DE19801253C2 - Keilrippenriemen und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Keilrippenriemen mit einer den Keilrippenriemenrücken bildenden 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 wird, 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.

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, da er auch an Spannrollen entlang läuft und somit zeitlich auftretenden Druckbelastungen ausgesetzt ist. Die Rücken der Riemen des Standes der Technik besitzen 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.

Aus der EP 0 476 630 A2 ist die Aufbringung eines Verstärkungsgewebes auf den Rücken eines Keilrippenriemens bekannt. Dabei werden Schräggewebeschichten aus Polyester, Polyamid, Aramid oder ähnlichen Materialien in bereits gummierter Form oder mit Hilfe von Haftvermittlern mit der elastomeren Decklage verbunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Keilrippenriemen zu schaffen, der verfahrenstechnisch günstig hergestellt werden kann und der bei gegenüber herkömmlichen Keilrippenriemen gleichbleibendem Kraftübertragungsvermögen mit einem Riemenrücken ausgestattet ist, der eine verbesserte Abriebbeständigkeit aufweist, und der eine geringere Geräuschentwicklung verursacht.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß auf die elastomere Decklage eine nach außen weisende Thermoplastfolie aufgebracht ist, die eine Dicke von 0,001 mm bis 0,1 mm aufweist und bei ca. 130°C thermoplastisch verarbeitbar und durch den Riemenvulkanisationsprozeß mit der elastomeren Decklage verbunden ist.

Die Thermoplastfolie soll aus Polymeren bestehen, die bei ca. 130°C aufgrund ihrer thermoplastischen Eigenschaften verformbar sind, um vor dem Beginn der Vernetzung der elastomeren Decklage während der Vulkanisation ein vollständiges Anschmiegen der Thermoplastfolie an den Riemenrücken zu gewährleisten. Dazu zählen z. B. Polyethylen, Polypropylen oder auch Polyamid. Die Thermoplastfolie 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 mit der elastomeren Decklage verbunden wird. Durch die auf den Keilrippenriemenrücken aufgebrachte Thermoplastfolie ist es möglich, den Abrieb auf dem Rücken des Riemens wirksam zu vermindern. Dieser Abrieb lagert sich auch auf dem Rücken des Keilrippenriemens an und führt aufgrund dadurch verursachter Schwingungen zu einem geräuschvollen Riemenlauf. Da durch den verringerten Abrieb sich auch weniger Abriebmaterial auf dem Rücken des Rippenriemens anlagern kann, 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 verhindert werden, daß die Einprägung (Muster) auf dem Riemenrücken, die im Riemenlauf auch zu einer Verminderung des Geräusches führt, abgerieben wird, so daß über die gesamte Lebensdauer des Riemens störende akustische Belästigungen vermieden werden.

Die Thermoplastfolie kann im Herstellungsprozeß zuerst um die Riemenaufbautrommel gelegt werden, worauf anschließend die Kautschukplatte, die die elastomere Decklage bildet, aufgebracht wird. Die Verwendung einer solchen Folie hat den Vorteil, daß gleich die Folie für die Herstellung von Keilrippenriemen verwertet werden kann, die das Zusammenkleben des im allgemeinen zu Vorratszwecken rollenförmig aufgewickelten Kautschukmaterials verhindert, indem diese mit dem Kautschukmaterial aufgewickelt wird, so daß die Entsorgung und die damit verbundenen Umweltprobleme vermieden werden. Vorzugsweise befindet sich die Thermoplastfolie bereits auf dem Kautschukmaterial der elastomeren Decklage, bevor dieser Verbund (Kautschukplatte, die die elastomere Decklage bildet, 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 günstig produziert werden kann. Durch die Verwendung einer Thermoplastfolie, die eine Dicke von 0,001 mm bis 0,1 mm aufweist, werden unter Zeiteinsparung Keilrippenriemen umweltverträglich hergestellt, die erfindungsgemäß einen geringen Abrieb aufweisen und geräuscharm laufen.

Vorteilhafterweise wird für die Thermoplastfolie Polyethylen oder Polypropylen eingesetzt. Diese Materialien sind leicht zugänglich und kostengünstig zu erhalten. Polyethylen und Polypropylen besitzen 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 den elastomeren Grundkörper können aus dem Stand der Technik verwendete peroxydisch- und schwefelvernetzbare Polymere eingesetzt werden. So können zum Beispiel Polychloropren, Acrylnitril-Butadien- Copolymer, Naturkautschuk, Styren-Butadien-Copolymer oder aber auch Butadien- Kautschuk 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 hydriertem 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 den elastomeren Grundkörper verschiedene Kautschukmischungen verwendet werden.

Vorteilhafterweise soll der erfindungsgemäße Keilrippenriemen, d. h. dessen elastomere Decklage und der elastomere Grundkörper aus einer Mischung aus Ethylen-Propylen-Dien- Copolymer (EPDM) und hydriertem Acrylnitril-Butadien-Copolymer (H-NBR) hergestellt werden. Auf der elastomeren Decklage befindet sich als äußere Schicht eine Thermoplastfolie, die aus Polyethylen oder Polypropylen besteht. Durch die chemische Ähnlichkeit von EPDM und Polyethylen bzw. Polypropylen wird während des Vulkanisationsprozesses eine besonders gute Haftung zwischen der Decklage und dieser äußeren Schicht erzeugt. Durch die 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 der Thermoplastfolie ein farbiges, weißes oder graues Etikett angeordnet ist. Da die Thermoplastfolie, die im allgemeinen nach dem Prozeß der Vulkanisation transparent ist, sich über dem Etikett befindet, werden Farbveränderungen bzw. Abnutzungen des Etiketts, die während des Vulkanisationsprozesses oder aber auch während des Gebrauchs des Riemens hervorgerufen werden können, vermieden. Insbesondere durch den durch die Thermoplastfolie hervorgerufenen Vorteil des geringen Abriebs bleiben nun die auf dem Etikett befindlichen Zeichen (z. B. gespeicherte Kenndaten des Riemens) über dessen gesamte Lebensdauer erhalten.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besteht das farbige, weiße oder graue Etikett aus einem thermoplastisch verarbeitbaren Material und ist durch einen Vulkanisationsprozeß zwischen elastomerer Decklage und der Thermoplastfolie befestigt. Das Grundmaterial des Etiketts kann insbesondere aus Polyethylen, Polypropylen oder Polyamid bestehen. Die Stärke des Etiketts (z. B. Folie) kann Werte von ca. 0,001-0,1 mm annehmen. Überraschend dabei ist, daß auch größere Stärken (z. B. ca. 0,3 mm) des Etiketts problemlos verarbeitet werden können. Während der Vulkanisation tritt eine Verschmelzung des Grundmaterials mit den beiden das Etikett umgebenden Materialien ein, so daß das Etikett ohne Bildung von Absätzen in den Riemenrücken eingeebnet wird und keine speziellen Anforderungen an die Maße des Etiketts gestellt werden müssen.

Die Herstellung des erfindungsgemäßen Keilrippenriemens ist in einfacher Weise zu bewerkstelligen. So wird zuerst die bei ca. 130°C thermoplastisch verarbeitbare Thermoplastfolie auf die Riemenaufbautrommel und/oder auf die Seite der die elastomere Decklage bildenden Kautschukplatte, die mit der Riemenaufbautrommel in Kontakt gebracht wird, aufgebracht. Danach wird die die elastomere Decklage bildende Kautschukplatte auf die Riemenaufbautrommel aufgebracht. Bei Verwendung des Verbundes aus der die elastomere Decklage bildenden Kautschukplatte und der Folie kann der Verbund direkt von einer Vorratstrommel gezogen werden und beide Schichten können gemeinsam auf die Riemenaufbautrommel gelegt werden, so daß die Folie auf der Riemenaufbautrommel liegt. Anschließend erfolgt das Aufwickeln der Festigkeitsträger um die die elastomere Decklage bildende Kautschukplatte. 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 die elastomere Decklage bildende Kautschukplatte gespult wird. Anschließend erfolgt das Aufbringen der den elastomeren Grundkörper bildenden Kautschukplatte auf die herumgewickelten Festigkeitsträger. Nach Fertigstellung dieses Keilrippenriemenrohlings schließt sich der Vulkanisationsprozeß bei ca. 170°C an. Dazu wird der Keilrippenriemenrohling 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 Prinzipsskizze des Auflegevorganges des Verbundes aus elastomerer Decklage und Thermoplastfolie 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 sich zur Vermeidung des gegenseitigen 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 des Festigkeitsträgers 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 würde. 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 dem Aufwickelprozeß des Verbundes aus der Kautschukplatte 2a der elastomeren Decklage und der Polyethylenfolie 3 kann ein nicht dargestelltes farbiges Etikett zwischen der Kautschukplatte 2a und der Folie 3 eingebracht werden.

Nach erfolgtem Aufwickelvorgang des Verbundes, dessen Enden überlappen oder auf Stoß gelegt sind, wird ein 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 für den elastomeren Grundkörper beträgt ca. 2 mm. Nach Fertigstellung des Keilrippenrohlings erfolgt die Vulkanisation in einem Autoklaven unter üblichen Druckbedingungen bei ca. 170°C für 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 mit Einprägungen versehen 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 Polyethylenfolie mit Zeichen aus einer farbigen Gummimischung. Dieses Etikett dient zur Bezeichnung der Riemendimension.

Damit können erfindungsgemäß Keilrippenriemen bereitgestellt werden, die eine geringe Geräuschentwicklung, 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 (7)

1. Keilrippenriemen mit einer den Keilrippenriemenrücken bildenden elastomeren Decklage (2b), Festigkeitsträgern (4) und einem elastomeren Grundkörper (5), der Rippen aufweist, deren Flanken zur Kraftübertragung dienen, dadurch gekennzeichnet, daß auf die elastomere Decklage (2b) eine nach außen weisende Thermoplastfolie (3) aufgebracht ist, die eine Dicke von 0,001 mm bis 0,1 mm aufweist und bei ca. 130°C thermoplastisch verarbeitbar und durch den Riemenvulkanisationsprozeß mit der elastomeren Decklage (2b) verbunden ist.

2. Keilrippenriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermoplastfolie eine Polyethylen- oder Polypropylenfolie ist.

3. Keilrippenriemen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elastomere Decklage Ethylen-Propylen-Dien-Copolymer (EPDM) und/oder Ethylen-Propylen- Copolymer (EPM) aufweist.

4. Keilrippenriemen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elastomere Decklage hydriertes Acrylnitril-Butadien-Copolymer (H-NBR) aufweist.

5. Keilrippenriemen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen elastomerer Decklage (2b) und der Thermoplastfolie (3) ein farbiges, weißes oder graues Etikett (6) angeordnet ist.

6. Keilrippenriemen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das farbige, weiße oder graue Etikett (6) aus thermoplastisch verarbeitbarem Material besteht und durch einen Vulkanisationsprozeß zwischen elastomerer Decklage (2b) und der Thermoplastfolie (3) befestigt ist.

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

• a) Aufbringen einer bei ca. 130°C thermoplastisch verarbeitbaren Thermoplastfolie (3) auf die Riemenaufbautrommel (1) und/oder auf die Seite der die elastomere Decklage (2b) bildenden Kautschukplatte (2a), die mit der Riemenaufbautrommel (1) in Kontakt gebracht wird,
• b) Aufbringen der die elastomere Decklage (2b) bildenden Kautschukplatte (2a) auf die Riemenaufbautrommel (1),
• c) Aufwickeln der Festigkeitsträger (4) um die die elastomere Decklage (2b) bildende Kautschukplatte (2a),
• d) Aufbringen der den elastomeren Grundkörper (5) bildenden Kautschukplatte auf die gewickelten Festigkeitsträger (4),
• e) Vulkanisieren des so gebildeten Keilrippenriemenrohlings bei ca. 170°C und
• f) Schneiden des Keilrippenriemens.