DE102014018018B4

DE102014018018B4 - Kraftübertragungsriemen

Info

Publication number: DE102014018018B4
Application number: DE102014018018.2A
Authority: DE
Inventors: Florian Lotz
Original assignee: Arntz Beteiligungs GmbH and Co KG
Current assignee: Arntz Beteiligungs GmbH and Co KG
Priority date: 2014-12-08
Filing date: 2014-12-08
Publication date: 2018-03-15
Anticipated expiration: 2034-12-09
Also published as: DE102014018018A1; WO2016091241A1

Abstract

Kraftübertragungsriemen mit einem Grundkörper aus wenigstens einem Riemenmaterial, der einen Riemenrücken und eine Kraftübertragungszone ausbildet, dadurch gekennzeichnet, dass das Riemenmaterial zumindest in einem überwiegenden Anteil des Grundkörpers aus einem biologisch abbaubaren thermoplastischen Werkstoff auf der Basis einer natürlichen Stärke besteht.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftübertragungsriemen mit einem Grundkörper aus wenigstens einem Riemenmaterial, der einen Riemenrücken und eine Kraftübertragungszone ausbildet.
Derartige Kraftübertragungsriemen werden für Antriebszwecke zahlreich und in zahlreichen Ausführungsformen verwendet. Als Kraftübertragungszone kann dabei sowohl ein glattes als auch ein profiliertes Riemenmaterial verwendet werden. Ein Beispiel für ein Kraftübertragungsriemen mit einem profilierten Riemenmaterial ist beispielsweise ein Keilriemen, bei dem die Kraft über eine Reibungspaarung mit einer durch die Profilierung vergrößerten Oberfläche übertragen wird. Auf dem gleichen Prinzip beruht ein Keilrippenriemen, bei dem sich die Rippen, wie der Keil beim Keilriemen in Längsrichtung des Riemens erstrecken. Eine kraftschlüssige Übertragung ist demgegenüber mit einem Zahnriemen möglich, bei dem sich in Längsrichtung des Riemens Zähne und Zahnzwischenräumen abwechseln und zum Zusammenwirken mit einer entsprechenden Zahnscheibe bestimmt sind, um deren Umfang der Riemen über eine gewisse Strecke geführt wird.
Als Riemenmaterial sind thermoplastische oder vernetzte elastomere Materialien bekannt, die durch den Einsatz des Kraftübertragungsriemens einer ständigen periodisch auftretenden Verformungsbelastung unterliegen. Derartige Riemen können ihrer Antriebsfunktion, insbesondere dann wenn die Antriebsfunktion mit einer gewissen geforderten Positioniergenauigkeit verbunden ist, nur für eine begrenzte Standzeit erbringen. Danach müssen die Riemen entsorgt werden. Eine gewisse Wiederverwertbarkeit erscheint nur für thermoplastische Materialien denkbar, nicht jedoch für vernetzte Materialien, wie Kautschukelastomere, Polyurethan oder ähnliche vernetzte Werkstoffe.
Die WO 2013/071900 A1 offenbart ein Transport- oder Antriebsband mit einem flächigen Zugträger und einer Zugträgerbeschichtung. Der Zugträger besteht vorzugsweise aus Zellulosefasern, -lignin oder Polylactiden und die Beschichtung aus einem biologisch abbaubaren, ggf. synthetisch hergestellten Rohstoff, wie u. a. biologisch abbaubarem Polyvinylchlorid oder Polyurethan. Auch abbaubare Ethylene, Polyester oder Polylactide sind geeignet. Dabei wird auf die überraschende erzielte Dehnungsarmut durch die Kombination des Zugträgermaterials in Verbindung mit dem abbaubaren Material für die Beschichtung abgezielt.
Aus der JP 2003073487 A ist ein biologisch abbaubarer Riemen aus einem Harz bekannt, das in erster Linie aus Polybutylensuccinat und/oder Polyethylenadipat besteht. Das Harz hat eine relativ hohe Dichte von ungefähr 1,19 g/cm² und eine damit verbundene ausreichende Festigkeit.
Die Wiederverwertung von als Riemenmaterial verwendeten thermoplastischen Werkstoffen ist wirtschaftlich im Allgemeinen nicht darstellbar, weil die Kraftübertragungsriemen häufig mit anderen Werkstoffen kombiniert sind, beispielsweise um die Abriebfestigkeit des Riemenmaterials auf der Oberfläche des Riemenrückens oder auf der Oberfläche der Kraftübertragungszone zu verbessern.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kraftübertragungsriemen der eingangs erwähnten Art anzugeben, der eine unter Umweltgesichtspunkten verbesserte Entsorgung ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Kraftübertragungsriemen der eingangs erwähnten Art dadurch gekennzeichnet, dass das Riemenmaterial zumindest in einem überwiegenden Anteil des Grundkörpers aus einem biologisch abbaubaren thermoplastischen Werkstoff auf der Basis einer natürlichen Stärke besteht.
Biologisch abbaubare Materialien sind grundsätzlich bekannt und werden insbesondere im Verpackungsbereich verwendet. Durch die Verwendung von aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen Werkstoffen und durch deren biologische Abbaubarkeit werden erhebliche Umweltvorteile erzielt.
Die DE 10 2007 050 770 A1 offenbart ein stärkehaltiges thermoplastisches Polymermaterial mit guten mechanischen Eigenschaften, wie Zugfestigkeit und Reißdehnung, das aus Stärke, Weichmacher und einem epoxidgruppenhaltigen Polymer erhalten werden kann.
Die DE 10 2013 103 614 A1 offenbart eine Polymerzusammensetzung, die ein Gemisch aus einem Stärkederivat oder Stärke mit einem aliphatisch-aromatischen Copolyester, einem Polyhydroxyalkanoat und Polymilchsäure ist. Diese Polymerzusammensetzung ist insbesondere für die Herstellung von Folien geeignet.
Die Verwendung eines derartigen biologisch abbaubaren Werkstoffs als Riemenmaterial für einen Kraftübertragungsriemen ist bisher nicht in Betracht gezogen worden, weil den bekannten biologisch abbaubaren Werkstoff die für ein Riemenmaterial erforderliche Elastizität und dynamische Belastbarkeit nicht zugeschrieben worden ist.
Es hat sich aber herausgestellt, dass bereits biologische abbaubare Materialien existieren, die überraschenderweise als Riemenmaterial für Kraftübertragungsriemen geeignet sind. Die gefundenen biologisch abbaubaren Materialien sind thermoplastische Werkstoffe auf der Basis einer natürlichen Stärke. Als besonders geeignet hat sich ein thermoplastisches Material auf der Basis einer nativen Kartoffelstärke herausgestellt, wobei der Schmelzindex (MFI) zwischen 2,5 und 5,5 g/10 min, gemessen nach EN ISO 1133 aufweisen sollte.
Ein derartiger geeigneter Werkstoff ist das Material Bioplast GF 106/02, hergestellt von der bio-tec Biologische Naturverpackungen GmbH & Co. KG, 46446 Emmerich, Deutschland. Dieser insbesondere als Verpackungsmaterial entwickelte Werkstoff ist mit gängigen Verfahren der Thermoplastverarbeitung extrudierbar oder spritzbar.
Ein als Prototyp hergestellter Zahnriemen mit dem Zahnprofil AT5 verhielt sich überraschenderweise etwa wie die bisherigen synthetischen Serienpolymere. Die Anwendung dieses Kraftübertragungsriemens ist daher auf gleichen Maschinen und mit ähnlichen Verarbeitungsparametern möglich. Der erfindungsgemäße biologisch abbaubare thermoplastische Werkstoff lässt sich wie thermoplastisches Polyurethan verarbeiten. Die Herstellung des Kraftübertragungsriemens erfolgte mit einem üblichen Extruder mit einer 3-Zonen-Schnecke von etwa 25 D. Die Extrudertemperaturen lagen zwischen 165 und 210°C. In einem bevorzugten Fertigungsverfahren wird zunächst Meterware hergestellt. Von dieser werden passende Längen abgeschnitten und ggf. zur Ausbildung eines endlosen Antriebsriemens verschweißt.
Der erfindungsgemäße Kraftübertragungsriemen kann einen Grundkörper aufweisen, der in an sich bekannter Weise aus mehreren Materialschichten besteht, wobei mindestens eine Materialschicht aus dem erfindungsgemäßen biologisch abbaubaren thermoplastischen Werkstoff besteht, sodass der überwiegende Anteil des Grundkörpers aus dem biologisch abbaubaren thermoplastischen Werkstoff gebildet ist.
Bevorzugt ist jedoch, dass der gesamte Grundkörper aus dem biologisch abbaubaren thermoplastischen Material besteht.
Der erfindungsgemäße Kraftübertragungsriemen kann in der gleichen Weise wie herkömmliche Kraftübertragungsriemen aufgebaut sein, insbesondere können in dem Grundkörper Zugträger aus einem hochfesten Material angeordnet sein. Insbesondere können die Zugträger auch in dem erfindungsgemäßen Werkstoff eingebettet sein, in dem der Werkstoff um den Zugträger herum gegossen worden ist.
Auch der erfindungsgemäße Kraftübertragungsriemen kann an seiner Oberfläche mit einem vom Riemenmaterial unterschiedlichen Material ausgebildet sein, insbesondere um die Abriebfestigkeit zu erhöhen. Das unterschiedliche Material kann sich auf der Oberfläche des Riemenrückens oder auf der Oberfläche der Kraftübertragungszone befinden.
Besonders bevorzugt ist dabei, dass die Schicht aus dem unterschiedlichen Material aus einem verrottbaren Textil besteht, sodass der Kraftübertragungsriemen dann in seiner Gesamtheit einem natürlichen Abbauprozess unterworfen werden kann.
Die Schicht kann jedoch auch aus einem biologisch abbaubaren Kunststoffmaterial bestehen, insbesondere wenn die Schicht als Gleitschicht ausgebildet ist, wie dies beispielsweise als Oberfläche des Riemenrückens für manche Anwendungsfälle sinnvoll sein kann.

Claims

Kraftübertragungsriemen mit einem Grundkörper aus wenigstens einem Riemenmaterial, der einen Riemenrücken und eine Kraftübertragungszone ausbildet, dadurch gekennzeichnet, dass das Riemenmaterial zumindest in einem überwiegenden Anteil des Grundkörpers aus einem biologisch abbaubaren thermoplastischen Werkstoff auf der Basis einer natürlichen Stärke besteht.
Kraftübertragungsriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoplastische Werkstoff auf der Basis einer nativen Kartoffelstärke gebildet ist.
Kraftübertragungsriemen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der biologisch abbaubare thermoplastische Werkstoff einen Schmelzindex (MFI) zwischen 2,5 und 5,5 g/10 min, gemessen nach EN ISO 1133, aufweist.
Kraftübertragungsriemen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der gesamte Grundkörper aus dem biologisch abbaubaren thermoplastischen Werkstoff besteht.
Kraftübertragungsriemen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Grundkörper Zugträger aus einem hochfesten Material angeordnet sind.
Kraftübertragungsriemen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftübertragungszone Zähne oder Rippen aufweist.
Kraftübertragungsriemen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schicht aus einem vom Riemenmaterial unterschiedlichen Material auf der Oberfläche der Kraftübertragungszone ausgebildet ist.
Kraftübertragungsriemen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Schicht aus einem von dem Riemenmaterial unterschiedlichen Material auf der Oberfläche des Riemenrückens.
Kraftübertragungsriemen nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus dem von dem Riemenmaterial unterschiedlichen Material aus einem verrottbaren Textil besteht.
Kraftübertragungsriemen nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht aus dem von dem Riemenmaterial unterschiedlichen Material aus einem biologisch abbaubaren Kunststoffmaterial besteht.