DE112017003459T5

DE112017003459T5 - Zahnriemen und Herstellungsverfahren für einen solchen Zahnriemen

Info

Publication number: DE112017003459T5
Application number: DE112017003459.0T
Authority: DE
Inventors: Yosuke Kagi; Takashi Kunisada
Original assignee: Bando Chemical Industries Ltd
Current assignee: Bando Chemical Industries Ltd
Priority date: 2016-07-08
Filing date: 2017-03-23
Publication date: 2019-03-21
Anticipated expiration: 2037-03-24
Also published as: WO2018008204A1; DE112017003459B4; CN109312819A; CN109312819B

Abstract

Ein Zahnriemen (B) ist derart ausgebildet, dass ein Zahnkautschukabschnitt (12) desselben Folgendes umfasst: einen inneren Kautschukabschnitt (1121), in welchem eine aus einer Kautschukzusammensetzung mit einer relativ hohen Härte gebildete Kautschukschicht von hoher Härte (1121a) und eine aus einer zweiten Kautschukzusammensetzung mit einer relativ geringen Härte ausgebildete Kautschukschicht von geringer Härte (1121b) in einer Riemenquerrichtung abwechselnd angeordnet sind; und einen Oberflächenkautschukabschnitt (1122), der eine Innenumfangsfläche des inneren Kautschukabschnitts (1121) bedeckend angeordnet und aus der ersten Kautschukzusammensetzung mit der relativ hohen Härte gebildet ist, bei der es sich um dieselbe Kautschukzusammensetzung wie jene handelt, welche die Kautschukschicht von hoher Härte (1121a) bildet.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zahnriemen und ein Herstellungsverfahren für einen solchen Zahnriemen.
STAND DER TECHNIK
In einem Kraftfahrzeugmotor wird ein Zahnriemen als Kraftübertragungselement zum drehenden Antrieb der obenliegenden Nockenwelle unter Verwendung der Kraft der Kurbelwelle genutzt. Ein derartiger Zahnriemen umfasst regelmäßig einen Riemenkörper, der aus Kautschuk gebildet ist und einen endlosen bandförmigen rückseitigen Kautschukabschnitt und eine Vielzahl von Zahnkautschukabschnitten aufweist, die einstückig an einer Innenumfangsseite des rückseitigen Kautschukabschnitts ausgebildet und in vorbestimmten Abständen angeordnet sind. Ein derartiger Zahnriemen ist gattungsgemäß mit einem Zahnabschnittverstärkungsgewebe versehen, welches eine Innenumfangsfläche des Riemenkörpers dort bedeckt, wo die Zahnkautschukabschnitte vorgesehen sind. Patentdokument 1 offenbart einen Zahnriemen, bei dem der die rückseitige Kautschukabschnitt bildende Kautschuk eine größere Härte aufweist als der die Zahnkautschukabschnitte bildende Kautschuk und bei dem die Kautschukhärte von der Außenumfangsfläche des rückseitigen Kautschukabschnitts zu den Innenumfangsflächen der Zahnkautschukabschnitte allmählich abnimmt. Patentdokument 2 offenbart einen Zahnriemen, bei dem die Zahnkautschukabschnitte aus einer Kautschukzusammensetzung gebildet sind, welche zur Steigerung der Härte Kurzfasern enthält, und bei dem der Riemenkörper an seiner Innenumfangsfläche dort, wo die Zahnkautschukabschnitte vorgesehen sind, mit einem Zahnabschnittverstärkungsgewebe bedeckt ist, das des Weiteren mit einer Kautschukschicht von geringer Härte bedeckt ist, um so die Verschleißfestigkeit und die stoßdämpfenden Eigenschaften zu verbessern.
ZITIERTE DRUCKSCHRIFTEN
PATENTDOKUMENTE

Patentdokument 1: japanische Offenlegungsschrift Nr. 2003-314622
Patentdokument 2: japanische Offenlegungsschrift Nr. 2010-210088

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zahnriemen mit einem Riemenkörper aus Kautschuk. Der Riemenkörper umfasst: einen rückseitigen Kautschukabschnitt, der als Endlosband ausgebildet ist; eine Vielzahl von Zahnkautschukabschnitten, die an einer Innenumfangsseite des rückseitigen Kautschukabschnitts angeordnet, in vorbestimmten Abständen voneinander beabstandet und jeweils einstückig mit dem rückseitigen Kautschukabschnitt ausgebildet sind, wobei die Zahnkautschukabschnitte jeweils Folgendes umfassen: einen inneren Kautschukabschnitt, in dem eine Kautschukschicht von hoher Härte, die aus einer ersten Kautschukzusammensetzung mit relativ hoher Härte gebildet ist, und eine Kautschukschicht von geringer Härte, die aus einer zweiten Kautschukzusammensetzung mit relativ geringer Härte gebildet ist, in einer Riemenquerrichtung abwechselnd angeordnet sind; und einen Oberflächenkautschukabschnitt, der eine Innenumfangsfläche des inneren Kautschukabschnitts bedeckend angeordnet und aus der ersten Kautschukzusammensetzung mit der relativ hohen Härte gebildet ist, bei der er sich um dieselbe Kautschukzusammensetzung wie jene handelt, welche die Kautschukschicht von hoher Härte bildet.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren zur Herstellung des Zahnriemens der vorliegenden Erfindung. Das Herstellungsverfahren umfasst folgende Schritte: Verwenden eines Riemenformwerkzeugs mit einer Außenumfangsfläche, die mit einer Vielzahl von sich in einer axialen Richtung des Riemenformwerkzeugs ersteckenden und in einer Umfangsrichtung des Riemenformwerkzeugs beabstandet angeordneten Zahnabschnittbildungsnuten versehen ist, und nachdem ein Zugstrang spiralförmig um eine Außenumfangsfläche des Riemenformwerkzeugs gewickelt wurde, Ausbilden eines nicht vernetzten Rohlings auf dem Riemenformwerkzeug durch aufeinanderfolgendes Aufwickeln einer bahnförmigen ersten nicht vernetzten Kautschukzusammensetzung, welche die erste Kautschukzusammensetzung mit der relativ hohen Härte bilden wird, und einer bahnförmigen zweiten nicht vernetzten Kautschukzusammensetzung, welche die zweite nicht vernetzte Kautschukzusammensetzung mit der relativ geringen Härte bilden wird, und Anpressen des nicht vernetzten Rohlings an das Riemenformwerkzeug und Erhitzen des nicht vernetzten Rohlings, so dass die erste und die zweite nicht vernetzte Kautschukzusammensetzung durch den Zwischenraum zwischen den Abschnitten des Zugstrangs hindurchtreten, in die vielzähligen Zahnabschnittbildungsnuten des Riemenformwerkzeugs fließen und vernetzt werden.
Figurenliste

1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Stücks eines Zahnriemens nach einer ersten Ausführungsform.
2 zeigt eine entlang Pfeil X betrachtete Vorderansicht des Zahnriemens nach 1.
3 zeigt eine zwei Zahnabschnitten des Zahnriemens nach der ersten Ausführungsform entsprechende Seitenansicht.
4 zeigt eine Querschnittansicht entlang der Linie IV-IV in 2.
5 zeigt eine Querschnittansicht entlang der Linie V-V in 2.
6 zeigt eine Querschnittansicht entlang der Linie VI-VI in 3.
7 zeigt eine Querschnittansicht eines Abschnitts eines Riemenformwerkzeugs.
8A zeigt eine erste Darstellung zur Veranschaulichung eines Herstellungsverfahrens des Zahnriemens nach der ersten Ausführungsform.
8B zeigt eine zweite Darstellung zur Veranschaulichung des Herstellungsverfahrens des Zahnriemens nach der ersten Ausführungsform.
8C zeigt eine dritte Darstellung zur Veranschaulichung des Herstellungsverfahrens des Zahnriemens nach der ersten Ausführungsform.
8D zeigt eine vierte Darstellung zur Veranschaulichung des Herstellungsverfahrens des Zahnriemens nach der ersten Ausführungsform.
9 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Stücks eines Zahnriemens nach einer zweiten Ausführungsform.
10 zeigt eine Querschnittansicht des Zahnriemens nach der zweiten Ausführungsform und entspricht 6.
11A zeigt eine Querschnittansicht einer Variante des Zahnriemens nach der ersten Ausführungsform und entspricht 6.
11B zeigt eine Querschnittansicht einer Variante des Zahnriemens nach der zweiten Ausführungsform und entspricht 10.
12 zeigt eine Querschnittansicht einer weiteren Variante des Zahnriemens nach der ersten Ausführungsform und entspricht 6.
13 zeigt eine Anordnung von Riemenscheiben eines Riemenlaufprüfgeräts für eine Dauerprüfung unter hoher Last.
14 zeigt eine Anordnung von Riemenscheiben eines Riemenlaufprüfgeräts für eine Stoß- und Vibrationsfestigkeitsprüfung.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden Ausführungsformen näher beschrieben.
(Erste Ausführungsform)
1 bis 6 zeigen einen Zahnriemen B nach einer ersten Ausführungsform. Der Zahnriemen B nach der ersten Ausführungsform wird zum Beispiel in einem Kraftfahrzeugmotor als Kraftübertragungselement zum drehenden Antrieb einer obenliegenden Nockenwelle unter Verwendung der Kraft einer Kurbelwelle genutzt. Der Zahnriemen B der ersten Ausführungsform weist zum Beispiel eine Länge von 700 mm bis 2300 mm, eine Breite von 10 mm bis 40 mm und eine Dicke von 4,5 mm bis 7,0 mm auf.
Der Zahnriemen B nach der ersten Ausführungsform ist ein kämmender Übertragungsriemen, der mit einer Vielzahl von Zahnabschnitten 10A versehen ist, die in vorbestimmten Abständen angeordnet sind und einen Innenseitenabschnitt des Riemens bilden. Die Zahnabschnitte 10A sind jeweils als sogenannter runder Zahn ausgebildet, bei welchem es sich um einen sich in der Riemenquerrichtung erstreckenden Grat mit einem von der Seite gesehen halbkreisförmigen Querschnitt handelt. Die Höhe H der Zahnabschnitte 10A ist jeweils durch ein Maß von einem Zahngrundabschnitt 10B, der zwischen zwei in der Riemenlängsrichtung nebeneinander angeordneten Zahnabschnitten 10A angeordnet ist, zu der Spitze des Zahnabschnitts 10A definiert. Die Höhe H des Zahnabschnitts 10A beträgt zum Beispiel 2,5 mm bis 4,0 mm. Die Breite W der Zahnabschnitte 10A definiert sich jeweils durch ein Maß zwischen den einander nächsten Enden zweier Zahngrundabschnitte 10B, zwischen denen in der Riemenlängsrichtung ein Zahnabschnitt 10A angeordnet ist. Die Breite W des Zahnabschnitts 10A beträgt zum Beispiel 4,5 mm bis 8,0 mm. Die Teilung P der Zahnabschnitte 10A beträgt zum Beispiel 6,0 mm bis 10,0 mm. Der Zahnabschnitt 10A kann auch anders geformt sein, wie zum Beispiel als trapezförmiger Zahn oder als schrägverzahnter Zahn, der sich in einer zu der Riemenquerrichtung schrägen Richtung erstreckt.
Der Zahnriemen B nach der ersten Ausführungsform umfasst einen Riemenkörper 11, einen Zugstrang 12, ein rückseitiges Verstärkungsgewebe 13 und ein Zahnabschnittverstärkungsgewebe 14.
Der Riemenkörper 11 ist aus Kautschuk gebildet und weist einen rückseitigen Kautschukabschnitt 111 und eine Vielzahl von Zahnkautschukabschnitten 112 auf. Der rückseitige Kautschukabschnitt 111 weist eine endlose bandförmige Form auf. Der rückseitige Kautschukabschnitt 111 weist zum Beispiel eine Dicke von 1,5 mm bis 4,0 mm auf. Die vielzähligen Zahnkautschukabschnitte 112 sind an der Innenumfangsseite des rückseitigen Kautschukabschnitts 111 angeordnet und den Zahnabschnitten 10A entsprechend mit vorbestimmten Abständen voneinander beabstandet. Jeder Zahnkautschukabschnitt 112 ist dem Zahnabschnitt 10A entsprechend geformt und einstückig mit der rückseitigen Kautschukabschnitt 111 ausgebildet. Die Höhe h der Zahnkautschukabschnitte 112 ist jeweils durch ein Maß von einem innersten Randabschnitt des in dem rückseitigen Kautschukabschnitt 111 eingebetteten Zugstrangs 12 zu der Spitze des Zahnkautschukabschnitts 112 definiert. Die Höhe h des Zahnkautschukabschnitts 112 beträgt zum Beispiel 2,5 mm bis 4,0 mm.
Der Zugstrang 12 ist in einer innersten Randschicht des rückseitigen Kautschukabschnitts 111 des Riemenkörpers 11 derart eingebettet, dass er sich in der Umfangsrichtung erstreckt und ein spiralförmiges Muster mit einer Teilung in einer Riemenquerrichtung bildet. Der Zugstrang 12 ist aus Zwirn aus Fasern wie z. B. Glasfasern, Aramidfasern, Kohlenstoffasern und Metallfasern gebildet. Der Zugstrang 12 ist vorzugsweise aus S-Garn und Z-Garn gebildet, die als Doppelhelix angeordnet sind, kann aber auch nur aus S-Garn oder nur aus Z-Garn bestehen. Der Zugstrang 12 weist zum Beispiel einen Durchmesser von 0,5 mm bis 2,5 mm auf. Die Zwischenräume zwischen einander in der Riemenquerrichtung benachbarten Abschnitten des Zugstrangs 12 sind ungefähr gleich und betragen zum Beispiel 0,5 mm bis 3,0 mm.
Das rückseitige Verstärkungsgewebe 13 haftet an einer Außenumfangsfläche des rückseitigen Kautschukabschnitts 111 des Riemenkörpers 11, um die Außenumfangsfläche zu bedecken. Das Zahnabschnittverstärkungsgewebe 14 haftet an einer Innenumfangsfläche des Riemenkörpers 11, wo die vielzähligen Zahnkautschukabschnitte 112 vorgesehen sind, um die Innenumfangsfläche zu bedecken. Die mit dem Zahnabschnittverstärkungsgewebe 14 bedeckten Zahnkautschukabschnitte 112 dienen also als Zahnabschnitte 10A. Der in der rückseitigen Kautschukabschnitt 111 des Riemenkörpers 11 eingebettete Zugstrang 12 ist direkt unter dem Zahnabschnittverstärkungsgewebe 14 an dem Zahngrundabschnitt 10B angeordnet.
Das rückseitige Verstärkungsgewebe 13 und das Zahnabschnittverstärkungsgewebe 14 sind aus einem Gewebe, Gewirke, Vlies oder dergleichen gebildet, die zum Beispiel aus Garn aus Nylonfasern (Polyamidfasern), Polyesterfasern, Aramidfasern und Baumwolle bestehen. Vorzugsweise sind das rückseitige Verstärkungsgewebe 13 und das Zahnabschnittverstärkungsgewebe 14 aus einem Gewebe aus Nylonfasern der genannten Fasern gebildet. Vorzugsweise sind das rückseitige Verstärkungsgewebe 13 und das Zahnabschnittverstärkungsgewebe 14 z. B. wie ein Gewebe mit einem wolligen Schussfaden dehnbar. Vorzugsweise werden das rückseitige Verstärkungsgewebe 13 und das Zahnabschnittverstärkungsgewebe 14 zur Haftung an dem Riemenkörper 11 einer oder zwei oder mehreren Arten der folgenden haftvermittelnden Behandlungen unterzogen: einer RFL-Behandlung, bei welcher die Gewebe in einer sogenannten wässrigen RFL-Lösung getränkt und anschließend erhitzt werden; einer tränkenden Behandlung, bei welcher die Gewebe in niederviskoser Kautschuklösung getränkt und anschließend getrocknet werden; und einer Beschichtungsbehandlung, bei welcher hochviskose Kautschuklösung jeweils auf eine Oberfläche der Gewebe aufgebracht wird, die dem Riemenkörper 11 gegenüberliegen wird, und anschließend getrocknet wird. Das rückseitige Verstärkungsgewebe 13 und das Zahnabschnittverstärkungsgewebe 14 können vor der/den haftvermittelnden Behandlung(en) einer Grundbehandlung unterzogen werden, bei welcher die Gewebe in einer Epoxidlösung oder einer Isocyanatlösung getränkt und anschließend erhitzt werden. Das rückseitige Verstärkungsgewebe 13 und das Zahnabschnittverstärkungsgewebe 14 weisen jeweils eine Dicke von zum Beispiel 0,3 mm bis 2 mm auf.
Bei dem Zahnriemen B nach der ersten Ausführungsform ist der Riemenkörper 11 aus einer ersten Kautschukzusammensetzung mit einer relativ hohen Kautschukhärte und einer zweiten Kautschukzusammensetzung mit einer relativ geringen Kautschukhärte gebildet.
Der rückseitige Kautschukabschnitt 111 des Riemenkörpers 11 besteht aus einer Vielzahl von den Zugstrang bedeckenden Kautschukteilen 111a und dem Rest des rückseitigen Kautschukabschnitts 111, der als ein Rückseitenkautschukteil 111b bezeichnet wird. Die vielzähligen den Zugstrang bedeckenden Kautschukteile 111a sind voneinander in der Riemenquerrichtung beabstandet angeordnet. Die vielzähligen den Zugstrang bedeckenden Kautschukteile 111a weisen jeweils einen darin eingebetteten Zugstrang 12 auf und bedecken den Zugstrang 12. Der den Zugstrang bedeckende Kautschukteil 111a ist aus der ersten Kautschukzusammensetzung mit hoher Härte gebildet. Der Rückseitenkautschukteil 111b bildet eine Rückseitenschicht des rückseitigen Kautschukabschnitts 111, und das rückseitige Verstärkungsgewebe 13 haftet an dem Rückseitenkautschukteil 111b. Der Rückseitenkautschukteil 111b ist aus der zweiten Kautschukzusammensetzung mit geringer Härte gebildet.
Die vielzähligen Zahnkautschukabschnitte 112 des Riemenkörpers 11 umfassen jeweils einen inneren Kautschukabschnitt 1121 und einen die Innenumfangsfläche des inneren Kautschukabschnitts 1121 bedeckend angeordneten Oberflächenkautschukabschnitt 1122.
Der innere Kautschukabschnitt 1121 ist aus einer Kautschukschicht von hoher Härte 1121a und einer Kautschukschicht von geringer Härte 1121b gebildet, die in der Riemenquerrichtung abwechselnd angeordnet sind. Die Kautschukschicht von hoher Härte 1121a ist jeweils den den Zugstrang bedeckenden Kautschukteilen 111a des rückseitigen Kautschukabschnitts 111 entsprechend in der Riemenquerrichtung angeordnet. Die Kautschukschicht von hoher Härte 1121a ist aus derselben ersten Kautschukzusammensetzung mit hoher Härte gebildet, die auch den den Zugstrang bedeckenden Kautschukteil lila des rückseitigen Kautschukabschnitts 111 bildet, und hängt somit mit den jeweils entsprechenden den Zugstrang bedeckenden Kautschukteilen 111a zusammen. Die Kautschukschicht von geringer Härte 1121b ist jeweils den Zwischenräumen zwischen den einander in der Riemenquerrichtung benachbarten Abschnitten des Zugstrangs 12 entsprechend angeordnet. Die Kautschukschicht von geringer Härte 1121b ist aus derselben zweiten Kautschukzusammensetzung mit geringer Härte ausgebildet, die auch den Rückseitenkautschukteil 111b des rückseitigen Kautschukabschnitts 111 bildet, und hängt somit mit dem Rückseitenkautschukteil 111b zusammen. Außerdem sind alle Kautschukschichten von geringer Härte 1121b über den Rückseitenkautschukteil 111b miteinander verbunden. Die Kautschukschichten von hoher Härte 1121a und die Kautschukschichten von geringer Härte 1121b können in der Riemendickenrichtung im entlang der Riemenquerrichtung gesehenen Querschnitt jeweils eine ungefähr gleichmäßige Dicke aufweisen. Die Kautschukschicht von hoher Härte 1121a weist zum Beispiel eine Dicke von 0,5 mm bis 3,0 mm auf. Die Kautschukschicht von geringer Härte 1121b weist zum Beispiel eine Dicke von 0,5 mm bis 3,0 mm auf.
Die Kautschukschicht von geringer Härte 1121b ist so ausgebildet, dass sie von dem Zwischenraum zwischen den in der Riemenquerrichtung benachbarten Abschnitten des Zugstrangs 12 in Richtung der Innenumfangsseite des Riemens ragt. Vorzugsweise weist die Kautschukschicht von geringer Härte 1121b dem Zahnkautschukabschnitt 112 entsprechend in der Längsrichtung des Riemens eine halbkreisförmige Querschnittsform auf. Das durchschnittliche Maß von dem innersten Randabschnitt des in dem rückseitigen Kautschukabschnitt 111 eingebetteten Zugstrangs 12 zu der Oberseite der Kautschukschicht von geringer Härte 1121b beträgt bezogen auf die Höhe h des Zahnkautschukabschnitts 112 bevorzugt 30 % oder mehr, weiter bevorzugt 50 % oder mehr und noch weiter bevorzugt 70 % oder mehr, um eine hohe Belastbarkeit und gute Stoßfestigkeit zu erreichen, wie an späterer Stelle beschrieben wird.
Der Oberflächenkautschukabschnitt 1122 ist aus derselben ersten Kautschukzusammensetzung von hoher Härte gebildet, die auch den den Zugstrang bedeckenden Kautschukteil lila und die Kautschukschicht von hoher Härte 1121a bildet, und hängt somit mit der Kautschukschicht von hoher Härte 1121a des inneren Kautschukabschnitts 1121 zusammen. Alle den Zugstrang bedeckenden Kautschukteile 111a und die Kautschukschichten von hoher Härte 1121a sind über den Oberflächenkautschukabschnitt 1122 miteinander verbunden. Der Oberflächenkautschukabschnitt 1122 weist zum Beispiel eine Dicke von 0,5 mm bis 4,0 mm auf.
Die erste und die zweite Kautschukzusammensetzung sind aus Kautschukzusammensetzungen gebildet, die hergestellt werden, indem eine erste bzw. eine zweite nicht vernetzte Kautschukzusammensetzung, die durch Mischen einer Kautschukkomponente und verschiedener Mischungsbestandteile hergestellt ist, erhitzt und gepresst und dadurch mittels eines Vernetzungsmittels vernetzt wird.
Beispiele für die Kautschukkomponente der ersten und der zweiten Kautschukzusammensetzung umfassen: hydrierten Acrylnitril-Kautschuk (im Folgenden als „H-NBR“ bezeichnet; mit feinverteilten ungesättigten Metallsalzen, wie z. B. Zinkmethacrylat verstärkten H-NBR (im Folgenden als „verstärkter H-NBR“ bezeichnet); chlorsulfonierten Polyethylen-Kautschuk; Chloropren-Kautschuk; und Ethylen-α-Olefin-Elastomer, wie z. B. Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymer (EPDM). Vorzugsweise werden eine oder zwei oder mehr Arten dieser Substanzen als Kautschukkomponente verwendet. Vorzugsweise enthalten die erste und die zweite Kautschukzusammensetzung die gleiche Kautschukkomponente. Vorzugsweise enthalten die Kautschukkomponenten der ersten und der zweiten Kautschukzusammensetzung H-NBR und/oder verstärkten H-NBR. Weiter bevorzugt ist die Kautschukkomponente der ersten Kautschukzusammensetzung mit hoher Härte aus einem Gemisch aus H-NBR und verstärktem H-NBR gebildet und die Kautschukkomponente der zweiten Kautschukzusammensetzung mit geringer Härte nur aus H-NBR gebildet.
Beispiele für die Mischungsbestandteile umfassen einen Verarbeitungshilfsstoff, einen Vulkanisationsbeschleuniger, ein Antioxidationsmittel, ein Verstärkungsmaterial, einen Weichmacher, einen Co-Vernetzer, Kurzfasern und einen Vernetzer.
Beispiele für den Verarbeitungshilfsstoff umfassen Stearinsäure, Polyethylenwachs und ein Fettsäure-Metallsalz. Vorzugsweise werden eine oder zwei oder mehr Arten dieser Substanzen als Verarbeitungshilfsstoff verwendet. Der Anteil des Verarbeitungshilfsstoffs beträgt bezogen auf 100 Massenteile der Kautschukkomponente zu Beispiel 0,3 Massenteile oder mehr und 0,7 Massenteile oder weniger.
Beispiele für den Vulkanisationsbeschleuniger umfassen zum Beispiel ein Metalloxid, wie z. B. ein Zinkoxid (Zinkweiß) und ein Magnesiumoxid, ein Metallcarbonat, eine Fettsäure sowie ein Derivat derselben. Vorzugsweise werden eine Art oder zwei oder mehr Arten dieser Substanzen als Vulkanisationsbeschleuniger verwendet. Der Anteil des Vulkanisationsbeschleunigers beträgt bezogen auf 100 Massenteile der Kautschukkomponente zum Beispiel 3 Massenteile oder mehr und 15 Massenteile oder weniger.
Beispiele für das Antioxidationsmittel umfassen Antioxidationsmittel auf Benzimidazolbasis, sekundäre aromatische Antioxidationsmittel auf Aminbasis und Antioxidationsmittel auf Amin-Keton-Basis. Vorzugsweise werden eine Art oder zwei oder mehr Arten dieser Substanzen als Antioxidationsmittel verwendet. Der Anteil des Antioxidationsmittels beträgt bezogen auf 100 Massenteile der Kautschukkomponente zum Beispiel 1,5 Massenteile oder mehr und 3,5 Massenteile oder weniger.
Beispiele für das Verstärkungsmaterial umfassen Ruß, Calciumcarbonat und Siliciumdioxid. Vorzugsweise werden eine Art oder zwei oder mehr Arten dieser Substanzen als Verstärkungsmaterial verwendet. Beispiele für den Ruß umfassen: Kanalruß; Ofenruß, wie z. B. SAF, ISAF, N-339, HAF, N-351, MAF, FEF, SRF, GPF, ECF und N-234; Thermalruß, wie z. B. FT und MT; und Acetylenruß. Vorzugsweise werden eine Art oder zwei oder mehr Arten dieser Substanzen als Ruß verwendet. Der Anteil des Rußes beträgt bezogen auf 100 Massenteile der Kautschukkomponente zum Beispiel 0,1 Massenteile oder mehr und 50 Massenteile oder weniger. Wenn Calciumcarbonat als Verstärkungsmaterial verwendet wird, beträgt der Anteil des Verstärkungsmaterials bezogen auf 100 Massenteile der Kautschukkomponente zum Beispiel 5 Massenteile oder mehr und 15 Massenteile oder weniger. Wird Siliciumdioxid als Verstärkungsmaterial verwendet, beträgt der Anteil des Verstärkungsmaterials bezogen auf 100 Massenteile der Kautschukkomponente zum Beispiel 10 Massenteile oder mehr und 30 Massenteile oder weniger.
Beispiele für den Weichmacher umfassen Polyetherester, Dialkylsebacat, wie z. B. Dioctylsebacat (DOS), Dialkylphthalat, wie z. B. Dibutylphthalat (DBP) und Dioctylphthalat (DOP), und Dialkyladipat, wie z. B. Dioctyladipat (DOA). Vorzugsweise werden eine Art oder zwei oder mehr Arten dieser Substanzen als Weichmacher verwendet. Der Anteil des Weichmachers beträgt bezogen auf 100 Massenteile der Kautschukkomponente zum Beispiel 3 Massenteile oder mehr und 15 Massenteile oder weniger.
Beispiele für den Co-Vernetzer umfassen Trimethylolpropantrimethacrylat, m-Phenylendimaleimid, Zinkdimethacrylat und Triallylisocyanurat. Vorzugsweise werden eine Art oder zwei oder mehr Arten dieser Substanzen als Co-Vernetzer verwendet. Der Anteil des Co-Vernetzers beträgt bezogen auf 100 Massenteile der Kautschukkomponente zum Beispiel 1 Massenteil oder mehr und 8 Massenteile oder weniger.
Beispiele für Kurzfasern umfassen Aramid-Kurzfasern, Nylon-Kurzfasern und Polyester-Kurzfasern. Die Kurzfasern weisen zum Beispiel eine Länge von 1 mm bis 3 mm auf. Vorzugsweise werden eine Art oder zwei oder mehr Arten dieser Fasern als Kurzfasern verwendet. Der Anteil der Kurzfasern beträgt bezogen auf 100 Massenteile der Kautschukkomponente zum Beispiel 1 Massenteil oder mehr und 5 Massenteile oder weniger.
Beispiele für den Vernetzer umfassen Schwefel und organisches Peroxid. Es kann nur Schwefel, nur organisches Peroxid oder eine Kombination aus beiden als Vernetzer verwendet werden. Unter diesen Substanzen wird bevorzugt eine Kombination aus Schwefel und organischem Peroxid verwendet. Dabei beträgt der Anteil an Schwefel als Vernetzer bezogen auf 100 Massenteile der Kautschukkomponente 0,1 Massenteile oder mehr und 0,7 Massenteile oder weniger und der Anteil an organischem Peroxid als Vernetzer bezogen auf 100 Massenteile der Kautschukkomponente 2 Massenteile oder mehr und 5 Massenteile oder weniger.
Die Härte der ersten Kautschukzusammensetzung ist höher als die der zweiten Kautschukzusammensetzung. Die Härte der ersten Kautschukzusammensetzung beträgt vorzugsweise 85 H_A oder mehr und 95 H_A oder weniger und weiter bevorzugt 88 H_A oder mehr und 94 H_A oder weniger, um eine hohe Belastbarkeit und gute Stoßfestigkeit zu erzielen, wie an späterer Stelle beschrieben wird. Die Härte der zweiten Kautschukzusammensetzung beträgt vorzugsweise 50 H_A oder mehr und 80 H_A oder weniger und weiter bevorzugt 65 H_A oder mehr und 75 H_A oder weniger, um die gleichen Wirkungen zu erzielen. Die Differenz zwischen der Härte der ersten Kautschukzusammensetzung und der Härte der zweiten Kautschukzusammensetzung beträgt vorzugsweise 5 H_A oder mehr und 45 H_A oder weniger und weiter bevorzugt 13 H_A oder mehr und 29 H_A oder weniger, um die gleichen Wirkungen zu erzielen. Das Verhältnis der Härte der ersten Kautschukzusammensetzung zu der Härte der zweiten Kautschukzusammensetzung beträgt vorzugsweise 1,1 oder mehr und 1,9 oder weniger, weiter bevorzugt 1,2 oder mehr und 1,5 oder weniger und noch weiter bevorzugt 1,2 oder mehr und 1,4 oder weniger, um die gleichen Wirkungen zu erzielen.
Die Zugfestigkeit T_B der ersten Kautschukzusammensetzung in der Faserrichtung beträgt bei 25 °C vorzugsweise 20 MPa oder mehr und 40 MPa oder weniger und weiter bevorzugt 25 MPa oder mehr und 35 MPa oder weniger, um eine hohe Belastbarkeit und eine gute Stoßfestigkeit zu erzielen, wie an späterer Stelle beschrieben wird. Die Zugfestigkeit T_B der zweiten Kautschukzusammensetzung in der Faserrichtung beträgt bei 25 °C vorzugsweise 15 MPa oder mehr und 35 MPa oder weniger und weiter bevorzugt 20 MPa oder mehr und 30 MPa oder weniger, um die gleichen Wirkungen zu erzielen. Vorzugsweise ist die Zugfestigkeit T_B der ersten Kautschukzusammensetzung höher als die der zweiten Kautschukzusammensetzung.
Die Dehnbarkeit E_B der ersten Kautschukzusammensetzung in der Faserrichtung beträgt bei at 25 °C vorzugsweise 100 % oder mehr und 300 % oder weniger und weiter bevorzugt 150 % oder mehr und 250 % oder weniger, um eine hohe Belastbarkeit und eine gute Stoßfestigkeit zu erzielen, wie an späterer Stelle beschrieben wird. Die Dehnbarkeit E_B der zweiten Kautschukzusammensetzung in der Faserrichtung beträgt bei 25 °C vorzugsweise 350 % oder mehr und 550 % oder weniger und weiter bevorzugt 400 % oder mehr und 500 % oder weniger, um die gleichen Wirkungen zu erzielen. Vorzugsweise ist die Dehnbarkeit E_B der ersten Kautschukzusammensetzung geringer als die der zweiten Kautschukzusammensetzung.
Die 100%ige Zugspannung M₁₀₀ der ersten Kautschukzusammensetzung in der Faserrichtung beträgt bei 25 °C vorzugsweise 10 MPa oder mehr und 30 MPa oder weniger und weiter bevorzugt 15 MPa oder mehr und 25 MPa oder weniger, um eine hohe Belastbarkeit und eine gute Stoßfestigkeit zu erzielen, wie an späterer Stelle beschrieben wird. The 100%ige Zugspannung M₁₀₀ der zweiten Kautschukzusammensetzung in der Faserrichtung beträgt bei 25 °C vorzugsweise 1,5 MPa oder mehr und 5,5 MPa oder weniger und weiter bevorzugt 2,5 MPa oder mehr und 4,5 MPa oder weniger, um die gleichen Wirkungen zu erzielen. Vorzugsweise ist die 100%ige Zugspannung M₁₀₀ der ersten Kautschukzusammensetzung höher als die der zweiten Kautschukzusammensetzung.
Die Härte der ersten und der zweiten Kautschukzusammensetzung wird jeweils mittels eines Typ-A-Durometers gemäß JIS K 6253 gemessen. Die Zugspannung T_B, die Dehnbarkeit E_B und die 100%ige Zugspannung M₁₀₀ in der Faserrichtung der ersten und der zweiten Kautschukzusammensetzung werden jeweils durch eine Zugprüfung gemäß JIS K 6301 gemessen.
Der Zahnriemen B nach der ersten Ausführungsform wird zum Beispiel in einem Kraftfahrzeugmotor als Kraftübertragungselement verwendet, das zur Übertragung der Kraft einer Kurbelwellenriemenscheibe auf eine Riemenscheibe einer obenliegenden Nockenwelle auf die Kurbelwellenriemenscheibe und die Riemenscheibe der obenliegenden Nockenwelle gewickelt ist.
Es besteht ein Bedarf nach einer Verkleinerung von Kraftfahrzeugmotoren, und Zahnriemen benötigen eine schmalere Breite, um diesem Bedarf gerecht zu werden. Ein derartiger Zahnriemen mit einer schmaleren Breite muss eine hohe Belastbarkeit und eine hohe Stoßfestigkeit aufweisen, die denen des Zahnriemens vor der Breitenreduzierung entsprechen. Zur Erfüllung dieser Anforderung umfasst der Zahnkautschukabschnitt 112 des Zahnriemens B nach der ersten Ausführungsform den inneren Kautschukabschnitt 1121, in welchem die Kautschukschicht von hoher Härte 1121a (die aus der ersten Kautschukzusammensetzung mit relativ hoher Härte gebildet ist) und die Kautschukschicht von geringer Härte 1121b (die aus der zweiten Kautschukzusammensetzung mit relativ geringer Härte gebildet ist) in der Riemenquerrichtung abwechselnd angeordnet sind. Des Weiteren ist die Oberflächenkautschukabschnitt 1122, die so angeordnet ist, dass sie die Innenumfangsfläche des inneren Kautschukabschnitts 1121 bildet, aus der ersten Kautschukzusammensetzung mit relativ hoher Härte gebildet, bei der es sich um dieselbe Kautschukzusammensetzung handelt, die auch die Kautschukschicht von hoher Härte 1121a bildet. Durch diese Ausgestaltung kann der Zahnriemen B der ersten Ausführungsform hohe Belastbarkeit und hohe Stoßfestigkeit aufweisen. Der Zahnriemen B kann diese Vorteile aufweisen, da der Oberflächenkautschukabschnitt 1122 mit einer hohen Härte die Verformbarkeit des Zahnkautschukabschnitts 112 verringert und somit einen Verformungsausschlag der Zahnkautschukabschnitt 112 verhindern kann, der unmittelbar zu einem Zahnriss führen könnte, und da die innere Kautschukabschnitt 1121 eine abwechselnd geschichtete Struktur aufweist (in welcher die Kautschukschicht von hoher Härte 1121a und die Kautschukschicht von geringer Härte 1121b abwechselnd angeordnet sind), was die Verformbarkeit des inneren Kautschukabschnitts 1121 infolge der Verformung des Zahnkautschukabschnitts 112 erhöht, zu einer gleichmäßigen Verteilung der auf den Zahnkautschukabschnitt 112 wirkenden Last beiträgt und somit Belastungsausschläge verhindert, welche unmittelbar zu einem Zahnriss führen könnten.
Ein Herstellungsverfahren des Zahnriemens B nach der ersten Ausführungsform wird mit Bezug auf 7 und 8A bis 8D beschrieben.
Ein Herstellungsverfahren für den Zahnriemen B nach der ersten Ausführungsform umfasst einen Materialvorbereitungsschritt, einen Formgebungsschritt, einen Vernetzungsschritt und einen Endbearbeitungsschritt.
<Materialvorbereitungsschritt>
Eine vorbestimmte Kautschukkomponente wird mastiziert. Dieser Kautschukkomponente werden verschiedene Mischungsbestandteile beigegeben und verknetet, wodurch eine erste nicht vernetzte Kautschukzusammensetzung gewonnen wird, welche die erste Kautschukzusammensetzung mit relativ hoher Härte darstellt. Die resultierende erste nicht vernetzte Kautschukzusammensetzung wird durch Kalandrieren zu einer bahnförmigen ersten nicht vernetzten Kautschukzusammensetzung 151 geformt.
Eine vorbestimmte Kautschukkomponente wird auf die gleiche Weise mastiziert. Dieser Kautschukkomponente werden verschiedene Mischungsbestandteile beigegeben und verknetet, wodurch eine zweite nicht vernetzte Kautschukzusammensetzung gewonnen wird, welche die zweite Kautschukzusammensetzung mit relativ geringer Härte darstellt. Die resultierende zweite nicht vernetzte Kautschukzusammensetzung wird durch Kalandrieren zu einer bahnförmigen zweiten nicht vernetzten Kautschukzusammensetzung 152 geformt.
Der Zugstrang 12, das rückseitige Verstärkungsgewebe 13 und das Zahnabschnittverstärkungsgewebe 14 werden jeweils einer haftvermittelnden Behandlung unterzogen. Das rückseitige Verstärkungsgewebe 13 und das Zahnabschnittverstärkungsgewebe 14 werden jeweils in eine zylindrische Form gebracht.
<Formgebungsschritt>
7 zeigt ein Riemenformwerkzeug 20.
Das Riemenformwerkzeug 20 ist zylindrisch und weist eine Außenumfangsfläche auf, die mit einer Vielzahl von Zahnabschnittbildungsnuten 21 versehen ist, die sich in einer axialen Richtung des Formwerkzeugs 20 erstrecken und in einer Umfangsrichtung des Formwerkzeugs 20 voneinander beabstandet angeordnet sind.
Wie 8A zeigt, wird das zylindrische Zahnabschnittverstärkungsgewebe 14 auf dem Außenumfang des Riemenformwerkzeugs 20 angebracht. Der Zugstrang 12 wird spiralförmig auf das Zahnabschnittverstärkungsgewebe 14 gewickelt. Um die Zwischenräume zwischen benachbarten Abschnitten des Zugstrangs 12 ungefähr gleich auszubilden, wenn der Zugstrang 12 aus einem S-Garn und einem Z-Garn gebildet ist, können die Abstände zwischen den Mitten des S-Garns und des Z-Garns einheitlich ausgebildet sein und das S-Garn und das Z-Garn jeweils in Form einer Doppelhelix gewickelt sein, deren Teilung dem Zweifachen des Abstands zwischen den Mitten der Garne entspricht. Wenn der Zugstrang 12 nur aus S-Garn oder nur aus Z-Garn gebildet ist, kann das S-Garn oder das Z-Garn in Form einer Helix mit einer regelmäßigen Teilung gewickelt werden.
Die bahnförmige erste nicht vernetzte Kautschukzusammensetzung 151 und die bahnförmige zweite nicht vernetzte Kautschukzusammensetzung 152 werden aufeinanderfolgend aufgewickelt. Vorzugsweise wird die erste nicht vernetzte Kautschukzusammensetzung 151 mit einer größeren Dicke aufgewickelt als die zweite nicht vernetzte Kautschukzusammensetzung, um eine hohe Belastbarkeit und eine gute Stoßfestigkeit zu erzielen. Das Verhältnis des Volumens der ersten nicht vernetzten Kautschukzusammensetzung 151 zu dem Volumen der zweiten nicht vernetzten Kautschukzusammensetzung 152 beträgt vorzugsweise 1 oder mehr und weiter bevorzugt 1,5 oder mehr und vorzugsweise 3,5 oder weniger und weiter bevorzugt 2,5 oder weniger, um die gleichen Wirkungen zu erzielen. Vorzugsweise sind die bahnförmige erste und die bahnförmige zweite nicht vernetzte Kautschukzusammensetzungen 151, 152 so angeordnet, dass ihre Faserrichtung der Riemenlängsrichtung entspricht.
Anschließend wird darauf ein zylindrisches rückseitiges Verstärkungsgewebe 13 platziert, um auf dem Riemenformwerkzeug 20 einen nicht vernetzten Rohling S' zu bilden.
<Vernetzungsschritt>
Wie 8B zeigt, wird eine Kautschukhülse 32 auf dem auf dem Riemenformwerkzeug 20 gebildeten nicht vernetzten Rohling S' angebracht. Das Riemenformwerkzeug 20 wird mit der Kautschukhülse 22 in einem Vulkanisator platziert, und der Vulkanisator wird abgedichtet. Der Vulkanisator ist mit heißem Hochdruckdampf gefüllt, und das Riemenformwerkzeug 20 mit der Kautschukhülse 22 verbleibt für eine vorbestimmte Formdauer in dem Vulkanisator. Durch Anpressen des nicht vernetzten Rohlings S' an das Riemenformwerkzeug 20 und derartiges Erhitzen des nicht vernetzten Rohling S' treten die erste und die zweite nicht vernetzte Kautschukzusammensetzung 151, 152 durch die Zwischenräume zwischen den benachbarten Abschnitten des Zugstrangs 12 hindurch, pressen den Abschnitt, der den Zahnabschnitt verstärkt, gemäß 8C an und fließen in die vielzähligen Zahnabschnittbildungsnuten 21 des Riemenformwerkzeugs 20 und werden vernetzt. Hierbei werden der Zugstrang 12, das rückseitige Verstärkungsgewebe 13 und das Zahnabschnittverstärkungsgewebe 14 zusammengeschlossen und miteinander vereint und bilden schließlich einen in 8D gezeigten zylindrischen Riemenrohling S.
Vorzugsweise ist die Mooney-Viskosität der ersten nicht vernetzten Kautschukzusammensetzung 151 bei 100 °C größer als die der zweiten nicht vernetzten Kautschukzusammensetzung 152, damit die erste und die zweite nicht vernetzte Kautschukzusammensetzung 151, 152 gemäß 8C fließfähig sind. Die Mooney-Viskosität der ersten nicht vernetzten Kautschukzusammensetzung 151 beträgt bei 100 °C vorzugsweise 40 ML₁₊₄(100 °C) oder mehr und weiter bevorzugt 50 ML₁₊₄(100 °C) oder mehr und vorzugsweise 70 ML₁₊₄(100 °C) oder weniger und weiter bevorzugt 60 ML₁₊₄(100 °C) oder weniger. Die Mooney-Viskosität der zweiten nicht vernetzten Kautschukzusammensetzung 152 beträgt bei 100 °C vorzugsweise 20 ML₁₊₄(100 °C) oder mehr und weiter bevorzugt 30 ML₁₊₄(100 °C) oder mehr und vorzugsweise 60 ML₁₊₄(100 °C) oder weniger und weiter bevorzugt 50 ML₁₊₄(100 °C) oder weniger. Das Verhältnis der Mooney-Viskosität der ersten nicht vernetzten Kautschukzusammensetzung 151 bei 100 °C zu jener der zweiten nicht vernetzten Kautschukzusammensetzung 152 bei 100 °C ist vorzugsweise größer als 1 und 2,0 oder weniger und weiter bevorzugt 1,5 oder weniger. Die Mooney-Viskosität wird gemäß JIS K 6300 gemessen.
<Endbearbeitungsschritt>
Der Druck in dem Innenraum des Vulkanisators wird zum Öffnen des Vulkanisators verringert. Der zwischen dem Riemenformwerkzeug 20 und der Kautschukhülse 22 gebildete Riemenrohling S wird entnommen. Der Riemenrohling S wird in Ringe von vorbestimmter Breite geschnitten, um einen Zahnriemen B zu erhalten.
(Zweite Ausführungsform)
9 und 10 zeigen einen Zahnriemen B nach einer zweiten Ausführungsform. Zur Kennzeichnung von Elementen, die denen in der ersten Ausführungsform entsprechen, wurden die gleichen Bezugszeichen wie in der ersten Ausführungsform verwendet.
Der Zahnriemen B nach der zweiten Ausführungsform ist derart ausgestaltet, dass der Zwischenraum zwischen einander in der Riemenquerrichtung benachbarten Abschnitten des Zugstrangs 12 einen relativ kleinen Zwischenraum und einen relativ großen Zwischenraum umfasst. Konkret sind der relativ kleine Zwischenraum und der relativ große Zwischenraum zwischen den Abschnitten des Zugstrangs 12 in der Riemenquerrichtung abwechselnd angeordnet. An dem relativ kleinen Zwischenraum zwischen den Abschnitten des Zugstrangs 12 ist der den Zugstrang bedeckende Kautschukteil lila des rückseitigen Kautschukabschnitts 111 so ausgestaltet, dass zwei einander in der Riemenquerrichtung benachbarte Abschnitte des Zugstrangs 12 darin eingebettet sind und der kleine Zwischenraum zwischen diesen angeordnet ist und dass er die zwei Abschnitte des Zugstrangs 12 bedeckt. An dem relativ großen Zwischenraum zwischen den Abschnitten des Zugstrangs 12 ist die Kautschukschicht von geringer Härte 1121b des inneren Kautschukabschnitts 1121 des Zahnkautschukabschnitt 112 so ausgebildet, dass sie im in der Querrichtung des Riemens gesehenen Querschnitt von dem relativ großen Zwischenraum in Richtung der Innenumfangsseite des Riemens ragt. Bei dem Zahnriemen B der zweiten Ausführungsform ist die Kautschukschicht von hoher Härte 1121a also im Gegensatz zur Kautschukschicht von geringer Härte 1121b mit dem relativ kleinen Zwischenraum zwischen den Abschnitten des Zugstrangs 12 entsprechend vorgesehen, während die Kautschukschicht von geringer Härte 1121b dem relativ großen Zwischenraum zwischen den Abschnitten des Zugstrangs 12 entsprechend vorgesehen ist. Der relativ kleine Zwischenraum zwischen den Abschnitten des Zugstrangs 12 weist zum Beispiel eine Dicke von 0,01 mm bis 0,5 mm auf. Der relativ große Zwischenraum zwischen den Abschnitten des Zugstrangs 12 weist zum Beispiel eine Dicke von 0,5 mm bis 1,5 mm auf. Das Verhältnis des relativ großen Zwischenraums zu dem relativ kleinen Zwischenraum zwischen den Abschnitten des Zugstrangs 12 beträgt vorzugsweise 0,6 oder mehr und 100 oder weniger.
Zu dem wie vorstehend beschrieben ausgestalteten Zahnriemen B der zweiten Ausführungsform gelangt man, indem bei der Ausbildung des nicht vernetzten Rohlings S' der Zugstrang 12 aus S-Garn und Z-Garn gebildet wird und der Abstand zwischen den Mitten des S-Garns und des Z-Garns einheitlich gestaltet wird und das S-Garn und das Z-Garn jeweils in Form einer Doppelhelix mit einer Teilung gewickelt werden, die mehr als das Zweifache des Abstandes zwischen den Mitten der Garne beträgt. Somit bestehen die beiden Abschnitte des Zugstrangs 12, die mit demselben den Zugstrang bedeckenden Kautschukteil lila bedeckt sind, hier aus dem S-Garn und dem Z-Garn.
Die weiteren Merkmalen und Vorteile entsprechen jenen der ersten Ausführungsform.
(Weitere Ausführungsformen)
Die erste und die zweite Ausführungsform veranschaulichen als nicht einschränkendes Beispiel die Ausgestaltung, bei welcher die Dicke der Kautschukschicht von hoher Härte 1121a und der Kautschukschicht von geringer Härte 1121b im entlang der Querrichtung des Riemens gesehenen Querschnitt jeweils ungefähr einheitlich ist. Wie die der ersten Ausführungsform entsprechende 11A und die der zweiten Ausführungsform entsprechende 11B zeigen, können die Kautschukschicht von hoher Härte 1121a und die Kautschukschicht von geringer Härte 1121b jeweils so ausgestaltet sein, dass die Dicke im entlang der Querrichtung des Riemens gesehenen Querschnitt tropfenförmig ist, wobei die Breite im Querschnitt entlang der Riemendickenrichtung von einer Basis ausgehend allmählich ansteigt und an der Spitze scharf abnimmt. Eine solche Gestalt ist erzielbar, indem das Gemisch der ersten und der zweiten nicht vernetzten Kautschukzusammensetzung verändert und dadurch deren Fließfähigkeit angepasst wird.
Die erste Ausführungsform veranschaulicht als nicht einschränkendes Beispiel die Ausgestaltung, bei welcher die Kautschukschichten von geringer Härte 1121b allen Zwischenräumen zwischen benachbarten Abschnitten des Zugstrangs 12 entsprechend vorgesehen sind. Wie 12 zeigt, müssen die Kautschukschichten von geringer Härte 1121b jedoch nicht an allen Zwischenräumen zwischen den benachbarten Abschnitten des Zugstrangs 12 vorgesehen sein.
Die erste und die zweite Ausführungsform veranschaulichen die Ausgestaltung mit dem rückseitigen Verstärkungsgewebe 13 als nicht einschränkendes Beispiel. Das rückseitige Verstärkungsgewebe 13 muss nicht vorgesehen sein, und der rückseitige Kautschukabschnitt 111 kann freiliegen.
[Beispiele]
[Nicht vernetzte Kautschukzusammensetzung]
Es wurden eine erste und eine zweite nicht vernetzte Kautschukzusammensetzung hergestellt, bei welchen es sich um die erste Kautschukzusammensetzung mit hoher Härte bzw. um die zweite Kautschukzusammensetzung mit geringer Härte handelt. Jeweilige Bestandteile der nicht vernetzten Kautschukzusammensetzungen sind auch in Tabelle 1 gezeigt.
(Erste nicht vernetzte Kautschukzusammensetzung)
Als eine Kautschukkomponente wurden 60 Gew.-% H-NBR 1 (hergestellt durch Zeon Corporation, Handelsname: Zetpol 2000) und 40 Gew.-% verstärkter H-NBR (hergestellt durch Zeon Corporation, Handelsname: Zeoforte ZSC2195CX) in einer Kammer eines Banbury-Innenmischers platziert und darin mastiziert. Bezogen auf 100 Massenteile dieser Kautschukkomponente wurden 5 Massenteile Zinkoxid als Vulkanisationsbeschleuniger, 2,5 Massenteile Antioxidationsmittel, 20 Massenteile Ruß als Verstärkungsmaterial, 20 Massenteile Siliciumdioxid als Verstärkungsmaterial, 5 Massenteile Weichmacher, 6 Massenteile Co-Vernetzer, 3 Massenteile Aramid-Kurzfasern (1 mm), 0,3 Massenteile Schwefel als Vernetzer und 3,2 Massenteile organisches Peroxid als Vernetzer zugegeben und verknetet, um die erste nicht vernetzte Kautschukzusammensetzung herzustellen.
(Zweite nicht vernetzte Kautschukzusammensetzung)
Ein H-NBR (hergestellt durch Zeon Corporation, Handelsname: Zetpol 2000) wurde als Kautschukkomponente in einer Kammer eines Banbury-Innenmischers platziert und darin mastiziert. Bezogen auf 100 Massenteile dieser Kautschukkomponente wurden 0,5 Massenteile Verarbeitungshilfsstoff, 10 Massenteile Zinkoxid als Vulkanisationsbeschleuniger, 2,5 Massenteile Antioxidationsmittel, 40 Massenteile Ruß als Verstärkungsmaterial, 10 Massenteile Calciumcarbonat als Verstärkungsmaterial, 10 Massenteile Weichmacher, 3 Massenteile Co-Vernetzer, 0,5 Massenteile Schwefel als Vernetzer und 3,2 Massenteile organisches Peroxid als Vernetzer zugegeben und verknetet, um die zweite nicht vernetzte Kautschukzusammensetzung herzustellen.

[Tabelle 1]

	Erste nicht vernetzte Kautschukzusammensetzung	Zweite nicht vernetzte Kautschukzusammensetzung
H-NBR	60	100
Verstärkter H-NBR	40
Stearinsäure		0,5
Zinkoxid	5	10
Antioxidationsmittel	2,5	2,5
Ruß	20	40
Calciumcarbonat		10
Calciumdioxid	20
Weichmacher	5	10
Co-Vernetzer	6	3
Aramid-Kurzfasern	3
Schwefel	0.3	0,5
Organisches Peroxid	3.2	3.2

[Zahnriemen]
Zahnriemen des folgenden Beispiels und der folgenden Vergleichsbeispiele 1 und 2 wurden hergestellt. Die jeweiligen Bestandteile der Zahnriemen sind auch in Tabelle 2 gezeigt.
(Beispiel)
Die erste und die zweite nicht vernetzte Kautschukzusammensetzung wurden durch Kalandrieren zu einer Bahn geformt. Ein Zahnriemen, welcher mit der Ausnahme, dass der Zahnriemen kein rückseitiges Verstärkungsgewebe umfasste, die gleiche Ausgestaltung wie der Zahnriemen der ersten Ausführungsform aufwies, wurde unter Verwendung der ersten und der zweiten bahnförmigen nicht vernetzten Kautschukzusammensetzung (67 Vol.-% der ersten nicht vernetzten Kautschukzusammensetzung und 33 Vol.-% der zweiten nicht vernetzten Kautschukzusammensetzung) hergestellt. Dieser Zahnriemen wurde als Beispiel bezeichnet.
Der Zahnriemen des Beispiels wies eine Länge von 1381 mm, eine Breite von 25 mm und eine Dicke von 6,3 mm auf. Die Zahnhöhe H betrug 3,5 mm; die Zahnbreite W betrug 7,4 mm; und die Zahnteilung P betrug 9,525 mm. Die Höhe h des Zahnkautschukabschnitts betrug 3,0 mm. Die Dicke der Kautschukschicht von hoher Härte betrug durchschnittlich 1,5 mm und die Dicke der Kautschukschicht von geringer Härte betrug durchschnittlich 1,5 mm. Die Dicke des Oberflächenkautschukabschnitts betrug durchschnittlich 1,0 mm. Das Maß von dem innersten Randabschnitt des Zugstrangs zu der Oberseite der Kautschukschicht von geringer Härte betrug bezogen auf die Höhe h des Zahnkautschukabschnitts durchschnittlich 67 %.
Zwirn aus Glasfasern, welches einer haftvermittelnden Behandlung unterzogen worden war, wurde als Zugstrang verwendet. Ein Gewebe aus Nylon-6,6-Fasern, welches einer haftvermittelnden Behandlung unterzogen worden war, wurde als Zahnabschnittverstärkungsgewebe verwendet.
(Vergleichsbeispiele 1 und 2)
Es wurde ein Zahnriemen hergestellt, der mit der Ausnahme, dass der Riemenkörper nur aus der bahnförmigen ersten nicht vernetzten Kautschukzusammensetzung bestand, die gleiche Ausgestaltung wie der Zahnriemen des Beispiels aufwies. Dieser Zahnriemen wurde als Vergleichsbeispiel 1 bezeichnet. Es wurde ein Zahnriemen hergestellt, der mit der Ausnahme, dass der Riemenkörper nur aus der bahnförmigen zweiten nicht vernetzten Kautschukzusammensetzung bestand, die gleiche Ausgestaltung wie der Zahnriemen des Beispiels aufwies. Dieser Zahnriemen wurde als Vergleichsbeispiel 2 bezeichnet.

[Tabelle 2]

	Beispiel	Vergleichsbeispiel 1	Vergleichsbeispiel 2
Riemenkörper	Erste Kautschukzusammensetzung Zweite Kautschukzusammensetzung	Erste Kautschukzusammensetzung	Zweite Kautschukzusammensetzung
Zugstrang	Glasfaserzwirn	Glasfaserzwirn	Glasfaserzwirn
Zahnabschnittverstärkungsgewebe	Nylon-6,6-Gewebe	Nylon-6,6-Gewebe	Nylon-6,6-Gewebe

[Prüfverfahren]
(Materialprüfung)
<Mooney-Viskosität>
Die jeweilige Mooney-Viskosität der ersten und der zweiten nicht vernetzten Kautschukzusammensetzung bei 100 °C wurde gemäß JIS K 6300 gemessen.
<Härte>
Die jeweilige Härte der ersten und der zweiten Kautschukzusammensetzung, die durch Vernetzung der ersten und der zweiten nicht vernetzten Kautschukzusammensetzung erhalten wurden, wurde mittels eines Typ-A-Durometers gemäß JIS K 6253 gemessen.
<Zugeigenschaften>
Die Zugspannung T_B, die Dehnbarkeit E_B und die 100%ige Zugspannung M₁₀₀ in der Faserrichtung der ersten und der zweiten Kautschukzusammensetzung, die durch Vernetzung der ersten und der zweiten nicht vernetzten Kautschukzusammensetzung erhalten wurden, wurden durch eine Zugprüfung gemäß JIS K 6301 gemessen.
(Riemenprüfung)
<Dauerprüfung unter hoher Last>
13 zeigt eine Anordnung von Riemenscheiben eines Riemenlaufprüfgeräts 30 für eine Dauerprüfung unter hoher Last.
Das Riemenlaufprüfgerät 30 umfasst eine Antriebsriemenscheibe 31, eine rechts von der Antriebsriemenscheibe 31 angeordnete Abtriebsriemenscheibe 32 und eine an einer Position zwischen und unterhalb der Riemenscheiben 31 und 32 angeordnete Umlenkrolle 33. Die Antriebsriemenscheibe 31 ist an ihrem Außenumfang mit 21 Zahnabschnittpassnuten versehen. Die Abtriebsriemenscheibe 32 ist an ihrem Außenumfang mit 42 Zahnabschnittpassnuten versehen. Der Außendurchmesser der Umlenkrolle 33 beträgt 52 mm.
Die Zahnriemen B des Beispiels und der Vergleichsbeispiele 1 und 2 wurden jeweils um die Antriebsriemenscheibe 31, die Abtriebsriemenscheibe 32 und die Umlenkrolle 33 des Riemenlaufprüfgeräts 30 gelegt, und die Abtriebsriemenscheibe 32 wurde zur rechten Seite hin mit einem Totgewicht DW von 1200 N beaufschlagt. Die Antriebsriemenscheibe 31 wurde zur Durchführung einer Riemenlaufprüfung bei einer Umgebungstemperatur von 100 °C mit 6000 U/min gedreht. Dann wurde die Anzahl der Rotationen bis zum Reißen des Zahnriemens gemessen.
<Stoßfestigkeitsschwingungstest>
14 zeigt eine Anordnung von Riemenscheiben eines Riementesters 40 für einen Stoßfestigkeitsschwingungstest.
Der Riementester 40 umfasst: eine Antriebsriemenscheibe 41; eine links unterhalb der Antriebsriemenscheibe 41 befestigte erste Abtriebsriemenscheibe 42; eine links oberhalb der ersten Abtriebsriemenscheibe 42 angeordnete zweite Abtriebsriemenscheibe 43; drei Umlenkrollen 44, die dort angeordnet sind, wo die Antriebsriemenscheibe 41, die erste Abtriebsriemenscheibe 42 und die zweite Abtriebsriemenscheibe 43 einander jeweils benachbart sind; und eine Spannrolle 45, die rechts oberhalb der zwischen der ersten und der zweiten Abtriebsriemenscheibe 42 und 43 angeordneten Umlenkrolle 44 angeordnet ist. Die Antriebsriemenscheibe 41 ist an ihrem Außenumfang mit 22 Zahnabschnittpassnuten versehen. Die erste Abtriebsriemenscheibe 42 ist an ihrem Außenumfang mit 22 Zahnabschnittpassnuten versehen. Die zweite Abtriebsriemenscheibe 43 ist an ihrem Außenumfang mit 44 Zahnabschnittpassnuten versehen. Der Außendurchmesser der Umlenkrolle 44 beträgt 28,5 mm. Der Außendurchmesser der Spannrolle 45 beträgt 67,7 mm.
Die Zahnriemen B des Beispiels und der Vergleichsbeispiele 1 und 2 wurden jeweils derart auf den Riementester 40 gespannt, dass die Zahnabschnitte mit der Antriebsriemenscheibe 41, der ersten Abtriebsriemenscheibe 42 und der zweiten Abtriebsriemenscheibe 43 in Eingriff standen und die Rückseite des Riemens an den Umlenkrollen 44 und der Spannrolle 45 anlag. Dann wurde die Spannrolle 45 mit einem bestimmten Gewicht beaufschlagt, so dass die Riemenspannung 800 N betrug. Bei einer Umgebungstemperaturbedingung von 25 °C wurde die Antriebsriemenscheibe 41 einem wiederholten Rotationsschwingungstest unterzogen, bei welchen die Antriebsriemenscheibe 41 vorwärtsgedreht wurde und bei Beaufschlagung der Antriebsriemenscheibe 41 mit einer vorbestimmten Last rückwärtsgedreht wurde und bei Beaufschlagung der Antriebsriemenscheibe 41 mit einer vorbestimmten Last erneut vorwärtsgedreht wurde. Anschließend wurde die Anzahl der Schwingungen bis zum Auftreten eines Zahnrisses und dem Reißen des Zahnriemens gemessen.
[Testergebnisse]

Die Testergebnisse sind in den Tabellen 3 und 4 gezeigt.

[Tabelle 4]

	Beispiel	Vergleichsbeispiel 1	Vergleichsbeispiel 2
Dauerprüfung unter hoher Last (Durchläufe)	8,5 × 10⁷	3,0 × 10⁷	1,0 × 10⁴
Stoßfestigkeitsschwingungstest (Durchläufe)	1,1 × 10⁵	3,0 × 10⁴	0

Gemäß den Testergebnissen der in Tabelle 3 gezeigten Materialprüfung weist die durch Vernetzung der ersten nicht vernetzten Kautschukzusammensetzung gewonnene erste Kautschukzusammensetzung eine größere Härte auf als die durch Vernetzung der zweiten nicht vernetzten Kautschukzusammensetzung gewonnene zweite Kautschukzusammensetzung.
Die Testergebnisse zeigen außerdem, dass die Mooney-Viskosität bei 100 °C der ersten nicht vernetzten Kautschukzusammensetzung, welche die erste Kautschukzusammensetzung mit hoher Härte bilden wird, geringer ist als die der zweiten nicht vernetzten Kautschukzusammensetzung, welche die zweite Kautschukzusammensetzung mit geringer Härte bilden wird.
Die Testergebnisse zeigen weiterhin, dass die durch Vernetzung der ersten nicht vernetzten Kautschukzusammensetzung gewonnene erste Kautschukzusammensetzung eine höhere Zugfestigkeit T_B, eine geringere Dehnbarkeit E_B und eine höhere 100%ige Zugspannung M₁₀₀ als die durch Vernetzung der zweiten nicht vernetzten Kautschukzusammensetzung gewonnene zweite Kautschukzusammensetzung aufweist.
Gemäß den in Tabelle 4 gezeigten Testergebnissen der Riemenlaufprüfung weist der Zahnriemen des Beispiels, bei dem der Zahnkautschukabschnitt den inneren Kautschukabschnitt (bei dem die aus der ersten Kautschukzusammensetzung mit relativ hoher Härte gebildete Kautschukschicht von hoher Härte und die aus der zweiten Kautschukzusammensetzung mit relativ geringer Härte gebildete Kautschukschicht von geringer Härte in der Riemenquerrichtung abwechselnd angeordnet sind) und den den inneren Kautschukabschnitt bedeckend angeordneten und aus der ersten Kautschukzusammensetzung mit relativ hoher Härte gebildeten Oberflächenkautschukabschnitt umfasst, eine höhere Belastbarkeit und eine größere Stoßfestigkeit auf als der Zahnriemen des Vergleichsbeispiels 1 mit dem nur aus der ersten Kautschukzusammensetzung mit hoher Härte gebildeten Zahnkautschukabschnitt und als der Zahnriemen des Vergleichsbeispiels 2 mit dem nur aus der zweiten Kautschukzusammensetzung mit geringer Härte gebildeten Zahnkautschukabschnitt.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Die vorliegende Erfindung ist auf dem technischen Gebiet eines Zahnriemens und eines Herstellungsverfahrens zur Herstellung des Zahnriemens anwendbar.
Bezugszeichenliste

B: Zahnriemen
S: Riemenrohling
S': nicht vernetzter Rohling
10A: Zahnabschnitt
10B: Zahngrundabschnitt
11: Riemenkörper
111: rückseitiger Kautschukabschnitt
111a: den Zugstrang bedeckender Kautschukteil
111b: Rückseitenkautschukteil
112: Zahnkautschukabschnitt
1121: innerer Kautschukab schnitt
1121a: Kautschukschicht von hoher Härte
1121b: Kautschukschicht von geringer Härte
1122: Oberflächenkautschukabschnitt
12: Zugstrang
13: rückseitiges Verstärkungsgewebe
14: Zahnabschnittverstärkungsgewebe
151: erste nicht vernetzte Kautschukzusammensetzung
152: zweite nicht vernetzte Kautschukzusammensetzung
20: Riemenformwerkzeug
21: Zahnabschnittformnut
22: Kautschukhülse
30, 40: Riemenlaufprüfgerät
31,41: Antriebsriemenscheibe
32: Abtriebsriemenscheibe
33, 44: Umlenkrolle
42: erste Abtriebsriemenscheibe
43: zweite Abtriebsriemenscheibe
45: Spannrolle

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.
Zitierte Patentliteratur

JP 2003314622 [0002]
JP 2010210088 [0002]

Claims

Zahnriemen mit einem Riemenkörper aus Kautschuk, wobei der Riemenkörper Folgendes umfasst: einen rückseitigen Kautschukabschnitt, der als Endlosband ausgebildet ist; eine Vielzahl von Zahnkautschukabschnitten, die an einer Innenumfangsseite des rückseitigen Kautschukabschnitts angeordnet, in vorbestimmten Abständen voneinander beabstandet und jeweils einstückig mit dem rückseitigen Kautschukabschnitt ausgebildet sind, wobei die Zahnkautschukabschnitte jeweils Folgendes umfassen: einen inneren Kautschukabschnitt, in dem eine Kautschukschicht von hoher Härte, die aus einer ersten Kautschukzusammensetzung mit relativ hoher Härte gebildet ist, und eine Kautschukschicht von geringer Härte, die aus einer zweiten Kautschukzusammensetzung mit relativ geringer Härte gebildet ist, in einer Riemenquerrichtung abwechselnd angeordnet sind; und einen Oberflächenkautschukabschnitt, der eine Innenumfangsfläche des inneren Kautschukabschnitts bedeckend angeordnet und aus der ersten Kautschukzusammensetzung mit der relativ hohen Härte gebildet ist, bei der er sich um dieselbe Kautschukzusammensetzung wie jene handelt, welche die Kautschukschicht von hoher Härte bildet.
Zahnriemen nach Anspruch 1, wobei ein Unterschied zwischen der Härte der ersten Kautschukzusammensetzung und der Härte der zweiten Kautschukzusammensetzung 5 H_A oder mehr und 45 H_A oder weniger beträgt.
Zahnriemen nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Verhältnis der Härte der ersten Kautschukzusammensetzung zu der Härte der zweiten Kautschukzusammensetzung 1,1 oder mehr und 1,9 oder weniger beträgt.
Zahnriemen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, des Weiteren umfassend: einen Zugstrang, welcher derart in dem rückseitigen Kautschukabschnitt eingebettet ist, dass er sich in einer Umfangsrichtung des Zahnriemens erstreckt und ein spiralförmiges Muster mit einer Teilung in der Riemenquerrichtung ausbildet.
Zahnriemen nach Anspruch 4, wobei der rückseitige Kautschukabschnitt eine Vielzahl von den Zugstrang bedeckenden Kautschukteilen umfasst, die aus der ersten Kautschukzusammensetzung gebildet und in der Riemenquerrichtung voneinander beabstandet angeordnet sind, wobei die den Zugstrang bedeckenden Kautschukteile jeweils den Zugstrang bedecken.
Zahnriemen nach Anspruch 5, wobei die vielzähligen den Zugstrang bedeckenden Kautschukteile so angeordnet sind, dass sie jeweils zwei einander in der Riemenquerrichtung benachbarte Abschnitte des Zugstrangs bedecken.
Zahnriemen nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Kautschukschicht von hoher Härte jeweils den vielzähligen den Zugstrang bedeckenden Kautschukteilen entsprechend angeordnet ist und mit dem jeweils entsprechenden den Zugstrang bedeckenden Kautschukteil der vielzähligen den Zugstrang bedeckenden Kautschukteile zusammenhängt.
Zahnriemen nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei die Kautschukschicht von geringer Härte derart ausgebildet ist, dass sie von einem Zwischenraum zwischen den einander in der Riemenquerrichtung benachbarten Abschnitten des Zugstrangs in Richtung der Innenumfangsseite des Riemens ragt.
Zahnriemen nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei eine Abmessung von einem innersten Randabschnitt des Zugstrangs zu einer Oberseite der Kautschukschicht von geringer Härte bezogen auf eine Höhe des Zahnkautschukabschnitts 30 % oder mehr beträgt.
Zahnriemen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der rückseitige Kautschukabschnitt einen aus der zweiten Kautschukzusammensetzung gebildeten Rückseitenkautschukteil umfasst, wobei der Rückseitenkautschukteil eine Rückseitenschicht des rückseitigen Kautschukabschnitts bildet.
Zahnriemen nach Anspruch 10, wobei die Kautschukschicht von geringer Härte mit dem Rückseitenkautschukteil zusammenhängt.
Zahnriemen nach einem der Ansprüche 1 bis 11, des Weiteren umfassend: ein Zahnabschnittverstärkungsgewebe, das an einer Innenumfangsfläche des Riemenkörpers haftet, wo die vielzähligen Zahnkautschukabschnitte vorgesehen sind, so dass es die Innenumfangsfläche bedeckt.
Herstellungsverfahren zur Herstellung des Zahnriemens nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Verwenden eines Riemenformwerkzeugs mit einer Außenumfangsfläche, die mit einer Vielzahl von sich in einer axialen Richtung des Riemenformwerkzeugs ersteckenden und in einer Umfangsrichtung des Riemenformwerkzeugs beabstandet angeordneten Zahnabschnittbildungsnuten versehen ist, und nachdem ein Zugstrang spiralförmig um eine Außenumfangsfläche des Riemenformwerkzeugs gewickelt wurde, Ausbilden eines nicht vernetzten Rohlings auf dem Riemenformwerkzeug durch aufeinanderfolgendes Aufwickeln einer bahnförmigen ersten nicht vernetzten Kautschukzusammensetzung, welche die erste Kautschukzusammensetzung mit der relativ hohen Härte bilden wird, und einer bahnförmigen zweiten nicht vernetzten Kautschukzusammensetzung, welche die zweite nicht vernetzte Kautschukzusammensetzung mit der relativ geringen Härte bilden wird, und Anpressen des nicht vernetzten Rohlings an das Riemenformwerkzeug und Erhitzen des nicht vernetzten Rohlings, so dass die erste und die zweite nicht vernetzte Kautschukzusammensetzung durch den Zwischenraum zwischen den Abschnitten des Zugstrangs hindurchtreten, in die vielzähligen Zahnabschnittbildungsnuten des Riemenformwerkzeugs fließen und vernetzt werden.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 13, wobei eine Mooney-Viskosität der ersten nicht vernetzten Kautschukzusammensetzung bei 100 °C höher ist als eine Mooney-Viskosität der zweiten nicht vernetzten Kautschukzusammensetzung bei 100 °C.
Herstellungsverfahren nach Anspruch 14, wobei ein Verhältnis der Mooney-Viskosität der ersten nicht vernetzten Kautschukzusammensetzung bei 100 °C zu der Mooney-Viskosität der zweiten nicht vernetzten Kautschukzusammensetzung bei 100 °C größer als 1 und kleiner oder gleich 2,0 ist.