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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zahnriemen, um zum
Beispiel die obenliegende Nockenwelle (OHC) eines Fahrzeugs
anzutreiben, und insbesondere betrifft sie einen Zahnriemen mit
großer Haltbarkeit, die unter ungünstigen Betriebsbedingungen
eine lange Lebensdauer ermöglicht.
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Im Gegensatz zu Flachriemen, V-förmigen Riemen oder dergleichen,
haben Zahnriemen keinen Schlupf und weisen somit eine hohe
Übertragungswirksamkeit auf. Im Vergleich zu
Übertragungsvorrichtungen, wie Zahnräder, Ketten etc., haben Zahnriemen zusätzlich den
Vorteil einer sehr geringen Geräuschentwicklung. Daher werden
Zahnriemen zum Simultanantrieb in Bereichen, wie bei
obenliegenden Fahrzeug-Nockenwellen (OHC), verwendet, und ihre Verwendung
nimmt ständig zu.
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Normalerweise enthält ein Zahnriemen, wie in Figur 1 gezeigt
ist, einen Rückseitenabschnitt 1 und Zahnabschnitte 2, die
jeweils beide aus einer elastischen Substanz, wie Gummi, gebildet
sind, ein Zahngewebe 3, das die Oberfläche der Zahnabschnitte 2
und der Zahngründe 5 bedeckt, welche sich zwischen benachbarten
Zahnabschnitten 2 befinden, um den durch die Reibung zwischen
dem Riemen und den Riemenscheiben entstehenden Abrieb zu
verhindern, und eine Vielzahl von Kernfasern 4, die in
Längsrichtung so durch das Innere des Rückseitenabschnitts 1 verlaufen,
daß sie mit dem Zahngewebe 3 Kontakt haben.
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Ein derart aufgebauter Zahnriemen wird beispielsweise zum
Simultanantreiben einer OHC-Welle eines Fahrzeugs verwendet. Der
Zahnriemen zum Antreiben einer OHC-Welle bewegt sich mit hohen
Geschwindigkeiten, unter einer großen Last und bei hohen
Temperaturen. In neuerer Zeit werden insbesondere Fahrzeugmotoren mit
hoher Leistung entwickelt, bei denen sich der Zahnriemen mit
höheren Geschwindigkeiten bewegt und die Motortemperatur höher
ist. Wenn der Zahnriemen unter solchen Bedingungen verwendet
wird, ist der Abrieb des Zahngewebes, welches den Bodenbereich
des Riemens bedeckt, durch den Kontakt mit den Riemenscheiben
beschleunigt und gleichzeitig wird das Zahngewebe geschädigt,
indem es hohen Temperaturen ausgesetzt ist. Wenn der Zahnriemen
um eine große Anzahl von Riemenscheiben gewunden ist, bewegt
sich der Zahnriemen mit vielen Krümmungen. Da der Zahnriemen zum
Antreiben einer OHC-Welle bei hohen Temperaturen verwendet wird,
unterliegt die elastische Substanz, wie Gummi etc., die für die
Bildung des Rückseitenabschnitts 1 und der Zahnabschnitte 2
verwendet wird, einer Alterung, wodurch Rißbildungen erheblich
zunehmen. Aufgrund der Bewegung bei hohen Geschwindigkeiten und
unter großer Last ist der Abrieb des an den Riemenscheiben
anliegenden Zahngewebes 3 sehr groß, wodurch leicht Rißbildungen,
Abscherungen etc. entstehen. Ebenso wird auf die mit den
Riemenscheiben in Eingriff befindlichen Zahnabschnitte 2 ein hoher
Druck ausgeübt, wodurch leicht Rißbildungen, Abscherungen etc.
entstehen können, was zur Beschädigung führt. Wenn der
Zahnriemen außerdem um mehrere Riemenscheiben gewunden ist und mit
einer Anzahl von Krümmungen bewegt wird, erhöht sich die Anzahl
der Krümmungsabschnitte des Zahnriemens, so daß durch die
Reibung zwischen den Kernfasern 4 und der elastischen Substanz, aus
der sowohl der Rückseitenabschnitt 1 als auch die Zahnabschnitte
2 gebildet sind, eine innere Wärme erzeugt wird, die eine
beschleunigte Alterung der Kernfasern und der elastischen Substanz
bewirkt. Wie vorstehend beschrieben ist, wird der Zahnriemen zum
Antreiben einer ONC-Welle unter ungünstigen Bedingungen
verwendet, so daß Probleme bezüglich der Haltbarkeit entstehen und der
Riemen nicht über einen langen Zeitraum verwendet werden kann.
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Ein Zahnriemen mit sehr guter Haltbarkeit wird in den
japanischen Offenlegungsschriften JP-A-62 159827 und JP-A-64 87937
vorgeschlagen. Bei den in der japanischen Offenlegungsschrift
JP-A-62 159827 offenbarten Zahnriemen wird für den
Rückseitenabschnitt 1 und die Zahnabschnitte 2 ein hydriertes Acrylnitril-
Butadien-Copolymer (NBR) mit einer Hydrierungsrate von 80% oder
mehr und als Zahngewebe 3 eine industrielle Nylonrohfaser mit
einer Viskosität von 2,6 bis 2,8 relativ zu Schwefelsäure, einer
Zugfestigkeit von 5 g/Denier oder mehr und einer Feinheit
einzelner
Fasern von 5 Denier oder weniger verwendet, und außerdem
bestehen die Kernfasern 4 aus verwundenen Bündeln von
Glasfaserfäden mit einer bestimmten Drehungszahl, wobei der
Kerndurchmesser bezüglich des Zahngewebes in einem vorbestimmten Bereich
liegt. Die oben beschriebene Anordnung ermöglicht eine deutlich
bessere Haltbarkeit und eine stabile Bewegung während einer
langen Zeitdauer bei hohen Geschwindigkeiten und unter einer
großen Last.
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Es besteht jedoch ein Problem dahingehend, daß wegen der
ungünstigen Bedingungen keine ausreichende Haltbarkeit erreicht
werden kann und die Lebensdauer im Vergleich zum Motor geringer
ist, wenn ein solcher Zahnriemen zum Antreiben einer OHC-Welle
eines Fahrzeugs verwendet wird. In neuerer Zeit werden
insbesondere Fahrzeugmotoren mit höherer Leistung entwickelt, so daß
sich der Zahnriemen bei höheren Geschwindigkeiten bewegt und die
Motortemperatur höher ist. Wenn der Zahnriemen unter diesen
Bedingungen verwendet wird, erhöht sich durch den Kontakt mit
den Riemenscheiben der Abrieb des Zahngewebes, welches den
Bodenbereich des Riemens bedeckt, und gleichzeitig beschleunigt
sich wegen der Einwirkung der hohen Temperaturen die
Beschädigung des Zahngewebes. Wenn sich der Riemen bewegt, konzentriert
sich die aufgebrachte Kraft auf einen Fußabschnitt eines Zahnes,
und der Fußabschnitt wird leicht so gebogen, daß unter solchen
Bedingungen die Rißbildung des Zahngewebes am Fußabschnitt durch
die Bewegung des Riemens erhöht wird, und außerdem kann der
Zahnabschnitt des Riemens verlorengehen.
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Wie vorstehend beschrieben ist, bewegt sich der im Motorraum
verwendete Zahnriemen bei hohen Temperaturen und hohen
Geschwindigkeiten, was infolge der Schädigung des Zahngewebes zur
Beschädigung des Riemens führt.
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Außerdem ist die Innenseite des Motorraums mit einer Abdeckung
abgedichtet, deren Dichtungseigenschaft jedoch nicht ausreichend
ist. Deshalb dringen Wasser, Sand, Schlamm oder Staub etc. (im
folgenden als Umgebungsfremdstoffe bezeichnet) in den Motorraum
ein, und es besteht die Möglichkeit, daß sie sich zusammen mit
Motoröl oder ähnlichem, das sich im Motorraum befindet, auf dem
Riemen absetzen. Wenn solche Umgebungsfremdstoffe bei den
Zahngründen 5 zwischen das Zahngewebe 3 und die Riemenscheiben
eindringen, beschleunigt sich der Abrieb des Zahngewebes 3. Ein
solcher Abrieb des Zahngewebes 3 erfolgt schneller als der, der
beim Zahngewebe 3 unter den oben beschriebenen ungünstigen
Bedingungen stattfindet, so daß die Möglichkeit besteht, daß im
Zahngewebe 3 des Fußabschnitts Risse entstehen. Der Abrieb des
Zahngewebes 3 ist beschleunigt und verursacht bereits frühzeitig
Schäden an den Kernfasern 4, die sich in direktem Kontakt mit
dem Zahngewebe 3 befinden. Solche Zustände führen zu einem
Verlust der Zahnabschnitte 2 und zum Abreißen der Kernfasern 4. Da
die durch solche Umgebungsfremdstoffe verursachten Schäden
früher auftreten als unter ungünstigen Bedingungen, wie
beispielsweise hohe Temperatur, ist es denkbar, daß Faktoren, wie
Wärmeermüdung oder Biegeermüdung, einigen Einfluß auf die
Schädigungsrate des Riemens haben könnten.
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Um bei einem Zahnriemen für einen Fahrzeugmotor die Lebensdauer
des Riemens zu erhöhen, ist es, wie oben beschrieben, wichtig,
die durch die Umgebungsfremdstoffe verursachten Schädigungen des
Riemens zu verhindern. Aus diesem Grund ist es notwendig, die
Hitzebeständigkeit, die Biegebeständigkeit, die
Abriebbeständigkeit, die Festigkeit und die Haftung zwischen den Kernfasern und
dem Rückseitenabschnitt zu verbessern.
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Der Rückseitenabschnitt 1 und die Zahnabschnitte 2 werden auch
weiterhin hohen Temperaturen ausgesetzt sein, da Fahrzeugmotoren
mit höherer Leistung zu erwarten sind. Deshalb muß das
Gummimaterial für den Rückseitenabschnitt und die Zahnabschnitte eine
größere Hitzebeständigkeit haben.
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Es ist normalerweise bevorzugt, daß der Durchmesser der
Kernfasern 4 klein ist, um die Wärmeentwicklung durch die
Reibung mit dem Gummimaterial, aus dem der Rückseitenabschnitt
1 und die Zahnabschnitte 2 gebildet sind, die Wärmeentwicklung
durch die Reibung mit dem Zahngewebe 3 und außerdem die innere
Wärmeentwicklung in den Kernfasern 4 selbst (Reibungswärme
zwischen jeder die Kernfasern bildenden Faser) zu verringern.
Wenn der Durchmesser des Zahnriemens jedoch klein ist, ist die
Festigkeit der Kernfasern 4 selbst geringer, und eine
ausreichende Zugfestigkeit kann nicht erreicht werden. Deshalb ist es
notwendig, Kernfasern 4 mit kleiner Feinheit aber mit
ausreichender Zugfestigkeit zu verwenden.
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Das Zahngewebe 3 befindet sich in direktem Kontakt mit den
Riemenscheiben und ist Umgebungseinflüssen ausgesetzt, wie
solchen, die durch Umgebungsfremdstoffe verursacht werden, so
daß verschiedene mechanische Eigenschaften des Zahngewebes 3
einen großen Einfluß auf die Gesamteigenschaften des Zahnriemens
haben. Wenn das Zahngewebe 3 nicht aus geeigneten Materialien
besteht, deren verschiedene mechanische Eigenschaften ausgewogen
sind, kann folglich kein Zahnriemen mit guter
Umgebungsbeständigkeit erreicht werden.
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Bei Betrachtung des Eingriffs des Zahngewebes 3 mit den
Riemenscheiben ergibt sich das Problem, daß die Dicke des Zahngewebes
3 durch den Durchmesser der Kernfasern 4 begrenzt ist. Um einen
geeigneten Eingriff mit den Riemenscheiben zu erhalten, müssen
die Dicke des Zahngewebes 3 und der Durchmesser der Kernfasern
4 an den Zahngründen innerhalb eines bestimmten Bereichs liegen.
Wenn die Dicke des Zahngewebes 3 groß ist, erhöht sich folglich
die mechanische Festigkeit des Zahngewebes 3 von selbst.
Hinsichtlich des Eingriffs mit den Riemenscheiben muß der
Durchmesser der Kernfasern 4 jedoch klein sein. Um die Dicke des
Zahngewebes 3 zu erhöhen, muß der Durchmesser der Kernfasern 4
klein gehalten werden. Die Biegesteifigkeit des Riemens selbst
wird verringert, indem der Durchmesser der Kernfasern 4 klein
gehalten wird, so daß die Eigenschaft der Biegeermüdung des
Zahngewebes 3 am Fußabschnitt verbessert werden kann. Wenn der
Durchmesser der Kernfasern 4 an den Zahngründen klein ist,
verringert sich die Kontaktfläche zwischen den Kernfasern 4 und dem
Gummimaterial, aus dem der Rückseitenabschnitt 1 und die
Zahnabschnitte 2 gebildet sind, und die Kontaktfläche zwischen den
Kernfasern 4 und dem Zahngewebe 3. Andererseits erhöht sich die
Kontaktfläche zwischen dem Gummimaterial und dem Zahngewebe 3,
die sich zwischen jeder Kernfaser 4 in gegenseitigem Kontakt
befinden.
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Die Elastizität der Glasfasern ist im Vergleich zum
Gummimaterial sehr gering, so daß die Belastung, die entsteht, wenn die
Riemen mit den Riemenscheiben eingreifen, insbesondere wenn die
Kernfasern 4 aus Glasfasern bestehen, nicht durch die
Glaskernfasern selbst absorbiert werden kann. Wie oben beschrieben ist,
wird der von den Riemenscheiben ausgehende Stoß durch das
Gummimaterial absorbiert, und der auf die Kernfasern 4 wirkende Stoß
gemildert, wenn die Kontaktfläche zwischen dem Gummimaterial und
dem Zahngewebe 3 vergrößert wird. Auf die gleiche Weise wird der
auf das Zahngewebe 3 wirkende Stoß, der durch den Eingriff mit
den Riemenscheiben entsteht, durch das Gummimaterial absorbiert,
das sich mit dem Zahngewebe 3 in Kontakt befindet, so daß die
Haltbarkeit des Zahngewebes 3 selbst verbessert wird. Wenn
Umgebungsfremdstoffe zwischen das Zahngewebe 3 und die
Riemenscheiben dringen, erhöht sich der auf das Zahngewebe 3, die
Kernfasern 4 und das Gummimaterial wirkende Stoß weiter. Jedoch
erhöht sich die Kontaktfläche zwischen dem Zahngewebe 3 und dem
Gummimaterial so, daß der Stoß durch das Gummimaterial
absorbiert und im Vergleich mit dem Stand der Technik die Haltbarkeit
des Zahngewebes 3 und der Kernfasern 4 erhöht wird.
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Anhand von experimentellen Ergebnissen ist gefunden worden, daß
die Haltbarkeit des Zahnriemens selbst merklich verbessert
werden kann, wenn eine elastische Substanz für den
Rückseitenabschnitt 1 und für die Zahnabschnitte 2, das Zahngewebe 3,
welches die Zahnabschnitte 2 und die Zahngründe 5 bedeckt, und
die Kernfasern 4 aus einer Kombination bestimmter Materialien
verwendet wird.
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Gemäß eines ersten Aspektes der vorliegenden Erfindung wird ein
Zahnriemen vorgeschlagen, der einen Rückseitenabschnitt und
Zahnabschnitte, die aus Acrylnitril-Butadien-Copolymer (NBR) mit
einer Hydrierungsrate von 90% oder mehr bestehen,
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ein Zahngewebe, welches die Oberfläche der Zahnabschnitte
und der Zahngründe bedeckt, wobei das Zahngewebe aus einer
industriellen Nylonrohfaser mit einer Viskosität von 2,45 bis 2,53
relativ zu Schwefelsäure, einer Zugfestigkeit von 5 g/Denier
oder mehr und einer Feinheit einzelner Fasern von 5 Denier oder
weniger besteht und mit Resorcin-Formaldehyd-Latex
(RFL)-Flüssigkeit behandelt worden ist, in der Resorcin-Formaldehyd-Harz
mit hydriertem NBR als Latex-Komponente gemischt ist, und
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Kernfasern mit einem Kerndurchmesser von 0,63 bis 0,85 mm
umfaßt, wobei die Kernfasern aus verwundenen Bündeln von
Glasfasern mit einer Festigkeit bestehen, die größer ist als die von
E-Glasfasern.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel bestehen der
Rückseitenabschnitt und die Zahnabschnitte aus hydriertem NBR, das mit
Peroxid vulkanisiert worden ist.
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Gemäß eines zweiten Aspektes der vorliegenden Erfindung ist die
Verwendung eines Zahnriemens gemäß des ersten Aspektes der
Erfindung zum Antreiben einer obenliegenden Nockenwelle eines
Fahrzeugs vorgesehen.
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Die hierin beschriebene Erfindung ermöglicht es daher, einen
Zahnriemen mit deutlich verbesserter Haltbarkeit herzustellen,
der insbesondere eine sehr gute Haltbarkeit in Bezug auf
Umgebungsfremdstoffe hat und selbst bei hohen Geschwindigkeiten und
unter einer großen Last für einen langen Zeitraum beständig
betrieben werden kann.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung und zur Erläuterung von
deren Wirkung wird nun durch ein Beispiel auf die bei liegenden
Zeichnungen Bezug genommen, wobei:
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Figur 1 eine fragmentarische Querschnittsansicht ist, die einen
Zahnriemen zeigt.
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Figur 2 eine erläuternde Darstellung ist, die einen Antriebstest
mit zwei Achsen zeigt.
Figur 3 eine erläuternde Darstellung ist, die einen Antriebstest
mit drei Achsen zeigt.
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Figur 4 eine erläuternde Darstellung ist, die einen Antriebstest
mit Mehrfachbiegung zeigt.
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Die Erfindung wird nun anhand von Beispielen beschrieben.
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Der erfindungsgemäße Zahnriemen, der die gleiche äußere
Erscheinung hat wie ein herkömmlicher Zahnriemen, der in Figur 1
dargestellt ist, umfaßt einen Rückseitenabschnitt 1, Zahnabschnitte
2, ein Zahngewebe 3, das die Oberfläche der Zahnabschnitte 2 und
der Zahngründe 5 bedeckt, und eine Vielzahl von Kernfasern 4,
die durch das Innere des Rückseitenabschnitts 1 verlaufen. Jede
Kernfaser 4 befindet sich außerdem in Kontakt mit dem
Zahngewebe 3.
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Der Rückseitenabschnitt 1 und die Zahnabschnitte 2 werden
beispielsweise aus einem Acrylnitril-Butadien-Copolymer (NBR)
mit einer Hydrierungsrate von 90% oder mehr gebildet, das mit
Peroxid vulkanisiert ist. Bei einem NBR mit einer
Hydrierungsrate von 90% oder mehr werden die Hitzebeständigkeit, die
Ozonbeständigkeit etc. verbessert, und außerdem ist die
Beständigkeit
gegen Wärmeaushärtung, innerer Entstehung von Wärme, Kälte
und Öl sehr gut. Darüber hinaus ist bei diesem NBR die Haftung
am Zahngewebe 3 und an jeder Kernfaser 4 sehr gut, so daß das
NBR als elastische Substanz bevorzugt ist, mit der der
Rückseitenabschnitt 1 und die Zahnabschnitte 2 des Zahnriemens
gebildet werden.
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Das zum Ausbilden des Rückseitenabschnittes 1 und der
Zahnabschnitte 2 verwendete NBR ist nicht auf jene begrenzt, welche
mit Peroxid vulkanisiert sind, sondern er kann auch mit Schwefel
vulkanisiert sein. NBR, welches mit Peroxid vulkanisiert ist,
hat im Vergleich mit NBR, welches mit Schwefel vulkanisiert ist,
die folgenden Eigenschaften. Bei NBR, welches mit Peroxid
vulkanisiert ist, ist die Zugfestigkeit höher als bei NBR, welches
mit Schwefel vulkanisiert ist. Außerdem ist die Dehnung gering
und das Modul hoch. Die bleibende Dehnung ist gering, die
Reißfestigkeit ist hoch, und die dynamische Erzeugung von Wärme und
die Biegeeigenschaft bei geringer Temperatur sind
zufriedenstellend. Die bleibende Druckverformung ist gering, insbesondere
bei hoher Lufttemperatur oder bei heißem Öl. Die Beständigkeit
gegen Hitzealterung ist außergewöhnlich gut, und ebenso ist die
Beständigkeit gegen Alterung in Dampf oder heißem Öl sehr gut.
Wegen seiner Eigenschaften ist das hydrierte NBR, welches mit
Peroxid vulkanisiert ist, bevorzugt, wenn es zum Antreiben der
OHC-Welle eines Fahrzeugs verwendet wird.
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Für das Zahngewebe 3 wird ein Gewebe verwendet, das aus einer
industriellen Nylonrohfaser besteht. Die industrielle
Nylonrohfaser hat eine Viskosität von 2,45 bis 2,53 relativ zu
Schwefelsäure. Die Viskosität relativ zu Schwefelsäure ist größer, was
bedeutet, daß der Polymerisationsgrad von Nylonharz, das ein
Rohmaterial für das Gewebe ist, ebenfalls größer ist, und obwohl
das unter Verwendung des Harzes hergestellte Gewebe eine bessere
Festigkeit hat, ist die Biegeermüdungseigenschaft vermindert.
Daher ist eine Viskosität relativ zu Schwefelsäure von 2,45 bis
2,53 die am meisten bevorzugte.
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Die Zugfestigkeit der verwendeten industriellen Nylonrohfaser
beträgt 5 g/Denier oder mehr, und die Feinheit der einzelnen
Faser beträgt 5 Denier oder weniger. Das unter Verwendung einer
solchen industriellen Nylonrohfaser hergestellte Gewebe hat eine
sehr gute Zugfestigkeit, Hitzebeständigkeit und
Abriebbeständigkeit. Danach wird ein solches Gewebe mit Resorcin-Formaldehyd-
Latex (RFL)-Flüssigkeit behandelt (RFL-Behandlung), in der
Resorcin-Formaldehyd-Harz mit hydriertem NBR als eine Latex-
Komponente gemischt ist, um das Zahngewebe zu bilden. Das
Zahngewebe, das RFL-behandelt ist, hat eine sehr gute Haftfähigkeit
an einem hydrierten NBR, so daß das Zahngewebe zufriedenstellend
am Rückseitenabschnitt und an den Zahnabschnitten haftet, die
aus hydriertem NBR gebildet sind, und Rißbildung, die während
der Bewegung durch die Biegung am Fußbereich des Zahngewebes 3
entstehen, kann unterdrückt werden.
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Jede Kernfaser 4 kann hergestellt werden, indem eine Glasfaser
mit hoher Festigkeit ein erstes Mal und dann ein zweites Mal
verwunden wird. Die Glasfaser mit hoher Festigkeit hat im
Vergleich zu einer E-Glasfaser ein höheres Inhaltsverhältnis von
SiO&sub2;-, Al&sub2;O&sub3;- bzw. MgO-Komponenten, und das Inhaltsverhältnis von
CaO- bzw. B&sub2;O&sub3;-Komponenten ist kleiner. Das Inhaltsverhältnis der
Komponenten der Glasfaser mit hoher Festigkeit bezüglich der
E-Glasfaser ist in Tabelle 1 angegeben.
Tabelle I
Komponenten
Glas mit hoher Festigikeit
E-Glas
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Beispiele für solche Glasfasern mit hoher Festigkeit sind
S-Glasfasern, R-Glasfasern, T-Glasfasern etc. Auf diese Weise
wird die Zugfestigkeit der Kernfasern 4 selbst verbessert, indem
als Kernfasern 4 Glasfasern mit hoher Festigkeit verwendet
werden.
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Der Durchmesser jeder Kernfaser 4 beträgt, wenn die Kernfasern
4 mit dem hydrierten NBR Kontakt haben, aus dem der
Rückseitenabschnitt 1 und die Zahnabschnitte 2 (bei einem Zahnriemen)
gebildet sind, 0,63 bis 0,85 mm, vorzugsweise 0,65 bis 0,80 mm.
Daher kann die innere Wärmeentwicklung infolge des Abriebs, der
während des Biegens entsteht, vermindert werden, indem der
Durchmesser der Kernfasern 4 klein gehalten wird.
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Wenn das Verhältnis des Durchmessers der Kernfasern 4 zur Dicke
des Zahngewebes 3 in einem bestimmten Bereich liegt, wobei die
Kernfasern 4 mit dem Rückseitenabschnitt 1 und mit den
Zahnabschnitten 2, die aus hydriertem NBR bestehend und dem
Zahngewebe, das aus der industriellen Nylonrohfaser besteht, Kontakt
haben, kann eine vorzeitige Ermüdung der Kernfasern 4 durch
Krümmung, ein Verlust von Zähnen (Verlust der Zahnabschnitte 2)
und ein Springen während der Bewegung verhindert werden. Das
heißt, wenn das Verhältnis des Durchmessers der Kernfasern 4 zur
Dicke des Zahngewebes 3 bei einem fertiggestellten Zahnriemen
1,5 oder weniger beträgt, erfolgt während der Bewegung leicht
ein Springen. Wenn andererseits das Verhältnis 2,2 oder mehr
beträgt, nimmt die Haltbarkeit der Zähne schnell ab, was von
einer Verschlechterung der Verhinderung des Springens begleitet
wird. Durch das Einstellen des Verhältnisses des Durchmessers
der Kernfasern 4 zur Dicke des Zahngewebes 3 im Bereich von 1,5
bis 2,2 werden solche Probleme, wie vorzeitige Alterung der
Kernfasern 4 durch Krümmung, Verlust von Zähnen und Springen
während der Bewegung, verhindert.
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Vorzugsweise ist jede Kernfaser 4 auf die gleiche Art und Weise,
wie oben beschrieben, RFL-behandelt worden. Die RFL-behandelten
Kernfasern 4 haften zufriedenstellend am hydrierten NBR und am
Zahngewebe, das RFL-behandelt worden ist.
Beispiel
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Eine industrielle Nylonrohfaser mit einer Feinheit von 5 Denier,
einer Festigkeit von 5 g/Denier und einer Viskosität relativ zu
Schwefelsäure von 2,45 wurde zur Herstellung eines Gewebes
verwendet, und dann wurde das Gewebe RFL-behandelt, um ein
Zahngewebe zu erhalten. Außerdem wurden Kernfasern mit einem
Durchmesser von 0,63 mm (an den Zahngründen) aus Glasfasern mit hoher
Festigkeit gebildet. Unter Verwendung eines solchen Zahngewebes,
von Kernfasern und von NBR mit einer Hydrierungsrate von 90%
wurde ein Zahnriemen hergestellt. Ein Zahnriemen wurde
hergestellt, indem ein Zahngewebe, Kernfasern und
nicht-vulkanisiertes, hydriertes NBR in dieser Reihenfolge in eine Form gebracht
und dann mit Peroxid vulkanisiert wurde. Die Breite des
Zahnriemens betrug 19 mm, die Anzahl der Zähne betrug 92 und die
Zahnform war ZB (gemäß JASO-Standard E105-81 (ein
Fahrzeugriemen) und E106-81 (Riemenscheibe)).
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Bei dem auf diese Weise hergestellten Zahnriemen wurde das
Zahngewebe am Fußabschnitt einem Biegeermüdungs-Test, einem Test für
Wasserbeständigkeitseigenschaft, einem Fußfestigkeits-Test,
einem Kernfaser-Biegeermüdungs-Test bzw. einem
Umgebungsbeständigkeits-Test unterzogen.
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Der Biegeermüdungs-Test des Zahngewebes am Fußabschnitt wurde
durch einen Test mit zwei Achsen-Antrieb durchgeführt, wie er in
Figur 2 dargestellt ist. Beim Antriebstest mit zwei Achsen wurde
für die antreibende Zahnriemenscheibe 12 eine 20ZB (JASO E105-
81, E106-81) und für die angetriebene Zahnriemenscheibe 11 eine
40ZB verwendet. Die antreibende Zahnriemenscheibe 12 wurde mit
6000 U/Min gedreht. Eine Zugriemenscheibe 13 wurde so
eingestellt, daß die anfängliche, auf den Zahnriemen (mit einer
Breite von 19 mm) wirkende Zugkraft 147 N (15 kg f) betrug, und
der Zahnriemen wurde mit 7355 W (10 PS) angetrieben. Die
Umgebungstemperatur
betrug in diesem Falle 110ºC. Die gemessene
Zeit, bis zu der das Zahngewebe am Fußabschnitt des Zahnriemens
beschädigt war, betrug zwischen 4000 und 4320 Stunden. Die
Ergebnisse sind in Tabelle 2 angegeben.
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Der Test für Wasserbeständigkeitseigenschaft wurde auf gleiche
Weise mit einem Antriebstest mit zwei Achsen durchgeführt, wie
demjenigen, der in Figur 2 gezeigt ist. In diesem Fall wurde die
Antriebsumgebung mit Dampf mit 100ºC gefüllt. Die
Wasserbeständigkeitseigenschaft wurde durch die Abnahme der Dicke des
Zahngewebes an den Zahngründen des Riemens bewertet. Die Abnahme der
Dicke des Zahngewebes nach einem Betrieb von 2000 Stunden betrug
0,06 mm. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt.
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Der Fußfestigkeits-Test wurde durch einen Test mit drei Achsen
durchgeführt, wie er in Figur 3 gezeigt ist. Beim Test mit drei
Achsen wurden eine antreibende Riemenscheibe 31 mit 20 Zähnen
und angetriebene Riemenscheiben 32 mit jeweils 40 Zähnen
verwendet. Eine Zugriemenscheibe 33 wurde so eingestellt, daß eine
Zugkraft von 49 N (5kg f) auf den Zahnriemen aufgebracht wurde.
Die antreibende Riemenscheibe 31 wurde mit 2600 U/Min
angetrieben, und es wurde eine Zeit von 584 Stunden gemessen, bis zu der
der Fuß des Zahnabschnitts durch Abscherung beschädigt war. Die
Ergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt.
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Der Biegeermüdungs-Test der Kernfasern wurde durch einen Test
mit sieben Achsen durchgeführt, wie er in Figur 4 gezeigt ist.
Jede Riemenscheibe 21, 23, 25 und 27, um die der Zahnriemen
gelegt wurde, war eine 14ZA, und die anderen Riemenscheiben 22,
24 und 26 waren flache Riemenscheiben mit einem Durchmesser von
52 mm. Die anfängliche Zugkraft auf den Zahnriemen (mit einer
Breite von 19 mm) betrug 127,4 N (13 kg f). Eine bestimmte
Riemenscheibe 25 wurde bei Raumtemperatur mit 4500 U/Min ohne
Last gedreht. Die gemessene Zeit, bis zu der der Zahnabschnitt
des Zahnriemens unter diesen Betriebsbedingungen beschädigt war,
betrug 4500 Stunden. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt.
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Beim Umgebungsbeständigkeits-Test wurde die in Figur 3 gezeigte
Testvorrichtung verwendet, und der Riemen wurde angetrieben,
wobei einmal am Tag eine bestimmte Wassermenge, die eine
vorbestimmte Menge an Dreck enthielt, in einer Atmosphäre gegossen
wurde, die mit Dampf von 100ºC gefüllt war. Die gemessene Zeit,
bis zu der das Zahngewebe merklich abgerieben und an den
Zahngründen beschädigt war und dann die Kernfasern zum Reißen des
Riemens freigelegt waren, betrug 450 Stunden. Die Ergebnisse
sind in Tabelle 2 aufgeführt.
Vergleichsbeispiel 1
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Als Zahngewebe wurde ein Gewebe aus einer industriellen
Nylonrohfaser mit einer Feinheit von 5 Denier, einer Zugfestigkeit
von 5 g/Denier und einer Viskosität von 2,60 relativ zu
Schwefelsäure verwendet. Das Zahngewebe wurde nicht RFL-behandelt,
wurde jedoch mit der gleichen Zusammensetzung behandelt, wie das
Gummi, aus dem der Rückseitenabschnitt und die Zahnabschnitte
gebildet sind. Außerdem wurde eine Kernfaser mit einem
Durchmesser von 1,05 mm hergestellt, indem eine Glasfaser mit hoher
Festigkeit verwendet wurde. Ein Zahnriemen wurde unter
Verwendung des Zahngewebes, der Kernfasern und eines NBR mit einer
Hydrierungsrate von 80% hergestellt. Der Zahnriemen wurde
hergestellt, indem das Zahngewebe, die Kernfasern und das nicht-
vulkanisierte, hydrierte NBR in dieser Reihenfolge in eine Form
gebracht und dann mit Schwefel vulkanisiert wurden. Bei einem
auf diese Weise hergestellten Zahnriemen wurde das Zahngewebe im
Fußabschnitt einem Biegeermüdungs-Test, einem Test für
Wasserbeständigkeitseigenschaft, einem Fußfestigkeits-Test, einem
Kernfaser-Biegeermüdungs-Test und einem Umgebungsbeständigkeits-
Test in der Art des obengenannten Beispiels unterzogen. Die
Ergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt.
Vergleichsbeispie1 2
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Dieses ist das gleiche Beispiel wie das Vergleichsbeispiel 1,
außer daß der Durchmesser der Kernfasern 0,63 mm betrug. Die
Ergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt.
Vergleichsbeispiel 3
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Dieses ist das gleiche Beispiel, außer daß der Durchmesser der
Kernfasern 1,05 mm betrug. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2
aufgeführt.
Vergleichsbeispie1 4
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Dieses ist das gleiche Beispiel wie das Vergleichsbeispiel 2,
außer daß für das Zahngewebe ein Behandlungsmittel verwendet
wurde, bei dem die Latexkomponente Vinyl-Pyridin-Styrol-
Butadien-Latex war. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt.
Vergleichsbeispiel 5
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Dieses ist das gleiche Beispiel wie das Vergleichsbeispiel 4,
außer daß für das Zahngewebe ein Behandlungsmittel verwendet
wurde, bei dem die Latexkomponente chlorsulfonierter
Polyethylen-Latex war. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt.
Vergleichsbeispiel 6
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Dieses ist das gleiche Beispiel wie das Vergleichsbeispiel 4,
außer daß für das Zahngewebe ein Behandlungsmittel verwendet
wurde, bei dem die Latexkomponente carboxylierter NBR-Latex war.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 aufgeführt.
Tabelle 2
Zahngewebeermüdung Stunden
Wasserbeständigkeit mm
Fussfestigkeit Stunden
Kernfaserermüdung Stunden
Umgebungsbeständigkeit Stunden
Beispiel
Vergleichsbeispiel
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Der erfindungsgemäße Zahnriemen ist bezüglich seiner
Beständigkeit gegen Biegeermüdung des Zahngewebes,
Wasserbeständigkeitseigenschaft, Fußfestigkeit und Beständigkeit gegen Biegeermüdung
der Kernfasern im Vergleich mit herkömmlichen Zahnriemen
wesentlich verbessert. Darüber hinaus hat der erf indungsgemäße
Zahnriemen im Vergleich mit den Vergleichsbeispielen beinahe die
doppelte Haltbarkeit in Bezug auf Umgebungsfremdstoffe. Obwohl
der Durchmesser der Kernfasern der gleiche ist wie dem
erfindungsgemäßen Riemen, können bezüglich zahlreicher Merkmale nicht
die gleichen Effekte wie bei den erfindungsgemäßen Riemen
erreicht werden, wenn das Zahngewebe nicht RFL-behandelt ist.
Auch wenn das Zahngewebe RFL-behandelt ist, können nicht die
gleichen Effekte wie beim erfindungsgemäßen Riemen erreicht
werden, wenn der Durchmesser der Rernfasern nicht der gleiche
ist wie beim erfindungsgemäßen Riemen.
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Beim erfindungsgemäßen Zahnriemen sind, wie oben beschrieben
ist, der Rückseitenabschnitt und die Zahnabschnitte aus NBR mit
einer Hydrierungsrate von 90% oder mehr hergestellt, ist das
Zahngewebe aus einer industriellen Nylonrohfaser hergestellt und
mit RFL behandelt, bei dem die Latex-Komponente hydriertes NBR
ist, und sind darüber hinaus Kernfasern mit kleiner Feinheit,
bei denen eine Glasfaser mit hoher Festigkeit verwendet wurde,
eingebracht worden, so daß das NBR, das Zahngewebe und die
Kernfasern in festem Kontakt zueinander vorliegen, und die
Fußfestigkeit, die Wasserbeständigkeitseigenschaft und die
Beständigkeit gegen Biegeermüdung merklich verbessert sind. Der
erfindungsgemäße Zahnriemen kann deshalb für einen langen
Zeitraum stabil betrieben werden, sogar unter ungünstigen
Bedingungen, wie bei hohen Temperaturen, unter einer großen Last
und bei hohen Geschwindigkeiten, und kann somit bevorzugt zum
Antreiben der OHC-Welle eines Fahrzeuges verwendet werden.