Kraftübertragungsriemen, insbesondere Zahnriemen und Flachriemen, und

Verfahren zu dessen Herstellung

Die Erfindung betrifft einen Kraftübertragungsriemen mit einem elastischen Grundkörper, umfassend eine Decklage als Riemenrücken, einen Unterbau mit einer

Kraftübertragungszone und zwei seitliche Kanten, die sich jeweils von der Decklage zur Kraftübertragungszone hin erstrecken. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Kraftübertragungsriemens. Kraftübertragungsriemen, die auch als Antriebsriemen bezeichnet werden und im

Funktionszustand endlos geschlossen oder endlos sind, können als Flachriemen,

Keilriemen, Keilrippenriemen und Zahnriemen ausgebildet sein.

Die Oberfläche dieser Kraftübertragungsriemen, insbesondere eines Zahnriemens, muss nicht nur gute Gleiteigenschaften aufweisen und verschleißbeständig sein, sondern auch weiteren Kundenanforderungen, wie beispielsweise der reduzierten Geräuschbildung dienen. So entstehen beispielsweise insbesondere beim Anlauf von Zahnriemen mit der Riemenkante an Führungsbauteile Reibgeräusche. Die Reibung des Riemens verursacht gleichzeitig eine Wärmebildung, die sich negativ auf die Lebensdauer des Antriebsriemens auswirkt.

Zur Vermeidung bzw. Reduzierung der Wärmebildung und / oder der Geräuschbildung ist es bekannt, den Antriebsriemen mit einer Beschichtung zu versehen. So ist beispielsweise aus EP 0695627A1 zur Geräuschreduzierung eine Beschichtung mit einem halogenierten Polyether bekannt. Zur Verringerung der Geräuschentwicklung und Wärmebildung wird in DE 60013996T2 zunächst ein Gewebeabdeckungselement mit einem vernetzbaren Material behandelt und anschließend wird eine verschleißfeste, die Reibung

modifizierende Zusammensetzung einseitig oder beidseitig auf das behandelte Gewebe aufgebracht. Das behandelte Gewebe wird dann an den Riemen angebracht, bevor der Riemen vulkanisiert bzw. gehärtet wird. Aus DE 602004013050T2 ist es ferner bekannt, die Zähne eines Zahnriemens mit einer Widerstandsschicht, enthaltend ein fluoriertes Plastomer, zu beschichten. Ein derartiger Zahnriemen soll in Kontakt mit Öl oder bei Eintauchen in Öl verwendet werden können.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen alternativen

Kraftübertragungsriemen bereitzustellen, der sich durch eine verminderte

Geräuschentwicklung auszeichnet und durch die verringerte Reibungswärme zu einer erhöhten Lebensdauer führt.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass die Oberflächen des Kraftübertragungsriemens vollständig oder teilweise mit einer Beschichtung versehen sind, wobei die Beschichtung aus wenigstens einem wasserbasierten Lack auf Basis wenigstens eines Fluorpolymers gebildet ist.

Der Kraftübertragungsriemen enthält einen elastischen Grundkörper, umfassend eine Decklage als Riemenrücken, einen Unterbau mit einer Kraftübertragungszone und zwei seitlichen Kanten, die sich jeweils von der Decklage zur Kraftübertragungszone hin erstrecken. Decklage und Unterbau bilden dabei als Gesamteinheit den elastischen Riemengrundkörper des Kraftübertragungsriemens, der aus einem elastomeren Werkstoff besteht, insbesondere in Form einer vulkanisierten Kautschukmischung. Als

Kautschukkomponente wird zumeist ein Ethylen-Propylen-Mischpolymerisat (EPM), ein Ethylen-Propylen-Dien-Misch-Polymerisat (EPDM), ein (teil)hydrierter Nitrilkautschuk (FiNBR), Chloroprenkautschuk (CR) oder Fluor-Kautschuk (FPM) eingesetzt. Etwaige im elastischen Grundkörper eingebettete Zugstränge bestehen aus Stahl, Polyamid, Aramid, Polyester, Glasfasern, Kohlefasern, Polyetherketon (PEEK) oder Polyethylen-2,6- naphthalat (PEN). Die Basisbeschichtung besteht vorteilhafterweise aus einem Gewebe, Gewirke oder Gestrick. Bevorzugt findet als Material für das Gewebe, Gewirke oder Gestrick

Baumwolle oder weitere Naturfasern, wie beispielsweise Flachs, Leinen oder Hanf Verwendung. Ebenso kann aber auch Aramid, Nylon und / oder Polyester verwendet werden.

Überraschenderweise wurde gefunden, dass sich ein derartig beschichteter Riemen durch eine besonders geringe Geräuschentwicklung auszeichnet, ohne Einbußen hinsichtlich Lebensdauer, Abrieb und weiteren relevanten Eigenschaften hinnehmen zu müssen.

Das Fluorpolymer, das als Basis des wasserbasierten Lacks dient, ist ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Polytetrafluorethylen (PTFE), modifiziertem Polytetrafluorethylen (TFM), Fluorethylenpolymer (FEP), Perfluoralkylvinylether-Tetraethylen-Copolymer (PFA) oder Ethylen-Tetrafluorethylen-Copolymer (ETFE).

Das Fluorpolymer liegt als Partikel in einer wässrigen Dispersion vor. Die Partikelgröße beträgt bevorzugt zwischen 200 und 300 nm, wobei die Partikelgröße gemäß DIN ISO 13321 bestimmt wurde. Es ist aber auch möglich, Partikel zu verwenden, die eine

Partikelgröße kleiner als 200 nm aufweisen, d.h. Partikel im Bereich zwischen 1 und 200 nm., bevorzugt zwischen 50 und 200 nm.

Mit Fluorpolymerpartikeln dieser Partikelgröße lassen sich besonders gute Ergebnisse hinsichtlich Geräuschminderung des Antriebsriemens erzielen.

Der wasserbasierte Lack enthält noch weitere Bestandteile. Hierzu zählen im Wesentlichen Bindemittel und Emulgatoren.

Als Bindemittel können alle der fachkundigen Person bekannten Bindemittel verwendet werden. Bevorzugt sind Bindemittel gemäß EM 971-1 : 1996-09 und DIN 55945: 1999-07, wie beispielsweise Alkydharz, Acrylharz, Bitumen, Celluloseacetat, Celluloseacetobutyrat, Celluloseacetapropionat, Cellulosenitrat, Epoxidharz, Epoxidharzester, Epoxidharz/Teer- Kombination, Ethylen-Vinylacetat, Melamin-Formaldehydharz, chloriertes Polyethylen, Phenol-Formaldehydharz, Polymethylmethacrylat, Polypropylen, Polystyrol, Polytetrafluorethylen, Polyurethan, Polyurethan/Teer-Kombination, Polyvinylacetat, Polyvinylbutyral, Polyvinylchlorid, chloriertes Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Polyvinylidenfiuorid, Chlorkautschuk, Cyclokautschuk, Polystyrol mit Butadienelastomer modifiziert, Siliconpolymer, gesättigte Polyester, Teer, Formaldehyd-Harnstoff-Harz und ungesättigte Polyester. Es kann aber auch wenigstens ein Kautschuklatex, bevorzugt Styrolbutadienkautschuklatex und / oder Naturkautschuklatex und / oder

Nitrilbutadienkautschuklatex und / oder hydrierter Nitrilbutadienkautschuklatex und / oder chlorsulfonierter Polyethylenkautschuklatex und / oder Acrylatlatex, als Bindemittel verwendet werden.

Der Einsatz eines Bindemittels auf Basis von Polyurethan, Polyurethanacrylat, Polyurea, Polybiurethen oder auf Basis eines Mischpolymerisats der genannten ist ebenfalls möglich.

Als Emulgatoren können alle der fachkundigen Person bekannten Emulgatoren, wie beispielsweise anionische Emulgatoren, kationische Emulgatoren, amphotere Emulgatoren und nichtionische Emulgatoren allein oder in Kombination verwendet werden.

Vorteilhaft ist allerdings der Einsatz wenigstens eines nichtionischen Emulgators, der in einer bevorzugten Ausführungsform arm an Alkylphenolethoxylaten (APE oder APEO) ist, d.h. der Gehalt ist geringer als 1 Gew. -% bezogen auf den gesamten wasserbasierten Lack, und in einer besonders bevorzugten Ausführungsform frei von APE ist. APE wird oft auch als Pseudohormon bezeichnet und kann in die Umwelt und den menschlichen Organismus negativ eingreifen.

Der wasserbasierte Lack kann Gleitmittel zur weiteren Reduzierung der Reibung und der daraus resultierenden Wärmebildung enthalten. Es können alle der fachkundigen Person bekannten pulverförmigen Gleitkörper, wie beispielsweise Silikate, Sulfide, Graphit etc. verwendet werden.

Bevorzugt ist es, wenn zumindest die Oberflächen der beiden Kanten mit der Beschichtung versehen sind, was oft auch als Kantenversiegelung bezeichnet wird. Hier zeigt sich insbesondere beim Anlauf eines Zahnriemens mit der Riemenkante an Führungsbauteile ein Vorteil hinsichtlich der Geräuschbildung. Es ist aber auch möglich, dass sämtliche Oberflächen des Kraftübertragungsriemens vollständig mit der Beschichtung versehen sind.

Insbesondere eine Beschichtung der Oberfläche des Riemens führt gleichzeitig zu einer optischen Veränderung des Riemens, was viele Kunden als Beeinträchtigung empfinden, insbesondere wenn die beiden Kanten mit einer Beschichtung versehen sind.

Hier zeigt sich vor allem bei der Beschichtung der beiden Kanten ein weiterer Vorteil der Erfindung dadurch, dass die Beschichtung, insbesondere die der beiden Kanten, eingefärbt ist. Nach Kundenwunsch kann eine farbige Einfärbung, möglicherweise auch mit Metalloder Perlglanzeffekt, durch geeignete Pigmente oder sonstige farbgebende Füllstoffe, erreicht werden. Da die Kraftübertragungsriemen oft durchgängig schwarz sind, ist eine schwarze Einfärbung durch geeignete Pigmente oder wenigstens einen Ruß und/oder Graphit bevorzugt. Dadurch ergibt sich ein verbessertes optisches Erscheinungsbild.

Die geeigneten Pigmente oder sonstigen farbgebenden Füllstoffe sind dann

selbstverständlich Bestandteil des wasserbasierten Lacks.

Der Kraftübertragungsriemen findet Verwendung als Flachriemen, Keilriemen,

Keilrippenriemen und Zahnriemen, wobei Flachriemen und insbesondere Zahnriemen besonders bevorzugt sind.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftübertragungsriemens, insbesondere eines Zahnriemens und eines Flachriemens, bereitzustellen, bei dem das eingangs genannte Anforderungsprofil gewährleistet wird.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein erstes Verfahren mit wenigstens folgenden

Verfahrensschritten:

- Herstellen eines vulkanisierbaren Riemenrohlings;

- vollständiges oder teilweises Aufbringen einer Beschichtung, die aus wenigstens einem wasserbasierten Lack auf der Basis wenigstens eines Fluorpolymers aufgebaut ist, auf die Oberflächen des Rohlings des Kraftübertragungsriemens;

- Trocknung des Kraftübertragungsriemens; - Vulkanisation des Kraftübertragungsriemens; oder durch ein zweites Verfahren mit wenigstens folgenden Verfahrensschritten:

- vollständiges oder teilweises Aufbringen einer Beschichtung, die aus wenigstens einem wasserbasierten Lack auf der Basis wenigstens eines Fluorpolymers aufgebaut ist, auf die Oberflächen des vulkanisierten Kraftübertragungsriemens;

- Trocknung des Kraftübertragungsriemens.

Überraschenderweise wurde gefunden, dass Kraftübertragungsriemen, die nach einem der beiden erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt worden sind, besonders gute

Eigenschaften hinsichtlich einer reduzierten Geräuschentwicklung aufweisen.

Als besonders zweckmäßig hat sich hierbei das zweitgenannte Verfahren erwiesen, insbesondere in Verbindung mit einer Beschichtung der beiden Kanten.

Besonders bevorzugt ist es, wenn zumindest die Oberflächen der beiden Kanten durch die erfindungsgemäßen Verfahren mit einer Beschichtung versehen werden.

Es ist aber auch möglich, dass sämtliche Oberflächen des Kraftübertragungsriemens durch die erfindungsgemäßen Verfahren vollständig mit der Beschichtung versehen werden.

Nach Kundenwunsch kann im Rahmen der genannten Verfahren eine farbige Einfärbung, möglicherweise auch mit Metall- oder Perlglanzeffekt durch geeignete Pigmente oder sonstige farbgebende Füllstoffe, erreicht werden. Da die Kraftübertragungsriemen oft durchgängig schwarz sind, wird eine schwarze Einfärbung durch geeignete Pigmente oder wenigstens einen Ruß und/oder Graphit bevorzugt. Insbesondere die beiden Kanten werden mit einer eingefärbten Beschichtung versehen. Dadurch ergibt sich ein verbessertes optisches Erscheinungsbild.

Die Trocknung des Kraftübertragungsriemens erfolgt nach dem Aufbringen der

Beschichtung an Luft oder einem inerten gasförmigen Medium bei Temperaturen zwischen Raumtemperatur und 70 °C und einer Zeit zwischen 5 Minuten und 2 Stunden. Dadurch, dass die Beschichtung auf wenigstens einem wasserbasierten Lack aufgebaut ist, sind weniger bis gar keine Lösemittel notwendig. Hier zeigt sich ein weiterer Vorteil der Erfindung, nämlich die Reduzierung des Anteils an Lösemitteln, insbesondere an flüchtigen organischen Lösemitteln, was weniger unweit- und gesundheitsbelastend ist.

Vorteilhaft ist ebenso, dass der wasserbasierte Lack mit einer Walze oder Rolle per Hand oder einer entsprechenden Apparatur aufgebracht werden kann. Dies gilt insbesondere in Verbindung mit dem Verfahren gemäß Kennzeichen des Anspruchs 8. Hierbei wird der Kraftübertragungsriemen erst nach der Vulkanisation mit einer Beschichtung versehen, wobei die Beschichtung der beiden Kanten besonders bevorzugt ist.

Das Fluorpolymer, das als Basis des wasserbasierten Lacks dient und das im Rahmen der genannten Verfahren eingesetzt wird, ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polytetrafluorethylen (PTFE), modifiziertem Polytetrafluorethylen (TFM),

Fluorethylenpolymer (FEP), Perfluoralkylvinylether-Tetraethylen-Copolymer (PFA) oder Ethylen-Tetrafluorethylen-Copolymer (ETFE) .

Bezüglich der weiteren Bestandteile des wasserbasierten Lacks wird an dieser Stelle auf die bereits obig erfolgten Ausführungen verwiesen, wobei auch hier als wesentlicher Bestandteil das Vorhandensein wenigstens eines Bindemittels und eines Emulgators, bevorzugt arm an APE, besonders bevorzugt frei von APE, zu erwähnen ist.

Die nach den beiden genannten Verfahren hergestellten Kraftübertragungsriemen finden Verwendung als Flachriemen, Keilriemen, Keilrippenriemen und Zahnriemen, wobei Keilrippenriemen und insbesondere Zahnriemen besonders bevorzugt sind.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf schematische Zeichnungen erläutert. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Zahnriemen mit einer Beschichtung für die

Kraftübertragungszone und für die Decklage. Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Zahnriemen, welcher mit einer Beschichtung an den beiden Kanten versehen ist.

Figur 1 zeigt einen Kraftübertragungsriemen 10 in Form eines Zahnriemens mit einer Decklage 11 als Riemenrücken, einer Festigkeitsträgerlage 12 in Form von in

Längsrichtung verlaufenden parallel angeordneten Zugsträngen sowie mit einem Unterbau 13. Der Unterbau umfasst dabei die Kraftübertragungszone 14. Sowohl die Decklage 11 als auch die Kraftübertragungszone 14 sind jeweils mit einer Beschichtung 15, 16 versehen.

Figur 2 zeigt einen Kraftübertragungsriemen 20 in Form eines Zahnriemens mit einem elastischen Grundkörper 18, einer Festigkeitsträgerlage 17 in Form von in Längsrichtung verlaufenden parallel angeordneten Zugsträngen. Die beiden Kanten 22, 23 sind jeweils mit einer Beschichtung 19, 21 versehen (Kantenversiegelung). Die zahnförmige

Kraftübertragungszone 24 ist hier schematisiert dargestellt.

Bezugszeichenliste

(Teil der Beschreibung)

10 Kraftübertragungsriemen (Zahnriemen)

11 Decklage als Riemenrücken

12 Festigkeitsträgerlage in Form von Zugsträngen

13 Unterbau

14 Kraftübertragungszone

15 Beschichtung der Kraftübertragungszone

16 Beschichtung der Decklage

17 Festigkeitsträgerlage in Form von Zugsträngen

18 elastischer Grundkörper

19 Beschichtung

20 Kraftübertragungsriemen (Zahnriemen)

21 Beschichtung

22 seitliche Kante

23 seitliche Kante

24 Kraftübertragungszone