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ELASTOMERER, ENDLOSER TRANSMISSIONSRIEMEN
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Die Erfindung bezieht sich auf einen Transmissionsriemen der im Oberbegriff
des Anspruchs 1 näher bezeichneten Art. Derartige Transmissionsriemen sind beispielsweise
aus den US-PSn 34 16 383, 36 57 938 und 39 69 568 bekannt.
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Es ist bekannt ( US-PSn 34 16 383 und 36 57 938 sowie US-Patentanmeldung
Ser.No. 668 544 vom 19.03.1976 ), bei der Herstellung von elestomeren, endlosen
Transmissionsriemen diskrete Fasern in ein elastomeres Bindemittel einzubetten.
Die im Stand der Technik beschriebenen Fasern besitzen jedoch keine optimale Festigkeit
, wodurch der damit hergestellte Riemen nicht die erwünschte Festigkeit und/oder
Flexibilität besitzt.
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In der US-PS 39 69 568 ist vorgeschlagen , Aramidfasern bei der Herstellung
von Reifen, Riemen, Schläuchen und dgl. zu verwenden. Der bekannte Vorschlag lehrt
jedoch die Verwendung eines verhältnismäßig teuren Klebesystems zum Einbinden der
Aramidfasern in deren vorgesehene Lage, woraus sich eine Kostensteigerung der mit
diesen Fasern hergestellten Gegenstände ergibt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht demgemäß darin, einen Transmissionsriemen
der eingangs erwähnten Art zu schaffen, welcher bei geringen Herstellungskosten
verbesserte mechanische Eigenschaften, wie z.B.
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Festigkeit und/oder Flexibilität, sowie eine hohe Zuverlässigkeit
aufweist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs
1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Transmissionsriemens
nach Anspruch 1 sind in den Ansprüchen 2 bis 13 gekennzeichnet.
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Der nach der erfindungsgemäßen Lehre hergestellte Transmissionsriemen
enthält verhältnismäßig billige Fasern, die dennoch eine optimale bauliche Integrität
des Riemens gewährleisten, ohne daß eine spezielle Riemenherstellungsanlage, teuere
Klebesysteme, komplizierte Verfahrensschritte oder dgl. erforderlich sind.
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Der erfindungsgemäße Transmissionsriemen kann vorzugsweise eine trapezförmige
Querschnittsform besitzen ( z.B. für die Verwendung als Keilriemen ) und kann den
Lastführungsabschnitt in der Mitte zwischen den einander gegenüberliegenden Innen-
und Außenflächen des Riemens haben.
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Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispiein in den Zeichnungen
näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erste
Ausführungsform eines erfindungsgemäßen endlosen Transmissionsriemens mit einem
Zug-, Druck- und Lastführungsabschnitt sowie mit Fasern hoher RestSgkeSt innerhalb
des Zugabschnitts; Fl9. 2 einen Querschnitt ähnlich wie gemäß Fig.l durch eine weitere
Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Transmissionsriemens, welcher die Fasern
hoher Festigkeit innerhalb seines Druckabschnitts aufweist; Fig. 3 eine perspektivische,
teilweise aufgeschnittene Ansicht eines Stücks einer weiteren Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Transmissionsriemens, welcher die Fasern hoher Festigkeit innerhalb
seines Lastführungsabschnitts aufweist; Fig. 4 eine ähnliche Ansicht wie gemäß Fig.
3 einer vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Transmissionsriemens, welcher
zusätzliche zu den Zug-, Druck- und Lastführungsabschnitten zwei Flachbandabschnitte
auf den gegenüberliegenden Seiten des Lastführungsabschnitts aufweist, von denen
jeder darin eingebettete Fasern hoher Festigkeit enthält; Fig. 5 einen Querschnitt
ähnlich wie gemäß Fig. 1 durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Transmissionsriemens,
bei dem der Lastführungsabschnitt in der Mitte zwischen den Innen- und Außenflächen
des Riemens angeordnet ist, und Fig. 6 eine ähnliche Ansicht wie gemäß Fig. 4 einer
sechsten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Transmissionsriemens, bei dem in
sämtlichen Abschnitten Fasern hoher Festigkeit in bestimmter, unterschiedlicher
Anzahl eingebettet sind.
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Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform eines elastomeren, endlosen
Transmissionsriemens nach der Erfindung, welcher mit dem generellen Bezugszeichen
10 bezeichnet ist, dient speziell für Anwendungen auf Endlosbahnen. Der Riemen 10
verwendet Fasern hoher mechanischer Festigkeit, die nachstehend noch im einzelnen
erläutert werden sollen und im wesentlichen gleichmäßig über bestimmte Bereiche
oder Stellen des Riemens 10 verteilt sind. Jede dieser Fasern besitzt einen hohen
Formfaktor, d.h. einen hohen Wert des Längen-Durchmesserverhältnisses. Dieser hohe
Formfaktor ergibt eine erhebliche Oberflächengröße jeder Faser und gestattet die
Verklebung der Fasern mittels eines geeigneten, elastomeren Bindemittels des Riemenkörpers
unter Verwendung des nachstehend im einzelnen erläuterten, erfindungsgemäßen Klebesystems.
Die Fasern werden über jeden ausgewählten Abschnitt oder Bereich des Riemenkörpers
in einem elastomeren Bindemittel verteilt, das eine hohe Reißfestigkeit besitzt.
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Wie im einzelnen aus Fig. 1 ersichtlich ist, besitzt der dargestellte
Riemen 10 einen Zugabschnitt 11, einen Druckabschnitt 12 und einen Lastführungsabschnitt
13. Zumindest einer dieser Abschnitte, im dargestellten Beispielsfall der Zugabschnitt
11, ist aus dem vorstehend erwähnten Bindemittel hoher Reißfestigkeit, vorzugsweise
ein Gummibindemittel M, und darin eingebetteten diskreten Fasern 14 hergestellt.
Der Lastführungsabschnitt 13 des Riemens 10 besteht aus einem spiralförmig gewickelten
Lastführungskord 15,der in geeigneter Weise in einem Elastomerisatpolster, vorzugsweise
aus Neoprengummi oder dgl., eingebettet ist. Der Riemen 10 besitzt eine trapezförmige
Querschnittsform, die ton gegenüberliegenden parallelen Flächen 16 und 17 sowie
gegenüberliegenden nicht-parallelen
Flächen 18 und 19 begrenzt
wird. Die Flächen 16, 17, 18 und 19 sind frei von Deckschichten oder sind "rohkantig".
Die Fasern 14 sind in einem Gummibindemittel eingebettet und dabei bruchfest in
ihrer vorgesehen Lage eingebunden unter Verwendung eine Klebebindesystems, das aus
1 bis 2,5 Gew.-Teilen Resorcinol-Formaldehydharz pro 100 fiew.-Teile Gummi, 20 bis
40 Gew.-Teile ausgefällter, wässeriger Kieselerde pro 100 Gew.-Teile Gummi und 2
bis 6 Gew.-Teile Melaminharz pno 100 Gew.-Teile Gummi besteht. Die bruchfeste Einbindung
wird einerseits durch das angegebene Klebesystem und andererseits durch eine bzgl.
des Gewichtes und Volumens der Fasern maximalen Oberflächengröße ermöglicht. Und
zwar besitzt jede Faser ein Formfaktor im Bereich zwischen 100 und 2000.
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Die Fasern besitzen vorzugsweise unterschiedliche, zufallsbedingte
Längen, wobei die Mehrzahl der Fasern eine Länge zwischen 1/16 Zoll und einem Zoll'
besitzt und dabei einige Fasern auch unter 1/16 Zoll und andere Fasern über einem
Zoll ( bis zu einer Länge von mehreren Zoll ) liegen können. Jede Faser 14 besitzt
einen Durchmesser in der generellen Größenordnung von 0,0005 Zoll. Dem rn«prechend
errechnet sich für einen Längen-Bereich zwischen 1/16 Zoll und 1 Zoll und einem
Durchmesser von 0,0005 Zoll der vorstehend angegebene Formfaktorbereich von 100
bis 2000.
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Die Fasern sind in Form eines Bündels angeordnet und bestehen aus
Aramid.
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Aramid ist eine generelle Faserklassifikätion, die von der U.S. Bundeshandelskommission
für organische Fasern innerhalb der Familie der aromatischen Polyamide zugelassen
ist. Ein im Handel erhältliches Aramid ist z.B. das von der Firma E.I. DuPont de
Nemours and Co.,Inc., wilmington, Delaware hergestellte "Kevlar".
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Die Aramidfasern 14 können über einen bestimmten Riemenabschnitt in
vorbestimmten, unterschiedlichen Mengen verteilt werden. Insbesondere hat sich gezeigt,
daß eine Menge von 5 bis 50 Gwe.-Teilen Aramidfasern pro 100 Gew.-Teile Bindemittel
in gleichförmiger Verteilung innerhalb des Bindemittels günstig ist. Die Anzahl
der Fasern ie r,t,ijrl r ca-/<irr atj hängig, in welchem Riemenabschnitt die
Fasern eingebettet werden. Für eine optimale Längsflexibilität kann z.B. die Menge
der Fasern zwischen 5 und 20 Gew.-Teilen pro 100 Gew.-Teile Bindemittel gewählt
werden. Für eine höhere Zugfestigkeit und Steifigkeit kann eine Fasermenge zwischen
30 und 50 Gwe.-Teile pro 100 Gwe.-Teile Bindemittel vorgesehen werden.
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Weitere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Riemens sind in den
Fign.
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2 bis 6 veranschaulicht, die ähnlich wie der Riemen 10 gemäß Fig.
1 aufgebaut sind. Die Riemen gemäß Fign. 2 bis 6 sind daher mit den Bezugszeichen
10A bis 10E versehen, wobei übereinstimmende Teile der Riemen 10, 10A bis 10E mit
der gleichen Ziffer wie in Fig. 1 unter Nachstellung des betreffenden Großbuchstabens
A, B, C, D oder E bezeichnet sind und im folgenden nicht mehr im einzelnen erläutert
werden. Lediglich diejenigen Teile der Riemen 10A bis 10E, die wesentlich von entsprechenden
Teilen des Riemens 10 gemäß Fig. 1 abweichen, sind mit einem neuen Bezugszeichen
unter Nachstellung des betreffenden Großbuchstabens bezeichnet und im folgenden
näher erläutert.
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Der Riemen 10A gemäß Fig. 2 besitzt einen Zugabschnitt 11A, einen
Druckabschnitt 12A und einen Lastführungsabschnitt 13A. Die Fasern 14A sind in dem
Druckabschnitt 12A vorgesehen.
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Die Riemen 10 und 10A sind, wie schon erwähnt, mit Fasern 14 bzw.
14A in ihrem Zugabschnitt 11 bzw. Druckabschnitt 12A versehen. Vorzugsweise umfaßt
jeder der faserhaltigen Abschnitte 11 bzw. 12A eine Fasermenge zwischen 5 und 20
Gew.-Teilen pro 100 Gew.-Teile Gumilli, welcher das Bindemittel M bildet. Die Fasern
sind senkrecht zur Längsachse des betreffenden Riemens angeordnet, wodurch sich
die Riemen 10 und 10A leicht um verhältnismäßig durchmesserkl ei ne Riemenscheiben
biegen lassen.
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Der Riemen 10B gemäß Fig. 3 besitzt einen Zugabschnitt 11B und einen
Druckabschnitt 12B, welche frei von Fasern sind. Vielmehr ist der Lastführungsabschnitt
13B des Riemens 10B mit einer Vielzahl von Aramidfasern 14B versehen, welche in
zufälliger Anordnung in dessen Gummi bindemittel M eingebettet sind.
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Die Längsabmessung jeder Faser 14B verläuft parallel zu Längsachse
des Riemens 10B bzw. der Endlosbahn. Obwohl eine an sich beliebige Menge an Fasern
14B verwendet werden kann, ist es günstig, eine Menge zwischen 30 und 50 Gew.-Teilen
pro 100 Gew.-Teile Gummi vorzusehen.
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Der Riemen 10C gemäß Fig. 4 besitzt einen Zugabschnitt 11C, einen
Druckabschnitt 12C, einen Lastführungsabschnitt 13C und zwei Flachbandabschnitte
20C. In jedem der Flachbandabschnitte 20C sind Aramidfasern 14C in Zufallsverteilung
angeordnet. Und zwar kann eine Menge zwischen 30 und 50 Gew.-Teilen Fasern 14C pro
100 Gew.-Teile Gummi in jedem Flachb.andabschnitt 20C vorgesehen werden.
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Die Fasern 14C können beliebig in bezug auf die Längsachse des Riemens
10C angeordnet werden, einschließlich einer senkrechten, parallelen oder winkligen
Anordnung bezüglich der Längsachse. Vorzugsweise sind die Fasern 14C in dem Flachbandabschnitt
20C neben dem Druckabschnitt 12C in einer
Richtung unter einem
Winkel zwischen 25° und 80" bezüglich der Längsachse des Riemens 10C angeordnet
werden, wohingegen die Fasern 14C in dem Flachbandabschnitt 20C neben den Zugabschnitt
11C zwar unter den gleichen Winkel zwischen 25° und 80" bezüglich der Längsachse
des Riemens 10C, jedoch im entgegengesetzten Sinn wie die Fasern 14C in dem Flachbandabschnitt
20C neben dem Druckabschnitt 12C angeordnet sind.
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Der trapaezförmige Riemen 10D gemäß Fig. 5 besitzt einen Zugabschnitt
llD, einen Druckabschnitt 12D und einen Lastführungsabschnitt 13D, welch letzterer
aus einem spiralfönnig gewickelten Fastführungskord 15D besteht, der in einer elastomeren
Gummischicht angebracht ist. Der Lastführungsabschnitt 13D und damit der Lastführungskord
15D ist in der Mitte zwischen der Außenfläche 16D und der Innenfläche 17D des Riemens
10D angeordnet.
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Im Hinblick darauf, daß der Lastfünrungsabschnitt 13D vielfach als
neutrale Achse bezeichnet wird, besitzt der Riemen 10D tatsächlich das, was vereinfacht
als mittige, neutrale Achse bezeichnet wird. Bei dem Riemen 10D besitzt sowohl der
Zugabschnitt llD als auch der Druckabschnitt 12D darin verteilte Fasern 14D. Vorzugsweise
ist in jedem der Abschnitte 11D und 12D eine Menge zwischen 5 und 20 Gew.-Teilen
Fasern 14D pro 100 Gew.-Teile Gummibindemittel vorgesehen.
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Der Riemen 10E gemäß Fig. 6 enthält in allen Abschnitten Fasern 14E,
also in dem Zugabschnitt 11E, dem Druckabschnitt 12E, dem Lastführungsabschnitt
13E und in den beiden Flachbandabschnitten 20E. Obwohl eine beliebige Menge an Fasern
14E verwendet werden kann, ist es günstig, in den Abschnitten 11E und 12E eine Menge
zwischen 5 und 70 Gew.-Teilen Fasern 14E pro 100 Gew.-Teile Gummi bindemittel M
und in den Abschnitten 13E und 20E eine
Menge zwischen 30 und 50
Gew.-Teilen Fasern 14E pro 100 Gew.-Teile Gummibindemittel M vorzusehen.
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Die Fasern 14E in den Abschnitten 11E und 12E sind senkrecht zur Längsachse
des Riemns 10E angeordnet, während die Fasern 14E in dem Lastführungsabschnitt 13E
parallel zur Längsachse und die Fasern 14E in den Flachbandabschnitten 20E unter
entgegengesetzten spitzen Winkeln bzgl.
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der Längsachse des Riemens 10E angeordnet sind.
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Die parallen Innen- und Außenflächen sowie die nicht-parallelen Seitenflächen
jedes hier beschriebenen Riemens sind frei von einer Deckschicht oder sind rohkantig.
Falls es in einigen Anwendungsfällen erwünscht ist, können die erläuterten Riemen
auch mit Deckschichten ggfs. um den gesamten Riemenumfang versehen werden.
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Jeder der erfindungsgemäßen Riemen macht Cebrauch von Aramidfasern,
die in einem elastomeren Bindemittel M, vorzugsweise Gummi, angeordnet sind.
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Als Gummi kommt insbesondere Neoprengummi in Betracht, daneben auch
Nitrilgummi, Styrol-Butadiengumlni und dgl..
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Der erfindungsgemäße Riemen besitzt aufgrund der darin vorgesehenen
Aramidfasern eine optimale strukturelle Festigkeit. Zur Veranschaulichung dieser
Eigenschaft sind in der nachstehenden Tabelle I die Versuchsergebnisse wiedergegeben,
die an Hand zahlreicher Riemenproben gemacht wurden, bei denen unterschiedliche
Mengen an "Kevlar"-Aramidfasern in einem Neoprengummibindemittel M eingebettet sind.
Die getesteten "Kevlar" Aramidfasern hatten die vorstehend beschriebene Größe. Die
gestesteten Proben mit Fasermengen
zwischen 10 und 40 Gew.-Teile
Fasern pro 100 Gew.-Teile Gummi wurden unterschieden in solche, als Proben "mit
Fasern" bezeichnete Prüflinge, die längs der vorherrschenden Faserlängsrichtung
getestet wurden und in solche, als Proben "quer zu den Fasern" bezeichnete Prüflinge,
die quer zu der vorherrschenden Faserlängsrichtung getestet wurden.
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Die gemessenen Eigenschaften sind im einzelnen in Spalte 1 der Tabelle
I angegeben. Die Härte wurde mit einem Shore-Durometer unter Verwndung der A-Skala
gemessen. Der Ausdruck "Modul" bezeicnet das Verhältnis Festigkeit zu Verformung.
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TABELLE
| Menge an "Kevlar"Aramidfasern in getesteten Riemenproben |
| 10 Gew.-Teile 1 20 Gew.-Teile 30 Gew.-Teile 40 Gew.-Teile |
| Gemessene mit quer zu mit quer zu mit quer zu mit quer zu |
| Eigenschaft Fasern Faser Fasern d.Fasern Fasern d.Fasern Fasern
d.Fasern |
| Zugfestig- 2465 1575 3125 1435 3765 1615 4135 1790 |
| keit (psi) |
| Längung (%) 31 371 21 120 14 71 12 58 |
| 10% -Modul |
| bei einem 1370 185 2090 270 3175 470 3850 600 |
| Druck in psi |
| 20%-Modul |
| bei einem 2165 275 3110 435 .- 720 - 930 |
| Druck in psi |
| Shore-A- 90 91 94 96 |
| Härte |
Tabelle II zeigt eine ähnliche Aufstellunc wie Tabelle I, un einen
Vergleich zwischen Aramidfasern und Holzzellulosefasern sowie Polyesterfeasern bei
festgelegten ähnlichen Eigenschaften zu ermöglichen. Die verwendeten Holzzellulosefasern
wurden von der Firma Monsanto Co., St. Louis hergestellt und unter der Bezeichnung
"SANTOWEB" im Handel vertrieben.
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Bei einer Ausführungsfonn hatten diese Fasern einen Elestizitätsmodul
von 2.106 bis 5.106 psi, eine Zugfestigkeit von 6-104 bis 9-104 psi, einen durchschnittlichen
Durchmesser von 8 bis 16 pm und eine Länge von 1 bis 3 mm.
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Derartige Holzzellulosefasern sind in den US-PSn 38 36 412 und 37
09 845 näher beschrieben. Wie hieraus entnehmbar ist, werden die Fasern in geeigneter
Weise behandelt, um ihre Bindung mit dem elastomeren Bindemittel zu begünstigen.
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Die in Tabelle II aufgeführten Polyesterfasern sind mit "Kevlar" Aramidfasern
vergleichbar und besaßen eine Länge von 1/4 Zoll.
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TABELLE II
| Fasennenge und -art in getesteten Riemenproben |
| 10 Gew.-Teile 40 Gew.-Teile 50 Gew.-Teile 20 Gew.-Teile |
| Gemessene Santoweb D } Santoweb D Santoweb O Polyester |
| Eigenschaft mit quer zu mit quer zu mit quer zu mit quer zu |
| Faser d.Faser Faser d.Faser Faser d.Faser Faser d.Faser |
| Zugfestigkeit 1950 1350 2150 1338 2175 1310 2525 1120 |
| (psi) |
| Längung (%) 40 160 22 140 15 100 33 290 |
| 10% -Modul |
| bei einem 1295 200 1525 275 1900 300 1375 250 |
| Druck psi |
| 20% -Modul |
| bei einem 1740 2110 425 500 2075 340 |
| Shore-A 90 92 92 90 |
| Härte |
Es sei bemerkt, daß andere, üblicherweise benutzte Fasern aus
Baumwolle oder dgl. schlechtere Struktureigenschaften besitzen als die in Tabelle
II aufgeführten Fasern. Wie vorstehend bereits erwähnt ist, bedeutet der Ausdruck
"Modul" in Tabelle II das Verhältnis Festigkeit zu Verformung.
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Zur Festlegung der außeren Form des erfindungsgemäßen Riemens können
geeignete, im Stand der Technik beschriebene Techniken verwendet werden Die Aramidfasern
können in dem betreffenden Riemenabschnitt unter jedem gewünschten Winkel mit Hilfe
bekannter Techniken angeordnet werden. Ferner kann die Einmischung der Fasern zur
Erzielung einer gleichförmigen Verteilung in dem Bindemittel durch bekannte Vorrichtungen
erfolgen.
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Es hat sich gezeigt, daß bei dem erfindunggemäßen Riemen der hohe
Modul und die hohe Zugfestigkeit in erster Linie das Ergebnis folgender fünf Faktoren
ist : Gute Faserverteilung in dem Bindemittel M; gute Flächeradhäsion und gute chemische
Einbindung der Fasern in dem Bindemittel X durch Verwendung des vorstehend erläuterten
Bindesystems aus Reorcinol-Formaldehydharz, ausgefällter, wässeriger Kieselerde
und Melaminharz; Verwendung eines Elastomerisats wie z.B. Neoprengummi mit hoher
Reißfestigkeit für das Bindemittel; Verwendung von Aramidfasern mit hohem Formfaktor,
welcher eine optimale Oberflächengröße zur Einbindung in das elastomere Bindemittel
gewährleistet.
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Trodem vorstehend bestimmte Mischungsbereiche für die Komponenten
des Bindesystems genannt sind, besteht eine bevorzugte Mischung aus 1,7 Gew.-Teile
Resorcinol-Formaldehydharz pro 100 Gew.-Teile Gummi, 30 Gew.-Teile ausgefällte,
wässerige Kieselerde pro 100 Gew.-Teile gummi und 4 Gew.-Teile Melaminharz pro 100
Gew.-Teile Gummi.
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Die bei dem erfindungsgemäßen Riemen verwendete Aramid-Neoprengummi-Verbindung
ergibt eine Zugspannung in der Größenordnung von 4000 psi bei Verwendung von 40
Gew.-Teilen Aramidfasern pro 100 Gew.-Teile Gummi.