DE69619205T2

DE69619205T2 - Treibriemen

Info

Publication number: DE69619205T2
Application number: DE69619205T
Authority: DE
Inventors: Tsutomu Shioyama; Katsuya Yamaguchi
Original assignee: Bando Chemical Industries Ltd
Current assignee: Bando Chemical Industries Ltd
Priority date: 1995-11-27
Filing date: 1996-11-26
Publication date: 2002-10-31
Anticipated expiration: 2016-11-27
Also published as: JPH09144817A; JP2983894B2; EP0776938A3; EP0776938A2; EP0776938B1; DE69619205D1; US5711734A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Treibriemen und dabei insbesondere Verbesserungen in der Nutzungsdauer von kraftschlüssigen Treibriemen, beispielsweise von gerippten und anderen Keilriemen.
Bei Kraftfahrzeugmotoren der jüngsten Generation hat sich die Motorraumtemperatur im Vergleich zu herkömmlichen Kraftfahrzeugmotoren erhöht, wodurch ein erhöhter Bedarf nach Treibriemen besteht, die zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug eine verbesserte Wärmebeständigkeit aufweisen. Derzeit wird untersucht, ob als Gummimaterial für einen solchen Treibriemen ein sulfochlorierter Polyäthylengummi mit exzellenter Wärmebeständigkeit eingesetzt werden kann. Allerdings weist diese Art von Gummimaterial Nachteile in seiner Nutzungsdauer und seinen Niedrigtemperatureigenschaften (Niedrigtemperaturbeständigkeit) auf, wobei eine Behebung der genannten Nachteile noch aussteht.
Die japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 4-211748 beschreibt eine Technik, bei der als Kompressionsgummi eines Treibriemens alkyliertes sulfochloriertes Polyäthlylen (ACSM) zum Einsatz kommt, in dem Alkylgruppen in die das lineare Rückgrat eines sulfochlorierten Polyäthylenmoleküls bildende Hauptkette eingebracht werden, um die Kristallisierung des sulfochlorierten Polyäthlyens zu unterdrücken. Genauer gesagt, wird ein ACSM hergestellt, das einen Chlorgehalt von 15 bis 35 Gew.-% und einen Schwefelgehalt von 0,5 bis 2,5 Gew.-% aufweist, wodurch sich die Niedrigtemperatureigenschaften des Treibriemens verbessern.
Darüber hinaus ist in der japanischen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 63-57654 ein Treibriemen beschrieben, der ein Gummimaterial enthält, in dem Dimaleimid, Nickel-Dithiokarbamat und Thiuram-Polysulfid einer sulfochlorierten Polyäthlyenverbindung zugesetzt werden, um die Widerstandskraft gegen eine dauerhafte Druckverdichtung zu erhöhen.
Wird der ACSM enthaltende Treibriemen allerdings über eine lange Zeit hinweg eingesetzt (lange Nutzungsdauer), so treten darin aufgrund wiederholter mechanischer Stoßbelastungen Sprünge auf, wobei sich die Sprünge häufig an einer Kompressionsgummischicht des Riemens bilden. Dabei kommt es vor allem dann, wenn eine Riemenscheibe, um die der Treibriemen gewunden ist, einen geringen Durchmesser aufweist, zu einer starken Biegeverformung des Riemens beim Passieren der Riemenscheibe, wobei diese Verformung ein verstärktes Auftreten von Sprüngen bewirkt.
Die bereits erwähnte japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 4-211748 beschreibt eine Technik, bei der ACSM als Gummimaterial des Treibriemens eingesetzt und hierdurch verhindert wird, daß sich der Gummi bei niedrigen Temperaturen von -30ºC aufgrund einer Ausflockung von Chlor versteift, wobei allerdings wiederum keine Gegenmaßnahmen gegen das Auftreten von Sprüngen aufgrund wiederholter mechanischer Stöße vorgeschlagen werden.
Die US-A-4 868 029 beschreibt einen gezahnten Gummiriemen, der zur Verbesserung der Wärme- und Kältebeständigkeit ein sulfochloriertes Äthylen.α-Olefinmischpolymer enthält.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, die Nutzungsdauer eines Treibriemens zu verlängern, indem dem Auftreten von Sprüngen bei der Verwendung von ACSM als Gummimaterial des Treibriemens entgegengewirkt wird.
Zur Lösung der genannten Aufgabe wurden von den Erfindern vorab Treibriemen hergestellt und sodann Prüfungen an diesen vorab hergestellten Treibriemen durchgeführt, wobei sich gezeigt hat, daß bei einer Veränderung des die dynamische Viskositäts-Elastizität eines Polymers angebenden Wertes für tan δ bei der Herstellung unterschiedlicher Arten von Treibriemen die Nutzungsdauer des Riemens im wesentlichen in Abhängigkeit von diesem Wert für tan δ variiert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird nun ein kraftschlüssiger Treibriemen vorgesehen, der dadurch gekennzeichnet ist, daß wenigstens eines der den Riemen bildenden Elemente eine alkylierte sulfochlorierte Polyäthylenzusammensetzung mit einem Gehalt von 0,6 bis 1,2 Gew.-% Schwefel umfaßt, und der im wesentlichen aus 100 Gewichtsanteilen eines alkylierten sulfochlorierten Polyäthylens, 0,2 bis 5,0 Gewichtsanteilen N,N'-m- Phenylen-Dimaleimid, 0,1 bis 4,0 Gewichtsanteilen Dipentamethylen-Thiuramtetrasulfid und 0,1 bis 5,0 Gewichtsanteilen Pentaerythrit besteht, wobei der Wert für tan δ bei einer Temperatur von 100ºC und einer Frequenz von 10 Hz 0,08 bis 0,15 beträgt, sowie dadurch, daß in das erwähnte Element kurze Fasern gemischt wurden.
Dem obigen Wert für tan δ läßt sich entnehmen, daß das Auftreten von Sprüngen im Element verhindert werden kann, wodurch sich die Nutzungsdauer des Riemens erhöht.
Der genannte Schwefelgehalt ist bei der Erzielung des gewünschten Wertes für tan δ von Vorteil.
Bei der ACSM-Zusammensetzung handelt es sich vorzugsweise um eine Polyäthlylenzusammensetzung niedriger Dichte mit einer sulfochlorierten linearen Molekülstruktur, wobei gemäß der vorliegenden Erfindung der Wert für tan δ der ACSM-Zusammensetzung wenigstens 0,08 beträgt. Selbst wenn das Element des Treibriemens nun wiederholt externen mechanischen Stoßbelastungen unterworfen wird, wird die mechanische Energie der Stöße derart verteilt, daß sie sich nicht im Element speichern kann. Anders ausgedrückt, läßt sich hier eine zum Auftreten und zur Weiterentwicklung von Sprüngen im Riemen führende Spannungskonzentration unterdrücken.

(tan δ)

Im folgenden wird der erwähnte Ausdruck tan δ näher erläutert. Gemäß der Prüfung für dynamische Eigenschaften vulkanisierten Gummis (JIS K 6394), wird durch die folgende Formel (1) ein komplexes Modul ausgedrückt:
G* = G' + iG" (1)
wobei G* für ein komplexes Schubelastizitätsmodul, G' für ein Speichermodul (den realen Teil eines komplexen Schubelastitztätsmoduls) und G" für ein Verlustmodul (den imaginären Teil eines komplexen Schubelastizitätsmoduls) steht.
Dabei wird ein Winkel δ, der eine zeitliche Verzögerung zwischen dem Einwirken einer Beanspruchung und der resultierenden Belastung angibt, als Dispersionsverhältnis bezeichnet und durch die folgende Formel (2) definiert:
tan δ = G"/G' (2),
wobei "tan δ" ein Ausdruck für eine Dämpfung ist und das Verhältnis der in Form von Wärme dispergierten Energie zur maximal in Form von Wärme gespeicherten Energie für einen Schwingungszyklus angibt. Das Verlustmodul G" ist dabei zur pro Schwingungszyklus dispergierten Wärme proportional, wie sich dies der folgenden Formel (3) entnehmen läßt:
H = πG"γ² (3),
wobei H die pro Schwingungszyklus dispergierte Wärme und γ einen Maximalwert der Schubbelastung angibt.
Somit steht tan δ für die Leichtigkeit, mit der eine der Gummizusammensetzung zugeführte mechanische Energie in Form von Wärme dispergiert werden kann, bzw., anders ausgedrückt, für den Schwierigkeitsgrad der Energiespeicherung. Bei der vorliegenden Erfindung richtet sich das Augenmerk auf die Speicherung von Energie, so daß tan δ hier auf den oben erwähnten, große Werte umfassenden Bereich festgelegt wird.
Der Grund für die erfindungsgemäße Angabe des Werts für tan δ für Bedingungen bei einer Temperatur von 100ºC und einer Frequenz von 10 Hz liegt darin, daß hier diejenigen Situationen und Bedingungen in Betracht gezogen wurden, unter welchen ein herkömmlicher Treibriemen (beispielsweise ein Steuerriemen für Kraftfahrzeuge) tatsächlich zum Einsatz kommt, wobei insbesondere im Hinblick auf die Frequenz ein Zyklus in Betracht gezogen wurde, in dem ein Teil des Treibriemens beim Passieren einer Riemenscheibe gebogen und gestreckt wird.
Wie sich aus der obigen Definition für tan δ ergibt, bedeutet der erfindungsgemäß für tan δ angegebene Wert von mindestens 0,08, daß selbst dann, wenn ein Treibriemen wiederholt um eine Riemenscheibe gebogen wird, nur eine geringe Menge kinetischer Energie im Riemen gespeichert wird, wodurch sich eine Spannungskonzentration unterdrücken und somit in vorteilhafter Weise ein Auftreten von Sprüngen vermeiden läßt. Im Hinblick auf diese Tatsache wird eine Untergrenze des Wertes für tan δ von 0,09 besonders bevorzugt.

(Obergrenze des Werts für tan δ)

Der Grund für die erfindungsgemäße Festlegung einer Obergrenze des Werts für tan δ von 0,15 liegt darin, daß bei einem Wert für tan δ von über 0,15 ein beanspruchter Gummibereich des Riemens leicht erschlafft. Im einzelnen verhindert eine Erhöhung des Werts für tan δ zwar in vorteilhafter Weise ein Auftreten von Sprüngen; hierbei erhöht sich allerdings auch die Menge der dem Riemen extern zugeführten Energie, die in Wärme umgewandelt wird. Somit steigt die im Gummibereich des Riemens erzeugte Wärmemenge an, wodurch der Gummibereich erschlafft. Aus diesem Grund wird eine Obergrenze des Werts für tan δ von 0,13 besonders bevorzugt.

(Schwefelgehalt und Chlorgehalt)

Der Schwefelgehalt steht in enger Beziehung zu der in einem Molekül enthaltenen Chlorosulfongruppenmenge, d. h. zur Anzahl der Vernetzungspunkte. Wird der Schwefelgehalt erhöht, so verdichtet sich die Vernetzungsstruktur. Der Schwefelgehalt stellt somit einen wichtigen Faktor zur Veränderung des Wertes für tan δ der ACSM-Zusammensetzung dar.
Der Grund für die Festlegung des oberen Grenzwerts für den Schwefelgehalt auf 1,2 Gew.-% liegt bei dem oben erwähnten Aspekt der vorliegenden Erfindung darin, daß bei einem Schwefelgehalt von über 1,2 Gew.-% der Wert für tan δ übermäßig absinkt und es schwierig wird, einen der oben erwähnten hohen Werte für tan δ zu erhalten. Der obere Grenzwert für den Schwefelgehalt beträgt vorzugsweise 1,0 Gew.-% und besonders bevorzugt 0,8 Gew.-%. Der Grund für die Festlegung des unteren Grenzwerts des Schwefelgehalts auf 0,6 Gew.-% liegt darin, daß ein Schwefelgehalt von unter 0,6 Gew.-% die Angabe anderer Bestandteile der Verbindung erschwert, auch wenn sich dabei der Vorteil bietet, daß sich ein höherer Wert für tan δ erzielen läßt.
Obwohl der Wert für tan δ, wie erwähnt, in Abhängigkeit vom Schwefelgehalt variiert, kann auch der Chlorgehalt Veränderungen des Werts für tan δ bewirken. Allerdings weist der Chlorgehalt eine engere Beziehung zur Kristallisierung von ACSM auf. Wird der Chlorgehalt erhöht, so verschlechtern sich die Niedrigtemperatureigenschaften, während die Elastizität zunimmt. Dementsprechend ist es sinnvoll, den Chlorgehalt auf 15 bis 35 Gew.-% und besonders bevorzugt auf 25 bis 32 Gew.-% festzulegen. Im einzelnen läßt sich bei einer Festlegung des oberen Grenzwerts des Chlorgehalts auf 35 Gew.-% und besonders bevorzugt auf 32 Gew.-% die Ausflockungenergie des Chlors auf einen geringen Betrag begrenzen, wodurch sich eine Versteifung des Gummis in vorteilhafter Weise verhindern und so der Niedrigtemperaturwiderstand des Riemens verbessern läßt. Andererseits ist eine Festlegung des unteren Grenzwerts des Chlorgehalts auf 15 Gew.-% und besonders bevorzugt auf 25 Gew.-% insofern von Vorteil, als hierbei die Ölbeständigkeit und die mechanische Festigkeit des Gummis sichergestellt werden.
Die erwähnte japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 4-211748 gibt bereits einen Schwefel- sowie einen Chlorgehalt für ein in einem Treibriemen verwendetes ACSM an; es ist hierbei jedoch zu berücksichtigen, daß der Wert für tan δ nicht allein durch den Schwefel- und den Chlor-Gehalt des ACSM spezifiziert werden kann.
Der Wert für tan δ hängt nämlich nicht allein vom Schwefel- und Chlorgehalt des ACSM, sondern auch vom Typ und der Menge anderer Bestandteile der Verbindung, beispielsweise eines Vulkanisierungsmittels, ab.
Werden beispielsweise sowohl die beigefügte Menge an Vulkanisierungsmittel als auch diejenige an Vulkanisierungsbeschleuniger verringert, so ist es möglich, die speziellen hohen Werte für tan δ zu erzielen. Selbst wenn die beigefügte Menge an Rußschwärze oder an Behandlungsöl erhöht wird, lassen sich hohe Werte für tan δ erzielen. Verändert sich allerdings die beigefügte Menge an diesen Verbindungsbestandteilen, so verändern sich andere physikalische Eigenschaften des Riemengummis in entsprechender Weise. Es ist daher notwendig, die jeweiligen Mengen der zugegebenen Bestandteile im Hinblick auf die physikalischen Eigenschaften der verschiedenen im Riemen eingesetzten Gummitypen festzulegen.

(Vulkanisierungsmittel und Vulkanisierungsbeschleuniger)

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Treibriemen, bei dem die erwähnte ACSM- Zusammensetzung wenigstens für eines der Riemenelemente eingesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die ACSM- Zusammensetzung aus 100 Gewichtsanteilen eines alkylierten, sulfochlorierten Polyäthylens, 0,2 bis 5,0 Gewichtsanteilen N,N'-m-Phenylen-Dimaleimid, 0,1 bis 4,0 Gewichtsanteilen Dipentamethylen-Thiuramtetrasulfid und 0,1 bis 5,0 Gewichtsanteilen Pentaerythrit (Pentaerythritol) besteht. Hierdurch läßt sich verhindern, daß das aus der ACSM-Zusammensetzung bestehende Element erschlafft und daß darin Sprünge auftreten.
Das N,N'-m-Phenylen-Dimaleimid dient als Vulkanisierungsmittel. Wenn die beigefügte Menge an N,N'-m-Phenylen-Dimaleimid unter 0,2 Gewichtsanteile beträgt, so härtet der Gummi nicht richtig aus. Andererseits führt eine Hinzufügung einer Menge von mehr als 5 Gewichtsanteilen zu Schwierigkeiten bei der Erzielung der oben genannten hohen Werte für tan δ, wodurch sich die Ausbildung von Sprüngen nur schwer unterdrücken läßt. Im Hinblick auf diese Tatsache liegt die zugeführte Menge von N,N'-m-Phenylen-Dimaleimid besonders bevorzugt im Bereich von 1 bis 3 Gewichtsanteilen.
Das Dipentamethylen-Thiuramtetrasulfid dient als Vulkanisierungsbeschleuniger, der zusammen mit dem N,N'-m- Phenylen-Dimaleimid eingesetzt wird, um die Vernetzung zu, beschleunigen. Liegt die beigefügte Menge an Dipentamethylen-Thiuramtetrasulfid unter 0,1 Gewichtsanteilen, so stellt sich die erwartete Beschleunigungswirkung nicht ein. Andererseits führt die Beifügung einer Menge von mehr als 4 Gewichtsanteilen dazu, daß tan δ einen ausgesprochen geringen Wert aufweist. Die zugesetzte Menge an Vulkanisierungsbeschleuniger wird daher im oben erwähnten Bereich gewählt und liegt besonders bevorzugt innerhalb eines Bereichs von 1 bis 2 Gewichtsanteilen.
Obwohl die genauen Funktionen von Pentaerythrit nicht bekannt sind, wird davon ausgegangen, daß das Pentaerythrit die Vernetzung von ACSM beschleunigt und dabei gleichzeitig den Vernetzungszustand optimiert, wodurch sich die Widerstandsfähigkeit von ACSM gegen Biegeermüdung verbessert.
ACSM läßt sich mit verschiedenen Arten von Vernetzungsstrukturen ausbilden. Das N,N'-m-Phenylen- Dimaleimid des ACSM weist eine Maleimid-Vernetzungsstruktur auf, während Dipentamethylen-Thiuramtetrasulfid eine Schwefelvernetzungsstruktur besitzt.
Wird ein Metalloxid (Magnesiumoxid) verwendet, wie dies in dem weiter unten beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung der Fall ist, so kann das ACSM eine Metalloxid-Vernetzungsstruktur aufweisen. Wenn also mehrere Vulkanisierungsmitteln bzw. Vulkanisierungsbeschleuniger zusammen im ACSM eingesetzt werden, so existieren im ACSM auch mehrere verschiedene Arten von Vernetzungsstrukturen.
Im übrigen wirkt sich die Entscheidung, ob dem ACSM Pentaerithrit zugemischt werden soll oder nicht, auf das Verhältns der oben erwähnten Vernetzungsstrukturen aus, wobei sich die physikalischen Eigenschaften des Gummis erheblich verändern. Insbesondere kann das erfindungsgemäße Verhältnis von Bestandteilen der Gummizusammensetzung die Widerstandsfähigkeit des Gummis gegen Biegeermüdung erheblich verbessern.
Wenn die hinzugefügte Menge an Pentaerithrit weniger als 0,1 Gewichtsanteile beträgt, so treten die erwarteten positiven Wirkungen nicht ein. Andererseits wird bei Hinzufügung einer Menge von über 5 Gewichtsanteilen die Vernetzung übermäßig beschleunigt, wodurch sich eine geeignete Widerstandsfähigkeit des Riemens gegen Biegeermüdung nicht erzielen läßt. Somit wird die hinzugefügte Menge an Pentaerithrit in dem erwähnten Bereich und besonders bevorzugt in einen Bereich von 1 bis 4 Gewichtsanteilen gewählt.
Wie sich der bisherigen Beschreibung entnehmen läßt, werden die jeweils hinzuzufügenden Mengen an Vulkanisierungsmittel und Vulkanisierungsbeschleuniger in den erwähnten jeweiligen Bereichen gewählt, die die Erzielung eines großen Wertes für tan δ ermöglichen, während gleichzeitig die notwendige Vulkanisierung sichergestellt ist, so daß das Auftreten von Sprüngen im Riemen verhindert wird, ohne daß es zu einer Beeinträchtigung der Betriebsstabilität des Riemens kommt, wodurch sich die Nutzungsdauer des Riemens erhöht.

(Weitere Bestandteile der Zusammensetzung)

Wie bereits unter Bezugnahme auf tan δ erwähnt wurde, läßt sich die ACSM-Zusammensetzung herstellen, indem man je nach Wunsch einen oder mehrere herkömmliche Bestandteile einer Gummizusammensetzung, etwa ein Verstärkungsmittel (z. B. Rußschwärze), ein Füllmittel, einen Säureakzeptor, ein Plastiziermittel, einen Haftverstärker, ein Behandlungshilfsmittel, ein Antioxidanzmittel und einen Aktivator auswählt. Als Rußschwärze kommen dabei MAF, FEF, GPF oder SRF in Frage. Der Säureakzeptor kann aus Magnesiumoxid, Calciumhydroxid, einem Magnesiumoxid-Aluminiumoxid-Mischkristall oder ähnlichem bestehen. Bearbeitungsöl, Dioktyladipat (DOA) oder Dioktylsebazinsäureester (DOS) kommen als Weichmacher in Frage. Als Plastiziermittel kann ein Polyäther-Plastiziermittel Verwendung finden, während als Haftverstärkungsmittel Kumaronharz, Phenolharz oder Aklylphenolharz eingesetzt werden können. Das Antioxidanzmittel kann aus Nickel-Dibutyl-Dithiokarbamat (NBC), 2,2,4-Trimethyl-1,2-Dihydrochinolinkondensat (TMDQ) oder 6-Äthoxy-2,2,4-Trimethyl-1,2-Dihydrochinolinkondensat (ETMDQ) bestehen.
Wird ein Magnesiumoxid-Aluminiumoxid-Mischkristall als Säureakzeptor eingesetzt, so wird dieser 100 Gewichtanteilen ACSM in einer Menge von 1 bis 50 Gewichtsanteilen und vorzugsweise von 4 bis 20 Gewichtsanteilen beigefügt. Liegt die hinzugefügte Menge an Magnesiumoxid-Aluminiumoxid-Mischkristall unter 1 Gewichtsanteil, so läßt sich der während der Vernetzung erzeugte Chlorwasserstoff nicht in ausreichendem Umfang entfernen. Dies führt zu einer derartigen Reduzierung der Vernetzungspunkte des ACSM, daß sich das wunschgemäße vulkanisierte Produkt nicht herstellen läßt. Dem fertigen Riemen mangelt es hierbei an Wärmebeständigkeit und er zeigt bereits früh Sprünge. Andererseits wird bei einer Beifügung einer Menge von über 50 Gewichtsanteilen die Mooney- Viskosität äußerst hoch, was zu Problemen bei der Endbearbeitung führt.
Das ACSM und andere hinzugefügte Bestandteile können miteinander unter Verwendung von bekannten Mitteln, etwa einem Banbury-Mischer und einer Knetvorrichtung sowie unter Einsatz bekannter Verfahren verknetet werden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft einen Treibriemen, der eine Haftgummischicht umfaßt, die in einer geeigneten Position eine sich in Längsrichtung des Riemens erstreckende Schnur enthält, und der zudem eine Kompressionsgummischicht umfaßt und dadurch gekennzeichnet ist, daß wenigstens ein Bereich der Kompressionsgummischicht aus der oben erwähnten ACSM-Zusammensetzung besteht. Auf diese Weise wird ein Auftreten von Sprüngen in der Kompressionsgummischicht verhindert und so die Nutzungsdauer des Riemens verlängert.
Anders ausgedrückt, ist dieser Aspekt der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die ACSM-Zusammensetzung, bei der tan δ innerhalb des erwähnten speziellen Bereichs liegt, für eine ein Element des Riemens bildende Kompressionsgummischicht eingesetzt wird.
Im einzelnen wird dabei ein Bereich der Kompressionsgummischicht des Treibriemens beim Eingriff mit einer Riemenscheibe gebogen und dabei zusammengedrückt, wobei der Bereich sodann wieder aus dem zusammengedrückten in einen gestreckten Zustand zurückkehrt, wenn er sich von der Riemenscheibe entfernt. Somit wird die Kompressionsgummischt wiederholt der durch das Strecken und Zusammendrücken hervorgerufenen Verformung ausgesetzt. Da allerdings tan δ der Kompressionsgummischicht so gewählt ist, daß er im Bereich der speziellen großen Werte liegt, wird das Auftreten von Sprüngen in der Kompressionsgummischicht verhindert, wodurch sich die Nutzungsdauer des Riemens verlängert.
Bei diesem Aspekt der Erfindung kann die gesamte Kompressionsgummischicht aus der ACSM-Zusammensetzung bestehen. Wird nur ein Teil der Kompressionsgummischicht durch die ACSM-Zusammensetzung gebildet, so kann die Kompressiongummischicht zwei Schichten umfassen, die aus der ACSM-Zusammensetzung und einem anderen Gummimaterial bestehen, oder sie kann sich aus mehreren Schichten zusammensetzen, wobei dann die ACSM- Zusammensetzung und ein anderes Gummimaterial abwechselnd schichtweise angeordnet sind, oder sie kann auch so ausgebildet sein, daß die ACSM-Zusammensetzung und ein anderes Gummimaterial derart verteilt sind, daß das eine Material inselartig in dem anderen Material angeordnet oder die ACSM-Zusammensetzung und das andere Material gleichförmig miteinander vermischt sind.
Bei der Schnur kann es sich um eine äußerst feste Schnur aus Polyester-, Aramid- oder Glasfasern mit geringer Dehnung handeln.
Die Haftgummischicht kann aus einer Chloroprengummi- Zusammensetzung, einer wasserstoffhaltigen Nitrilgummi- Zusammensetzung mit einem Wasserstoffzugabeverhältnis von mindestens 80%, einer ACSM-Zusammensetzung oder einer CSM-Zusammensetzung bestehen, die jeweils eine Wärmebeständigkeit und eine gute Hafteigenschaft gegenüber den die Schnur bildenden Polyester-, Aramid- oder Glasfasern aufweisen.
Die Schnur kann einer Haftbehandlung unterzogen werden, um ihre Haftfähigkeit am Haftgummi zu verbessern. Eine entsprechende Haftbehandlung wird dabei üblicherweise durchgeführt, indem die Fasern in Resorcinol- Formaldehyd-Latex (RFL-Flüssigkeit) eingetaucht und sodann einer Wärmetrocknung unterzogen werden, um auf der Schnuroberfläche eine einheitliche Haftschicht auszubilden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist der Treibriemen, bei dem die Kompressionsgummischicht aus der erwähnten ACSM- Zusammensetzung besteht, dadurch gekennzeichnet, daß kurze Fasern in die die Kompressionsgummischicht bildende ACSM-Zusammensetzung gemischt werden. Auf diese Weise läßt sich ein Erschlaffen des Treibriemens verhindern, wodurch sich seine Nutzungsdauer verlängert.
Bei Gummimaterial, wie etwa der erwähnten Kompressionsgummischicht, d. h. bei der kurze Fasern umfassenden ACSM-Zusammensetzung, ist es bereits bekannt, daß sich bei einer Orientierung der kurzen Fasern in einer bestimmten Richtung die dynamischen Eigenschaften (mechanischen Eigenschaften) des Gummimaterials in der Richtung, in der die Fasern verlaufen, erheblich von den Eigenschaften in einer zur Faserrichtung senkrechten Richtung unterscheiden. Die kurzen Fasern werden üblicherweise in einer zur mit der Riemenscheibe in Kontakt kommenden Reibungsoberfläche des Riemens senkrechten Richtung angeordnet.
Für die erwähnten kurzen Fasern kommen organische Fasern, wie Polyesterfasern, Nylonfasern, Aramidfasern, oder auch anorganische Fasern in Betracht. Besonders geeignet sind dabei kurze Fasern, die die im folgenden angegebene Form und die folgenden physikalischen Eigenschaften aufweisen:
Querschnittsbereich: 0,15 · 10&supmin;&sup6; cm² bis 100 · 10&supmin;&sup6; cm²
Länge: 0,10 mm bis 20 mm
Seitenverhältnis: 10 zu 2000
Zugelastizitätsmodul: 200 kg/mm² oder mehr.
Für die kurzen Fasern werden im übrigen die folgende Form und die folgenden physikalischen Eigenschaften besonders bevorzugt:
Querschnittsbereich: 0,50 · 10&supmin;&sup6; cm² bis 20 · 10&supmin;&sup6; cm²
Länge: 1,0 mm bis 5,0 mm
Seitenverhältnis: 50 zu 1000
Zugelastizitätsmodul: 1.000 kg/mm² bis 100.000 kg/mm²
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei dem erwähnten Treibriemen um einen Keilriemen mit unbearbeiteten Kanten, während der Treibriemen gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung aus einem gerippten Keilriemen mit unbearbeiteten Kanten besteht.
Bei herkömmlichen Treibriementypen mit unbearbeiteten Kanten besteht jeweils das Problem, daß in der Kompressionsgummischicht Sprünge auftreten. Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß sie eine Lösung dieses Problems bietet.
Im übrigen kann der erfindungsgemäße Treibriemen aber nicht nur durch einen Treibriemen mit unbearbeiteten Kanten gebildet werden, wie dies in den im folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen der Fall ist, sondern auch durch andere Treibriementypen, wie etwa flache Riemen. Zudem kann es sich bei dem erfindungsgemäßen Treibriemen auch um einen ummantelten Riementyp handeln, dessen gesamte Oberfläche von einem gummierten Gewebe bedeckt ist.
Außerdem kann es sich bei dem aus der ACSM-Zusammensetzung mit dem erwähnten Wert für tan δ bestehenden Element des erfindungsgemäßen Treibriemens nicht nur um die Kompressionsgummischicht handeln. Anders ausgedrückt, können auch andere Elemente, wie etwa eine Haftgummischicht und eine an der Außenseite der Haftgummischicht angeordnete Trägergummischicht aus der erwähnten ACSM-Zusammensetzung bestehen.
Im folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines Keilriemens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine Querschnittsansicht eines gerippten Keilriemens gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Fig. 3 eine Vorderansicht zur schematischen Darstellung der Durchführung einer Nutzungsdauersprüfung für einen Treibriemen; und
Fig. 4 eine graphische Darstellung einer \ Beziehung zwischen der Nutzungsdauer und dem Wert für tan δ eines keine kurzen Fasern enthaltenden Treibriemens.
Im folgenden werden die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

(Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Riemenstruktur)

Fig. 1 zeigt einen Keilriemen 1, bei dem es sich um ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Treibriemens handelt. Der Keilreimen 1 besteht aus drei gummierten Geweben 2, die an der Oberseite des Riemens angeordnet sind; einer Haftgummischicht 4, in der eine sehr feste, eine geringe Dehnung aufweisende Schnur 3 angeordnet ist; einer Kompressionsgummischicht 5, die eine elastische Hauptschicht darstellt; und einem gummierten Gewebe 2, das an der Unterseite des Riemens angeordnet ist. Die gummierten Gewebe 2 an der Riemenoberseite, die Haftgummischicht 4, die Kompressionsgummischicht 5 und das gummierte Gewebe 2 an der Unterseite sind zur Ausbildung des Keilriemens 1 vertikal aufeinandergeschichtet. Zudem handelt es sich bei dem Keilriemen 1 um einen Riemen mit unbearbeiteten Kanten, bei dem die Seitenflächen der erwähnten aufeinandergeschichten Elemente freiliegen. Kurze Fasern 6 wurden derart in die Kompressionsgummischicht 5 gemischt, daß sie sich in Richtung der Riemenbreite erstrecken.
Fig. 2 zeigt einen gerippten Keilriemen 8, bei dem es sich um ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Treibriemens handelt. Der gerippte Treibriemen 8 besteht aus zwei gummierten Geweben 2, die an der Oberseite des Riemens angeordnet sind; einer Haftgummischicht 4, in der eine sehr feste, eine geringe Dehnung aufweisende Schnur 3 angeordnet ist; und einer Kompressionsgummischicht 5, die einen elastischen Hauptteil bildet. Die gummierten Gewebe 2, die Haftgummischicht 4 und die Kompressionsgummischicht 5 sind zur Ausbildung des gerippten Keilriemens vertikal aufeinandergeschichtet. Außerdem handelt es sich bei dem gerippten Keilriemen 8 um einen Riementyp mit unbearbeiteten Kanten, bei dem die Seitenflächen der erwähnten aufeinandergeschichteten Elemente freiliegen. Die Kompressionsgummischicht 5 weist mehrere Rippen 7 auf; zudem wurden kurze Fasern 6 derart in die Kompressionsgummischicht 5 gemischt, daß sie sich in Richtung der Riemenbreite erstrecken.

(Auswirkungen des Schwefelgehalts des ACSM und der Menge der weiteren Bestandteile auf tan δ und die Nutzungsdauer des Riemens)

- Messung von tan δ -

Es wurden einige ACSM-Typen vorbereitet, die sich in ihrem Schwefelgehalt voneinander unterschieden. Daraufhin wurden unter Verwendung dieser unterschiedlichen ACSM-Typen verschiedene Arten von ACSM-Zusammensetzungen mit unterschiedlicher Formel erzeugt und aus den jeweiligen ACSM-Zusammensetzungen Prüflinge ohne kurze Fasern hergestellt. Danach wurden die unterschiedlichen Werte für tan δ der Prüflinge nach den Vorschriften gemäß JIS K 6394 unter Bedingungen gemessen, bei denen die Temperatur des Prüflings 100ºC und die Frequenz 10 Hz betrug.
Im einzelnen wurden dabei vier ACSM-Typen mit einem Schwefelgehalt von 0,6%, 0,7%, 0,8% bzw. 1,0% erzeugt. Was die zugesetzten Bestandteile betrifft, so wurde die Menge an Vulkanisiermittel "VULNOC PM" (Markenname für das von Ouchi Shinko Kagaku-Kogyo Kabushiki-Kaisha, Japan, erzeugte N,N'-m-Phenylen- Dimaleimid) im Bereich von 0,2 bis 6 Gewichtsanteilen, die Menge an Vulkanisierungsbeschleuniger "NOCCELER TRA" (Markenname des von Ouchi Shinko Kagaku-Kogyo Kabushiki-Kaisha hergestellten Dipentamethylen- Thiuramtetrasulfids) im Bereich von 0 bis 5 Gewichtsanteilen und die Menge an Petaerithrit im Bereich von 0 bis 6 Gewichtsanteilen variiert. Bei der Herstellung der Prüflinge wurde das Gummimaterial mit Hilfe eines Banbury-Mischers verknetet. Die Vulkanisierung des Gummimaterials erfolgte unter den üblicherweise als wünschenswert angesehenen Bedingungen (40 Minuten bei 160ºC).

- Messung der Riemennutzungsdauer -

Zur Herstellung unterschiedlicher Gummitypen wurden in ACSM-Zusammensetzungen, die jeweils dieselbe Formel aufwiesen wie bei den oben erwähnten Prüflingen, kurze Fasern derart untergemischt, daß alle Fasern in einer bestimmten Richtung verliefen. Daraufhin wurden Keilriemen erzeugt, deren Kompressionsgummischichten aus den unterschiedlichen Gummimaterialtypen bestanden. Sodann wurde die jeweilige Nutzungsdauer der Keilriemen gemessen. Die Keilriemenproben wiesen dabei unbearbeitete Kanten auf, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Als kurze Fasern wurden kurze Aramidfasern mit 2 den und einer Faserlänge von 3 mm eingesetzt, wobei die beigemischte Menge 15 Gewichtsteile pro 100 Teilen ACSM betrug. Die kurzen Fasern wurde mit Hilfe einer offenen Walze in die ACSM-Zusammensetzung gemischt.
Die Schnur der jeweiligen Riemenproben bestand aus Polyesterfasern und wurde mit einer Haftflüssigkeit imprägniert, welche eine in einem Lösungsmittel gelöste Isozyanat-Verbindung enthielt, und sodann einer Wärmetrocknung unterzogen, in eine RFL-Flüssigkeit eingetaucht und erneut wärmegetrocknet. Bei der RFL-Flüssigkeit handelte es sich um eine Mischung aus 430,5 Gewichtsanteilen einer RF-Flüssigkeit (Resorcinol-Formaldehyd-Flüssigkeit), 787,4 Gewichtsanteilen 2,3-Dichlorbutadien, 716,4 Gewichtsanteilen Wasser und 65,8 Gewichtsanteilen eines Befeuchtungsmittels (2%iges Natriumdioktylsulfosuccinat). Für die Ausbildung der Haftgummischicht jeder Riemenprobe wurde als Gummimaterial eine ACSM-Zusammensetzung aus 100 Gewichtsanteilen ACSM, 40 Gewichtsanteilen Rußschwärze, 2 Gewichtsanteilen eines Antioxidanzmittels, 2 Gewichtsanteilen eines Vulkanisierungsbeschleunigers, 8 Gewichtsanteilen eines MgO-Al&sub2;O&sub3;-Mischkristalls und 1 Gewichtsanteil N-N'-m-Phenylen-Dimaleimid verwendet.
Die erwähnte jeweilige Struktur der Riemenproben ist hier nur beispielhaft angegeben, so daß ein erfindungsgemäßer Treibriemen nicht auf die Riemenproben mit den genannten Strukturvarianten beschränkt ist.
Wie sich Fig. 3 entnehmen läßt, wurde die Nutzungsdauerprüfung durchgeführt, indem jede Keilriemenprobe 1 um eine Antriebsriemenscheibe 11 und eine angetriebene Riemenscheibe 12 gewunden und sodann unter den im folgenden erwähnten Bedingungen angetrieben wurde. Sodann wurde der Zeitraum (hr) gemessen, nach dem in der Kompressionsgummischicht der einzelnen Keilriemenproben 1 ein Sprung auftrat bzw. diese Proben soweit erschlafften, daß die Kraftübertragung nurmehr fehlerhaft erfolgte.

- Bedingungen bei der Riemennutzungsdauerprüfung -

Durchmesser der Antriebsriemenscheibe: 65 mm
Durchmesser der angetriebenen Riemenscheibe: 80 mm
Anfangsspannung: 15 kgf
Umgebungstemperatur: 95 ± 5ºC
Riemengeschwindigkeit: 30 m/sec
Leistung: 5 PS
Die Prüfungsergebnisse lassen sich den Tabellen 1a bis 1d ebenso entnehmen wie die jeweilige Formel der Proben. In diesen Tabellen sind die jeweiligen Werte der Bestandteile in Form einer Zugabemenge (Gewichtsanteil) angegeben. Tabelle 1a Tabelle 1b Tabelle 1c Tabelle 1d
In den Tabellen 1a bis 1d weist ein mit der Markierung "*" versehener Nutzungsdauer-Wert jeweils darauf hin, daß die Nutzungsdauer aufgrund von Erschlaffung (Verformung) endet, während bei den anderen Werten die Riemennutzungsdauer durch das Auftreten eines Sprungs beendet wird.

- Wirkung des Schwefelgehalts -

Im folgenden wird ein Vergleich zwischen den Ausführungsbeispielen 1, 2, 3 und 4 gezogen. Diese Ausführungsbeispiele unterscheiden sich voneinander allein im Schwefelgehalt des ACSM. Wenn der Schwefelgehalt ansteigt, wird der Wert für tan δ geringer. Somit wirkt sich der Schwefelgehalt offensichtlich auf den Wert für tan δ aus, d. h. eine Reduzierung des Schwefelgehalts ist insofern vorteilhaft, als hierbei der Wert für tan δ ansteigt. Die jeweilige Riemennutzungsdauer bei den Beispielen 1 bis 4 endet durch das Auftreten von Sprüngen. Wenn nun die Schwefelmenge sinkt, d. h. der Wert für tan δ ansteigt, läßt sich das Auftreten derartiger Sprünge wirksamer verhindern und die Nutzungsdauer des Riemens weiter erhöhen.

- Wirkung der zugesetzten Vulkanisierungsmittelmenge -

Die Ausführungsbeispiele 3, 5 bis 8 und das Vergleichsbeispiel 1 unterscheiden sich voneinander allein in der zugesetzten Vulkanisierungsmittelmenge. Wenn die zugesetzte Vulkanisierungsmittelmenge ansteigt, sinkt der Wert für tan δ. Hieraus ergibt sich, daß sich die zugesetzte Vulkanisierungsmittelmenge auf den Wert von tan δ auswirkt und dabei im einzelnen eine Reduzierung der zugesetzten Vulkanisierungsmittelmenge insofern vorteilhaft ist, als sie zu einen Anstieg des Werts für tan δ führt. Wenn allerdings die zugesetzte Vulkanisierungsmittelmenge übermäßig gering ist und damit der Wert für tan δ übermäßig hoch wird, führt dies zu einer Erschlaffung des Riemens.

- Wirkung der zugesetzten Menge an Vulkanisierungsbeschleuniger TRA -

Die Ausführungsbeispiele 3 und 9 bis 11 sowie die Vergleichsbeispiele 2 und 3 unterscheiden sich voneinander allein in der zugesetzten Menge an Vulkanisierungsbeschleuniger. Wird die zugesetzte Vulkanisierungsbeschleunigermenge erhöht, so sinkt der Wert für tan δ, woraus sich ergibt, daß sich die zugesetzte Vulkanisierungsbeschleunigermenge auf den Wert von tan δ auswirkt und dabei im einzelnen eine Reduzierung der zugesetzten Vulkanisierungsmittelmenge insofern vorteilhaft ist, als sich hierdurch der Wert für tan δ erhöht.
Allerdings weist das Vergleichsbeispiel 2 eine kurze Riemennutzungsdauer auf, obwohl hier tan δ einen hohen Wert aufweist. Dies liegt daran, daß es bei diesem Vergleichsbeispiel 2 aufgrund von Erschlaffung zu einer mangelhaften Kraftübertragung kommt. Hieraus läßt sich ersehen, daß eine äußert geringe Menge an zugesetztem schlaffung eine nachteilige Wirkung auf die Nutzungsdauer des Riemens ausübt. Insbesondere zeigt ein Vergleich zwischen dem Ausführungsbeispiel 9 und dem Vergleichsbeispiel 2, daß sich das erste Beispiel vom zweiten allein dadurch unterscheidet, daß es einen Gewichtsanteil von 0,1 an Vulkanisierungsbeschleuniger enthält. Dies bewirkt allerdings einen erheblichen Unterschied im jeweiligen Wert für tan δ bei dem Ausführungsbeispiel 9 und dem Vergleichsbeispiel 2. Das Ausführungsbeispiel 9 bietet eine erheblich längere Riemennutzungsdauer als das Vergleichsbeispiel 2.

- Wirkung der zugesetzten Menge an Pentaerythrit -

Die Ausführungsbeispiele 3 und 12 bis 15 sowie das Vergleichsbeispiel 4 unterscheiden sich voneinander allein in der zugesetzten Menge an Pentaerythrit. Wird die zugesetzte Menge an Pentaerythrit erhöht, so sinkt der Wert für tan δ. Wie sich hieraus ersehen läßt, wirkt sich auch die zugesetzte Pentaerythritmenge auf den Wert von tan δ aus, wobei eine Reduzierung der zugesetzten Pentaerythritmenge im einzelnen insofern vorteilhaft ist, als hierdurch der Wert für tan δ ansteigt.

- Beziehung zwischen tan δ und Riemennutzungsdauer -

Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung der Beziehung zwischen tan δ und der Riemennutzungsdauer entsprechend den jeweiligen Ausführungsbeispielen und Vergleichsbeispielen der Tabellen 1a bis 1d. Wie sich Fig. 4 entnehmen läßt, beträgt der Wert für tan δ zur Verlängerung der Riemennutzungsdauer vorzugsweise nicht weniger als 0,08 und besonders bevorzugt nicht weniger als 0,09 und nicht mehr als 0,15.

Claims

1. Kraftschlüssiger Treibriemen, dadurch gekennzeichnet, daß

- wenigstens eines der den Riemen bildenden Elemente eine alkylierte, sulfochlorierte Polyäthylenzusammensetzung enthält, die 0,6 bis 1,2 Gew.-% Schwefel enthält und im wesentlichen aus 100 Gewichtsanteilen eines alkylierten, sulfochlorierten Polyäthylens, 0,2 bis 5,0 Gewichtsanteilen N,N'-m-Phenylen- Dimaleimid, 0,1 bis 4,0 Gewichtsanteilen Dipentamethylen-Thiuramtetrasulfid und 0,1 bis 5,0 Gewichtsanteilen Pentaerythrit besteht, wobei der Wert für tan δ bei einer Temperatur von 100ºC und einer Frequenz von 10 Hz 0,08 bis 0,15 beträgt; sowie dadurch, daß

- in dieses Element kurze Fasern gemischt wurden.

2. Kraftschlüssiger Treibriemen nach Anspruch 1, enthaltend

- eine Haftgummischicht, welche an einer geeigneten Position eine sich in Längsrichtung des Riemens erstreckende Schnur enthält; und

- einen Kompressionsgummi,

- wobei wenigstens ein Bereich des Kompressionsgummis die mit kurzen Fasern gemischte alkylierte, sulfochlorierte Polyäthlyenzusammensetzung umfaßt.

3. Kraftschlüssiger Treibriemen nach Anspruch 2, wobei der kraftschlüssige Treibriemen aus einem Keilriemen mit unbearbeiteten Kanten besteht.

4. Kraftschlüssiger Treibriemen nach Anspruch 2, wobei der kraftschlüssige Treibriemen aus einem gerippten Keilriemen mit unbearbeiteten Kanten besteht.