DE2523859C2

DE2523859C2 - Gezahnter Treibriemen

Info

Publication number: DE2523859C2
Application number: DE2523859A
Authority: DE
Inventors: Richard Dumfries Bell; Thomas Granville Woodbridge Conn. Carver; Chitta Ranjan Naugatuck Lahiri; Takao Yamatokoriyama Nara Sato
Original assignee: Uniroyal Ltd Great Britain
Current assignee: Uniroyal Power Transmission Co Inc
Priority date: 1974-05-31
Filing date: 1975-05-30
Publication date: 1985-02-14
Also published as: BR7503412A; FR2275697B1; US3989868A; IT1036140B; ES438088A1; DE2523859A1; JPS5136247A; SE417451B; FR2275697A1; CA1019985A; SE7506167L; GB1467833A

Description

Die Erfindung betrifft einen gezahnten Treibriemen gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.

Gezahnte Treibriemen werden in erheblichem Maße in der Kraftfahrzeugindustrie verwendet. Neuere Untersuchungen über das Problem der Luftverschmutzung durch die Abgase von Verbrennungsmotoren haben unter anderem zur Konzeption von Motoren mit höheren Betriebstemperaturen, als derzeit üblich, geführt, die eine praktisch vollständige Verbrennung des Brennstoffs unter Abbrand restlicher Abgase ergeben. Herkömmliche Motoren laufen bei Temperaturen von etwa 75°C bis 90°C, und es wurde vorgeschlagen, daß »Hochtemperatur-Motoren« bei Temperaturen bis zu etwa 120^cC laufen sollten. Übliche Zahnriemen gehen bei Betriebs

temperaturen um 120⁰C rasch kaputt.

Aus der DE-AS 23 63 685 ist ein gezahnter Treibriemen gemäß Oberbegriff des Patentansprucns 1 bekannt Dieser bekannte Zahnriemen wird aus einem Riemenkörper erhalten, der aus einem Neoprengemisch hergestellt ist. Das bekannte Neoprengemisch enthält in Gew.-% des Gemisches 45% Neopren, 4,5% Zinkoxyd. 4,3% Magnesiumoxyd, 6,3% Mineralöl. 40% Gasruß. Somit enthält das bekannte Neoprengemisch pro 100 Teile Neopren etwa 20 Teile Säureakzeptor. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß die aus Neopren hergestellten Treibriemen bei Temperaturen von etwa 120⁰C relativ rasch funktionsunfähig werden.
Demgemäß liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgäbe zugrunde, einen gezahnten Treibriemen gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 in der Weise zu verbessern, daß er eine hohe Zugfestigkeit, gute Deckenhaftung, eine hohe Zahn-Scherfestigkeit aufweist und bei Betriebstemperaturen von 120°C befriedigend arbeiten kann.

Diese Aufgabe wird mit der im Kennzeichen des Patentanspruchs I definierten Riemenkompoundierung gelöst.
Gegenüber dem herkömmlichen Neoprenriemen zeigt der erfindungsgemäße Treibriemen verbesserte Zugfestigkeit, Deckenhaftung, Zahn-Scherfestigkeit und Shore A-Härte.

Empfohlene Säureakzeptorkonzentrationen für chlorsulfoniertes Polyäthylen liegen bei etwa 25 Teilen pro 100 Teile Gummi, so daß die in der Riemenkompoundierung gemäß der Erfindung angewandten Menge demgegenüber sehr viel geringer ist. Neopren als auch chlorsulfoniertes Polyäthlen benötigen Säureakzeptoren zum Abfangen von Chlorwasserstoff, der in situ im kompoundierten Polymer entsteht. Bei einer Verringerung der bisher empfohlenen Säureakzeptorkonzentrationen war zu befürchten, daß keine ausreichende Säureakzeptormenge für das Abfangen von Chlorwasserstoff zur Verfügung stehen würde. Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß die Anwendung von geringen Säureakzeptorkonzentrationen in Riemenkompoundierungen zu einer Verzögerung der Modulentwicklung der Kompoundierung und zu einer Verlangsamung der Härtezunahme beim Riemen während der Alterung bei hohen Temperaturen führt. Erfindungsgemäß können somit Riemen mit befriedigender Betriebsdauer bei Temperaturen bis zu etwa 120° C erzeugt werden, und bei praktischen Versuchen wurden Riemen bei dieser Temperatur ohne Ausfall länger als 500 Stunden benutzt.

Die bei der Kompoundierung des chlorsulfonierten Polyäthylens angewandten Säureakzeptoren können durch ein oder mehrere der herkömmlicherweise für diese Funktion eingesetzten Materialien wie beispielsweise Magnesiumoxid und Bleiglätte gebildet werden. Metalloxide wirken ebenfalls als Vernetzungsmittel.

Die Säureakzeptorkonzentration in der Kompoundierung liegt vorzugsweise bei 7 bis 15 Teilen und insbesondere bei etwa 11 Teilen pro 100 Teile chlorsulfoniertem Polyäthylen.

Zusätzlich zum Säureakzeptor wird das Polymer mit herkömmlichen Kompoundierungsbestandtcilen in ihren üblichen Konzentrationen kompoundiert. Eine typische Kompoundierung enthält somit ein Antioxidans,

t>5 Beschleuniger und einen Füllstoff und ggf. ein »Antiozonans« (Ozonwirkung hemmendes Mittel).

Das üblicherweise in Zahnriemen vorgesehene nicht dehnbare Zug- oder Spannglied wird durch Glasfaser-

kord oder -stränge gebildet, obgleich Textilkord aus aromatischem Polyester, angewandt werden kann. Eine gute Haftung zwischen Zugglied und Riemenkörper ist wichtig, und diese Haftung sollte bei hohen Betriebstemperaturen nicht entfallen.

Vorzugsweise wird das nicht dehnbare Zugglied mit dem Körper durch einen Kleber verbunden, der ein nichtflüchtiges Isocyanat in einem geeigneten organischen Lösungsmittel wie beispielsweise Xylol, Trichloräthylen. Toluol oder Mischungen von zwei oder mehreren dieser Lösungsmittel umfaßt.

Der Kleber kann direkt auf den Glaskord aufgebracht oder der Kord beispielsweise durch Beschichtung mit einem wärmeresistenten Material oder durch »Lösungsbehandeln« des Kords in einem herkömmlichen Harz-Formaldehyd-Latexbad vorbehandelt werden.

Der bevorzugte Kleber umfaßt ein organisches Lösungsmittel. Die Riemenfertigung kann unter Verwendung des kleberbeschichteten Kords unmittelbar nach Abdampfen des Lösungsmittels erfolgen oder der behandelte Kord kann aufbewahrt und bis zu 6 Monaten später — ohne Schädigung der Klebeigenschaften — verwendet werden.

Gemäß üblicher Praxis werden die Zähne von Treibriemen mit einer Schutzdecke aus Stoff, vorzugsweise gewebtem Nylon, abgedeckt und ein erfindungsgemäßer Riemen besitzt vorzugsweise solch eine Decke. Das Klebersystem zwischen dem Deckengewebe und dem Riemenkörper muß wiederum in der Lage sein, die hohen Betriebstemperaturen auszuhalten.

Vorzugsweise umfaßt dieser Kleber eine Mischung von einer Gummilösung und phenolischem Harz. Die Gummilösung ist zweckmäßigerweise eine Lösung der für den Riemenkörper verwendeten Kompoundierung entweder allein oder in Mischung mit einer weiteren Lösung wie beispielsweise einer solchen von Epichlorhydrin und Nitrilkautschuk abgeleiteten Lösung.

Nachfolgend werden Ausführungsarten der Erfindung als Beispiel beschrieben.

Beispiel 1

Ein erfindungsgemäßer Treibriemen wurde aus den folgenden Komponenten nach dem Fertigungsverfahren, wie es in der GB-PS 875 283 sowie den US-PS 3 078 205 und 3 078 206 beschrieben ist, hergestellt.

1. Körperkompoundierung

Die Körperkompoundierung A hatte folgende Zu sammensetzung:

chlorsulfoniertes Polyäthylen
mit einer Mooney-Viskosität von
25 bis 36 M L-1 + 4 bei 100° C,
einer Dichte von 1,18, einem
Chlorgehalt von 35% und einem
Schwefelgehalt von I % 100,00

Nickeldibutyldithiocarbamat 3,00

Säureazeptor 4,00

90%ige Bleiglättedispersion
in öl (Härtungsmittel und
Säureakzeptor) 8,00

Ruß 40,00

Tetramethylthiuramhexasulfid
(Beschleuniger) 0,60

Phenylendimaleimid
(Beschleuniger) 0,60

Ein chlorsulfoniertes Polyäthylen mit einer Mooney-Viskosität von 40 bis 50 bei 100° C kann ebenfalls verwendet werden.

2. Zugglied

Parallele Glasstränge wurden in herkömmlicher Weise mit 15 bis 20 Gew.-Teilen eines Harz-Formaldehyd-Latex und dann mit 4 bis 10 Gew.-Teilen eines üblichen Klebers lösungsbehandelt.

3. Decke

Nylongewebe mit 203,5 g/m² Deckenkleber der nachfolgend gezeigten Art.

4. Deckenkleber

Die Deckenkleberkompoundierung B hatte folgende Zusammensetzung:

wobei die Zemente C und D folgende Zusammensetzungen hatten:

Zement C

Zement C	544,0
Zement D	62.5
modifiziertes Phenolharz
in Pulverform, versetzt mit
8% Hexamethylentetramin
(Bindemittel)	15,0
Methyläthylketon	45,0

Epichlorhydrin-Homopolymermit 38,4% Chlor, einer Dichte von
1,36 und einer Mooney-Viskosität M L-4 von 45 bis 55 bei 100° C
Acrylnitril/Butadien-Copolymer mit 40% Acrylnitril, einer
Dichte von 1,0 und einer
Mooney-Viskosität (M L-4) von
95 bis 100⁰C
zweibasisches Bleiphosphat

zweibasisches Bleiphthalat
Nickeldibutyldithiocarbamat
Nickeldimethyldithiocarbamat
Ruß

hydratisierte Kieselsäure
- so Äthylenthioharnstoff

mercaptofunktionelles Silan

Methyläthylketon

Insgesamt

Zement D

Körperkompound A

Toluol

Insgesamt

70,00

30,00

5,00

7,00

0,80

1,50

25,00

10,00

1,50

0,10

453,00

603,90

156,20 469,00 625,20

Zur Bestimmung der Haftung zwischen den verschiedenen Komponenten des Riemens wurden Versuche durchgeführt. Die Haftung des Deckengewebes an geformten Testproben der Körperkompoundierung wurde geprüft, indem 2,54 cm breite Streifen von kleberbeschichtetem Nylon auf einer flachen Platte angeordnet und die Gummikompoundierung in eine Rahmenform zur Beschichtung von Flächenbereichen des Nylons mit

einer 0,635 cm dicken Gummischicht gegeben wurden. Der Gummi wurde unter einem von der Oberfläche einwirkenden Druck von 69 N/cm² 30 Minuten lang bei einer Temperatur von 153° C gehärtet bzw. vulkanisiert Die Haftung wurde durch einen Schältest ermittelt und zu 448 N/cm Breite festgestellt, wobei der Defekt in der Körperkompoundierung auftrat. Die Haftung des behandelten Glaskords an geformten Körperkompoundierungstestproben wurde durch den »Η-Test« (ASTM D1871 — Methode A)ermittelt; folgende Haftungswerte wurden gefunden:

N/cm

Ausgangszustand vorder

Alterung 210

48 Stunden bei 150⁰C 206

120 Stunden bei 150⁰C 216

168 Stunden bei 150⁰C ?98

Ein Wert von 200 N/cm wird als kritisch für ein gutes Verhalten betrachtet und, wie die vorstehenden Werte zeigen, wird dieser selbst nach einem ausgedehnten Aufenthalt bei einer Temperatur von 150⁰C nicht unterschritten.

Der nach dem vorstehenden Beispiel erzeugte Riemen wurde vor der Alterung mit einem aus einem herkömmlichen Neoprenriemen bestehenden Riemen zur Kontrolle verglichen, wobei folgende Ergebnisse erzielt wurden:

Beispiel Kontrolle

Zugfestigkeit 18658,6 17658 J₅

(N 1,9 cm Vollriemen)

Deckenhaftung 250,2 215,8

(N pro 1,9 cm Riemenbreite)

Zahn-Scherfestigkeit 2992,1 2501,6

(N/Zahn)

Shore A-Härte 60 70

Der wie im Beispiel beschrieben erzeugte Riemen wurde mehr als 500 Stunden bei zwischen 118°C und 121°C gehaltenen Temperaturen kontinuierlich betrieben.

Die Zugfestigkeit wurde ermittelt, indem der Riemen mit nach außen weisenden Zähnen um zwei Zylinder von 100 mm Durchmesser gelegt und die Zylinder bis zum Ausfall des Riemens mit 2.5 mm/min voneinander entfernt wurden. Die Deckenhaftung wurde durch Ausschneiden einer Länge von Decke und Zahnstruktur vom Riemenkörper längs der Zahn-Basislinje, Einspannen von Körperabschnitt und Zahnabschnitt in die obere bzw. untere Halterung einer Zugprüfmaschine und Abwärtsbewegen der unteren Halterung mit einer Geschwindigkeit von 50 mm/min ermittelt. Die Maximallast, bei der die Decke über je drei aufeinanderfolgende Zähne abwärts gezogen wird, wurde bestimmt und das niedrigste dieser drei Maxima als Deckenhaftung regi- t>o striert. Die Zahn-Scherfestigkeit wurde bestimmt, indem ein Abschnitt des Riemens zwischen einer flachen Platte und einer über einen einzelnen Zahn passenden Profilplatte eingespannt, die Einspannung gehaltert und am Riemen eine abwärtsgerichtete Kraft mit einer Ge- to schwindigkeit von 25 mm/min angebracht wurde. Der Meßwert zeigt die erforderliche Kraft zur Abscherung

Claims

Patentansprüche:

1. Gezahnter Treibriemen mit einem Körper mit quer stehenden Zähnen längs zumindest einer seiner Seiten und einem in diesen Körper eingebetteten Zugglied, dadurch gekennzeichnet, daß der Riemenkörper von einem chlorsulfonierten Polyäthylen erzeugt ist, das mit nicht mehr als 15Gew.-Teilen Säureakzeptor pro lOOGew.-Teile chlorsulfonierten Polyäthylens kompoundiert ist.

2. Gezahnter Treibriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Säureakzeptor aus der Gruppe der Metalloxide und Bleiglätte ausgewählt ist und insbesondere durch Magnesiumoxid gebildet wird.

3. Gezahnter Treibriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des Säureakzeptors von 7 bis 15 Gew.-Teilen pro lOOGew.-Teile Gummi reicht und insbesondere in der Gegend von 11 Gew.-Teilen liegt.

4. Verfahren zur Herstellung eines gezahnten Treibriemens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man das nicht dehnbare Zugglied mit dem Riemenkörper, der aus chlorsulfoniertem Polyäthylen erzeugt ist, das mit nicht mehr als 15 Gew.-Teilen Säureakzeptor pro 100 Gew.-Teile chlorsulfonierten Polyäthylens kompoundiert ist. in an sich bekannter Weise mit einem Kleber verbindet, der ein nichtflüchtiges Isocyanat in einem organischen Lösungsmittel enthält.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Lösungsmittel aus der Gruppe Xylol, Trichloräthylen. Toluol und Mischungen davon ausgewählt ist.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht dehnbare Zugglied vor dem Auftrag des Klebers mit einem Harz-Formaldehyd-Latex in an sich bekannter Weise behandelt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Zähne des Riemens in an sich bekannter Weise mit einer Stoff- bzw. Gewebeschutzdecke abgedeckt, die mit dem Riemenkörper durch eine Mischung von einer Gummilösung und einem phenolischen Harz verbunden wird, wobei die Gummilösung vorzugsweise eine Lösung der für den Riemenkörper verwendeten Kompoundierung ggf. zusammen mit einer Mischung von Epichlorhydrin und Nitrilkautschuk enthält.