DE102007044436A1 - Endless elastic drive belt, in particular V-belt or V-ribbed belt, with reduced tension loss - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen endlosen elastischen Antriebsriemen (1), insbesondere Keilriemen oder Keilrippenriemen, umfassend wenigstens: - einen Unterbau (5) aus elastomerem Werkstoff, der gegebenenfalls mit einer Beflockung (9) oder Textilauflage (10) versehen ist und/oder Fasern enthält, wobei der Unterbau mit Rippen (6) und Rillen (7) die Kraftübertragungszone (8) umfasst; - eine Decklage (2) aus elastomerem und/oder textilem Werkstoff, der gegebenenfalls Fasern enthält; sowie - einen die Zugkraft aufnehmenden Festigkeitsträger, der zwischen Unterbau (5) und Decklage (2) eingebettet ist. Der erfindungsgemäße Antriebsriemen (1) zeichnet sich dadurch aus, dass der Festigkeitsträger, insbesondere in Form von einzelnen Zugsträngen (4), die eine Festigkeitsträgerlage (3) bilden, ganz oder teilweise aus einem Polyetheretherketon (PEEK) besteht.The invention relates to an endless elastic drive belt (1), in particular a V-belt or V-ribbed belt, comprising at least: - a substructure (5) of elastomeric material optionally provided with a flocking (9) or textile support (10) and / or containing fibers, the substructure comprising ribs (6) and grooves (7) comprising the power transmission zone (8); - A cover layer (2) made of elastomeric and / or textile material, optionally containing fibers; and - a tensile strength receiving strength element, which is embedded between the substructure (5) and cover layer (2). The drive belt (1) according to the invention is characterized in that the strength element, in particular in the form of individual tension cords (4) forming a reinforcement layer (3), consists wholly or partly of a polyetheretherketone (PEEK).
Description
Die Erfindweicheung betrifft einen endlosen elastischen Antriebsriemen, insbesondere Keilriemen oder Keilrippenriemen, umfassend wenigstens:
- – einen Unterbau aus elastomerem Werkstoff, der gegebenenfalls mit einer Beflockung oder Textilauflage versehen ist und/oder Fasern enthält, wobei der Unterbau die Kraftübertragungszone umfasst;
- – eine Decklage aus elastomerem und/oder textilem Werkstoff, der gegebenenfalls Fasern enthält; sowie
- – einen die Zugkraft aufnehmenden Festigkeitsträger, der zwischen Unterbau und Decklage eingebettet ist.
- - A substructure of elastomeric material, which is optionally provided with a flocking or textile overlay and / or fibers, wherein the substructure comprises the power transmission zone;
- - A cover layer of elastomeric and / or textile material, optionally containing fibers; such as
- - A force absorbing the tensile strength, which is embedded between the base and top layer.
Der eingangs erwähnte Begriff der Elastizität umfasst die Längs- und Biegeelastizität, wobei die Längselastizität bei dem erfindungsgemäßen Antriebsriemen von besonderer Bedeutung ist.Of the includes the concept of elasticity mentioned above the longitudinal and bending elasticity, the longitudinal elasticity in the drive belt according to the invention of particular Meaning is.
Hinsichtlich des Standes der Technik von Antriebsriemen, die auch als Kraftübertragungsriemen bezeichnet werden und dabei als Flachriemen, Keilriemen, Keilrippenriemen und Zahnriemen ausgebildet sein können, wird insbesondere auf folgende Patentliteratur verwiesen:Regarding The prior art drive belt, also referred to as power transmission belt be and as a flat belt, V-belt, V-ribbed belt and Timing belt can be formed, in particular referenced the following patent literature:
Flachriemenflat belts
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Keilriemenfan belt
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KeilrippenriemenV-ribbed belts
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DE 10 2006 007 509 A1DE 10 2006 007 509 A1 -
EP 0 590 423 A2EP 0 590 423 A2 -
EP 0 737 228 B1EP 0 737 228 B1 -
EP 0 831247B1EP 0 831247B1 -
EP 0 866 834 B1EP 0 866 834 B1 -
EP 1 108 750 A1EP 1 108 750 A1 -
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US 3 981 206US 3,981,206
Zahnriementoothed belt
-
EP 0 599 145 B1EP 0 599 145 B1 -
EP 0 737 228 B1EP 0 737 228 B1 -
EP 0 866 834 B1EP 0 866 834 B1 -
EP 1 088 177 B1EP 1 088 177 B1 -
EP 1 129 308 B1EP 1 129 308 B1 -
WO 2005/080821 A1WO 2005/080821 A1 -
WO 2006/066669 A1WO 2006/066669 A1 -
US 5 417 618US 5,417,618
Als Festigkeitsträger (Zugträger) dieser Antriebsriemen kommen bislang folgende Werkstoffe zur Anwendung:
- – Stahl
- – Polyamid
- – Aramid
- – Polyester
- – Glasfasern
- – Kohlefasern
- - Stole
- - polyamide
- - Aramid
- - polyester
- - Glass fibers
- - carbon fibers
Sie treten dabei im Rahmen einer Festigkeitsträgerlage insbesondere als pararallel verlaufende Zugstränge, insbesondere wiederum in Form von Einzelcorden oder Einzelfilamentgarnen auf.she occur in the context of a reinforcement layer in particular as pararallel pulling cords, in particular again in the form of single cords or single filament yarns.
Im folgenden werden die Festigkeitsträgerprobleme bei Antriebsriemen, insbesondere am Beispiel des Keilrippenriemens, näher dargelegt.in the The following are the strength carrier problems in drive belts, in particular using the example of the V-ribbed belt, explained in more detail.
In einem normalen Keilrippentrieb wird die Spannung durch einen automatischen Spanner aufrecht erhalten. Solange der Arbeitsbereich des Spanners nicht verlassen wird, führt eine Riemenlängung nicht zu einem Absinken der Riemenspannung unter die Schlupfgrenze.In a normal V-ribbed drive, the voltage is controlled by an automatic Spanner maintained. As long as the work area of the tensioner is not left, does not lead a belt elongation to a drop in the belt tension below the slip limit.
Bei Riementrieben, bei denen aus Kostengründen auf den Spanner verzichtet wird, wird der Riemen stärker vorgedehnt. Bei der Montage des Riemens wird dieser über die Scheiben gezogen. Solche Riemen werden als „Snap-on-Riemen" bezeichnet. Der Riemen muss dann im Betrieb einem Gummiband gleich die Spannung selbst aufrecht erhalten. Dies gelingt mit längselastischen Keilrippenriemen, die sich durch einen deutlich niedrigeren Modul auszeichnen als normale Keilrippenriemen mit Polyesterzugstrang. Sie enthalten in der Regel Polyamid-zugstränge. Bei Automobilanwendungen werden dabei in Verbindung mit der Polyamidkurzbezeichnung PA insbesondere PA66- und PA46-Zugstränge verwendet.at Riementrieben, where for cost reasons on the tensioner is dispensed with, the belt is more pre-stretched. at The belt is pulled over the pulleys. Such Belts are referred to as "snap-on straps." The belt then in operation a rubber band must equal the tension itself maintained. This succeeds with longitudinally elastic V-ribbed belts, which are characterized by a significantly lower module than normal V-ribbed belts with polyester tension cord. They contain in usually polyamide tension cords. In automotive applications are in connection with the polyamide short name PA in particular PA66 and PA46 drawstrings used.
Riemen mit Polyamidzugsträngen verlieren in Riementrieben ohne Spannsystem mit einer hohen Zahl von Rollen und bei einer hohen Leistungsübertragung relativ schnell die nötige Spannung. Mit einer deutlichen Erhöhung der Vorspannung kann man hier Abhilfe schaffen. Aber die hiermit verbundenen Lagerbelastungen sind in der Praxis meistens nicht akzeptabel.belt with Polyamidzugsträngen lose in belt drives without Clamping system with a high number of rollers and at a high Power transmission relatively quickly the necessary Tension. With a significant increase in preload you can remedy this situation. But the associated bearing loads are in practice mostly unacceptable.
Auch können die Riemen im Regelfall nicht beliebig breit gestaltet werden. Um die Leistungsübertragung pro Riemenbreite zu erhöhen, ist also eine Verbesserung der Leistungsübertragungsfähigkeit der Zugstränge selbst erforderlich. Eine einfache Erhöhung des Durchmessers der Corde führt nicht zum Ziel, da solche Riemen im Betrieb zu einer schnelleren Ausspulung der Corde an den Schnittkanten neigen, was man auch als „cord pop-out" bezeichnet.Also, the belt can usually not be made arbitrarily wide. Thus, to increase the power transmission per belt width, an improvement in the power transmission capability of the tension cords themselves is required. A simple increase in the diameter of the cords does not lead to the goal, since such belts tend in operation to a faster unwinding of the cords at the cutting edges, which is also known as "corduroy pop-out" be records.
Ein
weiteres Problem bei Polyamidzugsträngen ist ein zu hoher
Lagerschrumpf. Diesen versucht man durch eine möglichst
spannungsfreie Konfektionierung der Riemen zu verringern (
Niedrigmodule Riemen werden manchmal auch mit Spanner betrieben, da so bei einigen Motoren eine Verminderung des Geräuschniveaus erzielt werden kann. Im Betrieb mit Spanner sind ebenfalls ein geringes Längungsverhalten und möglichst geringer Lagerschrumpf wünschenswert.low module Belts are sometimes also operated with tensioner, as in some Engines a reduction of the noise level can be achieved can. In operation with tensioner are also a low elongation behavior and the lowest possible shrinkage desirable.
Im Hintergrund der oben genannten Problematik besteht die Aufgabe darin, einen endlosen elastischen Antriebsriemen, insbesondere Keilriemen oder Keilrippenriemen, bereitzustellen, der im Vergleich zu den bisher bekannten Antriebsriemen, insbesondere auf Basis von Polyamidzugsträngen, sich durch einen sehr geringen Lagerschrumpf und einen deutlich geringeren Spannungsabfall nach Laufzeit auf einem Motor auszeichnet.in the Background of the above problem is the task an endless elastic drive belt, in particular V-belt or V-ribbed belt, which compared to the previously known drive belt, in particular based on Polyamidzugsträngen, itself due to a very low bearing shrinkage and a significantly lower Voltage drop after running on a motor is characterized.
Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass der Festigkeitsträger ganz oder teilweise aus einem Polyetheretherketon (PEEK) besteht.Solved This task is characterized in that the strength carrier wholly or partly consists of a polyetheretherketone (PEEK).
Im Hinblick auf den Festigkeitsträger sind folgende Gestaltungsmöglichkeiten von Vorteil:
- – Der Festigkeitsträger besteht aus wenigstens einem Zugstrang, insbesondere jedoch aus zwei oder mehreren Zugsträngen, die nebeneinander angeordnet eine Festigkeitsträgerlage bilden. Die Zugstränge weisen dabei im Wesentlichen den gleichen Abstand zueinander auf.
- – Der Zugstrang besteht aus einem oder mehreren Multifilamentgarnen.
- – Der Zugstrang kann auch aus einem Zwirn gebildet sein, insbesondere in Form eines mehrstufigen Zwirns. Die Zwirndrehung beträgt vorzugsweise zwischen 50 und 300 tpm (turns per meter).
- – Der Zugstrang weist ein Gesamtlängengewicht von 1000 bis 20000 dtex, insbesondere von 2000 bis 10000 dtex, optimalerweise von 3000 bis 6000 dtex, auf. Diese Daten beziehen sich auf den einzelnen Zugstrang.
- – Der Zugstrang besteht ganz aus PEEK, und zwar in Bezug auf seinen textilen Anteil.
- - The reinforcement consists of at least one tensile strand, but in particular of two or more tensile strands, which form juxtaposed form a reinforcement layer. The tension cords have substantially the same distance from each other.
- - The tension cord consists of one or more multifilament yarns.
- The tension cord can also be formed from a thread, in particular in the form of a multi-stage thread. The twisting is preferably between 50 and 300 tpm (turns per meter).
- - The tensile strand has a total weight of 1000 to 20,000 dtex, in particular from 2,000 to 10,000 dtex, optimally from 3,000 to 6,000 dtex, on. These data refer to the individual tensile strand.
- - The tension cord consists entirely of PEEK, in terms of its textile content.
Im Rahmen einer Alternative kann der Zugstrang neben PEEK wenigstens einen weiteren Werkstoff, insbesondere einen weiteren textilen Werkstoff, beispielsweise Polyamid (PA), umfassen. Bei einer derartigen Mischkonstellation besitzt der Mengenanteil an PEEK die Majorität. Die Ausbildung erfolgt hier insbesondere als Mischzwirn, beispielsweise als PEEK/PA-Mischzwirn.in the As part of an alternative, the tensile strand next to PEEK at least another material, in particular another textile material, for example, polyamide (PA). In such a mixed constellation the percentage of PEEK has the majority. The training takes place here especially as a mixing yarn, for example as PEEK / PA mixed yarn.
Weitere vorteilhafte Gestaltungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Antriebsriemens werden im Rahmen der Figurenbeschreibungen vorgestellt.Further advantageous design options of the invention Drive belt are presented in the description of the figures.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf schematische Zeichnungen erläutert. Es zeigen:The Invention will now be based on embodiments below Referring to schematic drawings explained. Show it:
Die
Zugstränge
Jeder
Zugstrang
Neben der Haftschicht kann auch noch eine zusätzliche Überschicht vorhanden sein. Als Überschicht werden insbesondere folgende Substanzen bzw. Substanzgruppen eingesetzt:
- – ein chlorsulfoniertes Polyethylen (CSM)
- – ein chlorierter Kohlenwasserstoff, beispielsweise Chlorparaffin
- – ein Isocyanat, beispielsweise Hexamethylendiisocyanat (HDI)
- – ein Silan, beispielsweise ein Alkoxyaminosilan
- – Dinitrosobenzol
- – Bismaleinimid
- A chlorosulfonated polyethylene (CSM)
- A chlorinated hydrocarbon, for example chlorinated paraffin
- An isocyanate, for example hexamethylene diisocyanate (HDI)
- A silane, for example an alkoxyaminosilane
- - Dinitrosobenzene
- - bismaleimide
Das Isocyanat liegt dabei insbesondere als Di- oder Tri-Isocyanat vor.The Isocyanate is present in particular as di- or tri-isocyanate.
Alternativ hierzu kann die Überschicht auch ein Haftzement sein.alternative For this purpose, the overlayer may also be an adhesive cement.
Die
Biegeelastizität des Antriebsriemens
Der
Unterbau
Die
Festigkeitsträgerlage
Der
Unterbau
Die
Einbettmischung
Der
Antriebsriemen
Die
Decklage
Bislang
ist der Werkstoff PEEK bei Antriebsriemen nur als Zahnauflage für
Zahnriemen bekannt (
In diesem Zusammenhang wird im folgenden ein Vergleichsversuch beschrieben, der ein Ergebnis lieferte, das im Hintergrund der bislang bekannten PEEK-Textiltechnologie nicht zu erwarten war.In In this connection, a comparative experiment will be described below. which provided a result in the background of the previously known PEEK textile technology was not expected.
Zwei Typen A und B eines Keilrippenriemens auf Basis einer gleichen EPDM-Mischung wurden auf die gleiche Weise mit der gleichen Form im Formverfahren hergestellt. Auch die Anzahl der Zugstränge waren gleich Die Unterschiede waren lediglich:
- Typ A: Zugstränge ausschließlich auf Basis PA66
- Typ B: Zugstränge ausschließlich auf Basis PEEK
- Type A: tension cords exclusively based on PA66
- Type B: tension cords exclusively based on PEEK
Die Riemen wurden auf einem Zweischeibenprüfstand (Scheibendurchmesser 120 mm) getestet. Die Riemen wurden bei Raumtemperatur auf eine Trumspannung von 500 N vorgespannt. Der etwa 200 Stunden dauernde Test wurde bei einer Umgebungstemperatur von 120°C und einer Drehzahl von 5000 min–1 und einem Drehmoment von 20 Nm durchgeführt. Riemen mit PA66-Zugstrang haben in den ersten 160 Stunden wegen der temperaturbedingten Schrumpfkraft eine höhere Spannung, die schnell linear abfällt und im weiteren Verlauf zum Absinken der Trumspannung unter die Schlupfgrenze führen wird. Riemen mit PEEK-Zugstrang halten die Spannung nach dem Einlaufen nahezu konstant. Ihre potentielle Laufzeit ist deshalb deutlich größer.The belts were tested on a double disc test stand (disc diameter 120 mm). The belts were preloaded to a strand tension of 500 N at room temperature. The approximately 200-hour test was carried out at an ambient temperature of 120 ° C and a speed of 5000 min -1 and a torque of 20 Nm. For the first 160 hours, belts with a PA66 tensile strand have a higher tension due to the temperature-related shrinkage force, which quickly drops linearly and subsequently leads to a drop in the strand tension below the slip limit. Belts with PEEK tension cord keep the tension almost constant after running in. Their potential lifetime is therefore significantly greater.
Die Riemen der beiden Typen A und B wurden bei Raumtemperatur 270 Tage gelagert. Dabei wurden bei den Riemen mit PA66-Zugstrang ein Lagerschrumpf von 0,9%, bei den Riemen mit PEEK-Zugstrang nur ein Schrumpf von 0,2% beobachtet.The belts of both types A and B were stored at room temperature for 270 days. Here were the belts with PA66 Zugstrang a La Shrinkage of 0.9%, with the belts with PEEK tensile strand only a shrinkage of 0.2% observed.
Weitere Versuche hatten ergeben, dass bei einem PEEK-Zugstrang gemäß Ausführungen nach einem der Ansprüche 5 bis 11 die optimalsten Ergebnisse im Hinblick auf die Aufgabenstellung erzielt werden.Further Experiments had shown that in a PEEK tensile strand according to statements according to one of claims 5 to 11, the most optimal results with regard to the task.
Darüber hinaus zeichnen sich Zugstränge auf PEEK-Basis im Vergleich zu Polyester- und Polyamid-Strängen durch eine wesentlich höhere Hitze- und Chemikalienbeständigkeit aus.About that In addition, drawstrings are based on PEEK-based in comparison to polyester and polyamide strands by a significant higher heat and chemical resistance.
- 11
- Antriebsriemen bzw. Keilrippenriemendrive belts or V-ribbed belt
- 22
- Decklagetopsheet
- 33
- Festigkeitsträgerlage (Zugträgerlage)Reinforcement layer (Tensionable layer)
- 44
- Zugstrangtension cord
- 55
- Unterbausubstructure
- 66
- Rippenribs
- 77
- Rillengrooves
- 88th
- verschleißanfällige Arbeitsseite (Kraftübertragungszone)wear-prone Working side (power transmission zone)
- 99
- Beflockung (Abschnitt A)flocking (Section A)
- 1010
- Textilauflage (Abschnitt B)textile wraps (Section B)
- 1111
- Antriebsriemen bzw. Keilrippenriemendrive belts or V-ribbed belt
- 1212
- Decklagetopsheet
- 1313
- Festigkeitsträgerlage (Zugträgerlage)Reinforcement layer (Tensionable layer)
- 1414
- Zugstrangtension cord
- 1515
- EinbettmischungEinbettmischung
- 1616
- Unterbausubstructure
- 1717
- Zwischenlageliner
- 1818
- Faserverstärkungfiber reinforcement
- 1919
- KeilrippenzoneV-ribbed zone
- 2020
- Rippenribs
- 2121
- Rillengrooves
- 2222
- verschleißanfällige Arbeitsseite (Kraftübertragungszone)wear-prone Working side (power transmission zone)
- 2323
- Textilauflagetextile wraps
- 2424
- Rückengewebebacking fabric
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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