CN114364901A - 螺旋齿形传动带 - Google Patents

Abstract

披露了一种螺旋齿形传动带，该螺旋齿形传动带由具有内部抗拉绳的弹性体材料制成，内部抗拉绳由芳纶纤维制成，抗拉绳沿传动带的纵向方向布置，其中抗拉绳各自具有由芳纶纤维制成的两根股线，其中股线中的每一根具有第一捻度，并且股线还彼此相绕捻合形成抗拉绳，抗拉绳的外直径小于0.5mm。

Description

螺旋齿形传动带

技术领域

本发明涉及一种螺旋齿形传动带，该螺旋齿形传动带由具有内部抗拉绳的弹性体材料构成，内部抗拉绳由沿传动带的纵向方向布置的芳纶纤维构成。

背景技术

这种传动带是已知的。因此，例如，DE 10 2011 002 230 A1披露了一种传动带，该传动带具有由聚合物材料构成的主体和由芳纶构成的抗拉绳，其中股线具有特殊的捻系数。这种传动带用于车辆中以驱动承受相对较轻负载的次级单元。在家用电器中的应用也很普遍。

DE 11 2008 001 564 T5还披露了一种具有由硅油构成的特殊表面涂层的螺旋齿形同步带，其中抗拉绳由包含芳纶纤维、玻璃纤维和其他纤维材料的混合物的材料生产。在此披露的齿形带用于小型精密机器，例如用作办公设备中打印机托架的传动带。

US 2007/0137766披露了一种螺旋齿形传动带，其抗拉绳具有自身捻合的结构，并且在绳中仅呈现一个捻合方向。此捻合方向与螺旋齿相反，以保持传动带的侧转趋势较小。根据本发明，这种结构确实表现出期望的低的侧转趋势，但在动态性能方面，不如具有相反捻合方向的绳的结构。

具有由芳纶构成的抗拉绳的齿形带也用于工业应用。这些齿形带通常由氯丁橡胶构成，由于嵌入了由芳纶构成的抗拉绳，因此具有较高的纵向刚度，从而具有相应的位置准确度。

目前，传动带的重要应用领域包括机动车辆中的动力辅助转向系统。在现代机动车辆中，机电动力辅助转向系统正日益取代其他转向辅助系统，例如电动液压转向系统，当然还有直接转向系统。其中一个原因是，使这种系统受到电子开环和闭环控制的可能相对简单，尤其是结合逐步引入的驾驶员辅助系统(如车道保持系统、停车系统等)、甚至自主驾驶系统。

这种动力辅助转向系统中的电动马达辅助经由传动装置应用于转向柱，或者替代性地，应用于转向杆/转向齿条。迄今为止，通常还提供了旋转方向盘的旋转直至转向杆的机械直接接合，因此，顾名思义，动力辅助转向系统经由各种类型的传动装置仅传递支撑扭矩。然而，在线控转向系统的开发过程中，仅通过对方向盘上的转向运动的电子感测以及将其传输到相应受控转向马达来执行转向。

对于动力辅助转向系统，对于目前引入的自主驾驶功能，尤其是对于具有线控转向系统的车辆，转向当然是绝对安全相关的组成部分。

这也适用于在此使用的传动装置。除了经常使用的蜗轮传动装置外，皮带传动也用于机电动力辅助转向系统，其中电动马达产生的支撑扭矩经由齿形带(通常为螺旋齿)从马达轴传递至例如作用在齿条上的滚珠丝杠，以及相应设计的齿轮。这种齿形带必须传递相当大的转向力和振动，并且必须设计为具有高水平的安全性和冗余性，从而确保在维护间隔和维护措施内没有损坏的风险。基本上，齿形带由具有齿形轮廓的“子结构”、沿带的纵向方向布置的至少一层抗拉绳或加强构件、以及带背衬组成。取决于应用情况，齿形轮廓和带背衬可以设置有进一步的涂层或织物。

通常，在此使用由弹性体材料构成的齿形带，弹性体材料设置有由例如玻璃纤维构成的抗拉绳或加强构件。这种由玻璃纤维构成的抗拉绳由于具有低热膨胀性、良好的耐温性、尤其是具有良好的动态稳定性(即，对转向机构中可能出现的高频率交变振动负载的耐受性)而证明了其价值。即使处于这些条件下，具有由玻璃纤维构成的抗拉绳的齿形带也能较长时间保持其强度。

不幸的是，具有由玻璃纤维构成的抗拉绳的传动带也有许多缺点，这有时会大大限制其使用。由玻璃纤维构成的抗拉绳或由玻璃纤维生产的绳的抗水解性有限，因此在潮气的影响下会失去其部分原始强度，因此在达到负载峰值的情况下带可能会受损。尽管这并不重要，只要玻璃纤维免受潮气并且被弹性体材料包围，但如果玻璃纤维由于磨损(例如，由于碰到边界皮带轮)而能够从环境中吸收潮气，则可能存在风险。

另一个缺点是玻璃纤维或玻璃纤维绳对扭结较敏感。例如，当传动带在安装或运输过程中处理不当时，可能会发生这种扭结负载。在带中的扭结处、从而在玻璃纤维抗拉绳中，不再能够完全地保证所需的强度。

另一方面，迄今为止，具有由芳纶纤维构成的抗拉绳的传动带仅用于相对低转速的传动装置，因此，对于芳纶增强带，脉动负载和由于交变弯曲的负载的频率相对较低。如果转速变得过高、从而这些负载频率变得过高，则具有由芳纶纤维构成的抗拉绳的传动带在一定时间后易失去其强度特性。为此，在机动车辆中，具有芳纶抗拉绳的张紧带不安装在凸轮轴区域，也不安装在油泵或水泵的驱动器中，当然还不安装在转向系统中。

因此，当传动带用于转向系统时，存在某种程度的目标冲突。一方面，期望取消具有由玻璃纤维构成的抗拉绳的传动带而将其替换为具有由芳纶或芳纶绳构成的抗拉构件的传动带，这种传动带更耐潮且对扭结敏感度低；另一方面，具有芳纶绳的传动带/张紧带的先前的构造并不特别适合转向机构中的负载频率。

发明内容

因此，本发明的目的是，克服这些相冲突的目标，提供一种传动带，该传动带适合转向机构中的高频率脉动和弯曲负载、耐水解、在动态负载下保持稳定、对扭结以及装卸和运输负载不敏感、并且可以通过简单的方式和常规方法以低成本生产。

此目的是通过主权利要求的特征来实现的。从属权利要求中包含了其他有利实施例。还披露了一种具有这种传动带的转向机构以及一种用于制造这种传动带的合适的方法。

令人惊喜地，即已经发现，根据本发明对具有由芳纶纤维构成的抗拉绳的传动带的常规设计进行结构修改，使得传动带以最佳可能的方式满足用于转向机构中的所有要求。在这种情况中，根据本发明的传动带的抗拉绳各自仅具有由芳纶纤维构成的两根股线，其中股线中的每一根具有第一捻度，并且股线还以第二捻度彼此相绕捻合(即缠绕)形成抗拉绳。

当用专业术语描述抗拉绳的结构时，纤维束的这种捻合被称为“第一捻度”，而纤维束彼此相绕的捻合被称为“第二捻度”。

在此上下文中，抗拉绳的外直径小于0.5mm，并且优选地在0.3mm至0.4mm之间。

根据DIN 60 900第1部分的定义，抗拉绳因此形成特殊类型的合股线，其中这两根股线由捻合的芳纶纱线形成。在此，芳纶纱线各自由一束几百根捻合的芳纶丝或芳纶纤维组成。每根单丝或每根单纤维的直径为约7-9μm。因此，形成的抗拉绳是由具有小于0.5mm、优选地0.3mm至0.4mm的小直径的两根股线组成的线性织物结构。

这种抗拉绳和带的结构的优点主要在于，股线和抗拉绳的细度和几何形状确保了在高频率负载和交变弯曲的情况下相对于应力的高强度，这对于较大直径的其他抗拉构件结构是无法达到的。

关于在具有这种细度的纱线和抗拉绳的情况下也需要的高强度，一个有利实施例在于，以10根相邻抗拉绳计算平均值得出的两根相邻抗拉绳之间的间距在抗拉绳外直径的1.2倍至1.7倍范围内。

一个有利改进在于，至少一根股线具有大于300、优选地大于400(基于米，根据DIN60900第4部分)的第一捻度。与抗拉绳的结构一起，这使得传动带的抗拉强度显著增加，而不影响刚性或在高频率下的高负载能力。

另一有利实施例在于，两根股线均具有大于300、优选地大于400的第一捻度。

通过这种结构，增加了抗拉构件或抗拉绳的强度，从而增加了传动带的强度。另一有利实施例也具有相同的效果，此实施例在于，股线彼此相绕的第二捻度大于300、优选地大于400。

另一有利实施例在于，为了避免整个传动带扭转或侧转的趋势，在传动带中处于彼此相邻的抗拉绳的股线以S捻和Z捻交替地或者成组交替地彼此相绕捻合。

另一有利实施例在于，弹性体材料基本上包括优选地比例大于60phr(每百份橡胶中的份数)的聚α烯烃橡胶，尤其是乙烯-丙烯共聚物(EPM)或乙烯-丙烯-二烯橡胶(EPDM)。

与聚氯丁二烯或聚氨酯相比，EPDM或EPM等聚α烯烃橡胶具有的决定性优点是，改进的低温柔韧性和决定性地更好的抗老化性。由EPDM构成的齿形带可以在显著低于-40℃的温度下使用。即使在130℃下，这种齿形带也始终处于稳定。与EPDM、聚氯丁二烯和聚氨酯相比，由HNBR构成的带还具有明显更好的对所有可能等级的油的耐性，并且这恰好在机动车辆(在这种情况中，尤其是转向系统)的应用范围中是有利的。

另一有利实施例在于，弹性体材料基本上包括优选地比例大于60phr(每百份橡胶中的份数)的部分氢化或完全氢化的丁腈橡胶(HNBR)。

另一有利实施例在于，使用过氧化物将弹性体材料进行交联。原则上，EPDM和HNBR可以与树脂、硫或通过过氧化物进行交联。使用过氧化物进行交联，尤其是在丙烯酸酯、丙烯酸盐或α-β不饱和羧酸盐的存在下，得到耐高温且同时动态稳定的如在带中所要求的硫化产品。硫交联导致耐热性明显较差，而树脂交联导致动态耐久性较差。

“直接成缆”过程特别适合于生产传动带的抗拉绳，其中，两根股线均具有大于300的捻度。如果第一捻度和第二捻度涉及相同的捻量，则这种抗拉绳可以通过直接成缆在仅一个生产步骤中以低成本生产。

在其他应用领域中，根据本发明的传动带由于在负载方面的情况而特别适合用于机动车辆的机电转向系统中的转向机构。

附图说明

将基于示例性实施例更详细地说明本发明。在附图中：

图1示出了根据本发明的用于转向机构的传动带，

图2以放大立体图示出了图1所示的传动带的抗拉绳。

附图标记清单

1 螺旋齿形传动带

2 抗拉绳

3 传动带的纵向方向

4 股线

4a 股线4的捻合

5 股线

5a 股线5的捻合

6 将股线彼此相绕捻合(合股线)

7 抗拉绳的外直径

具体实施方式

图1示出了根据本发明的用于转向机构的螺旋齿形传动带1，所述带由弹性体材料(即75phr EPDM)构成。传动带设置有由沿传动带的纵向方向布置的芳纶纤维组成的内部抗拉绳2。传动带的齿相对于带的纵向方向3以角度α倾斜。

图2仅作为示意图以放大立体图示出了抗拉绳。在此可以看出，抗拉绳2各自具有两根股线4、5。

股线由芳纶纤维组成。股线中的每一个具有第一捻度，为了清楚起见，在此仅象征性地用箭头4a和4b表示。两端的箭头表示捻合方向不限地为任一方向。这样的股线4和5还彼此相绕捻合(即缠绕)，形成抗拉绳2。股线-合股线的捻合由箭头6表示。股线的这种捻合6以股线并排的S捻或Z捻的形式交替进行。在此，抗拉绳的外直径7是0.35mm。

在此，基于计量器，根据DIN 60900第4部分，股线4沿捻合方向4a的第一捻度为450/m，股线5沿捻合方向5a的第一捻度同样为450/m。此外，在此彼此相绕的股线的第二捻度6同样为450/m。

Claims (11)

1.一种螺旋齿形传动带(1)，该螺旋齿形传动带由具有内部抗拉绳(2)的弹性体材料制成，这些内部抗拉绳由芳纶纤维制成，这些抗拉绳沿该传动带的纵向方向布置，其特征在于，这些抗拉绳各自具有由芳纶纤维制成的两根股线(4，5)，其中，这些股线中的每一根具有第一捻度(4a，5a)，并且这些股线还以第二捻度(6)彼此相绕捻合形成该抗拉绳，该抗拉绳的外直径(7)小于0.5mm，优选地在0.3mm至0.4mm之间。

2.如权利要求1所述的螺旋齿形传动带，其中，以10根相邻抗拉绳计算平均值得出的两根相邻抗拉绳之间的间距在该抗拉绳的外直径的1.2倍至1.7倍的范围内。

3.如权利要求1或2所述的螺旋齿形传动带，其中，这些股线中的至少一根具有大于300、优选地大于400的第一捻度，在每种情况中基于米、根据DIN 60900第4部分。

4.如权利要求1至3中任一项所述的螺旋齿形传动带，其中，两根股线均具有大于300、优选地大于400的第一捻度。

5.如权利要求1至4中任一项所述的螺旋齿形传动带，其中，彼此相绕的这些股线的第二捻度大于300、优选地大于400。

6.如权利要求1至5中任一项所述的螺旋齿形传动带，其中，在该传动带中处于彼此相邻的抗拉绳的股线以S捻和Z捻交替地或者成组交替地彼此相绕捻合。

7.如权利要求1至6中任一项所述的螺旋齿形传动带，其中，该弹性体材料基本上包括优选地比例大于60phr(每百份橡胶中的份数)的聚α烯烃橡胶，尤其是乙烯-丙烯共聚物(EPM)或乙烯-丙烯-二烯橡胶(EPDM)。

8.如权利要求1至6中任一项所述的螺旋齿形传动带，其中，该弹性体材料基本上包括优选地比例大于60phr(每百份橡胶中的份数)的部分氢化或完全氢化的丁腈橡胶(HNBR)。

9.如权利要求1至8中任一项所述的螺旋齿形传动带，其中，使用过氧化物将该弹性体材料进行交联。

10.一种用于生产如权利要求1至9中任一项所述的传动带的抗拉绳的方法，其特征在于，该抗拉绳以直接成缆过程进行生产。

11.一种在机动车辆的机电转向系统中的具有如权利要求1至10中任一项所述的螺旋齿形传动带的转向机构。

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