DE112021002627T5

DE112021002627T5 - Übertragungsriemen

Info

Publication number: DE112021002627T5
Application number: DE112021002627.5T
Authority: DE
Inventors: Atsushi Taga
Original assignee: Bando Chemical Industries Ltd
Current assignee: Bando Chemical Industries Ltd
Priority date: 2020-07-03
Filing date: 2021-07-01
Publication date: 2023-03-23
Also published as: US11708879B2; CN116733906A; US20230085893A1; CN115485488B; JP2022050474A; US20230332671A1; CN115485488A; JP7002704B1; WO2022004836A1; JPWO2022004836A1

Abstract

Ein Kraftübertragungsriemen (B) umfasst einen aus einem Elastomer gebildeten Riemenkörper (11) und einen aus Kohlenstofffasern gebildeten Zugstrang (12), der in den Riemenkörper (11) eingebettet ist und ein spiralförmiges Muster mit einer Steigung in der Riemenbreitenrichtung bildet. Bei zu seiner Längsrichtung orthogonaler seitlicher Betrachtung des Zugstrangs (12) beträgt ein Winkel θ eines äußersten Filaments (F) in dem Filamentbündel aus den den Zugstrang bildenden Kohlenstofffasern (12) mindestens 8° bis höchstens 20° zu der Längsrichtung des Zugstrangs (12).

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftübertragungsriemen.
STAND DER TECHNIK
Ein Kraftübertragungsriemen mit einem Zugstrang aus Kohlenstofffasern ist bereits bekannt. So offenbart Patentdokument 1 einen Zahnriemen, bei dem ein Zugstrang aus Kohlenstofffasern in einen Riemenkörper aus Kautschuk eingebettet ist.
ZITIERTE DRUCKSCHRIFTEN
PATENTDOKUMENT
PATENTDOKUMENT 1: japanische Offenlegungsschrift Nr. 2005-24075
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftübertragungsriemen mit einem aus einem Elastomer gebildeten Riemenkörper und einem aus Kohlenstofffasern gebildeten Zugstrang, der in den Riemenkörper eingebettet ist und ein spiralförmiges Muster mit einer Steigung in einer Riemenbreitenrichtung bildet. Bei zu seiner Längsrichtung orthogonaler seitlicher Betrachtung beträgt ein Winkel eines äußersten Filaments in einem Filamentbündel aus den den Zugstrang bildenden Kohlenstofffasern mindestens 8° bis höchstens 20° zur Längsrichtung des Zugstrangs.
Figurenliste

1A zeigt eine perspektivische Ansicht eines Stücks eines Zahnriemens nach einer Ausführungsform.
1B zeigt einen Längsschnitt durch einen Abschnitt des Zahnriemens nach der Ausführungsform.
2 zeigt eine Draufsicht auf einen orthogonal zu der Längsrichtung seitlich betrachteten, in einen Zahnriemenkörper eingebetteten Zugstrang.
3A zeigt ein erstes Diagramm zur Darstellung eines Verfahrens zur Ausbildung des Zahnriemens nach der Ausführungsform.
3B zeigt ein zweites Diagramm zur Darstellung des Verfahrens zur Ausbildung des Zahnriemens nach der Ausführungsform.
3C zeigt ein drittes Diagramm zur Darstellung des Verfahrens zur Ausbildung des Zahnriemens nach der Ausführungsform.
4 zeigt eine Ansicht einer Anordnung von Riemenscheiben einer Riemenlaufprüfeinrichtung.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORM
Im Folgenden wird eine Ausführungsform mit Bezug auf die Zeichnungen näher beschrieben.
1A und 1B zeigen einen Zahnriemen B nach einer Ausführungsform. Der Zahnriemen B nach der Ausführungsform ist ein verzahnter Kraftübertragungsriemen und dient zum Beispiel vorteilhafterweise der Übertragung großer Lasten von Werkzeugmaschinen, Druckmaschinen, Textilmaschinen und Spitzmaschinen. Der Zahnriemen B nach der Ausführungsform weist zum Beispiel eine Riemenlänge von mindestens 500 mm bis höchstens 3000 mm auf. Der Zahnriemen B nach der Ausführungsform weist zum Beispiel eine Riemenbreite von mindestens 10 mm bis höchstens 200 mm auf. Der Zahnriemen B nach der Ausführungsform weist zum Beispiel eine (maximale) Riemendicke von mindestens 3 mm bis höchstens 20 mm auf.
Der Zahnriemen B nach der Ausführungsform umfasst einen aus einem Elastomer gebildeten endlosen Zahnriemenkörper 11 aus Polyurethanharz. Der Zahnriemenkörper 11 umfasst einen ebenen Bandabschnitt 111 mit einem horizontal gestreckten rechtwinkligen Querschnitt und eine Vielzahl von Zähnen 112, die auf dem Innenumfang des ebenen Bandabschnitts 111 einstückig mit diesem ausgebildet sind. Die Zähne 112 sind in einer Riemenlängsrichtung in gleichmäßigen Abständen angeordnet.
Beispiele für das seitlich betrachtete Zahnprofil der Zähne 112 umfassen ein Bogenzahnprofil gemäß den SuperTorque-Synchronriemen (STS-Riemen), bei dem beide Seiten des Zahns bogenförmig nach außen gekrümmt sind, und ein trapezförmiges Zahnprofil. Die Anzahl der Zähne 112 beträgt zum Beispiel mindestens 30 bis höchstens 400. Die Zähne 112 weisen jeweils eine Breite (die maximale Erstreckung in der Riemenlängsrichtung) von beispielsweise mindestens 2 mm bis höchstens 10 mm auf. Die Zähne 112 weisen jeweils eine Höhe von beispielsweise mindestens 2 mm bis höchstens 8 mm auf. Die Zähne 112 sind zum Beispiel in einem Abstand von mindestens 8 mm bis höchstens 14 mm angeordnet.
Das den Zahnriemenkörper 11 bildende Polyurethanharz ist durch Erhitzen, Druckbeaufschlagen und Aushärten einer Urethanzusammensetzung hergestellt, die wiederum durch Vermischen eines Aushärtungsmittels, eines Weichmachers und dergleichen mit einem Urethanvorpolymer hergestellt ist.
Das Urethanvorpolymer ist eine Urethanverbindung von relativ geringem Molekulargewicht, die durch eine Reaktion zwischen einer Isocyanat-Komponente und einer Polyol-Komponente hergestellt wird und eine Vielzahl von NCO-Gruppen an ihren Enden aufweist. Beispiele für die Isocyanat-Komponente umfassen Toluylendiisocyanat (TDI) und Diphenylmethandiisocyanat (MDI). Beispiele für die Polyol-Komponente umfassen Polytetramethylenetherglykol (PTMG). Das Urethanvorpolymer kann aus einem einzelnen Urethanvorpolymer oder einer Vielzahl von gemischten Urethanverbindungen gebildet sein.
Beispiele für das Aushärtungsmittel umfassen Amin-Verbindungen, wie zum Beispiel 1,4-Phenylendiamin, 2,6-Diaminotoluol, 1,5-Naphthylendiamin, 4,4'-Diaminodiphenylmethan und 3,3'-Dichlor-4,4'-diaminodiphenylmethan (MOCA). Das Aushärtungsmittel enthält vorzugsweise eine, zwei oder mehr Arten von diesen. Die als Aushärtungsmittel dienende Aminverbindung ist vorzugsweise so gemischt, dass sie einen α-Wert (NH₂-Gruppe/NCO-Gruppe) von mindestens 0,70 bis höchstens 1,10 aufweist. Der α-Wert bezeichnet ein Verhältnis des molaren Anteils an NH₂-Gruppen in dem Aushärtungsmittel zu dem molaren Anteil an NCO-Gruppen in dem Urethanvorpolymer.
Beispiele für den Weichmacher umfassen Dialkylphthalate, wie zum Beispiel Dibutylphthalat (DBP) und Dioctylphthalat (DOP); Dialkyladipate, wie zum Beispiel Dioctyladipat (DOA); und Dialkylsebacat, wie zum Beispiel Dioctylsebacat (DOS). Der Weichmacher enthält vorzugsweise eine, zwei oder mehr Arten von diesen. Der Weichmacher ist bezogen auf 100 Massenteile des Urethanvorpolymers in einem Anteil von mindestens 3 Masseteilen bis höchstens 20 Massenteilen beigemischt.
Beispiele für die anderen zusammengesetzten Zutaten umfassen einen Farbstoff, ein Antischaummittel und einen Stabilisator.
Das den Zahnriemenkörper 11 bildende Polyurethanharz weist zum Beispiel eine Härte von mindestens 70° bis höchstens 100° auf. Die Härte des Polyurethanharzes wird gemäß JIS K 7312:1996 gemessen.
Der Zahnriemen B nach der Ausführungsform umfasst, wie in 2 dargestellt, einen aus Kohlenstofffasern gebildeten Zugstrang 12, der in den ebenen Bandabschnitt 111 des Zahnriemenkörpers 11 eingebettet ist. Der Zugstrang 12 weist im Hinblick auf die Erzielung einer ausgezeichneten Haltbarkeit einen Durchmesser D von vorzugsweise mindestens 0,4 mm bis höchstens 2,7 mm, noch bevorzugter mindestens 0.5 mm bis höchstens 2.4 mm auf.
Die den Zugstrang 12 bildenden Kohlenstofffasern sind in Hinblick auf die Erzielung einer ausgezeichneten Haltbarkeit vorzugsweise Kohlenstofffasern auf PAN-Basis. Filamente F aus den Kohlenstofffasern weisen vorzugsweise jeweils einen Durchmesser von mindestens 4 µm bis höchstens 9 µm, noch bevorzugter mindestens 6 µm höchstens bis 8 µm auf.
Die Gesamtanzahl an Filamenten F aus den den Zugstrang 12 bildenden Kohlenstofffasern beträgt in Hinblick auf die Erzielung einer ausgezeichneten Haltbarkeit vorzugsweise mindestens 3000 (3K) bis höchstens 60000 (60K), noch bevorzugter mindestens 9000 (9K) bis 54000 (54K), noch bevorzugter mindestens 12000 (12K) bis höchstens 48 000 (48K). Die den Zugstrang 12 bildenden Kohlenstofffasern weisen im Hinblick auf Selbiges eine Faserfeinheit von vorzugsweise mindestens 200 tex bis höchstens 4000 tex, noch bevorzugter mindestens 600 tex bis höchstens 3600 tex, noch bevorzugter mindestens 800 tex bis 3200 tex auf.
Der Zugstrang 12 ist in Hinblick auf die Erzielung einer ausgezeichneten Haltbarkeit vorzugsweise ein gezwirntes Garn. Das den Zugstrang 12 bildende gezwirnte Garn umfasst ein einfach gezwirntes Garn, einen Zwirn und einen Gleichschlag. Der Zugstrang 12 des gezwirnten Garns ist vorzugsweise ein einfach gezwirntes Garn, das durch Verdrehen eines Filamentbündels aus den Kohlenstofffasern in einer Richtung hergestellt ist. Für den Zugstrang 12 aus dem einfach gezwirnten Garn kann entweder ein Garn mit S-Schlag oder ein Garn mit Z-Schlag oder beides verwendet werden.
Wenn die Gesamtanzahl der Filamente F aus den den Zugstrang 12 aus dem einfach gezwirnten Garn bildenden Kohlenstofffasern weniger als 24000 (24K) beträgt, beträgt die Anzahl der Windungen des Zugstrangs 12 pro 10 cm Länge in Hinblick auf die Erzielung einer ausgezeichneten Haltbarkeit vorzugsweise mindestens 2,0/10 cm bis höchstens 25,0/10 cm, noch bevorzugter mindestens 3,0/10 cm bis höchstens 19,0/10 cm, noch bevorzugter mindestens 5,0/10 cm bis höchstens 11,0/10 cm. Wenn die Gesamtanzahl der Filamente F aus den den Zugstrang 12 aus dem einfach gezwirnten Garn bildenden Kohlenstofffasern 24 000 (24K) oder mehr beträgt, beträgt die Anzahl der Windungen des Zugstrangs 12 pro 10 cm Länge in Hinblick auf die Erzielung einer ausgezeichneten Haltbarkeit vorzugsweise mindestens 1,5/10 cm bis höchstens 7,5/10 cm, noch bevorzugter mindestens 2,3/10 cm bis höchstens 6,6/10 cm, noch bevorzugter mindestens 3,5/10 cm bis höchstens 5,5/10 cm.
Bei seitlicher Betrachtung des Zugstrangs 12 orthogonal zu seiner Längsrichtung beträgt ein Winkel θ eines äußersten Filaments F in dem Filamentbündel aus den den Zugstrang 12 bildenden Kohlenstofffasern zu der Längsrichtung des Zugstrangs 12 mindestens 8° bis höchstens 20°. In Hinblick auf die Erzielung einer ausgezeichneten Haltbarkeit beträgt der Winkel θ des Filaments F zur Längsrichtung des Zugstrangs 12 vorzugsweise mindestens 8° bis höchstens 20°, noch bevorzugter mindestens 10° bis höchstens 19°.
Es ist vorgesehen, dass der Zugstrang 12 ein spiralförmiges Muster mit einer Steigung in der Riemenbreitenrichtung bildet. Der Zugstrang 12 kann aus zwei Garnen aus dem S-Garn und dem Z-Garn gebildet sein, die in Form einer Doppelhelix angeordnet sind. Die Zugstränge 12 sind in der Riemenbreitenrichtung beabstandet und sich parallel zueinander erstreckend angeordnet, und die Anzahl an Zugsträngen 12 pro 10 mm Riemenbreite beträgt in Hinblick auf die Erzielung einer ausgezeichneten Haltbarkeit vorzugsweise mindestens 3/10 mm bis höchstens 16/10 mm, noch bevorzugter mindestens 4/10 mm bis höchstens 15/10 mm. Es ist vorgesehen, dass der Zugstrang 12 ein spiralförmiges Muster mit einer Steigung in der Riemenbreitenrichtung bildet. Somit ist seine Längsrichtung gegenüber der Riemenlängsrichtung geneigt. Der Neigungswinkel ist jedoch sehr klein. Somit entspricht der Winkel θ des äußersten Filaments des Filamentbündels aus den den Zugstrang 12 bildenden Kohlenstofffasern zur Längsrichtung des Zugstrangs 12 im Wesentlichen dem Winkel des Filaments F zur Riemenlängsrichtung.
Der Zugstrang 12 wurde vorzugsweise einer haftvermittelnden Behandlung unterzogen; zum Beispiel wurde er in ein flüssiges Haftmittel getaucht und anschließend vor dem Formen getrocknet.
Der Zahnriemen B nach der Ausführungsform umfasst des Weiteren ein Vlies 13, das auf der Innenumfangsseite des Zahnriemenkörpers 11 von der Stelle, an der der Zugstrang 12 in der Riemendickenrichtung eingebettet ist, in der Riemenlängsrichtung eingebettet ist. Das Vlies 13 kann aus einer einzelnen Lage oder einer Vielzahl von Lagen gebildet sein.
Das Vlies 13 enthält Polyurethanharz, das den Zahnriemenkörper 11 bildet und seitlich betrachtet eine Schicht bildend vorgesehen ist. Abschnitte des Vlieses 13, die jeweils einem Zahn 112 entsprechen, erstrecken sich derart innerhalb der Zähne 112, dass sie sich seitlich betrachtet zum Innenumfang hin wölben und sich dick in der Riemendickenrichtung erstrecken. Abschnitte des Vlieses 13, die Abschnitten zwischen den Zähnen 112 entsprechen, liegen an den Zugsträngen 12 an und sind in der Riemendickenrichtung dünn gepresst.
Beispiele für ein Fasermaterial zur Bildung des Vlieses 13 umfassen Nylonfasern, Polyesterfasern, Aramidfasern, Polyketonfasern und Kohlenstofffasern. Das Vlies 13 kann aus einer einzelnen Faserart oder einem Gemisch aus einer Vielzahl von Faserarten gebildet sein.
Das Vlies 13 wurde vorzugsweise einer haftvermittelnden Behandlung unterzogen; zum Beispiel wurde es in ein flüssiges Haftmittel getaucht und anschließend vor dem Formen getrocknet.
Die Riemenspannung T_0,1 pro 1 mm Riemenbreite beträgt bei einer Riemendehnungsrate des Zahnriemens B nach der Ausführungsform von 0,1 % in Hinblick auf die Erzielung einer ausgezeichneten Haltbarkeit vorzugsweise mindestens 30 N/mm, noch bevorzugter mindestens 45 N/mm, und beträgt in Hinblick auf die Vermeidung einer Beeinträchtigung der Biegewechselfestigkeit vorzugsweise höchstens 50 N/mm, noch bevorzugter höchstens 45 N/mm.
Die Riemenspannung T_0,1 wird wie folgt bestimmt. In einer Atmosphäre von 25 °C wird der Zahnriemen B nach der Ausführungsform in einer Zugversuchseinrichtung so auf ein Paar Flachriemenscheiben mit einem Riemenscheibendurchmesser von 95,4 mm gespannt, dass eine Riemenrückseite an den Flachriemenscheiben 50 mm/min anliegt. Dann wird eine der Flachriemenscheiben mit einer Geschwindigkeit von 50 mm/min von der anderen Flachriemenscheibe entfernt. Dabei wird das Verhältnis zwischen der Verlagerung des Paars Flachriemenscheiben und der erfassten Spannung ab dem Zeitpunkt der Erzeugung der über eine der Flachriemenscheiben des Paars erfassten Spannung aufgezeichnet. Dann wird die Verlagerung zwischen dem Paar Flachriemenscheiben verdoppelt, um den Grad der Dehnung des Riemens zu berechnen, der wiederum durch die Riemenlänge des Zahnriemens B nach der Ausführungsform unter einer Nulllastbedingung geteilt wird. Dadurch wird die Verlagerung zwischen dem Paar Flachriemenscheiben in die Riemendehnungsrate umgerechnet. Des Weiteren wird die erfasste Spannung durch 2 geteilt, um die Riemenspannung zu berechnen, die wiederum durch die Riemenbreite des Zahnriemens B nach der Ausführungsform geteilt wird. Dadurch wird die erfasste Spannung in die Riemenspannung pro 1 mm Riemenbreite umgerechnet. Dann wird die Riemenspannung T_0,1 anhand des Verhältnisses zwischen der Riemendehnungsrate und der Riemenspannung bestimmt.
Bei dem Zahnriemen B nach der Ausführungsform mit einer solchen Ausgestaltung beträgt ein Winkel θ eines äußersten Filaments F in dem Filamentbündel aus den den Zugstrang 12 bildenden Kohlenstofffasern zur Längsrichtung des Zugstrangs 12 bei zu seiner Längsrichtung orthogonaler seitlicher Betrachtung des Zugstrangs 12 mindestens 8° bis höchstens 20°. Dementsprechend ist eine ausgezeichnete Haltbarkeit erzielbar. Dies liegt vermutlich daran, dass eine übermäßige Verkrümmung der Filamente F aus den Kohlenstofffasern, bei denen es sich um ein brüchiges Material handelt, das den Zugstrang 12 bildet, verhindert ist.
Im Folgenden wird ein Verfahren zur Ausbildung des Zahnriemens B nach der Ausführungsform beschrieben.
Wie 3A zeigt, wird zunächst eine zylindrische Innenform 31 mit dem Vlies 13 bedeckt und anschließend der Zugstrang 12 spiralförmig darumgewickelt. Dabei werden an dem Außenumfang der Innenform 31 Vertiefungen 32 mit Querschnitten, die den sich axial erstreckenden Zähnen 112 entsprechen, mit gleichmäßiger Steigung in einer Umfangsrichtung beabstandet vorgesehen und sich axial zwischen den Vertiefungen 32 erstreckende Grate 33 gebildet. Es ist vorgesehen, dass die Grate das Vlies 13 und den Zugstrang 12 anschließend abstützen.
Wie 3B zeigt, wird die Innenform 31 anschließend in einer zylindrischen Außenform 34 aufgenommen. Dabei wird zwischen der Innenform 31 und der Außenform 34 eine Kavität C zur Ausformung des Zahnriemenkörpers gebildet.
Wie 3C zeigt, wird daraufhin eine durch Mischung einer zusammengesetzten Zutat mit einem Urethanvorpolymer hergestellte flüssige Urethanzusammensetzung eingespritzt und die geschlossene Kavität C mit dieser beladen. Dabei wird durch Fließen der Urethanzusammensetzung ein Zahnriemenkörper 11 aus Polyurethanharz gebildet und ausgehärtet. Des Weiteren werden in den Vertiefungen die Zähne 112 gebildet. Der Zugstrang 12 haftet an und wird in den Zahnriemenkörper 11 eingebettet. Die Urethanzusammensetzung imprägniert das Vlies 13 und wird anschließend ausgehärtet, und das Vlies 13 haftet an dem Zahnriemenkörper 11 an und wird in diesen eingebettet. Dadurch werden der Zahnriemenkörper 11, der Zugstrang 12 und das Vlies 13 zu einem zylindrischen Riemenrohling S zusammengeschlossen.
Zuletzt wird der Riemenrohling S aus der Innenform 31 und der Außenform 34 entformt und in runde Stücke geschnitten, wodurch der Zahnriemen B nach der Ausführungsform entsteht.
Bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist der Zahnriemen B aus dem Zahnriemenkörper 11, dem Zugstrang 12 und dem Vlies 13 gebildet; er ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Es kann auch ein Verstärkungsgewebe an den Zahnflächen auf der Innenumfangsseite des Zahnriemenkörpers und/oder an der Rückseite auf der Außenumfangsseite des Zahnriemenkörpers vorgesehen sein.
Bei der Ausführungsform umfasst der Zahnriemen B einen Zahnriemenkörper 11 aus Polyurethanharz; er ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Der Zahnriemenkörper selbst kann auch aus einer vernetzten Kautschukzusammensetzung gebildet sein.
Bei der Ausführungsform ist der Zahnriemen B als Kraftübertragungsriemen dargestellt; der Kraftübertragungsriemen ist jedoch nicht speziell hierauf beschränkt und kann auch ein Flachriemen, ein Keilriemen, ein Keilrippenriemen oder dergleichen sein.
[Beispiele]
[Testauswertung 1]
(Zahnriemen)
Es wurden Zahnriemen nach Beispiel 1 und den Vergleichsbeispielen 1-1 und 1-2 hergestellt. Die jeweiligen Bestandteile der Riemen sind auch in Tabelle 1 gezeigt.
<Beispiel 1>
Ein STS-Zahnriemen mit der gleichen Ausgestaltung wie bei der Ausführungsform wurde als Beispiel 1 hergestellt. Der Zahnriemen nach Beispiel 1 wies eine Riemenlänge von 1400 mm, eine Riemenbreite von 14 mm und eine Riemendicke von (maximal) 8,6 mm auf. Bei den Zähnen handelt es sich um S1 4M-Zähne gemäß ISO 13050: 2014 (E).
Als Urethanzusammensetzung zur Bildung eines Zahnriemenkörpers wurde eine durch Mischung von 13 Massenteilen 3,3'-Dichlor-4,4'-diaminodiphenylmethan als Aushärtungsmittel und 10 Massenteilen Dioctylphthalat als Weichmacher mit 100 Massenteilen Urethanvorpolymer hergestellte Urethanzusammensetzung verwendet. Ein den Zahnriemenkörper bildendes Polyurethanharz wies eine nach JIS K7312 gemessene Härte von 92° auf.
Als Zugstrang wurde ein durch Verdrehen eines Filamentbündels (Gesamtanzahl der Filamente: 48 000, Gesamtfaserfeinheit: 3200 tex) in einer Richtung hergestelltes einfach gezwirntes Garn verwendet, wobei eine Windungsanzahl des Zugstrangs pro 10 cm Länge 4/10 cm betrug. Das Filamentbündel wurde durch Zusammennehmen von vier Kohlenstofffasern hergestellt, wobei die Anzahl der Filamente jeweils 12 000 (TORAYCA T700SC-12000, hergestellt durch TORAY INDUSTRIES, INC., 12K, 800 tex, Filamentdurchmesser: 7 µm) betrug. Der Winkel des äußersten Filaments in dem Filamentbündel aus den den Zugstrang bildenden Kohlenstofffasern zu der Längsrichtung des Zugstrangs betrug 10°. Für den Zugstrang aus einfach gezwirntem Garn wurden ein S-Garn und ein Z-Garn bereitgestellt und einer haftvermittelnden Behandlung unterzogen, bei der sie in ein Haftmittel getaucht und getrocknet wurden. Das S-Garn und das Z-Garn, die ein einfach gezwirntes Garn für den Zugstrang bilden, wurden in der Riemenbreitenrichtung abwechselnd angeordnet, um ein Doppelhelixmuster zu bilden. Die Anzahl an Zugsträngen pro 10 mm Riemenbreite betrug vier. Der Zugstrang wies einen Durchmesser von 2,0 mm auf.
Als Vlies wurde ein durch Vernadeln ohne Druckbeaufschlagung hergestelltes Vlies aus Nylonfasern verwendet. Das Vlies wurde keiner haftvermittelnden Behandlung unterzogen.
Der Zahnriemen nach Beispiel 1 wies eine Riemenfestigkeit von 1302 N/mm pro 1 mm Riemenbreite auf. Die Riemenspannung T_0,1 betrug 40,0 N/mm.
<Vergleichsbeispiel 1-1 >
Als Vergleichsbeispiel 1-1 wurde ein Zahnriemen mit der gleichen Ausgestaltung wie bei Beispiel 1 hergestellt, bei dem allerdings ein Zwirn (Gesamtanzahl der Filamente: 48 000, Gesamtfaserfeinheit: 3200 tex) aus Kohlenstofffasern als Zugstrang verwendet wurde. Der Zwirn wurde wie folgt hergestellt: Ein Filamentbündel aus Kohlenstofffasern mit der Anzahl an Filamenten von 12 000, was Beispiel 1 entspricht, wurde in einer Richtung gezwirnt, wobei die Anzahl an Windungen pro 10 cm Länge vier betrug, wodurch ein in einer ersten Richtung gezwirntes Garn gebildet wurde, und dann wurden vier der in der ersten Richtung gezwirnten Garne zusammengenommen und in einer der Zwirnrichtung des in der ersten Richtung gezwirnten Garns entgegengesetzten Richtung gezwirnt, wobei die Anzahl an Windungen pro 10 cm vier betrug. Der Winkel des äußersten Filaments in dem Filamentbündel aus den den Zugstrang aus dem Zwirn bildenden Kohlenstofffasern zu der Längsrichtung des Zugstrangs betrug 7°.
Der Zahnriemen nach Vergleichsbeispiel 1-1 wies eine Riemenfestigkeit von 1267 N/mm pro 1 mm Riemenbreite auf. Die Riemenspannung T_0,1 betrug 38,5 N/mm.
<Vergleichsbeispiel 1-2>
Als Vergleichsbeispiel 1-2 wurde ein Zahnriemen mit der gleichen Ausgestaltung wie bei Beispiel 1 hergestellt, bei dem allerdings die Anzahl an Windungen des Zugstrangs pro 10 cm Länge 6/10 cm betrug. Der Winkel des äußersten Filaments in dem Filamentbündel aus den den Zugstrang bildenden Kohlenstofffasern zu der Längsrichtung des Zugstrangs betrug 21°.

Der Zahnriemen nach Vergleichsbeispiel 1-2 wies eine Riemenfestigkeit von 640 N/mm pro 1 mm Riemenbreite auf. Die Riemenspannung T_0,1 betrug 41,0 N/mm. [Tabelle 1]

	Beispiel 1	Vergleichsbeispiel 1-1	Vergleichsbeispiel 1-2
Zahnteilung (mm)	14	14	14
Gesamtanzahl der Filamente	32000	32000	32 000
Anzahl Windungen (pro 10 cm)	4	4 (in erster Richtung gezwirntes Garn)/ 4 (in zweiter Richtung gezwirntes Garn)	6
Winkel θ des Filaments (°)	10	7	21
Anzahl Zugstränge (pro 10 mm)	4	4	4
Riemenfestigkeit (N/mm)	1302	1267	640
Riemenspannung T_0.1 (N/mm)	40,0	38,5	41,0
Riemenhaltbarkeitsdauer (h)	756	26	65

(Riemenhaltbarkeitstest)
4 zeigt eine Anordnung von Riemenscheiben in der Riemenlaufprüfeinrichtung 40, die in einem Riemenhaltbarkeitstest verwendet wurde. Die Riemenlaufprüfeinrichtung 40 umfasst eine Antriebsscheibe 41 mit 22 Zähnen und eine Abtriebsscheibe 42 mit 33 Zähnen, die rechts von der Antriebsscheibe 41 vorgesehen ist. Die Abtriebsscheibe 42 ist nach links oder rechts beweglich und mit einer axialen Last und einem Lastmoment beaufschlagbar.
In einer Atmosphäre von 60 °C wurden die Zahnriemen B nach Beispiel 1 und den Vergleichsbeispielen 1-1 und 1-2 jeweils auf die Antriebsscheibe 41 und die Abtriebsscheibe 42 gespannt, zur Anlage einer Spannung von 1000 N an den Zahnriemen B mit einer festen axialen Last (SW) von 1960 N beaufschlagt und mit einem Lastmoment von 120 N · m beaufschlagt. In diesem Zustand wurde die Antriebsscheibe 41 mit einer Drehzahl von 1800 U/min betrieben. Dann wurde die Zeit bis zum Bruch des Zahnriemens B gemessen, und diese Zeit wurde als Riemenhaltbarkeitsdauer herangezogen.
(Testergebnisse)
Tabelle 1 zeigt die Testergebnisse. Wie ersichtlich ist, war die Haltbarkeit bei Beispiel 1 deutlich höher als bei den Vergleichsbeispielen 1-1 und 1-2.
[Testauswertung 2]
(Zahnriemen)
Es wurden Zahnriemen nach den Beispielen 2-1 und 2-2 und den Vergleichsbeispielen 2-1 und 2-2 hergestellt. Die jeweilige Ausgestaltung der Riemen ist auch in Tabelle 2 gezeigt.
<Beispiel 2-1>
Es wurde ein STS Zahnriemen mit der gleichen Ausgestaltung wie bei der Ausführungsform als Beispiel 2-1 hergestellt. Der Zahnriemen nach Beispiel 2-1 wies eine Riemenlänge von 800 mm, eine Riemenbreite von 8 mm und eine Riemendicke von (maximal) 4,8 mm auf. Bei den Zähnen handelte es sich um S8M-Zähne gemäß ISO 13050: 2014 (E).
Als Zugstrang wurde ein einfach gezwirntes Garn verwendet, das durch Zwirnen eines Filamentbündels aus Kohlenstofffasern mit jeweils einer Anzahl an Filamenten von 12 000, was Beispiel 1 entspricht, in einer Richtung hergestellt wurde, wobei die Anzahl von Windungen pro 10 cm Länge 6/10 cm betrug. Der Winkel des äußersten Filaments in dem Filamentbündel aus den den Zugstrang bildenden Kohlenstofffasern zu der Längsrichtung des Zugstrangs betrug 9°. Für den Zugstrang aus einfach gezwirntem Garn wurden ein S-Garn und ein Z-Garn bereitgestellt und einer haftvermittelnden Behandlung unterzogen, bei der sie in ein Haftmittel getaucht und getrocknet wurden. Das S-Garn und das Z-Garn, die ein einfach gezwirntes Garn für den Zugstrang bilden, wurden in der Riemenbreitenrichtung abwechselnd angeordnet, um ein Doppelhelixmuster zu bilden. Die Anzahl an Zugsträngen pro 10 mm Riemenbreite betrug acht. Der Zugstrang wies einen Durchmesser von 0,9 mm auf.
Die Urethanzusammensetzung zur Bildung eines Zahnriemenkörpers und das Vlies entsprachen jenen aus Beispiel 1.
Der Zahnriemen nach Beispiel 2-1 wies eine Riemenfestigkeit von 1150 N/mm pro 1 mm Riemenbreite auf. Die Riemenspannung T_0,1 betrug 44,4 N/mm.
<Beispiel 2-2>
Als Vergleichsbeispiel 2-2 wurde ein Zahnriemen mit der gleichen Ausgestaltung wie bei Beispiel 2-1 hergestellt, bei dem allerdings die Anzahl an Windungen des Zugstrangs pro 10 cm Länge 10/10 cm betrug. Der Winkel des äußersten Filaments in dem Filamentbündel aus den den Zugstrang bildenden Kohlenstofffasern zu der Längsrichtung des Zugstrangs betrug 19°.
Der Zahnriemen nach Beispiel 2-2 wies eine Riemenfestigkeit von 738 N/mm pro 1 mm Riemenbreite auf. Die Riemenspannung T_0,1 betrug 40,5 N/mm.
<Vergleichsbeispiel 2-1>
Als Vergleichsbeispiel 2-1 wurde ein Zahnriemen mit der gleichen Ausgestaltung wie bei Vergleichsbeispiel 2-1 hergestellt, bei dem allerdings die Anzahl an Windungen des Zugstrangs pro 10 cm Länge 4/10 cm betrug. Der Winkel des äußersten Filaments in dem Filamentbündel aus den den Zugstrang bildenden Kohlenstofffasern zu der Längsrichtung des Zugstrangs betrug 6°.
Der Zahnriemen nach Vergleichsbeispiel 2-1 wies eine Riemenfestigkeit von 811 N/mm pro 1 mm Riemenbreite auf. Die Riemenspannung T_0,1 betrug 32,7 N/mm.
<Vergleichsbeispiel 2-2>
Als Vergleichsbeispiel 2-2 wurde ein Zahnriemen mit der gleichen Ausgestaltung wie bei Beispiel 2-1 hergestellt, bei dem allerdings die Anzahl an Windungen des Zugstrangs pro 10 cm Länge 12/10 cm betrug. Der Winkel des äußersten Filaments in dem Filamentbündel aus den den Zugstrang bildenden Kohlenstofffasern zu der Längsrichtung des Zugstrangs betrug 21°.

Der Zahnriemen nach Vergleichsbeispiel 2-2 wies eine Riemenfestigkeit von 694 N/mm pro 1 mm Riemenbreite auf. Die Riemenspannung T_0,1 betrug 42,8 N/mm. [Tabelle 2]

	Beispiel 2-1	Beispiel 2-2	Vergleichsbeispiel 2-1	Vergleichsbeispiel 2-2
Zahnteilung (mm)	8	8	8	8
Gesamtanzahl der Filamente	8000	8000	8000	8000
Anzahl Windungen (pro 10 cm)	6	10	4	12
Winkel θ des Filaments (°)	9	19	6	21
Anzahl Zugstränge (per 10 mm)	8	8	8	8
Riemenfestigkeit (N/mm)	1150	738	811	694
Riemenspannung T_0,1 (N/mm)	44,4	40,5	32,7	42,8
Riemenhaltbarkeitsdauer (h)	270	491	41	81

(Riemenhaltbarkeitstest)
Es wurde eine Riemenlaufprüfeinrichtung 40 mit einer in 4 gezeigten Anordnung von Riemenscheiben verwendet, die der aus Testauswertung 1 entspricht, bei der allerdings die Antriebsscheibe 41 und die Abtriebsscheibe 42 dazu ausgebildet waren, mit Zähnen der Zahnriemen B nach den Beispielen 2-1 und 2-2 und den Vergleichsbeispielen 2-1 und 2-2 in Eingriff zu kommen.
In einer Atmosphäre von 60 °C wurden die Zahnriemen B nach den Beispielen 2-1 und 2-2 und den Vergleichsbeispielen 2-1 und 2-2 jeweils auf die Antriebsscheibe 41 und die Abtriebsscheibe 42 gespannt, zur Anlage einer Spannung von 306 N an den Zahnriemen B mit einer festen axialen Last (SW) von 608 N beaufschlagt und mit einem Lastmoment von 34,5 N · m beaufschlagt. In diesem Zustand wurde die Antriebsscheibe 41 mit einer Drehzahl von 4218 U/min gedreht. Dann wurde die Zeit bis zum Bruch des Zahnriemens B gemessen, und diese Zeit wurde als Riemenhaltbarkeitsdauer herangezogen.
(Testergebnisse)
Tabelle 2 zeigt die Testergebnisse. Wie ersichtlich ist, war die Haltbarkeit bei den Beispielen 2-1 und 2-2 jeweils deutlich höher als bei den Vergleichsbeispielen 2-1 und 2-2.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Die vorliegende Erfindung ist auf das technische Gebiet der Kraftübertragungsriemen anwendbar.
Bezugszeichenliste

B: Zahnriemen (Kraftübertragungsriemen)
C: Kavität
F: Filament
S: Riemenrohling
11: Zahnriemenkörper
111: ebener Bandabschnitt
112: Zähne
12: Zugstrang
13: Vlies
31: Innenform
32: Vertiefung
33: Grat
34: Außenform
40: Riemenlaufprüfeinrichtung
41: Antriebsscheibe
42: Abtriebsscheibe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 200524075 [0003]

Claims

Kraftübertragungsriemen mit einem aus einem Elastomer gebildeten Riemenkörper und einem aus Kohlenstofffasern gebildeten Zugstrang, der in den Riemenkörper eingebettet ist und ein spiralförmiges Muster mit einer Steigung in einer Riemenquerrichtung bildet, wobei ein Winkel eines äußersten Filaments in einem Filamentbündel aus den den Zugstrang bildenden Kohlenstofffasern bei zu einer Längsrichtung des Zugstrangs orthogonaler seitlicher Betrachtung des Zugstrangs mindestens 8° bis höchstens 20° zu der Längsrichtung des Zugstrang beträgt.
Kraftübertragungsriemen nach Anspruch 1, wobei der Riemenkörper aus einem Polyurethanharz gebildet ist.
Kraftübertragungsriemen nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kohlenstofffasern, die den Zugstrang bilden, Kohlenstofffasern auf PAN-Basis sind.
Kraftübertragungsriemen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Kohlenstofffasern einen Filamentdurchmesser von mindestens 4 µm bis höchstens 9 µm aufweisen.
Kraftübertragungsriemen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei eine Gesamtanzahl an Filamenten aus den den Zugstrang bildenden Kohlenstofffasern mindestens 3000 bis höchstens 60 000 beträgt.
Kraftübertragungsriemen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Zugstrang ein einfach gezwirntes Garn ist, das durch Zwirnen eines Filamentbündels aus den Kohlenstofffasern in einer Richtung hergestellt ist.
Kraftübertragungsriemen nach Anspruch 6, wobei in dem Zugstrang aus dem einfach gezwirnten Garn eine Gesamtanzahl an Filamenten aus den den Zugstrang aus dem einfach gezwirnten Garn bildenden Kohlenstofffasern weniger als 24 000 beträgt und eine Anzahl an Windungen des Zugstrangs pro 10 cm Länge mindestens 2,0/10 cm bis höchstens 25,0/10 cm beträgt.
Kraftübertragungsriemen nach Anspruch 6, wobei in dem Zugstrang aus dem einfach gezwirnten Garn eine Gesamtanzahl an Filamenten aus den den Zugstrang aus dem einfach gezwirnten Garn bildenden Kohlenstofffasern mindestens 24 000 beträgt und eine Anzahl an Windungen des Zugstrang pro 10 cm Länge mindestens 1,5/10 cm bis höchstens 7,5/10 cm beträgt.
Kraftübertragungsriemen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei eine Anzahl an Zugsträngen pro 10 mm Riemenbreite mindestens 3/10 mm bis höchstens 16/10 mm beträgt.
Kraftübertragungsriemen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Riemenkörper ein Zahnriemenkörper ist.
Kraftübertragungsriemen nach Anspruch 10, wobei eine Riemenspannung T_0,1 pro 1 mm Riemenbreite bei einer Riemendehnungsrate von 0,1 mindestens 30 N/mm bis höchstens 50 N/mm beträgt.