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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Gewebe für
einen Zahntreibriemen.
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Es sind Zahntreibriemen bekannt,
die einen aus Elastomermaterial bestehenden Körper mit Zähnen auf einer der Flächen und
einem an der Oberfläche
der Zähne
haftenden Gewebe aufweisen.
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Während
des Riemenherstellungsvorgangs wird das Gewebe an den Zähnen des
Riemens haftend angebracht. Daher muß zunächst die Länge des Gewebes im wesentlichen
gleich dem Umfang des Riemens sein, während bei der Bildung der Zähne die
Länge des
Gewebes gleich dem Profil der Zähne
des Zahnriemens sein muß.
Daher ist es notwendig, daß dieses
Gewebe in Längsrichtung
des Zahnriemens leicht dehnbar ist.
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Aus diesem Grunde gibt es ein bekanntes
Verfahren, bei dem die in Längsrichtung
des Riemens verlaufenden Fäden
des Gewebes aus elastischem Material bestehen, die Fäden können beispielsweise,
wie im Europäischen
Patent EP-271587
beschrieben, aus Nylon bestehen.
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Im folgenden Text werden diese in
Längsrichtung
des Riemens verlaufenden Fäden
des Gewebes als Schuß des
Gewebes bezeichnet, während
die in Querrichtung des Riemens verlaufenden Fäden als Kette bezeichnet werden.
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In jüngerer Zeit hat die Verwendung
von Zahnriemen in Motoren für
Kraftfahrzeuge die Neuformulierung der Zusammensetzung der Fäden des
Gewebes erforderlich gemacht, so daß sie höheren Temperaturen standhalten
können
und eine erhöhte
Festigkeit aufweisen. Im allgemeinen ist es jedoch schwierig, Fasern
zu verarbeiten und Fäden
zu erhalten, die die Eigenschaften hoher Festigkeit und Wärmebeständigkeit
aufweisen und auch elastisch sind. Daher wurde die Verwendung von
Verbundfasern oder aus verschiedenen Materialien zusammengesetzten
Fasern vorgeschlagen. Die Japanische Patentanmeldung JP-63-15628
beschreibt die Verwendung eines Verbundfadens, bei dem ein Aramidfaden
eine spiralige Abdeckung eines im Schuß des Gewebes eines Zahnriemens
verwendeten Elastik-Polyurethanfadens bildet. Wenn der elastische
Polyurethanfaden nicht gedehnt ist, erschlafft der spiralig gewundene
Aramidfaden derart, daß der
elastische Faden gestreckt werden kann. Infolgedessen kann der Aramiddeckfaden
Schleifen um den elastischen Faden bilden. Wenn der Deckfaden den
Schuß des
Gewebes des Zahnriemens bildet, erstrecken sich die Schleifen in
Richtung auf die Außenseite
des Gewebes, wobei sie in unmittelbaren Kontakt mit den Zähnen der
Riemenscheibe gelangen. Auf diese Weise nimmt die Festigkeit des
Gewebes ab, und folglich nimmt die Haltbarkeit des Zahnriemens ebenfalls
ab.
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Darüber hinaus liegt bei dem oben
beschriebenen Verbundfaden der hochfeste Aramidfaden auf der Außenfläche des
Gewebes frei. Auf diese Weise ist er im wesentlichen in das den
Riemen bildende elastomere Material eingearbeitet. Falls der Riemen
wiederholten Verformungen ausgesetzt ist, wird auch der Aramidfaden
wiederholt gebogen und gedehnt, wodurch seine Festigkeit abnimmt
und seine Haltbarkeit verringert wird.
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EP-637704 beschreibt einen Zahnriemen
mit einem Gewebe, bei dem die Längsfäden, die
in Längsrichtung
des Zahnriemens verlaufen, aus umsponnenen Fäden gebildet sind, die jeweils
durch Wickeln eines Fadens mit hoher Festigkeit und Wärmebeständigkeit
auf einen aus einem elastischen Faden bestehenden Kern und anschließendem Wickeln
eines weiteren Fadens aus synthetischen Fasern auf die vorhergehenden verfertigt
werden.
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Aus JP 05-118390 ist auch ein Verfahren
zur Herstellung eines Gewebes für
Zahnriemen bekannt, das aus Schuß und Kette besteht, wobei
der Schuß aus
einem elastischen Faden besteht, der von einem Verbundfaden umsponnen
ist, welcher durch einen um einen Faden mit hoher Wärmebeständigkeit
und hoher Festigkeit gewickelten Abdeckfaden gebildet ist, und diese
Struktur wird im folgenden als einfach gewickelt definiert.
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Diese Lösung bietet jedoch keine ausreichende
Versicherung hinsichtlich der Festigkeit und Haltbarkeit des Riemens
und verhindert nicht völlig,
daß der
Faden mit hoher Festigkeit und Wärmebeständigkeit Schleifen
bildet, die sich in den von dem Deckfaden gebildeten Lücken bilden
können.
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Darüber hinaus wäre es zweckmäßig, eine
weitere Steigerung der Abriebfestigkeit, der Haftung zwischen Gewebe
und Körper
des Riemens und insbesondere bei der Reißkraft, der das Gewebe standhalten kann,
erreichen zu können.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird ein Zahnriemen geschaffen, bei dem der gezahnte Teil mit einem
Gewebe bedeckt ist, das aus Schuß und Kette besteht, dadurch
gekennzeichnet, daß der
Schuß aus einem
durch einen elastischen Faden gebildeten Schußfaden, der als Kern dient,
und wenigstens zwei auf den elastischen Faden aufgewickelten Verbundfäden besteht,
wobei die Verbundfäden
jeweils einen Faden mit hoher Wärmebeständigkeit
und hoher Festigkeit und wenigstens einen Deckfaden aufweisen, der
auf den Faden mit hoher Wärmebeständigkeit
und hoher Festigkeit aufgewickelt ist.
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Zur Ermöglichung des besseren Verständnisses
der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend eine bevorzugte Ausführungsform
als Beispiel ohne Einschränkung
und unter Bezugnahme auf die angefügten Zeichnungen beschrieben,
welche zeigen:
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1 eine
perspektivische Teilansicht des erfindungsgemäß hergestellten Zahntreibriemens;
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2 schematisch
einen Verbundfaden, der den Schuß des den Gummikörper des
in 1 gezeigten Zahnriemens
bedeckenden Gewebes bildet;
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3 die
Ergebnisse eines Anfangsverschleißtests eines Gewebes gemäß der vorliegenden
Erfindung und gemäß dem Stand
der Technik; und
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4 die
Ergebnisse eines Anfangsverschleißtests eines Gewebes gemäß der vorliegenden
Erfindung und gemäß dem Stand
der Technik.
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Mit Bezug auf 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 die
Gesamtheit eines Zahntreibriemens.
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Der Riemen 1 weist einen
Körper 2 aus
Elastomermaterial auf, in das eine Vielzahl starker längsverlaufender
fadenartiger Elemente 3 eingebettet sind.
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Der Körper 2 weist Zähne 4 auf,
die von einem Gewebe 5 mit in Längsrichtung des Riemens 1 verlaufenden
Schußfäden 6 und
in Querrichtung des Riemens 1 verlaufenden Kettfäden 7 bedeckt
sind.
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Mit Bezug auf 2 bestehen die Schußfäden 6 aus einem als
Kern dienenden elastischen Faden 8 und zwei auf den elastischen
Faden aufgewickelten Verbundfäden 9,
wobei jeder Verbundfaden 9 einen Faden 10 mit
hoher Wärmebeständigkeit
und hoher Festigkeit und einen auf den Faden mit hoher Wärmebeständigkeit
und hoher Festigkeit gewickelten Deckfaden 11 aufweist.
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Wahlweise kann der Schußfaden einen
als Kern dienenden elastischen Faden und zwei um den elastischen
Faden 8 gewickelte und jeweils einen Faden 10 mit
hoher Wärmebeständigkeit
und hoher Festigkeit und zwei auf den Faden 10 mit hoher
Wärmebeständigkeit
und hoher Festigkeit aufgewickelte Deckfäden 11 aufweisende
Verbundfäden 9 aufweisen.
Mit dieser Gewebestruktur werden die beiden Verbundfäden 9 derart um
den elastischen Faden 8 gewickelt, daß seine gesamte Oberfläche bedeckt
ist.
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Der elastische Faden 8 besteht
vorzugsweise aus Polyurethan.
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Der Faden 10 mit hoher Wärmebeständigkeit
und hoher Festigkeit besteht vorzugsweise aus Polyamid und noch
bevorzugter aus paraaromatischem Polyamid, um zu gewährleisten,
daß das
gesamte Gewebe 5 hohe Festigkeit und Wärmebeständigkeit aufweist, und um es
gleichzeitig gegenüber
der Außenfläche zu isolieren.
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Der Deckfaden 11, der eine
größere Verschleißfestigkeit
hat, muß eine
größere Masse
haben als der Faden 10 mit hoher Wärmebeständigkeit und hoher Festigkeit 10,
um letzteren vollständig
zu bedecken, und daher bestehen sie vorzugsweise aus texturiertem
Polymermaterial, bevorzugter aus Polyamid und noch bevorzugter aus
Fasern aus Nylon 66; alternativ hat der Deckfaden 11 eine
Hybridzusammensetzung, wobei er in diesem Fall vorzugsweise Nylon
und Teflon aufweist. Der Deckfaden 11 kann einfach oder
mehrfach sein; falls zwei dieser Fäden vorhanden sind, ist einer
im Uhrzeigersinn und der andere gegen den Uhrzeigersinn auf den
Faden 10 mit hoher Wärmebeständigkeit
und hoher Festigkeit gewickelt.
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Tabelle 1 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Schußgewebes 6.
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Die Eigenschaften des Kettgewebes 7 müssen sich
von denen des oben beschriebenen Schußgewebes 6 unterscheiden.
Dies liegt daran, daß es
nicht elastisch sein, aber hohe Festigkeit aufweisen muß. Daher besteht
es vorzugsweise aus Polyamid und bevorzugter aus meta-aromatischem
Polyamid.
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Tabelle 2 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Kettgewebes 7.
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Der Zahnriemen gemäß der vorliegenden
Erfindung kann mittels des Standes der Technik hergestellt werden,
beispielsweise durch Formen des elastomeren Körpers des Riemens in einer
Form, an der zuvor das Gewebe zur Haftung gebracht worden ist.
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Um das Gewebe an dem Gummiteil in
Haftung zu bringen, kann ein Kleber wie Resorcin, Formaldehyd und
Latex (RFL) verwendet werden.
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Die Struktur des Schußgewebes 6,
bei dem mindestens zwei Verbundfäden 9 auf
den elastischen Faden 8 gewickelt sind, im folgenden auch
als "bifilar gewickelt" bezeichnet, und dessen Struktur in Tabelle
1 gezeigt ist, ermöglicht
die Erhöhung
der Reißkraft
des Gewebes 5. Tatsächlich
ist bei dieser Struktur der prozentuale Anteil des Polyurethans
in bezug auf das Gesamtgewicht des Gewebes 5 verringert
und das Polyurethan trägt
nicht zur Reißkraft
des Gewebes 5 bei; seine einzige Funktion besteht darin,
für Elastizität zu sorgen.
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Bei der übrigen Beschreibung und in
den Tabellen werden die folgenden Abkürzungen verwendet:
PT
= Endgewicht des Gewebes CR = Reißkraft
FO = Anzahl der
Fäden im
Kettgewebe
TO = Garnzahl, Kette
TF = Anzahl der Fäden im Schußgewebe
TNy
= Garnzahl, Nylonfaden
TAr = Garnzahl, Aramidfaden
TPu
= Garnzahl, Polyurethanfaden
AR = Dehnung des Gewebes bei Zerreißen
ARNy
= Dehnung bei Zerreißen,
Nylonfaden
ARAr = Dehnung bei Zerreißen, Aramidfaden
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Als Beispiel einer Ausführungsform
gibt Tabelle 3 die Werte der Eigenschaften, deren Abkürzungen oben
angegeben sind, des "bifilar gewickelten" Gewebes 5 an;
insbesondere sei darauf hingewiesen, daß die entsprechende Reißkraft für ein Gewebe
mit einem Gewicht von 500 g/m2 2035 N/2,5
cm beträgt.
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Tabelle
3: "bifilar gewickeltes" Gewebe
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Zum Vergleich gibt Tabelle 4 die
Eigenschaften eines "einfach gewickelten" Gewebes an.
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Tabelle
4: "einfach gewickeltes" Gewebe
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Bei vergleichbaren Geweben oder solchen,
die ungefähr
dasselbe Gewicht haben, ist der Wert der Reißkraft des "bifilar gewickelten"
Gewebes 5 größer als
der eines "einfach gewickelten" Gewebes.
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An diesen Geweben wurden Tests ausgeführt, und
die Ergebnisse sind in den in den 3 und 4 angegebenen Graphen dargestellt.
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Die ausgeführten Tests sind im wesentlichen
vom Standardtyp, d. h., sie werden im wesentlichen nach dem ISO-Standard
10917 aus dem Jahre 1995 ausgeführt,
welcher die Art der Ausführung
von Betriebstests beschreibt, bei denen die getesteten Riemen Bewegung
zwischen einer Antriebsscheibe und einer Abtriebsscheibe bei einer
bestimmten Spannung übertragen.
Für den
Zweck einer detaillierten Beschreibung der Testbedingungen sei auf
diesen Standard Bezug genommen. In den in den 3 und 4 dargestellten
Tests gibt es einige Unterschiede im Vergleich zu dem festgelegten
Standard, wobei die Riemenscheiben 20 bzw. 40 Zähne statt 19 bzw. 38 aufweisen,
und außerdem
beträgt
die Antriebsgeschwindigkeit 6000 U/min, die angelegte Spannung 300N,
die Temperatur 130°C
und das Feuchtigkeitsniveau 60%.
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Bei beiden Tests ist der mit A bezeichnete
Riemen "bifilar gewickelt", während
der mit B bezeichnete "einfach gewickelt" ist.
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Im einzelnen zeigt 3 ein Diagramm, das die Kurve als Funktion
der in Stunden ausgedrückten Messungszeit
einer Größe darstellt,
die gleich dem Doppelten der Schwankung beim PLD (Pitch Line Differential)
ist, welches die Messung des Abstands zwischen dem Verstärkungselement
des Riemens und der Außenseite
des Gewebes darstellt. Eine Verringerung dieses Abstands ist daher
ein direktes Maß des
Verschleißes des
Riemens als Funktion der Zeit.
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Insbesondere werden die Werte der
Schwankung beim PLD alle 300 Stunden gemessen, und wie aus einer
Analyse von 3 hervorgeht,
tritt ein Bruch der Basis des Zahns an dem einfach gewickelten Riemen nach
900 Stunden auf, während
ein Bruch der Basis des Zahns bei dem bifilar gewickelten Riemen
nach 1200 Stunden auftritt. Es sei ferner darauf hingewiesen, daß auch bei
den Messungen vor dem Bruch die Kurve der Schwankung beim PLD bei
dem bifilar gewickelten Riemen stets über der den einfach gewickelten
Riemen betreffenden Kurve verläuft,
und daher ist der Verschleiß bei
dem ersten geringer als bei dem zweiten.
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4 zeigt
ein Diagramm, das die Kurve als Funktion der in Stunden ausgedrückten Messungszeit eines
Verschleißindex
w. i. ausdrückt,
der erhalten wird durch Zuordnen eines Punktestands von 1 bis 6
zu den fünf
verschleißanfälligen Teilen
des Riemens: die Antriebsseite oder die Seite des Zahns, die an
der Antriebsscheibe anliegt, der Boden oder Bereich des Riemens
zwischen zwei Zähnen,
der Antriebsfuß des
Zahns oder Bereich zwischen der Antriebsseite und dem Boden, die
getriebene Seite oder Seite des Zahns, die an der Riemenscheibe
anliegt, zu der die Bewegung übertragen
wird, und der getriebene Fuß oder
Fuß der
getriebenen Seite.
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Bei diesem Diagramm ist daher der
Ausgangswert des Verschleißindex
w. i. gleich 30 Punkten, und der Riemen wird alle 300 Stunden einer
Verschleißsichtprüfung unterzogen.
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Wie bemerkt wird, stellt sich schon
bei der ersten Messung heraus, daß der bifilar gewickelte Riemen einen
Verschleißindex
w. i. von 27 Punkten gegenüber den
26 des einfach gewickelten hat, und dieser Unterschied wird bei
der nächsten
Messung betont, wobei der einfach gewickelte Riemen nach 900 Stunden
bricht.
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Aus einer Untersuchung der Eigenschaften
des gemäß der vorliegenden
Erfindung produzierten bifilar gewickelten Riemens sind die Vorteile,
die durch ihn erzielt werden können,
offensichtlich.
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Insbesondere die Struktur des Schußgewebes 6 des
Zahnriemens 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung ermöglicht,
daß jeder
Faden 10 mit hoher Wärmebeständigkeit
und hoher Festigkeit sowohl gegenüber dem elastischen Faden 8 als
auch gegenüber
der Gummioberfläche
vollständig
isoliert ist, da er mit zwei Verbundfäden 9 bewickelt ist.
Darüber
hinaus gewährleistet
die von der erfindungsgemäßen "bifilar
gewickelten Struktur" gebotene bessere Abdeckung, daß der Faden 10 mit
hoher Wärmebeständigkeit
und hoher Festigkeit keine Schleifen bildet und gegenüber der
Außenfläche vollständig derart
isoliert ist, daß er
durch die Reibung des Riemens an den Zähnen der Riemenscheibe nicht
beschädigt
wird. Auf diese Weise ist eine längere
mittlere Riemenlebensdauer gewährleistet.
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Schließlich ist klar, daß Modifizierungen
und Veränderungen
des hier beschriebenen und dargestellten Zahnriemens vorgenommen
werden können,
ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
