DE4125209C2 - Zahnriemen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Zahnriemen mit einem Zähne tragenden Kautschukrücken, in den wenigstens ein Glaskerndraht eingebettet ist, wobei der Kerndraht eine Ersttordierung und eine Endtordierung aufweist, welche Endtordierung in einem Bereich von etwa 6,5 bis etwa 9,5 mal/10 cm liegt.

Ein derartiger Zahnriemen kann eine Antriebskraft ohne Schlupf übertragen, welcher bei einem ebenen Riemen oder einem V-förmigen Riemen auftreten kann. Da der Zahnriemen auch den Vorteil hat, daß er nicht geschmiert zu werden braucht, wie dies beispielsweise bei einer Zahnradübertragung oder einem Kettentrieb der Fall ist, nehmen die Anwendungsfälle und der Bedarf nach derartigen Zahnriemen zu.

Zahnriemen werden häufig als Antrieb für Brennkraftmaschinen mit obenliegender Nockenwelle (OHC) für Kraftfahrzeuge eingesetzt und sie laufen zwischen Riemenscheiben auf mehreren Wellen.

Bei einer Brennkraftmaschine mit obenliegender Nockenwelle werden die Zahnriemen unter extremen Bedingungen, beispielsweise hoher Belastung und erhöhter Temperatur, eingesetzt. Daher tritt bei den Riemen eine Biegeermüdung und eine Dehnung auf. Wenn der unter diesen extremen Bedingungen eingesetzte Zahnriemen sich um 0,1% oder mehr dehnt, wird der Eingriffszustand des Zahnriemens an den Riemenscheiben schlechter, so daß der Riemen die Neigung hat, von der Riemenscheibe zu springen, was unerwünscht ist.

Der Zahnriemen wird durch die Eigenschaften, d. h. durch die Biegeermüdung und die Dehnung, des Kerndrahtes im Riemen beeinflußt.

Glasfaserstränge, welche jeweils eine hohe Festigkeit haben, wodurch die Biegeermüdung vermindert wird, und die eine kleine Dehnung haben, wurden als Zugkerndrähte bzw. Zugkernadern bei einem üblichen Zahnriemen eingesetzt. Riemen, die bei Brennkraftmaschinen mit obenliegender Nockenwelle bei einem Fahrzeug eingesetzt werden, können einen Glasfaserstrang haben, bei dem es sich normalerweise um ein ECG 150 3/11 oder 3/13 handelt, welcher Endtordierungen in einem Bereich von 7,0 bis 10,0 mal/10 cm hat. ECG bezieht sich auf ein elektrisches (nichtalkalisches) Glas, welches in Form eines Endlosfilaments vorliegt, und welches in Form eines Einzelfilaments einen Durchmesser von etwa 9 µm hat. Die Ziffer "150" gibt an, daß ein Grundfilament 30239 m/kg (15 000 yd/ld) darstellt. Die beiden Ziffern "3" geben an, daß drei Filamente zusammengefaßt sind und weniger tordiert sind, um einen Strang zu bilden. Die Zahlen "11" und "13" geben die Anzahl von zusammengefaßten Strängen und den Endtordierungen zur Bildung der Litze an. Beispielsweise ist ein Zahnriemen mit hydriertem Nitrilkautschuk in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 62-159827 (bzw. in der hierzu parallelen EP 0 229 949 B1) angegeben, welche eine Glasfaserlitze hat, die 7 bis 10 mal/10 cm Ersttordierungen und 7 bis 9 mal/10 cm Endtordierungen hat.

Wenn jedoch der Zahnriemen unter hoher Belastung und um im Durchmesser kleine Riemenscheiben auf mehreren Wellen bei einer Brennkraftmaschine mit obenliegender Nockenwelle arbeitet, wird die Glasfaserlitze, die in dieser japanischen offengelegten Patentanmeldung angegeben ist, gedehnt und die Eigenspannung am Riemen nimmt ab. Es gibt verschiedene Ursachen für die Dehnung und für die Veränderung der Spannung. Es hat sich gezeigt, daß eine der Ursachen mit der Litzenkonfiguration und insbesondere mit der Anzahl von Ersttordierungen zusammenhängt.

Es wurden Riemen untersucht, die auf einer Vorrichtung liefen, die mehrere Wellen hat, wobei jede Welle eine Riemenscheibe trägt, und der Riemen zwischen den Riemenscheiben läuft. Ein erster Zahnriemen, welcher Kautschukzähne und einen Kautschukrücken aus einer Kautschukzusammensetzung aus hydriertem Nitrilkautschuk und chlorsulfoniertem Polyethylen, sowie einen Glaskerndraht mit 7 bis 10 mal/10 cm Ersttordierungen hatte und bei welchem die Kautschukzähne mit Canvas (Segeltuch) überzogen waren, schrumpfte während des Laufs, so daß die Spannung im Riemen anstieg. Eine Analyse des Riemens nach den Laufversuchen zeigte, daß der Verschleiß von Canvas an den Zahnfüßen beschleunigt wurde und die Zahnspitzenteile der Zähne sichtbar Risse hatten. Ein zweiter Zahnriemen, der aus der gleichen Kautschukzusammensetzung hergestellt wurde, einen Glaskerndraht mit 14 bis 18 mal/10 cm Ersttordierungen hatte und Canvas besaß, dehnte sich während des Betriebs derart, daß die Spannung des Riemens abnahm. Nach dem Betrieb unter den gleichen Bedingungen wie der erste Riemen ergab eine Analyse des zweiten Riemens, daß die Kopfteile der Zähne des zweiten Riemens früher brachen.

Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Zahnriemen der eingangs bezeichneten Art bereitzustellen, welcher Glasfaserlitzen mit einer Litzenkonfiguration aufweist, die als Kerndrähte einer geringen Dehnung und Biegeermüdung unterliegen.

Diese Aufgabe wird durch einen Zahnriemen mit den Merkmalen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 gelöst, bei welchem die Ersttordierung in einem Bereich von etwa 10,5 bis etwa 13,5 mal/10 cm liegt.

Diese Maßnahme führt dazu, daß die im Durchmesser dünnen Stränge zur Bildung eines Seils jeweils stärker tordiert werden als die durchmesserstärkeren Seile zur Bildung des Kerndrahtes. Diese stärkere Tordierung der Stränge schränkt ihren "Dehnungsfreiheitsgrad" im Kerndraht ein, wodurch die im Belastungsfall auftretende Kerndraht-Dehnung reduziert wird und die Spannungszustände im Zahnriemen weitgehend vereinheitlicht werden können.

Der eingesetzte Kautschuk kann eine beliebige Kautschukart sein, und vorzugsweise wird ein Kautschuk eingesetzt, der eine gute thermische Alterungswiderstandsfähigkeit hat.

Der Kerndraht kann mit Resorcinformalin-Kautschuklatex (RFL) oder einer Kautschukpaste behandelt sein, um die Adhäsion des Kerndrahtes am Kautschuk zu verbessern. Vorzugsweise wird RFL vor dem unteren Tordieren (Ersttordieren) aufgebracht, und die Kautschukpaste wird nach dem oberen Tordieren (Endtordieren) aufgebracht.

Der Kautschukriemen kann mit einem Canvas-Überzug versehen sein, der vorzugsweise über den Zähnen des Riemens aufgebracht wird.

Der Zahnriemen, der den Kerndraht in eingebetteter Form hat, hat während des Gebrauchs eine minimale Dehnung, eine gute Biegewiderstandsfähigkeit und es konnten keine Risse an den Zahnköpfen der Zähne selbst nach Einsatz unter Spannung über eine lange Zeit hinweg festgestellt werden. Somit hat er eine gute Festigkeit und die gegebenenfalls vorgesehene Canvas- Abdeckung kann zu einer guten Verschleißwiderstandsfähigkeit des Zahnriemens führen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen und Beispielen unter Bezugnahme auf die bei­ gefügte Zeichnung. Darin zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Schnittansicht eines Zahnrie­ mens nach der Erfindung, und

Fig. 2 und 3 Diagramme zur Verdeutlichung des Zusammenhangs zwischen der Laufzeit des Zahnriemens und der Spannung des Zahnriemens.

Ein Zahnriemen nach der Erfindung hat eine Mehrzahl von Kaut­ schukzähnen, die in Längsrichtung angeordnet sind, einen Kaut­ schukrücken, in welchen Kerndrähte eingebettet sind, und vor­ zugsweise eine Canvas-Deckschicht über den Oberflächen der Kautschukzähne. Die Kautschukzähne und der Kautschukrücken sind aus einer wärmebeständigen Kautschukzusammensetzung her­ gestellt, bei der es sich um hydrierten Nitrilkautschuk, chlorsulfoniertem Polyethylenkautschuk oder alkyliertem chlor­ sulfoniertem Polyethylenkautschuk handeln kann. Die Kerndrähte sind aus Glasfasersträngen hergestellt, die jeweils eine un­ tere Tordierung von etwa 10,5 bis etwa 13,5 mal/10 cm und eine obere Tordierung von etwa 6,5 bis etwa 9,5, vorzugsweise etwa 8 mal/10 cm haben.

Der Glasfaserstrang ist vorzugsweise gemäß ECG 150 3/6 bis 3/13 beschaffen, und am meisten bevorzugt gemäß ECG 150 3/11 bis 3/13.

Fig. 1 ist eine perspektivische Schnittansicht eines Zahnrie­ mens 1 nach der Erfindung. Der Zahnriemen 1 weist eine Mehr­ zahl von Kautschukzähnen 2 auf, die in Längsrichtung des Rie­ mens 1 ausgebildet sind und einen Kautschukrücken 4, in den Kerndrähte 3 aus Glasfasersträngen eingebettet sind. Eine Canvas-Deckschicht 5 ist haftend auf der Oberfläche der Kaut­ schukzähne 2 aufgebracht.

Die Kautschukzähne 2 und der Kautschukrücken 4 sind aus Kaut­ schuk hergestellt, der eine gute thermische Alterungsbestän­ digkeit hat. Beispiele für derartige Kautschuke sind chlor­ sulfonierter Polyethylenkautschuk (CSM), alkylierter chlor­ sulfonierter Polyethylenkautschuk (ACSM) und hydrierter Acryl­ nitrilbutadienkautschuk (bezeichnet als "hydrierter Nitril­ kautschuk", und dargestellt durch "H-NBR"), dem 80% oder mehr Wasserstoff zu der Doppelbindung von Acrylnitrilbutadien­ kautschuk zugegeben wird.

Ein üblicher Säureacceptor ist vorzugsweise vorhanden, wenn der Kautschuk CSM ist, wodurch die Wärmewiderstandsfähigkeit des Kautschuks verbessert werden kann. Ein Beispiel eines Säu­ reacceptors ist eine Magnesiumoxidaluminiumoxidfeststofflö­ sung. Die Magnesiumoxidaluminiumoxidfeststofflösung wird im allgemeinen dargestellt durch Mg_0.7Al_0.3O_1.15. Beispiele für geeignete Magnesiumoxidaluminiumoxidfeststofflösungen sind KW-2000 und KW-2100, welche beide von der Firma Kyowa Kagaku Kogyo Co., Ltd. erhältlich sind, oder es können ähnliche Materialien eingesetzt werden.

Der Säureacceptor ist in einer Menge vorhanden, welche bewirkt, daß ausreichende Mengen an Chlorwasserstoff entfernt werden, der während der Vernetzung von CSM erzeugt wird, so daß die Ver­ netzungspunkte von CSM nicht auf einen Wert herabgesetzt wer­ den, der zu einer vorbestimmten Vulkanisierungsverbindung führt, d. h. einer Verbindung führt, die eine gewünschte Anzahl von Vernetzungspunkten hat, und daß eine derartige Verbindung nicht erreicht wird, wodurch verursacht würde, daß der Zahnriemen keine ausreichende Wärmewiderstandsfähigkeit hätte und früher bricht. Die Menge an eingesetztem Säureacceptor sollte auch nicht die Menge übersteigen, die dazu führen würde, daß die Mooney-Viskosität des CSM auf einen Wert erhöht würde, bei dem sich Verarbeitungsschwierigkeiten ergeben. Die Menge an Magne­ siumoxidaluminiumoxid, die eingesetzt wird, beläuft sich auf etwa 1 bis etwa 50, vorzugsweise auf etwa 4 bis etwa 20 Ge­ wichtsteile auf 100 Gewichtsteile des chlorsulfonierten Poly­ ethylens. Wenn die Magnesiumoxidaluminiumoxidfeststofflösung in einer Menge von weniger als 1 Gewichtsteil vorhanden ist, kann der Chlorwasserstoff, der während der Vernetzung er­ zeugt wird, nicht in ausreichendem Maße entfernt werden. Wenn die Magnesiumoxidaluminiumoxidfeststofflösung eine Menge von 50 Gewichtsteilen überschreitet, steigt die Mooney-Viskosität des CSM beträchtlich an, so daß sich Verarbeitungsschwierig­ keiten ergeben. Daher hat die Kautschukzusammensetzung des chlorsulfonierten Polyethylens, das für den Zahnriemen nach der Erfindung eingesetzt wird, vorzugsweise eine zusätzliche Menge einer Magnesiumoxidaluminiumoxidfeststofflösung in dem vorstehend angegebenen Bereich, so daß die Riemenstandzeit verbessert wird und man erwünschte Verarbeitungseigenschaften hat.

Der alkylierte chlorsulfonierte Polyethylenkautschuk wird aus einem niedrig-dichten, gerad-kettigen Polyethylen hergestellt, welches chlorsulfoniert ist, so daß der Chlorgehalt in einem Bereich von etwa 15 bis etwa 45 Gewichtsprozent (Gew.-%) liegt und der Schwefelgehalt in einem Bereich von etwa 0,5 bis etwa 2,5 Gew.-% liegt. Da ACSM eine Alkylseitenkette umfaßt, wird die Kristallinität des Polyethylens der Hauptkette herabge­ setzt, und daher hat ACSM kautschukähnliche Eigenschaften. Da ACSM in einem niedrigen Temperaturbereich (-10°C oder nie­ driger) kaum kristallisiert, kann die Kautschukelastizität bei­ behalten werden, so daß dem Riemen eine ausgezeichnete Kälte­ beständigkeit verliehen wird.

Für den Canvas-Überzug 5 können textile Materialien mit Lein­ wandbindung, Köperware, Satinware u. dgl. eingesetzt werden, welche Kontraktions- und Expansionseigenschaften in Schuß­ richtung (in Riemenlängsrichtung) haben können. Bei einem Tex­ tilmaterial mit Canvas-Leinwandbindung werden wellenförmige Kreuzungspunkte von Schuß 5a und Kette 5b ununterbrochen in Schuß- und Kettrichtungen gebildet, da die Schußfäden 5a und die Kettfäden 5b vertikal abwechselnd sich kreuzen und lami­ natförmige Gebilde bilden. Bei Köperware oder Satinware bil­ det eine Mehrzahl von Schußfäden und Kettfäden Wellenformen mit Kreuzungspunkten, wobei die Anzahl der wellenförmigen Kreuzungspunkte kleiner als jene bei dem textilen Canvas-Ma­ terial mit Leinwandbindung ist. Der Kautschuk dringt in aus­ reichender Weise nicht nur zwischen die Garne bzw. Fäden des Textilmaterials ein, sondern auch zwischen die Kreuzungspunk­ te. Wenn die Köperware oder Satinware über den Zähnen einge­ setzt wird, wird ein Richtungskontakt von Schußfäden und Kettfäden bei Biegebelastungen des Riemens vermieden, um in bevorzugter Weise die Standzeit des Riemens zu verbessern.

Bei der Canvas-Abdeckung werden sehr starre Garne als Schuß fäden eingesetzt, und sehr starre Garne entsprechend den Schuß fäden werden als Kettfäden eingesetzt. Daher stehen die Schuß­ fäden und Kettfäden im Gleichgewicht, um ein Canvas-Material zu erhalten, das eine gleichmäßige Dicke hat. Als Folge hier­ von hat der Canvas-Überzug eine gleichmäßige Dicke. Der erhal­ tene Riemen hat einen gleichmäßigen PLD-Wert zur Verbesserung der Standzeit des Riemens. Da ferner der Canvas-Überzug verschleiß­ beständig und ausreichend fest ist, sind die Zähne in ausrei­ chendem Maße geschützt, um zu verhindern, daß die Zahnköpfe der Zähne brechen und daß die Zähne sich aus dem Canvas-Mate­ rial herausarbeiten.

Die Bezeichnung PLD bezieht sich auf den Abstand von der Mitte eines Kerndrahtes zu der äußeren Fläche des Rückens des Rie­ mens, welcher einen Canvas-Überzug haben kann.

Der Canvas-Überzug ist aus einem Material, wie Polyamidfasern, Polyesterfasern, aromatischen Polyesterfasern u. dgl. herge­ stellt. Insbesondere können die Schußfäden 5a des Canvas-Über­ zugs von wollig-verarbeiteten Garnen gebildet werden, bei denen Filamentgarne von 6 Nylon, 6.6 Nylon mit Kontraktions- und Expansionseigenschaften gekräuselt werden, und die Kettfäden 5b können von Filamentgarnen aus 6 Nylon oder 6.6 Nylon her­ gestellt sein.

Zusätzlich können Gemischtzwirngarne aus Spinngarnen als Schuß­ fäden 5a eingesetzt werden, die wenigstens 40 Gew.-% oder mehr und vorzugsweise 50 Gew.-% oder mehr aromatische Polyamidfasern und elastische Urethangarne enthalten. Filamentgarne aus Fa­ sern von Polyamid, Polyvinylalkohol, Polyethylen, Polypropylen u. dgl. wie 6 Nylon, 6.6 Nylon, 4.6 Nylon, 12 Nylon u. dgl. kön­ nen als Kettfäden 5b eingesetzt werden. Eine bevorzugte Aus­ führungsform der Filamentgarne enthält 3 bis 25 Monofilamente mit jeweils 10 bis 50 Denier, die 5 bis 30 mal/10 cm gezwirnt bzw. tordiert sind. Eine Auslegungsform eines Multifilamentgar­ nes enthält 100 bis 200 Filamente aus aromatischem Polyamid mit jeweils 1 bis 6 Denier, welche zu einem Bündel zusammenge­ faßt, oder tordiert bzw. gezwirnt sind, so daß man Multifila­ mentgarne erhält.

Die Spinngarne aus aromatischen Polyamidfasern sind vorzugsweise mit elastischen Urethangarnen versehen, um die konstante Dicke des Canvas-Materials beizubehalten und die Wärmebeständigkeit und die Verschleißbeständigkeit zu verbessern. Wenn nicht 40 Gew.-% oder mehr hiervon verwendet werden, werden die Wärmebeständigkeit und die Verschleißbeständigkeit möglicherweise nicht verbessert.

Zur weiteren Verbesserung der Kontraktions- und Expansions­ eigenschaften des vorstehend angegebenen Zahnriemens können andere synthetische Polyesterfasergarne mit geringer Orien­ tierung bei dem vorstehend angegebenen Canvas-Material mit Leinwandbindung, in die Köperware oder die Satinware einge­ wirkt werden, und der Riemen kann mit der Wirkware über­ zogen werden. Die Oberflächen der Schußfäden 5a und der Kett­ fäden 5b können mit Klebstoffschichten aus einer gehärteten Resorcinformalinkautschuklatex (RFL) Lösung (nachstehend be­ schrieben), einer Isocyanatlösung oder Epoxidlösung überzogen sein.

Die Form der Glasfaserlitzen der Kerndrähte 3 wird beispiels­ weise dadurch gebildet, daß eine Anzahl von nicht-alkalischen Glasfilamenten gebündelt wird, die jeweils etwa 9 oder 9 bis 10 µm im Durchmesser sind, um einen Strang zu bilden, wobei dann etwa 3 erhaltene Stränge zusammengefaßt und die untere Zwirnung durch 3 Stränge mit etwa 10,5 bis etwa 13,5 mal/10 cm zur Bildung eines Seils tordiert werden, und dann wer­ den etwa 6 bis etwa 13 Seile zusammengefaßt und die obere Zwirnung der Seile in Gegenrichtung zu der unteren Zwirnung mit etwa 6,5 bis etwa 9,5 mal/10 cm erstellt, um den Kern­ draht zu bilden. Alternativ kann der Kerndraht beschrieben werden als ECG 150 3/6 bis 3/13.

Geeignete Glasfilamente sind von Nihon Glass Fiber Co. erhält­ lich.

Die Glasfaserlitzen sind vorzugsweise auf an sich bekannte Weise mit einem Klebbehandlungsmittel, beispielsweise einer RFL-Lösung behandelt und mit einer Kautschukpaste überzogen, um die Adhäsion mit dem Kautschuk zu verbessern. Die RFL-Lö­ sung erhält man durch Vermischen des Anfangskondensats von Resorcin und Formalin mit Kautschuklatex. Das Mol-Verhältnis von Resorcin zu Formalin beläuft sich vorzugsweise auf etwa 1 : 0,5 bis etwa 1 : 3, um die Haftfestigkeit der Behandlung zu verstärken.

Das Anfangskondensat von Resorcin und Formalin wird mit dem Latex derart vermischt, daß der Harzgehalt, d. h. das Anfangs­ kondensat etwa 2 bis etwa 30 Gew.-Teile auf 100 Gew.-Teile Kautschukgehalt von Latex hat. Die Gesamtfeststoffkonzentra­ tion wird dann auf etwa 5 bis etwa 40 Gew.-% Feststoffe un­ ter Verwendung von Wasser eingestellt.

Der Latex ist vorzugsweise ein Latex aus Styrolbutadien, Vi­ nylpyridinterpolymer, chlorsulfoniertem Polyethylen, H-NBR, Epichlorhydrin, Naturkautschuk, Styrolbutadienkautschuk, Chloropren, Olefinvinylestercopolymer u. dgl.

Vorzugsweise wird die RFL-Lösung auf die Glasstränge aufge­ bracht und ausgehärtet, bevor die Glasstränge für den unteren Bereich tordiert werden. Die RFL-Lösung kann dadurch aufge­ bracht werden, daß die Filamente in die Lösung getaucht wer­ den. Die RFL-Lösung wird dann getrocknet, vorzugsweise bei einer Temperatur von etwa 130°C während einer Zeitdauer von etwa 2 Minuten und dann wird sie aushärten gelassen, vor­ zugsweise bei einer Temperatur in einem Bereich von etwa 250 bis etwa 300°C während einer Zeitdauer von etwa 2 Minuten.

Nachdem die mit RFL behandelten Filamente im unteren Bereich und oberen Bereich tordiert sind, um den Kerndraht zu bilden, wird der Kerndraht mit der Kautschukpaste behandelt. Die Kaut­ schukpaste kann ein in einem Lösungsmittel gelöster Kautschuk sein. Bevorzugte Kautschuke umfassen CSM und H-NBR. Vorzugs­ weise sind der Kautschuk der Kautschukpaste und der Kautschuk­ zähne und des Kautschukrückens von gleicher Sorte. Bevorzugte Lösungsmittel umfassen Methylethylketon und Toluol. Vorzugs­ weise enthält die Kautschukpaste ein Isocyanat. Ein bevorzug­ tes Isocyanat ist Polymethylenpolyphenylisocyanat. Ein bevor­ zugtes Isocyanat ist PAPI-135, hergestellt von MD Chemical Co., Ltd.

Die Kautschukpaste kann auf den Kerndraht durch Eintauchen des Kerndrahts in die Kautschukpaste aufgebracht werden. Die Kautschukpaste auf dem Kerndraht verfestigt sich durch Ein­ wirken einer Wärmemenge, welche eine Verfestigung bewirkt.

Der mit RFL und der Kautschukpaste behandelte Kerndraht kann bei einer Temperatur von etwa 160°C eine Zeitdauer von etwa 2 Minuten wärmebehandelt werden, um die Eigenschaften zu ver­ bessern.

Ein Zahnriemen kann auf an sich übliche Weise mittels eine Preßformverfahrens unter Einsatz der vorstehend angegebenen Materialien hergestellt werden.

Die Erfindung wird nachstehend an Beispielen näher erläutert.

Beispiel 1 Herstellen und Testen von Zahnriemen mit Kerndrähten mit 8 Endtordierungen/10 cm

Proben aus 3 Glassträngen, hergestellt aus ECG 150 wurden zu­ bereitet,in eine RFL-Lösung getaucht, welche eine in Tabel­ le 1 (nachstehend angegeben) gezeigte Zusammensetzung hatte, getrocknet, wärmebehandelt bzw. gebrannt und dann im unteren Bereich tordiert, wie dies in Tabelle 2 (nachstehend angege­ ben) gezeigt ist, wobei Beispiele und/oder Vergleichsbei­ spiele zur Herstellung eines beschichteten Stranges in Abhän­ gigkeit hiervon hergestellt wurden. Dann wurden 11 oder 13 der beschichteten Stränge im oberen Bereich mit 8,0 ± 0,5 mal/10 cm tordiert, um den Kerndraht zu erhalten, der in eine der Kautschukpasten getaucht wurde, welche eine Zusammen­ setzung nach Tabelle 3 (nachstehend angegeben) haben, und dann erfolgte eine Wärmebehandlung bei 160°C 2 Minuten lang, um eine mit RFL und der Kautschukpaste behandelte Glasfaser­ litze zu erhalten, welche die Konfiguration von ECK 150 3/11 oder 3/13 hat.

Tabelle 1 RFL Lösung

Lösungsgehalt
(Gew.-%)
Resorcin	1
37 Gew.-% Formalin	1
JSR 06501	18
Deionisiertes Wasser	80
1Vinylpyridin-styrolbutadienkautschuklatex erhältlich von Japan Synthetic Rubber Co. Ltd.

Der Canvas-Überzug wurde aus Köpertextur mit 6.6 Nylon wollig behandelten Garnen und 6.6 Nylon wollig behandelten Industrie­ garnen als Schußlage und 6.6 Industrienylongarnen als Kett­ lage mit 2/2↖ (wodurch die Struktur der Köpertextur angege­ ben wird) mit 0,25 Millimeter (mm) oder 0,30 mm Dicke im Quer­ schnitt des Riemens in Abhängigkeit von dem herzustellenden Beispiel oder Vergleichsbeispiel ausgebildet. Der Canvas-Überzug wurde haftend derart aufgebracht, daß er hinsichtlich der Ge­ stalt passend zu den Kautschukzähnen ausgestaltet ist.

Die Kautschukzähne und der Kautschukrücken wurden aus einer Kautschukzusammensetzung hergestellt, die hydrierten Nitril­ kautschuk oder chlorsulfonierten Polyethylenkautschuk als Haupt­ materialien enthielten. Die Zusammensetzungen des Kautschuks sind in Tabelle 4 (nachstehend angegeben) verdeutlicht.

Ein Zahnriemen wurde auf eine übliche Preßbearbeitungsmethode aus den vorstehend angegebenen Materialien hergestellt. Der erhaltene Riemen hatte eine Zahnsteigung von 9 Grad, eine tra­ pezförmige (ZA) Zahnform mit 525 mm, 88 Zähnen und hatte eine Breite von 19,1 mm.

Jeder hergestellte Riemen wurde mit einem Testlauf mit 3 Wellen getestet. Die Ausgangsfestigkeit des Riemens wurde bestimmt. Nach dem Lauf über 1000 Stunden wurde die Riemenrestfestigkeit, das Vorhandensein oder das Fehlen von Rissen an den Zahnköpfen der Zähne und der Verschleißzustand des Canvas-Überzugs ermit­ telt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 (nachstehend angegeben) gezeigt.

Der Zusammenhang zwischen der Riemenlaufzeit und der Spannung des Riemens ist in den Fig. 2 und 3 gezeigt. Die Spannung des Riemens wurde mit einer Riemenspannmeßeinrichtung gemessen, um eine Ausgangsspannung bei dem Testlauf mit 3 Wellen zu bestim­ men. Der Riemen lief eine vorbestimmte Zeit lang, welche in den Diagrammen angegeben ist, und der Riemen und die Testmaschine wurden auf Umgebungstemperatur gekühlt und dann wurde die Spannung nochmals gemessen.

Der Lauftest mit 3 Wellen hatte eine treibende Riemenscheibe (18 Zähne), eine getriebene Riemenscheibe (36 Zähne) und eine Spannscheibe (52 mm im Durchmesser), welche zwischen der trei­ benden Riemenscheibe und der getriebenen Riemenscheibe ange­ ordnet war. Der Test erfolgte in einem Ofen und einer Tempera­ tur von 120°C, und die Laufbedingungen umfaßten eine Drehzahl der treibenden Riemenscheibe mit 6000/l/min, eine Drehzahl der getriebenen Riemenscheibe mit 3000/l/min, eine Belastung von 5 PS und eine Anfangsspannung von 15 kg.

Tabelle 3

(Kautschukpaste)

Tabelle 4

¹ Hydrierter Nitrilkautschuk erhältlich von Nippon Zeon Co., Ltd.
² N-Isopropylen-N'-phenyl-P-phenylendiamin
³ Dioctylsebacat
⁴ Tetramethylthiuramdisulfid
⁵ N-Cyclohexyl-2-benzothiazylsulfenamid
⁶ Chlorosulfoniertes Polyethylen erhältlich von Denki Kagaku Kogyo K.K.
⁷ Nickeldibutyldithiocarbamat
⁸ Dimethamethylenthiuramtetrasulfid
⁹ N,N'-m-Phenylendimaleimid.

Bei den Zahnriemen der Vergleichsbeispiele Nr. 1 und Nr. 6 (welche jeweils 8 untere Tordierungen/10 cm hatten) trat eine Zerstörung von RFL und der Kautschukpaste auf den Glasfaser­ litzen infolge der Zunahme der Spannung beim Lauf früh auf, woraus eine verminderte Restfestigkeit und ein erhöhter Ver­ schleiß des Canvas-Überzugs resultierten. Bei den Riemen der Vergleichsbeispiele Nr. 5 und Nr. 10 (die jeweils 16 untere Tordierungen/10 cm hatten) wurde die Belastungsänderung auf die Zähne infolge einer Abnahme der Spannung verstärkt, und die Zahnköpfe der Zähne des Riemens an der Vorderseite in Lauf­ richtung gesehen waren gebrochen. Die Riemen der Beispiele Nr. 2, 3, 4, 7, 8 und 9 nach der Erfindung hatten bevorzugte konstante Werte für die Spannung, kein Brechen der Zahnköpfe der Zähne infolge einer Veränderung der Belastung trat auf und sie hatten eine bevorzugte Restfestigkeit und eine bevor­ zugte Verschleißbeständigkeit hinsichtlich des Canvas-Über­ zugs.

Beispiel 2 Zubereitung und Testen des Zahnriemens mit Kerndrähten mit 12 Endtordierungen/10 cm

ECG 150 3/13 Glasfaserlitzen ähnlich jenen nach dem Beispiel 1, welche aber untere Tordierungen von 12 mal /10 cm und obere Tordierungen von 8,0 ± 0,5 mal/10 cm hatten, wurden als Glas­ kerndrähte eingesetzt.

Der Canvas-Überzug wurde als eine Köpertextur mit 2/2 aus Monomultigarnen als Kettlage und Spinngarnen und elastischen Urethangarnen als Schußlage ausgebildet. Die Monomultigarne wurden aus 7 Monofilamenten hergestellt, wobei jedes Monofila­ ment 20 Denier hatte und aus 6.6 Nylon bestand. Die 7 Monofi­ lamente wurden 15 mal/10 cm in eine S-Richtung tordiert. Das Material und die Größe der Spinngarne sind in Tabelle 5 (nachstehend angegeben) gezeigt. Die elastischen Urethangarne dehnten sich um etwa das 2,0 bis etwa 4,0fache, bezogen auf ihre Ausgangslänge, beim Tordieren. Die Spinngarne und die elastischen Urethangarne wurden vermischt und in einer S-Rich­ tung tordiert. Das elastische Urethangarn war aus elastomeren (Spandex) Fasern hergestellt.

Das auf diese Weise gewebte Canvas-Material wurde auf etwa 40 bis etwa 55% der Webbahn mittels einer Haspelmaschine oder einer Rundmaschine geschrumpft. Das Canvas wurde dann mit der RFL-Lösung behandelt, welche eine Zusammensetzung nach Tabelle 1 (vorstehend angegeben) hatte, und es wurde in die H-NBR- Kautschukpaste mit der Zusammensetzung nach Tabelle 3 (vorste­ hend angegeben) eingetaucht, getrocknet und dann wurde es als ein Canvas-Überzug bei dem Zahnriemen eingesetzt.

Die Kautschukzähne und der Kautschukrücken wurden aus Kautschuk­ zusammensetzungen hergestellt, die hydrierten Nitrilkautschuk als Hauptmaterial enthalten. Die Kautschukzusammensetzung ist in der Tabelle 4 (vorstehend angegeben) näher bezeichnet.

Die vorstehend angegebenen Materialien wurden verwendet, um einen Zahnriemen (Beispiel 11) mit dem Verfahren und der Aus­ legungsform herzustellen, welche im vorstehend angegebenen Beispiel 1 beschrieben wurden. Die Ursprungsfestigkeit des Rie­ mens wurde bestimmt. Unter den gleichen Testbedingungen wurden nach einer Laufzeit von 1000 Stunden die Riemenrestfestigkeit, Rißbildungen an den Zahnköpfen der Zähne und der Verschleiß­ zustand des Canvas-Überzugs ermittelt. Auch wurden die Band­ spannungen im Ausgangszustand und nach einer vorbestimmten Zeitperiode untersucht. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 5 angegeben.

Tabelle 5 Testergebnisse für Beispiel 11

Kerndrahtstruktur	ECG 150 3/13
Anzahl der Ersttordierungen (mal/10 cm)	12
Anzahl der Endtordierungen (mal/10 cm)	8
Zahnkautschuk und Rückenkautschuk	H-NBR
Canvas-Überzug@	Schußlagenmaterial	(Spinngarne) elastische Urethangarne
Schußformat	(CX1 30S/3 + SD2 140D/1)/1
Anzahl der Tordierungen der Schußlage (mal/10 cm)	15
Anzahl der Tordierungen der Kettlage (mal/5 cm)	110
Anzahl der Paßschußlagen (mal/5 cm)	80
Ausgangsfestigkeit des Riemens (kg/19,1 mm)	1175
Restfestigkeit des Riemens nach 1000 Stunden (kg/19,1 mm)	710
Risse an den Zahnköpfen	keine
Verschleiß des Canvas-Überzugs	klein
Spannung des Riemens (kg)@	0,0 h	16,2
1,5 h	14,0
20,5 h	13,2
500,0 h	10,0
1500,0 h	9,0
1 CORMEX (hergestellt von Teijin Limited)@	2 Elastisches Urethangarn

Wie vorstehend angegeben wurde, behält ein Riemen, der die vorstehend angegebenen Kerndrähte und den Canvas-Überzug hat, seine Spannung über eine Laufzeit von 500 Stunden oder länger bei, es tritt kein Riß an den Zahnköpfen der Zähne durch eine Belastungsveränderung auf, und man erhält bevorzugte Rest­ festigkeitswerte des Riemens und eine bevorzugte Verschleiß­ beständigkeit beim Canvas-Überzug.

Wie vorstehend angegeben ist, hat der Zahnriemen nach der Er­ findung Kerndrähte mit unteren Tordierungen von etwa 10,5 bis etwa 13,5 mal/10 cm und oberen Tordierungen von etwa 6,5 bis etwa 9,5 mal/10 cm. Die Änderung der Spannung des Riemens während der Laufzeit wird herabgesetzt, eine Biege­ ermüdung tritt am Riemen kaum auf, und Risse an den Zahnköpfen der Zähne wurde kaum festgestellt, wodurch die Haltbarkeit des Riemens durch die Kerndrähte verbessert wird.

Zusammenfassend gibt die Erfindung einen Zahnriemen an, der Zähne, einen Kautschukrücken und einen Kerndraht hat, der in den Kautschukrücken eingebettet ist. Der Kerndraht hat untere Tordierungen mit etwa 1015 bis etwa 13,5 mal/10 cm und eine obere Tordierung mit etwa 6,5 bis etwa 9,5 mal/10 cm. Vorzugsweise ist der Kerndraht aus Glas mit einer Auslegung gemäß ECG 150 3/6 bis 3/13 hergestellt. Der Kerndraht hat eine spezielle Anzahl von Tordierungen, um die physikalischen Eigen­ schaften des Riemens zu verbessern.

Claims (9)

1. Zahnriemen mit einem Zähne (2) tragenden Kautschukrücken (4), in den wenigstens ein Glaskerndraht (3) eingebettet ist, wobei der Kerndraht (3) eine Ersttordierung und eine Endtordierung aufweist, welche Endtordierung in einem Bereich von etwa 6,5 bis etwa 9,5 mal/10 cm liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Ersttordierung in einem Bereich von etwa 10,5 bis etwa 13,5 mal/10 cm liegt.

2. Zahnriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Endtordierung des Kerndrahts (3) etwa 8 mal/10 cm beträgt.

3. Zahnriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kerndraht (3) entsprechend ECG 150 3/6 bis 3/13 ausgelegt ist.

4. Zahnriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kerndraht (3) entsprechend ECG 150 3/11 ausgelegt ist.

5. Zahnriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kautschuk ein chlorsulfonierter Polyethylenkautschuk, ein alkylierter chlorsulfonierter Polyethylenkautschuk oder ein hydrierter Acrylnitrilbutadienkautschuk ist.

6. Zahnriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kerndraht (3) mit einem Resorcinformalin-Kautschuklatex und/oder einer Kautschukpaste behandelt ist.

7. Zahnriemen nach Anspruch Q dadurch gekennzeichnet, daß die Kautschukpaste aus dem gleichen Kautschuk wie der Kautschukrücken (4) hergestellt ist.

8. Zahnriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er ferner einen Canvas-Überzug (5) aufweist.

9. Zahnriemen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne (2) mit dem Canvas-Überzug (5) bedeckt sind.