DE2424555B2 - Treibriemen und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Treibriemen mit einem in einem Riemenkörper vorgesehenen Zugbereich, der eine Verstärkungseinlage aus mehreren aus verdrillten Fäden bestehenden Cords aufweist, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Als Zugverstärkung in endlosen Riemen wurden lange Zeit Textilcords verwendet, und zwar sowohl für Flachriemen als auch für Keilriemen. Die Cords der bekannten Riemen sind aus Stapelfasern, beispielsweise aus Baumwolle, gesponnen oder verdrillt Die Zugfestigkeit solcher Cords spiegelt nicht die Festigkeit der einzelnen Fasern wider, sondern die Höhe der Reibungskräfte, die durch das Verdrillen der Fasern erreicht werden können. In einigen Fällen haben die Cords mit größerer Zugfestigkeit, wie man erwarten konnte, auch größere Stapelfaserlängen. Die Enden vieler Stapelfasern stehen von dem Textilcord stachelförmig nach außen ab. Man hat schon früh die Theorie vertreten, daß die Stachelenden der Stapelfasern einen großen Teil oder sogar die gesamte Bindung zwischen dem Cord und dem polymeren Material eines Riemens verursachen. Die mechanische Bindung hält nicht nur den Cord in dem Polymermaterial, sondern verbessert auch die Zugbelastbarkeit des Cords durch Erhöhung derjenigen Kraft, bei der die Fasern relativ zueinander gleiten.

Mit dem Auftauchen multifiler synthetischer Cords, wie Rayon, wurde die Belastbarkeit der Treibriemen stark verbessert. Man glaubte, und glaubt heute noch, daß die verbesserte Leistungsfähigkeit dadurch entsteht, daß man bei derartigen Treibriemen keine Stapelfasern verwendet, sondern Fasern, die über die gesamte Riemenlänge durchgehen und daher gegenüber dem Matrixmaterial nicht gleiten können.

Obwohl die multifilen Kunststoffe die Belastbarkeit und Leistungsfähigkeit eines endlosen Treibriemens stark verbessert hatten, brachten sie auch einige Probleme mit sich. Synthetische Materialien wie Rayon würden in multifiler Anordnung hergestellt und dann absichtlich zerhackt, gekämmt, orientiert und zu einem synthetischen Stapelcord verdrillt. Die Fasern machte man absichtlich länger, um das Gleitproblem zwischen den verdrillten Fasern zu verbessern. Obwohl die verdrillten Stapelcords nicht die Zugfestigkeit ihres entsprechenden multifilen Gegenstückes hatten, hatten Treibriemen mit solchen Cords einen glatteren Lauf, weil die dem Riemen zugeführte Stoßbelastung durch Relativbewegung zwischen den Stapelfasern absorbiert werden konnte.

Neue synthetische Fasern wie Nylon haben bessere Eigenschaften, die die Notwendigkeit zur Herstellung synthetischer Stapelcords für Treibriemen, bei denen die Stoßbeanspruchung ein Problem darstellt, entfallen lassen. Die Entwicklung der modernen Synthetikmaterialien wie Polyester hat dazu geführt, daß Riemen mit noch höherer Belastbarkeit gebaut werden konnten. Praktisch alle heute verwendeten modernen Cords haben multifile durchgehende Fäden. Die Einführung der multifilen Cords führte bei gewissen Arten von Po-

rmaterialien _zu Schwierigkeiten. Die glatte Ober-Jr. _e eines durchgehenden Fadens verbindet sich blecht mechanisch mit einem Polymer. Die Cords *° rden daher chemisch mit besonderen Mitteln wie ?olvisocyanat behandelt, um eine molekulare Verbin- X.J_S zwischen dem Cord und dem Poiymermaterial terzusteüen. Alternativ können die Cords mit Klebern H schichtet werden, die sie mit dem Poiymermaterial Siemens verkleben (US-PS 27 92 319).

Gegenwärtig macht man sich bei der Riemenherstelhine also die Vorteile durchgehender multifiler Cords «mutze und benutzt chemische Mittel oder Kleber, um aüalitativ hochwertige Hochleistungstreibriemen herzustellen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Treibriemen der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Lebensdauer und Belastbarkeit gegenüber den bekannten Treibriemen noch verbessert ist. Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Cords zahlreiche abgelöste Fadenenden aufweisen, die aus dem Cord heraus in den Riemenkörper hineinragen und eine mechanische Verbindung miit diesem bilden.

Die abgelösten Fadenenden ragen nach außen in das Poiymermaterial des Riemens hinein und bewirken eine mechanische Bindung. Die multifilen Cords bewirken in Verbindung mit den zahlreichen aus dem Riemen herausragenden Endbereichen eine unerwartete Leistungssteigerung bei dem Treibriemen. Die Cordkombination wird erreicht, indem man bei einem synthetisch hergestellten multifilen Cord zahlreiche Fäden ablöst und zahlreiche Endbereiche von dem Cord und um diesen herum abstehen läßt.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Treibriemens besteht darin, daß sich die erhebliche Leistungssteigerung unter Verwendung der gleichen Materialien erzielen läßt, die man bisher bei der Treibriemenherstellung benutzt hat. Ein Verfahren zur Herstellung eines Cords zur Verwendung als Zugteil in einem Treibriemen, bei welchem unbehandelte synthetische Fasern gesponnen und zu Strängen verdrillt werden und bei dem die Stränge zu multifilen Cords verdrillt werden, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß man den Cord mit einer Lösung eines chemischen Bindemittels behandelt und Bereiche der Fäden von dem Cord ablöst, derart, daß zahlreiche Fadenendbereiche von dem Cord nach außen abstehen.

Auch hier besteht ein Vorteil darin, daß Riemen mit wesentlich verbesserten Eigenschaften hergestellt werden, indem bekannte Herstellungsmaterialien verwendet werden, die geringfügig, jedoch nicht sehr erheb- 5<> lieh, modifiziert sind.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
F i g. 1 zeigt eine Seitenansicht eines Cords nach der

Erfindung;

F i g. 2 zeigt einen Querschnitt durch den Cord entlang der Linie 2-2 der F i g. 1;

F i g. 3 ist eine schematische Darstellung und zeigt, wie der erfindungsgemäße Cord während der Riemenherstellung erzeugt wird;

F ig.4 zeigt in perspektivischer Darstellung einen Teil eines aufgeschnittenen V-Riemens, und

F i g. 5 ist eine vergrößerte Ansicht des Bereiches 5-5 der F i g. 4 und zeigt die erfindungsgemäßen Cords ein- ⁶^ gebettet in eine Matrix aus polymeren! Material.

Es gibt eine Reihe von Herstellern für multifile synthetische Garne durchgehender Längen. Das Garn ist normalerweise S-förmig oder Z-förmig verdrillt und bildet einzelne Stränge, oder eine beliebige Zahl von Strängen kann in S-Form oder Z-Form verdrillt sein, um das zu bilden, was man in der Fachsprache als multifilen Cord bezeichnet, der sich zur Verwendung als Zugabschnitt in Treibriemen, und zwar sowohl in Flachriemen als auch in V-Riemen oder Keilriemen, eignet

Der in den F i g. 1 und 2 dargestel'te Cord 10 ist aus einem multifilen Cord im oben erläuterten Sinne hergestellt. Der Cord enthält zahlreiche Fäden 12, die gruppenweise verdrillt sind und Stränge 14 bilden. Zur Bildung eines Stranges kann eine beliebige Anzahl von Fäden miteinander verdrillt sein. In gleicher Weise kann eine beliebige Anzahl von Strängen miteinander verdrillt sein, um einen multifilen Cord zu bilden, beispielsweise einen Cord aus fünf Strängen, wie er in F i g. 2 abgebildet ist. Die Fäden können aus jedem geeigneten Material bestehen, wie Polyester, Rayon, Nylon oder es werden Fäden aus Aramiden, z. B. einem hochfesten Aramid, verwendet. Auch Kombinationen derartiger Fäden sind möglich. Bei der Riemenherstellung hat sich gezeigt, daß verschiedene Kombinationen oder Materialien vorteilhaft sequentiell miteinander verdrillt werden können, um einen Cord mit geeigneten Kennwerten und Charakteristiken herzustellen. Nach der Erfindung sind zahlreiche Fäden an der Umfangsfläche der Stränge oder Cords absichtlich durch Abtrennen, Brechen, Schneiden oder allgemein gesagt durch Abrieb od. dgl. herausgelöst, um mehrere nach außen hin von dem Cord abstehende Fadenenden zu bilden. Die herausgelösten Fadenenden 16 ähneln Stapelfasern zwar im Aussehen, jedoch nicht in der Funktion. Die Länge der mit den Fadenenden 16 verbundenen Fadc-nstücke kann über mehrere Zentimeter oder sogar mehrere Meter durchgehend sein, jedoch können diese Abschnitte auch kürzer sein. Die Länge der herausgelösten Fadenenden ist willkürlich. Sie hängt von der zufälligen Position der verdrillten monofilen Fäden 12 und Stränge 14 beim Herauslösen der Fadenenden im Zusammenhang mit einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung ab.

Aus einem multifilen Cord können zahlreiche Faden zur Bildung von abstehenden Fadenenden herausgelost werden, indem ein multifiler Cord an einem Werkzeug entlangbewegt wird. Das Werkzeug kann einfacher Art sein und beispielsweise aus nur einem Stück Schmirgelpapier bestehen, oder es kann komplizierter sein und eine aufgerauhte Metallfläche oder eine diamantbeschichtete Oberfläche aufweisen, oder mehrere Oberflächen, die den Cord vollständig umschließen. Die Anzahl der aus dem Cord herausgelösten Fadenenden hängt natürlich von der Art des Werkzeuges ab und von der Häufigkeit, mit der das Werkzeug über den Strang gezogen wird.

Die nach außen ragenden Fadenenden können wahrend des Verfahrensablaufs jederzeit präpariert werden. Diese Präparierung der Fadenenden erfolgt jedoch vorzugsweise in einem späten Verfahrensstadium des Riemenaufbaus, um die Möglichkeit des Flachdrukkens herausgelöster Fadenenden 16 gegen den Cord auszuschalten. In F i g. 3 ist eine drehbare Aufbautrommel 18 für Treibriemen dargestellt. Auf diese Aufbautrommel werden in bekannter Weise Untei nordlagen oder Übercordlagen mit oder ohne Verstärkung und mit oder ohne Verstärkungsmatrix aufgebracht. Der Cord wird in bekannter Weise spiralförmig um die Trommel herumgewickelt, um bei dem fertigen Riemen

eine Erhöhung der Zugfestigkeit zu bewirken. Die Fadenenden 16 können leicht aus dem Cord herausgelöst werden, indem man diesen an den Spannrollen A oder kurz vor dem Aufwickeln auf die Trommel bei B einem Abrieb unterwirft. Der Cord kann wahlweise auch spi- s ralförmig auf die Trommel aufgewickelt und dann mit einem bei Cquer zur Trommel bewegten Abriebwerkzeug bearbeitet werden, um die bei der Bearbeitung entstandenen Fadenenden an nur einer Seite des Cords herauszulösen. An diesem zuletzt genannten Verfahren ist nachteilig, daß das Abtrennen und Herauslösen der Fadenenden 16 an nur einer Seite des Cords erfolgt.

Bei der Riemenherstellung ist es ständige Praxis, die synthetischen multifilen Cords mit einem Mittel, beispielsweise mit Polyisocyanal, zu behandeln, um den Cord mit einem für den Riemenkörper benutzten polymeren Material zu verbinden. Im Falle polymerer Materialien, wie Polyurethan, stellt ein Polyisocyanat einen Rest dar. der mit dem Urethan reagiert, um, wie man annimmt, eine molekulare Bindung des Cords mit dem Urethan zu bewirken. Wenn Kautschuke verwendet werden, kann ein Kleber, beispielsweise eine Latexlösung, auf die mit Polyisocyanat behandelten Cords aufgebracht werden, um eine molekulare Verklebung des Cords zu bewirken. Der Latex klebt an polymeren Materialien wie natürlichen oder synthetischen Kautschuken.

Durch die Behandlung des Cords mit Polyisocyanat od. dgl. wird der Cord steif und bildet eine glatte harte Oberfläche auf seiner Außenseite. Wenn bekannte Cords dieser Art in Treibriemen benutzt werden, findet in gewissem Umfange eine mechanische Bindung zwischen dem Cord und dem polymeren Riemenmaterial statt. Die mechanische Verbindung erfolgt jedoch nur eventuell in Verbindung mit den Zwischenraumbereichen zwischen den verdrillten Cordsträngen und den in ein Polymer eingebetteten Cords. Hauptsächlich bedient man sich einer chemischen Bindung durch ein Bindemittel oder einen Kleber.

Bei der Präparierung des erfindungsgemäßen Cords wird vorzugsweise zuerst der Polyestercord mit einem chemischen Mittel, wie einer Polyisocyanatlösung, behandelt, um zwei wichtige Cordeigenschaften zu erhalten. Wie schon erwähnt wurde, wird der unbearbeitete multifile Cord durch den Behandlungsprozeß versteift. Wenn die mehrfachen Fadenenden 16 von dem Cord 10 abgelöst worden sind, trägt die vergrößerte Steifigkeit dazu bei, die abgelösten Fadenenden außerhalb des Riemens in unregelmäßiger Anordnung zu halten, so daß eine gute mechanische Bindung entsteht und die Fäden sich nicht flach an den Cord anlegen können. Zweitens ist jedes nach außen ragende Fadenende chemisch behandelt, um eine chemische Verbindung mit einem polymeren Material eingehen zu können.

Der in den F i g. 4 und 5 dargestellte Treibriemen 20 besteht aus einem Übercordbereich 22, einem Zugbereich 23 und einem Untercordbereich 24. Zur Veranschaulichung ist ein Treibriemen vom Keilriementyp ausgewählt Der Übercordbereich 20 und der Untercordbereich 24 können jede gewünschte Ausbildung haben und Verstärkungseinlagen enthalten. Die poly meren Riemenmaterialien sind vorzugsweise natürliche oder synthetische Kautschuke oder Polyurethan.

Ein bevorzugtes Verfahren zum Gießen eines Riemens in flüssiger Form ist in der US-PS 32 00 180 beschrieben.

Der erfindungsgemäße Cord 10 wird spiralförmig auf eine zylindrische Formhälfte aufgewickelt. Die Formhälfte ist beispielsweise die in F i g. 3 dargestellte Trommel 18. Die Anordnung wird in eine andere Form hälfte eingesetzt und der sich ergebende Formhohl raum, der von den beiden Formhälften gebildet wird wird mit einem gießfähigen Polymer, wie Polyurethan gefüllt. Die Flüssigkeit umschließt den Cord 10 ein schließlich der zahlreichen abstehenden Fadenender 16. Theoretisch wird eine Molekularbindung zwischer dem Polymermaterial, dem Cord 10 und den abgelöster Fadenenden, die zuvor mit einem geeigneten Mittel wie Polyisocyanat behandelt worden sind, bewirkt. Die Fadenenden 16 verbinden sich außerdem mechanisch mii dem Polymermaterial. Nachdem auf diese Weise eine Riemenhülse hergestellt worden ist, werden die Riemer durch Schneiden auf einen trapezförmigen Querschnitt gebracht, wobei die freiliegenden Randcords 28 schräg abgeschnitten werden, wie bei 26 dargestellt ist.

Werden Gummiriemen aufgebaut, so wird der Cord mit einem chemischen Mittel, wie Polyisocyanat, behandelt und anschließend in einen flüssigen Latex eingetaucht. Der Cord kann weiterhin mit einem Kleber behandelt werden, um eine Bindung mit den aufgetragenen Kautschukschichten zu erreichen. Das Eintauchen in flüssigen Latex hat den Vorteil, daß die abgelösten Fadenenden 16 nicht wesentlich gestört oder an den Cord angelegt werden, während eine mechanische Bindung mit ihnen hergestellt wird. Wenn hochviskose Materialien, wie Kautschuk, direkt auf den Cord aufgetragen würden, würden viele abgelöste Fadenenden sich flach gegen den Cord legen und daher ihre Wirksamkeit zur Herstellung einer mechanischen Bindung verlieren.

Ausgehend vom Stand der Technik sollte man annehmen, daß Treibriemen mit multifiter Cordvcrstarkung eine höhere Leistungsfähigkeit haben als Riemen mit einer Kombination multifiler Fäden und abgelöster Fadenenden. Dies stellt sich insbesondere dann ais richtig heraus, wenn die Leistungsfähigkeit eines Treibriemens mit Stapelfasereinlage mit einem Riemen mit multifiler Einlage verglichen wird. Versuche haben jedoch gezeigt, daß das Gegenteil eintritt, wenn zahlreiche Fadenenden aus einem multifilen Cord in der oben beschriebenen Weise herausgelöst werden. Der Leistungsunterschied zeigt sich am besten durch die folgenden Beispiele.

Beispiel 1

Entsprechend dem Verfahren der US-PS 32 00 180 wurde eine Riemenröhre hergestellt, deren halbe Länge entsprechend dem Stand der Technik mit multifilen Standardcords (Gruppel) verstärkt war. Die andere Häifte der Riemenröhre enthielt einen multifilen Cord mit zahlreichen herausgelösten Fadenenden (Gruppe H). der in der oben beschriebenen Weise hergestellt worden war. Die Riemenröhre wurde in mehrere Riemen zerschnitten und die Riemen der Gruppe I wurden leistungsmäßig mit den Riemen der Gruppe II verglichen. Beide Riemengruppen wurden Beschleunigungstests unterworfen, um die relative Lebensdauer zu ermitteln. Die Riemen wurden einem Standard-Dreipunkt-Wasserbremstest nach SAE bei 10.8 kW unterzogen. Die Riemen der Gruppe I liefen etwa einhundert bis zweihundert Stunden, wogegen die Riemen der Gruppe H mit den erfindungsgemäßen Cords zwischen vierhundertfünfzig und sechshundert Stunden Hefen. Beide Riemen hatten im wesentlichen den gleichen Umfang von 1360 mm. die gleiche Außenbreite von 11 mm und die gleiche Anzahl von Cords der Stärke 50 (7).

Beispiel

Zum Vergleich der Zugfestigkeiten der Cords wurden mehrere Cords der Stärke 50 mit einer Polyisocyanatlösung behandelt und in ein Festigkeits-Prülgeiäi 5 eingesetzt. Die Cords hatten eine mittlere Zugfestigkeit von 75,7 kp. Cords vom gleichen Typ wurden in der erfindungsgemäßen Weise behandelt, indem zahlreiche Fadenenden abgelöst wurden. Die Cords mit den abgelösten Fadenenden wiesen Zugfestigkeiten zwischen 58,2 und 61,7 kp auf, was einem durchschnittlichen Verlust von 21,1% an Zugfestigkeit bedeutet. Man schätzt, daß im Mittel 21,1% der Fäden zur Bildung der abstehenden Fadenenden von dem Cord losgelöst wurden.

Die vorstehend beschriebenen Beispiele zeigen deutlieh ein Anwachsen der Leistungsfähigkeit des Riemens, wenn der erfindungsgemäße Cord verwendet wird, obwohl die Bruchgrenze der Tragfähigkeit des Cords um ganze 21% herabgesetzt wurde. Der Grund

für die verbesserte Leistungsfähigkeit ist noch nicht vollständig geklärt, weil die Belastbarkeit des Zugbereiches des Riemens tatsächlich reduziert ist. Man nimmt an. daß die verbesserte Leistungsfähigkeit bis zu einem gewissen Anteil in direktem 3ezug zur verbesserten mechanischen Bindung der Zugteile mit dem polymeren Riemenkörper steht. Man glaubt jedoch, daß die Leistungssteigerung in erster Linie in Zusammenhang mit den abgeschnittenen Randcords 26 steht, die an der Seitenwand 28 des Riemens sichtbar sind. Die zahlreichen abgelösten Fadenenden, die von dem abgeschnittenen Randcord 26 abstehen, halten ihn in Stellung und verhindern das Lösen aus dem polymeren Riemenkörper. Diese Theorie basiert auf Versuchen, die gezeigt haben, daß das Ablösen der Randcords wesentlich zum Ausfall von Riemen beiträgt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Randcords einer höheren Zugbelastung unterworfen sind als die Mittelcords, wenn ein Keilriemen in eine Riemenscheibe eingekeilt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen #09 512 '399

Claims (10)

1. Patentansprüche:

   !.Treibriemen mit einem in einem Riemenkörper vorgesehenen Zugbereich, der eine Verstärkung»- einlage aus mehreren aus verdrillten Fäden bestehenden Cords aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Cords (10) zahlreiche abgelöste Fadenenden (16>) aufweisen, die aus dem Cord heraus in den Riemenkörper hineinragen und eine mechanische Verbindung mit diesem bilden.
2. 2. Treibriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Riemenkörper aus einem Übercordbereich (22) und einem Untercordbereich (24) aus gießfähigem Material besteht, und daß zwischen diesen beiden Bereichen (22, 24) der spiralförmig gewickelte Cord vorgesehen ist, der den Zugbereich (23) bildet und mit einem chemischen Mittel behandelt ist, das eine chemische Verbindung zwischen dem Riemenkörper und dem Cord einschließlich der nach außen abstehenden Fadenenden (16) bildet.
3. 3. Treibriemen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Übercordbereich (22) und der Untercordbereich (24) ein wärmehärtendes Latex material enthalten.
4. 4. Treibriemen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, insbesondere in Form eines Keilriemens, dadurch gekennzeichnet, daß der Cord (10), der entlang der Riemenflanken (28) mit abgeschnitten ist, aus zahlreichen durchgehenden Fäden (12) besteht, die verdrillt sind und Stränge (14) büden, die ihrerseits verdrillt sind und den Cord bilden.
5. 5. Treibriemen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Cord ein chemisches Mittel aufgetragen ist, das seinen Biogemodul erhöht und gleichzeitig eine chemische Bindung zwischen den abstehenden Fadenenden des Cords und dem Riemenkörper bewirkt.
6. 6. Treibriemen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Riemenkörper mindestens zum Teil aus Polyurethan besteht.
7. 7. Treibriemen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die synthetischen Fäden (12) aus Polyester bestehen.
8. 8. Treibriemen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das chemische Mittel eine Polyisocyanatlösung ist.
9. 9. Verfahren zur Herstellung eines Cords zur Verwendung als Zugteil in einem Treibriemen, bei welchem unbehandelte synthetische Fasern gesponnen und zu Strängen verdrillt werden und bei dem die Stränge zu multifilen Cords verdrillt werden, dadurch gekennzeichnet, daß man den Cord mit einer Lösung eines chemischen Bindemittels behandelt und nur an der Außenfläche des Cords Bereiche der Fäden von dem Cord ablöst, derart, daß zahlreiche Fadenbereiche von dem Cord nach außen abstehen.
10. 10. Verfahren zur Herstellung eines Treibriemens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welchem ein multifiler Cord aus durchgehenden Fäden spiralförmig auf eine erste Formhälfte aufgewickelt und die erste Formhälfte in eine zylindrische zweite Formhälfte eingebracht wird, wobei zwischen beiden Formhälften ein Formhohlraum entsteht, der anschließend mit gießförmigem Material aufgefüllt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Cord nach der chemischen Behandlung einer Abriebwirkung ausgesetzt wird, durch die zahlreiche Fäden herausgelöst werden und mit ihren durch den Abrieb entstandenen Fadenenden von dem Cord abstehen, und daß daran anschließend die Fadenenden zur Erzielung einer mechanischen Verbindung eingegos sen werden.