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Die Erfindung betrifft einen Antriebsriemen mit einem Grundkörper aus einem polymeren Werkstoff mit elastischen Eigenschaften, umfassend eine Decklage als Riemenrücken sowie einen Unterbau mit einer Kraftübertragungszone, wobei in dem Grundkörper wenigstens ein Zugstrang in Kordkonstruktion eingebettet ist oder zwischen der Decklage und dem Unterbau eine Zwischenlage aus einem polymeren Werkstoff mit elastischen Eigenschaften angeordnet ist, wobei in der Zwischenlage wenigstens ein Zugstrang in Kordkonstruktion eingebettet ist oder wenigstens ein Zugstrang in Kordkonstruktion eine Kordlage bildet, wobei zwischen der Kordlage und der Decklage und/oder zwischen der Kordlage und dem Unterbau eine Zwischenlage aus einem polymeren Werkstoff mit elastischen Eigenschaften angeordnet sein kann.
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Aus
DE 198 01 253 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Keilrippenriemens bekannt. Danach wird zunächst eine elastomere Decklage auf eine Riemenaufbautrommel aufgebracht. Anschließend erfolgt das Aufwickeln eines Festigkeitsträgers um diese elastomere Decklage. Die Festigkeitsträger, auch Zugträger genannt, können dabei als Gewebe oder Corde verwendet werden, vorzugsweise aber als gezwirnte, also zweistufig gedrehte, Corde, die um die elastomere Decklage gespult werden. Anschließend erfolgt das Aufbringen eines elastomeren Grundkörpers auf die umwickelten Festigkeitsträger. Anschließend wird meist der Rohwickel außen auf dem elastomeren Grundkörper beschichtet, um die Geräuscheigenschaften des späteren Keilrippenriemens zu verbessern. Nach Fertigstellung dieses Keilrippenrohlings schließt sich der Vulkanisationsprozess an. Dazu wird der Keilrippenrohling von der Riemenaufbautrommel genommen und in einen Autoklaven zur Vulkanisation und gegebenenfalls Formgebung eingebracht. Nach beendetem Vulkanisationsvorgang erfolgt das Schneiden des gummierten Verbundes zu einzelnen Keilrippenriemen.
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Bei Anwendung des Formverfahrens, bei dem der Rohling eines sogenannten Konfektionswickels in einer innen profilierten Form vulkanisiert wird, muss der Festigkeitsträger eine ausreichende Dehnung zulassen. Bei dem genannten Verfahren besteht somit der Nachteil, dass nur Festigkeitsträger verwendet werden können, die aus einem dehnbaren Material bestehen. Weist der Festigkeitsträger unter Einformbedingungen eine zu geringe Dehnung auf, wird die Ausformung behindert, d.h. das Riemenprofil wird nicht korrekt ausgeformt. Oder aber die Decklagenmischung wird in dem Temperaturbereich, in dem die Ausformung üblicherweise stattfindet, nämlich zwischen 100 und 150°C, teilweise durch die Cordebene gedrückt, was zu einer sehr schlechten radialen Zugstranglage führt und somit zu einer deutlich kürzeren Lebensdauer der Riemen.
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Je kürzer die Riemen sind, umso größer muss die relative Dehnung der Zugstränge sein, damit das Formverfahren funktioniert. Bei längeren Riemen ist oft es möglich, den Durchtritt der Corde durch die Decklagenmischung zu verhindern, indem die Viskosität der Mischung angehoben wird. Dazu werden meist Fasern in die Decklagenmischung eingebracht, die möglichst senkrecht zu den Zugsträngen ausgerichtet werden. Da die benötigte relative Dehnbarkeit der Zugstränge mit kürzeren Riemen größer wird, reicht diese Maßnahme für kürzere Riemen nicht aus. So können bisher Keilrippenriemen mit einem PK-Profil und einer Profiltiefe von 2,3 mm mit Aramidzugträgern (1100dtex x1x4) mit einer Länge kürzer als 1500 mm in der Regel nicht prozesssicher mit guter Zugstranglage im Formverfahren hergestellt werden. Alternativ kann die Profiltiefe verringert werden, wodurch etwas geringere Dehnbarkeiten der Corde benötigt werden oder alternativ etwas kürzere Längen hergestellt werden können. So sind bei einer Profiltiefe von 1,7 mm mit dem oben genannten Aramidzugstrang (1100dtex x1x4) Riemenlängen bis minimal 1200 mm im Formverfahren herstellbar. Allerdings zeichnen sich flachere Profile durch eine geringere Leistungsübertragungsfähigkeit der Riemen im Vergleich zu Keilrippenriemen mit tieferen Profilen aus.
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Weiterhin wurde beobachtet, dass es bei dünneren Hochmodulzugsträngen eher zu Zugstrangverlagerungen durch Mischungsdurchtritt der Decklage kommt als bei dickeren Zugsträngen.
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In manchen Anwendungen werden aber Keilrippenriemen mit hoher Zugsteifigkeit (also geringer Dehnbarkeit) für die Reduzierung von Trumschwingungen benötigt. Solche Riemen können zwar im Schleifverfahren problemlos hergestellt werden, da das Schleifverfahren keine Dehnbarkeit des Zugstranges benötigt. Allerdings lassen sich mit dem Schleifverfahren keine Keilrippenriemen mit besonderen Rippenoberflächenbeschichtungen wie z.B. Textilbeschichtungen erzeugen, wie sie in vielen Anwendungen für die Unterdrückung von Laufgeräuschen benötigt werden.
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Vor diesem Hintergrund ist liegt die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, dass ein Antriebsriemen, insbesondere ein Keilrippenriemen, bereitgestellt wird, der die oben genannten Nachteile nicht aufweist, sich im Formverfahren gut herstellen lässt und sich durch keinen oder einen sehr stark reduzierten Durchtritt der Decklagenmischung auszeichnet bei gleichzeitig reduzierter Riemenlänge von bevorzugt weniger als 1500mm.
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Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass der Zugstrang des Antriebsriemens aus wenigstens zwei verschiedenen Garnen mit jeweils unterschiedlichem Modul aufgebaut ist, welche gemeinsam einen Cord bilden und wobei wenigstens eines ein Hochmodulgarn ist, das als ungedrehtes Rohgarn im Zugversuch bei 20°C bei einer auf die reine Faserquerschnittsfläche bezogenen Spannung von 500 MPa eine Dehnung von weniger als 2% aufweist und wenigstens ein Niedrigmodulgarn, das als ungedrehtes Rohgarn im Zugversuch bei 20°C bei einer auf die reine Faserquerschnittsfläche bezogenen Spannung von 500 MPa eine Dehnung von mehr als 4% aufweist, und wobei der Antriebsriemen im Formverfahren hergestellt wurde.
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Zu den Hochmodulgarnen bzw. Hochmodulfilamenten gehören Garne und Filamente z.B. aus Para-Aramid, wie Poly(paraphenylenterephthalamid) oder Co-poly(paraphenylen/3,4oxydiphenylenterephthalamid), Polyester-polyarylat-Filamenten, wobei die Polyesterpolyarylat Filamente aus geschmolzenem Flüssigkristallpolymer gesponnen sind und die unter dem Handelsnamen Vectran® erhältlich sind, Glas, Basalt, Stahl, Carbon und Polybenzoxazol. Bevorzugt ist das Garn mit dem höheren Modul ein p-Aramidgarn.
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Als Material für das Niedrigmodulgarn lassen sich bspw. Polyamide, wie PA6.6, PA12, PA6, PA4.6, Teflon, Elastan und / oder gering verstrecktes Polyethylenterephthalat einsetzen. Bevorzugt ist das Garn mit dem niedrigeren Modul ein Polyamid.
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Den oben genannten Dehnungs- und Spannungswerten liegt ein Zugversuch bei 20°C zugrunde. Dazu werden unbehandelte und ungedrehte Garne mit einer glatten Klemme so eingeklemmt, dass sich eine Einspannlänge von 500 +/– 5 mm ergibt. Der Zugversuch wurde mit einer Geschwindigkeit von 500 mm/min durchgeführt, wobei die Vorlast gemäß DIN 53834 an den Gesamttiter der Garne angepasst wurde. Die Dehnung bezieht sich auf die effektive Einspannlänge nach Anlegen der Vorlast vor dem Start der eigentlichen Messung. Ein derartiger Cord, der aus einem Hochmodulgarn und einem Niedrigmodulgarn aufgebaut ist, ist überraschenderweise deutlich dehnbarer und gleichzeitig für das Formverfahren geeignet. Besonders bevorzugt ist es, wenn der Cord bei 100°C bei einer Dehnung von 1,5% eine Spannung kleiner als 50N aufweist. Bisher war es im Formverfahren nicht möglich, Riemen mit kürzerer Länge und / oder kleinerem Umfang mit Corden aus Hochmodulgarnen herzustellen. Im Formverfahren werden, wie bereits eingangs erwähnt, die Zugstränge durch die spätere Decklage in die endgültige Position im Antriebsriemen gedrückt, wobei sie einer Dehnung unterworfen werden, die bei kleineren Riemenumfängen deutlich größer ist. Somit existiert eine materialspezifische untere Grenze, bei der die Kraft zu Erreichung der materialspezifischen maximalen Dehnung die Haltekraft durch die Festigkeit der Decklage überschreitet. Kleinere Antriebsriemen mussten somit bisher im so genannten Schleifverfahren hergestellt werden, bei dem die Oberfläche nicht mit zusätzlichen textilen oder anderen Vergütungen versehen werden kann und bei dem ein erheblicher Abfall durch Schleifstaub entsteht, der zudem -bedingt durch die Größe der Staubpartikel- auch negative gesundheitliche Aspekte aufweist.
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Durch die Kombination von wenigstens zwei verschiedenen Garnen mit unterschiedlichen Moduln können beim Formverfahren die Dehnfähigkeit des Garns mit dem niedrigeren Modul für den Verformungsweg in die Endposition genutzt werden. Bei geeigneter Kombination der Garne und Konstruktion des Zugträgers kann dann im Endzustand im Wesentlichen das Garn mit dem höheren Modul die Bauteilbelastung tragen und für die benötigte Längssteifigkeit der Riemen sorgen.
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Erfindungsgemäß besteht der Zugstrang des Antriebsriemens aus wenigstens zwei verschiedenen Garnen mit jeweils unterschiedlichem Modul. Dies bedeutet, dass ein Garn einen höheren Modul und ein Garn ein entsprechend niedrigeren Modul aufweisen muss. Das Garn mit dem höheren Modul als Hochmodulgarn und das Garn mit dem vergleichsweise niedrigeren Modul als Niedrigmodulgarn bezeichnet. Die Definition für Garn erfolgt hierbei gemäß DIN 60 900 Teil1: Jul 1988. Erfindungsgemäß besteht der Zugstrang aus wenigstens zwei Garnen, bevorzugt aus zwei (2) bis fünf (5) Garnen. Bei drei Garnen ist es somit möglich, dass maximal zwei Garne den gleichen Modul besitzen, bei vier Garnen können maximal drei Garne den gleichen Modul besitzen, bei fünf Garnen können schließlich maximal vier Garne den gleichen Modul besitzen. Es können bei drei, vier oder fünf Garnen auch alle voneinander verschiedene Module besitzen. Besonders gute Ergebnisse im Formverfahren, insbesondere bei kleineren Riemenlängen, lassen sich erzielen, wenn zwei Garnsorten mit jeweils unterschiedlichem Modul verwendet werden. Hierbei handelt es sich bevorzugt um p-Aramid als Hochmodulgarn und Polyamid als Niedrigmodulgarn. Weiterhin hat sich herausgestellt, dass der Abbau der Festigkeit des Zugstranges über Laufzeit dann besonders gering ist, wenn die Ausdrehung des Cordes mindestens 180 m–1 beträgt.
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Die Zugversuche an den Corden wurden mit einer Einspannlänge von 150 mm mit glatten Klemmen und einer Geschwindigkeit von 50 mm/min bei 20°C, 100°C und 150°C und einer Vorlast gemäß DIN 53834 durchgeführt. Es zeigte sich, dass alle untersuchten Corde ein besonders gutes Ausformverhalten im Formverfahren aufweisen, wenn bei 100°C bei einer Dehnung von 1,5% eine Spannung kleiner als 50N vorhanden ist. Ebenso zeigte sich überraschend, dass dickere Corde aus dem gleichen Hochmodulmaterial eine bessere radiale Zugstranglage aufwiesen als dünnere Corde. Die Dicke eines Cordes korreliert mit seinem Längengewicht. Es wurde gefunden, dass die Corde insbesondere dann ein gutes Ausformverhalten besitzen, wenn der Quotient aus der Spannung S bei 100°C bei 1,5% Dehnung und der Quadratwurzel des nominellen Titers (T in dtex) kleiner als 0,6 N/(dtex0,5) ist. Der nominelle Titer ist die Summe der Titer der für die Herstellung des Cordes eingesetzten ungedrehten Rohgarne. Für diesen Quotient wurde die Kennzahl K100°C, 1,5% wie folgt definiert: K100°C, 1,5% = S/(T0.5)
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Wie bereits erwähnt, eignet sich der Zugstrang besonders für kleinere Antriebsriemen. Der Umfang des Riemens, d.h. die Riemenlänge, beträgt somit bevorzugt 400 bis 1500 mm, besonders bevorzugt 400 bis 1200 mm.
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Im Vergleich zu Zugsträngen, wie sie insbesondere für die Herstellung von Fahrzeugreifen benötigt werden, müssen die Zugstränge für Antriebsriemen in der Regel zusätzlich für eine bessere Schnittfähigkeit präpariert werden, da die Zugstränge im Antriebsriemen, insbesondere im Keilrippenriemen, anders als im Reifenbau, an der Kante offen liegen. Hierzu sind die Zugstränge bevorzugt mit wenigstens einer epoxygruppenhaltigen und / oder isocyanatgruppenhaltigen Substanz behandelt.
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Der Antriebsriemen besitzt bevorzugt ein PK-Profil oder ein DPK-Profil und ist bevorzugt als Keilrippenriemen ausgebildet. Die bevorzugte Profiltiefe beträgt zwischen 1,5 und 2,5 mm. Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf schematische Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
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1 einen Querschnitt eines Keilrippenriemens in zwei Ausführungen (Abschnitte A und B);
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2 eine weitere Ausführung eines Keilrippenriemens in dreidimensionaler Detaildarstellung;
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1 zeigt einen Antriebsriemen 1 in Form eines Keilrippenriemens mit einer Decklage 2 als Riemenrücken, einer einlagigen Festigkeitsträgerlage 3 mit in Längsrichtung verlaufenden parallel angeordneten Zugsträngen 4 sowie mit einem Unterbau 5. Der Unterbau weist eine Keilrippenstruktur auf, gebildet aus Rippen 6 und Rillen 7. Der Unterbau umfasst dabei die Kraftübertragungszone 8. Die Profiltiefe ist der Abstand einer gedachten Linie, die die Riemenspitzen verbindet, zu der gedachten Linie, die die tiefsten Stellen der Rillen verbindet.
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Die Elastizität unter Einbezug der Biegeelastizität eines Antriebsriemens wird dadurch erreicht, dass der Grundkörper und somit die Decklage 2 und der Unterbau 5 aus einem polymeren Werkstoff mit elastischen Eigenschaften bestehen, wobei hier insbesondere die beiden Werkstoffgruppen Elastomere und thermoplastische Elastomere zu nennen sind. Von besonderer Bedeutung sind Elastomere auf der Basis einer vulkanisierten Kautschukmischung, enthaltend wenigstens eine Kautschukkomponente und Mischungsingredienzien. Als Kautschukkomponente wird insbesondere ein Ethylen-Propylen-Kautschuk (EPM), ein Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM), (teil)hydrierter Nitrilkautschuk (HNBR), Chloropren-Kautschuk (CR), Fluor-Kautschuk (FKM), Naturkautschuk (NR), Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) oder Butadien-Kautschuk (BR) eingesetzt, die unverschnitten oder mit wenigstens einer weiteren Kautschukkomponente, insbesondere mit einem der vorgenannten Kautschuktypen, verschnitten sind, beispielsweise in Form eines EPM/EPDM- oder SBR/BR-Verschnittes. Von besonderer Bedeutung ist dabei EPM oder EPDM oder ein EPM/EPDM-Verschnitt. Die Mischungsingredienzien umfassen dabei 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, beispielsweise Fasern und Farbpigmente.
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Die Zugstränge 4 sind hier ohne Zwischenlage im Grundkörper eingebettet. Jeder Zugstrang in Kordkonstruktion besteht vorrangig aus zwei Garnen mit jeweils unterschiedlichem Modul, insbesondere aus p-Aramidgarn und Polyamidgarn.
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Jeder Zugstrang 4 kann zusätzlich mit einer Haftschicht ausgerüstet sein, die beispielsweise ein Resorzin-Formaldehyd-Latex (RFL) ist, und / oder jeder Zugstrang 4 kann mit einer epoxygruppenhaltigen und / oder isocyanatgruppenhaltigen Substanz behandelt sein.
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Der Antriebsriemen 1 ist innerhalb seiner Kraftübertragungszone 8 mit einer Beschichtung 9 bzw. 10 versehen, und zwar in Form einer Beflockung (Abschnitt A), beispielsweise mit einem Baumwoll- oder Aramidflock, oder in Form einer Textilauflage. Von besonderer Bedeutung sind Textilauflagen, insbesondere wiederum in Form eines Gewebes, Gewirkes oder Gestricks. Bei einem Keilrippenriemen ist die Textilauflage vorzugsweise ein Gewirke oder Gestrick. Mit einer derartigen Beschichtung wird eine Kombination aus Verschleißschutz und Geräuschdämmung erzielt.
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Die Beschichtung kann zur Optimierung der Medienbeständigkeit, insbesondere zur Verbesserung der Ölbeständigkeit, bei gleichzeitig guter Gleitfähigkeit ein Fluorkunststoff sein, insbesondere Polytetrafluorethylen (PTFE) und/oder Polyvinylfluorid (PVF) und/oder Polyvinylidenfluorid (PVDF) sind besonders gut geeignet. Der Fluorkunststoff kann hierbei in Form einer Folie eingesetzt werden.
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2 zeigt nun einen weiteren Antriebsriemen 11, und zwar ebenfalls in Form eines Keilrippenriemens, der eine Decklage 12, eine einlagige Festigkeitsträgerlage 13 und einen Unterbau 16 mit einer Keilrippenzone 19, gebildet aus Rippen 20 und Rillen 21, umfasst. Die Festigkeitsträgerlage ist auch hier aus einzelnen Zugsträngen 14 gebildet, die erfindungsgemäß aus wenigstens zwei Garnen mit jeweils unterschiedlichem Moduln bestehen, insbesondere handelt es sich bei den zwei Garnen um p-Aramidgarn und Polyamidgarn.
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Die Festigkeitsträgerlage 13 bzw. die Zugstränge 14 sind hier vollständig von einer Einbettmischung umgeben, die die Zwischenlage 15 bildet, so dass auch auf diese Weise ein wirkungsvoller Gesamtverbund von Decklage 12, Festigkeitsträgerlage 13 und Unterbau 16 gebildet wird. Die Zwischenlage 15 besteht aus einem polymeren Werkstoff mit elastischen Eigenschaften, vorzugsweise wiederum in Form einer vulkanisierten Kautschukmischung. Diesbezüglich gilt die gleiche Kautschuktechnologie, wie sie im Zusammenhang mit der Decklage und des Unterbaus des Ausführungsbeispiels gemäß 1 bereits dargelegt wurde.
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Der Unterbau 16 selbst umfasst hier noch eine weitere elastische Zwischenlage 17, insbesondere auf der Basis der oben erwähnten Kautschukmischung, die mit Fasern 18, insbesondere mit Textilfasern, verstärkt ist. Die Fasern bestehen aus Baumwolle, Zellulose, einem Aramid, insbesondere p-Aramid, einem Polyamid (PA), insbesondere PA6 oder PA6.6, einem Polyvinylacetal (PVA) oder einem Polyethylentherephthalat (PET). Die Fasern können in Form einer Pulpe (Faserbrei) oder in Kurzfasern vorliegen. Bei Kurzfasern beträgt die Länge ≤ 8 mm, insbesondere ≤ 5 mm.
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Auch der gesamte Unterbau 16 sowie die Decklage 12 und die beiden Zwischenlagen 15 und 17 können mit Fasern der oben genannten Art verstärkt sein.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist sowohl die Decklage 12 wie auch die Kraftübertragungszone 22 des Unterbaus 16 mit einer Beschichtung 23 bzw. 24 in Form einer Textilauflage versehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebsriemen bzw. Keilrippenriemen (KRR)
- 2
- Decklage als Riemenrücken
- 3
- Festigkeitsträgerlage
- 4
- Zugstrang
- 5
- Unterbau
- 6
- Rippen
- 7
- Rillen
- 8
- Kraftübertragungszone
- 9
- Beschichtung in Form einer Beflockung (Abschnitt A)
- 10
- Beschichtung in Form einer Textilauflage (Abschnitt B)
- 11
- Antriebsriemen bzw. Keilrippenriemen
- 12
- Decklage als Riemenrücken
- 13
- Festigkeitsträgerlage
- 14
- Zugstrang
- 15
- Zwischenlage in Form einer Einbettmischung
- 16
- Unterbau
- 17
- Zwischenlage
- 18
- Fasern
- 19
- Keilrippenzone
- 20
- Rippen
- 21
- Rillen
- 22
- Kraftübertragungszone
- 23
- Beschichtung in Form einer Textilauflage
- 24
- Beschichtung in Form einer Textilauflage
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN 53834 [0011]
- DIN 60 900 Teil1: Jul 1988 [0013]
- DIN 53834 [0014]
