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Die
Erfindung betrifft einen Antriebsriemen, enthaltend zumindest eine
Kurzfasern aufweisende, vulkanisierte Kautschukmischung, eine Festigkeitsträgerlage
und ggf. eine Oberflächenarmierung.
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Antriebsriemen
dieser Art sind beispielsweise aus der
EP 0 599 145 B1 in Form
von Zahnriemen und der
WO
02/084146 A1 in Form von Keilrippenriemen bekannt. Als
Kurzfasern, die in de Kautschukmischung enthalten sind, werden in
diesen Schriften beispielsweise Fasern aus Aramid, Polyester, Polyethylen,
Glas, Nylon, Wolle oder Baumwolle genannt.
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Die
Festigkeitsträgerlage
enthält üblicherweise
in Riemenumfangsrichtung verlaufende textile Festigkeitsträger aus
Polyamiden (aliphatisch oder aromatisch), Polyester oder Glas. Bei
der ggf. vorhandenen Oberflächenarmierung
kann es sich z. B. um Nylon-, Polyester oder Mischgewebe aus beiden
handeln.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, Antriebsriemen bereitzustellen,
die sich durch eine erhöhte Laufzeit
und Lebensdauer auszeichnen und einen Riemeneinsatz bei erhöhten Temperaturen
ermöglichen.
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Gelöst wird
diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch,
dass es sich bei den Kurzfasern in der vulkanisierten Kautschukmischung
zumindest zum Teil um Kurzfasern aus Polyester-polyarylat handelt.
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Es
hat sich überraschenderweise
herausgestellt, dass durch die Zumischung von Kurzfasern aus Polyester-polyarylat
zur Kautschukmischung des Antriebsriemens Vulkanisate mit sehr hohen
Spannungswerten bei niedrigen Dehnungen erhalten werden können. Ein
solches Vulkanisatverhalten bewirkt beispielsweise bei Zahnriemen,
dass die Zähne
steifer sind und damit einen höheren
Widerstand gegen Zahnabscherung aufweisen. Zahnriemen mit einer
solchen Mischung als Zahnmischung zeichnen sich daher durch eine
erhöhte
Lebensdauer aus.
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Ferner
bewirkt der Einsatz von Kurzfasern aus Polyester-polyarylat in der
Kautschukmischung des Riemens, dass der Weiterreißwiderstand
bei 150°C
im Vergleich zu Mischungen mit p-Aramidfasern deutlich erhöht wird.
Dies führt
ebenfalls zu einer Verbesserung der Laufzeit und eine erhöhte maximale
Einsatztemperatur kann erreicht werden.
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Die
Kurzfasern aus Polyester-polyarylat lassen sich hervorragend in
eine Kautschukmischung einmischen und darin homogen verteilen.
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Vorzugsweise
werden als Fasern aus Polyester-polyarylat solche aus p-Hydroxybenzoesäure-6-hydroxy-2-naphthensäure-Copolymer
einsetzt. Diese Fasern sind auf dem Markt erhältlich und werden z. B. von der
Firma Kuraray unter dem Namen Vectran® vertrieben.
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Die
Kautschukmischung des Antriebsriemens kann als Kurzfasern allein
solche aus Polyester-polyarylat enthalten. Es ist aber auch möglich, dass
Kurzfasern unterschiedlichen Typs mit Kurzfasern aus Polyester-polyarylat
im Verschnitt eingesetzt werden.
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Die
in der Mischung eingesetzten Kurzfasern, insbesondere die Kurzfasern
aus Polyvinylalkohol, weisen bevorzugt eine Länge von 3 bis 7 mm auf. Fasern
dieser Länge
zeigen optimale Wirkung auf die gewünschten mechanischen Eigenschaften
und lassen sich gut in die Mischung einarbeiten. Fasern mit einer Länge von
mehr als 7 mm lassen sich schlecht in die Mischung einmischen.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung der Erfindung enthält die Mischung 3 bis 30 phr,
besonders bevorzugt 5 bis 10 phr, der Kurzfasern aus Polyester-polyarylat.
Mit diesem Anteil an Kurzfasern wurden besonders gute Ergebnisse
hinsichtlich der Lebensdauererhöhung
der Riemen erzielt. Übersteigt
der Anteil an Kurzfasern 30 phr, kann es zu einer zu starken Versteifung
der Mischung führen,
die kaum noch Dehnungen möglich
macht.
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Um
die Anbindung der Kurzfasern in der Kautschukmatrix zu verbessern,
hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Kurzfasern, insbesondere
die Kurzfasern aus Polyester-polyarylat,
mit einer Haftimprägnierung
zur Gummi-Festigkeitsträger-Haftung
ausgerüstet
sind. Dabei kann es sich beispielsweise um einen so genannten RFL-Dip
(Resorcin-Formaldehyd-Latex-Dip)
handeln, mit dem die Fasern vor der Einmischung in die Kautschukmischung
versehen werden. Durch die Haftimprägnierung wird außerdem die
Einmischbarkeit der Fasern verbessert.
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Die
Kurzfasern enthaltende Kautschukmischung kann unterschiedliche Kautschuktypen
enthalten. So kann der die Riemenkautschukmischung beispielsweise
hydrierten Acrylnitril-Butadien-Kautschuk, Chloroprenkautschuk,
Ethylen-Propylen-Dien-Copolymer,
Ethylen-Propylen-Copolymer, Acrylatkautschuk, Styrol-Butadien-Copolymer
und Polybutadien enthalten. Die Kautschuktypen können auch im Verschnitt eingesetzt
werden. Um die Lebensdauer und Laufzeit der Riemen weiter zu erhöhen, enthält die Kautschukmischung
des Riemens vorzugsweise hydrierten Acrylnitril-Butadien-Kautschuk
(HNBR).
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Bei
dem erfindungsgemäßen Antriebsriemen
kann es sich z. B. um Keilriemen oder Keilrippenriemen bei denen
die Kurzfasern enthaltende Mischung den Hauptriemenkörper bildet.
Bevorzugt handelt es sich bei dem Riemen allerdings um einen Zahnriemen,
dessen Zahngummi von der die Kurzfasern aus Polyester-polyarylat
enthaltenden Mischung gebildet wird. Die Zähne werden dadurch steifer
und es wird ein höherer
Widerstand gegen Zahnabscherung erzeugt. Zahnriemen mit einer solchen
Mischung als Zahnmischung zeichnen sich daher durch eine erhöhte Lebensdauer
aus.
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Die
erfindungsgemäßen Antriebsriemen
können
nach dem Fachmann bekannten Verfahren hergestellt werden.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, ohne
jedoch auf dieses Beispiel beschränkt zu sein.
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In
der folgenden Tabelle 1 sind Vergleichs- und erfindungsgemäße Kautschukmischungen
für die
Antriebsriemen dargestellt. Die Tabelle 1 zeigt Kautschukmischungen
auf der Basis von HNBR, die z. B. für Zahnriemen verwendet werden
können.
Bei sämtlichen
in den Tabellen enthaltenen Mischungsbeispielen sind die angegebenen
Mengenangaben Gewichtsteile, die auf 100 Gewichtsteile Gesamtkautschuk
bezogen sind (phr). Die Vergleichsmischung ist mit V gekennzeichnet,
die erfindungsgemäße Mischung
ist mit E gekennzeichnet. Die Mischungen der Tabelle wurden hinsichtlich
der eingesetzten Kurzfasern variiert.
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Die
Mischungsherstellung erfolgte unter üblichen Bedingungen. Aus sämtlichen
Mischungen wurden Prüfkörper durch
Vulkanisation unter Druck bei 180°C
und einer Heizzeit von 20 min hergestellt und mit diesen Prüfkörpern für die Kautschukindustrie
typische Materialeigenschaften bestimmt, die in der Tabelle aufgelistet sind.
Für die
Tests an Prüfkörpern wurden
folgende Testverfahren angewandt:
- • Shore-A-Härte bei
Raumtemperatur gemäß DIN 53
505
- • Zugfestigkeit
bei Raumtemperatur und 150°C
gemäß DIN 53
504
- • Reißdehnung
bei Raumtemperatur und 150°C
gemäß DIN 53
504
- • Spannungswert
bei Raumtemperatur und 150°C
und 10% Dehnung gemäß DIN 53
504
- • Weiterreißwiderstand
bei Raumtemperatur und 150°C
gemäß DIN 53
507 WRY an 2 mm dicken Probekörpern
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Zugfestigkeit,
Reißdehnung
und Spannungswerte wurden bei den kalandrierten fasergefüllten Mischungen
in Längsrichtung
zu den durch die Kalandrierung ausgerichteten Fasern ermittelt,
der Weiterreißwiderstand
wurde zusätzlich
zur Längsrichtung
auch in Querrichtung gemessen. Tabelle 1
| Bestandteile | Einheit | 1(V) | 2(E) |
| HNBR | phr | 100 | 100 |
| p-Aramidfaserna | phr | 7 | - |
| Polyester-polyarylatfasernb | phr | - | 7 |
| Ruß | phr | 15 | 15 |
| Kieselsäure | phr | 17 | 17 |
| Weichmacher | phr | 12,5 | 12,5 |
| Stearinsäure | phr | 1 | 1 |
| Alterungsschutzmittel | phr | 3 | 3 |
| Peroxid
auf Trägerc | phr | 6 | 6 |
| aktives
Zinkoxid | phr | 5 | 5 |
| Magnesiumoxid | phr | 0,3 | 0,3 |
| Zinkdimethacrylat | phr | 20 | 20 |
| Eigenschaften | | | |
| Härte | Shore
A | 88 | 89 |
| Zugfestigkeit
bei RT (längs) | MPa | 15,4 | 16,2 |
| Reißdehnung
bei RT (längs) | % | 177 | 257 |
| Spannungswert
10% bei RT (längs) | MPa | 8,1 | 14,5 |
| Weiterreißwiderstand
bei RT (längs) | N/mm | 13,86 | 30,56 |
| Weiterreißwiderstand
bei RT (quer) | N/mm | 14,37 | 34,14 |
| Zugfestigkeit
bei 150°C
(längs) | MPa | 8,5 | 6,8 |
| Reißdehnung
bei 150°C
(längs) | % | 38 | 109 |
| Spannungswert
10% bei 150°C
(längs) | MPa | 6,4 | 6,3 |
| Weiterreißwiderstand
bei 150°C
(längs) | N/mm | 2,94 | 4,18 |
| Weiterreißwiderstand
bei 150°C
(quer) | N/mm | 2,73 | 4,14 |
- ap-Aramidfasern
mit einer Lunge von durchschnittlich 3 mm mit Haftdip, Twaron®-Fasern, Teijin Twaron
BV, Niederlande
- bPolyester-polyarylatfasern mit einer
Länge von
durchschnittlich 6 mm ohne Haftdip, Vectran®-Fasern,
Kuraray, Japan
- cα,α'-Di-tert.-butyl-peroxi-di-isopropyl-benzol,
40 Gew.-% auf anorganischem Träger
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Aus
der Tabelle wird ersichtlich, dass die erfindungsgemäße Mischung
mit Kurzfasern aus Polyester-polyarylat im Vergleich zu den Mischungen
mit p-Aramidfasern sehr hohe Spannungswerte bei niedrigen Dehnungen
bei Raumtemperatur aufweisen. Dies führt bei Verwendung der Mischungen
als Zahngummi in Zahnriemen zu einer Erhöhung des Widerstandes gegen
Zahnabscherungen und damit letztendlich zu einer höheren Lebensdauer.
Außerdem
zeichnet sich die erfindungsgemäße Mischung
einen signifikant erhöhten Weiterreißwiderstand
bei Temperaturen von 150°C
aus. Auch dies bewirkt, dass bei Verwendung in Zahnriemen der Riemen
einen höhere
Lebensdauer, insbesondere bei Belastung mit hohen Temperaturen,
aufweist. Man erhält
mit den erfindungsgemäßen Mischungen
Riemen mit einer erhöhten
Laufleistung.