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Die vorliegende Erfindung betrifft
im allgemeinen einen Zahnriemen und insbesondere einen Zahnriemen
mit verbesserten Hitze-, Biege- und Verschleiß- Festigkeiten. Diese Verbesserungen
werden erreicht durch Verwendung von einem hydrierten Nitrilkautschuk-Latex
oder chlorsulfoniertem Polyethylen-Latex zum Überziehen der in den Riemen
eingebetteten Faserkabel.
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Zahnriemen mit Zahnelementen und
einer Kautschukschicht, die gebildet ist aus einer Gummimischung
mit Chloropren als Hauptkomponente, einem mit einem Resorcin-Formalin-Latex (RFL)
haftend verbundenen Faserkabel und zahnüberdeckendem Fasermaterial
sind bekannt. Das Kabel (oder der Kern) kann aus einem Glasfaserkord
oder Aramidfaserkord aus Glas- oder Aramidfasern bestehen. Gekräuselte Nylöngarne können in
der Längsrichtung
des Riemens als Füllstoffe
eingesetzt werden. Die Riemen können
10 bis 20 Korde mit einem Abstand von 0,8 bis 1,5 mm enthalten.
Gewöhnlich
sind die Zähne
bedeckt mit einem Gewerbematerial aus Nylon 6,6. Diese Riemen können in
Automobilen verwendet werden.
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Die Umgebungstemperaturen, denen
Kraftfahrzeug-Riemen eines obenliegenden Nockenantriebs ausgesetzt
sind, wurden mehr und mehr vorangetrieben, nachdem die Maschinenteile
kompakter wurden und auch die Annährerung an verstärkte Treibstoffsysteme,
wie Treibstoffeinspritzung hinzukam. Dadurch wurden die Umgebungstemperaturen
, denen der Riemen in dem Motorenteil ausgesetzt ist, erhöht. Übliche Zahnriemen
aus Chloropren erleiden oft ein Einreißen und/oder Abbrechen der
Kautschukoberfläche
oder Zähne
oder Zerstörung
des Kords durch Biegen bei hohen Temperaturen. Der Riemen reißt daher
unter diesen Bedingungen des öfteren.
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Aufgrund der Anforderungen für eine größere Oberflächenhaltbarkeit
der Zahnriemen im allgemeinen und der Kraftfahrzeug-Zahnriemen insbesondere,
wird sowohl hydrierter Nitrilkautschuk (HNBR), hergestellt durch
Hydrieren von Acrylnitril-Butadien-Copolymeren,
oder chlorsulfoniertes Polyethylen (CSM) als Hauptkomponente verwendet.
Die Verwendung eines solchen Kautschuks ist in der
JA-OS 62-159827 geoffenbart.
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Korde werden üblicherweise behandelt mit
einer RFL-Flüssigkeit,
in der die Latexkomponente ein emulgierter Latex von einem Vinylpyridin-Styrol-Butadien- Terpolymer als Hauptbestandteil
und einem damit vermischten Copolymer ist. Indessen treten bei Glasfaserkorden
und Aramidfaserkorden die mit diesem RFL-Latex behandelt wurden,
beim Härten
der darauf aufgetragenen RFL-Flüssigkeit
im Zuge der Vulkanisation – wie
gegenwärtig
angenommen, durch die Zersetzung der organischen Peroxide bedingt – Radikale
auf, die eine zu weitgehende Vernetzung verursachen. Das Härten führt dadurch
zu einem Nachlassen der Flexibilität. Wenn der Riemen bei der
Verwendung gebogen wird, tritt oftmals ein Brechen der Fasern ein,
das zu einem vorzeitigen Brechen des Riemens und Abnahme der Zugfestigkeit
des Riemens führt.
Insbesondere sind Glasfasern, die weniger flexibel sind als Aramidfasern,
anfällig
für Fehler.
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So wird in der
EP 0 353 473 A1 Verfahren
zum Einbinden von Fasern in Nitrilkautschuk offenbart, bei dem die
Fasern zunächst
mit einem Aktivierungsmittel behandelt werden, das aus der Gruppe
Polyisocyanate, Epoxyverbindungen und Silankupplungsmittel besteht.
Im zweiten Schritt werden die Fasern dann in eine Resorcin-Formalin-Latex-Flüssigkeit
getaucht. In einem weiteren Schritt werden die Fasern mit einem
Klebstoff behandelt, wonach dann mit hydriertem Nitril-Kautschuk
vulkanisiert wird.
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Aus der
EP 0 440 425 A1 ist ein
Kraftübertragungsriemen
bekannt; bei dem der Kautschuk im Zahnbereich im wesentlichen lateral
orientierte Fasern enthält,
die mit einer Resorcin-Formalin-Latex-Flüssigkeit behandelt worden sind,
wobei es sich bei der Latexkomponente um hydrierten Acrylnitril-Butadien-Kautschuk handelt,
bei dem mehr als 80 % der Doppelbindungen hydriert worden sind.
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Die
US
4,448,621 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines
Zahnriemens aus einem elastomeren Material. Die Zähne können mit
einem Gewebe aus Garnen bedeckt sein, wozu beispielsweise Polyester, Baumwolle,
Rayon, Nylon, Aramid zählen.
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Die Kautschukzusammensetzung im Rückenteil
und/oder den Zahnelementen, die Adhäsionsbindung der Glasfaser-
oder Aramidfaser-Korde und des die Zähne überdeckenden Gewebematerials
stehen in nahem Zusammenhang und wirken zusammen in dem Einfluß auf die
Oberflächenhaltbarkeit
des Riemens. Z. B. wurden bei einigen Versuchen, bei denen Zahnriemen
in einer hohen Umgebungstemperatur liefen, RFL-Flüssigkeiten,
die auf die Glas- oder Aramidfaser-Korde aufgebracht wurden, selbst
dann hitzegealtert, wenn die verwendete Kautschukzusammensetzung
aus hitzefestem HNBR oder CSM-Kautschuk bestand. Der Kord und die
Kautschukzusammensetzung trennten sich voneinander aufgrund der
durch die Hitzealterung verursachten Verminderung der Bindungsfestigkeit.
Darüberhinaus
wurde die Biegefestigkeit des Riemens wesentlich herabgesetzt.
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Unter hohen Last- und Spannungs-Bedingungen
stehende Riemen benötigen
eine geeignete Verstärkung
des Überzugsgewebes.
Bei einer hohen Umgebungstemperatur kann das die Stegwand des Zahns
bedeckende Gewebe, das mit dem Scheibenzahn in Berührung kommt,
früh ermüden, was
zu einem Einreißen der
Zahnflanke und Ausfall des Riemens führt. Insoweit sorgt das Gewebe
nicht hinreichend für
den Schutz des Zahns.
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Die vorliegende Erfindung ist auf
die Lösung
dieser Probleme gerichtet; ein erster Gegenstand der Erfindung ist
die Bereitstellung eines Zahnriemens, der eine gute Hitze-, Biege-
und Abrieb-Festigkeit während des
Betriebs unter hohen Temperaturen sicherstellt und gute Betriebssicherheit
während
langer Zeit beibehält.
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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen Zahnriemen mit den Merkmalen von Patentanspruch 1. Die Erfindung
betrifft ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung eines Zahnriemenes
nach Patentanspruch 5.
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Gemäß der Erfindung hat der Zahnriemen
Zähne,
die in der Längsrichtung
des Riemens angeordnet sind und sich aus einer Fläche des
Rückenteils
erheben. Faserkorde
sind in den Rückenteil eingebettet. Die Zähne sind
bedeckt mit einem zahnüberdeckenden
Gewebe. Die Zähne
und das Rückenmaterial
sind vorzugsweise hergestellt aus einem elastomeren Material mit
einem Gehalt an einem hydrierten Acrylnitril-Butadien-Kautschuk
(HNBR), bei dem mehr als 80 % der Doppelbindungen in dem Molekülen des
Acrylnitril-Butadien-Copolymeren hydrier sind, oder einem chlorsulfonierten
Polyethylenkautschuk (CSM), wobei der Kautschuk vorzugsweise mit
einem organischen Peroxid vernetzt ist. Der Kern kann ein Glasfaser-Kord
oder ein Aramidfaser-Kord sein, auf den eine Resorcin-Formalin-Latex
(RFL)-Flüssigkeit
aufgetragen ist. Der Latex besteht zu wenigstens 60 % aus einem
hydrierten Acrylnitril-Butadien-Latex,
in dem mehr als 80 % der Doppelbindungen in den Molekülen des
Acrylnitril-Butadien-Copolymeren hydriert sind, oder einem chlorsulfonierten Polyethylenlatex.
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Das zahnbedeckende Gewebe ist ein
Stramin (Kanevas), der hergestellt ist aus Garnen mit einem Gehalt
an mehr als 50 Vol.-Prozent an Aramidfaser in der Längsrichtung
des Riemens.
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1 ist
eine perspektivische Schnittansicht, die einen Zahnriemen gemäß der Erfindung
zeigt,
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2 ist
eine schematische Darstellung eines multiaxialen Antriebtestgeräts.
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1 erläutert einen
Zahnriemen 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung mit mehreren Zähnen 2,
die in der Längsrichtung
des Riemens angeordnet sind und sich aus einer Fläche des
Rückenmaterials 4,
in dem die Faser-Korde 3 (nur einer ist gezeigt) eingebettet
sind, erheben. Die Zähne 2 sind
mit einem daran gebundenen zahnbedeckenden Gewebe 5 überzogen.
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Der Kautschuk des Rückenmaterials 4 und
der Zähne 2 kann
aus einem hydrierten Acrylnitril-Butadien-Kautschuk (HNBR) oder
chlorsulfoniertem Polyethylenkautschuk (CSM) bestehen. Der HNBR
ist hergestellt durch eine solche Hydrierung, daß mehr als 80 %, vorzugsweise
mehr als etwa 99 % der Döppelbindungen
des Acrylriitril-Butadiens
nicht mehr vorliegen. Wenn weniger als 80 % der Doppelbindungen
hydriert werden, hat der HNBR nur eine sehr geringe Hitzefestigkeit
und Ozonresistenz.
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Um den HNBR oder CSM zu vernetzen,
wird ein organisches Peroxid verwendet, das keine überschüssige Vernetzungsreaktion
bei den unter den Verfahrensbedingungen herrschenden Temperaturen,
etwa im Bereich von 120 bis 130° C
hervorruft. Ein bevorzugtes Peroxid ist ein jedes Dialkylperoxid
mit einer Halbwertszeit von etwa 10 Stunden und einer Zersetzungstemperatur
von nicht weniger als 80°C.
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Beispiele geeigneter Dialkylperoxide
sind: Di-tert.butylperoxid, Di-tert.butylcumylperoxid , Dicumylperoxid,
2,5-Dimethyl-2,5-di(tert.butylperoxy)hexan,
Benzoylperoxid, α,α'-Bis-(tert.butylperoxyisopropyl)benzol und
dgl.
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Das organische Peroxid wird in einer
Menge im Bereich von 1/10 bis 1/100 Mol eingesetzt.
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Mit einer Resorcin-Formalin-Latex
(RFL)-Flüssigkeit
mit einem Gehalt an HNBR oder CSM-Latex überzogene Korde zeigen – so wurde
gefunden – vermindertes
Härten
während
der Riemenvulkanisation. Weiterhin wurde gefunden, daß die so
RFL überzogenen
Korde ausgezeichnete Biegeeigenschaften aufweisen. Es wird gegenwärtig angenommen,
daß diese
Ergebnisse hervorgerufen werden durch die Unterschiede in der Vernetzungswirkung
der organischen Peroxide auf die Polymertypen, die als Latexkomponente
in der RFL-Flüssigkeit
verwendet werden. Bei konventionellen Riemen mit einem konventionellen
Latex aus einem Vinylpyridin- oder Styrol-Butadien-Kautschuk führt die
normale Menge an dem zur Vernetzung der Grundkautschukkomponente
verwendeten Peroxid zu einem Vernetzen vom Latex mit sich selbst
und mit der Kautschukkomponente. Die Vernetzungseffizienz vom üblichen
Latex in der RFL-Flüssigkeit
ist hoch. Im Gegensatz dazu hat der hier beschriebene HNBR oder
CSM keine so hohe Vernetzungswirkung. Chloropren-Kautschuk, Nitril-Kautschuk, Isopren-Kautschuk
oder Nitril-Butadien-Kautschuk haben Vernetzungseigenschaften, die
gleich oder niedriger sind als die vom Kautschuk für den Riemen,
weisen jedoch keine ausreichende Hitzebeständigkeit auf und sind daher
ungeeignet für
Zahnriemen-Anwendungen.
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Wenigstens etwa 60 Gew.-% vom Latex
in der RFL-Flüssigkeit
bestehen aus dem HNBR, in dem mehr als 80 % der Doppelbindungen
hydriert sind, oder aus CSM. Falls die RFL-Flüssigkeit weniger als 60 Gew.-% an
diesen Latices enthält,
führt dies
zu einer Verminderung der Biegefestigkeit des Kords. Die Verwendung
der spezifizierten Latices in einer Menge von wenigstens 60 Gew.-%
vom Latex in der RFL-Flüssigkeit
führt zu
einer Erhöhung
der Lebensdauer der aus einem peroxid-vernetzten Kautschuk hergestellten
Zahnriemen. Die Zahnriemen besitzen eine größere Hitze- und Biege-Festigkeit.
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Im Falle von höhreren Beanspruchungen und
Spannugen erfordernden Bedingungen ist das zahnbedeckende Gewebematerial
einen erhöhten
Abrieb ausgesetzt, der ein Reißen
der Zahnflanken verursachen kann, das evtl. zu einem Verlust der
Riementauglichkeit führt.
Es wurde gefunden, daß eine
verbesserte Abriebfestigkeit und eine erhöhte Beständigkeit gegen das Brechen
der Zähne
erhalten werden kann bei Verwendung eines Kanevas als zahnbedeckendes
Gewebematerial.
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Ein üblicher Kanevas wird hergestellt
durch Einbringen von Garnen mit einem Gehalt von mindestens 50 Vol.-%
an Aramidfasern in der Längsrichtung
des Riemens. Die Aramidfaser kann ein Multifilamentgarn aus para-artigen
Filamenten, wie sie unter den Handelsnamen Kevlar, Technola und
Taolon erhältlich
sind, oder ein Spinngarn aus meta-artigen Fasern, wie den unter
den Handelsnamen Nomex und Cormex erhältlichen, sein. Die Aramidfasern
vom Kanevas können
alleine, als ein Doppel- und Twist-Garn zusammen mit anderen Fasern
verwendet werden oder Aramidgarn und andere Fasergarne können alternierend
durchstoßen
sein. Der Anteil an den Aramidfasern in der Längsrichtung des Riemens beträgt mehr
als 50 Vol.-%, ohne Beschränkung
in Bezug auf die Anordung der Fasern.
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Der Kanevas wird behandelt mit der
vorzugsweise einen HNBR oder CSM-Latex enthaltenden RFL-Flüssigkeit
oder mit einem Isocyanat oder Epoxid. Der Kanevas wird dann mit
dem Riemen verbunden.
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Andere Komponenten, die in dem Kautschuk
des Rückenteils
und der Zähne
vorliegen können,
sind Antioxydantien, wie 2-Mercaptobenzoimidazol, die die Reaktion
der organischen Peroxide nicht wesentlich inhibieren, Verstärkungsmittel,
wie Ruß,
Weichmacher oder Co-Vernetzungsmittel, wie Trimethylolpropan- tri-methacrylat.
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Die Zahnelemente und das Rückenmaterial
werden aus einem elastischen Material, wie HNBR, in dem mehr als
80 %, vorzugsweise mehr als 90 % der Doppelbindungen in den Molekülen des
Acrylnitril-Butadien-Copolymeren hydriert sind, oder CSM hergestellt;
die Kords sind überzogen
mit einer RFL-Flüssigkeit,
in der der Latex zu wenigstens 60 Gew.-% aus einem ähnlichen
HNBR oder CSM-Latex besteht. Der erhaltene Riemen hat mit einem
Kautschuk überzogene
Kerne und bleibt flexibel; demzufolge kann der Riemen auf mehreren
Achsen angetrieben werden und behält gute Zugfestigkeiten während des
Betriebs. Der Riemen weis eine hohe Hitze- und Biege-Festigkeit auf.
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Das Verfahren zur Herstellung der
Zahnriemen umfass folgende Stufen:
Bereitstellung eines Kautschukmaterials
für den
Rücken
in unvulkanisiertem Zustand und wenigstens eines Kerns für die Einbettung
in das Rückenmaterial, Überziehen
mindestens eines Kerns mit einer RFL-Flüssigkeit, in der der Latex
wenigstens etwa 60 Gew.-% HNBR oder CSM enthält, Wickeln des überzogenen
Kerns um das Rückenmaterial
und Vulkanisieren des Kautschuks vom Rückenmaterial.
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Die folgenden Beispiele dienen der
Erläuterung
der Erfindung und sollen diese nicht einschränken.
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Beispiele 1 bis 8 (Referenz)
und Vergleichsbeispiele 1 bis 6
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Riemen, die mit RFL überzogene
Kerne und Riemen mit einem Gehalt an mit üblichem RFL behandelten Kernen.
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Riemen mit Glaskernen, die mit einer
RFL-Flüssigkeit
behandelt wurden, die zu 60 Gew.-% des Latexbestandteils ein Acrylnitril-Butadien-Copolymer
mit einer Hydrierung von mindestens 80 % der Doppelbindungen als
HNBR oder einen Latex aus chlorsulfoniertem Polyethylen (CSM) enthielten,
wurden hergestellt. Vergleichsriemen wurden hergestellt unter Verwendung
von Glaskernen, die mit einer üblichen
RFL-Flüssigkeit – die also
keinen HNBR oder CSM als 60 %-igen Latexbestandteil enthielten – behandelt
waren.
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Stränge mit einem Durchmesser von
9 mm wurden hergestellt aus etwa 200 Glasfaserfilamenten, die schmelzgesponnen
und mit einem Silankupplungsmittel oberflächenbehandelt waren. Drei Stränge wurden miteinander
zusammengeschlossen und in eine der RFL-Flüssigkeiten, deren Zusammensetzung
in der nachstehenden Tabelle I festgelegt ist, getaucht. Eine jede
der RFL-Flüssigkeiten
enthielt auch 110 Gewichtsteile (GT) an Resorcin, 81 GT Formalin
(37 % Festkörper),
1,0 GT kaustische Soda und 5.550 GT Wasser. Die überzogenen Stränge wurden
bei einer Temperatur von 130°C
während
2 Minuten getrocknet und dann bei einer Temperatur von 250 bis 300° C während 2
Minuten gebrannt. Die getrockneten Stränge wurden einer ersten Zwirnung
unterworfen, wobei erste gedrehte Garne mit 12 Umdrehungen pro 10
cm in der S-Richtung und erste gedrehte Garne mit 12 Umdrehungen
pro 10 cm in der Z-Richtung erhalten wurden. Dreizehn der in S-Richtung
gedrehten ersten Twistgarne wurden miteinander verbunden und gaben
ein Endtwist in Z-Richtung mit 8 Drehungen pro 10 cm. Dreizehn der
in Z-Richtung gedrehten ersten Twistgarne wurden miteinander verbunden
und gaben ein Endtwist in S-Richtung mit 8 Drehungen pro cm. Zur
Erleichterung der Bindung der RFL-behandelten Glasfaserkorde mit
anderen Teilen des Riemens wurden die Korde in eine Überzugsflüssigkeit
eingetaucht, die hergestllt war durch Auflösen von 6,7 Gew.-% einer Kautschukzusammensetzung
in 3,3 Gew.-% Methylethylketon als Lösungsmittel und Zugabe von
90 Gew.-% Polyphenylisocyanat als Isocyanat. Die Kord wurden dann
getrocknet zur Gewinnung der Glasfaserkorde für die Riemenkerne. Die Riemen
enthielten als Kerne den S-Endtwistkord und den Z-Endtwistkord, die
miteinander verdreht waren.
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TABELLE I
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Das zahnbedeckende Gewebematerial
wurde gemäß der folgenden
Arbeitsweise hergestellt. Ein 6,6-Nylon-Kettgarn in der Stärke von
210 den und ein Twistgarn aus zwei 6,6-Nylon-Garnen in der Stärke von 140
den und einem gestrichenen elastischen Urethangarn in der Stärke von
140 den als Weftgarn wurden verwendet zum Weben eines Kanevas mit
einer Twillbindung. Der Aufbau des gewebten Kanevas war 6,6-Nylon (210 den/1 × (6,6-Nylon
140 den/2 + Urethan 140 den/ 1) / 1) /(250/5 cm × 130 cm/5 cm). Der gewebte
Kanevas wurde einer Unterwasser-Vibration unterworfen, bis er auf
die Hälfte
seiner Breite im Schlauchzustand geschrumpft war. Der Kanevas wurde
dann in eine Behandlungsflüssigkeit
eingetaucht, die erhalten war durch Auflösen von 6,7 Gew.-% der in der
nachfolgenden Tabelle II angeführten
Kautschukmischung A in 3,3 Gew.-% Methylethylketon und Zugabe von
90 Gew.-% Polyphenylisocyanat.
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Der so behandelte Kanevas wurde getrocknet
unter Bildung eines 0,9 mm dicken, als Zahnbedeckung geeigneten
behandelten Kanevas. Der Kanevas wurde eingesetzt mit der weft-seitigen
Ausrichtung zu der Längsrichtung
des Riemens.
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TABELLE
II Zusammensetzung
der Kautschukmischung A
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Die beim Antreiben untersuchten Riemen
wurden hergestellt unter Verwendung des oben beschriebenen Nylon-6,6-behandelten
Kanevas als Zahnüberzugsmittel
und entweder der hydrierten Nitril-Kautschuk enthaltenden Mischung
A gemäß der Tabelle
II, der vernetzt worden ist mit einem organischen Peroxid, oder
der hydrierten Nitril-Kautschuk Mischung B gemäß der nachfolgenden Tabelle
III, der vernetzt worden ist mit Schwefel und als Kautschuk sowohl
für die
Zahnelemente als auch für
den Rückenteil
gebraucht wird, sowie den oben beschriebenen wie üblich eingebrachten
Glasfaser-Korde im Rückenteil.
Bei dieser in üblicher
Weise erfolgten Einbringung werden die Kanevas, die Korde und der
unvulkanisierte Kautschuk schichtförmig in eine nutförmig ausgearbeiteten
Form eingebracht. Die Nuten sind senkrecht zu den Korden Der unvulkanisierte Kautschuk
wird dann vulkanisiert und füllt
die Nuten.
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Das Riemenformat der bei den Beispielen
und Vergleichsbeispielen verwendeten Riemen war 88 ZA 19 (Zahnform:
ZA-Typ; Anzahl der Zähne:
88, Riemenbreite: 19,1 mm; Zahnabstand: 9,525 mm). Jeder Riemen
für die
Beispiele und die Vergleichsbeispiele, mit Ausnahme der Riemen für die Beispiele
16 bis 23 sowie die Vergleichsbeispiele 15 bis 20, enthielten 13
Korde mit einem Kordabstand von 1,45 mm.
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TABELLE
III Zusammensetzung
der Kautschukmischung B
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Ein multiaxiales Antriebstestgerät, wie in 2 dargestellt, wurde für die Prüfung eines
jeden Riemens verwendet. Das multiaxiale Antriebstestgerät 10 umfaßt eine
Antriebsscheibe 12 mit 20 Zähnen (hier nicht gezeigt) und
drei Folgescheiben 14 mit jeweils 20 Zähnen (nicht
gezeigt), angeordnet in vertikal und horizontal gegenüberliegender
Beziehung mit einer Spannrolle 16 (Durchmesser 30 mm und
angeordnet zwischen benachbarten Scheiben). Jeder Zahnriemen wurde
um das Äußere der
Antriebs- und Folgescheiben gezogen, so daß der Riemen unter einer Spannung
von 50 kg stand.
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Die Ausgangszerreißfestigkeiten
eines jeden der in dem multiaxialen Testgerät für den Umlauf vorgesehenen Riemen
wurde bestimmt. Die Festigkeiten vor und nach dem Umlaufen im Testgerät wurden
ermittelt unter Verwendung einer Riemenprobe mit einer Länge von
35 mm und einem Selbstschreibgerät
mit einer 20 mm-Aufspannvorrichtung.
Die Kleinmen wurden auseinanderbewegt mit einer Geschwindigkeit
von 50 mm/min. Alle hier angeführten
Zerreißfestigkeiten
wurden auf diese Weise bestimmt.
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Jeder Riemen wurde während 500
Stunden unter den nachfolgenden Bedingungen betrieben: Temperatur:
100°C; Antriebsscheibengeschwindigkeit:
5.500 upm und axiale Belastung: 50 kg. Am Ende von dieser Zeit wurde
die Zerreißfestigkeit
im Anschluß an
den Versuch gemessen. Der Prozentwert der beibehaltenen Zerreißfestigkeit
wurde berechnet durch Division der nach dem Versuch gefundenen Festigkeit
durch die Ausgangsfestigkeit und Multiplikation mit 100. Die Ausgangsfestigkeit,
die nach dem Versuch gefundene Festigkeit und die beibehaltene Festigkeit
der Zahnriemen gemäß der Erfindung
sind in der Tabelle IV A und die der Vergleichsriemen in der Tabelle
IV B wiedergegeben.
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TABELLE IV A & B
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Im Falle der Beispiele 1, 4 und 7
(mit den Riemen Nr. B-1, B-6 und B-11) wurden jeweils Kerne verwendet,
die mit einer RFL-Flüssigkeits-Zusammensetzung
behandelt waren, die als Latex-Komponente 100 % HNBR-Latex (Beispiel
1), 100 % CSM-Latex (Beispiel 4) oder 100 % einer 50/50-gewichtsprozentigen
Mischung aus HNBR-Latex und CSM-Latex (Beispiel 7) enthielten. Ein
jeder dieser Riemen gemäß den Beispielen
1, 4 und 7 behielt eine Festigkeit von über 80 %. Die Beispiele 2 und
5 (Riemen Nr. B-2
und B-7) enthielten Faserkerne, die behandelt waren mit einer RFL-Flüssigkeit,
in der als Latexkomponente 80 Gew.-% HNBR (Beispiel 2) oder 80 Gew.-%
CSM-Latex (Beispiel 5) vorlagen. Die Riemen entsprechend dieser
Beispiele behielten jeweils mindestens 70 % der Ausgangsfestigkeit.
Die Beispiele 3 und 6 (Riemen Nr. B-3 und B-8) enthielen Kerne,
die mit einer RFL-Flüssigkeit
behandelt waren, in der als Latexkomponente 60 Gew.-% eines HNBR-Latex
(Beispiel 3) oder 60 Gew.-% eines CSM-Latex (Beispiel 8) vorlagen.
Jeder dieser Riemen entsprechend dieser Beispiele behielt mehr als
50 % von der Ausgangsfestigkeit. Im Beispiel 8 (Riemen Nr. B-12)
wurden Faserkerne verwendet, die mit einer RFL-Flüssigkeit
behandelt, in der als Latexkomponente 30 % HNBR-Latex und 30 % CSM-Latex
vorlagen. Der Riemen entsprechend diesem Beispiel (B-12) behielt
mehr als 60 % von seiner Ausgangsfestigkeit. Die Versuchsergebnisse
zeigen, daß im
Falle einer Erhöhung
des Anteils an HNBR- oder CSM-Latex in der RFL-Flüssigkeit
auch der Prozentanteil der beibehaltenen Festigkeit ansteigt.
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Die Vergleichsbeispiele 1 bis 4 zeigen
eine signifikante Abnahme der Zerreißfestigkeit um mehr als 66 %.
Die Riemen gemäß diesen
Vergleichsbeispielen wurden hergestellt unter Verwendung der mit
dem organischen Peroxid gehärteten
Kautschukmischung A und Glasfaserkorden, bei denen die zur Behandlung
der Kord verwendete RFL-Flüssigkeit
einen Anteil an dem hydrierten Nitril-Kautschuk oder chlorsulfonierten
Polyethylen-Latex unter 60 % aufwies.
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Die Vergleichsbeispiele 5 und 6 zeigen
eine Abnahme der Festigkeit auf etwa 50 %. Im Beispiel 5 wurde eine
Kautschukmischung entsprechend der Zusammensetzung B für die Zähne und
den Rückenteil
verwendet und erfolgte die Härtung
unter Verwendung von Schwefel anstelle von dem bei der Kautschukmischung
A verwendeten Peroxid. Der Riemen gemäß Vergleichsbeispiel 5 enthielt
einen Faserkord, der behandelt worden war mit der RFL-Zusammensetzung
1, in der als Latexkomponente 100 % HNBR-Latex vorlag. Der Vergleich
von Vergleichsbeispiel 1 und Beispiel 1, bei denen dieselbe RFL-Zusammensetzung
1 und die Peroxid enthaltende Kautschukmischung A verwendet wurden,
zeigt die Signifikanz der Verwendung des Peroxids in der Kautschukmischung
gegenüber
der von Schwefel. Der Riemen gemäß Beispiel
1 hielt 83 % der Zerreißfestigkeit
bei, wohingegen im Falle des Vergleichsbeispiels 5 nur 53 % der
Festigkeit verblieben. Bei dem Vergleichsbeispiel 6 wurden Glasfaserkorde
verwendet, die mit einer RFL-Flüssigkeit
ohne einen Gehalt an HNBR oder CSM behandelt waren, und bei denen
die Schwefel und kein Peroxid enthaltende Kautschukmischung B eingesetzt
war. Der Riemen gemäß Vergleichsbeispiel
6 hielt nur 52 % seiner Festigkeit bei.
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Beispiele 9 bis 11 (Referenz)
und Vergleichsbeispiele 7 bis 11 Triaxialer Antriebstest
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Ein triaxiales Antriebstestgerät wurde
verwendet zur Prüfung
von einigen der Riemen gemäß den Beispielen
1 bis 8. Das triaxiale Antriebsgerät hatte eine Antriebsrolle
mit 18 Zähnen,
eine Nachfolgerolle mit 36 Zähnen
und eine Spannrolle mit einem Durchmesser von 52 mm, die zwischen
der Antriebsrolle und der Nachfolgerolle angeordnet war. Der triaxiale
Antriebstest wurde durchgeführt
bei einer Temperatur von 120°C,
einer Antriebsrollen-Geschwindigkeit von 7.200 upm, einer Belastung
der Nachfolgerolle von 5 psi (–0,35
bar) und einer Anfangsspannung von 15 kg. Die Zerreißfestigkeit
vor dem Test und nach dem Test mit 1000 Umläufen wurden ermittelt. Die
Testergebnisse sind in der Tabelle V zusammengestellt.
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Die Riemen entsprechend den Beispielen
9, 10 und 11 waren identisch mit denen der Beispiele 1, 2 und 4,
d. h. Riemen-Nr. B-1, B-2 und B-6. Die Riemen der Vergleichsbeispiele
7 bis 11 waren identisch mit den Riemen nach den Vergleichsbeispielen
1, 2, 4, 5 und 6, d.h. den Riemen-Nr. B-4, B-5, B-10, B-13 und B-14.
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TABELLE V
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Die Riemen nach den Beispielen 9
und 11 behielten einen signifikanten Prozentanteil ihrer Festigkeit nach
Durchführung
des Versuchs. Der Riemen nach Beispiel 10 behielt am meisten von
seiner ursprünglichen Zerreißfestigkeit.
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Im Gegensatz dazu verloren die Riemen
nach den Vergleichsbeispielen 7, 8 und 9 das meiste ihrer ursprünglichen
Festigkeit.
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Im Falle der Vergleichsbeispiele
10 und 11 wurde als Kautschuk für
die Zähne
und auch der Rückenteile
die Kautschukmischung B verwendet. Der einzige Unterschied zwischen
dem Riemen nach Beispiel 9 und dem Vergleichsbeispiel 10 bestand
in der Verwendung der peroxid-haltigen Kautschukmischung A beim
Beispiel 9 und der Verwendung der schwefelhaltigen Kautschukmischug
B im Falle des Vergleichsbeispiels 10. Der Riemen nach dem Beispiel
9 behielt 88 % seiner Ausgangsfestigkeit, der Riemen nach dein Vergleichsbeispiel
10 dagegen nur 62 %. Dieser Vergleich zeigt die Unterlegenheit der
Riemen mit den unter Verwendung der schwefelhaltigen Kautschukmischungen
hergestellten Zahnelementen und Rückenteilen. Der Riemen nach
Vergleichsbeispiel 1 1 behielt nur 65 % seiner Zerreißfestigkeit.
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Wie in den Beispielen 1 bis 8 beobachtet,
hatten unter Verwendung der peroxidgehärteten Kautschukmischung hergestellte
Riemen eine größere Abnahme
in der Festigkeit, sofern der Anteil an dem HNBR oder CSM unter
60 Gew.-% vom Latex in der auf den Glaskern aufgebrachten RFL-Flüssigkeit
betrug.
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Beispiele 12 bis 15 und
Vergleichsbeispiele 12 bis 14 Riemen mit einem zahnbedeckenden Kanevas
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
aufgebaute Kanevas (T-1, T-2, T-4 und T-5) und zu Vergleichszwecken
dienende Kanevas (T-3; T-6 und T-7) wurden, wie in den Tabellen
VI A und VI B angeführt,
hergestellt.
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Riemen nach den Beispielen 12 bis
15 und nach den Vergleichsbeispielen wurden hergestellt mit den in
Tabelle VII angeführten
Materialien. Das Verfahren zum Binden der zahnbedeckenden Kanevas
entspricht dem, wie es bei den Riemen nach den Beispielen 1 bis
8 angewendet wurde.
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TABELLE VI
A und B
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Die Beständigkeit von jedem Riemen in
Bezug auf Zahnbrechen und Verschleißfestigkeit vom zahnbedeckenden
Gewebe wurde bestimmt durch Führen
des Riemens um eine Antriebsrolle mit 18 Zähnen und zwei
Nachfolgerollen mit jeweils 18 Zähnen bei einem Winkel von 120°. Der Riemen
wurde dann laufengelassen bei einer Temperatur von 120° C, einer
Antriebsrollengeschwindigkeit von 6.000 upm, einer Belastung der Nachfolgerolle
von 7 psi (–0,5
bar) mit 6 von den Zähnen
der Nachfolgerolle in Paarung mit dem Riemen bis zum Brechen der
Zähne.
Das Erscheinungsbild der Riemen am Ende der Servicezeit wurde ebenfalls
beobachtet. Die Ergebnisse sind in der Tabelle VII gezeigt.
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TABELLE VII
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Die Versuchsergebnisse zeigen, daß im Falle
der Verwendung eines Kanevas, bei dem mehr als 50 Vol.-% der Garne
in der Längsrichtung
des zahnbedeckenden Materials aus einem Aramid-Garn bestehen (Beispiele
12 und 13), der Riemen eine längere
Laufzeit bis zum Brechen hat und weniger anfällig ist gegenüber einem
Abrieb, wie dies bei den Riemen mit einem Kanevas aus weniger als
50 Vol.-% Aramidgarn und einem aliphatischen Ainidgarn (siehe die
Rieinen nach den Vergleichstabellen 12 bis 14) der Fall ist.
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Beispiele 16 bis 23 und
Vergleichsbeispiele 15 bis 20 Riemen mit einem Gehalt an Aramidfasern
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Ein Strang von zwei Aramidfasern,
erhältlich
unter der Handelsbezeichnung Technola von Teijin, Ltd., wurde verdreht
sowohl in der S-Richtung als auch der Z-Richtung bei einem Anteil
von 15 Drehungen pro 10 cm unter Herstellung von zwei Paaren von
Aramidfaser-Korden eines verdrillt in der S-Richtung und das andere
in der Z-Richtung. Wie in der nachstehenden Tabelle VIII gezeigt,
wurden die beiden Kord-Paare in RFL-Flüssigkeiten
getaucht, die der Zusammensetzung gemäß der weiter oben angeführten Tabelle
I entsprach. Die Kords wurden dann getrocknet bei einer Temperatur
von 130° C
während
20 Minuten und danach gebrannt bei einer Temperatur von 200 bis
250° C während 2
Minuten. Die eingebrannten Korde wurden dann in eine Überzugsflüssigkeit
getaucht, die hergestellt war durch Auflösen der Kautschukmischung A
oder B in den Tabellen II bzw. III in Methylethylketon mit Polyphenylisocyanat-Zusatz
und nachfolgendem Trocknen. Die Aramidfaser-Kord wurden dann verwendet
als Riemenkerne (Riemeneinlagen).
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Die Riemen nach den Beispielen 16
bis 23 und die nach den Vergleichsbeispielen 15 bis 20 enthielten 21
Einlagen mit einem Abstand von 0,87 mm und wurden hergestellt entsprechend
der Arbeitsweise in den Beispielen 1 bis 8. Die Zerreißfestigkeiten
der Riemen wurden bestimmt vor dem Versuch unter Verwendung des
weiter oben beschriebenen multiaxialen Antriebstestgeräts und bei
den gleichen Bedingungen wie im Fall der Beispiele 1 bis 8. Die
Versuchsergebnisse sind in den Tabellen VIII A und VIII B festgehalten.
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TABELLE VIII
A und B
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Die Versuchsergebnisse zeigen, daß im Falle
des Ansteigens vom Anteil an HNBR oder CSM im Latex der RFL-Flüssigkeit
die beibehaltene Festigkeit ebenfalls ansteigt. Die Erfindung wurde
vorstehend näher
beschrieben anhand spezifischer Ausgestaltungen. Indessen sollen
diese Ausführungsformen
nur der Erläuterung
dienen und die Erfindung keineswegs darauf beschränken. Modifikationen
und Abwandlungen ergeben sich für
den Fachmann im Rahmen und Umfang der nachfolgenden Ansprüche sowie
der Beschreibung.
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