DE19801253A1 - Keilrippenriemen und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Keilrippenriemen mit im wesentlichen einer elastomeren Decklage, Festigkeitsträgern und einem elastomeren Grundkörper, der Rippen aufweist, deren Flanken zur Kraftübertragung dienen.

An Keilrippenriemen, die im allgemeinen dann verwendet werden, wenn ein großes Übersetzungsverhältnis realisiert werden muß, werden große Anforderungen hinsichtlich Verschleißfestigkeit, Geräusch und dynamischer Belastbarkeit gestellt. So werden Keilrippenriemen z. B. zur Kraftübertragung in Werkzeugmaschinen, Elektrowerkzeugen oder Haushaltskleingeräten eingesetzt. Einen großen Anwendungsbereich besitzen Keilrippenriemen aber auch in Kraftfahrzeugen. So dienen sie hauptsächlich zum Antrieb von Nebenaggregaten wie z. B. der Lichtmaschine, da Keilrippenriemen gut geeignet sind, den auftretenden Schlupf auszugleichen.

Bisherige Keilrippenriemen sind aus einer elastomeren Decklage, Festigkeitsträgern und einem elastomeren Grundkörper aufgebaut. Durch den elastomeren Grundkörper, in dem die Rippen eingeformt sind, erfolgt über deren Flanken die Kraftübertragung. Die elastomere Decklage bildet den Riemenrücken, der möglichst verschleißfest ausgebildet sein sollte. Allerdings besitzen die Riemen des Standes der Technik nur eine unzureichende Verschleißfestigkeit, die sich insbesondere in einem erhöhten Abrieb des Riemenrückens, der bekanntlich mit Spannrollen in Kontakt tritt, zeigt. Des weiteren kann dieser Abrieb auf dem Riemenrücken anhaften und zu einer vermehrten Geräuschentwicklung führen. Aus der DE 12 21 861 ist für Keilriemen weiterhin bekannt, daß dessen Flanken eine Kunststoffhülle aufweisen. Allerdings hat sich gezeigt, daß insbesondere für Keilrippenriemen solche Konstruktionen ungeeignet sind, da das Kraftübertragungsvermögen herabgesetzt wird und eine höhere Geräuschentwicklung auftritt.

Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Keilrippenriemen bereitzustellen, der verfahrenstechnisch günstig hergestellt werden kann, bei uneingeschränkten Kraftübertragungsvermögen eine elastomere Decklage aufweist, die abriebsbeständig ist, so daß wirksam eine Geräuschentwicklung vermieden werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß die elastomere Decklage mit einer äußeren Schicht bedeckt ist, die aus einem thermoplastisch verarbeitbaren Material gebildet ist und durch einen Vulkanisationsprozeß mit der elastomeren Decklage verbunden ist, so daß der Rücken des Keilrippenriemens eine Schicht aus thermoplastisch verarbeitbarem Material aufweist.

Unter dem Begriff "thermoplastisch verarbeitbares Material" sollen erfindungsgemäß Polymere fallen, die bis ca. 130°C aufgrund ihrer thermoplastischen Eigenschaften verformbar sind. Dazu zählen z. B. Polyethylen, Polypropylen oder auch Polyamid. Zusätzlich soll eine Beschichtung aus einer PTFE-Suspension aus der EP 662 571 B1 unter dem "thermoplastisch verarbeitbarem Material" gefaßt werden. Das thermoplastisch verarbeitbare Material ist in der Lage, während des Vulkanisationsprozesses mit der Elastomermatrix eine Mischphase zu bilden, so daß das Thermoplast festhaftend ohne Aufbringung von z. B. Haftvermittlern verbunden werden kann. Durch die auf den Keilrippenriemenrücken aufgebrachte thermoplastische Schicht ist es erfindungsgemäß möglich, den Abrieb auf dem Rücken des Riemens wirksam zu vermindern. Da durch den verringerten Abrieb auch weniger Abriebmaterial sich auf dem Rippenriemen anlagern kann, der zu einem geräuschvollen Riemenlauf führt, können dadurch verursachte akustische Probleme beseitigt werden. Selbst bei Keilrippenriemen, deren Abrieb sich nicht auf dem Riemenrücken ablagert, bringt die Erfindung Vorteile hinsichtlich der Erhöhung der Geräuscharmut. Somit kann nämlich erfindungsgemäß verhindert werden, daß die Einprägung (Muster) auf dem Riemenrücken, die im Riemenlauf auch zu einer Verminderung des Geräusches führt, nicht abgerieben werden, so daß über die gesamte Lebensdauer des Riemens störende akustische Belästigungen vermieden werden.

Es besteht die Möglichkeit, das thermoplastisch verarbeitbare Material in Lösung zu bringen und auf die Kautschukplatte der elastomeren Decklage, z. B. durch Streichen, aufzubringen. Bevorzugt ist jedoch, wenn als thermoplastisch verarbeitbares Material eine Folie verwendet wird. Diese Folie kann im Herstellungsprozeß zuerst um die Riemenaufbautrommel gelegt werden, worauf anschließend die Kautschukplatte der elastomeren Decklage aufgebracht wird. Die Verwendung einer Folie hat den Vorteil, daß die Folie, die das Zusammenkleben des im allgemeinen rollenförmig aufgewickelten Kautschukmaterials verhindert, indem diese mit dem Kautschukmaterial aufgewickelt wird, gleich für die Herstellung von Keilrippenriemen verwertet werden kann, so daß die Entsorgung und die damit verbundenen Umweltprobleme vermieden werden. Besonders bevorzugt ist, wenn sich die Thermoplastfolie bereits auf dem Kautschukmaterial der elastomeren Decklage befindet, bevor dieser Verbund (Kautschukplatte der elastomeren Decklage mit Folie) um die Riemenaufbautrommel gewickelt wird. Durch die Verstärkung der Kautschukplatte durch die Folie kann ein Kautschukmaterial verwendet werden, das eine geringe Rohfestigkeit aufweist. Durch die Stabilisierung des Kautschukmaterials durch die Folie kann die Spulgeschwindigkeit der Riemenaufbautrommel drastisch erhöht werden, ohne daß es zum Reißen oder Dehnen des Kautschukmaterials kommt, so daß verfahrenstechnisch günstiger produziert werden kann. Durch die Verwendung einer Thermoplastfolie, die eine Stärke von ca. 0,001 mm bis 0,1 mm aufweisen kann, werden unter Zeiteinsparung Keilrippenriemen umweltverträglich hergestellt, die erfindungsgemäß einen geringen Abrieb aufweisen und geräuscharm laufen.

Vorteilhafterweise wird als thermoplastisch verarbeitbares Material Polyethylen oder Polypropylen eingesetzt. Diese Materialien sind leicht zugänglich und kostengünstig zu erhalten. Polyethylen und Polypropylen ist sehr dehnfähig, plastisch und besitzt antihaftende Eigenschaften. Des weiteren gehen sie unter Vulkanisationsbedingungen bei Verwendung üblicher Vernetzungschemikalien (Schwefel, Peroxide) eine hervorragende Bindung zum Elastomer ein.

Als Kautschukmaterial für die elastomere Decklage und dem elastomeren Grundkörper können aus dem Stand der Technik verwendete peroxydisch- und schwefelvernetzbare Polymere eingesetzt werden. So können zum Beispiel Polychloropren, Acrylnitril-Butadien-Co­ polymer, Naturkautschuk, Styren-Butadien-Copolymer oder aber auch Butadien-Kaut­ schuk und Mischungen hiervon eingesetzt werden. Bevorzugt ist allerdings wenn die elastomere Decklage und der elastomere Grundkörper Ethylen-Propylen-Copolymer (EPM) und/oder Ethylen-Propylen-Dien-Copolymer (EPDM) enthält. Diese Materialien verleihen dem Keilrippenriemen besonders gute Riemenlaufeigenschaften. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die elastomere Decklage und der elastomere Grundkörper Mischungen aus EPDM und/oder EPM und hydriertes Acrylnitril-Butadien-Copolymer (H-NBR) aufweisen. Durch dieses Polymer können die genannten Eigenschaften weiterhin optimiert werden. Prinzipiell ist es auch möglich, daß für die elastomere Decklage und dem elastomeren Grundkörper verschiedene Kautschukmischungen verwendet werden.

Vorteilhafterweise soll der erfindungsgemäße Keilrippenriemen, d. h. dessen elastomere Decklage und elastomerer Grundkörper aus einer Mischung aus Ethylen-Propylen-Dien-Co­ polymer (EPDM) und hydriertes Acrylnitril-Butadien-Copolymer (H-NBR) hergestellt werden. Auf der elastomeren Decklage befindet sich als äußere Schicht ein thermoplastisch verarbeitbares Material (z. B. Folie), das aus Polyethylen oder Polypropylen besteht. Durch die chemische Ähnlichkeit von EPDM und Polyethylen bzw. Polypropylen wird während des Vulkanisationsprozesses eine besonders gute Haftung zwischen Decklage und deren äußerer Schicht erzeugt. Durch diese Kombination werden sowohl die dynamischen Eigenschaften positiv beeinflußt und gleichzeitig werden die durch das thermoplastisch verarbeitbare Material erzeugten Vorteile erreicht.

Eine weitere Ausgestaltungsform der Erfindung liegt darin, daß zwischen der elastomeren Decklage und deren äußerer Schicht, die aus einem thermoplastisch verarbeitbaren Material gebildet ist, ein nicht schwarzes Etikett angeordnet ist. Da das thermoplastisch verarbeitbare Material, das im allgemeinen transparent ist, sich über dem Etikett befindet, werden Farbveränderungen bzw. Abnutzungen, die während des Vulkanisationsprozesses oder aber auch während des Gebrauchs des Riemens hervorgerufen werden können, vermieden. Insbesondere durch den durch das thermoplastisch verarbeitbare Material hervorgerufenen Vorteil des geringen Abriebs bleiben nun die auf dem Etikett befindlichen Zeichen (z. B. gespeicherte Kenndaten des Riemens) über dessen gesamte Lebensdauer erhalten. Das Material des Etiketts besteht vorzugsweise ebenfalls aus einem thermoplastisch verarbeitbaren Werkstoff, insbesondere Polyethylen, Polypropylen oder Polyamid. Die Stärke des Etiketts (z. B. Folie) kann Werte von ca. 0,001-0,1 mm annehmen. Überraschend dabei war, daß auch größere Stärken (z. B. ca. 0,3 mm) des Etiketts problemlos verarbeitet werden können. Während der Vulkanisation tritt eine Verschmelzung mit dem das Etikett umgebende Material ein, so daß keine speziellen Anforderungen an die Maße des Etiketts gestellt werden müssen.

Die Herstellung des erfindungsgemäßen Keilrippenriemens ist in einfacher Art und Weise zu bewerkstelligen. So wird als Erstes das thermoplastisch verarbeitbare Material auf die Riemenaufbautrommel und/oder auf die Seite der Kautschukplatte der elastomeren Decklage, die mit der Riemenaufbautrommel in Kontakt gebracht wird, aufgebracht. Diese Aufbringung kann mittels Streichen erfolgen. Bei Verwendung einer Thermoplastfolie kann der Verbund aus Kautschukplatte der elastomeren Decklage und Folie direkt von der Vorratstrommel gezogen werden und beide Schichten gemeinsam auf die Riemenaufbautrommel gelegt werden, so daß die Folie auf der Riemenaufbautrommel liegt. Durch Verwendung einer Folie kann somit ein Verfahrensschritt - nämlich das vorherige Benetzen der Kautschukplatte mit dem thermoplastisch verarbeitbaren Material, das in Lösung gebracht werden muß - eingespart werden. Anschließend erfolgt das Aufwickeln des Festigkeitsträgers um die Kautschukplatte der elastomeren Decklage. Als Festigkeitsträger können aus dem Stand der Technik bekannte Materialien, vorzugsweise Polyamid oder Polyester, eingesetzt werden. Die Festigkeitsträger können als Gewebe oder Cord verwendet werden, vorzugsweise aber als Faden, der um die Kautschukplatte der elastomeren Decklage gespult wird. Anschließend erfolgt das Aufbringen der Kautschukplatte des elastomeren Grundkörpers auf die umwickelten Festigkeitsträger. Nach Fertigstellung dieses Keilrippenrohlings schließt sich der Vulkanisationsprozeß an. Dazu wird der Keilrippenrohling von der Riemenaufbautrommel genommen und in einen Autoklaven zur Vulkanisation und gegebenenfalls Formgebung eingebracht. Nach beendetem Vulkanisationsvorgang erfolgt das Schneiden des gummierten Verbundes zu einzelnen Keilrippenriemen.

Anhand einer Zeichnung soll ein Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

Es zeigt:

Fig. 1 Prinzipskizze des Auflegevorganges des Verbundes aus elastomerer Decklage und thermoplastisch verarbeitbarem Material auf die Riemenaufbautrommel und

Fig. 2 den Querschnitt des erfindungsgemäßen Keilrippenriemens.

Von einer nicht dargestellten Vorratsrolle, auf der sich kalandriertes Kautschukmaterial 2a aus einer Mischung aus EPDM und H-NBR befindet, zwischen deren einzelnen Wicklungen zur Vermeidung des Anklebens des Kautschukmaterials Polyethylenfolie 3 befindet, wird dieser Verbund in einer Umwicklung in der Art um die Riemenaufbautrommel 1 gewickelt, daß die Polyethylenfolie 3 sich unmittelbar auf der Oberfläche der Riemenaufbautrommel 1 befindet. Der Aufwickelvorgang erfolgt durch die Aufbautrommel, die sich mit z. B. ca. 180 Umdrehungen/min (abhängig von der Dimension des herzustellenden Riemens) bewegt. Diese Geschwindigkeit ist ca. doppelt so hoch als wenn nur das reine Kautschukmaterial, d. h. ohne Polyethylenfolie auf die Riemenaufbautrommel gewickelt wird. Aufgrund der Stabilisierung des Kautschukmaterials durch die Folie können solch hohe Spulgeschwindigkeiten erzielt werden. Die Schichtdicke der Kautschukplatte 2a für die elastomere Decklage beträgt ca. 0,8 mm und die Stärke der Polyethylenfolie 3 weist einen Wert von ca. 0,01 mm auf. Vor oder nach dem Aufwickelprozeß des Verbundes aus der Kautschukplatte 2a der elastomeren Decklage und der Polyethylenfolie 3 kann ein nicht dargestelltes nicht schwarzes Etikett zwischen der Kautschukplatte 2a und der Folie 3 eingebracht werden. Nach erfolgtem Aufwickelvorgang des Verbundes, deren Enden überlappen oder auf Stoß gelegt sind, wird ein nicht dargestellter zweifädiger Polyesterfaden um diesen Verbund gewickelt werden. Nach diesem Arbeitsgang erfolgt das Auflegen einer weiteren Kautschukplatte für den elastomeren Grundkörper um den Festigkeitsträger. Die in der Fig. 1 nicht dargestellte Kautschukplatte für den elastomeren Grundkörper kann die gleiche Zusammensetzung wie die Kautschukplatte 2a der elastomeren Decklage aufweisen. Die Stärke dieser Kautschukplatte beträgt ca. 2 mm. Nach Fertigstellung des Keilrippenrohlings erfolgt die Vulkanisation in einem Autoklaven unter üblichen Druckbedingungen bei ca. 170°C, ca. 40 Minuten. Mit diesem Vulkanisationsprozeß wird die Kunststoffolie 3 mit der elastomeren Decklage unter Ausbildung einer Mischphase festhaftend verbunden bei gleichzeitiger Vernetzung des Kautschukmaterials. Außerdem erfolgt während des Vulkanisationsprozesses die Formgebung, d. h. das Einformen der Rippen des Riemens. Zusätzlich kann der Rücken des Riemens, auf dem sich die Polyethylenfolie befindet, durch den Vulkanisationsprozeß strukturiert werden, um eine weitere Geräuschreduzierung des erfindungsgemäßen Keilrippenriemens zu erzeugen.

In der Fig. 2 ist der erfindungsgemäße Keilrippenriemen dargestellt. Dieser weist eine elastomere Decklage aus Gummi 2b, auf deren Oberfläche durch einen Vulkanisationsprozeß festhaftend eine Polyethylenfolie 3 aufgebracht ist, auf. Weiterhin enthält der erfindungsgemäße Keilrippenriemen Polyesterfestigkeitsträger 4 und einen elastomeren Grundkörper aus Gummi 5. Zwischen der elastomeren Decklage 2b und der Thermoplastfolie 3 befindet sich ein Etikett 6 aus farbiger Polyethylenfolie. Dieses Etikett dient zur Bezeichnung der Riemendimension.

Es können erfindungsgemäß Keilrippenriemen bereitgestellt werden, die eine geringe Geräuschentwicklung besitzen, hervorragende dynamische Eigenschaften und einen geringen Abrieb aufweisen und einfach hergestellt werden können. Deshalb verfügen die erfindungsgemäßen Keilrippenriemen über einen großen Anwendungsbereich, insbesondere für die Kraftübertragung in Kraftfahrzeugen.

Claims (9)

1. Keilrippenriemen mit im wesentlichen einer elastomeren Decklage (2b), Festigkeitsträgern (4) und einem elastomeren Grundkörper (5), der Rippen aufweist, deren Flanken zur Kraftübertragung dienen, dadurch gekennzeichnet, daß die elastomere Decklage (2b) mit einer äußeren Schicht bedeckt ist, die aus einem thermoplastisch verarbeitbaren Material (3) gebildet ist und durch einen Vulkanisationsprozeß mit der elastomeren Decklage (2b) verbunden ist, so daß der Rücken des Keilrippenriemens eine Schicht aus thermoplastisch verarbeitbarem Material aufweist.

2. Keilrippenriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastisch verarbeitbare Material eine Folie ist.

3. Keilrippenriemen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastisch verarbeitbare Material Polyethylen oder Polypropylen ist.

4. Keilrippenriemen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elastomere Decklage Ethylen-Propylen-Dien-Copolymer (EPDM) und/oder Ethylen-Propylen-Co­ polymer (EPM) aufweist.

5. Keilrippenriemen nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die elastomere Decklage hydriertes Acrylnitril-Butadien-Copolymer (H-NBR) aufweist.

6. Keilrippenriemen nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen elastomerer Decklage (2b) und deren äußeren Schicht, die aus thermoplastisch verarbeitbarem Material (3) gebildet ist, ein nicht schwarzes Etikett (6) angeordnet ist.

7. Keilrippenriemen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht schwarze Etikett (6) aus thermoplastisch verarbeitbaren Material besteht und durch einen Vulkanisationsprozeß zwischen elastomerer Decklage (2b) und deren äußeren Schicht befestigt ist.

8. Verfahren zur Herstellung eines Keilrippenriemens nach Anspruch 1 durch zumindest folgende Schritte:

• a) Aufbringen eines thermoplastisch verarbeitbaren Materials (3) auf die Riemenaufbautrommel (1) und/oder auf die Seite der Kautschukplatte der elastomeren Decklage, die mit der Riemenaufbautrommel in Kontakt gebracht wird,
• b) Aufbringen der Kautschukplatte der elastomeren Decklage (2a) auf die Riemenaufbautrommel,
• c) Aufwickeln der Festigkeitsträger um die Kautschukplatte der elastomeren Decklage (2a),
• d) Aufbringen der Kautschukplatte des elastomeren Grundkörpers auf die umwickelten Festigkeitsträger,
• e) Vulkanisieren des Keilrippenrohlings und
• f) Schneiden des Keilrippenriemens.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als thermoplastisch verarbeitbares Material eine Folie verwendet wird.