DE69829125T2

DE69829125T2 - Treibriemen-Verstärkungsmaterial und damit hergestellter Treibriemen

Info

Publication number: DE69829125T2
Application number: DE1998629125
Authority: DE
Inventors: William L. Westhoff
Original assignee: Gates Corp
Current assignee: Gates Corp
Priority date: 1997-04-22
Filing date: 1998-04-16
Publication date: 2006-02-09
Anticipated expiration: 2018-04-17
Also published as: BR9801066A; KR100502762B1; KR19980081543A; EP0873859A2; EP0873859B1; US5971879A; JP2963085B2; JPH10318334A; MX9803119A; CA2231141A1; ES2238749T3; CA2231141C; ATE289917T1; EP0873859A3; DE69829125D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Riemenverstärkungsgewebe, insbesondere betrifft die Erfindung Verstärkungsgewebe, das für das Verstärken von Riemenzähnen besonders geeignet ist, und einen Kraftübertragungszahnriemen, der mit einem derartigen Gewebe hergestellt ist.
Kraftübertragungszahnriemen haben einen polymeren Körper, beispielsweise aus Gummi, Thermoplast oder Urethan, mit mehreren entlang wenigstens einer Seite derartiger Riemen ausgebildeten Zähnen. Üblicherweise ist ein Zugteil in einen Körper als lasttragendes Teil eingebettet. Vorzugsweise sind die Riemenzähne mit einem faserigen Material verstärkt, um ihre Scherfestigkeit und Verschleißfestigkeit zu verbessern, oder um ihren Reibungskoeffizienten für das Zusammengreifen mit einer gezahnten Riemenscheibe zu verändern. Verschleißfeste Gewebe für Riemen sind gewebt, wie beispielsweise Leinwand, gecrimptes dehnbares Nylon und eine Dreherbindung, etc., und kann ein gestricktes Gewebe sein, wie beispielsweise 1x1 Rippenstrick. Derartige Gewebe sind in dem Riemen an einer Umfangsfläche angeordnet, welche die Riemenzähne einschließt, und können als einlagige Gewebe, mehrere Lagen von Gewebe, verbondete Lagen von Gewebe und Gewebe mit einer äußeren Schicht aus einem undurchdringlichen thermoplastischen Film vorliegen.
Andere Gewebeverstärkungen zum Verstärken von Riemenzähnen können von Vliestyp sein und umfassen eine Bahn aus diskontinuierlichen Fasern oder eine Bahn aus Fasern, die zur Bildung eines Vliesstoffs in bekannter Weise thermisch oder chemisch miteinander verbondet sind. Derartige Vlies-Riemenstoffe sind üblicherweise in einen Riemenkörper eingebettet und können dazu beitragen, den Teilkreisdurchmesser (PLD – Pitch Line Diameter) eines spiralförmig gewickelten Zugcords an den Stegen zwischen zwei beabstandeten Riemenzähnen festzulegen. Das Gewebe liegt manchmal nahe dem Mittelbereich des Riemenzahns, in dem es als Zahnverstärkung wirkt, in gedehnter Form vor. Bei einigen Vliesstoffen ist es schwierig, die erforderliche Dicke zum Beibehalten eines akzeptablen PLD zu kontrollieren. Einige Vliesstoffe sind aufgrund der Verarbeitungseinschränkungen der Riemenherstellung schwierig zu handhaben und an einer gewünschten Stelle innerhalb der Riemenzähne zu positionieren. Beispiele für Faserverstärkungen für Riemen und damit verstärkte Riemen sind in den folgenden Patenten offenbart:
US-Patent 3964328 (Redmond) offenbart ein Gewebe in der bevorzugten Form von dehnbarem Nylon mit einer thermoplastischen Schicht wie Polyethylen, die durch Verbonden an einer Außenfläche desselben angebracht ist. Das Gewebe ist als verschleißfestes Gewebe und reibungsmodifizierende Verstärkung an einer Riemenzähne aufweisenden Umfangsfläche eines Riemens angeordnet.
US-Patent 4 099 422 (Cicognai et al.) offenbart ein gummiertes Gewebe. Zwei Schichten des Gewebes sind entlang einer Riemenzähne aufweisenden Umfangsfläche eines Riemens für die Verschleißfestigkeit und die Versteifung der Riemenzähne angeordnet.
US-Patent 4 235 119 (Wetzel) offenbart ein Gewebe, das entlang der Riemenzähne aufweisenden Umfangsfläche eines Riemens als verschleißfestes Gewebe angeordnet ist. Diskontinuierliche Fasern sind mit einem Gummielastomer eines Riemenkörpers vermischt und befinden sich zur Versteifung der Riemenzähne nahe dem Gewebe und einem Zugteil.
US-Patent 4 605 389 (Westhoff) offenbart ein Gewebe des in dem Redmond-Patent '328 verwendeten Typs. Das Gewebe ist entlang einer beabstandete Riemenzähne aufweisenden Umfangsfläche eines Riemens angeordnet, wobei die Riemenzähne konfigurierte Flankenflächen mit Traktrix-Kurvenform sind.
US-Patent 4 895 555 (Watanabe et al.) offenbart eine Bahn aus Vliesstoff. Der Vliesstoff dient als Verstärkung in einem gegossenen Urethan-Riemenkörper und ist unter einem Zugteil in einem Stegbereich eines Riemens zusammengedrückt und als Verstärkungsfaser zur Verbesserung der Scherfestigkeit der Zähne in Riemenzähne diffundiert.
US-Patent 5 362 281 (Dutton) offenbart ein Doppelgewebe mit zwei Gruppen von Kettgarnen und zwei Gruppen von Schußgarnen, die zur Bildung einer einzigen Gewebelage miteinander verbunden sind. Das Gewebe dient als Verstärkung und ist entlang einer Riemenzähne aufweisenden Umfangsfläche des Riemens als verschleißfestes Gewebe und Verstärkungsteil angeordnet. Das Gewebe unterstützt ferner das Festlegen von Zugteilen des Riemens zum Kontrollieren des PLD. Die Merkmale der vorliegenden Erfindung, die aus diesem Dokument bekannt sind, sind in den Oberbegriff des Anspruchs 1 aufgenommen.
US-Patent 4 392 842 (Skura et al.) offenbart eine dehnbare Gewebeverstärkung. Die Verstärkung wird in zwei Lagen eines Zahnriemens verwendet, wobei eine Lage an einer Riemenzähne aufweisenden Umfangsfläche angeordnet ist und die andere Lage als Verstärkung in Form einer Hängelage eingebettet ist.
US-Patent 5 536 214 (Akita et al.) offenbart einen Vliesstoff, der in der bevorzugten Form vernadelt ist, wodurch die diskontinuierlichen Fasern des Stoffs durch das Verwirren einiger Fasern miteinander verbondet werden. Der Vliesstoff dient als eingebettete Verstärkung in einem Zahnriemen aus gegossenem Urethan. Der Stoff ist in dem Riemenkörper in einem Stegbereich zwischen Riemenzähnen, in dem er zusammengedrückt wird, um den PLD zu kontrollieren, und in den Riemenzähnen angeordnet, in dem er gedehnt ist und als eingebettete Verstärkung der Riemenzähne dient.
Überblick über die Erfindung
Gemäß der in Anspruch 1 definierten Erfindung ist ein Riemenverstärkungsmaterial vorgesehen, das zwei Schichten aus Textilmaterial aufweist, die anein ander angebracht sind. Eine der Schichten ist eine verzwirnte Gewebeschicht, beispielsweise ein Gewebe, das vorzugsweise zumindest entlang einer Achse des Gewebes dehnbar ist. Eine Schicht aus Vliesmaterial ist an der Verzwirnten Gewebeschicht beispielsweise durch Vernadeln angebracht.
Ein erfindungsgemäßer Kraftübertragungsriemen nach Anspruch 8 weist einen polymeren Körper und mehrere beabstandete Zähne entlang mindestens einer Seite des Riemens auf. Der Riemen weist ein verschleißfestes Gewebe auf, das an einer Umfangsfläche angeordnet ist, welche die Riemenzähne umfaßt. Ein Zugteil ist in dem Körper eingebettet. Bei gegossenen Riemen weist das geschichtete Gewebe vorzugsweise eine undurchlässige thermoplastische Schicht an einer Außenseite des verzwirnten Gewebes auf. Die thermoplastische Schicht ist in Verbindung mit einem herstellungsverfahren für einen Riemen mit einem polymeren Körper aus gießbarem Urethanmaterial geeignet. Optional kann mehr als eine verzwirnte Gewebeschicht in Verbindung mit einer oder mehr Schichten Vliesstoffmaterial verwendet werden.
Ein weiterer erfindungsgemäßer Kraftübertragungszahnriemen ist in Anspruch 10 angegeben.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Riemenverstärkungsmaterial für einen Kraftübertragungsriemen zu schaffen.
Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, einen Riemenaufbau mit einem verbesserten verschleißfesten Gewebe zu schaffen, der eine verbesserte Riemenzahnverstärkung und eine verbesserte Positionierung eines Vliesstoffs bei der Riemenherstellung ermöglicht.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Riemen mit einer Schicht Vliesmaterial zu schaffen, die in einem Zahnriemen befindlich und positioniert ist, um die Verstärkung des Riemenzahns zu verbessern.
Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, daß ein Vliesstoff in einer Form plaziert werden kann, so daß er sich in einer gewünschten korrekten Position innerhalb eines Zahns eines geformten Riemens befindet. Diese und andere Aufgaben und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Studium der Zeichnungen und der detaillierten Beschreibung derselben, in denen
1 eine perspektivische Darstellung eines geschichteten Gewebes gemäß der Erfindung zeigt;
2 einen vergrößerten Querschnitt durch das Gewebe entlang der Linie 2-2 in 1 zeigt;
3 eine Ansicht ähnlich der 2 zeigt, wobei jedoch eine alternative Form eines erfindungsgemäßen Gewebes dargestellt ist; und
4 eine vergrößerte fragmentarische Längsansicht eine Seite des erfindungsgemäßen Zahnriemens mit dargestellten alternativen Ausführungsbeispielen zeigt, und wobei die Ansicht entlang der Linie 2'-2' eine Ansicht des Gewebes ähnlich der 2 und die Ansicht entlang der Linie 3'-3' eine Ansicht des Gewebes ähnlich der 3 ist.
Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
Wie in den 1 und 2 dargestellt, weist ein Riemenverstärkungsgewebe 10 eine Vliesstoffschicht 12, eine verzwirnte Gewebeschicht 14 und, optional sowie für einen Urethanriemen oder einen gegossenen Riemen, eine thermoplastische Schicht 16 auf. Die Vliesstoffschicht ist aus diskontinuierlichen Fasern 18 hergestellt und kann anfangs folgende Form haben: eine Bahn aus nicht verbondeten diskontinuierlichen Fasern gleichen Materials oder verschiedener Materialien; eine Bahn aus gleichen oder diskontinuierlichen Fasern gleichen Materials oder verschiedener Materialien, die durch Vernadeln verbondet sind; oder eine Bahn aus unterschiedlichen Fasern, die auf beliebige Weise miteinander warm-verbondet und in ein Gewebe von kontrolliertem Gewicht und kontrollierter Dicke eingehüllt sind. Ein weiter bereich von Fasertypen kann für den Vliesstoff verwendet werden, wi beispielsweise Nylon, Polyester, Aramid, Polypropylen oder eine Kombination derselben, oder eine Kombination aus Nylon- und Polypropylenfasern, wobei die Fasern des Stoffs unterschiedliche Schmelztemperaturen haben, so daß sie thermisch miteinander verbondet werden können. Beispiele für das Verbonden von Fasern umfassen: chemisches Verbonden, Wärme-/Druck-Verbonden, Hydro-Verwirren, Vernadeln, chemisch/thermisches Verbonden oder eine Kombination derselben.
Das verzwirnte Gewebe kann jedes geeignete Gewebe wie Leinwand, in mindestens eine Richtung dehnbares gecrimptes Gewebe, Dreherbindung, Gestrick oder dergleichen sein, und besteht aus einer beliebigen Faser wie beispielsweise Aramid, Polyester, Rayon, Polypropylen und Baumwolle. Das in 2 dargestellte verzwirnte Gewebe ist von dem Typ, der in dem US-Patent 5 362 281 an Dutton offenbart ist, bei dem es sich um ein einzelnes Gewebe vom Mehrfachbindungstyp mit zwei Gruppen von Kett- und Schußgarnen handelt, wobei eine erste gewebte Komponente 20 eine erste Vielzahl von Kettgarnen 22 und mehrere Füll- oder Schußgarne 24 aufweist. Eine zweite gewebte Komponente 26 weist mehrere Kettgarne 28 und Schußgarne 30 auf. Die gewebten Komponenten sind periodisch mit (nicht dargestellten) Bindegarnen verflochten, bei denen es sich um Schuß- oder Kettgarne handeln kann. Der Vliesstoff ist an dem verzwirnten Gewebe an mehreren beabstandeten Stellen 32, 34, 36 vorzugsweise durch Vernadeln angebracht. Eine gezahnte Nadel einer (nicht dargestellten) Vernadelungsvorrichtung ergreift fasern des Vliesstoffs oder des verzwirnten Gewebes oder beide und verbringt die ergriffene Faser durch 38 und in die benachbarten Gewebeschichten, wodurch die Fasern verwirrt 40 und die Schichten 12, 14 an beabstandeten Stellen 32, 34, 36 miteinander verbunden werden.
Das Vernadeln kann entweder von der Vliesstoffseite oder von der Seite des verzwirnten Gewebes aus erfolgen. Wird eine nicht verbondete Bahn aus Vliesstoff gewählt, erfolgt das Vernadeln vorzugsweise von der Vliesstoffseite aus, da des verzwirnte Gewebe während des Vernadelns als Substrat dient. Wird jedoch eine verbondete Schicht aus Vliesstoff gewählt, kann sie optional als ein Substrat verwendet werden und das Vernadeln kann von der Seite des verzwirnten Gewebes aus erfolgen. Die Anzahl der Befestigungsstellen muß ausreichen, um die Gewebeschichten während des Riemenherstellungsvorgangs ausreichend zusammen zu halten. Ferner hat auch die Anzahl von Nadelstichen pro Flächeneinheit, allgemein als Nadelstiche pro Quadratinch oder ppsi bezeichnet, eine Auswirkung auf die Dicke 42 des Verstärkungsverbundgewebes 10, wobei 1 Quadratinch = 6,45 cm². Allgemein gilt, daß je höher die Dichte der Vernadelung ist, desto dünner ist das Verstärkungsgewebe. Es wurde festgestellt, daß eine Nadelstichdichte von ungefähr 100 bis ungefähr 500 ppsi zum Verbinden des Vliesstoffs und der gezwirnten Gewebeschicht ausreicht. Zur Vervollständigung des dargestellten Ausführungsbeispiels des Verstärkungsgewebes 10, wird eine Schicht aus thermoplastischem Material 16 aufgebracht und mit der Außenfläche des verzwirnten Gewebes in bekannter Weise verbondet. Das thermoplastische Material kann von jedem gewünschten Typ sein, wie beispielsweise Polyethylen, und Legierungen mit anderen thermoplastischen Materialien umfassen, wie zum Modifizieren der Reibung, der Erhöhung der Verschleißfestigkeitseigenschaften, etc. gewünscht.
Ein weiteres erfindungsgemäßes Riemenverstärkungsgewebe 44 ist in 3 dargestellt. Das Gewebe ist im wesentlichen demjenigen von 2 ähnlich, mit Ausnahme einer dickeren Schicht 46 Vliesstoffs und einer dünneren Schicht 48 verzwirnten Gewebes. Eine Schicht aus thermoplastischem Material kann optional entfallen. Die Gewebeschichten sind an mehreren beabstandeten Stellen 52, 54, 56 durch Vernadelung miteinander verbunden. Fasern 56 werden durch das verzwirnte Textilgewebe gedrückt, wodurch die Fasern zwischen den Geweben verwirrt werden 40, so daß die Gewebe zusammengehalten werden. Das verzwirnte Gewebe ist als eine einzige Schicht gewebt und weist Kettgarne 58 und Schußgarne 60 auf.
Wie in 4 dargestellt, weist ein erfindungsgemäßer Kraftübertragungszahnriemen 62 einen polymeren Körper 64, mehrere beabstandete Zähne 66, 68 entlang wenigstens einer Fläche 70 zum Zusammengreifen mit einer (nicht dargestellten) Zahnriemenscheibe und ein verschleißfestes Gewebe 10 oder 44 auf, das entlang dem die Riemenzähne aufweisenden Umfang 72 angeordnet ist.
Der polymere Körper kann aus einem beliebigen gewünschten Material bestehen, einschließlich beispielsweise Naturkautschuk, synthetischer Kautschuk, und Mischungen daraus, Urethan vom flüssigen gießbaren Typ oder vom fräsbaren Gummityp, und Thermoplast wie Polyester. Für die Riemenzähne 66 kann ein gegossener Flüssigurethankörper in Verbindung mit Gewebe 10 verwendet werden. Ein Zugteil 74 ist in dem Riemenkörper eingebettet und kann als spiralförmig gewickeltes Cord vorliegen. Der Flankendurchmesser des Cords ist zumindest teilweise durch die Dicke 42 des Gewebes kontrolliert. Wie auf diesem Gebiet bekannt, kann der PLD für einen Riemen durch die Wickelspannung eines Zugteils während des Riemenherstellungsvorgangs geringfügig modifiziert werden. Optional können Rippen 76 und Rillen 78 zur besseren Flexibilität in der gegenüberliegenden Seite des Riemens ausgebildet werden. Jedoch kann es bei einigen Anwendungen gewünscht sein, daß der Riemen eine ebene Fläche 80 zum Zusammengreifen mit (nicht dargestellten) Riemenscheiben hat.
Das eingebettete Zugteil 74 ist vom Endlostyp, wie beispielsweise ein spiralförmig gewickeltes Cord, und besteht aus einem Material mit minimaler Streckung, wie beispielsweise Fiberglas, Aramid und Kohlenstoffaser. Das Profil der Riemenzähne kann jede gewünschte Ausbildung haben, wie beispielsweise trapezförmig, oder mit gebogenen Flankenflächen versehen sein, wie in den US-Patenten 3 756 091 (Miller), 4 605 389 (Westhoff) oder 4 515 577 (Cathey et al.) gezeigt. Das Riemenzahnprofil der 4 weist Flanken vom gebogenen Typ auf.
Die an der Schicht verzwirnten Gewebes befestigte Vliesstoffschicht ist der die Riemenzähne umfassenden Umfangsfläche angepaßt. Indem sie der Kontur der Riemenzähne folgt, ist das Gewebe in einer Position, die Verstärkung der Riemenzähne zu verbessern. Im Falle der Herstellung eines gegossenen Urethanriemens kann das Gewebe 10 vorab gefaltet werden, bevor es in einer Form angeordnet wird, oder das Gewebe kann alternativ gefaltet werden, während es in einer gezahnten Form angeordnet wird. Das Verbundgewebe 10, 44 eliminiert die Notwendigkeit des separaten Handhabens eines Vliesmaterials und des Positionierens desselben an einer strategischen Stelle nahe einer Riemenumfangsfläche.
Bei einem Riemen mit einem Gummikörper wird das Gewebe in bekannter Weise vorbehandelt, beispielsweise durch Tauchen in eine Laytex- oder Elastomermateriallösung zur Haftverbindung mit dem Gummikörper.
Um die Vorteile der Merkmale der Erfindung darzustellen wurden erfindungsgemäße Riemen mit 14 mm Teilung und gebogenen Zähnen, die Polyurethankörper aufwiesen, im Vergleich mit ähnlichen bekannten Riemen getestet. Die Riemen waren mit Ausnahme des verschleißfesten Gewebes ähnlich aufgebaut. Die Testbedingungen für die Riemen waren die folgenden:
44,7 kW (60 PS)
Riemenscheiben mit 32 Zähnen
T1 + T2 = 526 kg (1160 lbs)
Sämtliche getesteten Riemen wiesen ein Gewebe mit einer thermoplastischen Schicht auf, und der textile Teil jedes Gewebes war wie folgt gekennzeichnet:
Somit zeigten erfindungsgemäße Riemen eine Lebensdauer unter Belastung die zwischen 6 und 11 mal höher war als bei bekannten Riemen mit bekannten Faserverstärkungen.
Selbstverständlich wurde die vorliegenden Erfindung zuvor ausschließlich anhand von Beispielen beschrieben, und es können innerhalb des in den Ansprüchen definierten Rahmens der Erfindung Modifizierungen im Detail vorgenommen werden.

Claims

Verstärkungsmaterial (10, 44) für Kraftübertragungsriemen mit zwei Schichten aus Textilfasermaterial, wobei Bereiche einer der Schichten an der anderen Schicht angebracht sind, und wobei eine der Schichten eine verzwirnte Gewebeschicht (14, 48) ist, und dadurch gekennzeichnet, daß die andere Schicht aufweist: eine Vliesstoffschicht (12, 46) aus an der Schicht aus verzwirntem Gewebematerial angebrachtem Material (18).
Verstärkungsmaterial nach Anspruch 1, bei dem die Vliesstoffschicht (12, 46) eine Bahn aus Faservliesmaterial (18) ist.
Verstärkungsmaterial nach Anspruch 1, bei dem die Vliesstoffschicht (12, 46) eine kalandrierte Bahn aus warm-verbondetem Faservliesmaterial (18) ist.
Verstärkungsmaterial nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem die verzwirnte Gewebeschicht (14, 48) aus der Gruppe gewählt ist, die aus einem gewebten und einem gestrickten Gewebe besteht.
Verstärkungsmaterial nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4 mit: einer Schicht (16) aus thermoplastischem Material, das mit einer nach außen gewandten Fläche des verzwirnten Gewebematerials verbondet ist.
Verstärkungsmaterial nach einem der Ansprüche 1–5, bei dem Fasern (40) einer Schicht mit Fasern der anderen Schicht verflochten sind, um die Schichten (12, 14, 48, 46) miteinander zu verbinden (32, 34, 36, 52, 54).
Verstärkungsmaterial nach Anspruch 6, bei dem die Fasern (40) durch Nadeln verflochten sind.
Kraftübertragungsriemen (62) mit mehreren Riemenzähnen (66, 68), die mit Verstärkungsmaterial (10, 44) nach einem der Ansprüche 1–7 verstärkt sind.
Riemen nach Anspruch 8, bei dem das Verstärkungsmaterial entlang einem Umfangsrand des Riemens angeordnet ist, der die Riemenzähne aufweist.
Kraftübertragungszahnriemen (62) mit einem Riemenkörper (64), der hauptsächlich aus einem Urethanelastomer gebildet und mit einem Textilfasermaterial an einem Umfangsrand verstärkt ist, der die Riemenzähne aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Fasermaterial umfaßt: eine Vliesstoffschicht (12, 46) aus an einer Schicht (14, 48) aus verzwirntem Gewebematerial angebrachtem Material (18), und eine Schicht (16) aus thermoplastischem Material, das mit einer nach außen gewandten Fläche des verzwirnten Gewebematerials verbondet ist.