DE2337918C2 - Keilriemen - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Keilriemen der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen und zum Beispiel durch die DE-OS 20 58 764 bekanntgewordenen Art.

Die BetrieL^anforderungen, die bei zahlreichen Anwendungen an Kei'-iemen gestellt werden, sind äußerst hoch und werden ständig schärfer. Hieraus ergibt sich eines der Haupiprob' -me dieser Treibriemen, nämlich ihre Lebensdauer.

Im allgemeinen werden Keilriemen dadurch zerstört, daß auf ihrem Stauchabschnitt Spannungsrisse auftreten, die sich bis zur Zugschicht fortpflanzen. In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, daß es keinen einfachen Laboratoriumsversuch gibt, um das zukünftige Verhalten eines Keilriemens zu beurteilen und vorauszusagen. Bis heute wurde keine gültige und befriedigende Wechselbeziehung zwischen der Zeitdauer, nach der die Spannungsrisse auftreten, und gewissen Eigenschaften, z. B. dem Wert der Hysterese-Bruch- und Dauerbiegeermüdungsfestigkeit festgestellt, obwohl angenommen werden kann, daß sie einen großen Einfluß auf die Lebensdauer der Keilriemen haben.

Bisher ging man zur Erzielung einer Verlängerung der Lebensdauer von Treibriemen empirisch vor. indem man Elastomere. Ruße, hitzehärtbare Harze und Vulkanisationsbeschleuniger, deren Verwendung das Auftreten der Spannungsrisse verzögert, sorgfältig auswählte. Zwar wurden Fortschritte erzielt, jedoch war der erreichte Fortschritt in jedem Fall verhältnismäßig gering und nicht ausreichend.

In der DE-OS 14 75 532 ist zur Verbesserung der

Festigkeitseigenschaften und Verminderung der

Sehlupfgefahr vorgeschlagen worden, einen Riemen

oder eine Kette aus Polypropylen durch Bereiche '" verminderter Stärke zu gespalten. Spannungsrisse im Stauchabschnitt können durch diese konstruktive Maßnahme jedoch nicht beseitigt werden.

Aus der US-PS 36 57 938 sind Keilriemen bekannt, bei denen zur Festigkeitserhöhung in die Phase zwischen Stauch- und Zugabschnitt eine Armierung aus Kunststoff, insbesondere Nylon- und Glasfasern eingelegt ist Auch diese Manipulation am konstruktiven Aufbau eines Keilriemens kann jedoch Spannungsrisse im Stauchabschnitt nicht ausreichend verhindern, so daß

■> die Lebensdauer dieser Riemen unbefriedigend ist.

Um die Elastizität von Keilriemen zu verbessern, regt die US-PS 36 56 360 an, den Riemen aus einer homogenen Mischung wenigstens eines näher definierten Polyfluorkohlenwasserstoffharzes mit einem flüssigen Polyurethan-Prepolymer zur Bildung einer Prepolymermischung herzustellen. Das Verfahren zur Herstellung dieses Riemens ist kompliziert und aufwendig. Der damit hergestellte Riemen kann die Gefahr von Spannungsrissen im Stauchabschnitt gleichfalls nicht

ι" verhindern.

In der DE-OS 20 58 764 ist ein flankenoffener Keilriemen mit einer Rückenabdeckschicht aus einem von Elastomei e vollständig durchdrungenen Faservlies oder weitmaschigen Gewebe vorgeschlagen worden,

-° wobei das Elastomere der Rückenabdeckschicht einen niedrigeren Elastizitätsmodul und eine höhere Bruchdehnung als das gleiche, den Kern bildende Elastomer aufweisen soll.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen

-ϊ Treibriemen der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art insoweit zu verbessern, daß die Lebensdauer des Keilriemens insofern verlängert wird, daß vermieden Wifd. daß auf seinem Stauchabschnitt Spannungsrisse auftreten, die sich bis zur Zugschicht fortpflanzen.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei der Erfindung die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Gestaltungsmerkmale vorgesehen, wobei noch in den Unteransprüchen 2 bis 4 für die Aufgabenlösung

n vorteilhafte und förderliche Weiterbildungen beansprucht werden.

Die Entwicklung des Gestaltungsprinzips der Erfindung war ausgehend von dem durch die DE-OS 20 58 764 bekanntgewordener. Stand der Technik und

■Ό der auf diesen Stand der Technik spezifizierten Aufgabe mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Lösungsmitteln nicht ohne weiteres und ohne erfinderische Überlegungen möglich, weil zu dieser Entwicklung beim nachgewiesenen Stand der

•»5 Technik keine ausreichenden technischen Hinweise zu erkennen sind.

Unter einer Gummimischung oder Kautschukmischung ist erfindungsgemäß ein Gemisch eines oder mehrerer Elastomerer mit verschiedenen üblichen Bestandteilen, z. B. Verstärkerfüllstoffen (z. B. Ruß. Kieselsäure und hitzehärtbare Harze), Vulkanisationsmitteln, Vulkanisationsbeschleunigern, Schutzmitteln und Weichmachern zu verstehen. Diese Mischungen können außerdem dispergierte Fasern enthalten, die in

" gewissen bevorzugten Richtungen orientiert sind oder nicht.

Der Keilriemen gemäß der Erfindung kann in seinem Stauchabschnitt oder in seinem Riemenkörper außerdem parallel zu den Flächen des Riemens verlaufende

^en Gewebeeinlagen und/oder Einlagen aus Gummimischungen mit Fasern enthalten (Schichtriemen)= Ganz allgemein kann der Riemenkörper alle Verstärkungen enthalten, deren Zugabe für gewisse Anwendungen notwendig oder zweckmäßig ist. Ein Keilriemen gemäß

^&5 der Erfindung kann umhüllt sein oder nicht.

Die Zugaben geringer Mengen des Polyolefins in die Gummimischung des Stauchabschnittes steigert bereits die Lebensdauer des Keilriemens ganz erheblich, und

die Zugabe verhältnismäßig großer Mengen ist möglich, ohne daß Erscheinungen auftreten, die den technischen Wert der Erfindung vermindern.

Die Merkmale der Erfindung und deren technische Vorteile ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung. Alle Beispiele betreffen Keilriemen, die sich nur durch die Art der den Riemenkörper bildenden Kautschukmischung unterscheiden. Diese Treibriemen sind umhüllt. Die Höhe des Keilprofils betragt 8 mm, der Flankenwinkel 50^c und die Breite der Oberseite 10 mm. Alle Keilriemen wurden in der gleichen Weise nach üblichen Verfahren konfektioniert.

Verschiedene Versuche und Messungen wurden an den Keilriemen und mit den ihren Riemenkörpern bildenden Gummimischungen vorgenommen: Die Hysterese wurde gemessen, indem Dehnungskurven bis 100% in Abhängigkeit von der Zugbeanspruchung in den Dechnungsphasen und Entspannungsphasen gezeigt wurden. Die erhaltenen Kurven haben den in Fig. 1 dargestellten Verlauf. Die Kurve OAPentspricht der Phase der Zugbeanspruchung und die Kurve PRO der Entspannungsphase. Die von der Probe mitgegebene Energie entspricht der Fläche OAPMO und die zurückgegebene Energie der Fläche ORPMO. Die Fläche OAPRO entspricht der nicht zurückgegebenen Energie und somit der Hysterese. Die Hysterese wurde ausgedrückt als Prozentsatz durch das Verhältnis Fläche ΟΛΡΛΟ/Fläche OAPMOA- h.
nicht zurückgegebene Energie

mitgegebene Energie

Die Einreißfestigkeit wurde nach den Bedingungen der französischen Norm NFT 46.0007 gemessen und in r> saN/cm Dicke ausgedrückt.

Der erste Versuch wurde mit der in F i g. 2 dargestellten Vorrichtung (senkrechter Prüfstand) durchgeführt. Zwei Riemenscheiben 1 und 2 mit einem Durchmesser von 60 mm sind senkrecht zueinander ■»<· angeordnet. Eine Scheibe wird mit einer Geschwindigkeit von 12 υΟΟ UpM angetrieben. Eine senkrechte Belastungskraft T, die 30daN entspricht und auf die untere Scheibe einwirkt, spannt den Keilriemen 3.

Der zweite Versuch wurde mit der in Fig. 3 π dargestellten Vorrichtung durchgeführt (Norm SAEJ 637). Zwei Riemenscheiben 4 und 5 haben den gleichen Durchmesser von 117 mm. Eine Scheibe ist die angetriebene Scheibe und die andere die antreibende Scheibe. Die Antriebskraft beträgt 9 PS und die Drehgeschwindigkeit 4900 UpM. Der Riemen 6 läuft über eine sich frei drehende Scheibe 7. die einer. Durchmesser von 60 mm hat und so angeordnet ist. daß der Keilriemen einen Winkel von 90° beschreibt

Der Versuch 3 wurde mit der in F i g. 4 dargestellten Vorrichtung durchgeführt (Prüfstand mit Zwangsschlupf). Zwei antreibende Scheiben 8 und 9 sind auf der gleichen Welle montiert, die mit einer Geschwindigkeit von 4000 UpM angetrieben wird. Die Scheibe 8 in der Ebene der Abbildung hat einen Durchmesser von 87,2 mm und die dahinter liegende Scheibe einen Durchmesser von 84,8 mm. Zwei weitere Riemenscheiben 10 und 11 sind auf einer anderen Welle angeordnet Die Riemenscheibe 10 in der Ebene der Abbildung hat den gleichen Durchmesser wie die Riemenscheibe 8, und die dahinter liegende Riemenscheibe den gleichen Durchmesser wie die Scheibe 9. Ein Keilriemen läuft über die Riemenscheiben 8 und 10 und ein gleicher Keilriemen über die Riemenscheiben 9 und 11. Eine Belastungskraft T von 36daN s^nnt die beiden Riemen. Unter diesen Bedingungen nitschen die Riemen, wodurch ihre Temperatur erhöht wird. Während des Versuchs beträgt diese Temperatur 125° C, während sie bei den anderen Versuchen, bei denen d. r größte Teil der Temperaturansteigerung auf die Hysterese der Gummimischung zurückzuführen ist, 80 bis 90° C beträgt.

Bei den folgenden fünf Ausführungsbeispielen enthält die Gummimischung die gleichen Gewichtsanteile der folgenden Elastomeren und Mischungsbestandteile:

Elastomere:	70
Styrol-Butadien-Copolymerisat	30
(SBR 1500)	12
Naturkautschuk	2,5
Aromatische Öle	15
Schwefel	5
Stearinsäure
Zinkoxyd	1
Vulkanisationsbeschleuniger	2
(z. B. Cyclohexylbenzothiacylsulfenamid)
Antioxydans (z. B. Phenylnaphthylamin)

Dieser Mischung wurden die in der folgenden Tabelle genannten Füllstoffe in den angegebenen Mengen zugesetzt. In der Tabelle sind ferner die Ergebnisse der durchgeführten Messungen genannt.

Ruß (ζ. Β. ISAF)

Hitzehärtbares Harz (Phenol-Formaldehyd-Kondensationsprodukt)

Hochmolekulares Polyäthylen (Ilostalen GUR,
Hersteller Hoechst)

Shore-Härte

Hysterese

Einreißwiderstand (kg/cm Probendicke)

jVersuch 1 (senkrechter Prüfstand) (1), Std.

Versuch 2 (SAE J 637) (1), Std.

Versuch 3 (Umlauf mit Zwangsschlupf)

(1) Zahl der Stunden, nach der die ersten Spannlingsrisse auftreten; Durchsclinili von 5 Keilriemen.

Vergleichs	80	65	80	Vergleichs-	72	B	-
mischung	14	14	14	mischung	14
a	0	20	10	b	0		420
81	80	83	77	65	700
35	31	33		0	130
40	42	39	-	32
150	400	■ 200	2Ö0	76
200	400	350	400
70	120	90	80

Die Mischungen wurden in üblicher Weise durch Mischen im Innenmischer und Zugabe der Vulkanisationsmittel auf dem Walzenmischer hergestellt. Die Keilriemen wurden in üblicher Weise konfektioniert. Die Vulkanisation wurde bei 150"C durchgeführt. Es ist wichtig, daß die Mischung während des Mischens oder während der Vulkanisation oder während eines der anderen Arbeitsgänge auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des Polyolefins, die bei diesem Polyäthylen bei 138 bis 140⁰C liegt, gebracht wird. Der Vergleichsriemen a und die Keilriemen A\ und Aj sind vergleichbar, da sie dicht beieinanderliegende Shore-Härten aufweisen. Die Unterschiede zwischen den Hysteresewerten sind nicht erheblich, und man kann sie als sehr dicht bcicinanderliegend wenn nicht gleich ansehen (dies gilt zweifellos für den Keilriemen Ai, der mehr Polyäthylen und weniger Ruß als der Vergleichsriemen enthält, und für den Keilriemen A2, der die gleiche Menge Ruß und verhältnismäßig wenig

gebnisse deutlich einen wesentlichen Unterschied zwischen diesen Keilriemen. Dies läßt die Schlußfolgerung zu. daß nicht der Hysteresewert das mehr oder weniger schnelle Auftreten von Spannungsrissen bestimmt. Dies wird auch durch die Ergebnisse des Versuchs 3 bestätigt, bei dem die Keilriemen auf eine Temperatur (125°C) gebracht werden, die über der Temperatur (80 bis 90°C) liegt, die sie bei den anderen Versuchen erreichen, wo ein großer Teil der Erhitzung auf die Hysterese zurückzuführen ist. Wenn unter der Annahme, daß sie tatsächlich existierte, die geringe Verminderung der Hysterese der Gummimischungen der Keilriemen Ai und A, für ihr besseres Verhalten bei den Versuchen 1 und 2 verantwortlich war. weil sie zu einer geringeren Erhitzung führte, so gibt es keinerlei Grund dafür, daß das Verhalten dieser Keilriemen beim Versuch 3, bei dem sie ohne Rücksicht auf die Hysterese durch das Rutschen auf eine viel höhere Temperatur als bei den Versuchen 2 und 3 gebracht wurden, besser war. Vielmehr hätte man erwartet, daß die Keilriemen Ai und A2 bei dieser Temperatur ein sehr schlechtes Verhalten . haben würden, weil das Schmelzen des Polyäthylens bei 8O⁰C beginnt und sich bis etwa !38 bis I4O°C fortsetzt. In der gleichen Weise zeigen die Messungen des Einrcißwiedersiandes, daß es keinerlei Wechselbeziehung zwischen diesen Werten und der Zeit gibt, nach

ι» der die Spannungsrisse auftreten. Das gleiche ist bei den Bruchdehnungswerten der Fall sowie bei den Ergebnissen des Daucrbiegeermüdungsversuchs. Aus diesem Grunde wurden beim Vergleichsricmen b und beim Keilriemen ßdiese Messungen nicht vorgenommen.

Γ· Der Vergleichskeilriemeii 6 und der Keilriemen B liegen in ihrer Shore-Härte dicht beieinander, jedoch enthält die Gummimischling des Vcrgleichskeilriemens b 72 Teile Ruß und 14 Teile hitzehärtbares Harz, während die Gummimischung des Keilriemens B 32 Teile Polyäthylen, nhnr kein hitzehärtbares Harz und nur 65 Teile Ruß enthält. Die auf die Abwesenheit des Polyäthylens zurückzuführend Verlängerung der Lebensdauer ist erheblich.

Zur Zeit ist es nicht möglich, genaue Hypothesen

.·> aufzustellen, die eine Erklärung dieser Erscheinung ermöglichen. Vielleicht ist die besondere Natur der zwischen dem Polyäthylen und den Elastomeren in der Gummmiischung für die Verbesserung verantwortlich.

Wo d'*v Grund auch liegen mag, die Anwesenheit

lu eines hochmolekularen Polyolefins, insbesondere eines Polyäthylens mit einem Molekulargewicht von 500 ΟΠΟ oder mehr in der Gummimischuns, die den Stauchabschnitt des Riemenkörpers bildet, bewirkt eine erhebliche Verlängerung der Lebensdauer von Keilriemen, wie die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen und Versuche zeigen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Keilriemen aus Gummischichten unterschiedlicher physikalischer Eigenschaften, gekennzeichnet durch einen Stauchabschnitt der eine Gummimischung aufweist, die ein hochmolekulares Polyolefin enthält und wenigstens einmal, spätestens bei Vulkanisation auf eine oberhalb des Schmelzpunktes des Polyolfins liegende Temperatur gebracht worden ist.

2. Keilriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gummimischung des Stauchabschnitts als Polyolefin ein Polyäthylen mit einem Molekulargewicht von mehr als 500 000 enthält.

3. Keilriemen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyolefin in einer Menge von 5 bis 85 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile des Elastomeren vorhanden ist.

4. Keilriemen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ^kennzeichnet, daß die Gummimischung außerdem andere Füllstoffe, z. B. Ruß und/oder ein hitzehärtbares Harz enthält.