WO2006066669A1 - Zahnriemen mit zahnauflage aus gewebe - Google Patents

Zahnriemen mit zahnauflage aus gewebe Download PDF

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Axel Unruh
Michael Well
Claus-Lüder Mahnken
Jörg TAMS
Henning Kanzow
Hermann Schulte
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Contitech Antriebssysteme Gmbh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16G—BELTS, CABLES, OR ROPES, PREDOMINANTLY USED FOR DRIVING PURPOSES; CHAINS; FITTINGS PREDOMINANTLY USED THEREFOR
    • F16G1/00—Driving-belts
    • F16G1/28—Driving-belts with a contact surface of special shape, e.g. toothed

Definitions

  • the invention relates to a toothed belt with a tooth support made of a tissue and an associated tooth support.
  • Timing belts are primarily used as power transmission belts (transmission belts).
  • transmission belts transmission belts
  • the teeth of the toothed belt engage in the interdental spaces of a counter-belt or a toothed disk, so as to effect a transmission of force.
  • Timing belts are frequently used in synchronous belt drives or positive drive belt drives and serve, for example, to synchronize two rotating shafts.
  • timing belts are commonly used for the timing belts, generally having a rearward area, a serrated forward area, and an intermediate tensile steel, or glass cord, for example.
  • the toothed front portion is often made of an HNBR-based vulcanizate, i. it is a hydrogenated acrylonitrile-butadiene copolymer containing the usual additives.
  • HNBR-based vulcanizate i. it is a hydrogenated acrylonitrile-butadiene copolymer containing the usual additives.
  • the demands on such timing belts with regard to their mechanical and thermal load capacity increase with the performance of the machines in which they are to be used. Long durability and high mechanical strength in a wide temperature range are therefore essential. Examples of currently used timing belts are disclosed in WO 00/29762 and U.S. Pat. Patent 4,775,357.
  • a tooth support in the form of a generally continuous and teeth and interdental spaces completely covering pad can be provided on the toothed surface of the toothed belt.
  • This dental pad may consist of a coating, for example of a modified vulcanizate, or it may preferably be formed of a knitted or woven fabric.
  • Very well-proven in practice is an overlay of polyamide6.6 stretch fabric which shows good mechanical properties and good adhesion properties to the rubber compound.
  • the polyamide fabric has the disadvantage that it is thermally damaged during operation of the toothed belt for a long time at high temperatures (above 110 0 C), so that Zahnabscherung and consequent early failures of the entire toothed belt are favored.
  • timing belt are exposed to ever higher temperatures, so that there is an urgent need for better and long-term high temperature resistant fabric tooth supports for timing belts.
  • the object of the invention is therefore to avoid the problems in the prior art and to provide a tooth support for a toothed belt, which increases the temperature resistance of the toothed belt and prevents failure phenomena, with largely preserved mechanical properties.
  • a dental pad of the above type of tissue covering the toothed surface of a toothed belt of this fabric is formed as a blended fabric based on a polyamide fabric, in which the weft threads in the circumferential / longitudinal direction of the belt completely or partially Threads of polyetheretherketone (PEEK), polyimide (PI) and / or meta-aramid are replaced and / or modified with PEEK, PI and / or meta-aramid.
  • PEEK polyetheretherketone
  • PI polyimide
  • meta-aramid meta-aramid
  • the base fabric is a polyamide 6.6 stretch fabric.
  • this base fabric preferably 2 to 70% and preferably 5 to 50% or more preferably 5 to 20% of the weft threads are replaced by threads or yarns of polyetheretherketone, polyimide and / or meta-aramid, based on their number.
  • the said proportion of the replaced weft threads may consist of one of the materials or a mixture of these materials with or without polyamide.
  • the polyamide wefts can be replaced so that multiple yarns or filaments of the various materials mentioned can be substituted for polyamide weft yarns or filaments.
  • the polyamide weft yarns may be wholly or partially and preferably 2 to 70%, more preferably 5 to 50%, more preferably 5 to 20% modified with polyetheretherketone, polyimide and / or meta-aramid.
  • This can be provided in the form that the weft threads altogether consist of a polyamide modified with PEEK, PI and / or meta-aramid in the form of polymer blends or copolymers.
  • the modification of the weft threads can also be provided so that individual yarns twisted within a yarn are replaced by those made of PEEK, PI and / or meta-aramid, preferably in the stated proportions.
  • the tooth pad can be coated on at least one side, one or more stages, preferably with an adhesion promoter and / or a vulcanizate, in order to increase the connection of the support to the tooth surface and / or to reduce wear and abrasion.
  • the invention further comprises a toothed belt equipped with a fabric support according to any one of claims 1 to 5.
  • Such a toothed belt is preferably a rubber toothed belt and in particular one in which at least the toothed belt part is a hydrogenated acrylonitrile butadiene rubber. Copolymer contains. Furthermore, it is preferred that the toothed belt for reinforcement at least a tensile strand, which preferably contains glass, carbon and / or aramid filaments in the form of cords.
  • the tooth pad according to the invention, the life of the toothed belt thus equipped at high temperatures (greater than 110 ° C) can be significantly increased and the failure mechanism Zahnabscherung be significantly delayed.
  • the belt back surface can be protected with another fabric.
  • Figure 1 shows a schematic sectional view of a toothed belt section.
  • toothed belt of which only a section is shown here, has a back 2 and a front, toothed part 3 with individual teeth 4 for engagement in the interdental spaces of a counterpart, not shown.
  • a Switzerland of individual tensile strands 5, for example, glass cord, steel cord, carbon or aramid cord.
  • the toothed surface of the front or upper part 3 of the belt is covered with a tooth pad 6, which is in the form of a fabric with warp threads 62 and weft threads 64.
  • the weft threads therefore extend in the longitudinal direction of the belt, which is often formed as an endless belt, as being parallel to the tension cords 5.
  • weft yarns of the polyamide 6.6 stretch fabric was replaced in this example by PEEK yarns of the corresponding thickness (yarn thickness), while the remaining ones Weft threads continue to consist of PA6.6, as well as the warp threads 62.
  • Toothed belts with replacement of PA wefts of 5%, 8.5%, 10% and 20% by a PEEK weft yarn were measured and rated as good, with the use of higher shares depending on the intended application of the timing belt readily possible.
  • a maximum force test is performed on a conventional timing belt according to the invention.
  • an electrically towed distributor injection pump motor is used, the speed of which is stable in the art is readjusted that a maximum torque acts on the belt.
  • the test is carried out in a heating chamber whose temperature is controlled so that the belt temperature is 160 ° C.
  • the idle torque of the belt is 350N.
  • the test straps are 15 mm wide.
  • a series toothed belt consisting of a PA6.6 fabric, a glass cord pull cord and a HNBR rubber compound is compared to a belt in which part of the weft threads in the tooth pad have been replaced by PEEK yarns.

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Abstract

Ein Gummizahnriemen (10) auf HNBR-Basis mit Glascordverstärkung (5) besitzt eine modifizierte Zahnauflage (6) aus Polyamid6.6-Gewebe, bei dem die Schussfäden (64) in Umfangs/Längsrichtung des Riemens ganz oder teilweise durch Garne aus Polyetheretherketon (PEEK), Polyimid (PI) und/oder meta-Aramid ersetzt oder mit PEEK, PI und/oder meta-Aramid modifiziert sind.

Description

Beschreibung
Zahnriemen mit Zahnauflage aus Gewebe
Die Erfindung betrifft einen Zahnriemen mit einer Zahnauflage aus einem Gewebe und eine zugehörige Zahnauflage.
Zahnriemen werden in erster Linie als Kraftübertragungsriemen (Transmissionsriemen) eingesetzt. Dabei greifen die Zähne des Zahnriemens in die Zahnzwischenräume eines Gegenriemens oder einer Zahnscheibe ein, um so eine Kraftübertragung zu bewirken. Zahnriemen werden häufig bei Synchronriementrieben oder positiven Antriebsriementrieben verwendet und dienen beispielsweise zur Synchronisation zweier rotierender Wellen.
Im Automobilbereich werden für die Zahnriemen häufig Standardgummizahnriemen verwendet, die im Allgemeinen einen rückwärtigen Bereich, einen gezahnten vorderen Bereich und eine dazwischen liegende Zugträgerlage beispielsweise aus Stahl- oder Glascord aufweisen. Der gezahnte vordere Bereich besteht häufig aus einem Vulkanisat auf HNBR-Basis, d.h. es ist ein hydriertes Acrylnitril-Butadien-Copolymerisat enthalten, das die üblichen Zuschlagstoffe enthält. Die Ansprüche an derartige Zahnriemen in Bezug auf ihre mechanische und thermische Belastbarkeit steigen mit der Leistung der Maschinen, in denen sie eingesetzt werden sollen. Lange Haltbarkeit und hohe mechanische Belastbarkeit in einem weiten Temperatureinsatzbereich sind daher unerlässlich. Beispiele für derzeit gebräuchliche Zahnriemen sind in der WO 00/29762 und dem U.S. Patent 4,775,357 beschrieben.
Zur Erhöhung vor allem der mechanischen Stabilität der Zähne des Zahnriemens kann eine Zahnauflage in Form einer im Allgemeinen durchgehenden und Zähne und Zahnzwischenräume vollständig abdeckenden Auflage auf der gezahnten Oberfläche des Zahnriemens vorgesehen sein. Diese Zahnauflage kann aus einer Beschichtung beispielsweise aus einem modifizierten Vulkanisat bestehen, oder sie kann vorzugsweise aus einem Gewirk oder Gewebe gebildet werden. In der Praxis sehr bewährt hat sich eine Auflage von Polyamid6.6-Stretchgewebe, das gute mechanische Eigenschaften und gute Haftungseigenschaften zur Gummimischung zeigt. Das Polyamidgewebe hat jedoch den Nachteil, dass es bei Betrieb der Zahnriemen über längere Zeit bei hohen Temperaturen (oberhalb 110 0C) thermisch geschädigt wird, so dass Zahnabscherung und dadurch bedingte Frühausfälle des ganzen Zahnriemens begünstigt werden.
Da die Motorleistung im Kraftfahrzeugbereich ständig steigt und die Motoren zur Verringerung von Geräuschen immer stärker gekapselt werden, werden auch die Zahnriemen immer höheren Temperaturen ausgesetzt, so dass ein dringendes Bedürfnis nach besser und langfristig hochtemperaturbeständigen Gewebezahnauflagen für Zahnriemen besteht.
Es wurde daher, wie beispielsweise in der WO 00/29762 bereits vorgeschlagen, andere Auflagen als Polyamidgewebe zu verwenden. Hierbei müssen jedoch Nachteile im Vergleich zu den ausgezeichneten mechanischen und haftungs gebenden Eigenschaften des Polyamids in Kauf genommen werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, die Probleme in Stand der Technik zu vermeiden und eine Zahnauflage für einen Zahnriemen zur Verfügung zu stellen, die die Temperaturbeständigkeit des Zahnriemens erhöht und Ausfallerscheinungen verhindert, und zwar bei weitgehend erhaltenen mechanischen Eigenschaften.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, dass bei einer Zahnauflage der oben genannten Art aus Gewebe zur Abdeckung der gezahnten Oberfläche eines Zahnriemens dieses Gewebe als ein Mischgewebe auf Basis eines Polyamidgewebes ausgebildet ist, bei dem die Schussfäden in Umfangs/Längsrichtung des Riemens ganz oder teilweise durch Fäden aus Polyetheretherketon (PEEK), Polyimid (PI) und/oder meta-Aramid ersetzt und/oder mit PEEK, PI und/oder meta-Aramid modifiziert sind.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass die Temperaturresistenz und Beständigkeit eines Zahnriemens mit einer Zahnauflage aus einem Polyamidgewebe bereits dadurch in erstaunlichem Ausmaße verbessert werden kann, dass ausschließlich die Schussfäden, die als Einzelfäden oder als gezwirnte Garne vorliegen können, ganz oder teilweise durch Fäden bzw. Garne aus den oben genannten Materialien oder Mischungen davon ersetzt werden oder mit diesen Materialien modifiziert sind. Die Modifikation soll dabei nicht in einer Beschichtung oder Ausrüstung bestehen, da hierdurch die guten mechanischen Eigenschaften des PA beeinträchtigt werden könnten. Wenigstens die Kettfäden oder vorzugsweise auch ein weiterer Teil der Schussfäden besteht weiterhin aus Polyamid, um dem Auflagegewebe, die damit verbundenen positiven Eigenschaften in genügendem Umfang zu verleihen.
Vorzugsweise ist das Basisgewebe ein Polyamid6.6-Stretchgewebe.
In diesem Basisgewebe werden vorzugsweise 2 bis 70 % und hiervon bevorzugt 5 bis 50 % oder weiter vorzugsweise 5 bis 20 % der Schussfäden bezogen auf ihre Anzahl durch Fäden oder Garne aus Polyetheretherketon, Polyimid und/oder meta-Aramid ersetzt. Dabei kann der genannte Anteil der ersetzten Schussfäden aus einem der Materialien oder einer Mischung aus diesen Materialien mit oder ohne Polyamid bestehen. Weiterhin können die Polyamid-Schussfäden so ersetzt werden, dass mehrere Garne oder Fäden aus den verschiedenen genannten Materialien in Ersatz für Polyamid-Schussgarne oder — fäden eingesetzt werden können.
In einer alternativen Ausführungsform können die Schussfäden aus Polyamid ganz oder teilweise und vorzugsweise zu 2 bis 70 %, weiter vorzugsweise 5 bis 50 %, weiter vorzugsweise 5 bis 20 % mit Polyetheretherketon, Polyimid und/oder meta-Aramid modifiziert sein. Dies kann in der Form vorgesehen sein, dass die Schussfäden insgesamt aus einem mit PEEK, PI und/oder meta-Aramid in Form von Polymermischungen oder -Copolymeren modifizierten Polyamid bestehen. Die Modifikation der Schussfäden kann auch so vorgesehen sein, dass einzelne innerhalb eines Garns verzwirnte Fäden durch solche aus PEEK, PI und/oder meta-Aramid ersetzt werden, und zwar vorzugsweise in den genannten Anteilen.
Zusätzlich kann zur Erhöhung der Verschleißbeständigkeit vorgesehen sein, dass weiterhin Teile der Polyamidschussfäden durch Garne oder Einzelfäden aus PTFE ersetzt oder mit PTFE modifiziert sind oder dass das Gewebe eine PTFE-Präparation enthält.
Ergänzend kann die Zahnauflage wenigstens einseitig, ein- oder mehrstufig beschichtet sein, vorzugsweise mit einem Haftvermittler und/oder einem Vulkanisat, um die Anbindung der Auflage an die Zahnoberfläche noch zu erhöhen und/oder den Verschleiß und Abrieb zu verringern.
Die Erfindung umfasst weiterhin einen mit einer Zahnauflage aus Gewebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ausgerüsteten Zahnriemen.
Ein solcher Zahnriemen ist vorzugsweise ein Gummizahnriemen und insbesondere ein solcher, bei dem wenigstens der gezahnte Riementeil ein hydriertes Acrylnitril-Butadien- Copolymer enthält. Weiterhin ist bevorzugt, dass der Zahnriemen zur Verstärkung wenigsten einen Zugstrang, der vorzugsweise Glas-, Carbon- und/oder Aramidfilamente in Form von Corden, enthält. Durch die erfindungsgemäße Zahnauflage kann die Lebensdauer des damit ausgerüsteten Zahnriemens bei hohen Temperaturen (größer 110 °C) erheblich gesteigert und der Ausfallmechanismus Zahnabscherung deutlich verzögert werden.
Zusätzlich kann die Riemenrückenfläche mit einem weiteren Gewebe geschützt sein.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben.
Abbildung 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Zahnriemenabschnitts.
Der im ganzen mit 10 bezeichnete Zahnriemen, von dem hier nur ein Ausschnitt gezeigt ist, besitzt eine Rückseite 2 und einen vorderen, gezahnten Teil 3 mit einzelnen Zähnen 4 zum Eingriff in die Zahnzwischenräume eines nicht dargestellten Gegenparts. Zwischen der Rückseite 2 und dem vorderen Teil 3 des Riemens befindet sich eine Zugträgerlage aus einzelnen Zugsträngen 5 beispielsweise aus Glascord, Stahlcord, Carbon- oder Aramidcord. Die gezahnte Oberfläche des vorderen oder oberen Teils 3 des Riemens ist mit einer Zahnauflage 6 abgedeckt, die in Form eines Gewebes mit Kettfäden 62 und Schussfäden 64 ausgebildet ist. Die Schussfäden erstrecken sich demnach in Längsrichtung des häufig als Endlosband ausgebildeten Riemens, als parallel zu den Zugsträngen 5. Ein Teil der Schussgarne des Polyamid6.6-Stretchgewebes wurde in diesem Beispiel durch PEEK-Garne der entsprechenden Stärke (Garndicke) ersetzt, während die übrigen Schussfäden weiterhin aus PA6.6 bestehen, ebenso wie die Kettfäden 62.
Beispiele
Zahnriemen mit einem Ersatz der PA-Schussfäden zu 5 %, 8,5 %, 10 % und 20 % durch ein PEEK-Schussgarn wurden vermessen und als gut bewertet, wobei der Einsatz höherer Anteile je nach geplantem Anwendungszweck des Zahnriemens ohne weiteres möglich ist.
Vergleichstests
Es wird ein Maximalkrafttest an einem herkömmlichen und einem der Erfindung entsprechenden Zahnriemen durchgeführt. Hierzu wird ein elektrisch geschleppter Verteiler-Einspritzpumpen-Motor verwendet, dessen Drehzahl beständig in der Art nachgeregelt wird, dass ein maximales Drehmoment auf den Riemen wirkt. Der Test wird in einer Heizkammer durchgeführt, deren Temperatur so geregelt wird, dass die Riementemperatur 160 °C beträgt. Die Ruhetrumkraft des Riemens beträgt 350N. Die Testriemen sind 15 mm breit.
Ein Serienzahnriemen, bestehend aus einem PA6.6-Gewebe, einem Zugstrang aus Glascord und einer HNBR-Gummimischung wird mit einem Riemen verglichen, bei dem in der Zahnauflage ein Teil der Schussfäden durch PEEK-Garne ersetzt worden sind.
Ergebnisse
Figure imgf000007_0001

Claims

Patentansprüche
1. Zahnauflage (6) aus Gewebe zur Abdeckung der gezahnten Oberfläche eines Zahnriemens (10), dadurch gekennzeichnet, dass das Gewebe ein Mischgewebe auf Basis eines Polyamidgewebes ist, bei dem die Schussfaden (64) in
Umfangs/Längsrichtung des Riemens ganz oder teilweise durch Fäden aus Polyetheretherketon (PEEK), Polyimid (PI) und/oder meta-Aramid ersetzt oder mit PEEK, PI und/oder meta-Aramid modifiziert sind.
2. Zahnauflage (6) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyamidgewebe ein PA6.6-Stretchgewebe ist.
3. Zahnauflage (6) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass 2 bis 70 %, vorzugsweise 5 bis 50 %, weiter vorzugsweise 5 bis 20 % der Schussfaden (64), bezogen auf ihre Anzahl, ersetzt sind.
4. Zahnauflage (6) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schussfäden (64) zu 2 bis 70 %, vorzugsweise 5 bis 50 %, weiter vorzugsweise 5 bis 20 % mit PEEK, PI und/oder meta-Aramid modifiziert sind.
5. Zahnauflage (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schussfaden (64) in Umfangs/Längsrichtung des Riemens zusätzlich teilweise durch Fäden aus PTFE ersetzt oder mit PTFE modifiziert sind.
6. Zahnauflage (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischgewebe wenigstens einseitig, ein- oder mehrstufig beschichtet ist, vorzugsweise mit Haftvermittler und/oder einem Elastomer.
7. Zahnriemen (10) mit einer Zahnauflage (6) aus Gewebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
8. Zahnriemen (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens der gezahnte Riementeil (3) ein hydriertes Acrylnitril-Butadien-Copolymer enthält.
9. Zahnriemen (10) nach Ansprach 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass er zur Verstärkung wenigstens einen Zugstrang (5), vorzugsweise Glas-, Carbon- und/oder Aramidfilamente enthält.
10. Verwendung eines Gewebes auf Polyamidbasis zur Abdeckung der gezahnten Oberfläche eines Zahnriemens (10), dadurch gekennzeichnet, dass das Gewebe ein Polyamid-Mischgewebe ist, bei dem die Schussfaden (64) in Umfangs/Längsrichtung des Riemens (10) ganz oder teilweise durch Fäden aus Polyetheretherketon (PEEK), Polyimid (PI) und/oder meta-Aramid ersetzt oder mit
PEEK, PI und/oder meta-Aramid modifiziert sind.
11. Verwendung nach Ansprach 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyamidgewebe ein PA6.6-Stretchgewebe ist.
12. Verwendung nach Ansprach 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass 2 bis 70 %, vorzugsweise 5 bis 50 %, weiter vorzugsweise 5 bis 20 % der Schussfäden (64), bezogen auf die Anzahl der Schussfäden, ersetzt sind.
13. Verwendung nach Ansprach 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schussfäden (64) zu 2 bis 70 %, vorzugsweise 5 bis 50 %, weiter vorzugsweise 5 bis 20 % mit PEEK, PI und/oder meta-Aramid modifiziert sind.
14. Verwendung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schussfäden (64) im Umfangs/Längsrichtung des Riemens zusätzlich teilweise durch Fäden aus PTFE ersetzt oder mit PTFE modifiziert sind.
15. Verwendung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischgewebe wenigstens einseitig, ein- oder mehrstufig beschichtet ist, vorzugsweise mit einem Haftvermittler und/oder einem Elastomer.
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