DE102022209463A1 - Artikel, insbesondere Antriebsriemen, mit einer Textilauflage - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Artikel mit einem elastomeren Grundkörper auf der Basis wenigstens einer Kautschukmischung mit einer geräusch- und verschleißanfälligen Artikeloberfläche, die mit einer Textilauflage versehen ist. Die Textilauflage des elastomeren Artikels enthält Fasern aus Lyocell oder besteht vollständig aus Fasern aus Lyocell.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Artikel mit einem elastomeren Grundkörper auf der Basis wenigstens einer Kautschukmischung mit einer geräusch- und verschleißanfälligen Artikeloberfläche, die mit einer Textilauflage versehen ist.
- Ein Artikel, der dynamischen Belastungen und somit einem Verschleiß wie auch Geräuschentwicklungen ausgesetzt ist, ist beispielsweise ein Band, Gurt, Riemen, Schlauch, Luftfederbalg, Kompensator oder eine mehrschichtige Stoffbahn, wobei der Riemen in Form eines Antriebsriemens von besonderer Bedeutung ist. Der elastomere Grundkörper des Antriebsriemens umfasst dabei eine Decklage als Riemenrücken und einen Unterbau mit einer Kraftübertragungszone.
- Artikel mit einem elastischen Grundkörper werden mit einer Textilauflage an der Oberfläche versehen, um die Produkteigenschaften einzustellen. Dazu zählen neben Verschleißbeständigkeit und Geräuschverhalten im Falle der Antriebsriemen insbesondere auch eine verbesserte Leistungsübertragung. Probleme ergeben sich dabei, wenn diese Artikel in einer feuchten Umgebung eingesetzt werden sollen oder müssen. Dann ist es derzeit nicht mehr möglich die Anforderungen an alle benötigten physikalischen Eigenschaften in gleichem Maße zu erfüllen.
- Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, einen Artikel mit einem elastomeren Grundkörper bereitzustellen, der wenigstens eine Textilauflage an wenigstens einer Oberfläche des Artikels besitzt und dessen physikalische Eigenschaften auch bei Feuchtigkeit bzw. in einer feuchten Umgebung auf einem guten Niveau verbleiben. Vorteilhafterweise basiert das Material für die Textilauflage zudem vollständig oder teilweise aus nachhaltigen und / oder nachwachsenden Rohstoffen.
- Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Textilauflage des elastomeren Artikels Fasern aus Lyocell enthält oder vollständig aus Fasern aus Lyocell besteht.
- Die Begriffe „elastomerer Artikel“ und „Artikel mit einem elastomeren Grundkörper“ werden in dieser Schrift synonym verwendet.
- Gute Eigenschaften in nasser oder feuchter Umgebung sind bereits von natürlich vorkommenden cellulosebasierten Fasern, wie bspw. Baumwolle, bekannt. Allerdings resultieren diese Eigenschaften im Wesentlichen aus der speziellen Oberflächenstruktur der natürlichen Fasern. Bisherige Versuche bei Nachahmungen dieser Faserart in Form von anderen Regeneratfasern wie z. B. Viskose, zeigten allerdings, dass erhebliche Einbußen bei den Nasseigenschaften auftraten. Insofern hat sich sehr überraschend gezeigt, dass sich der Einsatz von Lyocellfasern als Textilauflage in elastomeren Artikel vorteilhaft auf den Einsatz in feuchter oder nasser Umgebung auswirkt.
Gleichzeitig wird durch den Einsatz von Lyocell ein wichtiger Beitrag zum Thema Nachhaltigkeit geleistet. - Lyocell (CLY) ist eine Cellulosefaser aus regenerierter Cellulose, welche nach dem Lyocellverfahren (Direkt-Lösemittelverfahren) hergestellt wird. Das im Herstellungsprozess eingesetzte Lösungsmittel kann fast vollständig zurückgewonnen werden. Hiermit geht eine drastische Reduzierung von umweltbelastenden Abfallstoffen gegenüber herkömmlichen zellulosischen Chemiefasern (wie Viskose) einher. Sie wird überwiegend aus Holz aus nachhaltiger Forstwirtschaft hergestellt und ist biologisch abbaubar.
- Die Struktur der Lyocellfasern weicht von der Struktur der Viskose ab. Spezielle Merkmale sind lange Kristallite, verminderte Clusterbildung und langgestreckte Hohlräume. Auch im Faseraufbau liegen Unterschiede vor. Lyocellfaser bestehen aus über den Querschnitt verteilten gleich dicken Fibrillen.
- Die Lyocellfasern können als Stapelfasern oder als Filamenfasern ausgebildet sein.
- Die Textilauflage besteht in einer vorteilhaften Ausgestaltung vollständig aus Lyocellfasern, d.h. der Anteil an Lyocellfasern beträgt 100% Gew.-%.
Ebenso ist es aber auch möglich, dass die Textilauflage Lyocellfasern enthält, und zwar bevorzugt in Mengen von 20 bis 95 Gew.-%.
Bevorzugt ist die Textilauflage, die aus Lyocellfasern besteht oder Lyocellfasern enthält, als Gestrick ausgebildet. Besteht die Textilauflage aus Lyocellfasern, so beträgt das Flächengewicht bevorzugt zwischen 70 g/m2 und 350 g/m2 und ganz besonders bevorzugt zwischen 100 g/m2 und 250 g/m2. - Enthält die Textilauflage Lyocellfasern, so kann noch wenigstens ein weiteres Material in Mengen von 5 Gew.-% bis 80 Gew.-% enthalten sein.
Werden die Lyocellfasern in Kombination mit wenigstens einem weiteren Material verwendet, so wird dies als Hybridsystem oder Hybridfaserkonstruktion bezeichnet. - Als Materialien für das wenigstens eine weitere Material der Textilauflage können alle der fachkundigen bekannten und geeigneten textilen Materialien verwendet werden, die bevorzugt ausgewählt sind aus der Gruppe, bestehend aus: Polyethylen (PE), wie z. Bsp. UHMWPE, LDPE, LLDPE, oder Polyamid (PA), z.B. PA5.6, PA4.10, PA6, PA6.6, PA11, PA12, PA6.10, PA6.12, oder Copolyamide oder Polyester (PES) oder Rayon oder Polyethylenterephthalat (PET) oder Polyethylennaphthalat (PEN) oder Polybutylenterephthalat (PBT) oder Polycarbonat (PC) oder ungesättigtes Polyesterharz (UP) oder Poly(1,4-cyclohexandimethylenterephthalat) (PCDT) oder Naturfasern, wie bspw. Wolle, Leinen, Hanf, Baumwolle, oder Polyvinylalkohol (PVAL) oder Polyoxibenzonaphtoat oder Polyvinylacetal (PVA) oder Polyketon (POK) oder Polyetheretherketon (PEEK) oder Polyethylen-2,6-naphthalat (PEN) oder Polyphenylen oder Polyphenylenoxid (PPO) oder Polyphenylensulfid (PPS) oder Polphenylenether oder Polybenzoxazol (PBO) oder Polyoxadiazol (POD) oder Polyetherimid (PEI) oder m-Aramid oder p-Aramid oder Polypropylen oder Melamin oder hochkristalline Polymerfasern oder Polyurethan (TPU). Die genannten Materialien können auch in recycelter Form, d.h. als wiedergewonnenes Material, eingesetzt werden.
- Die Textilauflage kann als Filz, Vlies, Gewebe, Geflecht, Gewirk oder Gestrick, Gelege ausgebildet sein. Handelt es sich bei dem elastomeren Artikel um einen Antriebsriemen so ist die Textilauflage bevorzugt als Gewebe oder Gestrick ausgebildet.
- Als Kautschukmischung für die Kautschukmischung des Grundkörpers können alle der fachkundigen Person bekannten Kautschuke einzeln oder in Kombination verwendet werden. Häufig werden Kautschuke auch als Elastomere bezeichnet, so dass beide Begriffe in dieser Schrift synonym verwendet werden.
Bevorzugt ist der Kautschuk ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Ethylen-Propylen-Mischpolymerisat (EPM) und / oder Ethylen-Propylen-Dien-Mischpolymerisat (EPDM) und / oder Nitrilkautschuk (NBR) und / oder (teil)hydrierter Nitrilkautschuk (HNBR) und / oder Fluor-Kautschuk (FKM) und / oder Chloropren-Kautschuk (CR) und / oder Naturkautschuk (NR) und / oder Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) und / oder Isopren-Kautschuk (IR) und / oder Butylkautschuk (IIR) und / oder Brombutylkautschuk (BIIR) und / oder Chlorbutylkautschuk (CIIR) und / oder Butadien-Kautschuk (BR) und / oder Chloriertes Polyethylen (CM) und / oder Polyepichlorhydrin (ECO) und / oder EthylenVinylacetat-Kautschuk (EVA) und / oder Acrylat-Kautschuk (ACM) und / oder Ethylen-Acrylat-Kautschuk (AEM) und / oder Silikonkautschuk (MQ, VMQ, PVMQ, FVMQ) und / oder fluorierter Methylsilikonkautschuk (MFQ) und / oder perfluorinierter Propylen-Kautschuk (FFPM) und/ oder Perfluorcarbon-Kautschuk (FFKM) und / oder elastomeres Polyurethan (PU).
Handelt es sich bei dem Artikel insbesondere um einen Antriebsriemen, so finden bevorzugt EPDM, EPM, NBR und HNBR jeweils alleine oder in Kombination Verwendung. - Es ist aber auch möglich, dass die Kautschukmischung wenigstens noch ein thermoplastisches Elastomer und / oder wenigstens noch ein Thermoplast, wie bspw. Polyvinylchlorid (PVC), in Mengen von 0 bis 50 phr, bevorzugt in Mengen von 1 bis 50 phr, enthält.
- Weitere Mischungsingredienzien sind zumeist noch Vernetzungsmittel, wie bspw. Schwefel, Schwefelspender oder Peroxide, Füllstoffe, wie bspw. Ruß und / oder Kieselsäure, Verarbeitungshilfsmittel, Weichmacher, Alterungsschutzmittel sowie gegebenenfalls weitere Zusatzstoff (z.B. Farbpigmente). Diesbezüglich wird auf den allgemeinen Stand der Kautschukmischungstechnologie verwiesen.
- Der elastomere Artikel kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung wenigstens noch einen weiteren eingebetteten Festigkeitsträger enthalten. Eingebettet bedeutet, dass sich der Festigkeitsträger nicht an der Oberfläche befindet. Der eingebettete Festigkeitsträger kann in Form eines Cordes, als Filz, Vlies, Gewebe, Geflecht, Gewirk, Gestrick oder Gelege vorliegen.
Handelt es sich bei dem elastomeren Artikel um einen Antriebsriemen, so liegt der eingebettete Festigkeitsträger bevorzugt als Cord vor, d.h. er ist in einer so genannten Cordkonstruktion ausgebildet. - Die Erfindung soll nun anhand von Vergleichs- und Ausführungsbeispielen, die in den Tabellen 1 bis 4 zusammengefasst sind, näher erläutert werden.
Es wurde jeweils ein Antriebsriemen hergestellt und mit einer entsprechenden Textilauflage versehen. Die Textilauflagen bestehen dabei aus dem in der jeweiligen Tabelle angegebenen Material. - Die für eine Textilauflage eines durch Kraftschluss Drehmoment übertragenden Antriebsriemens besonders wichtigen physikalischen Eigenschaften sind u. a. das Maß des bei Leistungsübertragung entstehenden Schlupfes bzw. des Reibbeiwertes der mit der Textilauflage versehen Oberfläche. Ebenso dazu zählen Parameter wie Schiefstellung einzelner Trume oder Lastaufnahme an einer Antriebsscheibe, mit denen der Zustand des Auftretens unerwünschter durch die Kontaktoberfläche des Riemens zur Riemenscheibe verursachter Geräusche bestimmt werden kann.
- Da es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Verbesserung der Nasseigenschaften eines Artikels ist, sind die Ergebnisse der physikalischen Untersuchungen unter Bedingungen mit hoher Umgebungsfeuchte dargestellt.
- Zu den physikalischen Untersuchungen zählen die Ermittlung des Reibbeiwertes (CoF) unter Feuchtigkeit gemäß SAE-Norm J2432, die Messungen zur Bewertung des Geräuschverhaltens und des Schlupfverhaltens.
- Die Messung des Geräuschverhaltens erfolgt in drei Abschnitten. Gemein haben diese, dass ein Riemen über eine Antriebsscheibe mit einer Drehzahl n angetrieben wird, die eine Drehungleichförmigkeit von 10 % aufweist.
Bei einer Trockenmessung wird eine Scheibe A zu einer Scheibe B stufenlos um höchstens 5 mm (entsprich 2,86° Schiefstellung des Trums zwischen A und B) verschoben und der Winkel ermittelt, ab dem spezifische, schiefstellungsbedingte Geräusche am Einlauf in Scheibe B auftreten. In dieser Messung liegt keine Leistungsübertragung im Riementrieb vor.
Eine Nassmessung erfolgt unter Leistungsabgabe an einem Generator, die anhand der abgegebenen Stromstärke in Stufen von 10 A zwischen mindestens 30 A und höchstens 120 A eingestellt wird. Zu Beginn jeder Stufe wird in Variante 1 für 2 sec je 20 ml/min, in Variante 2 für 10 sec je 300 ml/min Wasser in den Trum vor der Generatorscheibe injiziert. - Bei der Schlupf-Leistungs-Messung wird die mit einem kraftschlüssigen Riemen übertragene Leistung über den dabei entstehenden Riemenschlupf ermittelt.
In der den Versuchsergebnissen zugrunde liegenden Messung wird der beschriebene Zusammenhang an einer Keilrippenriemenscheibe mit für Generatoren in Nebenaggregaten von PKW-Motoren üblichen Scheibendurchmesser und 120° Umschlingung mit kontinuierlicher Wassereinspritzung ermittelt.
- Die erfindungsgemäße Textilauflage aus einem Lyocell-Gestrick zeigt im Vergleich zu einem Baumwoll- und Viskose-Gestrick identischer Konstruktion und ähnlichen Flächengewichts eine sichtbare Verbesserung des Reibbeiwerts (ermittelt bei 100 % Schlupf) unter feuchten Umgebungsbedingungen. Ein höherer Reibbeiwert bedeutet in diesem Fall höhere Leistungsübertragungsfähigkeit. Tabelle 2
Geräuschprüfung (Variante mit 210...230 g/m2 Flächengewicht) Prüfart Kriterium Baumwolle-Textilaufl. Lyocell-Textilaufl. Viskose-Textilaufl. Trocken mit Trum-Schiefstellung erreichte Schiefstellung (max. 2,86, durch Prüfstand begrenzt) > 2,86° > 2,86° > 2,86° Geräuschart keine keine Keine Wassereinspritzung 20 ml/min erreichte Last bis zum Auftreten von Geräuschen > 120 A > 120 A 30 A Geräuschart keine keine Zwitschern Wassereinspritzung 300 ml/min erreichte Last bis zum Auftreten von Geräuschen 60...70 A 70 A 30 A Geräuschart Zwitschern Zwitschern Zwitschern Geräuschprüfung (Variante mit 150...160 g/m2 Flächengewicht) Prüfart Kriterium Baumwolle-Textilaufl. Lyocell-Textilaufl. Trocken mit Trum-Schiefstellung erreichte Schiefstellung (max. 2,86, durch Prüfstand begrenzt) > 2,86° > 2,86° Geräuschart keine keine Wassereinspritzung 20 ml/min erreichte Last bis zum Auftreten von Geräuschen > 120 A > 120 A Geräuschart keine keine Wassereinspritzung 300 ml/min erreichte Last bis zum Auftreten von Geräuschen 30...40 A 50...60 A Geräuschart Zwitschern Zwitschern - Ebenso ist eine Verbesserung des Geräuschverhaltens einer Lyocell- Textilauflage bei Nässe im Trieb zu erkennen (Tabellen 2 und 3). Dieser Vorteil wird insbesondere mit Reduzierung des Flächengewichts des Textils ausgeprägter (Tabelle 3), wodurch sich so mit weniger Materialeinsatz als bei vergleichbaren zellulosebasierten Baumwolltextilien identische Nasseigenschaften erzielen. Dadurch werden Ressourcen zusätzlich geschont.
Anhand der Tabellen 4 und 5 ist erkennbar, dass ein mit der erfindungsgemäßen Textilauflage versehener Keilrippenriemen bei gleichem Schlupf deutlich mehr Leistung übertragen kann als ein Riemen vergleichbarer Konstruktion mit einer Textilauflage aus Viskose oder Baumwolle.
Claims (6)
- Artikel mit einem elastomeren Grundkörper auf der Basis wenigstens einer Kautschukmischung mit einer geräusch- und verschleißanfälligen Artikeloberfläche, die mit einer Textilauflage versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Textilauflage des elastomeren Artikels Fasern aus Lyocell enthält oder vollständig aus Fasern aus Lyocell besteht.
- Artikel nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Textilauflage ein mittleres Flächengewicht zwischen 70 g/m2 und 350 g/m2 besitzt. - Artikel nach
Anspruch 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass die Textilauflage ein Gestrick ist. - Artikel nach einem der
Ansprüche 1 bis3 , dadurch gekennzeichnet, dass er noch wenigstens einen eingebetteten Festigkeitsträger enthält. - Artikel nach einem der
Ansprüche 1 bis4 , dadurch gekennzeichnet, dass er ein Band, Gurt, Riemen, Schlauch, Luftfederbalg, Kompensator oder eine mehrschichtige Stoffbahn ist. - Artikel nach
Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, dass der Riemen ein Antriebsriemen ist.
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