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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Treibriemen
mit einem Riemenkörper,
umfassend ein Polyurethan-Elastomer, mit verringerter Geräuschentwicklung,
nicht nur in der Anfangsstufe des Laufs, sondern auch während des
Laufs über
einen langen Zeitraum.
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Stand der Technik
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In den letzten Jahren wurden als
Antriebsvorrichtungen für
große
Fabrikationsmaschinen, wie Werkzeugmaschinen oder Formmaschinen,
gezahnte Treibriemen, die unter hoher Last angewandt werden können, mit
einem Riemenkörper,
umfassend heißhärtende Polyurethan-Elastomere
mit ausgezeichneter Festigkeit, anstelle von üblichen Kautschukriemen angewandt.
Diese gezahnten Treibriemen sind ausgezeichnet in Festigkeit und
Beständigkeit,
es hat sich aber gezeigt, daß sie
während
der Anwendung zu einer hohen Geräuschentwicklung
führen.
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Unter diesen Umständen sind verschiedene Methoden
zur Verringerung des Reibungskoeffizienten und dadurch Unterdrückung oder
Verringerung der Geräusch
(im folgenden als Geräuschverringerung
bezeichnet) angegeben worden.
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Z. B. beschreibt die JP-OS 133440/1993
einen Treibriemen, umfassend ein Polyurethan-Elastomer, das mit
einem höheren
Fettsäureester,
umfassend eine höhere
Fettsäure
mit 13 oder mehr Kohlenstoffatomen und einen höheren Alkohol mit 8 oder mehr
Kohlenstoffatomen, vermischt ist. Bei dem Treibriemen, der das oben
beschriebene Polyurethan-Elastomer enthält, tritt jedoch, obwohl das
Geräusch
in der Anfangsstufe des Laufs gering ist, das Problem auf, daß das Geräusch während des
Laufs über
einen langen Zeitraum zunimmt.
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Ziel der Erfindung
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Diese Erfindung wurde entwickelt,
um die oben genannten Probleme bei üblichen Treibriemen mit einem
Riemenkörper,
umfassend Polyurethan-Elastomere, zu lösen. So ist es ein Ziel der
Erfindung, einen Treibriemen mit einem Riemenkörper, umfassend ein Polyurethan-Elastomer,
zu entwickeln, der in der Lage ist, Geräusch nicht nur in der Anfangsstufe
des Laufs, sondern auch während
des Laufs über
einen langen Zeitraum zu verringern
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die Erfindung liefert einen Treibriemen
mit einem Riemenkörper,
umfassend ein Polyurethan-Elastomer, enthaltend ein Fettsäure-glycerid
mit einer Fettsäure
mit 9 bis 30 Kohlenstoffatomen als Fettsäure-Bestandteil.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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1 ist
ein teilweiser Längsschnitt
eines gezahnten Treibriemens als eine Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung und
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2 ist
ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Laufzeit und dem Geräuschpegel
eines gezahnten Treibriemens nach der Erfindung bzw. einem Vergleichsbeispiel
zeigt.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
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Der Treibriemen mit einem Riemenkörper nach
der Erfindung kann durch ein einstufiges Verfahren hergestellt werden
und vorzugsweise wird er nach einer Prepolymer-Methode hergestellt. D. h. ein Polyol
und ein Polyisocyanat werden vorher zur Reaktion gebracht, um ein
Prepolymer mit endständigen
Isocyanatgruppen zu erzeugen, und das Prepolymer wird dann verwendet,
um den Treibriemen nach der Erfindung durch ein Spritzgußverfahren
herzustellen. Das Prepolymer mit endständigen Isocyanatgruppen kann
erhalten werden durch Umsetzen eines Überschusses an Polyisocyanat
mit dem Polyol.
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Es besteht keine spezielle Beschränkung für das Polyisocyanat
und es können
z. B. vorzugsweise Diphenylmethan-diisocyanat, 2,4-Tolylen-diisocyanat,
2,6-Tolylen-diisocyanat,
ein Gemisch aus 2,4- und 2,6-Tolylen-diisocyanat, Toluidin-diisocyanat,
Xylidin-diisocyanat, Naphthalin-diisocyanat, Polymethylen-polyphenyl-isocyanat,
Isophoron-diisocyanat, Hexamethylen-diisocyanat, Dicyclohexylmethan-diisocyanat
und p-Phenylen-diisocyanat angewandt werden.
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Es besteht auch keine spezielle Beschränkung für das Polyol
und es werden gegebenenfalls verschiedene Arten von Polyester-polyolen
und Polyether-polyolen und Lacton-polyolen verwendet. Es können vorzugsweise
Polyester-polyole angewandt werden, enthaltend z. B. eine aliphatische
Dicarbonsäure
mit 2 bis 20 Kohlenstoffatomen, wie Adipinsäure, Sebacinsäure, Korksäure, und
Bernsteinsäure,
und eine aromatische Dicarbonsäure,
wie Terephthalsäure
und Isophthalsäure,
als mehrbasischen Säurebestandteil
und ein aliphatisches Glykol mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen, wie
Ethylenglykol, Propylenglykol, Butylenglykol, Pentanglykol, Hexanglykol
und ein Neopentylglykol und Polyalkylenglykol, wie Diethylenglykol
und Dipropylenglykol, als Polyol-Bestandteil.
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Z. B. werden vorzugsweise Polyole
vom Adipat-Typ, wie Polyethylen-adipat-polyol, Polybutylen-adipat-polyol und
Polyethylen-polypropylen-adipat-polyole und Polyester-Polyole vom
Terephthalsäure-Typ
verwendet.
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Als Polyether-polyol werden z. B.
vorzugsweise Polyoxyethylen-polyol, Polyoxypropylen-polyol und Polyoxytetramethylen-polyol
verwendet. Polycarbonat-polyol, Polybutadien-polyol, Polypentadien-polyol
und Polyole vom Rizinusöl-Typ
werden neben den oben angegebenen Polyether-polyolen ebenfalls verwendet.
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Es ist bevorzugt, daß ein solches
Prepolymer, umfassend ein Polyisocyanat und ein Polyol, einen Gehalt
an Polyisocyant-Gruppen von 1 bis 20 Gew.% aufweist.
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Der Treibriemen nach der Erfindung
kann nach einer Prepolymer-Methode hergestellt werden durch Vermischen
eines Fettsäure-glycerids
und eines Härtungsmittels
mit einem Polyurethan-Prepolymer nach der Erfindung, ferner gegebenenfalls
Vermischen mit Füllstoffen,
Weichmachern und Stabilisatoren und Gießen mit einer Mehrzahl von
zug- und spannungs-festen Corden in eine Form, Härten und anschließendes Entfernen
aus der Form.
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Gemäß der Erfindung wird ein Fettsäure-glycerid
mit 9 bis 30 Kohlenstoffatomen als Fettsäure-Bestandteil mit einem Polyurethan-Prepolymer
vermischt, um Geräusch
nicht nur in der Anfangsstufe des Laufs, sondern auch während des
Laufs über
einen langen Zeitraum zu unterdrücken,
und das Gemisch wird nach einem Gießverfahren zu einem Treibriemen
geformt. Das Gießverfahren
ist eines von an sich bekannten Formverfahren.
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Die Fettsäure mit 9 bis 30 Kohlenstoffatomen
kann z. B. Caprinsäure,
Undecylsäure,
Laurinsäure,
Myristinsäure,
Palmitinsäure,
Stearinsäure,
Behensäure,
Cerotinsäure, Montansäure und
Melissinsäure
umfassen. Gemäß der Erfindung
ist besonders eine Fettsäure
mit 10 bis 20 Kohlenstoffatomen als Fettsäure-Bestandteil bevorzugt.
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Folglich können bevorzugte Fettsäure-glyceride,
die nach der Erfindung verwendet werden können, z. B. Glycerin-caprat
(Tricaprin), Glycerin-laurat (Trilaurin), Glycerinmyristat (Trimyristin),
Glycerin-palmitat (Tripalmitin), Glycerin-stearat (Tristearin),
Glycerin-oleat (Triolein), Glycerin-linoleat (Triolinolein) und
Glycerin-stearin-palmitat (Palmitodistearin) umfassen. Bevorzugte
Fettsäure-glyceride,
die nach der Erfindung verwendet werden können, sind jedoch nicht auf
diese beschränkt.
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Als Fettsäure-glycerid, wie oben erwähnt, sind
im Rahmen der Erfindung auch tierische oder pflanzliche Öle oder
Fette, wobei die letzteren bevorzugt sind, die die oben angegebenen
Fettsäue-glyceride
als Hauptbestandteile enthalten, ebenfalls anwendbar. Die geeigneten
pflanzlichen Fette umfassen z. B. Palmöl, Palmkernöl, Kokosnußöl und Kakaobutter, während die
geeigneten tierischen Fette z. B. Rindertalg, Speck, Pferdefett,
Knochenfett und Butterfett umfassen.
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Andererseits werden, soweit erwünscht, Fettsäure-glyceride,
deren Fettsäure-Bestandteile 9 bis
12 Kohlenstoffatome, vorzugsweise 10 bis 12 Kohlenstoffatome enthalten,
wie Caprin oder Laurin oder ein Gemisch davon, erfindungsgemäß ebenfalls
bevorzugt verwendet.
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Das Fettsäure-glycerid wird üblicherweise
mit einem Bereich von 3 bis 20 Gew.-Teilen, bezogen auf 100 Gew.-Teile Polyurethan-Elastomer,
vermischt. Wenn die vermischte Menge an Fettsäure-glycerid weniger als 3
Gew.-Teile, bezogen auf 100 Gew.-Teile
Polyurethan-Elastomer, beträgt,
ist die Geräuschentwicklung während des
Laufs des erhaltenen Treibriemens hoch. Wenn die vermischte Menge
an Fettsäure-glycerid
jedoch 20 Gew.-Teile, bezogen auf 100 Gew.-Teile Polyurethan-Elastomer, übersteigt,
wird die Zugfestigkeit des erhaltenen Treibriemens unerwünscht verringert.
Die zugemischte Menge an Fettsäure-glycerid
liegt vorzugsweise im Bereich von 5 bis 15 Gew.-Teilen, bezogen auf 100 Gew.-Teile Polyurethan-Elastomer.
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Das Härtungsmittel wird auch als
Vernetzungmittel oder als Kettenverlängerer bezeichnet. Im Rahmen der
Erfindung werden vorzugsweise aliphatische oder aromatische Diole
und aliphatische oder aromatische Diamine als Härtungsmittel verwendet. Das
aliphatische Diol kann z. B. Ethylenglykol, Propylenglykol, Tetramethylenglykol,
Hexamethylenglykol, Neopentylglykol, Diethylenglykol, und Dipropylenglykol
umfassen. Außerdem
kann das aromatische Diol z. B. (p-Hydroxyethoxy)benzol, Hydroxyethyl terephthalat,
Hydroxyethyl-ester von Bisphenol A und Bis(hydroxy-ethoxy-phenyl)sulfon
umfassen.
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Das aliphatische Diamin kann z. B.
Ethylendiamin, Hexamethylendiamin und Isophorondiamin umfassen.
Das aromatische Diamin kann z. B. 4,4'-Diamino-diphenylmethan und 3,3'-Dichlor-4,4'-diamino-diphenyl-methan
umfassen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Treibriemen
ist vorzugsweise eine Mehrzahl von reißfesten Corden (Kern-Corde)
in dem Riemenkörper
eingebettet. Der Cord kann z. B. Stahl-Corde, Glasfaser-Corde, Polyesterfaser-Corde
und Corde aus aromatischen Polyamidfasern umfassen, ist jedoch nicht
darauf beschränkt.
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Ferner können gegebenenfalls Additive,
wie Weichmacher, Flammverzögerer,
Füllstoffe,
Stabilisatoren und Färbemittel
mit dem Polyurethan-Prepolymer bei der Herstellung des Treibriemens
vermischt werden. Die Weichmacher können z. B. Dioctylphthalat,
Dibutylphthalat, Dioctyladipat, Trikresylphosphat und chloriertes
Paraffin umfassen. Die Flammverzögerer
können
z. B. Phosphate, wie Tris(β-chlorpropyl-phosphat), Tris-chlorethyl-phosphat,
und Bromverbindungen, wie Dibrom-neopentyl-glykol und Dibrom-neopentyl-alkohol,
umfassen.
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Die Füllstoffe können z. B. Glasfasern, Ruß, Calciumcarbonat,
Talkum, Kaolin, Zeolith, Diatomeenerde, Perlit und Vermiculit umfassen.
Die bisher bekannten Stabilisatoren, z. B. Antioxidantien, UV-Absorber,
Fotostabilisatoren und Hydrolyse-Hemmer können zugemischt werden. Außerdem können gegebenenfalls
Katalysatoren zugemischt werden.
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Wie oben beschrieben, kann ein Treibriemen
mit einem Riemenkörper,
bei dem Corde in den Riemenkörper
eingebettet sind, erhalten werden durch Erzeugen eines Gemisches
durch Vermischen eines Fettsäure-glycerids
und eines Härtungsmittels
mit einem Polyurethan-Prepolymer, ferner Zumischen von anderen Additiven
nach Bedarf zu dem Gemisch und Gießen dieses Gemisches in eine
Form, in der sich die Corde befinden, und Härten unter Erwärmen.
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Unter Bezug auf beispielsweise einen
gezahnten Treibriemen wird vorzugsweise eine zylindrische innere
Form mit sich axial erstreckenden Rillen auf der äußeren umlaufenden
Oberfläche,
entsprechend den Zähnen
des gezahnten Treibriemens, hergestellt, die Corde, die vorzugsweise
einer Haftmittel-Behandlung unterworfen worden sind, werden um die äußere umlaufende
Oberfläche
der inneren Form gewunden und diese wird in eine zylindrische äußere Form
eingesetzt. Abhängig
von den verwendeten Cor den oder der Struktur des angewandten Riemenkörpers, werden
sich axial erstreckende Erhebungen auf der Oberfläche jedes
der Vorsprünge,
die zwischen den Rillen entstanden sind, vorgesehen, um die Corde
zu tragen so daß der
Cord von der Oberfläche
der Vorsprünge
der inneren Form ferngehalten wird.
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Anschließend werden die innere Form
und die äußere Form
vorerwärmt
und anschließend
wird das Polyurethan-Prepolymer-Gemisch in einen Zwischenraum zwischen
der inneren Form und der äußeren Form gegossen
und eingefüllt
und das Urethan-Prepolymer
wird zum Härten
erwärmt.
Nach dem Erwärmen
und Härten
während
einer vorbestimmten Zeit wird das geformte Produkt aus der Form
entnommen und gegebenenfalls einer zweiten Härtung unter Erwärmen unterworfen
und das erhaltene Produkt wird auf eine vorbestimmte seitliche Größe geschnitten,
um einen gezahnten Riemen mit einem Riemenkörper nach der Erfindung zu
erhalten.
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Die Temperatur und die Zeit des Erwärmens des
Prepolymers sind nicht besonders begrenzt, und die Erwärmungstemperatur
liegt üblicherweise
im Bereich von Raumtemperatur bis 200°C; vorzugsweise von 50 bis 150°C und insbesondere
von 100 bis 120°C,
und die Erwärmungszeit
liegt üblicherweise
im Bereich von 10 bis 180 min., vorzugsweise 20 bis 120 min, obwohl
sie von der chemischen Struktur des Prepolymers und dem zu verwendenden
Härtungsmittel
abhängt.
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1 ist
ein teilweiser Längsschnitt
durch einen gezahnten Treibriemen nach der vorliegenden Erfindung.
Der Riemen 1 umfaßt
einen Riemenkörper 2 aus
dem Polyurethan-Elastomer, wie oben beschrieben, und hat an seiner
inneren Oberfläche
Zähne 3,
die aus dem Riemenkörper 2 gebildet
sind und sich in einem konstanten Abstand voneinander befinden. Üblicherweise
hat der Riemenkörper 2 eine
Mehrzahl von zugfesten Corden 4, die darin eingebettet
sind, so daß sie
sich in dem Riemenkörper 2 entlang
der Längsrichtung
des Riemens 1 erstrecken. Soweit notwendig enthält der Riemenkörper 2 Verstärkungsfasern 5,
die darin verteilt sind, und hat eine verschleißfeste Gewebe-Verstärkung (nicht
gezeigt) an der oberen Oberfläche
oder der inneren Oberfläche
oder beiden, die an die Oberflächen
gebunden ist.
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Wie oben angegeben, hat der erfindungsgemäße Treibriemen
einen Riemenkörper
aus einem Polyurethan-Elastomer, umfassend ein Fettsäure-glycerid,
und das Geräusch
wird nicht nur in der Anfangsstufe des Laufs, sondern auch während des
Laufs über
einen langen Zeitraum unterdrückt.
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Die Erfindung wird an Hand von unten
angegebenen Beispielen näher
erläutert,
ist aber nicht auf diese Beispiele beschränkt.
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Beispiel 1
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Es wurde eine zylindrische innere
Form mit sich axial erstreckenden Rillen auf der äußeren umlaufenden
Oberfläche,
entsprechend den Zähnen
des gezahnten Riemens, und sich axial erstreckenden Erhebungen auf
der Oberfläche
jeder der zwischen den Rillen gebildeten Vorsprünge hergestellt. Eine Mehrzahl
von Corden, umfassend aromatische Polyamidfasern, die einer Haftmittel-Behandlung
unterworfen worden waren, wurde um die äußere umlaufend Oberfläche gewunden,
so daß der
Cord auf den Erhebungen auflag, die innere Form wurde in eine zylindrische äußere Form
eingesetzt, und die innere Form und die äußere Form wurden auf 80°C vorerwärmt.
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Dann wurden 100 Gew.-Teile eines
Urethan-Prepolymers (Isocyanatgehalt 5,6 Gew.%), umfassend Polyoxytetramethylen-glykol
(mittleres Molekulargewicht 1000) und 2,4-Tolylendiisocyanat (Flüssigkeit
I) entschäumt
und auf 80°C
erwärmt.
Getrennt wurde eine Lösung,
umfassend 15 Gew.-Teile eines Härtungsmittels (3,3'-Dichlor-4,4'-diaminodihenylmethan), 10 Gew.-Teile
eines der folgenden Additive A bis G und 10 Gew.-Teile eines Weichmachers
(Di-2-ethylhexylphthalat) (Flüssigkeit
II) hergestellt und auf 120°C
vorerwärmt.
Additiv
A: | n-Butyl-stearat |
Additiv
B: | Stearyl-stearat |
Additiv
C: | Ethylen-glykol-distearat |
Additiv
D: | Glycerin-caprylat
(Caprylin) |
Additiv
E: | Glycerin-caprat
(Caprin) |
Additiv
F: | Glycerin-palmitat
(Palmitin) |
Additiv
G: | ein
Gemisch aus Laurin und Palmitin (1 : 1 Gew.-Verhältnis). |
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Die Flüssigkeiten I und II wurden
einem Mischkopf zugeführt
und unter Mischen in den Zwischenraum zwischen der inneren Form
und der äußeren Form
eingefüllt,
in einem Ofen 30 min auf 100°C
erwärmt,
um das Prepolymer zu vernetzen und zu härten. Das erhaltene geformte
Produkt wurde aus der Form genommen, 10 h auf 100°C erwärmt um eine
zweite Härtung
herbeizuführen,
und auf eine Breite von 20 mm geschnitten, um einen gezahnten Treibriemen,
wie in 1 gezeigt, zu
erhalten.
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Der so erhaltene gezahnte Treibriemen
wurde über
eine treibende Riemenscheibe gelegt und eine getriebene Riemenscheibe
mit 24 Zähnen
(24T), einer Spannung von 843 N wurde auf die treibende Riemenscheibe
aufgebracht und die treibende Riemenscheibe wurde mit 40 UpM betrieben,
und das durch den Lauf des Treibriemens verursachte Geräusch wurde
mit einem Mikrofon auf der Seite der getriebenen Riemenscheibe in
einer Stellung 100 mm in vertikaler Richtung aufgenommen, und der
Geräuschpegel
wurde mit einem Geräuschmesser
gemessen.
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2 zeigt
den Geräuschpegel,
entsprechend der Laufzeit des Riemens. Der Geräuschpegel ist ein Wert für das Geräusch, der
erhalten wird durch Kompensieren äquivalenter Geräuschpegel
durch eine Hör-Kompensierung
(A) und der Hintergrund-Geräuschpegel
betrug 16,3 dBA.
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Wie in 2 gezeigt,
betrug der Geräuschpegel
nach einer Laufzeit von 8 Stunden im Falle der Verwendung der Additive
A, B, C und D 63,0 dBA, 57,0 dBA, 54,1 dBA bzw. 51,7 dBA, während die
Geräuschpegel im
Falle der Verwendung der Additive E, F und G 46,7 dBA, 45,8 dBA
bzw. 45,5 dBA betrugen. So kann das Auftreten von Geräusch auf
einen niedrigen Pegel nicht nur in der Anfangsstufe des Laufs, sondern
auch während
des Laufs über
einen langen Zeitraum gemäß der Erfindung
unterdrückt
werden.