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Die
Erfindung betrifft einen Zahnriemen mit einer Zahnauflage aus einem
Gewebe und eine zugehörige
Zahnauflage.
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Zahnriemen
werden in erster Linie als Kraftübertragungsriemen
(Transmissionsriemen) eingesetzt. Dabei greifen die Zähne des
Zahnriemens in die Zahnzwischenräume
eines Gegenriemens oder einer Zahnscheibe ein, um so eine Kraftübertragung zu
bewirken. Zahnriemen werden häufig
bei Synchronriementrieben oder positiven Antriebsriementrieben verwendet
und dienen beispielsweise zur Synchronisation zweier rotierender
Wellen.
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Im
Automobilbereich werden für
die Zahnriemen häufig
Standardgummizahnriemen verwendet, die im Allgemeinen einen rückwärtigen Bereich,
einen gezahnten vorderen Bereich und eine dazwischen liegende Zugträgerlage
beispielsweise aus Stahl- oder Glascord aufweisen. Der gezahnte
vordere Bereich besteht häufig
aus einem Vulkanisat auf HNBR-Basis, d.h. es ist ein hydriertes
Acrylnitril-Butadien-Copolymerisat enthalten, das die üblichen
Zuschlagstoffe enthält.
Die Ansprüche
an derartige Zahnriemen in Bezug auf ihre mechanische und thermische
Belastbarkeit steigen mit der Leistung der Maschinen, in denen sie
eingesetzt werden sollen. Lange Haltbarkeit und hohe mechanische
Belastbarkeit in einem weiten Temperatureinsatzbereich sind daher
unerlässlich.
Beispiele für
derzeit gebräuchliche
Zahnriemen sind in der WO 00/29762 und dem U.S. Patent 4,775,357
beschrieben.
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Zur
Erhöhung
vor allem der mechanischen Stabilität der Zähne des Zahnriemens kann eine Zahnauflage
in Form einer im Allgemeinen durchgehenden und Zähne und Zahnzwischenräume vollständig abdeckenden
Auflage auf der gezahnten Oberfläche
des Zahnriemens vorgesehen sein. Diese Zahnauflage kann aus einer
Beschichtung beispielsweise aus einem modifizierten Vulkanisat bestehen,
oder sie kann vorzugsweise aus einem Gewirk oder Gewebe gebildet
werden, In der Praxis sehr bewährt
hat sich eine Auflage von Polyamid6.6-Stretchgewebe, das gute mechanische Eigenschaften
und gute Haftungseigenschaften zur Gummimischung zeigt.
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In
einigen Motortrieben werden die Zahngewebe mechanisch so stark belastet,
dass das Gewebe innerhalb der vorgesehenen Laufzeit verschleißt. Da die
Motorleistung im Kraftfahrzeugbereich ständig steigt, werden auch die
Zahnriemen immer höheren Belastungen
ausgesetzt, so dass ein dringendes Bedürfnis nach abrasionsbeständigen und
langfristig verschleißfesten
Gewebezahnauflagen für
Zahnriemen besteht.
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Die
GB 2349113 A offenbart
ein Verfahren zur Erhöhung
der Abrasionsstabilität
von Zahnriemen, bei dem das Zahnauflagegewebe mit einem gewissen
Anteil an PTFE als Schmiermittel ausgerüstet wird. Das PTFE-Pulver
muss dafür
an das Gewebe angebunden werden, damit die Schmierwirkung möglichst
lange erhalten bleibt. Hierzu wird das PTFE mit einer vernetzten
PU-Matrix an das Gewebe angebunden. Die Präparation des Gewebes bedeutet
aber einen zusätzlichen,
aufwendigen Verfahrensschritt. Außerdem versteift die Matrix
das Gewebe, so dass die Biegestabilität abnimmt und das Risiko für eine frühere Zahnabscherung
steigt.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, die Probleme in Stand
der Technik zu vermeiden und eine Zahnauflage für einen Zahnriemen zur Verfügung zu
stellen, die die Abrasionsstabilität des Zahnriemens erhöht und Ausfallerscheinungen
infolge Zahnabscherung nach Gewebeverschleiß verringert, und zwar bei
weitgehend erhaltenen mechanischen Eigenschaften.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe ist vorgesehen, dass bei einer Zahnauflage der oben
genannten Art aus Gewebe zur Abdeckung der gezahnten Oberfläche eines
Zahnriemens dieses Gewebe als ein Mischgewebe auf Basis eines Polyamidgewebes ausgebildet
ist, bei dem die Schussfäden
in Umfangs/Längsrichtung
des Riemens ganz oder teilweise durch Fäden aus Polytetrafluorethylen
(PTFE) ersetzt oder mit PTFE modifiziert sind.
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Überraschenderweise
wurde gefunden, dass die Abrasionsstabilität und Beständigkeit eines Zahnriemens
mit einer Zahnauflage aus einem Polyamidgewebe bereits dadurch in
erstaunlichem Ausmaße verbessert
werden kann, dass ausschließlich
die Schussfäden,
die als Einzelfäden
oder als gezwirnte Garne vorliegen können, ganz oder teilweise durch Fäden bzw.
Garne aus PTFE ersetzt werden oder hiermit modifiziert sind. Die
Modifikation soll dabei nicht in einer Beschichtung oder Ausrüstung bestehen,
da hierdurch die guten mechanischen Eigenschaften des PA beeinträchtigt werden
könnten.
Wenigstens die Kettfäden
oder vorzugsweise auch ein weiterer Teil der Schussfäden besteht
weiterhin aus Polyamid, um dem Auflagegewebe, die damit verbundenen
positiven Eigenschaften in genügendem Umfang
zu verleihen.
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Vorzugsweise
ist das Basisgewebe ein Polyamid6.6-Stretchgewebe.
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In
diesem Basisgewebe werden vorzugsweise 2 bis 50 % und hiervon bevorzugt
3 bis 40 % der Schussfäden
bezogen auf ihre Anzahl durch Fäden oder
Garne aus PTFE ersetzt.
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In
einer alternativen Ausführungsform
können
die Schussfäden
aus Polyamid ganz oder teilweise und vorzugsweise zu 2 bis 50 %,
weiter vorzugsweise 3 bis 40 % mit PTFE modifiziert sein. Dies kann in
der Form vorgesehen sein, dass die Schussfäden insgesamt aus einem mit
PTFE modifizierten Polyamid bestehen. Die Modifikation der Schussfäden kann
auch so vorgesehen sein, dass einzelne innerhalb eines Garns verzwirnte
Fäden durch
solche aus PTFE ersetzt werden, und zwar vorzugsweise in den genannten
Anteilen.
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Zusätzlich kann
zur Erhöhung
der thermischen Stabilität
vorgesehen sein, dass weiterhin Teile der Polyamidschussfäden durch
Garne oder Einzelfäden
aus Polyetheretherketon (PEEK), Polyimid (PI) und/oder meta-Aramid
ersetzt und/oder mit PEEK, PI und/oder meta-Aramid modifiziert sind.
Dabei kann der genannte Anteil der ersetzten Schussfäden aus
einem der Materialien oder einer Mischung aus diesen Materialien
bestehen. Weiterhin können die
Polyamid-Schussfäden
so ersetzt werden, dass mehrere Garne oder Fäden aus den verschiedenen genannten
Materialien in Ersatz für
Polyamid-Schussgarne oder -fäden
eingesetzt werden können.
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Ergänzend kann
die Zahnauflage wenigstens einseitig, ein- oder mehrstufig beschichtet
sein, vorzugsweise mit einem Haftvermittler und/oder einem Vulkanisat,
um die Anbindung der Auflage an die Zahnoberfläche noch zu erhöhen und/oder
den Verschleiß und
Abrieb zu verringern.
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Die
Erfindung umfasst weiterhin einen mit einer Zahnauflage aus Gewebe
nach einem der Ansprüche
1 bis 5 ausgerüsteten
Zahnriemen.
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Ein
solcher Zahnriemen ist vorzugsweise ein Gummizahnriemen und insbesondere
ein solcher, bei dem wenigstens der gezahnte Riementeil ein hydriertes
Acrylnitril-Butadien-Copolymer,
enthält.
Weiterhin ist bevorzugt, dass der Zahnriemen zur Verstärkung wenigsten
einen Zugstrang, vorzugsweise aus Glas-, Aramid-, Carbon- oder Stahlcord
enthält. Zusätzlich kann
die Riemenrückenfläche mit
einem weiteren Gewebe geschützt
sein. Durch die erfindungsgemäße Zahnauflage
kann die Lebensdauer des damit ausgerüsteten Zahnriemens bei hohen mechanischen
Belastungen erheblich gesteigert und der Ausfallmechanismus Zahnabscherung
nach Gewebeverschleiß deutlich
verzögert
werden.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung
mit der Zeichnung näher
beschrieben.
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In
der Zeichnung zeigen:
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1:
schematische Schnittdarstellung eines Zahnriemenabschnitts
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2:
Zahnriementestapparatur
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1 zeigt
einen Ausschnitt eines mit 10 bezeichneten Zahnriemens.
Der Zahnriemen 10 besitzt eine Rückseite 2 und einen
vorderen, gezahnten Teil 3 mit einzelnen Zähnen 4 zum
Eingriff in die Zahnzwischenräume
eines nicht dargestellten Gegenparts. Zwischen der Rückseite 2 und
dem vorderen Teil 3 des Riemens befindet sich eine Zugträgerlage
aus einzelnen Zugsträngen 5 beispielsweise aus
Glascord, Stahl-, Aramid- oder
Carboncord. Die gezahnte Oberfläche
des vorderen oder oberen Teils 3 des Riemens ist mit einer
Zahnauflage 6 abgedeckt, die in Form eines Gewebes mit
Kettfäden 62 und Schussfäden 64 ausgebildet
ist. Die Schussfäden
erstrecken sich demnach in Längsrichtung
des häufig
als Endlosband ausgebildeten Riemens, also parallel zu den Zugsträngen 5.
Ein Teil der Schussgarne des Polyamid6.6-Stretchgewebes wurde in diesem
Beispiel durch PTFE-Garne der entsprechenden Stärke (Garndicke) ersetzt, während die übrigen Schussfäden weiterhin
aus PA6.6 bestehen, ebenso wie die Kettfäden 62.
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2 zeigt
eine Zahnriementestapparatur für
die Durchführung
eines Gewebeverschleißtests. Für den Test
für ein
Gummizahnriemen 10, bestehend aus einem Zahngewebe, einem
Zugstrang aus Glas und einer Mischung auf HNBR-Basis so über eine
Zahnscheibe 20 aus Stahl mit nur einem Zahn gespannt, dass
der Stahlzahn mittig unter einen Steg des Zahnriemens 10 platziert
wird, also in einen der Zwischenräume des Zahnriemens eingreift.
Auf den Zahnriemen 10 wird eine so hohe Zugkraft aufgebracht,
dass auf das Zahngewebe in der Auflagefläche eine Flächenpressung von zirka 35 N/mm2 einwirkt. Der Zahnriemen 10 wird
mittels eines Exzenters 30 mit einer Amplitude von ± 0,8 mm
und einer Frequenz von 16 Hz oszillierend über den Zahn bewegt. Hierfür greift
der Exzenter 30 an einen ersten Schlitten 40a an,
der seinerseits über
die Verspannung mit dem Zahnriemen 10 mit einem zweiten Schlitten 40b verbunden
ist. Für
die oszillierende Bewegung wirkt der Exzenter 30 mit der
Luftfeder 50 zusammen. Bei dieser Bewegung wird das Gewebe durch
Reibung verschlissen. Es wird die Zeit gemessen, bis der unter dem
Gewebe liegende Zugstrang sichtbar wird.
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Vergleichstest
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Der
oben anhand der Abbildung beschriebene Gewebeverschleißtest wird
mit einem herkömmlichen
und einem der Erfindung entsprechenden Zahnriemen durchgeführt.
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Ein
Gummizahnriemen mit einem Seriengewebe aus Polyamid erreichte in
dem oben geschilderten Test eine mittlere Verschleißzeit von
6 Stunden. Bei einem vergleichbaren Gummizahnriemen, bei dem 10
% der Schussfäden
aus Polyamid durch PTFE-Fäden
ersetzt worden sind, wurden 10 Stunden erreicht. In verschiedenen
Tests wurden um bis zu 90 % höhere
Laufzeiten gemessen. Zur Erzielung des gewünschten Effekts werden PTFE-Anteile von 3 bis
40 % in Ersatz von PA-Schussfäden
bevorzugt, es können
jedoch je nach Anwendungszweck auch höhere Anteil gewählt werden.