EP2313257A1 - Ölbeständiger antriebsriemen, insbesondere zahnriemen - Google Patents

Ölbeständiger antriebsriemen, insbesondere zahnriemen

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EP2313257A1
EP2313257A1 EP09779505A EP09779505A EP2313257A1 EP 2313257 A1 EP2313257 A1 EP 2313257A1 EP 09779505 A EP09779505 A EP 09779505A EP 09779505 A EP09779505 A EP 09779505A EP 2313257 A1 EP2313257 A1 EP 2313257A1
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EP
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drive belt
belt according
acrylonitrile
oil
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EP09779505A
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Michael Well
Reinhard Teves
Hermann Schulte
Axel Unruh
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ContiTech Antriebssysteme GmbH
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ContiTech Antriebssysteme GmbH
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    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L7/00—Compositions of natural rubber
    • C08L7/02—Latex

Definitions

  • Oil-resistant drive belt in particular toothed belt
  • the invention relates to a drive belt with an elastic base body comprising a cover layer as a belt back and a base with a power transmission zone, wherein the base body consists of an oil-resistant vulcanizate based on a copolymer of butadiene and acrylonitrile.
  • a copolymer is also known by the name nitrile rubber (NBR).
  • Drive belts which are also referred to as power transmission belts and are endlessly closed in the functional state, can be used as flat belts, V-belts,
  • the object of the invention is to provide a generic drive belt, in particular toothed belt, which is characterized by improved low-temperature flexibility under oil operating conditions with improved swelling behavior, associated with an increased life of the drive belt.
  • the proportion of acrylonitrile (ACN content) is ⁇ 33 wt .-% with respect to the total weight of the copolymer, which is in particular a (partially) hydrogenated nitrile rubber (HNBR).
  • the ACN content is in particular ⁇ 32% by weight. With regard to further advantageous quantities, reference is made to the claims 4 to 8. A test series has shown that with an ACN content of 20 to 25 wt .-% in terms of the task the best results are achieved.
  • the vulcanized rubber mixture also comprises mixture ingredients.
  • the compounding ingredients in turn comprise at least one crosslinker or crosslinker system
  • the rubber mixture evenly distributed fibers of aramid, cotton, carbon or cellulose mixed, wherein
  • Aramid fibers in particular again para-aramid fibers, are preferably used. Otherwise, reference is made to the general state of rubber mixing technology.
  • a toothed belt mixture I based on HNBR according to WO 2005/080821 A1 is compared with the new toothed belt mixture II based on low-temperature HNBR, where Table 1 shows the composition of the peroxide-crosslinked mixture in phr (per hundred rubber) and Table 2 record the results.
  • para-aramid fibers e.g., Twaron® fibers or Technora® fibers
  • esters of trimellitic acid (f) esters of trimellitic acid (g) Zinc salt of methylmercaptobenzimidazole (h) di (tert-butylperoxyisopropyl) benzo 1
  • FIG. 1 shows a three-dimensional representation of a toothed belt with a plan view of the power transmission zone.
  • FIG. 2 shows a longitudinal section through a toothed belt with a protective layer for the
  • Fig. 1 shows a drive belt 1 in the form of a toothed belt with a cover layer 2 as a belt back, with several embedded and parallel tensile strands 3 as a strength carrier and with a substructure 4.
  • the cover layer and the substructure form as a whole the elastic body, which consists of a Vulcanizate based on (partially) hydrogenated nitrile rubber (HNBR) with an ACN content of ⁇ 33% by weight.
  • the tensile cords are made of steel, polyamide, aramid, polyester, glass fibers, carbon fibers, polyetheretherketone (PEEK) or polyethylene-2,6-naphthalate (PEN).
  • the base 4 is provided with a tooth-shaped profiling comprising teeth 5 and tooth webs 6, and forms the power transmission zone 7, which is particularly susceptible to wear by abrasion, heat and the influence of oils.
  • a textile support 8 for example in the form of a woven, knitted or knitted fabric.
  • this fabric support is additionally impregnated with a fluorine-containing plastic, in particular PTFE, with a high degree of filling of this plastic, at the same time forming a polymer coating (seal) as an additional oil-resistant protective layer 9.
  • a fluorine-containing plastic in particular PTFE
  • the drive belt 10 of FIG. 2 again in the form of a toothed belt, comprises a cover layer 11 as a belt back, tension cords 12 and a base 13 with a tooth-shaped power transmission zone 14.
  • the power transmission zone as well as the belt back is provided with an oil-resistant protective layer 15 and 16 respectively.
  • the following material variants are preferably implemented.
  • the protective layer consists exclusively of polyurethane.
  • the protective layer consists exclusively of a fluorine-containing plastic which is in particular polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinyl fluoride (PVF) or polyvinylidene fluoride (PVDF). Of particular importance is PTFE.
  • the protective layer consists of a mixture of polyurethane and a fluorine-containing plastic, in particular of PTFE, PVF or PVDF, in particular of PTFE.
  • the protective layers 15 and 16 may, as in the embodiment according to WO 2005/080821 A1, be in connection with a textile cover, for example a woven fabric.
  • oil-resistant materials can also be used in the form of films or a film composite, in particular without the use of a
  • Such protective layers are used in particular for high-performance toothed belts.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Antriebsriemen (1), insbesondere einen Zahnriemen, mit einem elastischen Grundkörper, umfassend eine Decklage (2) als Riemenrücken und einen Unterbau (4) mit einer Kraftübertragungszone (7), wobei der Grundkörper aus einem ölbeständigen Vulkanisat auf der Basis eines Copolymeren aus Butadien und Acrylnitril, insbesondere aus HNBR, besteht, wobei erfindungsgemäß in Bezug auf das Gesamtgewicht des Copolymeren der Anteil an Acrylnitril (ACN-Anteil) <33 Gew.-% beträgt. Der besonders vorteilhafte ACN-Anteil beträgt 20 bis 25 Gew.-%. Die Kraftübertragungszone (7) ist zumeist noch mit einer Textilauflage (8) versehen, die zusätzlich mit einer ölbeständigen Schutzschicht (9) ausgestattet ist, die vorzugsweise aus PTFE besteht.

Description

Beschreibung
Ölbeständiger Antriebsriemen, insbesondere Zahnriemen
Die Erfindung betrifft einen Antriebsriemen mit einem elastischen Grundkörper, umfassend eine Decklage als Riemenrücken und einen Unterbau mit einer Kraftübertragungszone, wobei der Grundkörper aus einem ölbeständigen Vulkanisat auf der Basis eines Copolymeren aus Butadien und Acrylnitril besteht. Ein derartiges Copolymer ist auch unter der Bezeichnung Nitrilkautschuk (NBR) bekannt.
Antriebsriemen, die auch als Kraftübertragungsriemen bezeichnet werden und im Funktionszustand endlos geschlossen sind, können als Flachriemen, Keilriemen,
Keilrippenriemen und Zahnriemen ausgebildet sein. Von besonderer Bedeutung ist hier der Zahnriemen, wobei diesbezüglich insbesondere auf folgende Patentliteratur verwiesen wird.
EP 0 599 145 Bl
EP 0 737 228 Bl
EP 0 866 834 Bl
EP 1 088 177 Bl
EP 1 129 308 Bl WO 2005/080821 Al
WO 2006/066669 Al
US 5 417 618
In der Offenlegungsschrift WO 2005/080821 Al, die hier als nächstliegender Stand der Technik anzusehen ist, wird ein Vulkanisat auf der Basis von NBR, insbesondere FINBR, vorgestellt, bei dem in Bezug auf das Gesamtgewicht des Copolymeren der Anteil an Acrylnitril (ACN-Gehalt) 33 bis 49 Gew.-% beträgt. Für eine optimale Ölbeständigkeit ist man bislang davon ausgegangen, dass ein ACN-Gehalt von > 33 Gew.-% erforderlich ist. Nachteile ergeben sich bei einem hohen ACN-Gehalt jedoch hinsichtlich der Kälteflexibilität. So haben beispielsweise Zahnriemen aus HNBR mit einem ACN-Gehalt von > 33 Gew.-% eine untere Einsatztemperatur von - 25 °C. Bei tieferen Temperaturen kommt es zu Rissen und der Antriebsriemen fällt aus.
Im Rahmen einer Weiterentwicklung besteht daher die Aufgabe der Erfindung darin, einen gattungsgemäßen Antriebsriemen, insbesondere Zahnriemen, bereit zu stellen, der sich durch eine verbesserte Tieftemperaturflexibilität unter Ölbetriebsbedingungen bei verbessertem Quellverhalten auszeichnet, verbunden mit einer erhöhten Lebensdauer des Antriebsriemens.
Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass in Bezug auf das Gesamtgewicht des Copolymeren, der insbesondere ein (teil)hydrierter Nitrilkautschuk (HNBR) ist, der Anteil an Acrylnitril (ACN- Anteil) < 33 Gew.-% beträgt.
Der ACN- Anteil ist insbesondere < 32 Gew.-%. Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Mengenangaben wird auf die Patentansprüche 4 bis 8 verwiesen. Eine Versuchsreihe hat dabei ergeben, dass bei einem ACN-Gehalt von 20 bis 25 Gew.-% hinsichtlich der Aufgabenstellung die besten Ergebnisse erzielt werden.
Die vulkanisierte Kautschukmischung umfasst neben der Kautschukkomponente, insbesondere HNBR, noch Mischungsingredienzien. Die Mischungsingredienzien wiederum umfassen wenigstens einen Vernetzer oder ein Vernetzersystem
(Vernetzungsmittel und Beschleuniger). Weitere Mischungsingredienzien sind zumeist noch ein Füllstoff und/oder ein Verarbeitungshilfsmittel und/oder ein Weichmacher und/oder ein Alterungsschutzmittel sowie gegebenenfalls weitere Zusatzstoffe (z.B. Fasern, Farbpigmente). Vorteilhafterweise sind der Kautschukmischung gleichmäßig verteilt Fasern aus Aramid, Baumwolle, Kohle oder Zellulose beigemischt, wobei
Aramidfasern, insbesondere wiederum para-Aramidfasern, bevorzugt eingesetzt werden. Ansonsten wird auf den allgemeinen Stand der Kautschukmischungstechnologie verwiesen.
Im Rahmen einer Versuchsdurchführung wird nun eine Zahnriemenmischung I auf der Basis von HNBR nach WO 2005/080821 Al mit der neuen Zahnriemenmischung II auf der Basis von Tieftemperatur-HNBR verglichen, wobei die Tabelle 1 die Zusammensetzung der jeweils peroxidisch vernetzten Mischung in phr (per hundred rubber) und die Tabelle 2 die Ergebnisse festhalten.
Tabelle 1
(a) ACN-Gehalt von 34 Gew.-%, Restdoppelbindungsgehalt von 4 %
(b) ACN-Gehalt von 21 Gew.-%, Restdoppelbindungsgehalt von 5,5 % (Therban® LT 2157 von Lanxess)
(c) Rußtypen: SAF, ISAF, HAF, FEF oder GPF
(d) hochdisperse Kieselsäure
(e) 3 mm para- Aramidfasern (z.B. Twaron®-Fasern oder Technora®-Fasern)
(f) Ester der Trimellitsäure (g) Zinksalz von Methylmercaptobenzimidazol (h) Di(tert-butylperoxyisopropyl)benzo 1
Tabelle 2 längs ** quer Den Ergebnissen der Tabelle 2 lagen folgende Prüfvorschriften zugrunde:
Härte: DIN 53504 Festigkeit, Dehnung, Spannungswerte: DIN 53504, DIN 53455, DIN 53571 Quellung: DIN 51521
Wie die Tabelle 1 verdeutlicht, wurde lediglich das HNBR mit einem ACN- Anteil von 34 Gew.-% durch ein HNBR mit einem deutlich geringeren ACN-Gehalt von 21 Gew.-% ausgetauscht, und zwar bei ansonsten gleichen Michungsbestandteilen und Mengen. Wie die Ergebnisse der Tabelle 2 belegen, wird mit dem erfindungsgemäßen Antriebsriemen die eingangs gestellte Aufgabe voll erfüllt. Überraschend ist dabei insbesondere das verbesserte Quellverhalten unter Ölbetriebsbedingungen. Die Daten belegen ferner eine erhöhte Lebensdauer.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf schematische Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine dreidimensionale Darstellung eines Zahnriemens mit Draufsicht auf die Kraftübertragungszone;
Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen Zahnriemen mit einer Schutzschicht für die
Kraftübertragungszone und für den Riemenrücken.
Fig. 1 zeigt einen Antriebsriemen 1 in Form eines Zahnriemens mit einer Decklage 2 als Riemenrücken, mit mehreren eingebetteten und parallel verlaufenden Zugsträngen 3 als Festigkeitsträger sowie mit einem Unterbau 4. Die Decklage und der Unterbau bilden dabei als Gesamteinheit den elastischen Grundkörper, der aus einem Vulkanisat auf Basis eines (teil)hydrierten Nitrilkautschuks (HNBR) mit einem ACN-Gehalt von < 33 Gew.-% besteht. Die Zugstränge bestehen aus Stahl, Polyamid, Aramid, Polyester, Glasfasern, Kohlefasern, Polyetheretherketon (PEEK) oder Polyethylen-2,6-naphthalat (PEN).
Der Unterbau 4 ist mit einer zahnförmigen Profilierung, umfassend Zähne 5 und Zahnstege 6, versehen und bildet die Kraftübertragungszone 7, die besonders verschleiß anfällig ist durch Abrieb, Hitze und den Einfluss durch Öle. Aus diesem Grunde ist bereits vorgeschlagen worden, die Kraftübertragungszone mit einer Textilauflage 8, beispielsweise in Form eines Gewebes, Gewirkes oder Gestrickes, zu versehen. Diese Gewebeauflage wird nach der Lehre des Dokumentes WO 2005/080821 Al zusätzlich mit einem fluorhaltigen Kunststoff, der insbesondere PTFE ist, getränkt, und zwar bei einem hohen Füllungsgrad dieses Kunststoffes, wobei gleichzeitig eine Polymerbeschichtung (Versiegelung) als zusätzliche ölbeständige Schutzschicht 9 gebildet wird. Die beiden Teilschichten 8 und 9 mit unterschiedlichen Funktionen treten hier als gemeinsame Schutzschicht auf.
Der Antriebsriemen 10 nach Fig. 2, wiederum in Form eines Zahnriemens, umfasst eine Decklage 11 als Riemenrücken, Zugstränge 12 und einen Unterbau 13 mit einer zahnförmigen Kraftübertragungszone 14, Die Kraftübertragungszone wie auch der Riemenrücken ist mit einer ölbeständigen Schutzschicht 15 bzw. 16 versehen.
Hinsichtlich der Schutzschichten 15 und 16 werden vorzugsweise folgende Werkstoffvarianten umgesetzt.
— Die Schutzschicht besteht ausschließlich aus Polyurethan.
— Die Schutzschicht besteht ausschließlich aus einem fluorhaltigen Kunststoff, der insbesondere Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylfluorid (PVF) oder Polyvinylidenfluorid (PVDF) ist. Von besonderer Bedeutung ist dabei PTFE. — Die Schutzschicht besteht aus einem Gemisch aus Polyurethan und einem fluorhaltigen Kunststoff, insbesondere aus PTFE, PVF oder PVDF, insbesondere wiederum aus PTFE.
Die Schutzschichten 15 und 16 können dabei wie bei der Ausführung nach der WO 2005/080821 Al in Verbindung mit einer Textilauflage, beispielsweise eines Gewebes, stehen.
Diese ölbeständigen Werkstoffe können aber auch in Form von Folien oder eines Folienverbundes eingesetzt werden, und zwar insbesondere ohne Einsatz einer
Textilauflage. Diesbezüglich wird insbesondere auf die neuere Entwicklung gemäß DE 10 2008 012 044.8 verwiesen.
Derartige Schutzschichten kommen insbesondere bei Hochleistungszahnriemen zur Anwendung.
Bezugszeichenliste
(Teil der Beschreibung)
I Antriebsriemen (Zahnriemen) 2 Decklage als Riemenrücken
3 Festigkeitsträger in Form von Zugsträngen
4 Unterbau
5 Zahn
6 Zahnsteg 7 Kraftübertragungszone
8 Textilauflage (Zahnauflage)
9 Schutzschicht
10 Antriebsriemen (Zahnriemen)
I 1 Decklage als Riemenrücken 12 Festigkeitsträger in Form von Zugsträngen
13 Unterbau
14 Kraftübertragungszone
15 Schutzschicht für die Kraftübertragungszone
16 Schutzschicht für den Riemenrücken

Claims

Patentansprüche
1. Antriebsriemen (1, 10)) mit einem elastischen Grundkörper, umfassend eine Decklage (2, 11) als Riemenrücken und einen Unterbau (4, 13) mit einer Kraftübertragungszone (7, 14), wobei der Grundkörper aus einem ölbeständigen Vulkanisat auf der Basis eines Copolymeren aus Butadien und Acrylnitril besteht, dadurch gekennzeichnet, dass in Bezug auf das Gesamtgewicht des Copolymeren der Anteil an Acrylnitril < 33 Gew.-% beträgt.
2. Antriebsriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Copolymer ein (teil) hydrierter Nitrilkautschuk (HNBR) ist.
3. Antriebsriemen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Acrylnitril < 32 Gew.-% beträgt.
4. Antriebsriemen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Acrylnitril > 10 Gew.-% beträgt.
5. Antriebsriemen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Acrylnitril > 15 Gew.-% beträgt.
6. Antriebsriemen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Acrylnitril > 20 Gew.-% beträgt.
7. Antriebsriemen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Acrylnitril 20 bis 30 Gew.-% beträgt.
8. Antriebsriemen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Acrylnitril 20 bis 25 Gew.-% beträgt.
9. Antriebsriemen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in das Vulkanisat Fasern eingemischt sind.
10. Antriebsriemen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern aus Aramid, Baumwolle, Kohle oder Zellulose bestehen.
11. Antriebsriemen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern aus Aramid bestehen.
12. Antriebsriemen nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern aus para- Aramid bestehen.
13. Antriebsriemen nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die Kraftübertragungszone (7, 14) mit einer zusätzlichen ölbeständigen Schutzschicht (9, 15) versehen ist.
14. Antriebsriemen nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die
Kraftübertragungszone (7, 14) und die Decklage (11) mit einer zusätzlichen ölbeständigen Schutzschicht (9, 15, 16) versehen sind.
15. Antriebsriemen nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die ölbeständige Schutzschicht (9, 15, 16) aus Polyurethan besteht.
16. Antriebsriemen nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die ölbeständige Schutzschicht (9, 15, 16) aus einem fluorhaltigen Kunststoff besteht.
17. Antriebsriemen nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die ölbeständige Schutzschicht (9, 15, 16) aus einem Gemisch aus Polyurethan und einem fluorhaltigen Kunststoff besteht.
18. Antriebsriemen nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der fluorhaltige Kunststoff Po lytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylfluorid (PVF) oder Polyvinylidenfluorid (PVDF) ist.
19. Antriebsriemen nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der fluorhaltige Kunststoff PTFE ist.
20. Antriebsriemen nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsriemen (1, 10) als Zahnriemen ausgebildet ist.
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