DE69920106T2 - Zahnriemen - Google Patents

Description

• Hintergrund der Erfindung
• Gebiet der Erfindung
• Die Erfindung betrifft einen Transmissionsriemen und insbesondere einen Riemen, der Antriebszähne entlang seiner Länge aufweist.
• Stand der Technik
• Im Gegensatz zu flachen Riemen neigen Keilriemen und ähnliche gezahnte Riemen nicht zum Rutschen und sind daher sehr wirksam bei der Übertragung von Antriebskräften. Gezahnte Kraftübertragungsriemen weisen einen Vorteil gegenüber Getrieben, Ketten und ähnlichem auf, da sie im allgemeinen nicht den gleichen Geräuschpegel beim Betrieb erzeugen. Aufgrund dieser Vorteile werden Zahnriemen immer häufiger verwendet. Beispielsweise werden Zahnriemen zum synchronen Antrieb für oben liegende Nockenwellen (OHC) in Automobilen verwendet. Das Feld der Anwendungen dieser Zahnriemen erweitert sich ständig.
• Zahnriemen zum Antrieb von OHC-Wellen können in Automobilmotorräumen bei hohen Temperaturen, hohen Geschwindigkeiten und unter großen Belastungen betrieben werden. Automobile werden mit Verbrennungsmotoren einer höheren Leistung neu entworfen, die sogar in kleineren Motorräumen betrieben werden. Im Ergebnis werden Zahnriemen benötigt, die in Umgebungen noch höherer Temperatur betrieben werden und ferner Rollen mit relativ kleinen Durchmessern umhüllen, was oftmals das Biegen der Riemen unter beträchtlichen Winkeln erfordert.
• Bei bekannten Zahnriemen werden lasttragende Schnüre in eine hintere Schicht in vorbestimmten Abständen entlang der Riemenbreite eingebettet. Werden solche Riemen um Rollen mit kleineren Durchmessern betrieben, müssen sich die lasttragenden Schnüre stark biegen und benötigen daher eine hohe Flexibilität. Bei Abwesenheit der nötigen Flexibilität und Elastizität können die lasttragenden Schnüre nach einer relativ kurzen Laufzeit brechen.
• Bei einem konventionellen Aufbau werden lasttragende Schnüre für Zahnriemen durch Bündeln und Verwinden von E-Glas bzw. gewöhnlichen nicht-alkalischen Glasfaserfilamenten hergestellt. Ein solcher Aufbau lasttragender Schnüre ist in der JP-A 62-159827 dargestellt.
• Bei einem bekannten Aufbau werden die lasttragenden Schnüre durch Eintauchen von E-Glasfaserfilamenten mit einem Durchmesser von 9 μm in eine Resorcin-Formalin-Harz-Kautschuk-Mischung (im folgenden RFL) hergestellt. Die Filamente werden in Stränge gebündelt, welche in einem 3/13-Prozess verwunden werden. Das heisst, 3 Stränge von mit RFL behandelten Glasfaserfilamenten werden zunächst zu einem Faden verwunden, gefolgt vom abschließenden Verwinden von 13 der Fäden zu einer lastrragenden Schnur.
• Dieser letztere Riementyp kann eine verkürzte Lebensdauer in bestimmten Hochleistungsverbrennungsmotoren aufweisen. Die Lebensdauer dieser Hochleistungsverbrennungsmotoren wird erhöht, während die Lebensdauer der in diesen Motoren verwendeten Zahnriemen nicht proportional verlängert werden kann. Im Ergebnis müssen die zum Antrieb der OHC-Wellen verwendeten Zahnriemen relativ häufig während der Lebensdauer eines Automobils gewechselt werden.
• Ein weiteres Problem mit Zahnriemen in solchen Umgebungen, d.h. bei hohen Geschwindigkeiten um Rollen mit kleinen Durchmessern, ist, dass die Fasern, die die lasttragenden Schnüre formen, einen erheblichen Betrag an Reibungshitze in den Riemen erzeugen. Dies kann die Haftung zwischen einem bedeckenden Fasergewebe und dem Kautschuk herabsetzen. Die Hitze kann auch die Haftung zwischen den lasttragenden Schnüren und dem Kautschuk betreffen. Ferner kann die Hitze einen negativen Einfluss sowohl auf das abdeckende Fasergewebe als auch auf den Kautschuk aufweisen. Alle diese Probleme tragen zu einer verkürzten Lebensdauer eines Zahnriemens in einer solchen Umgebung bei.
• In der JP-B 5-44607U wird ein Zahnriemen mit lasttragenden Schnüren beschrieben, die durch Verarbeiten von E-Glasfaserfilamenten großer Stärke, die einen Durchmesser von 6 bis 8 μm aufweisen, mit RFL hergestellt werden. Eine vorbestimmte Anzahl von verarbeiteten Filamenten werden zu Strängen gebündelt und mit einer ersten Verwindungszahl von 7,2 bis 8,8 Verwindungen pro 10 cm verwunden, um Fäden mit 500 bis 800 Filamenten pro Faden zu erzeugen. Die Fäden werden wiederum mit einer Verwindungszahl von 7,2 bis 8,8 pro 10 cm in einer der ersten Verwindungsrichtung entgegengesetzten Richtung abschließend verwunden, um lasttragende Schnüre mit 9 bis 12 Fäden pro Schnur zu erzeugen.
• Sogar bei dieser Art lasttragender Schnüre können sich in den Umgebungen moderner Verbrennungsmotoren die lasttragenden Schnüre verlängern, wenn der Riemen unter großer Last betrieben wird. Im Ergebnis kann der Riemen selbst verlängert werden. Tritt dies auf, kann der Riemen nicht mehr richtig mit zusammenwirkenden Rollen einrasten, was schließlich möglicherweise zur Abnutzung, zum Reißen und zum möglichen Bruch in einem relativ frühen Stadium der erwarteten Riemenlebensdauer führen kann.
• Ferner kann, wenn die Breite des Riemens zur Minimierung der gesamten Größe des Riemens und der zugeordneten Teile reduziert ist, sogar unter normaler Last die Last pro Breiteneinheit des Riemens relativ groß sein. Die Zähne können in dieser Situation wahrscheinlich frühzeitig zum Reißen oder Brechen neigen.
• Es ist bekannt, die Zähne mit einer Nylonfaser zu bedecken. Da jedoch die anfängliche Spannung des Riemens unter hoher Last hoch sein kann, kann es sein, dass der Abnutzungswiderstand nicht zufriedenstellend ist. Der Flächenbereich zwischen benachbarten Zähnen kann in einem frühen Stadium der Riemenlebensdauer abgenutzt werden. Die Zähne können reißen oder brechen, und so die Riemenlebensdauer frühzeitig beenden.
• Die JP-04008947 beschreibt einen Zahnriemen, der eine in einen Kautschukkörper eingebettete lasttragende Schnur und eine Faserschicht auf der Innenseite des Körpers aufweist.
• Zusammenfassung der Erfindung
• Die Erfindung betrifft einen Zahnriemen, der die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
• Die Glasfaserfilamente können Glasfaserfilamente mit großer Stärke sein.
• Die innere Fläche des Riemenkörpers umfasst Flächen zwischen benachbarten Zähnen. In einer Form bedeckt die Faserschicht die Flächen und die Zähne auf der Innenseite des Körpers.
• Die lasttragende Schnur weist ein Zentrum auf. In einer Form weist die Faserschicht eine innere Fläche und eine äußere Fläche auf, und der Abstand zwischen dem Zentrum der lasttragenden Schnur und der inneren Fläche der Faserschicht an den Flächen reicht von 0,75 bis 1mm.
• Die Glasfasern können mindestens eine der Glasfasern aus U-Glas, T-Glas, R-Glas und S-Glas sein.
• Die Stränge können primär mit 6 bis 16 Verwindungen/10cm verwunden werden.
• In einer Form weist jeder Faden 400 bis 800 Faserfilamente auf.
• Die Fäden können abschließend mit 5 bis 10 Verwindungen/10cm verwunden werden.
• Die Anzahl abschließender Verwindungen der Fäden pro Längeneinheit kann 0 bis 10% geringer sein als die Anzahl der ersten Verwindungen der Stränge pro Längeneinheit.
• Die lasttragenden Schnüre können 15 bis 25 Fäden aufweisen.
• In einer Form weist die Faserschicht Kett- und Schussfäden auf, die mindestens teilweise aus Aramidfaser hergestellt sind.
• Die Faserschicht kann ein Gewebe mit einem Aramidfaseranteil von mindestens 50% sein.
• Die Aramidfasern können mindestens eine der Substanzen Polyparaphenylenterephthalamid, Polymetaphenylenisophthalamid und Polyparaphenylen-3,4-diphenyletherterephthalamid umfassen.
• Der Körper weist eine hintere Schicht auf, in der die lasttragenden Schnüre eingebettet sind. In einer Form sind die hintere Schicht und die Zähne aus einem Elastomer, welches einen Acrylonitril-Butadien-Copolymer-Kautschuk, der mindestens zu 80 Gewichts-% hydriert ist, hergestellt.
• Das Elastomer kann weiterhin mindestens eine der Substanzen Ruß, Weichmacher und Vernetzungsmittel umfassen.
• Die hintere Schicht und die Zähne können eine vernetzte Kautschuk-Zusammensetzung sein.
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen dauerhaften Riemen mit einer guten Zugfestigkeit und einem hohen Dehnungselastizitätsmodul auszubilden. Eine weitere Aufgabe ist das Ausbilden eines Riemens, der nicht zu einer übermäßigen Riemenverlängerung neigt, auch wenn der Riemen unter hoher Last und sogar unter Überlastbedingungen betrieben wird. Eine weitere Aufgabe ist das Ausbilden eines Zahnriemens, der während verlängerter Zeiträume betrieben werden kann, während ein geeignetes Einrasten in eine zusammenwirkende Rolle während der Riemenlebensdauer aufrechterhalten wird. Eine weitere Aufgabe ist das Ausbilden eines Riemens, der die Fähigkeit aufweist, hohe Lasten bei gutem Biegeermüdungs-Widerstand zu übertragen. Eine weitere Aufgabe ist das Ausbilden eines Riemens, der einen guten Widerstand gegen Abnutzung, Hitze und Öl aufweist. Eine oder mehrere dieser Aufgaben können durch das Ausbilden eines Riemens gemäß den enthaltenen Ansprüchen realisiert werden.
• Kurzbeschreibung der Zeichnungen
• 1 ist eine perspektivische Teilansicht eines erfindungsgemäßen Zahnriemens;
• 2 ist eine vergrößerte perspektivische Teilansicht einer lasttragenden Schnur im Zahnriemen von 1; und
• 3 ist ein für eine Anordnung zum Testen von Zahnriemen repräsentatives Schema.
• Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
• In 1 ist eine mit 10 bezeichnete erfindungsgemäße Form eines Zahnriemens dargestellt. Der Riemen 10 umfasst einen Körper 12, der eine Länge L in Richtung des doppelspitzigen Pfeils, eine Breite zwischen sich seitlich gegenüberliegenden Seitenflächen 14, 16, eine innere Fläche 18 und eine äußere Fläche 20 aufweist. Der Körper weist eine hintere Schicht 22 auf, in die seitlich beabstandete und sich längs erstreckende lasttragende Schnüre 24 eingebettet sind. Der Körper 12 weist eine Vielzahl von in regelmässigen Abständen entlang der Länge des Riemens beabstandeten Zähne 26 auf, wobei Fächen 28 zwischen benachbarten Zähnen 26 vorhanden sind. Eine bedeckende Faserschicht 30 ist an der inneren Fläche 18 festgemacht und bedeckt die Zähne 26 und Flächen 28. Die Faserschicht 30 ist durch gewobene Kett- und Schussfäden 32, 34 definiert.
• Vorzugsweise sind die lasttragenden Schnüre 24 nicht aus E-Glasfaserfilamenten (üblicherweise nicht-alkalische Glasfaserfilamente), wie beim Stand der Technik verwendet, hergestellt. Stattdessen werden die lasttragenden Schnüre 24 durch Verwinden von Glasfaserfilamenten hoher Stärke in einer vorbestimmten Art hergestellt. Die Glasfasern hoher Stärke unterscheiden sich von konventionellen E-Glasfasern darin, dass bei den Glasfasern hoher Stärke die Anteile von SiO₂, Al₂O₃ und MgO erhöht werden, wohingegen die Anteile von CaO und B₂O₃ verringert werden. Die Bestandteile dieser beiden Glasfaserarten sind in Tabelle 1 dargestellt.
• Tabelle 1

  
• Im Ergebnis sind die Dehnungsstärke und der Elastizitätsmodul der Glasfasern hoher Stärke größer als die der E-Glasfasern, wie in Tabelle 2 dargestellt.
• Tabelle 2

  
• Die Glasfasern, bei denen die Bestandteile wie in Tabelle 1 modifiziert sind, werden als Glasfasern hoher Stärke bezeichnet. U-Glasfasern (von Nippon Glass Fiber), T-Glasfasern (von Nitto Spinning), R-Glasfasern (von Vetrotex Saint Gobain) und S-Glasfasern (von Owens Conrning Fiberglass) etc. sind Beispiele für Glasfasern hoher Stärke.
• Die lasttragenden Schnüre 24 weisen, wie auch in 2 dargestellt, vorzugsweise einen Durchmesser von 1,1 bis 1,5 mm auf und werden durch Bündeln von Filamenten 36 von Glasfasern hoher Stärke zu Strängen 38 hergestellt. Die Filament weisen einen Durchmesser von 5 bis 10 μm und vorzugsweise einen Durchmesser von 7 μm auf. Die Stränge 38 werden gesammelt und zunächst mit 6 bis 18 Verwindungen/10 cm in Fäden 40 mit 400 bis 800 Filamenten pro Faden 40 verwunden. Die resultierenden Fäden 40 werden abschließend mit 5 bis 10 Verwindungen/10 cm in einer der ersten Verwindungsrichtung entgegengesetzten Richtung verwunden, um lasttragende Schnüre 24 mit 15 bis 25 Fäden 40 pro dehnbarem Teil (tensile member) zu erzeugen. Die Anzahl abschließender Verwindungen pro Längeneinheit ist 0 bis 10% geringer als die Anzahl der ersten Verwindungen pro Längeneinheit.
• Ist der Durchmesser der Glasfaserfilamente mit hoher Stärke 36 geringer als 5 μm, können die Schritte des Drehens und Bündelns schwierig auszuführen sein, und möglicherweise die Anzahl der Schritte zum Herstellen der lasttragenden Schnüre 24 erhöhen. Ist der Filamentdurchmesser größer als 10 μm, kann der Biegeermüdungswiderstand des die lasttragenden Schnüre enthaltenden Riemens 10 während der Riemenlaufzeit deutlich verringert werden.
• Ist die Anzahl der ersten Verwindungen kleiner als 6 Verwindungen/10 cm, kann leicht Wasser in die Glasfaser eindringen, und den Wasserwiderstand der lasttragenden Schnüre 24 schädlich verringern. Auf der anderen Seite kann bei einer Anzahl der ersten Verwindungen von mehr als 16 Verwindungen/10 cm die Stärke der lasttragenden Schnüre schädlich verringert werden.
• Ist die abschließende Anzahl von Verwindungen geringer als 5 Verwindungen/10 cm, kann der Biegeermüdungswiderstand des Riemens verringert werden. Ist jedoch die Anzahl der abschließenden Verwindungen größer als 10 Verwindungen/10 cm, können die lasttragenden Schnüre in einem unerwünschten Ausmaß verlängert werden, wenn der Riemen unter hoher Last läuft. Dies kann darin resultieren, dass der Riemen 10 nicht richtig in eine zusammenwirkende Rolle einrastet, was zum Zahnreissen und/oder -brechen führen kann.
• Ist der Durchmesser der lasttragenden Schnüre 24 geringer als 1,1 mm, so kann die ursprüngliche Reissfestigkeit der lastragenden Schnüre 24 unerwünscht niedrig sein. Die Verlängerung des Riemens 10 in Bezug zur Betriebsbelastung kann hoch werden, woraus im Ergebnis der Riemen 10 nicht mehr richtig mit einer zusammenwirkenden Rolle einrastet, was wiederum möglicherweise zum Zahnreissen und/oder -brechen führen kann.
• Auf der anderen Seite kann, wenn der Durchmesser der lasttragenden Schnüre größer als 1,5 mm ist, der unten beschriebene PLD-Wert im Vergleich zu PLD-Werten für eine zusammenwirkende Rolle zu groß sein. Das Ergebnis kann sein, dass der Riemen 10 mit den zusammenwirkenden Rollen in einer mehreckigen Art um sie einrastet, was zu einer Verringerung des Biegeermüdungswiderstandes des Riemens führt und dadurch möglicherweise die Riemenlebensdauer verkürzt.
• Bei einem Zahnriemen zum Betrieb in einem Automobilmotor unter einer vorbestimmten Last weist der Zahnabstand im allgemeinen eine Länge zwischen 8,0 mm und 9,525 mm auf einer virtuellen Abstandslinie auf. Die virtuelle Abstandslinie ist, wenn die Riemenzähne in die Aussparungen einer zusammenwirkenden Rolle eingerastet sind, ein virtueller Abstand zwischen der Grundfläche des Riemens und der Abstandslinie (PLD-Wert) und ist 0,686 mm.
• Der PLD-Wert kann wie folgt gemessen werden. Der Riemen kann mit einem scharfen Schneidegerät entlang der Breite des Riemens 10 geschnitten werden, indem eine der Flächen 28 halbiert wird. Der Querschnitt kann dann mit einem Projektor oder ähnlichem vergrößert werden. In der vergrößerten Ansicht dieses Querschnitts werden der Abstand (a) zwischen der inneren Fläche 44 der Fläche 28 und der inneren Kante der lasttragenden Schnur 24 und der Abstand (b) zwischen der inneren Fläche 44 der Fläche 28 und der äußeren Kante der lasttragenden Schnur 24 gemessen. Der PLD-Wert wird entsprechend der folgenden Formel berechnet: PLD = (a + b)/2
• Die obigen Daten werden für alle lasttragenden Schnüre 24 entlang der Breite des Riemens 10 aufgenommen, außer für diejenigen lasttragenden Schnüre 24, die an den Seitenflächen 14, 16 geschnitten werden. Die für die Schnüre 24 erhaltenen Werte werden gemittelt. Der Mittelwert ist der bestimmungsgemäße PLD-Wert an der Seite des Riemens, an der die Daten aufgenommen wurden. Da der PLD-Wert eines gegebenen Riemens an verschiedenen Stellen entlang der Länge des Riemens variieren kann, ist es wünschenswert, dass mindestens drei Messungen an Stellen in gleichmäßigen Abständen gemacht werden und die gemessenen Daten gemittelt werden.
• Der PLD-Wert ist der Abstand zwischen der inneren Fläche 44 der Fläche 28 und dem Zentrum der lasttragenden Schnüre 24. Im allgemeinen ist der PLD-Wert eines Riemens unter Spannung 0,686 mm. Der entsprechende PLD-Wert für einen Riemen ohne Spannung liegt zwischen 0,68 und 0,72 mm.
• Der PLD-Wert ist jedoch bei einem erfindungsgemäßen Riemen 10, bei dem Glasfasern hoher Stärke zur Herstellung der lasttragenden Schnüre 24, die einen Durchmesser von 1,1 bis 1,5 mm aufweisen, verwendet werden, vorzugsweise zwischen 0,75 und 1,0 mm. Die Dicke der Faserschicht 30 muss nicht reduziert werden, sogar wenn der Durchmesser der lasttragenden Schnüre 24 relativ groß ist. Im Ergebnis widersteht die Faserschicht 30 der Abnutzung bei der Verwendung, was möglicherweise zur Lebensdauer des Riemens 10 beiträgt.
• Ist der PLD-Wert geringer als 0,75mm, so ist die Faserschicht dünner und neigt zur Abnutzung. Dies kann die Riemenlebensdauer verkürzen. Auf der anderen Seite können, falls der PLD-Wert größer als 1,0 mm ist, die Riemenzähne 26 beim Betrieb des Riemens 10 nicht sauber mit zusammenwirkenden Rollen einrasten, was wiederum zum vorzeitigen Zahnreissen und/oder -brechen führen kann.
• Die hintere Schicht 22 und die Zähne 26 sind aus einer kautschukartigen elastischen Substanz hergestellt, die durch Vernetzung einer Kautschukzusammensetzung präpariert werden kann: Die Kautschukzusammensetzung kann hergestellt werden durch Hinzufügen von Ruß, einem Weichmacher, einem Vernetzungsmittel und anderen möglichen Additiven zu 100 Gewichtsteilen eines hydrierten Nitrilkautschuks, der einen Hydrierungsgrad von mindestens 80 Gewichtsprozent aufweist.
• Ist der Hydrierungsgrad des hydrierten Nitrilkautschuks geringer als 80 Gewichtsprozent, so können der Kautschuk in der hinteren Schicht 22 und die Zähne 26 unter Hitze schwächer werden und in einem frühen Stadium der Riemenlebensdauer reißen. Der Riemen 10 könnte verkürzt werden oder die Zähne 26 reißen und/oder brechen, bevor die erwartete Lebensdauer des Riemens 10 erreicht wird.
• Der Weichmacher kann beispielsweise ein Weichmacher auf Basis von Trimellitsäure, ein polyetherartiger, ein polyesterartiger oder ein Weichmacher auf Basis von Phthalsäure sein, ist aber nicht darauf eingeschränkt.
• Ein geeignetes Vernetzungsmittel zur Schwefelvulkanisierung weist vorzugsweise 0,5 bis 2 Gewichtsanteile Schwefel pro 100 Gewichtsanteile von hydriertem Nitrilkaut schuk auf und ist mit einem Vulkanisationsbeschleuniger, wie beispielsweise Mercaptobenzothiazol, Dibenzothiazyldisulfid, N-cyclohexyl-2-benzothiazylsulfenamid, Tetramethylthiuram-disulfid, Tetraethylthiuram-disulfid oder ähnlichem kombiniert. Das Vernetzungsmittel zur organischen Peroxid-Vulkanisation weist vorzugsweise 0,2 bis 10 Gewichtsanteile eines organischen Peroxids pro 100 Gewichtsanteilen des hydrierten Nitrilkautschuks auf. Das organische Peroxid kann beispielsweise 1,1-di-t-Butylperoxy-3,3,5-trimethylcyclohexan, di-t-Butylperoxid, Dibutylcumylperoxid, Dicumylperoxid, 2,5-Dimethyl-2,5-di(t-butylperoxy)hexan, 2,5-Dimethyl-2,5-di(t-Butylperoxy) hexan, 2,5-Dimethyl-2,5-di(t-butylperoxy)hexan, 1,3-Bis(t-butylperoxyisopropyl)benzol, t-Butylperoxyisopropylkarbonat etc. sein. Schwefelverbindungen, Oxim-Nitrosoverbindungen, Monomere und Polymere, die allgemein als Vernetzungsmittel verwendet werden, können dazu hinzugefügt werden.
• Die Härte des Elastomers in der hinteren Schicht 22 und den Zähnen 26 ist wünschenswerterweise zwischen 60 und 75 und mehr bevorzugt zwischen 65 und 70, gemessen mit einem in JIS K6301 beschriebenen federartigen Härtemessgerät. Dies ist bevorzugt, um die durch Vibrationen des laufenden Riemens verursachten Geräusche zu steuern und das Verkürzen der Riemenlebensdauer zu verhindern. Ist die Härte geringer als 60, können die Zähne zu einem unerwünschten Grad deformiert werden, wenn der Riemen mit einer zusammenwirkenden Rolle einrastet. Dies kann zu einer verkürzten Riemenlebensdauer führen. Ist die Härte auf der anderen Seite größer als 75, kann der Riemen eine Tendenz zur Vibration während des Laufens aufweisen, was möglicherweise deutliche, ungewollte Geräusche hervorrufen kann.
• Typischerweise ist die bedeckende Faserschicht bei dieser Art von Riemen mit einem Klebstoff verarbeitetes Gewebe von aliphatischen Polyamidfasern (Nylonfaser), die eine Faser aus der Gruppe Nylon 6, Nylon 6,6 oder ähnlichem sein kann. Die Faserschicht 30 ist hier jedoch vorzugsweise ein Gewebe aus aromatischen Polyamidfasern (Aramidfasern), die eine höhere Stärke und eine höhere Zersetzungstemperatur als Nylonfasern wie auch einen guten Abnutzungswiderstand aufweisen. Die Verwendung dieser Art von Gewebe schafft einen guten Abnutzungswiderstand und einen guten Reißwiderstand der Zähne 26.
• Es ist nicht notwenig, dass das die Faserschicht 30 definierende Gewebe zu 100 aus Aramidfasern hergestellt ist. Es ist wünschenswert, dass offene Kett- und Schussfäden 32, 34 im Gewebe aus Aramidfaser sind. Bevorzugt sind mindestens 50% der das Gewebe definierenden Fasern in der Faserschicht 30 Aramidfasern. Geeignete Aramidfasern sind Polyparaphenylenterephthalamid, Polymetaphenylenisophthalamid, Polyparaphenylen-3,4-diphenyletherterephthalamid etc.
• Die Erfindung kann mit Bezug auf die folgenden Beispiele besser verstanden werden. Die in der untenstehenden Tabelle 3 dargestellten Bestandteile wurden vier Minuten lang in einem Banbury-Mischer gemischt und geknetet, um eine Kautschukzusammensetzung für die kautschukartige elastische Substanz für die hintere Schicht und die Zähne herzustellen.
• Tabelle 3

  
• Die Kautschukzusammensetzung wurde mit einer offenen Walze gewalzt und bei 165°C für 30 Minuten unter Druck zu einem vulkanisierten Kautschukblatt vulkanisiert. Die Härte des Blattes wurde gemessen. Das Blatt wurde einem Reißtest gemäß JIS K6301 unterzogen. Die erhaltenen Daten sind in der untenstehenden Tabelle 4 dargestellt.
• Tabelle 4

  
• Erfindungsgemäße Beispiele 1 bis 3 und Vergleichsbeispiele 1 bis 4
• Gewebe mit dem in der untenstehenden Tabelle 5 dargestellten Aufbau wurden für die Faserschicht gewoben. Tabelle 5

  
• Die Gewebe wurden in eine RFL-Flüssigkeit eingetaucht, getrocknet und hitzebehandelt. Anschließend wurden sie in eine Kautschukpaste getaucht, die durch Lösen der Kautschukzusammensetzung aus Tabelle 3 in einem Lösungsmittel hergestellt wurde, und zur Oberflächenbehandlung getrocknet. Die so verarbeiteten Gewebe wurden in endlose zylindrische Hülsen geformt, wobei jede um die äußere Fläche einer zylindrischen Form angeordnet wurde, welche zahnausbildende Aussparungen auf ihrer äußeren Fläche aufweist. Ein Paar von S-verwundenen und Z-verwundenen lasttragenden Schnüren aus Glas, die die in der untenstehenden Tabelle 6 dargestellte Zusammensetzung und den Aufbau aufweisen, wurden abwechselnd um die Hülse auf der Form gewickelt.
• Tabelle 6

  
• Die Kautschukzusammensetzung aus Tabelle 3 für eine kautschukartige elastische Substanz wurde zu einem Blatt mit einer Dicke von 2,5 mm gewalzt. Das Blatt wurde um die Dehnungsteile gewickelt und vulkanisiert. Die so vulkanisierte Hülse wurde in endlose Riemen geschnitten, von denen jeder eine vorbestimmte Breite aufweist. Die resultierenden Zahnriemen waren ein 105ZB19-Aufbau (Zahnform: ZB-Typ, Anzahl der Zähne: 105, Breite: 19mm, Zahnabstand 8,0mm).
• Die Kombinationen der lasttragenden Schnüre und der zahnbedeckenden Faserschichten zu den Riemen ist in der untenstehenden Tabelle 7 dargestellt.
• Tabelle 7

  
• Die wie oben beschrieben hergestellten Zahnriemen wurden zum Ermitteln der Riemenlebensdauer und der Verlängerung getestet, wobei sich die in Tabelle 7 dargestellten Daten ergaben.
• Betriebstest
• Eine Testanordnung 50, wie in 3 dargestellt, wurde bei einer Umgebungstemperatur von 100°C verwendet. Der Kautschuk der hinteren Schicht und die Zähne am Fuß wurden auf Risse überprüft. Wurde festgestellt, dass der getestete Riemen nicht mehr angemessen als Zahnriemen funktioniert, wurde die Riemenlebensdauer als beendet betrachtet. Die Betriebszeit des Riemens wurde gemessen. Die resultierenden Daten sind in Tabelle 7 dargestellt.
• In der Testanordnung 50 wurden die Riemen auf eine bei 6000 U/min betriebene Antriebsrolle 52 mit 20 Zähnen und eine angetriebene Rolle 54 mit 40 Zähnen aufgezogen (trained). Ein Riemenspanner 56 auf der hinteren Fläche weist einen Durchmesser von 52mm auf. Die Anfangsspannung des Zahnriemens, der eine Breite von 19mm aufwies, war 40 kgf, etwa das 2,7-fache normaler Spannung.
• Wie in Tabelle 7 erkennbar wiesen die erfindungsgemäßen Riemen relativ geringes Reißen und Zahnabnutzung und Lebensdauern von mehr als 1200 Stunden auf. Beim Vergleichsbeispiel 1 wurden die lasttragenden Schnüre mit großem Durchmesser während des Betriebs abgenutzt, und im Ergebnis davon der Riemen aufgetrennt.
• Beim Vergleichsbeispiel 2, bei dem die Anzahl der Fäden relativ gering ist, verlängerten sich die lasttragenden Schnüre deutlich während des Riemenbetriebs. Die Verlängerung war bis zu so einem Ausmass, dass der Riemen nicht mehr wirksam mit den Rollen einrastete, was zu einer übermäßigen Riemenabnutzung führt.
• Beim Vergleichsbeispiel 3, bei dem das zahnabdeckende Gewebe ein Gewebestoff ohne Aramidfasern war, wurde das Gewebe deutlich abgenutzt und als Ergebnis davon wurden auch die lasttragenden Schnüre abgenutzt und geschwächt. Im Betriebstest wurde der Riemen aus Vergleichsbeispiel 3 vor dem Erreichen von 1000 Betriebsstunden aufgetrennt.
• Beim Vergleichsbeispiel 4, das eine relativ geringe Anzahl von Fäden in den lasttragenden Schnüren aufwies und bei dem die lasttragenden Schnüre einen relativ geringen Durchmesser aufwiesen, trat eine deutliche Verlängerung sowohl der lasttragenden Schnüre wie auch der Riemen während des Betriebs auf. Die Verlängerung erreichte ein Ausmass, dass der Riemen nicht mehr wirksam mit den zusammenwirkenden Rollen einrastete. Im Ergebnis zeigt der Riemen eine deutliche Abnutzung, und Zähne waren gerissen und gebrochen.
• Die vorige Offenbarung spezieller Ausführungsformen beabsichtigt die Darstellung des breiten Konzepts, welches die Erfindung umfasst.

Claims (16)

1. Zahnriemen, umfassend einen Körper (12), der eine Länge, eine innere und eine äußere Oberfläche (18, 20), seitlich beabstandete Seiten (14, 16), eine Vielzahl von längsseits in Abständen auf der Innenseite (18) des Körpers (12) angeordneten Zähnen (26), verlängerte lasttragende Schnüre (24), welche in den Körper (12) eingebettet sind und sich in Längsrichtung erstrecken, und eine Faserschicht (30) auf der inneren Oberfläche (18) des Körpers (12) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die lasttragende Schnur (24) einen Durchmesser von 1.1 bis 1.5 mm aufweist und hergestellt wurde durch a) Bündelung von Glasfaser-Filamenten (36), wovon jedes einen Durchmesser von 5 bis 10 μm aufweist, zu Strängen (38) und b) Zusammennehmen und erstes Verwinden einer Vielzahl von Strängen (38) mit 6 bis 16 Verwindungen/10 cm in einer Verwindungsrichtung, zur Ausbildung von Fäden (40), und c) Zusammennehmen und letztes Verwinden der Fäden (40) mit 5 bis 10 Verwindungen/10 cm in einer Richtung, die der ersten Verwindungsrichtung entgegengesetzt ist, wobei die Anzahl der letzten Verwindungen 0 bis 10% kleiner als die Anzahl der ersten Verwindungen ist.
2. Zahnriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Oberfläche (18) Flächen (28) zwischen benachbarten Zähnen (26) umfasst und dass die Faserschicht (30) die Flächen (28) und die Zähne (26) auf der inneren Oberfläche (18) des Körpers (12) bedeckt.
3. Zahnriemen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die lasttragende Schnur (24) ein Zentrum aufweist, die Faserschicht (30) eine innere Oberfläche und eine äußere Oberfläche aufweist und der Abstand zwischen dem Zentrum der lasttragenden Schnur (24) und der inneren Oberfläche der Faserschicht (30) bei den Flächen (28) 0,75 bis 1,00 mm ist.
4. Zahnriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasfaser-Filamente (36) mindestens ein Glas aus der Gruppe von U-Glas, T-Glas, R-Glas und S-Glas umfassen.
5. Zahnriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Faden (40) 400 bis 800 Faser-Filamente (36) aufweist.
6. Zahnriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die lasttragende Schnur (24) von 15 bis 25 Fäden (40) aufweist.
7. Zahnriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Faden (40) von 400 bis 800 Faser-Filamente aufweist, die Fäden (40) abschließend mit 5 bis 10 Verwindungen/10 cm verwunden sind, und die lasttragende Schnur (24) von 15 bis 25 Fäden (40) aufweist.
8. Zahnriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserschicht (30) Kett- und Schuss fäden umfasst und die Schussfäden Aramidfasern umfassen.
9. Zahnriemen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserschicht (30) Kett- und Schussfäden umfasst und die Schussfäden Aramidfasern umfassen.
10. Zahnriemen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserschicht (30) Kett- und Schussfäden umfasst und die Schussfäden Aramidfasern umfassen.
11. Zahnriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (12) eine hintere Schicht (22) aufweist, in welche die lasttragende Schnur (24) eingebettet ist, und die hintere Schicht (22) und die Zähne (26) ein Elastomer umfassen, welches einen Acrylonitril-Butadien-Copolymer-Kautschuk, der mindestens zu 80 Gewichts-% hydriert ist, umfasst.
12. Zahnriemen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (12) eine hintere Schicht (22) aufweist, in welche die lasttragende Schnur (24) eingebettet ist, und die hintere Schicht (22) und die Zähne (26) ein Elastomer umfassen, welches einen Acrylonitril-Butadien-Copolymer-Kautschuk, der mindestens zu 80 Gewichts-% hydriert ist, umfasst.
13. Zahnriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper eine hintere Schicht (22) aufweist, in welche die lasttragende Schnur (24) eingebettet ist, und die hintere Schicht (22) und die Zähne (26) eine vernetzte Kautschuk-Zusammensetzung umfassen.
14. Zahnriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserschicht (30) einen Webstoff umfasst, welcher Aramidfasern, die mindestens 50% des Webstoffs ausmachen, umfasst.
15. Zahnriemen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Aramidfasern mindestens eine der Substanzen Polyparaphenylenterephthalamid, Polymetaphenylenisophthalamid und Polyparaphenylen-3,4-diphenyletherterephthalamid umfassen.
16. Zahnriemen nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomer weiterhin mindestens eine der Substanzen Ruß, Weichmacher und Vernetzungsmittel umfasst.