DE2615656A1 - Zahnriemen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf gezahnte Treibriemen bzw. Zahnriemen. Treibriemen mit einem nicht dehnbaren Zugglied, dem auf einer Seite Zähne und auf der anderen eine Gegenschicht angefügt sind, die einen in sich zusammenhängenden Körper aus einem Elastomermaterial bilden, sind bekannt.

Zahnriemen werden ausgiebig in der Kraftfahrzeugindustrie angewandt. Hier werden in jüngster Zeit intensive Untersuchungen über das Problem der Verminderung der Luftverschmutzung durch Abgase von Brennkraftmaschinen durchgeführt, zu dessen Lösung u.a. vorgeschlagen wurde, die Antriebsaggregate für einen Betrieb bei höheren Temperaturen als zur Zeit abzufassen, um so eine praktisch vollständige

609843/0895

Verbrennung des Brennstoffs und einen "Ausbrand" restlicher Abgase zu erzielen. Herkömmliche Motoren laufen bei einer Temperatur von etwa 75 bis 90°C und es wurde vorgeschlagen, daß Hochtemperaturmotoren bei einer Temperatur bis zu etwa 12C⁰C laufen sollten. Existierende Zahnriemen gehen bei Betrieb bei Temperaturen um 120°C sehr rasch kaputt; Ziel der Erfindung ist daher ein Riemen, der bei solchen Temperaturen befriedigend arbeitet.

Zu diesem Zweck wird gemäß der Erfindung ein Zahnriemen vorgesehen, der einen Riemenkörper mit querstehenden Zähnen längs zumindest einer seiner Seiten und ein in den Körper eingebettetes nicht dehnbares Zugglied umfaßt, wobei das Material des Riemenkörpers eine Mischung von einem Epihalogenhydrin mit einer nominalen Mooney-Viskosität von nicht mehr als 50 und einem Epihalogenhydrin mit einer nominalen Mooney-Viskosität von nicht weniger als 50 umfaßt.

Alle Mooney-Viskositätsangaben der vorliegenden Beschreibung und Patentansprüche sind als ML 1 + 4 bei 100⁰C zu verstehen.

Durch die Anwendung einer Mischung von Epihalogenhydrinmaterialien im Riemenkörper können Riemen erzielt werden, die bei Betrieb bei Temperaturen bis zu etwa 120⁰C eine ausreichende Lebensdauer haben und Testriemen wurden bei

609843/0895

dieser Temperatur mehr als 500 Stunden ohne A_usfall betrieben. Solche Riemen sind auch für einen Betrieb bei tiefen Temperaturen geeignet.

Das Verhältnis niedriger viskoser Epihalogenhydrine zu höherviskosen Epihalogenhydrinen im Riemenmaterial liegt vorzugsweise bei 60:40 bis 75:25 (in Gewicht). Dieses Verhältnis wird zweckmäßigerweise derart gewählt, daß das gemischte Riemenkörpermaterial eine Mooney-Viskosität von weniger als 50 hat. Dies vereinfacht die Fertigung der Riemen.

Die im Riemen angewandten Epihalogenhydrinpolymeren sind vorzugsweise (Polymere von) Epichlorhydrin und können Homopolymere oder Copolymere von Epichlorhydrin mit einem oder mehreren anderen Monomeren sein. Besonders bevorzugt für das höherviskose Polymere der Mischung ist ein Copolymer es von Epichlorhydrin und Äthylenoxid, wobei das Epichlorhydrin/Äthylen-Verhältnis vorzugsweise bei 60:40 bis 70:30 (in Gewicht) liegt, während das niedrigerviskose Polymere vorzugsweise ein Epichlorhydrin-Homopolymeres zweckmäßigerweise mit 36 bis 40 gew.%igem Chlorgehalt ist.

Zweckmäßigerweise umfaßt das Riemenkörpermaterial einen geringeren Anteil an einem Dien/Acrylnitril-Copolymeren. So können Butadien-Acrylnitril- oder Isopren-Acryl-

609843/0895

nitril-Copolyraere angewandt werden und die Härteeigenschaften der Mischung verbessern. Das Dien/Acrylnitril-Copolymere ist zweckmäßigerweise in Mengen von weniger als 5 Gew.# des Gesamtgewichts der Epihalogenhydrine anwesend. Besonders bevorzugt ist ein kalt polymerisiertes Acrylnitril-Butadien-Copolymeres mit einem Acrylnitrilgehalt von "5k bis 41 Gew. 90.

Die Polymermischung wird allgemein mit herkömmlichen Kompoundierungsbestandteilen in ihren üblichen Konzentrationen kompoundiert und eine typische Kompoundierung wird so einen oder mehrere Säureakzeptoren, Antioxidantien, Härter, Beschleuniger oder Füllstoffe aufweisen und sie kann auch ein Antiozonans enthalten. Das nicht dehnbare Zugglied, das herkömmlicherweise in Zahnriemen angewandt wird, ist Glasfasercord, obgleich auch Textilcord wie das als "Kevlar" bekannte aromatische Polyamid angewandt werden kann. Es ist wichtig, daß das Zugglied eine gute Haftung gegenüber dem Riemenkörper aufweist und daß diese Haftung bei den hohen Betriebstemperaturen nicht entfällt.

Vorzugsweise wird das nicht dehnbare Zugglied mit dem Riemenkörper durch einen Kleber verbunden, der ein nicht flüchtiges Isocyanat in einem geeigneten organischen Lösungsmittel wie z.B. Xylol, Trichlorethylen, Toluol oder einer Mischung von zwei oder mehreren dieser Lösungsmittel umfaßt.

609843/089 5

Der Kleber kann direkt auf den Glascord bzw. -strang aufgetragen oder der Cord beispielsweise durch Beschichten mit einem wärmeresistenten Material oder durch Lösungsbehandlung des Cords in einem herkömmlichen Harz-Formaldehyd-Latexbad vorbehandelt werden.

Der bevorzugte Kleber umfaßt ein organisches Lösungsmittel und wird von Hughson Chemicals, Lord Corporation hergestellt und unter dem Namen "Chemlok 402" vertrieben. Die Riemenfertigung unter Verwendung des kleberbeschichteten Cords kann unmittelbar nach Abdampfen des Lösungsmittels erfolgen oder der behandelte Cord kann gelagert und bis zu 6 Monate später ohne Verminderung der Klebeigenschaften verwendet werden. '*

Gemäß üblicher Praxis wird die gezahnte Fläche der Treibriemen mit einer Stoff-Schutzdecke bedeckt, wofür Nylongewebe bevorzugt wird und ein erfindungsgemäßer Riemen hat vorzugsweise eine solche Decke. Das Klebsystem zwischen Gewebedecke und Riemenkörper muß wiederum die hohen Betriebstemperaturen aushalten können.

Vorzugsweise basiert dieser Kleber auf einer Lösung von einer silica-modifizierten Mischung von Epihalogenhydrin und Acrylnitril/Butadien-Copolymerem.

609843/0895

Spezielle Riemenausführungsarten gemäß der Erfindung werden nachfolgend mehr im einzelnen als Beispiele beschrieben.

Beispiel 1

Ein 1,9 cm breiter Treibriemen wurde aus den folgenden Komponenten nach dem Fertigungsverfahren der GB-PS 875 und den US-PSen 3 078 205 und 3 078 206 hergestellt.

1) Riemenkörper-Kompoundierung

Die Körperkompoundierung hatte die folgende Zusammensetzung:

Gew.-teile

Herclor ¹H' 70,00

Herclor ¹C 30,00

Breon 1112 2,25

Zweibasisches Bleiphosphat 5,00

(Säureakzeptor)

Zweibasisches Bleiphthalat 7,00

(Säureakzeptor)

Äthylenthioharnstoff (Härter) 1,50

Nickeldibutyldithiocarbamat (Antioxidans) 0,80 Nickeldimethyldithiocarbamat (Antioxidans) 1,50

FEF Ruß 40,00

Paraplex G25 (Polyestertyp-Weichmacher) 10,00

Cellobond H831 (modifiziertes Phenolharz 2,00 mit Hexamethylentetraminzusatz)

Zinkstearat 1,00

A.C. Polyäthylen 617A 2,00

609843/0895

Herclor ¹H' ist ein Epichlorhydrin-Homopolymeres mit einem Chlorgehalt von 38,4 Gew.%, einem spezifischen Gewicht von 1,36 und einer nominalen Mooney-Viskosität von 48. Herclor ¹C ist ein Copolymeres von 65 % Epichlorhydrin und 35 % Äthylenoxid mit einem Chlorgehalt von 25 %, einem spezifischen Gewicht von 1,27 und einer nominalen Mooney-Viskosität von Beide Polymere sind gesättigte hochmolekulare aliphatische Polymere mit Chlorine thylseitenketten. Breon 1112 ist ein Copolymeres von 64 % Butadien und 36 % Acrylnitril mit einer nominalen Mooney-Viskosität von 45.

2) Zugglied

Verwendet wurden parallele Glasstränge bzw. -Cords von Standard 95F oder 96F Cords, die in herkömmlicher Weise mit 15 bis 20 Gewichtsteilen eines Harz-Formaldehyd-Latex und dann mit 4 bis 10 Gewichtsteilen Chemlok 402 lösungsbehandelt worden waren.

3) Decke

Für die Decke wurde Nylongewebe 2421 mit 203 g/m Deckenkleberaufnähme wie unten angegeben verwendet.

4) Deckenkleber

.Der Deckenkleber hatte die folgende Zusammensetzung:

Gew.-teile

Herclor ¹H¹ 70,00

Breon 1001 30,00

,60 9843/0 89 5

Gew.-teile

Zweibasisches Bleiphosphat 5,00

Zweibasisches Bleiphthalat 7,00

Nickeldibutyldithiocarbamat 0,80

Nickeldimethyldithiocarbamat 1,50

FEF Ruß 25,00

Ultrasil VN3 (Kieselsäure) 10,00

Äthylenthioharnstoff 1,50

SilaneA189 (ein mercapto-funktionelles 0,10 Silan)

Breon 1001 ist ein Copolymeres von 60 % Butadien und 40 % Acrylnitril mit einem spezifischen Gewicht von 1,00 und einer Mooney-Viskosität von 95. Diese gemischte Kompoundierung wurde dann zu einer Lösung gegeben, die 15 Gew.-teile Cellobond H831 und 498 Gew.-teile Methylethylketon als Lösungsmittel enthielt.

Das Herclor ¹H' in obiger Zusammensetzung konnte durch ein Epichlorhydrin-Copolymeres wie z.B. Herclor ¹C¹ ersetzt werden.

Zur Bestimmung der Haftung zwischen den unterschiedlichen Komponenten des Riemens wurden Prüfungen durchgeführt. Die Haftung des beschichteten Deckengewebes an der Körperkompoundierung wurde durch einen Schältest ermittelt und zu 11,5 kg/cm bestimmt. Die Proben wurden durch Härtung des Deckenmaterials an einem 0,64" cm breiten Streifen der

609843/0895

Körperkompoundierung unter einem Oberflächendruck von 703,1 kg/m² für 30 Minuten bei 153°C hergestellt. Die Haftung des behandelten Glascords an geformten Testproben der Körperkompoundierung wurde durch den ¹H¹ Test (ASTM D1871 Methode A) bestimmt; folgende Haftungswerte wurden erhalten:

kg/cm

ursprünglich (vor einer Alterung) 18,0 48 Std bei 150⁰C 19,4

120 Std bei 150⁰C 20,2

168 Std bei 150⁰C 21,4

Diese Werte ergeben ein gutes Riemenverhalten und es ist zu bemerken, daß die Haftung bei Alterung des Riemens zunimmt.

Der nach dem vorstehenden Beispiel erzeugte Riemen wurde vor der Alterung mit einer Vergleichsprobe (bestehend aus einem herkömmlidienNeoprenriemen) verglichen, wobei folgende Ergebnisse erhalten wurden:

	Beispiel	Vergleich
Zugfestigkeit (kg/cm)	984	945
Deckenhaftung (kg/cm)	12,07*	11,55
Zahnscherung (kg/Zahn)	224	255
Kompound-Härte (Shore A)	73	70
609843	/0895

* Es trat eher ein Zahnriß als ein Kleberausfall auf.

Die Haftung der Decke, Zahnscherung und Härte des Riemens wurden auch nach einer Alterung des Riemens bei 135⁰C für unterschiedliche Zeiten wie folgt bestimmt:

Alterungsdauer (Std) 24 48 72 168 336

Deckenhaftung 11,55 17,32 16,59 10,50 Deckenriß (kg/cm)

Zahnscherung 274 336 254 285 183 (kg/Zahn)

Härte (Shore A) 76,5 79 77 87 85

Die Zugfestigkeit wurde bestimmt, indem der Riemen mit nach außen weisenden Zähnen um Zylinder mit 100 mm Durchmesser gespannt bzw. gelegt und die Zylinder bis zum Ausfall bzw. Reißen des Riemens mit 2,5 mm/min voneinander weg gezogen wurden. Die Deckenhaftung wurde gemessen, indem längs der Fußlinie bzw. Wurzel des Zahns vom Riemenkörper eine Länge von Decke und Zahnstruktur ausgeschnitten, der abgetrennte Körperabschnitt und Zahnabschnitt in die obere und untere Einspannung einer Zugtestmaschine eingespannt und die untere Einspannung mit 50 mm/min abwärts bewegt wurde. Die Maximallast beim Herabiehen der Decke über je drei aufeinanderfolgende Zähne wurde gemessen und der niedrigste dieser drei Maximalwerte als Deckenhaftung genommen. Die Zahnscherung wurde durch Einspannen eines Riemenabschnitts zwischen eine flache Platte und eine profilierte Platte

609843/0895

mit Passung über einen einzelnen Zahn, Festhalten der Einspannung und Anbringen einer abwärts gerichteten Last am Riemen mit 25 mm/min gemessen. Das Meßergebnis zeigte die erforderliche Last zum Abscheren des Zahns.

Ein gemäß dem vorangehenden Beispiel hergestellter Riemen wurde einem Prüfbetrieb an einem Motor bei einer Temperatur von 118 bis 121°C unterworfen. Während des Versuchs wurde der Riemen abwechselnd mit 700 Upm und 4000 Upm jeweils für eine Minute laufengelassen, wobei die Beschleunigungs-und Verlangsamungsperioden jeweils 5 Sekunden ausmachten. Nach 500 Stunden wurden weder Risse im Gummi oder der Decke des Riemens festgestellt, noch schwere Verschleiß» muster oder Loslösungen von Decke oder Glascord relativ zum Körper des Riemens beobachtet.

Beispiel 2

Ein Treibriemen wurde wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt, wobei jedoch die Körperkompoundierung durch Weglassen von Breon 1112 und Ersatz des Nickeldibutyldithiocarbamats durch 1,00 Teile Phenothiazin (als ein anderes Antioxidans) modifiziert wurde.

Ein nach diesem Beispiel hergestellter Riemen liefert ähnliche Leistungsdaten wie der nach Beispiel 1 erhaltene.

609 8 4 3/0895

Claims (8)

1. Pat entans prü ehe

   { 1 .!Zahnriemen mit einem Riemenkörper mit quer stehenden Zähnen längs zumindest einer Seite und einem in den Körper eingebetteten nicht dehnbaren Zugglied, dadurch gekennzeichnet, daß das Körpermaterial eine Mischung von einem Epihalogenhydrinmaterial mit einer nominalen Mooney-Viskosität von nicht mehr als 50 und einem Epihalogenhydrinmaterial mit einer nominalen Mooney-Viskosität von nicht weniger als 50 aufweist.
2. 2. Zahnriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Epihalogenhydrinmaterials von geringerer Viskosität zum Epihalogenhydrinmaterial mit höherer Viskosität im Körpermaterial bei 60:40 bis 75:25 (in Gewicht) liegt.
3. 3. Zahnriemen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mooney-Viskosität der Mischung geringer als 50 ist.
4. 4. Zahnriemen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymere mit geringerer Viskosität ein Epichlorhydrin-Homopolymeres und das Polymere von höherer Viskosität ein Copolymeres von Epichlorhydrin und Äthylenoxid ist, wobei das Epichlorhydrin-Homopolymere vorzugsweise einen Chlorgehalt von 36 bis 40 Gew.96

   609843/0895

   hat und ferner das Epichlorhydrin/Äthylen-Verhältnis im Copolymeren insbesondere bei 60:40 bis 70:30 (in Gewicht) liegt.
5. 5. Zahnriemen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Körpermaterial einen geringeren Anteil an einem Dien-Acrylnitril-Copolymeren aufweist, das vorzugsweise in weniger als 5 Gew.% des Gesamtgewichts der Epihalogenhydrine anwesend ist und insbesondere durch ein Butadien-Acrylnitril-Copolymeres gebildet wird.
6. 6. Zahnriemen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht dehnbare Zugglied mit dem Körper durch einen Kleber verbunden ist, der ein nicht flüchtiges Isocyanat in einem organischen Lösungsmittel umfaßt, welch letzteres vorzugsweise durch eine Mischung von Xylol und Trichlorethylen gebildet wird.
7. 7. Zahnriemen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht dehnbare Zugglied vor der Anwendung des Klebers mit einem Harz-Formaldehyd-Latex behandelt worden ist.
8. 8. Zahnriemen nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne des Riemens durch eine Gewebeschutzdecke abgedeckt werden, die mit dem Körper durch eine Kleberlösung verbunden ist, welche eine silica-modifizierte Mischung von Epihalogenhydrin und Acrylnitril/Butadien-Copolymer umfaßt, wobei das Epihalogenhydrin in der

   609843/0895

   Lösung vorzugsweise ein« der für den Riemenkörper verwendeten Epihalogenhydrine ist.

   609843/0895