DE102014201647A1 - Tensile and / or power transmission means with carbon fibers - Google Patents

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Abstract

Zug- und/oder Kraftübertragungsmittel aus elastomerem Werkstoff, insbesondere in einem Zugmittelgetriebe, wobei das Zug- und/oder Kraftübertragungsmittel Festigkeitsträger in Form eingebundener Corde aufweist, in denen jeweils ein oder mehrere geformte und ausgerichtete Faserbündel oder Filamentgarne angeordnet sind, welche mindestens teilweise Carbonfasern als Filamente aufweisen und bei dem die Carbonfasern vor ihrer Carbonisierung in die Form und Ausrichtung gebracht sind, die sie in den Faserbündeln oder Filamentgarnen des Cords einnehmen.Tensile and / or power transmission means made of elastomeric material, in particular in a traction mechanism, wherein the tensile and / or power transmission means strength carrier in the form of integrated cords, in each of which one or more shaped and aligned fiber bundles or filament yarns are arranged which at least partially carbon fibers as Having filaments and in which the carbon fibers are brought before their carbonization in the shape and orientation that they occupy in the fiber bundles or filament yarns of the cord.

Description

Die Erfindung betrifft ein Zug- und/oder Kraftübertragungsmittel aus elastomerem Werkstoff, wie etwa Gummi, Polyurethan (PU) oder Kunststoff, insbesondere Zug- und/oder Kraftübertragungsmittel in einem Zugmittelgetriebe, wobei das Zug- und/oder Kraftübertragungsmittel Festigkeitsträger in Form von in den elastomeren Werkstoff eingebundenen Corden aufweist, in denen jeweils ein oder mehrere geformte und ausgerichtete Faserbündel oder Filamentgarne angeordnet sind, welche mindestens teilweise Carbonfasern als Filamente aufweisen. The invention relates to a tensile and / or power transmission means of elastomeric material, such as rubber, polyurethane (PU) or plastic, in particular traction and / or power transmission means in a traction mechanism, wherein the tensile and / or power transmission means strength carrier in the form of in the comprising elastomeric material incorporated cords, in each of which one or more shaped and aligned fiber bundles or filament yarns are arranged, which at least partially comprise carbon fibers as filaments.

Kohlenstofffasern oder Carbonfasern bestehen aus kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterialien und werden üblicherweise durch Pyrolyse in graphitartig angeordneten Kohlenstoff umgewandelt werden. Die so hergestellten Fasern zeigen je nach Herstellart und Ausgangsmaterial unterschiedliche Festigkeiten und Steifigkeiten bei relativ geringer Bruchdehnung in axialer Richtung. Carbon fibers or carbon fibers consist of carbonaceous starting materials and are usually converted by pyrolysis into graphitic carbon. Depending on the type of preparation and the starting material, the fibers thus produced exhibit different strengths and stiffnesses with a relatively small elongation at break in the axial direction.

Gebräuchliche Carbonfasern höherer Zugfestigkeit sind solche aus Polyacrylnitril (PAN), die durch Pyrolyse unter Schutzgas gefertigt werden. Die Fasern werden danach zu sogenannten Filamentgarnen gebündelt. Die Anzahl der Filamante wird in je Tausend durch den Buchstaben „K“ und z.B. durch ihre Gewicht in Gramm je 1000 Meter in „tex“ angegeben. Die Angabe 400tex (6K) steht dabei für ein Gewicht von 400 g/1000 m Filamentgarn und bedeutet, dass 6000 Einzelfasern zu einem Garn zusammengefasst sind. Common carbon fibers of higher tensile strength are those of polyacrylonitrile (PAN), which are produced by pyrolysis under inert gas. The fibers are then bundled into so-called filament yarns. The number of filaments is given in thousands by the letter "K" and e.g. indicated by their weight in grams per 1000 meters in "tex". The specification 400tex (6K) stands for a weight of 400 g / 1000 m filament yarn and means that 6000 individual fibers are combined into one yarn.

Die Nutzung von Carbonfasern für Festigkeitsträger oder Corde in Zug- oder Kraftübertragungsmittel aus elastomerem Werkstoff, etwa in Antriebsreimen für Kegelradgetriebe (CVT – continuous variable transmission) ist bekannt. So offenbart z.B. die WO 2011/038200 A1 einen endlosen Gummiriemen für ein Kegelradgetriebe, welcher mit in Zugrichtung ausgerichteten Corden als im Riemen eingebetteten Festigkeitsträgern zur Aufnahme der Zugkräfte ausgebildet ist, wobei die Corde einen getwisteten / gezwirnten Einzelstrang aus Carbonfasern beinhalten, welche mit einem Haftmittel versehen sind. The use of carbon fibers for reinforcements or cords in tensile or power transmission means of elastomeric material, such as in drive trains for bevel gearbox (CVT - continuous variable transmission) is known. For example, the WO 2011/038200 A1 an endless rubber belt for a bevel gear, which is formed with oriented in the direction of cords as embedded in the belt strength members for absorbing the tensile forces, wherein the cords include a twisted / twisted single strand of carbon fibers, which are provided with an adhesive.

Corde mit Carbonfasern werden auch als Zugelemente in Tragmitteln z. B. für die Aufzugstechnik eingesetzt. Cords with carbon fibers are also used as tension elements in suspension elements z. B. used for elevator technology.

Da üblicherweise die genannten Corde im Stand der Technik aus einer Vielzahl von sehr dünnen Carbonfilamenten bestehen, die nach der Carbonisierung nahezu parallel in Faserbündeln liegen, ergeben sich bei der weiteren Verarbeitung gewisse Nachteile. Aus den Faserbündeln mit parallelen Fasern werden üblicherweise durch Zwirnen, Twisten oder Schlagen Garne für die unterschiedlichsten Cordkonstruktionen hergestellt, wie auch in der WO 2011/038200 A1 bei der dort umfassenden Würdigung des Standes der Technik erwähnt. Since the said cords in the prior art usually consist of a multiplicity of very thin carbon filaments which, after carbonization, lie almost parallel in fiber bundles, certain disadvantages arise in the further processing. From the fiber bundles with parallel fibers yarns are usually produced by twisting, twisting or beating for a variety of cord constructions, as well as in the WO 2011/038200 A1 mentioned in the comprehensive assessment of the state of the art there.

Durch das Zwirnen oder Twisten, d.h. das Verdrehen der Faserbündel aus Carbonfasern werden aber die äußeren Filamente gedehnt und die inneren Filamente gestaucht. Somit kommt es zu einer ungünstigen Spannungsverteilung innerhalb des Faserbündels, was letztlich zu deutlich reduzierten Bruchfestigkeiten im Vergleich zur Bruchfestigkeit der Originalfasern führt. By twisting or twisting, i. twisting the fiber bundles of carbon fibers but the outer filaments are stretched and compressed the inner filaments. Thus, there is an unfavorable stress distribution within the fiber bundle, which ultimately leads to significantly reduced fracture strengths compared to the breaking strength of the original fibers.

Für die Erfindung bestand danach die Aufgabe eine Verbesserung der Bruchfestigkeit von Corden mit Carbonfilamenten in Zug- oder Kraftübertragungsmitteln zu erreichen. The object of the invention was to achieve an improvement in the breaking strength of cords with carbon filaments in tension or power transmission means.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs. Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind in den Unteransprüchen offenbart. This object is achieved by the features of the main claim. Further advantageous embodiments are disclosed in the subclaims.

Dabei werden die Carbonfasern vor ihrer Carbonisierung in die Form und Ausrichtung gebracht, die sie in den Faserbündeln oder Filamentgarnen der Corde bzw. der Festigkeitsträger im Zug- oder Kraftübertragungsmittel einnehmen. Das Rohmaterial der Carbonfasern, also etwa PAN, wird damit schon vor der Carbonisierung z. B. gezwirnt oder gedreht, dies zumindest teilweise. The carbon fibers are brought before their carbonization in the form and orientation that they occupy in the fiber bundles or filament yarns of the cords or the strength carrier in the traction or power transmission means. The raw material of the carbon fibers, so about PAN, so it is already before the carbonation z. B. twisted or rotated, at least partially.

Die Carbonfasern weisen also vor ihrer Carbonisierung die Form und Ausrichtung auf, die sie in den Faserbündeln oder Filamentgarnen der Festigkeitsträger im Elastomerwerkstoff einnehmen. Bei der Carbonisierung in diesem verformten Zustand stellt sich dann eine nahezu konstante Spannungsverteilung über den Querschnitt des dann gezwirnten oder gedrehten Faserbündels ein. Dadurch ist es möglich, ein Maximum an Bruchfestigkeit beim Einsatz von Carbonfasern im Cord zu erreichen. The carbon fibers therefore have the form and orientation prior to their carbonization, which they occupy in the fiber bundles or filament yarns of the reinforcements in the elastomer material. During carbonization in this deformed state, an almost constant stress distribution over the cross section of the then twisted or twisted fiber bundle then sets in. This makes it possible to achieve maximum breaking strength when using carbon fibers in the cord.

Auch kann bei Hybridcorden, also bei aus unterschiedlichen Fasern ausgebildeten Corden/Zugelementen zumindest einer der vorhandenen Festigkeitsträger in elastomeren Werkstoffen entsprechend hergestellt werden. Also, in hybrid cords, ie in cords / tension elements formed from different fibers, at least one of the existing reinforcements in elastomeric materials can be produced accordingly.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass die in den Corden angeordneten Faserbündel oder Filamentgarne zur Erhöhung der Zugfestigkeit des Bündels getwistet bzw. gedreht oder gezwirnt sind. Zwirnen, Drehen oder Twisten ist eine Verfahrensweise zur Verarbeitung von Garnen oder Einzelfilamenten, bei der zwei oder mehrere Einzelfäden, Garne oder auch mehrere Zwirne zusammengedreht werden, üblicherweise in einem S-Schag oder in einem Z-Schlag. A further advantageous embodiment is that the fiber bundles or filament yarns arranged in the cords are twisted or twisted or twisted to increase the tensile strength of the bundle. Twisting, twisting or twisting is a procedure for processing yarns or single filaments, in which two or more individual threads, yarns or even several threads are twisted together, usually in an S-shag or in a Z-beat.

Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass die Corde und oder/die darin angeordneten Faserbündel oder Filamentgarne als geschlagene Seile oder Stränge ausgebildet sind. Hierbei werden die schon gezwirnten, getwisteten oder gedrehten Faserbündel oder Filamentgarne noch einmal miteinander verdreht oder geschlagen, üblicherweise in dem ursprünglichen Schlag der einzelnen Faserbündel entgegengesetzter Richtung. Damit wird die Festigkeit noch einmal deutlich erhöht und ein Aufdrehen, insbesondere ein Aufdrehen unter Zug vermieden. An advantageous development consists in that the cords and / or the fiber bundles or filament yarns arranged therein are designed as struck ropes or strands. Here, the already twisted, twisted or twisted fiber bundles or filament yarns are once again twisted or beaten together, usually in the original beat of each fiber bundle opposite direction. Thus, the strength is again significantly increased and untwisting, in particular a twisting under train avoided.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass die Corde gänzlich aus Carbonfasern bestehen. A further advantageous embodiment is that the cords consist entirely of carbon fibers.

Vorteilhafterweise lassen sich die erfindungsgemäßen Zug- und/oder Kraftübertragungsmittel als Antriebsriemen, also z.B. als Flachriemen, Keilriemen, Vielkeilriemen oder Zahnriemen ausbilden, oder auch als Förderbänder oder Tragriemen für Aufzüge, da bei allen diesen Anwendungen eine hohe Bruchfestigkeit der Corde und ihrer Garne oder Filamente bei gleichzeitiger hoher Flexibilität gefragt ist. Advantageously, the traction and / or power transmission means according to the invention can be used as drive belts, e.g. As flat belts, V-belts, multi-V-belts or toothed belts, or as conveyor belts or support belts for elevators, since in all these applications a high breaking strength of the cords and their yarns or filaments is required with high flexibility.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 2011/038200 A1 [0004, 0006] WO 2011/038200 A1 [0004, 0006]

Claims (7)

Zug- und/oder Kraftübertragungsmittel aus elastomerem Werkstoff, insbesondere in einem Zugmittelgetriebe, wobei das Zug- und/oder Kraftübertragungsmittel Festigkeitsträger in Form eingebundener Corde aufweist, in denen jeweils ein oder mehrere geformte und ausgerichtete Faserbündel oder Filamentgarne angeordnet sind, welche mindestens teilweise Carbonfasern als Filamente aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Carbonfasern vor ihrer Carbonisierung in die Form und Ausrichtung gebracht sind, die sie in den Faserbündeln oder Filamentgarnen der Corde im Zug- oder Kraftübertragungsmittel einnehmen. Tensile and / or power transmission means made of elastomeric material, in particular in a traction mechanism, wherein the tensile and / or power transmission means comprises strength members in the form of integrated cords, in each of which one or more shaped and aligned fiber bundles or filament yarns are arranged which at least partially carbon fibers as Having filaments, characterized in that the carbon fibers are brought before their carbonization in the shape and orientation they occupy in the fiber bundles or filament yarns of the cords in the tensile or power transmission means. Zug- und/oder Kraftübertragungsmittel nach Anspruch 1, bei dem die in den Corden angeordneten Faserbündel oder Filamentgarne getwistet bzw. gedreht oder gezwirnt sind.  Tensile and / or power transmission means according to claim 1, wherein the fiber bundles or filament yarns arranged in the cords are twisted or twisted. Zug- und/oder Kraftübertragungsmittel nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Corde und oder/die darin angeordneten Faserbündel oder Filamentgarne als geschlagene Seile oder Stränge ausgebildet sind.  Traction and / or power transmission means according to claim 1 or 2, wherein the cords and / or arranged therein fiber bundles or filament yarns are formed as a broken ropes or strands. Zug- und/oder Kraftübertragungsmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Corde aus Carbonfasern besteht.  Traction and / or power transmission means according to any one of claims 1 to 3, wherein the cord consists of carbon fibers. Zug- und/oder Kraftübertragungsmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ausgebildet als Antriebsriemen.  Traction and / or power transmission means according to one of claims 1 to 4, designed as a drive belt. Zug- und/oder Kraftübertragungsmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ausgebildet als Förderband.  Traction and / or power transmission means according to one of claims 1 to 4, designed as a conveyor belt. Zug- und/oder Kraftübertragungsmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4 ausgebildet als Trag- und Antriebsriemen für einen Aufzug.  Traction and / or power transmission means according to one of claims 1 to 4 designed as a support and drive belt for a lift.
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