DE112019001775T5 - Zahnriemen - Google Patents

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DE112019001775T5 DE112019001775.6T DE112019001775T DE112019001775T5 DE 112019001775 T5 DE112019001775 T5 DE 112019001775T5 DE 112019001775 T DE112019001775 T DE 112019001775T DE 112019001775 T5 DE112019001775 T5 DE 112019001775T5
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tooth
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belt body
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Yoshitaka Meki
Atsushi Taga
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Original Assignee
Bando Chemical Industries Ltd
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Abstract

Bei einem Zahnriemen B mit einem Zahnriemenkörper (10) und einem Verstärkungsgewebe (12) umfasst der Zahnriemenkörper (10) eine Kautschukzusammensetzung und weist einen zu einer flachen Bandform geformten Basisabschnitt (11a) und eine Vielzahl von Kautschukzahnabschnitten (11b) auf, die an eine Fläche des Basisabschnitts (11a) angeformt und in einer Riemenlängsrichtung voneinander beabstandet sind, wobei das Verstärkungsgewebe (12) an dem Zahnriemenkörper (10) befestigt ist, um eine die Kautschukzahnabschnitte aufweisende Fläche des Zahnriemenkörpers zu bedecken. Die Kautschukzahnabschnitte (11b) sind jeweils in einem entsprechenden gewebebedeckten Zahnabschnitt (52) mit dem Verstärkungsgewebe (12) bedeckt, wobei ein Verhältnis eines Volumens des Verstärkungsgewebes (12) zu einem Volumen des gewebebedeckten Zahnabschnitts (52) 60 % oder mehr beträgt.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Zahnriemen.
  • STAND DER TECHNIK
  • Zahnriemen werden zur Kraftübertragung in allgemeinen industriellen Anwendungen, elektrischen Servolenkungen und dergleichen eingesetzt. Zum Zweck der Steigerung der Lebensdauer von Zahnabschnitten des Zahnriemens und dergleichen sind die Zahnabschnitte mit Gewebe bedeckt.
  • Patentdokument 1 offenbart zum Beispiel einen Zahnriemen, bei dem Zahnabschnitte mit einem Zahngewebe bedeckt sind. Außerdem offenbart das genannte Dokument, dass Maße jeweiliger Teile des Zahnriemens definiert sind und dass insbesondere bei einem Durchmesser eines Zugstrangs von D mm und einer Dicke des Zahngewebes von T mm 0,65 ≤ D/2 + T ≤ 0,85 gilt.
  • ZITIERTE DRUCKSCHRIFTEN
  • PATENTDOKUMENTE
  • Patentdokument 1: japanische Offenlegungsschrift Nr. H10-299836
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • TECHNISCHES PROBLEM
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht darin, die Lebensdauer eines Zahnriemens, insbesondere die Lebensdauer eines zur Geräuschverringerung eingesetzten Zahnriemens mit einer kleinen Teilung, zu steigern.
  • LÖSUNG DES PROBLEMS
  • Bei einem Zahnriemen mit einem Zahnriemenkörper und einem Verstärkungsgewebe umfasst der Zahnriemenkörper eine Kautschukzusammensetzung und weist einen zu einer flachen Bandform geformten Basisabschnitt und eine Vielzahl von Kautschukzahnabschnitten auf, die an eine Fläche des Basisabschnitts angeformt und in einer Riemenlängsrichtung voneinander beabstandet sind. Das Verstärkungsgewebe ist an dem Zahnriemenkörper befestigt, um eine die Kautschukzahnabschnitte aufweisende Fläche des Zahnriemenkörpers zu bedecken. Die Kautschukzahnabschnitte sind jeweils in einem entsprechenden gewebebedeckten Zahnabschnitt mit dem Verstärkungsgewebe bedeckt, wobei ein Verhältnis eines Volumens des Verstärkungsgewebes zu einem Volumen des gewebebedeckten Zahnabschnitts 60 % oder mehr beträgt.
  • VORTEILE DER ERFINDUNG
  • Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird eine Lebensdauer des Zahnriemens gesteigert.
  • Figurenliste
    • [1] 1 zeigt eine perspektivische Ansicht, welche eine Ausgestaltung eines beispielhaften Zahnriemens der vorliegenden Offenbarung schematisch darstellt.
    • [2] 2 zeigt eine Seitenansicht des Zahnriemens nach 1.
    • [3] 3 zeigt eine Ansicht, die einen Schritt eines Verfahrens zur Herstellung des Zahnriemens nach 1 veranschaulicht.
    • [4] 4 zeigt eine Ansicht, die einen auf den Schritt nach 3 folgenden weiteren Schritt des Verfahrens zur Herstellung des Zahnriemens nach 1 veranschaulicht.
    • [5] 5 zeigt eine Ansicht, die einen auf den Schritt nach 4 folgenden weiteren Schritt des Verfahrens zur Herstellung des Zahnriemens nach 1 veranschaulicht.
    • [6] 6 zeigt eine Ansicht, die einen auf den Schritt nach 5 folgenden weiteren Schritt des Verfahrens zur Herstellung des Zahnriemens nach 1 veranschaulicht.
    • [7] 7 zeigt eine Ansicht, die eine Riemenscheibenanordnung eines in der vorliegenden Offenbarung verwendeten Hitzebeständigkeitslauftestgeräts darstellt.
    • [8] 8 ist ein Diagramm, welches Lebensdauertestergebnisse von in der vorliegenden Offenbarung zu bewertenden Riemen zeigt.
  • BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht, die einen beispielhaften Zahnriemen B nach der vorliegenden Ausführungsform schematisch darstellt.
  • Der Zahnriemen B umfasst einen endlosen Zahnriemenkörper 10, der eine Kautschukzusammensetzung umfasst. Der Zahnriemenkörper 10 weist einen zu einer flachen Bandform geformten Basisabschnitt 11a und eine Vielzahl von Kautschukzahnabschnitten 1 1b auf, die in gleichmäßigen Abständen angeordnet, in einer Riemenlängsrichtung voneinander beabstandet und an eine Fläche einer Seite des Basisabschnitts 11a, nämlich eine Innenumfangsfläche des Basisabschnitts 11a angeformt sind. Der Zahnriemenkörper 10 umfasst ein an ihm befestigtes zahnabschnittsseitiges Verstärkungsgewebe 12, das eine die Kautschukzahnabschnitte aufweisende Fläche des Zahnriemenkörpers 10 bedeckt. Außerdem sind Zugstränge 13 derart in die Innenumfangsfläche des Basisabschnitts 11a des Zahnriemenkörpers 10 eingebettet, dass die Zugstränge 13 jeweils ein spiralförmiges Muster mit einer Steigung in einer Riemenquerrichtung bilden.
  • Der Zahnriemen B nach einer ersten Ausführungsform wird vorzugsweise zum Beispiel als eine Riemenübertragungsvorrichtung in einer Werkzeugmaschine oder dergleichen, insbesondere als ein Kraftübertragungselement für eine Riemenübertragungsvorrichtung in der Werkzeugmaschine verwendet. Der Zahnriemen B der Ausführungsform weist zum Beispiel eine Riemenlänge von 70 mm bis 3000 mm, eine Riemenbreite von 6 mm bis 200 mm und eine Riemendicke von 1 mm bis 20 mm auf. Außerdem weisen die Kautschukzahnabschnitte 11b jeweils zum Beispiel eine Breite von 0,63 mm bis 16,46 mm, eine Höhe von 0,37 mm bis 9,6 mm und eine Teilung von 1,0 mm bis 31,75 mm auf.
  • Bei einem bevorzugten Beispiel weist der Zahnriemen die folgenden Maße auf. Insbesondere beträgt die Riemenlänge vorzugsweise 250 mm bis 400 mm. Die Riemenbreite beträgt vorzugsweise 10 mm bis 40 mm. Die Riemendicke beträgt vorzugsweise 1,3 mm bis 3,0 mm. Die Breite der Kautschukzahnabschnitte 11b beträgt vorzugsweise jeweils 1,3 mm bis 2,6 mm. Die Höhe der Kautschukzahnabschnitte 11b beträgt vorzugsweise jeweils 0,7 mm bis 1,4 mm. Die Teilung der Kautschukzahnabschnitte 1 1b beträgt vorzugsweise 2,0 mm bis 3,0 mm.
  • Die Kautschukzahnabschnitte 11b des Zahnriemenkörpers 10 können jeweils von der Seite betrachtet trapezförmige sein oder von der Seite betrachtet halbkreisförmig sein oder andere Formen aufweisen. Die Kautschukzahnabschnitte 11b können sich jeweils in der Riemenquerrichtung erstreckend ausgebildet sein oder eine Schrägverzahnung bilden, die sich in einer zu der Riemenquerrichtung schrägen Richtung erstreckt.
  • Beispiele für eine Kautschukkomponente der Kautschukzusammensetzung, aus welcher der Zahnriemenkörper 10 gebildet ist, können Folgendes umfassen: hydrierten Acrylnitril-Kautschuk (H-NBR); mit einem Metallsalz einer ungesättigten Carbonsäure verstärkten hydrierten Acrylnitril-Kautschuk (H-NBR); Ethylen-α-Olefin-Elastomer, wie zum Beispiel Ethylen-Propylen-Copolymer (EPR), Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymer (EPDM), Ethylen-Octen-Copolymer und Ethylen-Buten-Copolymer; Chloropren-Kautschuk (CR); chlorsulfonierten Polyethylen-Kautschuk (CSM); und dergleichen. Die Kautschukkomponente der Kautschukzusammensetzung, aus welcher der Zahnriemenkörper 10 gebildet ist, ist vorzugsweise ein Kautschukgemisch mit einer oder mehr als zwei der oben genannten Kautschukkomponenten. Unter diesen ist H-NBR bevorzugt.
  • Mit einem Metallsalz einer ungesättigten Carbonsäure verstärkter H-NBR kann als ungesättigte Carbonsäure Methacrylsäure, Acrylsäure und dergleichen und als Metall Zink, Calcium, Magnesium, Aluminium und dergleichen umfassen.
  • Beispiele für einen Kautschukzusatzstoff können ein Verstärkungsmaterial, einen Verarbeitungshilfsstoff, einen Vulkanisationsbeschleunigungshilfsstoff, einen Weichmacher, einen Co-Vernetzer, einen Vernetzer, einen Vulkanisationsbeschleuniger, ein Antioxidans und dergleichen umfassen.
  • Bei dem Verstärkungsmaterial können Beispiele für den Ruß 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; Acetylenruß; und dergleichen umfassen. Auch Siliciumdioxid kann als Verstärkungsmaterial verwendet werden. Das Verstärkungsmaterial ist vorzugsweise aus einem oder zwei oder mehreren dieser Stoffe zusammengesetzt. Der Anteil des Verstärkungsmaterials beträgt bezogen auf 100 Massenteile der Kautschukkomponente der Kautschukzusammensetzung zum Beispiel 20 bis 60 Massenteile.
  • Beispiele für den Verarbeitungshilfsstoff können Stearinsäure, Polyethylenwachs, Fettsäure-Metallsalz und dergleichen umfassen. Der Verarbeitungshilfsstoff ist vorzugsweise aus einem oder zwei oder mehreren dieser Stoffe zusammengesetzt. Der Anteil des Verarbeitungshilfsstoff beträgt bezogen auf 100 Massenteile der Kautschukkomponente der Kautschukzusammensetzung zum Beispiel 0,5 bis 2 Massenteile.
  • Beispiele für den Vulkanisationsbeschleunigungshilfsstoff können Metalloxid, wie z. B. Zinkoxid (Zinkweiß) und Magnesiumoxid; ein Metallcarbonat; eine Fettsäure; ein Derivat davon; und dergleichen umfassen. Der Vulkanisationsbeschleunigungshilfsstoff ist vorzugsweise aus einem oder zwei oder mehreren dieser Stoffe zusammengesetzt. Der Anteil des Vulkanisationsbeschleunigungshilfsstoffs beträgt bezogen auf 100 Massenteile der Kautschukkomponente der Kautschukzusammensetzung zum Beispiel 3 bis 7 Massenteile.
  • Beispiele für den Weichmacher können Dialkylphthalat, wie z. B. Dibutylphthalat (DBP) und Dioctylphthalat (DOP); Dialkyladipat, wie z. B. Dioctyladipat (DOA); Dialkylsebacat, wie z. B. Dioctylsebacat (DOS) und dergleichen umfassen. Bei dem Weichmacher handelt es sich vorzugsweise um einen oder zwei oder mehrere dieser Stoffe. Der Anteil des Weichmachers beträgt bezogen auf 100 Massenteile der Kautschukkomponente zum Beispiel 0,1 bis 40 Massenteile.
  • Beispiele für den Co-Vernetzer können flüssigen Kautschuk, wie z. B. flüssigen NBR; und dergleichen umfassen. Der Co-Vernetzer ist vorzugsweise aus einem oder zwei oder mehreren dieser Kautschuke zusammengesetzt. Der Anteil des Co-Vernetzers beträgt bezogen auf 100 Massenteile der Kautschukkomponente zum Beispiel 3 bis 7 Massenteile.
  • Beispiele für den Vernetzer können Schwefel; organisches Peroxid; und dergleichen umfassen. Als Vernetzer können Schwefel oder organisches Peroxid oder beide beigemischt werden. Bei Schwefel beträgt der Anteil des Vernetzers bezogen auf 100 Massenteile der Kautschukkomponente der Kautschukzusammensetzung zum Beispiel 1 bis 5 Massenteile. Bei organischem Peroxid beträgt der Anteil des Vernetzers bezogen auf 100 Massenteile der Kautschukkomponente der Kautschukzusammensetzung zum Beispiel 1 bis 5 Massenteile.
  • Beispiele für den Vulkanisationsbeschleuniger können ein Mittel auf Thiram-Basis (zum Beispiel TETD, TT, TRA oder dergleichen); ein Mittel auf Thiazol-Basis (zum Beispiel MBT, MBTS oder dergleichen); ein Mittel auf Sulfenamid-Basis (zum Beispiel CZ oder dergleichen), ein Mittel auf Dithiocarbamat-Basis (zum Beispiel BZ-P oder dergleichen) und dergleichen umfassen. Der Vulkanisationsbeschleuniger ist vorzugsweise aus einem oder zwei oder mehreren dieser Stoffe zusammengesetzt. Der Anteil des Vulkanisationsbeschleunigers beträgt bezogen auf 100 Massenteile der Kautschukkomponente der Kautschukzusammensetzung zum Beispiel 2 bis 5 Massenteile.
  • Beispiele für das Antioxidans können ein Antioxidans auf Amin-Keton-Basis, ein Antioxidans auf Diamin-Basis, ein Antioxidans auf Phenol-Basis und dergleichen umfassen. Das Antioxidans ist vorzugsweise aus einem oder zwei oder mehreren dieser Stoffe zusammengesetzt. Der Anteil des Antioxidans beträgt bezogen auf 100 Massenteile der Kautschukkomponente zum Beispiel 0,1 bis 5 Massenteile.
  • Die Kautschukzusammensetzung, aus welcher der Zahnriemenkörper 10 gebildet ist, kann Kurzfasern mit einem Faserdurchmesser von jeweils 10 µm oder mehr enthalten.
  • Die Zugstränge 13 umfassen Zwirn mit Glasfaser, Aramidfaser, Polyamidfaser Polyesterfaser oder dergleichen. Vorzugsweise wird Glasfaser verwendet. Der Durchmesser der Zugstränge 13 beträgt zum Beispiel jeweils 0,2 mm bis 2.5 mm. Der Abstand zwischen den auf den Querschnitt bezogenen Mitten benachbarter Zugstränge 13 beträgt zum Beispiel 0,5 mm bis 1,0 mm. Die Zugstränge 13 wurden einer haftvermittelnden Behandlung unterzogen, um an dem Zahnriemenkörper 10 haftfähig zu sein.
  • Als Nächstes umfasst das zahnabschnittseitige Verstärkungsgewebe 12 zum Beispiel ein Gewebematerial, wie z. B. ein Gewebe, ein Gewirke oder Vlies aus Baumwollgarn, Polyamidfaser, Polyesterfaser, Aramidfaser oder dergleichen. Vorzugsweise wird Garn aus Nylonfaser verwendet, was eine Art von Polyamidfaser ist. Das zahnabschnittseitige Verstärkungsgewebe 12 ist vorzugsweise dehnbar.
  • Zur Steigerung der Lebensdauer des Zahnriemens B ist es erwünscht, dass das zahnabschnittseitige Verstärkungsgewebe 12 ein vorbestimmtes Volumen in den Zahnabschnitten einnimmt. Dies wird mit Bezug auf 2 beschrieben.
  • 2 zeigt eine schematische Seitenansicht des Zahnriemens B nach 1. Wie mit Bezug auf 1 beschrieben, ist das zahnabschnittseitige Verstärkungsgewebe 12 an einer die Kautschukzahnabschnitte 1 1b aufweisenden Fläche des Zahnriemenkörpers 10 befestigt (Unterseite in 2).
  • Weiter zu einem gewebebedeckten Zahnabschnitt 52, der einen entsprechenden Kautschukzahnabschnitt 11b und das zahnabschnittseitige Verstärkungsgewebe 12 (das als Zahnabschnittgewebe 12a bezeichnet wird, während ein Abschnitt, der einen nicht mit einem Kautschukzahnabschnitt 11b versehenen Abschnitt des Basisabschnitts 11a bedeckt, als Basisabschnittsgewebe 12b bezeichnet wird) umfasst, das jeden der Kautschukzahnabschnitte 11b bedeckt.
  • In dem gewebebedeckten Zahnabschnitt 52 ist ein Verhältnis eines von dem Zahnabschnittgewebe 12a eingenommenen Volumens (im Folgenden auch als Gewebeanteil bezeichnet) erhöht, wodurch die Lebensdauer des Zahnriemens B gesteigert ist. Insbesondere wenn das Zahnabschnittgewebe 12a 60 % oder mehr eines Volumens des gewebebedeckten Zahnabschnitts 52 einnimmt (der Gewebeanteil 60 % oder mehr beträgt), ist die Lebensdauer erheblich gesteigert. Wenn der Zahnriemen B nach einer langen Verwendungsdauer reißt, tritt dieses Reißen des Weiteren eher aufgrund eines Verschleißes des zahnabschnittseitigen Verstärkungsgewebes 12 auf als aufgrund von Rissen in dem Riemenköper. Dies ist als Form des Reißens des Zahnriemens bevorzugt.
  • Der Gewebeanteil in dem gewebebedeckten Zahnabschnitt 52 kann zum Beispiel anhand der von dem Zahnabschnittgewebe 12a belegten Fläche auf der Seitenfläche des Riemens berechnet werden. Bei dem in 1 und 2 gezeigten Zahnriemen B ist die Form der Kautschukzahnabschnitte 11b und des Zahnabschnittgewebes 12a jeweils an allen Stellen in der Querrichtung des Riemens gleich. Dementsprechend kann in 2 das Verhältnis des von dem Zahnabschnittgewebe 12a in dem gewebebedeckten Zahnabschnitt 52 eingenommenen Volumens durch Bestimmung des Anteils der von dem Zahnabschnittgewebe 12a (einem Abschnitt des zahnabschnittseitigen Verstärkungsgewebes 12 in einem durch die gestrichelte Linie 51 angedeuteten Bereich) belegten Fläche gegenüber dem gewebebedeckten Zahnabschnitt 52 (einem von der gestrichelten Linie 51 umgebenen Abschnitt) berechnet werden.
  • In einem Fall, in dem die Seitenfläche des Riemens in Richtung einer Rückseite des Riemens geneigt ist, stimmt der Anteil der von dem Zahnabschnittgewebe 12a belegten Fläche an der Seitenfläche des Riemens gegebenenfalls nicht mit dem Anteil des von dem Zahnabschnittgewebe 12a eingenommenen Volumens in dem gewebebedeckten Zahnabschnitt 52 überein. In ebendiesem Fall kann jedoch ein erforderlicher Gewebeanteil unter Berücksichtigung der Form des gewebebedeckten Zahnabschnitts 52 berechnet werden.
  • Man beachte, dass in dem zahnabschnittseitigen Verstärkungsgewebe 12 eine Grenze 12c zwischen dem die Kautschukzahnabschnitte 11b bedeckenden Zahnabschnittgewebe 12a und dem den Basisabschnitt 11a bedeckenden Basisabschnittgewebe 12b quer zu einer Oberfläche des Basisabschnitts 11a verläuft. Außerdem wird angenommen, dass das Zahnabschnittgewebe 12a in einem Fußabschnitt der Kautschukzahnabschnitte 11b jeweils bogenförmig gekrümmt ist und dass die Grenze 12c an einem Punkt liegt, an dem der Bogen endet.
  • Des Weiteren wird die Fläche jedes Abschnitts an der Seitenfläche des Zahnriemens B zum Beispiel durch Aufnehmen eines Bilds und Messen der Fläche anhand des aufgenommenen Bilds bestimmt.
  • Das zahnabschnittseitige Verstärkungsgewebe 12 kann einer Bearbeitung, wie z. B. Imprägnierung mit Kautschukkleber unterzogen werden. In diesem Fall wird das Volumen des imprägnierten Kautschukklebers zu dem Volumen des zahnabschnittseitigen Verstärkungsgewebes 12 gezählt.
  • Zur Steigerung des Anteils des von dem Zahnabschnittgewebe 12a eingenommenen Volumens wird das Zahnabschnittgewebe 12a (das zahnabschnittseitige Verstärkungsgewebe 12) vorzugsweise dicker ausgebildet. Zu diesem Zweck kann ein Verfahren wie z. B. ein Verfahren zur Verdickung des das zahnabschnittseitige Verstärkungsgewebe 12 bildenden Garns oder ein Verfahren zur Erhöhung der Fadenzahl des anzutreibenden Garns zum Einsatz kommen. Die Dicke des Gewebes wird auch durch verschiedene Verfahren zum Wirken des Gewirkes (Rechtsstich, Rippenstich oder dergleichen) und verschiedene Arten des Webens des Gewebes (Leinwandbindung, Körperbindung oder dergleichen) beeinflusst.
  • (Verfahren zur Herstellung des Zahnriemens B)
  • Das Verfahren zur Herstellung des Zahnriemens B der ersten Ausführungsform wird mit Bezug auf 3 bis 6 beschrieben.
  • 3 zeigt ein Riemenformwerkzeug 20, das zur Herstellung des Zahnriemens B nach der ersten Ausführungsform dient.
  • Das Riemenformwerkzeug 20 ist zylindrisch und umfasst an seiner Außenumfangsfläche Zahnabschnittformnuten 21, die sich jeweils in axialer Richtung erstrecken, in gleichmäßigen Abständen ausgebildet sind und in der Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind.
  • Das Verfahren zur Ausbildung des Zahnriemens der ersten Ausführungsform umfasst einen Materialvorbereitungsschritt, einen Formschritt, einen Vernetzungsschritt und einen Endbearbeitungsschritt.
  • < Materialvorbereitungsschritt >
  • - Basisabschnitt und nicht vernetzte Kautschukbahnen 11' für Zahnabschnitte -
  • Verschiedene Kautschukzusatzstoffe werden einer Kautschukkomponente hinzugefügt, während diese mastiziert wird, und es erfolgt ein kontinuierliches Kneten.
  • Die so gewonnene nicht vernetzte Kautschukzusammensetzung wird durch Kalandrieren oder dergleichen zu einer Bahn geformt, um einen Basisabschnitt und nicht vernetzte Kautschukbahnen 11' für Zahnabschnitte herzustellen.
  • - Zahnabschnittseitiges Verstärkungsgewebe 12' -
  • Ein zahnabschnittseitiges Verstärkungsgewebe 12' wird einer haftvermittelnden Behandlung unterzogen. Insbesondere wird das zahnabschnittseitige Verstärkungsgewebe 12' einer haftvermittelnden RFL-Behandlung unterzogen, bei der das zahnabschnittseitige Verstärkungsgewebe 12' in einer wässrigen RFL-Lösung getränkt und erhitzt wird. Des Weiteren wird das zahnabschnittseitige Verstärkungsgewebe 12' nach Bedarf einer haftvermittelnden Primärbeschichtungsbehandlung unterzogen, bei der das zahnabschnittseitige Verstärkungsgewebe 12' vor der haftvermittelnden RFL-Behandlung in einem haftvermittelnden Primärbeschichtungsbehandlungsfluid getränkt und erhitzt wird. Nach der haftvermittelnden RFL-Behandlung wird das zahnabschnittseitige Verstärkungsgewebe 12' nach Bedarf des Weiteren einer haftvermittelnden Kautschuklösungstränkbehandlung unterzogen, bei der das zahnabschnittseitige Verstärkungsgewebe 12' in Kautschuklösung getränkt und getrocknet wird, und/oder einer haftvermittelnden Kautschuklösungsbeschichtungsbehandlung unterzogen, bei der eine Fläche auf einer Seite des Zahnriemenkörpers 10 mit Kautschuklösung beschichtet und getrocknet wird.
  • Anschließend werden die beiden Enden des der haftvermittelnden Behandlung unterzogenen zahnabschnittseitigen Verstärkungsgewebes 12' zusammengeführt und zu einer zylindrischen Form geformt.
  • - Zugstränge 13' -
  • Die Zugstränge 13' werden einer haftvermittelnden Behandlung unterzogen. Insbesondere werden die Zugstränge 13' einer haftvermittelnden RFL-Behandlung unterzogen, bei der die Zugstränge 13' in einer wässrigen Resorcin-Formalin-Latex-Lösung (im Folgenden als wässrige RFL-Lösung bezeichnet) getränkt und erhitzt werden. Des Weiteren werden die Zugstränge 13' nach Bedarf vor der haftvermittelnden RFL-Behandlung einer haftvermittelnden Primärbeschichtungsbehandlung unterzogen, bei der die Zugstränge 13' in einer haftvermittelnden Primärbeschichtungsbehandlungsflüssigkeit getränkt und erhitzt werden, und/oder einer haftvermittelnden Kautschuklösungsbehandlung unterzogen, in der die Zugstränge 13' nach der haftvermittelnden RFL-Behandlung in Kautschuklösung getränkt und getrocknet werden.
  • < Formschritt >
  • Wie 4 zeigt, bedeckt das zahnabschnittseitige Verstärkungsgewebe 12' den Außenumfang des Riemenformwerkzeugs 20, um das die Zugstränge 13' in einem Spiralmuster gewickelt werden, um die wiederum die nicht vernetzten Kautschukbahnen 11' gewickelt werden. Hierbei wird auf dem Riemenformwerkzeug 20 ein geschichteter Formkörper B' gebildet. Man beachte, dass die nicht vernetzten Kautschukbahnen 11' so eingesetzt werden können, dass eine Faserrichtung der Riemenlängsrichtung entspricht, oder so, dass die Faserrichtung der Riemenquerrichtung entspricht.
  • < Vernetzungsschritt >
  • Wie 5 zeigt, wird Entformungspapier 22 um den Außenumfang des geschichteten Formkörpers B' gewickelt, dieses dann mit einer Kautschukhülse 23 bedeckt und das Ergebnis in einem Vulkanisator platziert. Der Vulkanisator wird dicht verschlossen und mit einem eine hohe Temperatur und hohen Druck aufweisenden Dampf gefüllt und für eine vorbestimmte Zeit in diesem Zustand gehalten. Hierbei fließen die nicht vernetzten Kautschukbahnen in dem geschichteten Formkörper B' unter Druckbeaufschlagung des zahnabschnittseitigen Verstärkungsgewebes 12' in die Zahnabschnittformnuten 21 des Riemenformwerkzeugs 20. Dabei wird die Vernetzung in den nicht vernetzten Kautschukbahnen gefördert, die mit dem zahnabschnittseitigen Verstärkungsgewebe 12' und den Zugsträngen 13' verfügt werden. Wie 6 zeigt, wird schließlich ein zylindrischer Riemenrohling S geformt. Der Riemenrohling S wird bei einer Temperatur von zum Beispiel 100 °C bis 180 °C unter einem Formdruck von zum Beispiel 0,5 bis 2.0 MPa für eine Formdauer von zum Beispiel 10 bis 60 Minuten geformt.
  • < Endbearbeitungsschritt >
  • Das Innere des Vulkanisators wird druckentlastet, um die Dichtigkeit aufzuheben, und der zwischen dem Riemenformwerkzeug 20 und der Kautschukhülse 23 geformte Riemenrohling S wird herausgenommen und entformt. Die Rückseite des Riemenrohlings S wird poliert, so dass die Dicke angepasst wird. Anschließend wird der Riemenrohling S in Ringe mit einer jeweils vorbestimmten Breite geschnitten, wodurch der Zahnriemen B hergestellt wird.
  • BEISPIELE
  • (Nicht vernetzte Kautschukzusammensetzung)
  • Wie im Folgenden beschrieben, wurden ein Kautschuk 1 aus einer nicht vernetzten Kautschukzusammensetzung zur Ausbildung eines Zahnriemenkörpers und ein Kautschuk 2 aus einer nicht vernetzten Kautschukzusammensetzung für eine Kautschuklösungshaftschicht des zahnabschnittseitigen Verstärkungsgewebes hergestellt.
  • < Kautschuk 1 >
  • H-NBR (Handelsname: Zetpol 2020, hergestellt durch Zeon Corporation) wurde mastiziert. Diesem wurden bezogen auf 100 Massenteile H-NBR 40 Massenteile FEF-Ruß (Handelsname: Seast SO, hergestellt durch TOKAI CARBON CO., LTD.) als Verstärkungsmaterial; 1 Massenteil Stearinsäure (Handelsname: STEARIC ACID CAMELLIA, hergestellt durch NOF CORPORATION) als Verarbeitungshilfsstoff; 5 Massenteile Zinkoxid (Handelsname: Zinc Oxide No. 2 (JIS), hergestellt durch Sakai Chemical Industry Co., Ltd.) als Vulkanisationsbeschleunigungshilfsstoff; 10 Massenteile eines Weichmachers; 5 Massenteile flüssiger NBR (Handelsname: Nipol 1312, hergestellt durch Zeon Corporation) als Co-Vernetzer; 0,5 Massenteile Schwefel (Handelsname: Oil Sulfur, hergestellt durch NIPPON KANRYU INDUSTRY CO., LTD) als Vernetzer; 2 Massenteile Vulkanisationsbeschleuniger auf Thiram-Basis (Handelsname: NOCCELER TET-G, hergestellt durch OUCHI SHINKO CHEMICAL INDUSTRIAL CO., LTD.); und 2 Massenteile Antioxidans auf Amin-Keton-Basis (Handelsname: NOCRAC 224, hergestellt durch OUCHI SHINKO CHEMICAL INDUSTRIAL CO., LTD.) hinzugefügt und verknetet, wodurch eine nicht vernetzte Kautschukzusammensetzung hergestellt wurde. Diese nicht vernetzte Kautschukzusammensetzung wird als „Kautschuk 1“ bezeichnet.
  • < Kautschuk 2 >
  • Mit Zinkmethacrylat verstärkter H-NBR (Handelsname: Zeoforte ZSC 2295, hergestellt durch Zeon Corporation) und H-NBR (Handelsname: Zetpol 2020, hergestellt durch Zeon Corporation) wurden in einem Mischungsverhältnis von 50 : 50 mastiziert, und bezogen auf 100 Massenteile der Kautschukkomponenten wurden 20 Massenteile FEF-Ruß (Handelsname: Seast SO, hergestellt durch TOKAI CARBON CO., LTD.) als Verstärkungsmaterial; 10 Massenteile ultrahochmolekulares Polyethylenpulver (Handelsname: MIPELON XM-220, hergestellt durch Mitsui Chemicals, Inc.) als Material zur Reduzierung des Reibungskoeffizienten; 0,5 Massenteile Schwefel (Handelsname: Oil Sulfur, hergestellt durch NIPPON KANRYU INDUSTRY CO., LTD) als Vernetzer; 2 Massenteile Vulkanisationsbeschleuniger auf Thiram-Basis (Handelsname: NOCCELER TET-G, hergestellt durch OUCHI SHINKO CHEMICAL INDUSTRIAL CO., LTD.); und 2 Massenteile Antioxidans auf Amin-Keton-Basis (Handelsname: NOCRAC 224, hergestellt durch OUCHI SHINKO CHEMICAL INDUSTRIAL CO., LTD.) hinzugefügt und verknetet, wodurch eine nicht vernetzte Kautschukzusammensetzung hergestellt wurde. Diese nicht vernetzte Kautschukzusammensetzung wird als „Kautschuk 2“ bezeichnet.
  • (Zahnseitiges Verstärkungsgewebe)
  • Ein Körperbindungsgewebe wurde als Gewebe zur Ausbildung des zahnseitigen Verstärkungsgewebes 12 verwendet. Betreffend das Körperbindungsgewebe wurden die Faserfeinheit des Kettfadens und des Schussfadens und die Anzahl der angetriebenen Fäden des Kettfadens und des Schussfaden eingestellt, wodurch vier Gewebe a, b, c, und d mit unterschiedlichen Dicken hergestellt wurden. Wie an späterer Stelle beschrieben wird, wurden unter Verwendung der genannten Gewebe a bis d zu bewertende Testriemen A bis D hergestellt.
  • Tabelle 1 zeigt die Faserfeinheit und die Anzahl der angetriebenen Fäden des Garns der Gewebe a bis d.
  • Bei Gewebe a betrug die Faserfeinheit des Kettfadens 44 dt (Decitex) und die Fadenzahl des Kettfadens 428 Fäden/5 cm und die Faserfeinheit des Schussfadens 78 dt und die Fadenzahl des Schussfadens 170 Fäden/5 cm.
  • Bei Gewebe b betrug die Faserfeinheit des Kettfadens 44 dt und die Fadenzahl des Kettfadens 392 Fäden/5 cm und die Faserfeinheit des Schussfadens 156 dt und die Fadenzahl des Schussfadens 174 Fäden/5 cm.
  • Bei Gewebe c betrug die Faserfeinheit des Kettfadens 44 dt und die Fadenzahl des Kettfadens 370 Fäden/5 cm und die Faserfeinheit des Schussfadens 312 dt und die Fadenzahl des Schussfadens 130 Fäden/5 cm.
  • Bei Gewebe d betrug die Faserfeinheit des Kettfadens 210 dt und die Fadenzahl des Kettfadens 177 Fäden/5 cm und die Faserfeinheit des Schussfadens 155 dt und die Fadenzahl des Schussfadens 191 Fäden/5 cm.
  • Diese Körperbindungsgewebe a bis d wurden jeweils einer haftvermittelnden RFL-Behandlung unterzogen, bei der die Gewebe jeweils in einer wässrigen RFL-Lösung getränkt und dann erhitzt wurden. Des Weiteren wurden die so der haftvermittelnden RFL-Behandlung unterzogenen Körperbindungsgewebe a bis d einer haftvermittelnden Kautschuklösungstränkbehandlung unterzogen, bei der die Gewebe jeweils in Kautschuklösung getaucht und getrocknet wurden. Kautschuklösung mit einer Feststoffkonzentration von 10 Masse-%, in welcher der Kautschuk 1 in Toluol als Lösungsmittel gelöst wurde, wurde als Kautschuklösung verwendet. Die Flüssigkeitstemperatur der Kautschuklösung betrug 25 °C. Die Dauer der Tränkphase in der Kautschuklösung betrug fünf Sekunden. Die Trocknungstemperatur nach dem Tauchen in die Kautschuklösung betrug 100 °C und die Dauer der Trocknungsphase betrug 40 Sekunden. [Tabelle 1]
    Riemen Gewebe (Körperbindungsgewebe) Gewebeanteil (Volumen-%) Faserfeinheit Fadenzahl (Anzahl/5 cm)
    Kettfaden Schussfaden Kettfaden Schussfaden
    A a 37% 44 78 428 170
    B b 46% 44 156 392 174
    C c 55% 44 312 370 130
    D d 61% 210 155 177 191
  • (Zugstränge)
  • Als Zugstränge wurden eine Faser aus Glasfaser umfassende Zugstränge verwendet.
  • (Zu bewertende Testzahnriemen)
  • Der Kautschuk 1 wurde als nicht vernetzte Kautschukzusammensetzung verwendet, aus welcher der Zahnriemenkörper gebildet wurde, und die vorstehend beschriebenen Körperbindungsgewebe a, b, c und d wurden als Zahnverstärkungsgewebe verwendet und damit vier zu bewertende Testzahnriemen A, B, C und D hergestellt, welche die zahnseitigen Verstärkungsgewebe 12 mit unterschiedlichen Dicken aufwiesen. Die Testzahnriemen weisen eine Riemenbreite von 6 mm und eine Riemenlänge von 330 mm auf.
  • Bei jedem so hergestellten zu bewertenden Zahnriemen wurde ein Bild von einer Seitenfläche aufgenommen und das Verhältnis (Gewebeanteil) eines von dem Zahnabschnittgewebe 12a eingenommenen Volumens zu einem gewebebedeckten Zahnabschnitt 52 anhand des aufgenommenen Bildes berechnet. Die vier zu bewertenden Testzahnriemen A bis D wiesen in dieser Reihenfolge Gewebeanteile von 37 %, 46 %, 55 % bzw. 61 % auf. Diese sind auch in Tabelle 1 gezeigt.
  • (Testauswertungsverfahren)
  • 7 zeigt eine Anordnung von Riemenscheiben eines Hitzebeständigkeitslauftestgeräts. Eine Antriebsriemenscheibe 61 und eine Abtriebsriemenscheibe 62, bei denen es sich um S2M-Zahnriemenscheiben mit 41 Zähnen handelte, wurden in einer horizontalen Richtung nebeneinander in dem Testgerät angeordnet. Eine Last von 160 N wurde auf einer der Antriebsriemenscheibe 61 gegenüberliegenden Seite an die Abtriebsriemenscheibe 62 angelegt. Die Riemen wurden jeweils mit einem Drehmoment von 0,1 Nm und einer Drehzahl von 1800 U/min betrieben. Die Umgebungstemperatur betrug 125 °C.
  • Die Dauer bis zu einem Reißen der Zahnriemen wurde jeweils gemessen und als Lebensdauer gesetzt. 8 zeigt die Ergebnisse der vier zu bewertenden Testzahnriemen.
  • Wie 8 zeigt, liegen Punkte, welche die Lebensdauer bezogen auf die Gewebeanteile angeben, bei den Testzahnriemen A, B und C (mit Gewebeanteilen von 37 %, 46 % und 55 %) im Wesentlichen auf einer geraden Linie L. Bei dem zu bewertenden Testzahnriemen D mit dem Gewebeanteil von 61 % hingegen lag ein die Lebensdauer angebender Punkt abseits der geraden Linie L, was bedeutet, dass die Lebensdauer stark erhöht war. Insbesondere würde die Lebensdauer, wenn der die Lebensdauer des Testzahnriemens mit dem Gewebeanteil von 61 % angebende Punkt auf der geraden Linie L läge, auf ungefähr 950 Stunden geschätzt werden. Tatsächlich aber überstieg die Lebensdauer des zu bewertenden Testzahnriemens D bei dem Testergebnis 1400 Stunden.
  • Durch eine dickere Ausbildung des Verstärkungsgewebes wurde die Lebensdauer des Zahnriemens gesteigert und insbesondere durch Einstellen des Verhältnisses des von dem Zahnabschnittgewebe 12a eingenommenen Volumens (Gewebeanteils) in dem den Kautschukzahnabschnitt 11b und das Zahnabschnittgewebe 12a umfassenden gewebebedeckten Zahnabschnitt 52 auf ein vorbestimmtes Verhältnis oder mehr war insbesondere eine erhebliche, nicht kontinuierliche Steigerung erzielbar. Um dies zu erreichen, wird der Gewebeanteil vorzugsweise auf 60 % oder mehr eingestellt.
  • Außerdem wurde das Reißen bei den zu bewertenden Testzahnriemen A bis C jeweils durch Risse verursacht. Mit anderen Worten traten bei jedem dieser Zahnriemen Risse im Zahnriemenkörper 10 auf, bevor das zahnabschnittseitige Verstärkungsgewebe 12 verschlissen war. Bei dem zu bewertenden Testzahnriemen D wurde das Reißen des Riemens hingegen durch den Verschleiß des zahnabschnittseitigen Verstärkungsgewebes 12 verursacht. Mit anderen Worten war das zahnabschnittseitige Verstärkungsgewebe 12 bei dem zu bewertenden Testzahnriemen D verschlissen, bevor Risse in dem Zahnriemenkörper 10 auftraten.
  • Bei einem Zahnriemen mit einem zahnabschnittseitigen Verstärkungsgewebe 12 ist es erwünscht, dass das Reißen aufgrund des Verschleißes des zahnabschnittseitigen Verstärkungsgewebes 12 anstatt aufgrund von Rissen auftritt. Wenn der Gewebeanteil (wie bei den zu bewertenden Testzahnriemen A bis C) weniger als 60 % beträgt, traten bei Anlegen einer hohen Last Risse nicht aufgrund einer Verschlechterung des Zustands des Kautschuks, sondern aufgrund einer Belastungskonzentration auf den Zahnriemenkörper 10 auf, die durch gerissene Garnfäden und gerissenes Gewebe des zahnabschnittseitigen Verstärkungsgewebes 12 bedingt ist. Das heiß, dass die Verschleißfestigkeitsfunktion des zahnabschnittseitigen Verstärkungsgewebes 12 in diesem Fall nicht effektiv genutzt wird. Wenn der Gewebeanteil (wie bei dem zu bewertenden Testzahnriemen D) hingegen 60 % oder mehr beträgt, zeigte das zahnabschnittseitige Verstärkungsgewebe 12 die Verschleißfestigkeitsfunktion, und infolgedessen war es der Verschleiß des zahnabschnittseitigen Verstärkungsgewebes 12, der zum Reißen führte. Somit weist das Reißen aufgrund des Verschleißes des zahnabschnittseitigen Verstärkungsgewebes 12 darauf hin, dass das zahnabschnittseitige Verstärkungsgewebe 12 als solches funktioniert. Dementsprechend ist der zu bewertende Testzahnriemen D mit dem Gewebeanteil von 60 % oder mehr auch in dieser Hinsicht gegenüber den anderen Testzahnriemen zu bevorzugen.
  • Die Zahnriemen der vorliegenden Offenbarung sind für verschiedene Kraftübertragungsanwendungen einsetzbar, da sie eine hohe Lebensdauer aufweisen und im Fall eines Reißens eher aufgrund des Verschleißes der Zahnabschnitte reißen.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Zahnriemenkörper
    11
    nicht vernetzte Kautschukbahn
    11'
    nicht vernetzte Kautschukbahn
    11a
    Basisabschnitt
    11b
    Kautschukzahnabschnitt
    12
    zahnabschnittseitiges Verstärkungsgewebe
    12a
    Zahnabschnittgewebe
    12b
    Basisabschnittgewebe
    13
    Zugstrang
    20
    Riemenformwerkzeug
    21
    Zahnabschnittformnut
    22
    Entformungspapier
    23
    Kautschukhülse
    37
    Gewebeanteil
    51
    gestrichelte Linie
    52
    gewebebedeckter Zahnabschnitt
    61
    Antriebsriemenscheibe
    62
    Abtriebsriemenscheibe
  • 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 H10299836 [0004]

Claims (4)

  1. Zahnriemen, umfassend einen Zahnriemenkörper und ein Verstärkungsgewebe, wobei der Zahnriemenkörper eine Kautschukzusammensetzung umfasst und einen zu einer flachen Bandform geformten Basisabschnitt und eine Vielzahl von Kautschukzahnabschnitten aufweist, wobei die Kautschukzahnabschnitte an eine Fläche des Basisabschnitts angeformt und in einer Riemenlängsrichtung voneinander beabstandet sind, wobei das Verstärkungsgewebe an dem Zahnriemenkörper befestigt ist, um eine die Kautschukzahnabschnitte aufweisende Fläche des Zahnriemenkörpers zu bedecken, wobei die Kautschukzahnabschnitte jeweils in einem gewebebedeckten Zahnabschnitt mit dem Verstärkungsgewebe bedeckt sind, wobei ein Verhältnis eines Volumens des Verstärkungsgewebes zu einem Volumen des gewebebedeckten Zahnabschnitts 60 % oder mehr beträgt.
  2. Zahnriemen nach Anspruch 1, wobei das Verstärkungsgewebe über eine Haftschicht an dem Zahnriemenkörper befestigt ist und die Haftschicht H-NBR-Kautschuk umfasst.
  3. Zahnriemen nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Zahnriemen eingebettete Zugstränge aus Glasfaser umfasst, die sich in einer Längsrichtung des Zahnriemenkörpers erstrecken, die den Zahnriemenkörper bildende Kautschukzusammensetzung H-NBR als eine Kautschukkomponente umfasst und das Verstärkungsgewebe Nylon umfasst.
  4. Zahnriemen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Vielzahl von gewebebedeckten Zahnabschnitten in einer Teilung von 2 mm oder mehr und 3 mm oder weniger angeordnet sind.
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