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Hintergrund
der Erfindung
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Neuere
Entwicklungen in der Automobilindustrie haben zu einer höheren Motorleistung
in einem kompakteren Motorraum geführt. Folglich wurde es erforderlich,
dass Kraftübertragungsriemen
an diesen Motoren unter hoher Last, mit hohen Spannungen und auf
hohen Temperaturen arbeiten, während
die Riemenbreite verringert wurde. Diese Umgebung verlangt einen
qualitativ hochwertigen Riemen, der in der Lage ist, diesen schweren
Bedingungen zu widerstehen. Ein Verfahren zur Verbesserung der Eigenschaften
solcher Riemen war die Verbesserung der Materialien, aus denen die
Riemen hergestellt werden. Beispielsweise wurde konventioneller Polychloroprenkautschuk
durch hydrierten Nitrilkautschuk und chlorsulfoniertes Polyethylen
ersetzt. Zusätzlich
wurden den Kautschukzusammensetzungen feste Schmiermittel zugesetzt,
um die Abriebeigenschaften des Riemens durch Verringern des Reibungskoeffizienten
zu verbessern.
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EP-A-0662571
offenbart einen Kraftübertragungsriemen
gemäß der Einleitung
von Anspruch 1.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftübertragungsriemen, der durch
eine Gewebebeschichtung aus thermoplastischem Polyvinylidenfluorid
auf der Antriebsfläche
gekennzeichnet ist, die den Reibungskoeffizienten verringert und
Verschleiß minimiert.
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Kurze Beschreibung
der Figuren
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Die
begleitenden Figuren zeigen Ausführungen
dieser Erfindung, worin
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1 eine
bruchstückhafte
Perspektivansicht ist, die eine Ausführung eines Endlos-Kraftübertragungsriemens
dieser Erfindung illustriert.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Offenbart
wird ein Endlos-Kraftübertragungsriemen,
umfassend
- (a) einen Spannabschnitt;
- (b) einen Pufferabschnitt;
- (c) einen zwischen besagtem Spannabschnitt und Pufferabschnitt
angeordneten Lastaufnahmeabschnitt; und
- (d) zumindest eine Antriebsfläche mit einer Gewebeschicht,
die mit einer Außenfläche des
Riemens verbunden ist, wobei die Verbesserung eine auf der Gewebeschicht
der Antriebsfläche
angebrachte Beschichtungslage aus thermoplastischem Polyvinylidenfluorid
umfasst.
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Es
wird nun auf 1 der Zeichnung Bezug genommen,
welche eine Endlos-Kraftübertragungsriemenstruktur
oder einen Riemen dieser Erfindung illustriert, die bzw. der allgemein
durch die Referenzziffer 20 bezeichnet wird. Der Riemen 20 ist
insbesondere zur Verwendung in zugehörigen Antriebsscheiben in Übereinstimmung
mit bei der Technik bekannten Techniken angepasst. Der Riemen ist
insbesondere für
die Verwendung in Kraftfahrzeugen geeignet. Der Riemen 20 ist
zur Verwendung in sogenannten Drehmomentsensorantrieben angepasst, zur
Anwendung, wo dem Riemen Stoßbelastungen variierender
Riemenspannung auferlegt werden, Anwendungen, wo der Riemen auf
variablen Geschwindigkeiten betrieben wird, Anwendungen, wo der
Riemen federgespannt ist, um seine Spannung zu steuern, und dergleichen.
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Der
Riemen 20 umfasst einen Spannabschnitt oder Laufseite 21,
einen Pufferabschnitt 22 und einen zwischen dem Spannabschnitt 21 und
dem Pufferabschnitt 22 angeordneten Lastaufnahmeabschnitt 23.
Der Riemen 20 weist auch eine an der Antriebsfläche 29 angeheftete
Gewebeschicht 25 auf. Der Riemen kann eine Barriereschicht 27 aufweisen, die
sich zwischen dem Pufferabschnitt 22 und der Gewebeschicht 25 befindet,
um die Menge an Kautschuk mit Pufferschicht 22 zu hindern
oder zu vermindern, die durch das Gewebe 25 zur Antriebsfläche 29 durchdringt.
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In
den Riemen der vorliegenden Erfindung liegt zumindest eine Antriebsfläche 29 vor,
die eine mit der Außenfläche verbundene
Gewebeschicht 25 aufweist. In der in 1 gezeigten
Ausführung
liegt eine Antriebsfläche 29 mit
einer Gewebeschicht 25 vor. In Übereinstimmung mit anderen
Ausführungen kann
der Riemen 20 mehrere Antriebsflächen von zwei oder mehr haben.
Die Gewebeschicht kann auch an der Außenfläche des Riemens sein, die keine
Antriebsfläche
ist.
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Die
Gewebeschicht 25 kann aus einem gewebten, nicht-gewebten oder gewirkten
Gewebe hergestellt sein. Die Gewebe zur Anwendung in der vorliegenden
Erfindung sind aus konventionellen Materialien einschließlich Nylon
(wie etwa Nylon 4,6, Nylon 6,6 und Nylon 6), Baumwolle, Polyester,
Baumwolle/Polyester, Nylon/Polyester, Baumwolle/Nylon, LycraTM (segmentiertes Polyurethan), Aramid, Rayon und
dergleichen hergestellt. Vorzugsweise ist das Gewebe aus Nylon 6,6
hergestellt.
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Wie
später
beschrieben, wird eine Schicht Polyvinylidenfluorid 31 auf
der Gewebeschicht 25 der Antriebsfläche 29 angebracht.
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Der
Lastaufnahmeabschnitt 23 weist Lastaufnahmemittel in Form
von Lastaufnahmekorden 32 oder Filamenten auf, die auf
geeignete Weise in einen elastomeren Lastaufnahmeabschnitt 23 eingebettet
sind, in Übereinstimmung
mit in der Technik wohlbekannten Techniken. Die Korde können quergerichtet
oder parallel zur Länge
des Riemens sein. Die Korde 32 oder Filamente können aus
jedem in der Technik bekannten und angewandten geeigneten Material
hergestellt sein. Repräsentative
Beispiele solcher Materialien umfassen Aramide, Glasfaser, Nylon,
Polyester, Baumwolle, Stahl, Kohlenstoff-Faser und Polybenzoxazol.
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Die
Antriebsfläche 29 des
Riemens 20 von 1 ist synchron. In Übereinstimmung
mit anderen Ausführungen
und wie später
erörtert,
wird hierin erwogen, dass die Riemen der vorliegenden Erfindung auch
diejenigen Riemen einschließen,
wo die Antriebsfläche
des Riemens glatt, mit einer Keilnut versehen, und mit mehreren
Keilnuten versehen sein kann. Repräsentative Beispiele für Synchronriemen umfassen
Riemen mit trapezförmigen
oder krummlinigen Zähnen.
Die Zahngestaltung kann eine schraubenförmig versetzte Zahngestaltung
haben, wie in US-A-5,209,705 und 5,421,789 gezeigt.
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Die
Kautschukzusammensetzungen zur Anwendung in Spannabschnitt 21,
Pufferabschnitt 22 und Lastaufnahmeabschnitt 23 können dieselben oder
verschieden sein. Konventionelle Elastomere, die in einem oder beiden
dieser Abschnitte verwendet werden können, umfassen Naturkautschuk,
Polychloropren, Acrylnitril-Butadien-Copolymere (NBR), Polyisopren,
Zinksalze ungesättigter
carboxylsäureester-gepropfter
hydrierter Nitrilbutadienelastomere, Styrol-Butadienkautschuke, Polybutadien, EPDM, hydrierte
Acrylnitril-Butadien-Copolymere (HNBR), Polyurethan, unter der Bezeichnung
VitonTM vertriebene Elastomere, und unter
dem Namen VAMAC verkaufte Ethylenacrylelastomere und Gemische davon.
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Die
Elastomere zur Anwendung in Spannabschnitt 21, Pufferabschnitt 22 und
Lastaufnahmeabschnitt 23 können durch verschiedene peroxidhaltige Aushärtemittel
vernetzt sein. In den Zusammensetzungen der Erfindung einsetzbare
Aushärtemittel umfassen
beispielsweise Di-Tertbutylperoxid,
Dicumylperoxid, Benzoylperoxid, 2,4-Dichlorbenzolperoxid, T-Butylcumylperoxid,
T-Butylperbenzoat,
T-Butylperoxid, T-Butylperoxy(2-ethylhexanoat),
2,5-Dimethyl-2,5-di(benzoylperoxy)hexan, Benzoylperoxid, 2,5-Dimethyl-2,5-(t-butylperoxy)hexan,
1,1-Ditertbutylperoxy-3,3,5-trimethylcyclohexan, 4,4-Ditertbutylperoxy
n-butylvalerat und N-Butyl-4,4-bis(t-butylperoxy)valerat. Zusätzliche
Aushärtemittel,
die eingesetzt werden können,
umfassen Diacyl oder Diacylperoxide, wie etwa α,α'-Bis(T-butylperoxy)isopropylbenzen, 2,5-Dimethyl-2,5-di(t-butylperoxy)hexan, Di-t-Butylperoxid,
2,5-Dimethyl-2,5-di-(t-butylperoxy)hexyn-3,
Lauroylperoxid, T-Butylhydroperoxid, T-Amylhydroperoxid,
Cumenhydroperoxid, T-Butylperbenzoat, T-Butylperoxid, T-Butylperoxy(2-ethylhexanoat),
2,5-Dimethyl-2,5-di(benzoylperoxy)hexan und Benzoylperoxid. Alle
obengenannten Aushärtemittel
sind kommerziell erhältlich.
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Die
Menge an Aushärtemittel,
die verwendet wird, kann variieren. Allgemein gesprochen wird der Gehalt
sich von 0,1 bis 10 ThK (auf Basis aktiver Teile von Peroxid) belaufen.
Vorzugsweise beläuft
sich der Gehalt auf 1,8 bis 3,0 ThK.
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In
dem Riemen von 1 liegt eine Antriebsfläche 29 mit
einer mit der Außenfläche verbundenen Gewebeschicht 25 vor.
Auf der Gewebeschicht 25 befindet sich die Schicht Polyvinylidenfluorid 31.
Die Polyvinylidenfluoridschicht kann das Homopolymer von Vinylidenfluorid
oder ein Copolymer von Vinylidenfluorid und einem anderen Monomer
sein. Ein oder mehr Monomere, gewählt aus der aus Tetrafluorethylen,
Hexafluorpropylen, Monochlortrifluorethylen, Vinylfluorid, Perfluorovinylalkylethern,
Vinylacetat und Ethylen bestehenden Gruppe, können zur Copolymerisation mit
Vinylidenfluorid verwendet werden.
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Die
Polyvinylidenfluoridschicht wird vorzugsweise in Form einer Folie
angewendet. Die Folie ist im allgemeinen transparent und kann eine
durch die Techniken von Extrusion oder Gießen produzierte unorientierte
Folie oder eine durch Dehnen der unorientierten Folie erhaltene
orientierte Folie sein.
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Kommerziell
erhältliche
Folien aus Polyvinylidenfluorid können angewendet werden, um
die Riemen der vorliegenden Erfindung zu konstruieren. Solche Folien
beinhalten diejenigen, die von Westlake Plastics Company, Lenni,
Pennsylvania, kommerziell erhältlich
sind.
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Die
Dicke der Polyvinylidenfluoridschicht kann variieren. Allgemein
gesprochen kann die Dicke sich von 0,0125 mm (0,5 Milli-Inch) bis
auf 1,25 mm (50 Milli-Inch)
belaufen. Vorzugsweise beläuft
sich die Dicke von 0,05 mm (2 Milli-Inch) bis auf 0,20 mm (8 Milli-Inch).
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Die
Polyvinylidenfluoridschicht 31 kann auf dem Gewebe angebracht
und erhitzt werden, um das Polyvinylidenfluorid an das Gewebe zu
heften. Vorzugsweise wird dies vor dem Anbringen des Gewebes an
dem Pufferabschnitt 22 während der Konstruktion des
Riemens 20 durchgeführt.
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Optionsweise
können
feste anorganische Schmiermittel in der Polyvinylidenfluorid-Beschichtungszusammensetzung
vorhanden sein. Repräsentative
Beispiele für
solche Schmiermittel umfassen Molybdändisulfid, Molybdändiselenid,
Graphit, Antimontrioxid, Tungstendisulfid, Talk, Glimmer, Tungstendiselenid
und Mischungen davon. Ein bevorzugtes Schmiermittel umfasst Graphit.
Die Menge solcher fester organischer Schmiermittel, falls verwendet,
wird sich im allgemeinen auf 1 bis 25 Gewichtsanteile pro 100 Gewichtsanteile
Polyvinylidenfluorid belaufen.
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Wie
oben erwähnt,
kann der Riemen 20 optionsweise eine zwischen der Puffermasse 22 und dem
Gewebe 25 befindliche Barriereschicht 27 aufweisen.
Eine bevorzugte Zusammensetzung zur Verwendung als Barriereschicht 27 auf
dem Gewebe der Antriebsfläche
enthält
ein zinksalz-ungesättigtes
karboxylsäureester-gepfropftes hydriertes
Nitrilbutadienelastomer (ZnHNBR). Die von Zeon Chemicals, Inc.,
Rolling Meadows, Illinois, unter einer der folgenden Produktbezeichnungen
vertriebenen zinksalz-carboxylsäureestergepfropften
hydrierten Nitrilbutadienelastomere: ZSC 1295, ZSC 2095, ZSC 2195,
ZSC 2295, ZSC 2295L, ZSC 2295R und ZSC 2395; meistbevorzugt ZSC
2295 mit einer Mooney-Viskosität
von etwa 88, etwa 10 Prozent Ungesättigtheit und einem Acrylnitrilgehalt
von etwa 36 Prozent und ZSC 2295L mit einer Mooney-Viskosität von etwa
70, etwa 10 Prozent Ungesättigtheit
und einem Acrylnitrilgehalt von etwa 36 Prozent. Die Barriereschicht 27 kann
sich von der Dicke her von 0,025 mm (1,0 Milli-Inch) bis auf 0,38
mm (15 Milli-Inch) belaufen. Die Barriereschicht 27 kann
in einer Anzahl von Mitteln angebracht werden. Beispielsweise Kalandern
auf das Gewebe, Kalandern auf ein Übertragungsmedium und danach
thermisch auf das Gewebe Übertragen,
Solvatisieren und Ausbreiten oder Aufsprühen auf das Gewebe oder die Übertragungsmedien.
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Die
Kraftübertragungsriemen
können
auf einer Trommelvorrichtung gebaut werden. Der Riemen kann direkt
auf einer Form konstruiert werden, oder die Laufseite kann zuerst
angebracht und der Riemen in umgekehrter Reihenfolge zusammengebaut werden.
Beispielsweise kann die Laufseite zu Anfang auf der Trommel angebracht
werden. Als nächstes wird
die Spannschicht als ein Materialbogen angebracht, gefolgt vom spiralförmigen Aufwickeln
des Kords oder Zugelements (Lastaufnahmeabschnitt) auf die Trommel.
Danach wird der Pufferabschnitt auf dem Spannabschnitt angebracht.
Getrennt davon kann die Polyvinylidenfluoridfolie mittels Hitze
mit dem deckenden Gewebe verbunden und danach auf den Pufferabschnitt
laminiert werden. Eine andere Alternative ist das getrennte Anbringen
der Polyvinylidenfolie und des deckenden Gewebes, indem man sich
darauf stützt,
dass die Hitze während
des Aushärtens
die zwei Schichten mechanisch miteinander verbindet. Das zusammengefügte Laminat
oder der Block wird dann auf eine den Fachleuten in der Technik
bekannte Weise in einer Form plaziert, ausgehärtet und zu Riemen zerschnitten.
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Beispiel
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Sowohl
die Kontrollriemen als auch die Riemen der vorliegenden Erfindung
wurden auf dieselbe Weise hergestellt und hatten aus dieselben Konstruktion
und Materialien, außer
wie unten angemerkt. Zuerst wurde eine Baumwolle-/Polyestergewebe-Laufseite
auf einer Trommelvorrichtung angebracht, gefolgt vom Anbringen eines
Nylon-6,6-Gewebes. Diese beiden Gewebe, die den Spannabschnitt bildeten, hatten
eine Behandlung mit hydriertem NBR. Danach wurde in einen Klebstoff
getauchtes Glasfaserkord spiralförmig
auf die Trommel aufgebracht. Ein Kautschukbogen aus hydriertem NBR
wurde auf dem Kord angebracht, um den Pufferabschnitt zu bilden. Getrennt
davon war das Gewebe zur Anwendung in den Kontrollriemen ein resorcinol-formaldehydlatexgetauchtes
Nylon-6,6-Wirkgewebe, das mit 0,1 mm einer hochdichten Polyethylenfolie
laminiert war. Die Riemen der vorliegenden Erfindung verwendeten dasselbe
getauchte Gewebe, außer
dass das Gewebe mit 0,125 mm einer von Westlake Plastics Company
erhaltenen Polyvinylidenfluoridfolie laminiert war. Beide Folien
wurden in einer Flachbettpresse auf 191°C auf das deckende Gewebe laminiert.
Jedes Gewebe wurde dann auf der Trommel angebracht und jedes Laminat
wurde in derselben Form ausgehärtet
und zerschnitten, um positive Antriebsriemen mit 8 mm Teilung, 25
mm Breite, 150 Zähnen
mit schraubenförmigem
Versatz zu bilden.
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Riemen
mit jeder der Konstruktionen wurden getestet. Die mit der Polyvinylidenfluoridschicht
auf der Antriebsfläche
konstruierten Riemen hatten eine verbesserte Hochtemperatur-Riemenlebensdauer und
verringerte Geräuscherzeugung
gegenüber
den Riemen, die hochdichtes Polyethylen anwendeten. Auf Basis der Überprüfung der
dynamischen Lebensdauer widerstanden Riemen mit dem Polyvinylidenfluorid
Temperaturen von bis zu 135°C
ohne eine Verringerung der Lebensdauer, während die Kontrollriemen eine
signifikante Verringerung der Lebensdauer bei 88°C aufwiesen. Die Riemen mit
der hochdichten Polyethylenschicht hatten ein Geräuschniveau
von 70 Dezibel, während
der Riemen der vorliegenden Erfindung ein Geräuschniveau von 82 Dezibel,
oder eine Verbesserung um 12 Dezibel aufwies.