine Achse 92,
parallel zu den Achsen 82, 88 befestigt. Die angetriebene
Riemenscheibe 90 hatte einen Kupplungsmechanismus. Die
getesteten Riemen B wurden über
die Antriebs- und angetriebenen Riemenscheiben 82, 84, 90 gezogen
mit einem Umschlingungswinkel θ1
um die angetriebene Riemenscheibe 90 von 120°. Die Testriemen
B wurden vorgespannt durch die Verwendung einer Spannrolle 96,
die um die Achse 98 drehbar war. Der Umschlingungswinkel θ2 um die Spannrolle
beträgt
90°. Spannung
wurde aufgebracht durch Anwenden einer Kraft auf die Riemen B durch
die Spannrolle 96 in Richtung des Pfeils 100.
Das Quietschen, das zu dem Zeitpunkt, an dem die zweite angetriebene
Riemenscheibe anfing zu rotieren, wobei die Antriebsriemenscheibe
mit 5000 rpm bei Raumtemperatur rotierte, erzeugt wurde, wurde bestimmt.
Die Geräuscherzeugungsgrenzspannung
wurde in diesem Punkt ebenso bestimmt. Ein Geräuscherzeugungsgrenzspannungstest
wurde wie oben beschrieben durchgeführt, nachdem die Riemen ohne
Unterbrechung über
eine Zeitraum von 1890 Stunden bei Raumtemperatur gelaufen waren.
Die Ergebnisse werden in Tabelle 2 dargestellt.
Bei
der Untersuchung der Roll-Verarbeitbarkeit des Kautschukblatts für die Kompressionskautschukschicht
wurden verschiedene Zustände
genau bestimmt. Das Symbol „O" wird verwendet um
den Zustand zu kennzeichnen, in dem kein Riß oder Löcher in dem Blatt auftrat und
das Blatt eine glatte Oberfläche
aufwies. Das Symbol „Δ" wird verwendet,
um den Zustand zu kennzeichnen, in dem kein Riß oder Löcher in dem Blatt auftrat,
aber ein feiner Riß auf
der Oberfläche
erzeugt wurde. Das Symbol „X" wird verwendet,
um den Zustand zu kennzeichnen, in dem ein Riß oder ein Loch in dem Blatt
auftrat und das Blatt nicht mehr als, Blatt nicht mehr als Schicht
in einem Kompressionsabschnitt eines Treibriemens verwendet werden
konnte.
Es
kann gesehen werden, daß die
Geräuscherzeugungsgrenzspannungen
in der Anfangsstufe und nach der Laufzeit zu beiden Zeitpunkten
hoch waren und der Unterdrückungseffekt
auf die Reibschwingungsgeräuscherzeugung
bei den Vergleichsbeispielen 8 und 9 gering war. In beiden Beispielen
wurde Nylon ohne Graphit verwendet. Ähnliche Ergebnisse werden bei
Vergleichsbeispiel 10 gesehen, welches Nylon enthielt, aber einen
niedrigen Graphitgehalt aufwies. Die Verarbeitbarkeit bei den Vergleichsbeispielen
11 und 12, welche einen geringen Graphitgehalt hatten, war schlecht.
Diese Zusammensetzungen waren deshalb nicht für die Verwendung zur Ausformung
eines innenverzahnten Keilriemens geeignet. Vergleichsbeispiel 13
zeigte eine geringe Unterdrückung
der Reibschwingungsgeräuscherzeugung.
Vergleichsbeispiel 13 enthielt keine kurzen Nylonfasern, aber eine
angemessene Menge Graphit. Vergleichsbeispiel 14, in welchem kurze
Aramidfasern und kein Graphit verwendet wurden, zeigte einen schlechten
Langzeitunterdrückungseffekt
auf die Geräuscherzeugung.
Für das
Vergleichsbeispiel 15, in welchem Baumwollfasern verwendet wurden,
war die Geräuscherzeugungsgrenzspannung
am Anfang der Laufphase hoch. Für
Vergleichsbeispiel 16, in welchem Aramidfasern und Graphit eingesetzt
wurden, wurde ein guter Unterdrückungseffekt
auf die Geräuscherzeugung in
der Anfangsphase beobachtet. Der Unterdrückungseffekt auf die Geräuschentwicklung
nahm jedoch nach der Laufphase erheblich ab. Folglich dauerten die
verbesserten Wirkungen nicht über
einen angemessenen langen Zeitraum an.
Andererseits
war bei den erfindungsgemäßen Beispielen
9 bis 14, welche einen angemessenen Gehalt an Graphit und Nylonfasern
enthielten, die Verarbeitbarkeit gut, der Reibungskoeffizient niedrig
und die Geräuscherzeugungsspannung
gering. Als ein Ergebnis war die Reibschwingungsgeräuscherzeugung
verringert und eine gute Kraftübertragungsfähigkeit
wurde erhalten. Es wurde gefunden, daß die Geräuscherzeugungsunterdrückungseffekte
von Graphit und PTFE höher
waren als für
Molybdändisulfid.
Während die
Erfindung mit besonderem Bezug zu den Zeichnungen beschrieben wurde,
soll es so verstanden werden, daß verschiedene Modifikationen
vorgenommen werden können,
ohne vom Geist und Bereich der Erfindung abzuweichen.
