DE102008033267A1 - Ölbeständiger Antriebsriemen, insbesondere Zahnriemen - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Antriebsriemen (1), insbesondere einen Zahnriemen, mit einem elastischen Grundkörper, umfassend eine Decklage (2) als Riemenrücken und einen Unterbau (4) mit einer Kraftübertragungszone (7), wobei der Grundkörper aus einem ölbeständigen Vulkanisat auf der Basis eines Copolymeren aus Butadien und Acrylnitril, insbesondere aus HNBR, besteht, wobei erfindungsgemäß in Bezug auf das Gesamtgewicht des Copolymeren der Anteil an Acrylnitril (ACN-Anteil) < 33 Gew.-% beträgt. Der besonders vorteilhafte ACN-Anteil beträgt 20 bis 25 Gew.-%. Die Kraftübertragungszone (7) ist zumeist noch mit einer Textilauflage (8) versehen, die zusätzlich mit einer ölbeständigen Schutzschicht (9) ausgestattet ist, die vorzugsweise aus PTFE besteht.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Antriebsriemen mit einem elastischen Grundkörper, umfassend eine Decklage als Riemenrücken und einen Unterbau mit einer Kraftübertragungszone, wobei der Grundkörper aus einem ölbeständigen Vulkanisat auf der Basis eines Copolymeren aus Butadien und Acrylnitril besteht. Ein derartiges Copolymer ist auch unter der Bezeichnung Nitrilkautschuk (NBR) bekannt.
  • Antriebsriemen, die auch als Kraftübertragungsriemen bezeichnet werden und im Funktionszustand endlos geschlossen sind, können als Flachriemen, Keilriemen, Keilrippenriemen und Zahnriemen ausgebildet sein. Von besonderer Bedeutung ist hier der Zahnriemen, wobei diesbezüglich insbesondere auf folgende Patentliteratur verwiesen wird.
  • In der Offenlegungsschrift WO 2005/080821 A1 , die hier als nächstliegender Stand der Technik anzusehen ist, wird ein Vulkanisat auf der Basis von NBR, insbesondere HNBR, vorgestellt, bei dem in Bezug auf das Gesamtgewicht des Copolymeren der Anteil an Acrylnitril (ACN-Gehalt) 33 bis 49 Gew.-% beträgt. Für eine optimale Ölbeständigkeit ist man bislang davon ausgegangen, dass ein ACN-Gehalt von > 33 Gew.-% erforderlich ist. Nachteile ergeben sich bei einem hohen ACN-Gehalt jedoch hinsichtlich der Kälteflexibilität. So haben beispielsweise Zahnriemen aus HNBR mit einem ACN-Gehalt von > 33 Gew.-% eine untere Einsatztemperatur von –25°C. Bei tieferen Temperaturen kommt es zu Rissen und der Antriebsriemen fällt aus.
  • Im Rahmen einer Weiterentwicklung besteht daher die Aufgabe der Erfindung darin, einen gattungsgemäßen Antriebsriemen, insbesondere Zahnriemen, bereit zu stellen, der sich durch eine verbesserte Tieftemperaturflexibilität unter Ölbetriebsbedingungen bei verbessertem Quellverhalten auszeichnet, verbunden mit einer erhöhten Lebensdauer des Antriebsriemens.
  • Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass in Bezug auf das Gesamtgewicht des Copolymeren, der insbesondere ein (teil)hydrierter Nitrilkautschuk (HNBR) ist, der Anteil an Acrylnitril (ACN-Anteil) < 33 Gew.-% beträgt.
  • Der ACN-Anteil ist insbesondere ≤ 32 Gew.-%. Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Mengenangaben wird auf die Patentansprüche 4 bis 8 verwiesen. Eine Versuchsreihe hat dabei ergeben, dass bei einem ACN-Gehalt von 20 bis 25 Gew.-% hinsichtlich der Aufgabenstellung die besten Ergebnisse erzielt werden.
  • Die vulkanisierte Kautschukmischung umfasst neben der Kautschukkomponente, insbesondere HNBR, noch Mischungsingredienzien. Die Mischungsingredienzien wiederum umfassen wenigstens einen Vernetzer oder ein Vernetzersystem (Vernetzungsmittel und Beschleuniger). Weitere Mischungsingredienzien sind zumeist noch ein Füllstoff und/oder ein Verarbeitungshilfsmittel und/oder ein Weichmacher und/oder ein Alterungsschutzmittel sowie gegebenenfalls weitere Zusatzstoffe (z. B. Fasern, Farbpigmente). Vorteilhafterweise sind der Kautschukmischung gleichmäßig verteilt Fasern aus Aramid, Baumwolle, Kohle oder Zellulose beigemischt, wobei Aramidfasern, insbesondere wiederum para-Aramidfasern, bevorzugt eingesetzt werden.
  • Ansonsten wird auf den allgemeinen Stand der Kautschukmischungstechnologie verwiesen.
  • Im Rahmen einer Versuchsdurchführung wird nun eine Zahnriemenmischung I auf der Basis von HNBR nach WO 2005/080821 A1 mit der neuen Zahnriemenmischung II auf der Basis von Tieftemperatur-HNBR verglichen, wobei die Tabelle 1 die Zusammensetzung der jeweils peroxidisch vernetzten Mischung in phr (per hundred rubber) und die Tabelle 2 die Ergebnisse festhalten. Tabelle 1
    Mischungsbestandteile I II
    HNBR (a) 100 -
    Tieftemperatur-HNBR (b) - 100
    Ruß (c) 15 15
    Kieselsäure (d) 15 15
    Aramidfasern (e) 7 7
    Zinkdimethacrylat 25 25
    Stearinsäure 1 1
    Weichmacher (f) 5 5
    Zinkoxid 6 6
    Alterungsschutzmittel (g) 2,5 2,5
    Peroxid (h) 7 7
    • (a) ACN-Gehalt von 34 Gew.-%, Restdoppelbindungsgehalt von 4%
    • (b) ACN-Gehalt von 21 Gew.-%, Restdoppelbindungsgehalt von 5,5% (Therban® LT 2157 von Lanxess)
    • (c) Rußtypen: SAF, ISAF, HAF, FEF oder GPF
    • (d) hochdisperse Kieselsäure
    • (e) 3 mm para-Aramidfasern (z. B. Twaron®-Fasern oder Technora®-Fasern)
    • (f) Ester der Trimellitsäure
    • (g) Zinksalz von Methylmercaptobenzimidazol
    • (h) Di(tert-butylperoxyisopropyl)benzol
    Tabelle 2
    Kriterien Angaben in I II
    MDR 2000, 180°C
    Fe-Fa dNm 43,86 24,27
    T10 min 0,32 0,33
    T90 min 4,58 6,43
    20 min, 180°C Heizzeit
    Härte Shore A 87 87
    Festigkeit (l*) MPA 17,0 18,2
    Festigkeit (q**) MPA 15,7 13,6
    Dehnung (l) % 81 32
    Dehnung (q) % 267 289
    Spannungswert (20%) (l) MPa 16,5 17,9
    Spannungswert (20%) (q) MPa 3,1 2,5
    Quellung in Motoröl 5W40 (7 Tage bei 130°C)
    Volumenquellung % –5,21 –0,70
    Gewichtsquellung % –4,36 –1,01
    Härte Shore A 90 86
    Festigkeit (l) MPa 21,3 19,9
    Festigkeit (q) MPa 18,8 14,6
    Dehnung (l) % 50 22
    Dehnung (q) % 147 201
    Spannungswert (20%) (l) MPa 21,5 17,45
    Spannungswert (20%) (q) MPa 5,0 3,1
    • * längs ** quer
  • Den Ergebnissen der Tabelle 2 lagen folgende Prüfvorschriften zugrunde:
    • Härte: DIN 53504
    • Festigkeit, Dehnung, Spannungswerte: DIN 53504, DIN 53455, DIN 53571
    • Quellung: DIN 51521
  • Wie die Tabelle 1 verdeutlicht, wurde lediglich das HNBR mit einem ACN-Anteil von 34 Gew.-% durch ein HNBR mit einem deutlich geringeren ACN-Gehalt von 21 Gew.-% ausgetauscht, und zwar bei ansonsten gleichen Michungsbestandteilen und Mengen. Wie die Ergebnisse der Tabelle 2 belegen, wird mit dem erfindungsgemäßen Antriebsriemen die eingangs gestellte Aufgabe voll erfüllt. Überraschend ist dabei insbesondere das verbesserte Quellverhalten unter Ölbetriebsbedingungen. Die Daten belegen ferner eine erhöhte Lebensdauer.
  • Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf schematische Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine dreidimensionale Darstellung eines Zahnriemens mit Draufsicht auf die Kraftübertragungszone;
  • 2 einen Längsschnitt durch einen Zahnriemen mit einer Schutzschicht für die Kraftübertragungszone und für den Riemenrücken.
  • 1 zeigt einen Antriebsriemen 1 in Form eines Zahnriemens mit einer Decklage 2 als Riemenrücken, mit mehreren eingebetteten und parallel verlaufenden Zugsträngen 3 als Festigkeitsträger sowie mit einem Unterbau 4. Die Decklage und der Unterbau bilden dabei als Gesamteinheit den elastischen Grundkörper, der aus einem Vulkanisat auf Basis eines (teil)hydrierten Nitrilkautschuks (HNBR) mit einem ACN-Gehalt von < 33 Gew.-% besteht. Die Zugstränge bestehen aus Stahl, Polyamid, Aramid, Polyester, Glasfasern, Kohlefasern, Polyetheretherketon (PEEK) oder Polyethylen-2,6-naphthalat (PEN).
  • Der Unterbau 4 ist mit einer zahnförmigen Profilierung, umfassend Zähne 5 und Zahnstege 6, versehen und bildet die Kraftübertragungszone 7, die besonders verschleißanfällig ist durch Abrieb, Hitze und den Einfluss durch Öle. Aus diesem Grunde ist bereits vorgeschlagen worden, die Kraftübertragungszone mit einer Textilauflage 8, beispielsweise in Form eines Gewebes, Gewirkes oder Gestrickes, zu versehen. Diese Gewebeauflage wird nach der Lehre des Dokumentes WO 2005/080821 A1 zusätzlich mit einem fluorhaltigen Kunststoff, der insbesondere PTFE ist, getränkt, und zwar bei einem hohen Füllungsgrad dieses Kunststoffes, wobei gleichzeitig eine Polymerbeschichtung (Versiegelung) als zusätzliche ölbeständige Schutzschicht 9 gebildet wird. Die beiden Teilschichten 8 und 9 mit unterschiedlichen Funktionen treten hier als gemeinsame Schutzschicht auf.
  • Der Antriebsriemen 10 nach 2, wiederum in Form eines Zahnriemens, umfasst eine Decklage 11 als Riemenrücken, Zugstränge 12 und einen Unterbau 13 mit einer zahnförmigen Kraftübertragungszone 14, Die Kraftübertragungszone wie auch der Riemenrücken ist mit einer ölbeständigen Schutzschicht 15 bzw. 16 versehen.
  • Hinsichtlich der Schutzschichten 15 und 16 werden vorzugsweise folgende Werkstoffvarianten umgesetzt.
    • – Die Schutzschicht besteht ausschließlich aus Polyurethan.
    • – Die Schutzschicht besteht ausschließlich aus einem fluorhaltigen Kunststoff, der insbesondere Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylfluorid (PVF) oder Polyvinylidenfluorid (PVDF) ist. Von besonderer Bedeutung ist dabei PTFE.
    • – Die Schutzschicht besteht aus einem Gemisch aus Polyurethan und einem fluorhaltigen Kunststoff, insbesondere aus PTFE, PVF oder PVDF, insbesondere wiederum aus PTFE.
  • Die Schutzschichten 15 und 16 können dabei wie bei der Ausführung nach der WO 2005/080821 A1 in Verbindung mit einer Textilauflage, beispielsweise eines Gewebes, stehen.
  • Diese ölbeständigen Werkstoffe können aber auch in Form von Folien oder eines Folienverbundes eingesetzt werden, und zwar insbesondere ohne Einsatz einer Textilauflage. Diesbezüglich wird insbesondere auf die neuere Entwicklung gemäß DE 10 2008 012 044.8 verwiesen.
  • Derartige Schutzschichten kommen insbesondere bei Hochleistungszahnriemen zur Anwendung.
    • 1
    Antriebsriemen (Zahnriemen)
    2
    Decklage als Riemenrücken
    3
    Festigkeitsträger in Form von Zugsträngen
    4
    Unterbau
    5
    Zahn
    6
    Zahnsteg
    7
    Kraftübertragungszone
    8
    Textilauflage (Zahnauflage)
    9
    Schutzschicht
    10
    Antriebsriemen (Zahnriemen)
    11
    Decklage als Riemenrücken
    12
    Festigkeitsträger in Form von Zugsträngen
    13
    Unterbau
    14
    Kraftübertragungszone
    15
    Schutzschicht für die Kraftübertragungszone
    16
    Schutzschicht für den Riemenrücken
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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    • - DIN 53455 [0010]
    • - DIN 53571 [0010]
    • - DIN 51521 [0010]

Claims (20)

  1. Antriebsriemen (1, 10)) mit einem elastischen Grundkörper, umfassend eine Decklage (2, 11) als Riemenrücken und einen Unterbau (4, 13) mit einer Kraftübertragungszone (7, 14), wobei der Grundkörper aus einem ölbeständigen Vulkanisat auf der Basis eines Copolymeren aus Butadien und Acrylnitril besteht, dadurch gekennzeichnet, dass in Bezug auf das Gesamtgewicht des Copolymeren der Anteil an Acrylnitril < 33 Gew.-% beträgt.
  2. Antriebsriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Copolymer ein (teil) hydrierter Nitrilkautschuk (HNBR) ist.
  3. Antriebsriemen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Acrylnitril ≤ 32 Gew.-% beträgt.
  4. Antriebsriemen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Acrylnitril ≥ 10 Gew.-% beträgt.
  5. Antriebsriemen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Acrylnitril ≥ 15 Gew.-% beträgt.
  6. Antriebsriemen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Acrylnitril ≥ 20 Gew.-% beträgt.
  7. Antriebsriemen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Acrylnitril 20 bis 30 Gew.-% beträgt.
  8. Antriebsriemen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Acrylnitril 20 bis 25 Gew.-% beträgt.
  9. Antriebsriemen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in das Vulkanisat Fasern eingemischt sind.
  10. Antriebsriemen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern aus Aramid, Baumwolle, Kohle oder Zellulose bestehen.
  11. Antriebsriemen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern aus Aramid bestehen.
  12. Antriebsriemen nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern aus para-Aramid bestehen.
  13. Antriebsriemen nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die Kraftübertragungszone (7, 14) mit einer zusätzlichen ölbeständigen Schutzschicht (9, 15) versehen ist.
  14. Antriebsriemen nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftübertragungszone (7, 14) und die Decklage (11) mit einer zusätzlichen ölbeständigen Schutzschicht (9, 15, 16) versehen sind.
  15. Antriebsriemen nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die ölbeständige Schutzschicht (9, 15, 16) aus Polyurethan besteht.
  16. Antriebsriemen nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die ölbeständige Schutzschicht (9, 15, 16) aus einem fluorhaltigen Kunststoff besteht.
  17. Antriebsriemen nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die ölbeständige Schutzschicht (9, 15, 16) aus einem Gemisch aus Polyurethan und einem fluorhaltigen Kunststoff besteht.
  18. Antriebsriemen nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der fluorhaltige Kunststoff Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylfluorid (PVF) oder Polyvinylidenfluorid (PVDF) ist.
  19. Antriebsriemen nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der fluorhaltige Kunststoff PTFE ist.
  20. Antriebsriemen nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsriemen (1, 10) als Zahnriemen ausgebildet ist.
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