KR102513196B1 - 고효율 벨트 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

높은 마찰 계수를 유지하는 가운데 감소된 굽힘 강도를 갖는 고효율 벨트가, 본 명세서에 설명된다. 일부 실시예에서, 고효율 벨트는, 후면층, 후면층 상에 배치되는 리브 재료 층, 및 리브 재료 층 내부에 내장되는 코드들을 포함하고, 고효율 벨트의 마찰 계수는, 2.6 mm 내지 4.2 mm의 범위 내의 두께를 갖는 벨트들에 대해, 굽힘 강도에 0.03 mm/N를 곱한 값 이상이다. 고효율 벨트의 다른 특징들이, 약 30 N/mm 내지 약 65 N/mm의 범위 내의 굽힘 강도 및 1.1 내지 5.0 사이의 이방성 탄성 계수 비를 구비할 수 있다. 고효율 벨트를 제조하는 방법이, 또한 설명되며 그리고, 평행 정렬되는 보강 섬유들이 제공되는 방식으로, 리브 재료의 시트들을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 시트 형성 방법은, 보강 섬유들이 고효율 벨트의 회전 방향을 가로지르는 방향으로 정렬되는, 시트를 제공한다.

Description

고효율 벨트 및 그 제조 방법

관련 출원(들)의 상호 참조

본 출원은, 그의 전체가 참조로 본 명세서에 통합되는, "고효율 벨트 및 그 제조 방법"으로 명칭이 부여된 그리고 2018년 9월 27일 출원된, 미국 가출원번호 제62/737,517호에 대한 우선권 및 이익을 주장한다.

기술분야

본 출원은, 예를 들어, 자동차 동력 전달에서의 사용을 위한 벨트들에 관한 것으로, 더욱 구체적으로, 앞서 공지된 벨트들과 비교하여 벨트를 회전시키기 위해 요구되는 감소된 에너지의 관점에서 개선된 효율을 갖는 그리고 내구성 및 동력 전달 능력과 같은 벨트의 다른 성능 특성들을 희생시키지 않는, 벨트들에 관한 것이다.

예를 들어, 자동차 동력 전달에 사용되는 앞서 공지된 벨트들은, 벨트를 회전시키기 위해 특정 양의 에너지를 요구한다. 에너지 소모는 일반적으로, 이력 열 발생(hysteretic heat generation) 및 벨트를 회전시키기 위한 증가된 토크로부터의 부가적인 연료 소모의 형태이다. 벨트를 회전시키는데 적은 양의 에너지를 요구하는 벨트들은, 다양한 이유에서 바람직하다. 예를 들어, 회전시키는데 적은 에너지를 요구하는 벨트가, 개선된 연비 및 감소된 배출 가스를 야기하고, 이들 양자 모두는, 차량 설계에서 매우 가치가 있다.

벨트의 에너지 효율(즉, 벨트를 회전시키기 위해 요구되는 에너지의 양)은, 이에 국한되는 것은 아니지만, 벨트에 사용되는 재료들, 벨트의 질량, 벨트의 두께, 및 벨트의 굽힘 강도를 포함하는, 벨트의 수많은 상이한 특성들에 의존한다. 그러한 벨트들을 제조함에 있어서, 비용-편익 분석이, 벨트의 효율을 개선하기 위한 시도에서 이러한 유형의 파라미터들 중의 하나 이상을 변경 또는 조절할 때, 고려될 필요가 있다. 예를 들어, 벨트에 사용되는 재료들에 관한 변경 및/또는 벨트의 두께에 관한 변경이, 벨트를 회전시키기 위해 필요한 에너지의 양을 유익하게 낮출 수 있지만, 결과적으로 벨트의 내구성을 또한 낮출 수 있거나 또는 벨트의 성능에 관한 어떤 다른 부정적인 영향을 가질 수 있을 것이다. 벨트의 일부 특성을 조절하는 것은, 상충하는 영향들(즉, 벨트의 하나의 측면에 관한 긍정적인 영향 및 벨트의 다른 측면에 관한 부정적인 영향)을 가질 수 있을 것이다. 벨트 두께를 감소시키는 것은, 예를 들어, 벨트의 굽힘 강도를 유익하게 낮출 수 있으며, 그리고 그로 인해 벨트가 더 용이하게 회전하도록 만들지만, 마찰 계수를 또한 낮출 수 있으며 그리고 그로 인해, 낮아진 토크 전달로 인하여 벨트를 회전시키기 위해 더 많은 에너지를 요구한다. 그에 따라, 성능 및 내구성에 관련되는 것들과 같은 벨트의 다른 중요한 특성들을 또한 저하시키지 않는 가운데, 벨트를 회전시키기 위해 적은 에너지를 요구하는, 벨트들에 대한 필요성이, 존재한다. 그러한 고효율 벨트들을 제조하는 방법에 대한 필요성이, 또한 존재한다.

이러한 개요는, 아래의 상세한 설명에서 추가로 설명되는, 단순화된 형태의 개념들의 선택을 소개하기 위해 제공된다. 이러한 개요, 및 상기한 배경 기술은, 청구되는 대상의 핵심 양태들 또는 본질적인 양태들을 확인하도록 의도되지 않는다. 더불어, 이러한 개요는, 청구되는 대상의 범위를 결정하는 것에 관한 도움으로서 사용하도록 의도되지 않는다.

본 출원은, 앞서 공지된 벨트들보다 더 높은 에너지 효율을 갖는 그리고 벨트의 다른 특성들을 저하시키지 않는 벨트들에 관련되는 다양한 실시예들, 뿐만 아니라 그러한 벨트들을 제조하기 위한 실시예들을, 설명한다. 일부 실시예에서, 고효율 벨트는, 후면층, 후면층 상에 배치되는 리브 재료 층, 및 리브 재료 층 내부에 내장되는 코드들을 포함하고, 벨트는, 굽힘 강도에 0.04 mm/N를 곱한 값 이상인 마찰 계수와 같은, 벨트의 굽힘 강도에 0.03 mm/N를 곱한 값 이상인 마찰 계수를 갖는다. 벨트 제품의 다른 특징들이, 약 3.0 내지 약 3.8 mm 사이와 같은, 약 2.6 mm 내지 약 4.2 mm의 범위 내의 두께, 약 30 N/mm 내지 약 65 N/mm의 범위 내의 굽힘 강도, 및 1.1 내지 5.0 사이의 이방성 탄성 계수 비를 구비할 수 있다. 벨트의 또 다른 특성들이, 개시된 고효율 벨트에 대한 주변 작동 온도 범위를 확장하도록 돕는, 핀형 열교환기 설계(finned heat exchanger design)를 갖는 후면층 표면을 구비할 수 있다.

일부 실시예에서, 고효율 벨트를 제작하는 방법은, 개괄적으로, 다양한 원재료를 함께 혼합하는 단계, 시트를 형성하기 위해 혼합물을 밀링 또는 압출하는 단계, 압착된 시트(calendered sheet)를 형성하기 위해 시트를 압착하는 단계, 압착된 시트의 세그먼트들을 함께 배너링(bannering)하는 단계, 몰드 상에서 복합 벨트 구조물을 판상물로 구축(slab building)하는 단계로서, 복합 벨트 구조물은 배너링된 시트 재료를 포함하는 것인, 판상물로 구축하는 단계, 몰드 내에서 복합 벨트 재료를 경화시키는 단계, 및 경화된 재료로부터 요구되는 마감된 벨트 제품을 생성하기 위한 다양한 선택적 후-처리 단계들을 포함한다. 이상에 설명된 프로세스의 일부 실시예에서, 특정 원재료들이, 탄성 계수에 대해 이방성 특성을 갖는 시트 재료를 생성하기 위해, 특정 양으로 사용된다. 일부 실시예에서, 압착 프로세스(calendering process)는, 시트들 내에 보강 재료를 균일하게 정렬하기 위해 사용된다. 일부 실시예에서, 배너링 단계는, 모든 보강 재료들이, 동일한 방향으로 정렬되도록, 그리고 더욱 구체적으로, 벨트의 비-굽힘 방향으로 정렬되도록, 개별적인 시트들을 함께 배너링할 것을 요구한다.

본 명세서에 설명되는 고효율 벨트의 이러한 그리고 다른 양태들이, 본 명세서의 상세한 설명 및 도면들을 고려한 이후에 명백해질 것이다. 그러나, 청구되는 대상의 범위는, 등록되는 바와 같은 청구범위에 의해 결정되어야 할 것이며, 그리고 주어진 대상이 배경기술에 언급된 일부 또는 모든 문제를 해소하는지 또는 개요에 언급된 특징들이나 양태들을 포함하는지에 의해 결정되어야 할 것이 아니라는 것을, 이해해야 한다.

바람직한 실시예를 포함하는, 개시된 고효율 벨트의 비제한적인 그리고 총망라한 것이 아닌 실시예들이, 동일한 참조 부호들이 달리 지시하지 않는 한 다양한 도면들 전체에 걸쳐 동일한 부분들을 지시하는, 뒤따르는 도면을 참조하여 설명된다.
도 1은, 본 명세서에 설명되는 다양한 실시예에 따른, 고효율 벨트를 제조하는 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 2는, 본 명세서에 설명되는 다양한 실시예에 따른, 제조 방법에 사용되는 배너링 단계의 개략도이다.
도 3a 및 도 3b는, 개별적으로, 앞서 공지된 벨트 및 본 명세서에 설명되는 실시예에 따른 고효율 벨트의 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는, 개별적으로, 본 명세서에 설명되는 다양한 실시예에 따른 고효율 벨트들에서의, 굽힘 강도에 관한 온도 및 벨트 두께의 영향을 도시하는 그래프이다.
도 5a 및 도 5b는, 개별적으로, 다양한 두께(mm 단위)의 앞서 공지된 벨트들의 굽힘 강도, 및 본 명세서에 개시되는 다양한 실시예에 따른 다양한 두께(mm 단위)의 벨트들의 굽힘 강도를 도시하는 막대 그래프이다.
도 6은, 앞서 공지된 벨트들 및 본 명세서에 설명되는 다양한 실시예에 따른 벨트들에 대한 굽힘 강도와 마찰 계수 사이의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 7은, 다양한 풀리 직경에서의, 앞서 공지된 벨트들과 비교되는, 본 명세서에 설명되는 다양한 실시예에 따른 벨트들의 동력 손실을 도시하는 차트이다.
도 8은 마찰 계수(COF) 시험 풀리 구성이다.

실시예들은, 본 명세서의 일부를 형성하며 그리고 예시로서 특정 예시적인 실시예들을 도시하는, 첨부 도면을 참조하여 이하에서 더욱 완전하게 설명된다. 이러한 실시예들은, 당업자가 본 발명을 실시하는 것을 가능하게 하도록, 충분히 상세하게 개시된다. 그러나, 실시예들은, 많은 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 그리고 본 명세서에 기술되는 실시예들에 국한되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 뒤따르는 상세한 설명은, 따라서 제한하는 의미로 취해지지 않는다.

도 1을 참조하면, 고효율 벨트를 제조하는 방법(100)이, 개괄적으로, 원재료들을 함께 혼합하는 단계(110); 시트를 형성하기 위해 혼합물을 밀링 또는 압출하는 단계(120); 시트를 압착하는 단계(130); 압착된 시트(calendered sheet)의 여러 시트들을 함께 배너링(bannering)하는 단계(140); 적어도 배너링된 시트를 사용하여 몰드 상에서 벨트를 판상물로 구축하는 단계(150); 몰드 내에서 벨트 구조물을 경화시키는 단계(160); 몰드로부터 경화된 실린더를 제거하고 상기 실린더를 복수의 개별적인 벨트로 절단하는 단계(170); 및 (필요에 따른) 벨트를 그의 최종 치수로 연마 및 윤곽 형성하는 선택적 단계(180)를 포함한다. 도 1에 예시된 방법에 의해 형성되는 벨트는, 유사한 치수(예를 들어, 두께)를 갖는 앞서 공지된 벨트들보다 회전시키기 위해 적은 에너지를 요구하는, 고효율 벨트이다. 특히, 그리고 아래에 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 도 1에 예시된 방법으로 형성되는 고효율 벨트는, 자체의 탄성 계수에 대한 이방성 재료 구조 및 개선된 (즉, 감소된) 굽힘 강도를 가지며, 이들 양자 모두는, 벨트의 개선된 효율에 기여한다.

단계(110)에서, 원재료들은, 혼합물을 형성하기 위해 함께 혼합된다. 단계(110)에서 함께 혼합되는 원재료들은 일반적으로, 1) 기본 탄성중합체 또는 고무 스톡(rubber stock), 2) 보강 재료, 3) 충전 재료, 4) 오일, 및 5) 경화제를 포함한다. 가소제, 분해 방지제, 착색제, 공정 보조제, 보조제 및 이와 유사한 것이 또한, 선택적으로 첨가될 수 있을 것이다.

일부 실시예에서, 혼합 단계(110)는 일반적으로, 모든 원재료를 함께 혼합하기 위해, 반버리(Banbury) 믹서기와 같은 산업용 믹서기를 사용하여 수행된다. 그러나, 다른 혼합 기법들 및 방법들이, 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 개별적인 원재료들은, 원재료들의 충분한 통합 및 분산을 보장하기 위해, 특정 순서로 믹서기 내로 부가된다. 일부 실시예에서, 특정 원재료들은, 믹서기 내로 순서대로 부가되기 이전에, 함께 혼합될 수 있다. 사용될 수 있는, 예시적인, 그러나 비-제한적인, 혼합 순서가, 먼저, 중합체, 및 오일을; 이어서 섬유들 및 충전제들; 뒤따라 경화제를 부가하는 것을 포함한다.

고무 스톡에 관하여, 임의의 적당한 고무 스톡이, 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 고무 스톡은, 분말, 알갱이(pellet), 뭉치(bale) 또는 블록의 형태이다. 예시적인 적절한 고무 스톡은, 이에 국한되는 것은 아니지만, 천연 고무, 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 클로로프렌 고무(CR), 에틸렌 프로필렌 탄성중합체들(EPDM 및 EPM) 및, 에틸렌 부텐(EBM), 에틸렌 펜텐 및 에틸렌 옥텐(EOM)과 같은 다른 에틸렌-탄성중합체 공중합체들, 수소화된 니트릴 부타디엔 고무(HNBR), 및 불소 탄성중합체들(FKM)을 포함한다. 일부 실시예에서, 단계(110)에서 사용되는 고무 스톡의 양은, 혼합된 조성물의 총 중량의 30 중량% 내지 70 중량%이다. 일부 실시예에서, 고무 스톡은, 혼합된 조성물의 총 중량의 약 40 중량% 내지 60 중량%이다.

보강 재료에 대해, 본 명세서에서 설명되는 방법의 일부 실시예들은, 비록, 보강 재료가 세장형 세그먼트들의 형태로 제공되면, 다른 보강 재료가 사용될 수 있지만, 보강 재료로서 절단된 섬유 세그먼트들(chopped fiber segments)을 사용한다. 절단된 섬유들이 사용될 때, 절단된 섬유들은, 예를 들어, 아라미드, 폴리에스테르(PET), 면 또는 나일론일 수 있을 것이다. 절단된 섬유들은, 유기 재료로 또는 합성 재료로, 또는 유기 재료와 합성 재료의 혼합물로 이루어질 수 있을 것이다. 절단된 섬유 재료는 또한, 탄소 섬유 나노튜브의 형태일 수 있을 것이다. 단계(110)에서 사용되는 절단된 섬유들의 치수들은, 일반적으로 제한되지 않는다. 일부 실시예에서, 보강 재료는, 0.2 mm 내지 3 mm의 범위 내의 길이를 갖는, 고 종횡비 재료이다. 일부 실시예에서, 보강 재료들(예를 들어, 절단된 섬유들)은, 10 내지 250의 종횡비를 갖는다. 일부 실시예에서, 단계(110)에서 사용되는 보강 재료(예를 들어, 절단된 섬유)의 양은, 혼합된 조성물의 총 중량의 5 중량% 내지 30 중량%이다. 일부 실시예에서, 보강 재료는, 혼합된 조성물의 총 중량의 약 6 중량% 내지 약 14 중량%이다.

충전제에 대해, 본 명세서에서 설명되는 방법의 일부 실시예들은, 비록 단독으로 또는 카본 블랙과 함께 다른 충전제가 사용될 수 있지만, 충전 재료로서 카본 블랙을 사용한다. 단계(110)에서의 사용에 적절한 다른 충전제들은, 이에 국한되는 것은 아니지만, 점토, 펄프, 및 실리카를 포함한다. 일부 실시예에서, 단계(110)에서 사용되는 충전제의 양은, 혼합된 조성물의 총 중량의 5 중량% 내지 45 중량%이다. 일부 실시예에서, 충전제는, 혼합된 조성물의 총 중량의 약 10 중량% 내지 약 20 중량%이다.

오일에 대해, 원재료로서의 오일은 일반적으로, 다른 건조 재료들의 상호 혼합 및 시트로 형성될 수 있는 두꺼운 혼합물의 형성을 허용하는, 액체 또는 결합 재료로서 제공된다. 이에 국한되는 것은 아니지만, 방향족, 나프타계 및 파라핀계를 포함하는, 임의의 적절한 오일이, 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 단계(110)에서 사용되는 오일의 양은, 혼합된 조성물의 총 중량의 2 중량% 내지 18 중량%이다. 일부 실시예에서, 오일은, 혼합된 조성물의 총 중량의 약 2 중량% 내지 약 8 중량%이다.

경화제에 대해, 임의의 적절한 경화 재료가, 사용될 수 있고, 경화제는 이하에 더 상세하게 설명되는 경화 단계(150) 도중에 지원한다. 단계(110)에서의 사용에 적절한 예시적인 경화제는, 이에 국한되는 것은 아니지만, 황 및 과산화물들을 포함한다. 일부 실시예에서, 단계(110)에서 사용되는 경화제의 양은, 혼합된 조성물의 총 중량의, 5 중량% 미만과 같은, 약 8 중량% 미만이다.

표 1은 단계(110)의 혼합물의 성분들에 대한 예시적인 중량퍼센트 범위들을 기술한다.

미국 특허 제5,610,217호 및 제6,616,558호는, 벨트를 형성하는데 사용될 혼합물을 형성하기 위한 혼합 방법들 및 재료 조성에 관한 부가적인 정보를 제공하고, 그 중 일부 또는 모두가, 본 명세서에 설명되는 혼합 단계(110)에서 사용될 수 있을 것이다. 미국 특허 제5,610,217호 및 제6,616,558호는, 그에 따라, 그 전체적으로 참조로 본 명세서에 통합된다.

혼합 단계(110)가 이상에 설명된 바와 같이 수행된 이후에, 밀링 또는 압출 단계(120)가, 혼합물로부터 시트를 형성하기 위해 수행된다. 임의의 표준 밀링 또는 압출 기법들이, 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 혼합물은, 시트를 형성하기 위한 밀링 또는 압출 이전에, 실온으로 냉각되도록 허용된다. 시트는, 비교적 큰 표면적을 갖는다.

시트가 단계(120)에서 형성됨에 따라, 압착 단계(130)가, 시트 상에 실행된다. 압착 단계(130)는, 시트의 두께를 감소시키고 정확하게 제어하는 것 및, 모든 고 종횡비 보강 재료가 그로 인해 (이하에 더욱 상세하게 논의되는) 시트에 이방성 재료 속성을 제공하도록 시트 내부에서 동일한 방향으로 정렬되도록, 보강 재료를 배향시키는 것과 같은, 2가지 주된 목적을 위해 역할을 한다.

시트 재료의 두께가 드럼들을 통과할 때 감소되도록, 시트 재료의 두께보다 작은 거리만큼 이격된 회전 드럼들을 통해 시트 재료를 통과시키는 것을 포함하는, 재료를 압착하는 임의의 공지된 기법이, 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 압착 단계(130)는, 단계(120)에서 생성되는 시트의 두께를 약 0.25 내지 1.5 mm의 두께 이내로 감소시키기 위해 사용된다. 목표 두께로의 두께의 감소는, 단계(150)(이하에 더욱 상세하게 설명됨)의 판상물 구축 프로세스(slab build process)가 수행될 때, 시트가, 원통형 몰드 둘레에 여러 번(예를 들어, 3번) 감길 수 있지만, 최종 벨트 제품의 리브 재료 섹션의 대략적으로 요구되는 최종 두께인 누적 두께를 여전히 생성하는 것을, 보장하도록 돕는다.

압착 단계(130)로부터 보강 재료 정렬을 달성하기 위해, 압착 프로세스는, 상이한 각속도에서 2개의 드럼을 작동시킴에 의해서와 같이, 전단을 사용할 수 있을 것이다. 예를 들어, 제1(예를 들어, 위쪽) 드럼이, 제2(예를 들어, 아래쪽) 드럼의 각속도(ω₂)보다 낮은 각속도(ω₁)를 가질 때, 이러한 각속도의 차이는, 드럼들을 통해 통과하고 있는 시트에 전단을 가하며, 이는, 보강 재료가 시트 내부에서 정렬되는 것을 야기한다. 말하자면, 고 종횡비 보강 재료들 모두가, 대체로 시트 내부에서 서로 평행하게 정렬된다.

이러한 방식으로 보강 재료를 정렬한 결과가, 생성되는 압착된 시트가 탄성 계수에 대해 이방성 속성들을 갖는다는 것이다. 일반적으로 말하면, 시트는, "결을 따르는(with-grain)" 방향(고 전단)으로 제1 탄성 계수를 그리고 "결을 가로지르는(cross-grain)" 방향으로 제2 탄성 계수를 갖는다. 함께 취합하면, 시트는, 결을 가로지르는 방향으로의 계수에 대한 결을 따르는 방향으로의 계수에 대한 비인, 탄성 계수 비를 갖는 것으로 간주될 수 있다. 일부 실시예에서, 단계(130)에서 생성되는 시트는, 1.1 내지 5.0의 계수 비를 갖는다.

단계(140)에서, 단계(120) 및 단계(130)로부터 형성되는 개별적인 시트들은, 함께 결합된다(때때로 함께 배너링되는 것으로 지칭됨). 여기에서 사용되는 바와 같은, 용어 "배너링(bannering)"은, 그로 인해 새로운 더 큰 시트를 형성하도록, 압착된 시트 재료의 개별적인 시트들을 함께 단부들끼리 붙이는 것(end-to-end patching)을 지칭한다. 도 2는, 복수의 개별적인 시트(201)가 복합(즉, 배너링된) 시트(200)를 형성하기 위해 함께 붙여지는, 이러한 배너링 프로세스의 결과를 예시한다. 일부 실시예에서, 그리고 도 2에 도시된 바와 같이, 개별적인 시트들은, 모두 동일한 길이를 가질 것이고, 따라서 시트들이 나란히 배치될 때, 모든 시트의 위쪽 에지(201a) 및 아래쪽 에지(201b)가, 정렬된다. 각 시트(201)를 나란히 정렬시킬 때, 각 시트(201)는, 보강 재료들(203)이 모두 하나의 시트(201)로부터 다음 시트(201)로 정렬되도록, 배향된다. 더욱 구체적으로, 시트들(201)은, 시트들(201)이 나란히 배열되는 방향에 수직으로 보강 재료들(203)이 정렬되도록, 정렬된다. 예를 들어, 도 2는, 서로 평행하게 그리고 시트들(201)이 나란하게 배열되는 방향에 수직인 방향으로, 보강 재료들(203)이 정렬되는, 실시예를 도시한다. 궁극적으로, 이러한 배너링된 시트(200)로 형성되는 개별적인 벨트들은, 벨트의 비-굽힘 방향으로 정렬되는 보강 재료들을 가질 것이다. 이는, 보강 재료가 벨트의 리브들의 압축에 관한 횡방향 계수를 증가시키는 것을 허용하는 가운데, 벨트의 휨에 관한 종방향 계수를 감소시키며, 이는 가요성을 유지하는 가운데 더 큰 하중 지탱 능력(load carrying capability)을 제공한다.

인접한 세그먼트들을 함께 부착하는 임의의 방식이, 배너링 단계(140) 도중에, 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 비록, 접착제의 사용을 통해서와 같은, 다른 부착 방법들이 사용될 수 있지만, 인접한 세그먼트들은, 함께 바느질되거나 재봉된다. 새로운 배너링된 시트를 형성하기 위해 함께 부착되는 각 세그먼트의 길이 및 폭 치수는, 일반적으로, 제한되지 않으며, 그리고 일반적으로, 시트 재료로 형성되는 벨트 제품에 대한 요구되는 최종 치수들에 기초하여 선택될 것이다. 함께 배너링되는 개별적인 시트들은, 치수에 관해 동일할 수 있으며, 또는 각 시트의 폭은, 변할 수 있다(위쪽 에지 및 아래쪽 에지가, 이상에 논의된 바와 같이 그리고 도 2에 도시된 바와 같이, 시트들이 함께 배너링될 때, 정렬되도록, 길이는, 각 시트 사이에서 동일한 것이 바람직함).

단계(110)의 원재료들을 포함하는 재료의 요구되는 배너링된 시트가 생성되며 그리고 탄성 계수에 대한 이방성 속성을 보유한 다음, 이제, 몰드 상에서 복합 벨트 구조물을 판상물로 구축하는 단계(150)가, 수행될 수 있다. 판상물 구축 프로세스는 일반적으로, 몰드가 밀접하게 마감된 벨트 제품(close-to-finished belt product)을 형성하기 위해 경화제를 활성화시키기 위한 압력 및/또는 온도에 노출되며 그리고 둘러싸일 수 있도록, 몰드 상에 복합 벨트 구조물의 각 층을 순차적으로 제공하는 것을 수반한다.

일부 실시예에서, 판상물 구축 프로세스가 그 위에서 수행되는 몰드는, 원통형 드럼이며, 드럼은, 형성될 벨트의 직경과 대략 동등한 직경을 갖는다. 구체적인 직경은, 제한되지 않으며, 그리고 벨트 제품을 위해 요구되는 임의의 직경일 수 있을 것이다.

일부 실시예에서, 드럼 몰드 상에 배치될 제1 층은, 후면 재료이다. 벨트 구축에서의 사용에 적절한 임의의 후면 재료가, 사용될 수 있다. 유사하게, 후면 재료의 두께는, 제한되지 않으며, 그리고 생성될 벨트의 후면층을 위해 요구되는 두께에 기초하여 조절될 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, 후면 재료는, 비록 일반적으로 단계(140)로부터 생성되는 배너링된 시트와 상이한 고무 재료이지만, 고무 재료이다. 다른 실시예에서, 후면 재료는, 접착 고무, 및 이와 유사한 것을 포함할 수 있을 것이다. 바람직하게, 후면 재료의 두께는, 감소된다. 얇은 후면 재료의 균일성은, 앞서 언급된 개선된 코드 동심도(cord concentricity)를 가능하게 한다.

드럼 몰드 상에의 후면 재료의 배치에 뒤따라, 판상물 구축 프로세스는 일반적으로, 벨트의 코드 재료가 원통형 드럼 상의 후면 재료 둘레에 감길 것을 요구한다. 단일 층의 코드가 일반적으로, 후면 재료의 전체 길이에 걸쳐 후면층 둘레에 감기게 된다. 감김 각도, 감김 장력 및 코드의 인접한 권선들 사이의 간격과 같은 파라미터들이, 완성된 제품을 위해 요구되는 바에 따라 조절될 수 있다. 드럼 몰드 둘레에 감기는 코드의 재료는, 일반적으로 제한되지 않으며, 그리고 일부 실시예에서, 금속, 아라미드, 탄소 섬유, 나일론, 폴리에스테르, 유리, 세라믹, 및 다양한 복합 재료들을 포함할 수 있으며, 그리고 재료들의 혼성 혼합물들을 포함할 수 있을 것이다. 코드 자체의 치수들(예를 들어, 직경)은, 제한되지 않으며, 그리고 벨트의 요구되는 최종 적용에 기초하여 선택될 수 있을 것이다.

후면 재료 둘레에 코드 재료를 감는 것에 뒤따라, 단계(150)의 판상물 구축 프로세스는, 드럼 몰드 둘레에 그리고 코드 및 후면 재료 위에, 단계(140)로부터 생성되는 배너링된 시트 재료를 감는 것을 포함한다. 3겹과 같은, 배너링된 시트 재료의 하나 이상의 겹이, 배너링된 시트 재료로 이루어지는 벨트의 리브 재료 섹션을 위한 총 두께를 제공하기 위해 적용될 수 있을 것이다(즉, 배너링된 시트 재료가 드럼 둘레에 3번 감길 수 있음). 선택적 접착층이, 배너링된 시트 재료를 감는 것 이전에, 코드에 이어 적용될 수 있을 것이다.

최종적인 선택적 표면층이 이어서, 단계(150)의 판상물 구축 프로세스를 마감하기 위해 배너링된 시트 재료 위에 적용될 수 있을 것이다. 표면층은, 편물 튜브들 및 폴리에틸렌 필름들과 같은, 벨트 적용들에 사용되는 임의의 적절한 표면층 재료일 수 있을 것이다. 표면층의 두께는, 일반적으로 제한되지 않으며, 그리고 형성될 벨트의 구체적인 적용에 기초하여 조절될 수 있을 것이다.

판상물 구축 프로세스가 완료된 이후에, 외측 몰드가, 몰드의 내측 부분(드럼 실린더)과 외측 부분 사이에서 복합 벨트 구조물을 감싸기 위해 적용될 수 있을 것이다. 몰드의 외측 부분은 일반적으로, 복합 벨트 구조물을 봉함할 수 있도록 그리고 균일한 두께를 갖는 벨트를 형성할 수 있도록 하기 위해 드럼 실린더를 반영하는 방식으로, 원통형일 것이다. 외측 몰드는, 형성될 벨트가, 톱니들, 리브들 또는 이와 유사한 것을 구비하지 않는 실시예들에서, 평면형 내측 표면을 가질 수 있을 것이다. 대안적으로, 외측 몰드의 내측 표면은, 리브들 톱니들을 위한 일반적으로 요구되는 치수들, 형상들, 및 간격들을 제공하는 것을 포함하여, 벨트 제품을 위해 요구되는 톱니들, 리브들, 등을 생성할 윤곽을 구비할 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, 본 명세서에 설명되는 고효율 벨트는, 리브들을 포함한다. 본 명세서에 설명되는 고효율 벨트는, 교차 절개부들(crosscuts), 노치들, 및 다른 유형의 표면 수정부들을 구비할 수 있을 것이다.

내측 몰드의 외측 표면은, 열교환기 핀들과 같은, 패턴을 벨트의 후면에 부가하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 설명되는 벨트의 일부 실시예에서, 제조 방법은, 핀형 열교환기 요소들이 후면 재료의 외측면 상에 형성되는 단계를 포함한다. 이러한 핀형 열교환기 요소들은, 벨트로부터 열을 소산시키도록 도와주며, 그리고 추가로, 벨트의 성능을 개선시키며, 벨트가 사용될 수 있는 온도 범위를 증가시킨다. 임의의 패턴을 포함하는, 임의의 적절한 핀형 요소들이, 열 소산을 위해 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 핀형 요소들은, 약 0.2 내지 약 10 mm의 높이를 갖는다.

단계(160)에서, 경화 프로세스가, 중합체 조성을 가교하기 위해, 제품을 조밀화하기 위해, 그리고 성능을 위한 속성들을 제공하기 위해, 수행된다. 경화 프로세스는, 일반적으로 제한되지 않으며, 그리고, 벨트의 재료 내의 경화제를 활성화시키기 위한 열 및/또는 압력을 가하는 것과 같은, 공지의 경화 기법들과 유사하거나 동일할 수 있다. 일부 실시예에서, 증기가, 비록 비-증기식 방법들이 또한 사용될 수 있지만, 경화 단계를 위해 특별히 사용된다. 단계(110)에 대한 논의에서 언급된 바와 같이, 벨트는, 요구되는 최종 재료 속성들 및 치수들을 갖는 벨트를 형성하기 위해 중합체 재료를 가교하는 것 및 경화 프로세스에서 도움을 주는 경화제를 포함할 수 있을 것이다.

단계(170)에서, 벨트 재료는, 외측 몰드 부분을 제거함에 의해 그리고 이어서 드럼 실린더 밖으로 경화된 벨트 재료를 슬라이딩시킴에 의해, 몰드로부터 제거된다. 생성되는 제품은, 복합 벨트 구조물의 세장형 실린더이다. 이러한 실린더로부터 개별적인 벨트들을 형성하기 위해, 실린더는, 벨트 재료의 더 얇은 링들을 형성하도록 실린더의 축에 대해 횡방향으로 절단되는 가운데, 각 링은 벨트 최종 제품의 요구되는 폭을 갖는다.

마지막으로, 단계(180)에서, 필요한 경우, 개별적인 벨트 세그먼트들을 그들의 최종 치수로 만들기 위해 요구되는 임의의 연마 및 윤곽 형성이, 수행된다. 임의의 방식의 연마 및/또는 윤곽 형성이, 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 연마 및/또는 윤곽 형성은, 예를 들어, 벨트의 두께를 조절하기 위해 및/또는 벨트 내에 형성되는 임의의 톱니들 또는 리브들의 치수들을 다듬기 위해, 수행된다. 그러나, 본 명세서에 설명되는 고효율 벨트를 제조하기 위한 방법에 기초하여, 요구되는 기계 가공 및/또는 연마의 양이, 앞서 공지된 제조 방법들과 비교하여 상당히 감소되거나 제거될 수 있다는 사실을, 특히 주의해야 한다.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 앞서 공지된 벨트(300)(도 3a) 및 방법(100)에 따라 제조된 벨트(350)(도 3b)의 단면도가, 도시된다. 도 3a 및 도 3b에 예시된 바와 같이, 앞서 공지된 벨트는, 약 4.3 mm와 같은 더 긴 전체 두께를 갖는 가운데, 본 명세서에 설명되는 바와 같은 벨트(350)는, 예를 들어, 약 3.2 내지 3.5 mm의 범위 내의 두께를 가질 수 있다. 본 기술의 벨트(350)는, 일반적으로, 후면층(360), 코드들(370), (이상에 설명되는 시트 재료의 복수 겹으로 형성되는) 리브 재료(380) 및 표면층(390)을 구비할 수 있다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 벨트(350)는, 리브들(355)을 포함하지만, 벨트(350)가, 톱니들, 리브들, 또는 유사한 유형의 표면 수정들을 포함하거나 또는 포함하지 않을 수 있다는 것을 인식해야만 한다. 두께 감소는, 부분적으로 더 얇은 후면층에 기인할 수 있으며 그리고 부분적으로 더 얕은 리브들에 기인할 수 있을 것이다. 두께 감소의 대부분은, 더 얕은 리브들에 기인할 수 있을 것이다.

본 명세서에 설명되는 벨트의 두께는, 벨트의 특정 적용에 기초하여 변할 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, 벨트의 두께는, 약 2.6 mm 내지 약 4.2 mm 사이에서 변한다. 일부 실시예에서, 벨트의 두께는, 약 3.2로부터 약 3.5 mm까지와 같은, 약 3.0 내지 3.8 mm의 범위 이내이다.

앞서 설명된 방법(100) 및 도 3b에 도시된 벨트 구성이 일반적으로, 후면층/코드/리브 재료 층/표면층 구조를 갖는 벨트를 설명하고 예시하지만, 본 명세서에 설명되는 리브 재료를 포함하는 대안적인 벨트 구조들이 또한 사용될 수 있다는 것이, 인식되어야 한다. 예를 들어, 벨트 구조는, (후면 재료가 직물로 이루어질 때 포함하는) 코드와 후면 재료 사이의 고무 재료(예를 들어, 리브 재료와 상이한 고무 조성물)를 포함할 수 있고, 벨트 구조는, 후면 재료로서 횡단-코드 재료를 포함할 수 있으며, 및/또는 벨트 구조는, 리브 재료와 구별되는, 코드 둘레의 접착층과 같은, 부가적인 층들을 포함할 수 있다.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 본 명세서에 설명되는 그리고 본 명세서에 설명되는 방법들 및 재료들에 따라 제조되는 벨트들은, 온도 및 벨트 두께와 같은 파라미터들에 기초하여 가변적인 굽힘 강도를 가질 것이다. 구체적으로 도 4a를 참조하면, 4.2 mm 두께 벨트에 대한 굽힘 강도와 온도 사이의 측정된 관계를 도시하는 그래프가, 온도가 증가함에 따라 어떻게 벨트의 굽힘 강도가 감소하는지를 보여준다. 도 4b를 참조하면, 굽힘 강도와 벨트 두께 사이의 관계를 도시하는 그래프가, 벨트 두께가 증가함에 따라 어떻게 벨트의 굽힘 강도가 증가하는지를 보여준다. 이는 일반적으로, 대응하는 감소된 굽힘 강도가 벨트가 더 용이하게 회전하도록 할 것임에 따라, 더 얇은 벨트들이 바람직하다는 것을 제안한다. 그러나, 그리고 이하에 더욱 상세하게 논의되는 바와 같이, 감소된 두께는 또한, 토크를 전달하기 위한 벨트 능력의 척도인, 벨트의 마찰 계수(COF)를 낮출 수 있다. 그에 따라, COF에 관한 이러한 감소는 일반적으로, 벨트가 토크를 덜 전달할 수 있도록 함에 따라, 바람직하지 않으며, 그리고 그에 따라, 부가적인 동력이, 풀리를 회전시키기 위해 벨트에 대해 요구될 수 있을 것이다. 또한 앞서 언급된 바와 같이, 감소된 벨트 두께가 또한, 벨트의 내구성을 감소시킬 수 있다. 따라서, 벨트 두께를 단순히 감소시키는 것은 일반적으로, 고효율 벨트를 제공하는 문제점을 해소하지 못한다.

도 5a 및 도 5b는 추가로, 본 명세서에 설명되는 바와 같은 벨트가, 유사한 두께의 앞서 공지된 벨트들과 비교될 때, 얼마나 필적하는 굽힘 강도를 갖는지를, 그리고 앞서 공지된 벨트들과 비교하여 감소된 두께를 갖는 본 명세서에 설명되는 바와 같은 벨트들이, 얼마나 개선된 굽힘 강도를 갖는지를 예시한다. 도 5a는, 각각 약 4.2 mm 내지 약 5.0 mm의 범위 내의 두께를 갖는, 다양한 앞서 공지된 벨트들의 굽힘 강도 측정치를 예시한다. 확인될 수 있는 바와 같이, 이러한 앞서 공지된 벨트들의 굽힘 강도는, 약 50 N/mm 내지 약 80 N/mm의 범위에 속한다. 이러한 범위의 상단의 굽힘 강도를 갖는 앞서 공지된 벨트들을 위해, 더 많은 동력이, 벨트들을 회전시키기 위해 요구되어, 그로 인해 이러한 벨트들이 덜 에너지 효율적이도록 한다. 앞서 공지된 벨트들은, 일반적으로, 더 얇은 벨트들이 감소된 굽힘 강도 및 그에 따른 개선된 동력 전달 효율을 제공할 수 있다고 인식되었지만, 이러한 벨트들의 감소된 두께가, 벨트들의 수명을 용인 불가능한 레벨로 저하시켰으며 그리고 벨트들의 토크 전달 성능에 부정적으로 영향을 미쳤기 때문에, 더 작은 두께를 사용하지 않았다.

도 5b는, 본 명세서에 설명된 실시예에 따라 제조되고 구성된 다양한 벨트들에 대한 굽힘 강도 측정치를 예시한다. 테스트된 벨트들은, 3가지 상이한 두께를 갖는다: (앞서 공지된 벨트들과 유사한) 4.2 mm, 3.4 mm, 및 2.6 mm. 확인될 수 있는 바와 같이, 4.2 mm 벨트들에 대한 굽힘 강도의 범위는, 일반적으로, 약 55 내지 65 N/mm의 범위 이내이며, 그리고 그에 따라 유사한 두께를 갖는 앞서 공지된 벨트들의 성능에 필적한다. 3.4 mm 두께에서, 굽힘 강도의 범위는, 약 35 N/mm 내지 약 50 N/mm의 범위 이내였다. 2.6 mm 두께에서, 굽힘 강도의 범위는, 약 35 내지 35 N/mm의 범위 이내였다. 따라서 이러한 더 얇은 벨트들은, 개선된 동력 전달 효율의 관점에서, 우월한 굽힘 강도 측정치를 갖는다.

도 6은 각 벨트의 유효 마찰 계수(COF)에 대해 작도된 앞서 공지된 벨트들의 굽힘 강도를 도시한다. 도 6에 도시된 모든 앞서 공지된 벨트들은, 대체로 4.2 mm의 범위의 두께를 가지며, 그리고 그에 따라, 예를 들어, 재료 선택 및 양에 관한 조절을 통해 감소된 굽힘 강도를 달성한다. (다이아몬드형 표시 지점들로 도시되는) 앞서 공지된 벨트들에 대한 데이터 지점들은, 어떻게 COF가 감소된 굽힘 강도와 더불어 감소하는지를 도시하고, 그에 따라 어떻게 전통적으로 굽힘 강도를 감소시키는 것과 연관되는 부정적인 결과(즉, 감소된 굽힘 강도가 이론적으로 벨트를 더욱 쉽게 회전시키도록 하지만, 감소된 COF는, 벨트가 풀리에 토크를 전달하는데 덜 효율적임)가 존재하는 지를 보여준다. 앞서 공지된 벨트들에 대한 데이터 지점들은 또한, 어떻게 앞서 공지된 벨트들이 일반적으로, 마찰 계수와 굽힘 강도 사이의 관계에 들어맞는지를 보여주고, 마찰 계수는 굽힘 강도에 약 0.02 mm/N를 곱셈한 값 이하이다.

대조적으로, 본 명세서에 설명되는 바와 같은 벨트들에 대한 도 6의 그래프에 도시된 데이터는, 얼마나 상대적으로 높은 COF 값들이 심지어 감소된 굽힘 강도에서도 달성되는지를 예시한다. 달리 표현하면, 본 명세서에 설명되는 바와 같은 벨트들은 일반적으로, 바람직하지 않은 감소된 COF를 또한 초래하는 감소된 굽힘 두께의 문제점을 극복한다. 일부 실시예에서, 본 명세서에 설명되는 벨트들은, 굽힘 강도에 0.04 mm/N를 곱셈한 값 이상인 COF와 같은, 벨트의 굽힘 강도에 0.03 mm/N을 곱셈한 값 이상인 COF를 갖는다. 도 6은 굽힘 강도에 0.03 mm/N을 곱셈한 값 이상의 COF 값에 대한 추세선(601) 및 굽힘 강도에 0.03 mm/N을 곱셈한 값 이상의 COF 값에 대한 추세선(602)을 포함한다. 일부 실시예에서, COF 값은, 굽힘 강도에 0.03 mm/N을 곱셈한 값 초과, 굽힘 강도에 0.06 mm/N을 곱셈한 값 미만, 또는 굽힘 강도에 0.05 mm/N을 곱셈한 값 미만이다. COF와 굽힘 강도 사이의 이러한 관계는, 얼마나 본 명세서에 설명되는 바와 같은 벨트들이, 그로 인해 고효율 벨트를 제공하도록, (유사한 굽힘 강도의 앞서 공지된 벨트들과 비교하여) 높은 COF를 유지하는 가운데, 감소된 굽힘 강도를 제공하는지를, 나타낸다. 이러한 관계에 들어맞는 본 명세서에 설명되는 고효율 벨트들은, 종래 기술 벨트들에서 경험되는 바와 같은 높은 굽힘 강도 또는 감소된 COF를 다루기 위한 부가적인 동력에 대한 요구를 방지한다.

도 7은, 앞서 공지된 벨트들과 비교되는, 본 명세서에 설명되는 바와 같은 벨트들의 개선된 성능을 추가로 예시하는 차트이다. 차트는, 다양한 풀리 직경에서 경험되는 동력 손실의 관점에서, 동일한 두께의 앞서 공지된 벨트들에 대해 본 명세서에 설명되는 바와 같은 고효율 벨트들을 비교한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 동력 손실은, 양자 모두의 벨트에 대해 풀리 직경이 감소할 때, 증가하지만, 동력 손실은, 각 풀리 직경에서, 앞서 공지된 벨트보다 고효율 벨트에서 상당히 더 적다.

다양한 이익들이, 본 명세서에 설명되는 고효율 벨트 및 제조 방법에 의해 달성될 수 있다. 예를 들어, 본 명세서에 설명되는 고효율 벨트는, 성능에 관한 감소를 겪지 않는 가운데(예를 들어, 토크 전달을 감소시키지 않는 가운데), 앞서 공지된 벨트들보다 작은 두께(예를 들어, 약 4.2 mm의 두께를 갖는 앞서 공지된 벨트들과 비교할 때 3.0 mm 내지 3.8 mm) 로 제공될 수 있다. 벨트 두께를 감소시킴에 의해, 적은 재료가 벨트에 사용되며, 이는 벨트가 적은 질량을 갖는 것을 의미한다. 일부 실시예에서, 본 명세서에 설명되는 바와 같은 벨트들은, 앞서 공지된 벨트들보다 5 내지 40% 적은 질량을 갖는다. 재료 및 질량 양자 모두의 감소는, 회전시키기 위해 적은 에너지를 요구하는 관점에서 더욱 효율적인 벨트에 기여한다. 중요하게, 감소된 두께의 벨트들은, 여전히 필적하는 또는 더 양호한 에너지 효율을 나타내는 가운데, 더 두꺼운 앞서 공지된 벨트들과 유사한 또는 동등한 내구성을 제공한다. 감소된 두께 벨트는 또한, 낮은 폐기물을 생성하고, 이는, 적은 재료가 매립지로 간다는 것을 의미한다. 유사하게, 벨트의 감소된 질량으로 인한, 본 명세서에 설명되는 벨트와 연관되는 감소된 폐기 비용이, 존재한다.

본 출원의 벨트는 또한, 벨트의 개선된 효율에 추가로 기여하는, (예를 들어, 더 얇은 벨트 덕택으로) 개선된 굽힘 강도를 나타낸다. 앞서 언급된 바와 같이, 이러한 감소된 굽힘 강도 특성은, 여전히 높은 마찰 계수를 유지하는 가운데 달성되고, 이는, 벨트가 굽혀지고 선회하는 것 모두 용이하며 그리고 우수한 토크 전달 특성을 제공한다는 것을 의미한다. 이러한 조합은, 사용 시 감소된 동력을 요구하는 고효율 벨트를 제공한다.

본 명세서에 개시되는 벨트의 다른 특징이, 개선된 코드 동심도일 수 있을 것이다. 코드 동심도는, 일반적으로, 각 코드가 중심선으로 오프셋될 수 있다는 것을 지칭한다. 일부 앞서 공지된 벨트들에서, 코드 동심도는, 0.30 mm 이상일 수 있으며, 이는, 벨트 내부의 각 코드가 중심선(및 그에 따라 다른 근처의 코드들)으로부터 0.30 mm 만큼 오프셋될 수 있다는 것을 의미한다. 본 명세서에서 설명되는 벨트에서, 코드 동심도는 대체로, 0.1 내지 0.2 mm로 제한되고, 그로 인해 벨트 내부에 훨씬 더 정렬된 코드들을 제공하도록 한다.

본 명세서에 설명되는 벨트는 또한, 개선된 작동 온도 범위를 갖는다. 일부 실시예에서, 벨트는, -40 ℃ 내지 130℃의 온도 범위에서 사용될 수 있을 것이다. 재료는 여전히 주변 환경보다 높은 알려진 온도에서 열화되기 시작할 것이지만, 이력 열 발생(hysteretic heat generation)의 감소는, 벨트가, 주변 온도가 증가되는 것을 허용할, 더 낮은 온도 델타와 함께 작동하는 것을 허용한다. 부가적으로, 본 명세서에서 설명되는 더 얇은 벨트들은, 낮은 이력 열 발생을 나타내며, 그리고 더 차갑게 작동한다. 더 얇은 벨트는 또한, 냉각하기 더 쉽고, 이는 벨트의 증가된 에너지 효율에 추가로 기여한다. 더 얇은 단면은 또한, 벨트의 단부들에서 더 양호한 변형(strain)을 가지며 그리고 그로 인해 더 양호한 에너지 효율을 야기하는 또 다른 특성을 제공하는, 벨트를 제공한다.

증가된 에너지 효율에 기여하는 벨트의 다른 특성들이, 적은 휨 피로(flex fatigue), 낮은 이력 현상 축적, 및 동등한 성능을 위한 낮은 보강 요건을 포함한다.

본 명세서에 설명되는 벨트에 의해 보여지는 개선된 에너지 효율은 또한, 시스템 설계 및 적용 개선을 허용한다. 얇은 설계 및 더 낮은 굽힘 강도는, 더 적은 굽힘 반경의 풀리들을 가능하게 하는 개선된 가요성을 허용한다. 더 작은 반경의 풀리들은, 패키징 요건을 개선하고, 시스템 질량을 감소시키며, 그리고 관성 하중을 감소시킨다. 얇은 구조는, 더 높은 회전 속도에서 작동할 수 있다. 비용 절감이 그에 따라, 대응하는 중량 및 패키징 감소 덕분에 실현된다.

더 얇은 단면을 사용하는 본 명세서에 설명되는 벨트의 설계는, 내구성에 관한 상당한 영향 없이, 에너지 효율에 관한 이상에 설명된 개선을 제공한다. 일부 실시예에서, 앞서 설명된 벨트의 개선된 냉각은, 내구성 있는 벨트를 유지하는데 도움을 준다. 벨트는 또한, 더 짧은 톱니 높이를 활용할 수 있고, 이는 더 낮은 변형 에너지 밀도, 그리고 결과적으로 적은 균열 생성으로 이어진다. 본 명세서에 설명되는 벨트는 또한, 시동-정지 적용들에서 더 긴 지속 시간을 나타낸다.

본 명세서에서 설명되는 벨트 구조는 또한, 이에 국한되는 것은 아니지만, 아라미드, 유리, 탄소 섬유 코드들, 혼성 코드들, 금속, 세라믹, 및 플라스틱과 같은, 대안적인 보강 재료들을 사용하는 능력과 같은, 이익을 제공할 수 있다.

본 명세서에 개시되는 벨트의 구조에 관련되는 다른 이점들은, 더 얇은 인장층의 사용, 더 낮은 변형 계수를 갖는 재료들의 구현, 및 벨트의 더 얇은 윤곽에 기초하는 코드들의 감소된 오정렬을 포함한다.

굽힘 강도 및 마찰 계수

본 명세서에서 그리고 청구범위에서 언급되는 바와 같은, 벨트의 굽힘 강도는, 벨트의 섹션 상에서의 3-점 동력 굽힘 테스트에서 측정될 수 있을 것이다. 여기서, 모든 보고된 강도 결과들은, 동적 기계적 시험기 상에서, 실온에서, 1 Hz 주파수에서, 5-N 예비 하중과 더불어, 0.25 mm 편형을 동반하는 일정한 편향 모드에서, 6-리브 벨트를 테스트하는 것에 기초하게 된다. 굽힘 강도 결과는, 여기에서 N/mm 단위로 표현되는, 동적 강도(K*)이다. 시험편은 벨트로부터 전달될 수 있을 것이다. 본 명세서에서의 테스트들은 3-인치(75-mm) 길이의 벨트 시험편을 사용했으며, 그리고 굽힘 강도 테스트를 위한 2개의 지지대는, 2 인치(50 mm) 이격되어 있었다.

본 명세서에서 그리고 청구항들에서 언급되는 바와 같은, 유효 마찰 계수, 또는 COF는, SAE J2432, MAR 2015, "PK 섹션 V-자 리브형 벨트들의 성능 테스트" § 10에 의해 설명되는, 표준 테스트 절차에 따라 측정될 수 있을 것이다. 도 8은 COF 테스트 레이아웃을 예시한다. 도 8을 참조하면, 종동 테스트 풀리(122) 및 구동 풀리(121) 양자 모두, 복수의-V-자형-리브 윤곽 및 121.6 mm의 직경을 갖는다. 풀리들(123, 124, 및 126)은, 유동 풀리들(idlers)이다. 풀리들은, 종동 풀리(122) 상에서 20도의 감싸는 각도를 유리하도록 배치된다. 구동 풀리(121)는 400 rpm에서 회전된다. 360 N의 중량(W)이, 풀리(125)에 180 N의 느슨한 측(slack side) 벨트 장력을 제공하게 위해, 풀리(125)에 가해진다. 토크가, 풀리가 회전을 정지할 때까지 제로 토크로부터 상승하도록, 테스트 풀리(122)에 가해진다. COF는, 관찰된 최대 토크로부터 계산된다. 테스트는, 이론적 마찰 계수와 수치적으로 정합하지 않는, 벨트에 관한 유효 마찰 계수를 측정한다는 것을, 이해해야 한다.

예들

본 명세서에서 설명되는 기술의 다양한 실시예들이, 뒤따르는 비-제한적인 예들에서 기술된다.

예 1. 리브형 고효율 벨트로서:

후면층;

상기 후면층 상에 배치되는 리브 재료 층;

상기 리브 재료 층 내부에 내장되는 복수의 코드; 및

상기 후면층 반대편의 벨트의 면 상에 형성되는 복수의 리브;

를 포함하고,

고효율 벨트의 마찰 계수는, 고효율 벨트의 굽힘 강도에 0.03 mm/N을 곱셈한 값 이상이며; 그리고

고효율 벨트의 두께는, 약 3.8 mm 미만인 것인, 고효율 벨트.

예 2. 예 1에 있어서, 고효율 벨트의 마찰 계수는, 고효율 벨트의 굽힘 강도에 0.04 mm/N을 곱셈한 값 이상인 것인, 고효율 벨트.

예 3. 예 1 또는 예 2에 있어서, 고효율 벨트의 두께는, 약 3.0 mm 내지 약 3.8 mm인 것인, 고효율 벨트.

예 4. 예 1 내지 예 3 중 어느 한 예에 있어서, 고효율 벨트의 마찰 계수는, 고효율 벨트의 굽힘 강도에 0.03 mm/N을 곱셈한 값 이상이며, 그리고 고효율 벨트의 굽힘 강도에 0.05 mm/N을 곱셈한 값 이하인 것인, 고효율 벨트.

예 5. 예 1 내지 예 4 중 어느 한 예에 있어서, 고효율 벨트의 두께는 약 3.4 mm이며, 그리고 굽힘 강도는 약 35 N/mm 내지 50 N/mm의 범위 이내인 것인, 고효율 벨트.

예 6. 예 1 내지 예 5 중 어느 한 예에 있어서, 상기 리브 재료 층의 재료는,

약 30 중량% 내지 약 70 중량%의 고무 스톡;

약 5 중량% 내지 약 30 중량%의 보강 재료; 및

약 5 중량% 내지 약 45 중량%의 충전제를 포함하는 것인, 고효율 벨트.

예 7. 예 1 내지 예 6 중 어느 한 예에 있어서, 상기 고무 스톡은, 천연 고무, 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 클로로프렌 고무(CR), 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머 고무(EPDM) 또는 다른 에틸렌 탄성중합체 공중합체들, 수소화된 니트릴 부타디엔 고무(HNBR), 불소 탄성중합체들, 및 이들의 조합들로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것인, 고효율 벨트.

예 8. 예 1 내지 예 7 중 어느 한 예에 있어서, 상기 보강 재료는, 세장형 세그먼트들을 포함하며, 그리고 상기 세장형 세그먼트들은, 상기 리브 재료 내부에서 서로 평행하게 정렬되는 것인, 고효율 벨트.

예 9. 예 1 내지 예 8 중 어느 한 예에 있어서, 상기 세장형 세그먼트들은, 절단된 섬유 세그먼트들인 것인, 고효율 벨트.

예 10. 예 1 내지 예 9 중 어느 한 예에 있어서, 평행하게 정렬된 상기 보강 재료는, 고효율 벨트의 회전 방향을 가로질러 정렬되는 것인, 고효율 벨트.

예 11. 예 1 내지 예 10 중 어느 한 예에 있어서, 상기 충전제는, 카본 블랙, 점토, 펄프, 실리카, 및 이들의 조합들로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것인, 고효율 벨트.

예 12. 예 1 내지 예 11 중 어느 한 예에 있어서, 고효율 벨트는, 이방성 탄성 계수를 갖는 것인, 고효율 벨트.

예 13. 예 1 내지 예 12 중 어느 한 예에 있어서, 보강 재료가 정렬되는 방향에서의 탄성 계수는, 보강 재료가 정렬되는 방향을 가로지르는 방향에서의 탄성 계수보다 더 큰 것인, 고효율 벨트.

예 14. 예 1 내지 예 13 중 어느 한 예에 있어서, 보강 재료가 정렬되는 방향을 가로지르는 방향에서의 탄성 계수에 대한 보강 재료가 정렬되는 방향에서의 탄성 계수의 비는, 1.1 내지 5.0의 범위 이내인 것인, 고효율 벨트.

예 15. 고효율 벨트를 위한 리브 재료 층을 제조하는 방법으로서:

혼합물을 형성하기 위해 고무 스톡, 보강 재료, 충전제 및 경화제를 혼합하는 단계로서, 상기 보강 재료는 세장형 세그먼트들을 포함하는 것인, 혼합하는 단계;

상기 혼합물로 시트를 형성하는 단계;

상기 보강 재료의 상기 세장형 세그먼트들과 평행하게 정렬되도록 그리고 이방성 시트를 형성하도록, 상기 시트를 처리하는 단계;

2개 이상의 이방성 시트를 함께 배너링하는 단계

를 포함하는 것인, 방법.

예 16. 예 15에 있어서, 상기 혼합물은,

약 30 중량% 내지 약 70 중량%의 고무 스톡;

약 5 중량% 내지 약 30 중량%의 보강 재료; 및

약 5 중량% 내지 약 45 중량%의 충전제를 포함하는 것인, 방법.

예 17. 예 15 또는 예 16에 있어서, 보강 재료의 상기 세장형 세그먼트들은, 절단된 섬유들을 포함하며, 그리고 상기 보강 재료의 상기 세장형 세그먼트들과 평행하게 정렬되도록 그리고 이방성 시트를 형성하도록, 상기 시트를 처리하는 단계는, 상기 시트를 압착하는 단계를 포함하는 것인, 방법.

예 18. 예 15 내지 예 17 중 어느 한 예에 있어서, 2개 이상의 이방성 시트를 함께 배너링하는 단계는, 2개 이상의 이방성 시트를 나란하게 배치하는 단계로서, 상기 보강 재료의 상기 세장형 세그먼트들은, 서로 평행하게 그리고 이방성 시트들이 나란하게 배열되는 방향에 수직인 방향으로 정렬되는 것인, 배치하는 단계, 및 2개의 이방성 시트를 함께 고정하는 단계를 포함하는 것인, 방법.

예 19. 예 15 내지 예 18 중 어느 한 예에 있어서, 상기 리브 재료 층은, 고효율 벨트 내로 통합되는 것인, 방법.

상기한 것으로부터, 본 발명의 구체적인 실시예들은, 예시의 목적으로 본 명세서에 설명되었지만, 다양한 수정예들이, 본 발명의 범위로부터 벗어남 없이 이루어질 수 있다는 것이, 인식될 것이다. 그에 따라, 본 발명은, 첨부된 청구범위에 의한 것을 제외하고, 제한되지 않는다.

비록 본 기술이 특정 구조들 및 재료들에 특수한 언어로 설명되었지만, 첨부된 특허 청구범위에 한정되는 본 발명은, 반드시 설명된 특정 구조들 및 재료들로 제한되는 것은 아니라는 것이, 이해되어야 한다. 대신에, 특정 양태들이, 청구된 발명을 구현하는 형태들로서 설명된다. 본 발명의 많은 실시예들이 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어남 없이 실행될 수 있기 때문에, 본 발명은, 이하에 첨부되는 청구범위 내에 잔류한다.

달리 지시되지 않는 한, (청구범위 이외의) 명세서 내에서 사용되는, 치수들, 물리적 특성들, 등을 표현하는 것들과 같은, 모든 숫자 또는 표현들은, 용어 "대략"에 의해 모든 경우들에서 수정되는 것으로 이해된다. 매우 최소로, 그리고 청구범위에 대한 균등론의 적용을 제한하려는 시도가 아닌 것으로서, 적어도, 인용되는 유효 자릿수의 관점에서 그리고 반올림 기법을 적용함으로써, 해석되어야만 한다. 더불어, 본 명세서에 개시되는 모든 범위들은, 그에 포함되는 임의의 그리고 모든 개별적인 값들 임의의 그리고 모든 하위 범위들을 인용하는, 청구항들을 포괄하며 그리고 그러한 청구항들에 대한 지지를 제공하는 것으로, 이해되어야 한다. 예를 들어, 1 내지 10의 기술된 범위가, 1의 최소값과 10의 최대값 사이인 및/또는 1의 최소값과 10의 최대값을 포함하는, 임의의 그리고 모든 하위 범위들 또는 개별적인 값들을, 말하자면, 1 이상의 최소값과 더불어 시작하며 그리고 10 미만의 최대값과 더불어 종결되는, 모든 하위 범위들(예를 들어, 5.5 내지 10, 2.34 내지 3.56, 등등), 또는 1로부터 10까지의 임의의 값들(예를 들어, 3, 5.8, 9.9994, 등)을, 인용하는, 청구항들을 포함하며 그리고 그러한 청구항들에 대한 지지를 제공하는 것으로 간주되어야 한다.

Claims (19)

1. 리브형 고효율 벨트로서:
   후면층;
   상기 후면층 상에 배치되는 리브 재료 층;
   상기 리브 재료 층 내부에 내장되는 복수의 코드; 및
   상기 후면층 반대편의 벨트의 면 상에 형성되는 복수의 리브;
   를 포함하고,
   고효율 벨트의 마찰 계수는 고효율 벨트의 굽힘 강도에 0.03 mm/N을 곱셈한 값 이상이며;
   고효율 벨트의 두께는 3.8 mm 이하이고;
   상기 리브 재료 층의 재료는,
   30 중량% 내지 70 중량%의 고무 스톡;
   5 중량% 내지 30 중량%의 보강 재료; 및
   5 중량% 내지 45 중량%의 충전제
   를 포함하며,
   상기 보강 재료는 세장형 세그먼트들을 포함하며, 그리고 상기 세장형 세그먼트들은 리브 재료 내부에서 서로 평행하게 정렬되고;
   평행하게 정렬된 상기 보강 재료는 고효율 벨트의 회전 방향을 가로질러 정렬되며;
   고효율 벨트는 이방성 탄성 계수를 가지며; 그리고
   보강 재료가 정렬되는 방향을 가로지르는 방향에서의 탄성 계수에 대한 보강 재료가 정렬되는 방향에서의 탄성 계수의 비는, 1.1 내지 5.0의 범위 이내인 것인, 고효율 벨트.
2. 제1항에 있어서,
   고효율 벨트의 마찰 계수는, 고효율 벨트의 굽힘 강도에 0.04 mm/N을 곱셈한 값 이상인 것인, 고효율 벨트.
3. 제1항에 있어서,
   고효율 벨트의 두께는 3.0 mm 내지 3.8 mm인 것인, 고효율 벨트.
4. 제1항에 있어서,
   고효율 벨트의 마찰 계수는, 고효율 벨트의 굽힘 강도에 0.03 mm/N을 곱셈한 값 이상이며, 그리고 고효율 벨트의 굽힘 강도에 0.05 mm/N을 곱셈한 값 이하인 것인, 고효율 벨트.
5. 제1항에 있어서,
   고효율 벨트의 두께는 3.4 mm이며, 그리고 굽힘 강도는 35 N/mm 내지 50 N/mm의 범위 이내인 것인, 고효율 벨트.
6. 제1항에 있어서,
   상기 고무 스톡은, 천연 고무, 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 클로로프렌 고무(CR), 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머 고무(EPDM), 수소화된 니트릴 부타디엔 고무(HNBR), 에틸렌 탄성중합체 공중합체들, 불소 탄성중합체들, 및 이들의 조합들로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것인, 고효율 벨트.
7. 제1항에 있어서,
   상기 세장형 세그먼트들은, 절단된 섬유 세그먼트들인 것인, 고효율 벨트.
8. 제1항에 있어서,
   상기 충전제는, 카본 블랙, 점토, 펄프, 실리카, 및 이들의 조합들로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 것인, 고효율 벨트.
9. 고효율 벨트를 위한 리브 재료 층을 제조하는 방법으로서:
   혼합물을 형성하기 위해 고무 스톡, 보강 재료, 충전제 및 경화제를 혼합하는 단계로서, 상기 보강 재료는 세장형 세그먼트들을 포함하는 것인, 혼합하는 단계;
   상기 혼합물로 시트를 형성하는 단계;
   상기 보강 재료의 상기 세장형 세그먼트들과 평행하게 정렬되도록 그리고 이방성 시트를 형성하도록, 상기 시트를 처리하는 단계;
   2개 이상의 이방성 시트를 함께 배너링하는 단계
   를 포함하고,
   상기 혼합물은,
   30 중량% 내지 70 중량%의 고무 스톡;
   5 중량% 내지 30 중량%의 보강 재료; 및
   5 중량% 내지 45 중량%의 충전제
   를 포함하며,
   상기 이방성 시트는 리브 재료 층으로서 고효율 벨트 내로 통합되고;
   평행하게 정렬된 상기 세장형 세그먼트들은 고효율 벨트의 회전 방향을 가로질러 정렬되며;
   고효율 벨트는 이방성 탄성 계수를 갖고;
   세장형 세그먼트들이 정렬되는 방향을 가로지르는 방향에서의 탄성 계수에 대한 세장형 세그먼트들이 정렬되는 방향에서의 탄성 계수의 비는 1.1 내지 5.0의 범위 이내이며; 그리고
   고효율 벨트의 마찰 계수는 고효율 벨트의 굽힘 강도에 0.03 mm/N을 곱셈한 값 이상인 것인, 방법.
10. 제9항에 있어서,
    보강 재료의 상기 세장형 세그먼트들은 절단된 섬유들을 포함하며, 그리고
    상기 보강 재료의 상기 세장형 세그먼트들과 평행하게 정렬되도록 그리고 이방성 시트를 형성하도록, 상기 시트를 처리하는 단계는, 상기 시트를 압착하는(calendering) 단계를 포함하는 것인, 방법.
11. 제9항에 있어서,
    2개 이상의 이방성 시트를 함께 배너링하는 단계는,
    2개 이상의 이방성 시트를 나란히 배치하는 단계로서, 상기 보강 재료의 상기 세장형 세그먼트들은, 서로 평행하게 그리고 이방성 시트가 나란히 배열되는 방향에 수직인 방향으로 정렬되는 것인, 2개 이상의 이방성 시트를 나란히 배치하는 단계, 및
    2개의 이방성 시트를 함께 고정하는 단계
    를 포함하는 것인, 방법.
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