KR101962782B1 - 힘 전달 벨트, 특히 v-리브형 벨트 - Google Patents

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클라우스-뤼더 마안켄
헤닝 칸초브
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콘티테크 안트립스지스테메 게엠베하
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Abstract

본 발명은 탄성 주 본체를 가지는 힘 전달 벨트(10)에 관한 것으로, 벨트의 지지부로서 상부 플라이(11) 및 힘 전달 구역(14)을 가지는 하부 구조(13)를 포함하며, 적어도 하나의 상부 플라이(11)는 날실 및 씨실로 구성되는 적어도 하나의 텍스타일 재료로 덮이며, 날실 및/또는 씨실은 코어 얀으로서 적어도 하나의 탄성 스레드를 포함하며, 스테이플 섬유는 상기 스레드 주위로 방적되며, 탄성 스레드는 코어 얀으로서 진행 방향에 대해 평행하다.

Description

힘 전달 벨트, 특히 V-리브형 벨트 {FORCE TRANSMISSION BELT, IN PARTICULAR V-RIBBED BELT}
본 발명은 기초적인 탄성체를 가지는 힘 전달 벨트에 관한 것으로, 벨트 지지부(backing)로서 상부 플라이(ply) 및 힘 전달 구역을 가지는 하부 구조를 포함하며, 여기에서 적어도 상부 플라이는 적어도 날실 및 씨실로 이루어지는 텍스타일(textile) 재료에 의해 덮인다.
구동 벨트로도 지칭되고 작동 상태에서 무한 루프를 형성하는 힘 전달 벨트는 평 벨트, V-벨트, V-리브형(ribbed) 벨트 및 치형 벨트로서 구성될 수 있다.
힘 전달 구역 및/또는 상부 플라이를 덮는 주요 목적은 벨트의 이러한 두 개의 심한 기계 응력을 받는 영역의 수명을 연장하는 것이다. 동시에, 텍스타일 재료를 구비한 커버링(covering)은 벨트의 부분 상에 우수한 굴곡 피로 내성을 보장할 수 있어야 하며, 이는 특히 상부 측 상의 커버링과 관련된다.
힘 전달 측을 위한 커버링은 예를 들면 WO2009/030529A1, EP　1　388　598　A1, DE　44　13　540　A1 및 WO2009/034748A1으로부터 공지된다. 마모 제어뿐만 아니라, 특히 그 중에서도 힘 전달 측 상에 문제가 되는 직물(woven fabric) 내로 고무 재료의 관입에 의한 소음저감(noise deadening)이다. 이러한 관입을 회피하도록, WO2009/034748A1은 두 개의 탄성 얀(yarn)을 통하여 양방향 탄성도를 가지는 직물을 활용한다. WO2009/030529A1에서 힘 전달 측을 위한 직물은 유사하게 양방향으로 탄성을 가진다. EP　1　388　598　A1은 소음 감소를 위한 복합 얀을 설명하며, 반면 DE　44　13　540　A1에서 씨실 얀이 p-아라미드 섬유를 포함한다. p-아라미드 섬유 및 복합 얀을 특히 치형 벨트에서 사용하는 것이 고려된다.
씨실 및 날실 스레드(thread)로 이루어지는 직조식 지지 패브릭(fabric) 형태의 이 같은 텍스타일 커버링은 예를 들면, DE　100　29　470　C2 및 EP　1　643　157　A1으로부터 공지된다.
EP　1　455　113　B1은 래핑 얀(wrapping yarn)으로 겹쳐진 탄성 코어 얀(core yarn)으로 이루어지는 특정의 직조식 지지 패브릭을 설명한다.
그러나, 비-탄성 천연 섬유, 인조 섬유(manufactured fiber), 또는 직조식 혼방(woven blend), 하이브리드 또는 유니온 패브릭(hybrid or union fabric)이 지지 패브릭으로서 이용될 때, 일부 패브릭 신장성이 벨트 방향으로 성취될 수 있도록 벨트 방향에 대해 직물이 45°만큼 회전된 상태로 적층되는 구성을 선택함으로써, 통상적으로 굴곡 피로 내성을 증가시키고자 한다. 그 결과 오버랩(overlap)/이음매(seam)가 기울어지게 되며, 이는 벨트 내구성에 역효과를 초래한다.
길이 방향으로 개선된 패브릭 신장성은 또한 소위 광각 직물을 이용함으로써 얻어질 수 있으며, 여기에서 날실과 씨실 사이의 각도는 90°를 벗어난다.
따라서 본 발명에 의해 해결하고자 하는 과제는, 향상된 사용 기간, 즉 향상된 내구성을 가지며 굴곡 피로 내성을 향상시키기에 충분한 힘 전달 벨트를 제공하는 것이다. 동시에, 기울어진 오버랩/이음매가 회피되거나 적어도 뚜렷하게 감소될 것이다.
상기 과제는 적어도 힘 전달 벨트의 상부 플라이가 적어도 날실 및 씨실로 이루어지는 텍스타일 재료로 덮일 때 해결되며, 여기에서 씨실 및/또는 날실은 스테이플 섬유(staple fiber)로 과방적된(overspun) 코어 얀으로서 적어도 탄성 스레드를 포함하며, 코어 얀으로서 탄성 스레드는 진행 방향(running direction)과 평행하다.
놀랍게도, 이 같은 설계에 의한 벨트는 특히 내구성이 뛰어나다. 동시에, 탄성 얀은 벨트 방향으로(즉, 진행 방향에 대해 평행하게) 벨트에 우수한 굴곡 피로 내성을 제공한다.
따라서 텍스타일 커버링은 더 이상 절단되거나, 스티치(stitch)되거나, 진행 방향에 대해 90°가 아닌 각도로 적용되지 않아도 되며, 따라서 더 이상 기울어진 오버랩/이음매가 없다. 이는 또한 벨트 표면상의 이 경사진 영역이 볼품없이 된 것을 느낀 고객에게 벨트에 대한 수용도(acceptability)를 향상시킨다.
그러나 (예를 들면 현장의 기술적 환경에 의해) 요구되거나 필요한 경우 오버랩 영역을 이음매에 제공하거나 오픈 버트(open butt)를 사용하는 것이 추가로 또한 완전히 가능하다. 감침질 스티치(overcasting stitch) 이음매가 유사하게 또한 가능하다.
힘 전달 벨트는 상부 플라이 측 상에서만 텍스타일 재료로 덮일 수 있지만, 힘 전달 벨트는 텍스타일 재료가 상부 플라이뿐만 아니라 힘 전달 측을 덮는 것이 또한 가능하다.
상부 플라이 및 하부 구조는 여기서 조합되어 전체 유닛으로서 힘 전달 벨트의 탄성 기본 본체를 형성하고, 상기 탄성 기본 본체는 탄성 중합체 재료, 특히 고무의 가황처리된 혼합물(vulcanized mixture)의 형태로 이루어진다. 이용된 고무 구성 성분은 보통 에틸렌-프로필렌 공중합체(EPM), 에틸렌-프로필렌-디엔 모노머 공중합체(EPDM), (부분적으로) 수소첨가 니트릴 고무(HNBR), 클로로프렌 고무(CR), 또는 불소 고무(FPM)이다. 임의의 신장형 가닥은 강(steel), 폴리아미드, 아라미드, 폴리에스테르, 유리 섬유, 탄소 섬유, 폴리에테르 케톤(PEEK), 폴리에틸렌 2,6-나프탈레이트(PEN), 현무암 또는 폴리벤족사졸(PBO)로 이루어진다.
부착을 개선하고 또한 벨트 후면 측 상의 마찰 계수를 조정하도록, 텍스타일 커버링은 적층(lay-up) 전에 고무로 처리(rubberize)될 수 있다. 고무 처리는 한 번 이상의 담금(dipping), 브러싱, 또는 광내기(calendering) 단계 또는 이들의 조합을 통해 적용될 수 있다. 고무 처리는 예를 들면 EPDM 및/또는 CR 및/또는 HNBR 및/또는 NBR 및/또는 SBR 또는 다른 고무/이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
감긴 패키지/벨트로 제작하기(build-up) 전에, 텍스타일 커버링은 고무판에 의해 두 겹이 되어 이러한 방식으로 힘 전달 구역 및/또는 상부 플라이가 직조식 지지 패브릭으로 미리 제조될 수 있고 한 번의 작동으로 적층될 수 있다.
텍스타일 재료는 유용하게는 직물 또는 편성물(knitted fabric), 바람직하게는 직물이다. 텍스타일 재료가 날실 및 씨실로 이루어진다는 점이 중요하며, 여기에서 씨실 또는 날실은 스테이플 섬유로 적어도 과방적된 코어 얀으로서 탄성 스레드를 함유하며, 코어 얀으로서 탄성 스레드는 진행 방향에 평행하다. 날실 및/또는 씨실은 코어-피복(sheath) 구조를 가질 수 있다.
Roempp, Online-Chemielexikon, 버전 3.14에 따르면, 용어 "스테이플 섬유"는 "보통 올이 성긴(loose) 섬유 형태로 얻어지고 스펀 얀(spun yarn) 또는 리본으로 기계식으로 방적되거나 펠트(felt), 부직포, 솜뭉치, 인조 섬유 솜, 또는 절연 재료 또는 유사한 제조 물품으로 처리되는, 화학 처리 산업에서 상이한 방법에 의해 제조되는 유한 길이의 섬유(필라멘트(filament)와 대비됨)"의 예전 명칭이다. 그래서 모든 스테이플 섬유는 유한 길이의 개별 섬유이다. 필라멘트는 연속형 섬유이다. 모든 천연 섬유는 자동적으로 스테이플 섬유인데, 이는 모든 천연 섬유는 특정 길이까지만 생기기 때문이다. 모든 인조 섬유는 스테이플 섬유로 절단될 수 있다.
스테이플 섬유는 일반적으로 10 내지 70mm의 길이를 가진다.
스테이플 섬유, 특히 천연 스테이플 섬유의 장점은 일반적으로 필라멘트 얀보다 덜 비싸다는 것이다.
스테이플 섬유는 한 종류의 섬유 또는 두 개 이상의 상이한 섬유의 조합으로 이루어질 수 있다.
하나의 특별히 바람직한 실시예는 DIN 60001-1:2001-05에 따른 것으로서 식물 부위로부터 얻어지거나, 동물의 털을 형성하거나, 누에나방의 고치로부터 얻어지거나, 자연산 광물인 천연 섬유를 포함한다.
Roempp, Online-Chemielexikon, 버전 3.14에 따르면 "식물 섬유는 씨앗 섬유(면화(cotton)가 하나의 예이다), 과실 벽 섬유(케이폭(kapok)이 하나의 예이다), 인피 섬유(아마, 대마, 황마 등), 또는 경질 섬유(사이잘(sisal), 코이어(coir) 등)일 수 있다. 동물 섬유는 양모, 가늘고 거친 동물 털 및 또한 실크로 분류된다. 광물을 기재로 하는 (기술적) 천연 섬유는 아스베스토(asbesto)이다(또한 광물 섬유 참조). 천연 섬유 길이 및 횡단면은 자연 성장의 결과이며, 섬유의 더 짧은 부분은 가공에 의해 얻는다". 또한 특히 저렴한 면화로 이루어지는 스테이플 섬유를 사용하는 것이 특히 유용한 것으로 증명된다.
그러나 인조 섬유, 예를 들면 구리암모늄 섬유, 셀룰로오스 섬유, 모달 섬유(modal fiber), 아세테이트 섬유와 같은 천연 중합체, 또는 예를 들면 아크릴 섬유, 비닐 아세테이트 섬유, 비닐피롤리딘 섬유(vinylpyrrolidone fiber), 아라미드 섬유, 폴리클로라이드 섬유, 엘라스테인 섬유, 엘라스토디엔 섬유(elastodiene fiber), 플루오로 섬유, 모드아크릴 섬유(modacrylic fiber), 폴리아미드 섬유, 폴리에스테르 섬유, 폴리에틸렌 섬유, 폴리이미드 섬유, 폴리프로필렌 섬유 또는 비닐 섬유와 같은 합성 중합체, 또는 유리 섬유, 탄소 섬유 또는 금속 섬유와 같은 무기 물질로부터 형성된 인조 섬유를 이용하는 것이 또한 가능하다.
두 개 이상의 섬유의 가능한 조합의 예는:
- 면화/폴리에스테르;
- 면화/폴리아미드;
- 폴리에스테르/폴리아미드;
- 폴리아미드/아라미드;
- 폴리아미드/폴리벤족사졸;
- 폴리아미드/폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide)
- 폴리아미드/폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone) 등이다.
특정 얀 특성은 하나 이상의 섬유를 조합함으로써 얻을 수 있다.
결과적으로, 임의의 비탄성 스테이플 섬유는 경사진 적층으로 통합되는 경우 지금까지 힘 전달 벨트의 동적 응력에 단지 적절하였던 텍스타일 커버링으로서 벨트 방향으로 사용될 수 있다.
코어 얀은 유용하게는 폴리우레탄 또는 소정의 다른 적절한 탄성 재료로 이루어지며, 이 경우 바람직하게는 각각 교차 결합되는 천연 고무 또는 부타디엔 고무, EPDM 또는 유사물(comparables), 또는 미연신 폴리아미드, 바람직하게는 나일론-6,6, 또는 탄성 폴리에스테르(예를 들면, PET, PTT, PBT), 또는 소위 엘라스토멀티에스테르(폴리에테르에스테르 PEE), 또는 그 밖의 탄성 공중합체와 같은 예를 들면 디엔 고무로 이루어지는 예를 들면 고무 스레드가 여기서 적합하다.
코어 얀의 파단(break)시 신장률은 바람직하게는 100 내지 700%, 더 바람직하게는 150 내지 500%이다.
이용된 텍스타일 커버링, 즉 특히 직물은 파단시 10 내지 50% 사이의 신장률 및 0.1 내지 5%의 영구 신장률에 달하는 15% 테스트 신장률 후 회복을 가진다. 텍스타일 커버링의 파단시 신장률은 DIN EN ISO 13934의 라인 상에서 결정되었다.
직물 내의 탄성 재료의 비율은 유용하게는 1 내지 70wt%, 바람직하게는 1 내지 50wt%, 더 바람직하게는 5 내지 50wt% 및 가장 바람직하게는 10 내지 50wt%의 범위 내에 있다.
특히 아라미드 및 나일론-6,6은 스테이플 섬유로서 사용하기에, 특히 오일 분야 및 고온 분야에 적용하기에 본 발명에 대해 특히 적절한 것으로 알려졌다.
아라미드는 나일론-6,6보다 온도 및 화학적 영향에 다소 더 내성을 가지지만 동적으로 최소한도로 다소 악화된다.
이는 하나의 특정 실시예에서 본 발명의 힘 전달 벨트에 코팅을 제공함으로써 보상될 수 있다. 더욱 상세하게는, 코팅은 여기서 힘 전달 구역 및/또는 상부 플라이에 제공된다. 그러나, 또한 힘 전달 벨트가 코팅으로 완전히 피복될 수 있는 것, 즉 힘 전달 구역 및 상부 플라이뿐만 아니라 두 개의 가장자리가 코팅되는 것이 가능하다. 특히 우수한 열 및 화학적 내성을 달성하도록, 코팅은 선택적으로 텍스타일 커버 플라이에 부가적으로 제공될 수 있다.
힘 전달 벨트가 오일 분위기에서 작동될 때, 우수한 오일 내성이 부가적으로 요구되며, 이 경우 코팅 및 그 아래의 고무 혼합물(들)이 오일의 유입으로부터 보호된다.
특히, 코팅이 WO　2011/029710A1에서 설명된 적어도 아크릴레이트(acrylate)를 기재로 할 때 우수한 특성이 얻어진다. 메타크릴레이트 및/또는 아크릴레이트기로부터의 물질들이 여기서 관련될 수 있다.
아크릴레이트가 이용될 때, 이들은 바람직하게는 체인 단부에서 2작용기(difunctional group)를 구비한 이소시아네이트기를 가지는 것이 바람직하다.
하나의 특히 바람직한 실시예는 디프로필렌 글리콜 디아크릴레이트(DPGDA) 및/또는 트리프로필렌 글리콜 디아크릴레이트(TPGDA) 및/또는 헥산디올 디아크릴레이트(HDDA), 바람직하게는 1,6-헥산디올 디아크릴레이트(1,6-HDDA) 및/또는 트리메틸프로판 트리아크릴레이트(TMPTA) 및/또는 디우레탄 디메타크릴레이트(HEMA-MDI)를 포함한다.
인용된 아크릴레이트는 홀로 또는 적어도 하나의 추가의 아크릴레이트와 조합되어 사용될 수 있다.
코팅이 적어도 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 및/또는 개질(modified) 폴리테트라플루오로에틸렌(TFM) 및/또는 플루오로에틸렌 중합체(FEP) 및/또는 퍼플루오로알킬 비닐 에테르-테트라에틸렌 공중합체(PFA) 및/또는 에틸렌-테트라플루오로에틸렌 공중합체(ETFE) 및/또는 폴리비닐 플루오라이드(PVF) 및/또는 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 및/또는 초고 분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 글라이딩 분체(pulverulent gliding body)를 부가적으로 포함하는 것이 또한 가능하며, 이 중에서 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 및/또는 개질 폴리테트라플루오로에틸렌(TFM)이 특히 바람직하다.
또한 당업자에게 알려진 다른 글라이딩 분체들, 예를 들면 실리케이트, 황화물(예를 들면, 몰리브덴 설파이드), 질화물(예를 들면 질화붕소), 흑연 등을 사용하는 것을 착상할 수 있다. 글라이딩 분체는 마찰 계수를 추가로 감소시키는 기능을 한다.
코팅은 단일 층 또는 다중 층일 수 있다.
코어 얀이 진행 방향에 평행하게 배치되는 것이 본 발명에 또한 필수적인데, 이는 그렇지 않으면 우수한 굴곡 피로 내성이 보장되지 않기 때문이다. 이는 날실 및 씨실 스레드가 원칙적으로 교환할 수 있는 것을 의미한다. 날실 스레드가 탄성일 때, 텍스타일 커버링의 적층 전에 횡단 절단 작업에 대한 요구가 없게 될 것이다. 그러나, 임의의 코팅은 이어서 가능한 한 낮은 인장으로 적용되어야 한다.
유사하게 양방향 신장 패브릭을 생산하기 위해 씨실 및 날실 방향 모두로 탄성 스레드를 사용하는 것이 가능하다.
유용한 직조 구성은 평직(plain weave)뿐만 아니라 파나마직(panama weave) 및 바디직(body weave) 및 절단형 바디직(broken body weave)(예를 들면 횡단 바디 유도형)을 포함한다.
힘 전달 벨트는 평 벨트, V-벨트, 치형 벨트 및 V-리브형 벨트로서 사용되며, V-리브형 벨트가 특히 바람직하다.
본 발명이 지금부터 두 개의 개략적인 도면들을 참조하여 2개의 예시적인 실시예를 이용하여 설명될 것이다.
도 1은 상부 플라이를 위한 직물 커버 플라이를 포함하는 V-리브형 벨트의 횡단면도를 보여준다.
도 2는 씨실 및/또는 날실 얀의 구성을 보여준다.
도 3은 코어 얀의 코어-피복 구조를 보여준다.
도 1은 벨트 지지부로서 상부 플라이(11), 길이 방향으로 평행한 배열을 형성하는 인장 구성요소 형태의 강도 구성요소 플라이(12)를 구비하고, 또한 하부 구조(13)를 가지는 V-리브형 벨트 형태의 구동 벨트(10)를 보여준다. 하부 구조는 리브(16) 및 홈(17)으로 형성된 V-리브형 구조를 포함한다. 하부 구조는 힘 전달 구역(14)을 포함한다.
본 발명의 날실 및/또는 씨실로 이루어지는 텍스타일 재료, 예를 들면, 직물(15)이 상부 플라이(11)에 제공된다.
도 2는 날실 얀 및/또는 씨실 얀의 본 발명에 따른 구성(20)을 보여준다. 코어 얀(18)은 스테이플 섬유(19), 바람직하게는 면화 스테이플 섬유에 의해 과방적된 탄성 재료, 바람직하게는 폴리우레탄으로 이루어진다.
도 3은 씨실 얀 및/또는 날실 얀의 유용한 실시예(30)를 보여주며, 여기에서 코어 얀(21)은 스테이플 섬유(23), 바람직하게는 면화로 구성되는 피복(22)에 의해 둘러싸인다.
10 : V-리브형 벨트
20 : 씨실 또는 날실
30 : 날실 및/또는 씨실의 코어-피복 구조
11 : 벨트 지지부로서 상부 플라이
12 : 신장형 가닥의 형태의 강도 구성요소
13 : 하부 구조
14 : 힘 전달 구역
15 : 상부 플라이 상의 텍스타일 재료
16 : 리브
17 : 홈
18 : 코어 얀
19 : 스테이플 섬유
21 : 코어 얀
22 : 피복
23 : 스테이플 섬유

Claims (7)

  1. 기초적인 탄성체를 가지는 힘 전달 벨트(10)에 있어서,
    벨트 지지부로서 상부 플라이(11) 및 힘 전달 구역(14)을 가지는 하부 구조(13)를 포함하고, 여기에서 적어도 상부 플라이(11)는 적어도 날실 및 씨실(20, 30)로 이루어지는 텍스타일 재료로 덮이며,
    상기 씨실 및/또는 날실(20, 30)은 스테이플 섬유(19, 23)로 과방적된 코어 얀(18, 21)으로서 적어도 탄성 스레드를 포함하며, 코어 얀(18, 21)으로서의 탄성 스레드가 진행 방향에 대해 평행한 것을 특징으로 하는,
    힘 전달 벨트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 텍스타일 재료는 직물(woven fabric) 또는 편성물(knitted fabric)인 것을 특징으로 하는,
    힘 전달 벨트.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 스테이플 섬유(19, 23)는 면화 섬유인 것을 특징으로 하는,
    힘 전달 벨트.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    코어 얀(18, 21)으로서 상기 탄성 스레드는 폴리우레탄으로 이루어지는 것을 특징으로 하는,
    힘 전달 벨트.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 힘 전달 구역(14) 및/또는 상부 플라이(11)에 코팅(15)이 부가적으로 제공되는 것을 특징으로 하는,
    힘 전달 벨트.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 코팅(15)은 적어도 아크릴레이트를 기재로 하는 것을 특징으로 하는,
    힘 전달 벨트.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    V-리브형 벨트(10)로서 구성되는 것을 특징으로 하는,
    힘 전달 벨트.
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