TEVES, Reinhard (Kurze Wende 4, Seelze, 30926, DE)
BALTES, Thomas (Constantinstraße 33, Hannover, 30177, DE)
SATTLER, Heiko (Königstraße 22, Hannover, 30175, DE)
GUEVENC, Sener (Bangemannweg 3, Hannover, 30459, DE)
WELL, Michael (Flachsrottenweg 4 A, Vechelde, 38159, DE)
TEVES, Reinhard (Kurze Wende 4, Seelze, 30926, DE)
BALTES, Thomas (Constantinstraße 33, Hannover, 30177, DE)
SATTLER, Heiko (Königstraße 22, Hannover, 30175, DE)
GUEVENC, Sener (Bangemannweg 3, Hannover, 30459, DE)
| Patentansprüche 1. Antriebsriemen (1) mit einem Grundkörper aus einem polymeren Werkstoff mit elastischen Eigenschaften, umfassend eine Decklage (2) als Riemenrücken sowie einen Unterbau (4) mit einer Kraftübertragungszone (7), wobei — nach einer ersten Variante in dem Grundkörper wenigstens ein Zugstrang (3) eingebettet ist oder — nach einer zweiten Variante zwischen der Decklage und dem Unterbau eine Zwischenlage aus einem polymeren Werkstoff mit elastischen Eigenschaften angeordnet ist, wobei in der Zwischenlage wenigstens ein Zugstrang eingebettet ist; oder — nach einer dritten Variante wenigstens ein Zugstrang eine Festigkeitsträgerlage bildet, wobei zwischen der Festigkeitsträgerlage und der Decklage und/oder zwischen der Festigkeitsträgerlage und dem Unterbau eine Zwischenlage aus einem polymeren Werkstoff mit elastischen Eigenschaften angeordnet ist; wobei ferner die Decklage (2) und/oder die Kraftübertragungszone (7) mit einer abriebsfesten Beschichtung (8) versehen ist/sind, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die Decklage (2) und/oder der Unterbau (4) frei von Ruß und frei von polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK) ist/sind. 2. Antriebsriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die Decklage (2) und/oder der Unterbau (4) frei von zusätzlichen Schadstoffen ist/sind. 3. Antriebsriemen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenlage nach der zweiten oder dritten Variante frei von Ruß und frei von polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK) ist. 4. Antriebsriemen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenlage nach der zweiten oder dritten Variante frei von zusätzlichen Schadstoffen ist. 5. Antriebsriemen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zugstrang (3) und/oder die abriebsfeste Beschichtung (8) auf ihrer Kontaktseite zum Grundkörper mit einem Haftsystem präpariert ist. 6. Antriebsriemen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Haftsystem frei von Ruß und frei von polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK) ist. 7. Antriebsriemen nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Haftsystem frei von zusätzlichen Schadstoffen ist. 8. Antriebsriemen nach Anspruch 2, 4 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzlichen Schadstoffe wenigstens frei von Chlor oder einer chlorhaltigen Substanz sind. 9. Antriebsriemen nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Haftsystem für den Zugstrang (3) und/oder die abriebsfeste Beschichtung (8) ein Resorcin-Formaldehyd-Latex (RFL) auf der Basis von Vinylpyridin ist. 10. Antriebsriemen nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Haftsystem für die abriebsfeste Beschichtung (8) eine Haftfolie ist. 11. Antriebsriemen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftfolie aus einem Polyolefin oder einem Polyamid (PA) besteht. 12. Antriebsriemen nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftfolie aus Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP) besteht. 13. Antriebsriemen nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Haftsystem für die abriebsfeste Beschichtung (8) auf einer Silanbehandlung basiert. 14. Antriebsriemen nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Haftsystem für die abriebsfeste Beschichtung (8) mit einem Farbstoff versehen ist. 15. Antriebsriemen nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der polymere Werkstoff der Decklage (2) und/oder des Unterbaus (4) und/oder der Zwischenlage für den Zugstrang (3) eine vulkanisierte Kautschukmischung ist, enthaltend wenigstens eine Kautschukkomponente sowie Mischungsingredienzien. 16. Antriebsriemen nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kautschukkomponente Ethylen-Propylen-Kautschuk (EPM), Ethylen-Propylen-Dien- Kautschuk (EPDM), (teil)hydrierter Nitrilkautschuk (HNBR), Fluor-Kautschuk (FKM), Naturkautschuk (NR), Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) oder ein Butadien- Kautschuk (BR) ist, die unverschnitten oder im Verschnitt mit wenigstens einer weiteren Kautschukkomponente, insbesondere in Verbindung mit einem der vorgenannten Kautschuktypen, zum Einsatz gelangen. 17. Antriebsriemen nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Decklage (2) und/oder der Unterbau (4) einen Farbstoff enthält/enthalten. 18. Antriebsriemen nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsriemen (1) als Zahnriemen ausgebildet ist. |
PAK-freier Antriebsriemen, insbesondere Zahnriemen
Die Erfindung betrifft einen Antriebsriemen mit einem Grundkörper aus einem polymeren Werkstoff mit elastischen Eigenschaften, umfassend eine Decklage als Riemenrücken sowie einen Unterbau mit einer Kraftübertragungszone, wobei
— nach einer ersten Variante in dem Grundkörper wenigstens ein Zugstrang eingebettet ist oder
— nach einer zweiten Variante zwischen der Decklage und dem Unterbau eine
Zwischenlage aus einem polymeren Werkstoff mit elastischen Eigenschaften angeordnet ist, wobei in der Zwischenlage wenigstens ein Zugstrang eingebettet ist; oder
— nach einer dritten Variante wenigstens ein Zugstrang eine Festigkeitsträgerlage bildet, wobei zwischen der Festigkeitsträgerlage und der Decklage und/oder zwischen der Festigkeitsträgerlage und dem Unterbau eine Zwischenlage aus einem polymeren Werkstoff mit elastischen Eigenschaften angeordnet ist; wobei ferner die Decklage und/oder die Kraftübertragungszone mit einer abriebsfesten Beschichtung versehen ist/sind.
Antriebsriemen, die auch als Kraftübertragungsriemen bezeichnet werden und im
Funktionszustand zumeist endlos geschlossen sind, können als Flachriemen, Keilriemen, Keilrippenriemen, Zahnriemen und Kupplungsriemen ausgebildet sein. Von besonderer Bedeutung sind der Keilrippenriemen und der Zahnriemen, wobei diesbezüglich auf folgende Patentliteratur verwiesen wird: Keilrippenriemen Zahnriemen DE 38 23 157 AI EP 0 599 145 Bl
DE 100 16 351 AI EP 0 737 228 Bl
DE 10 2006 007 509 AI EP 0 866 834 Bl
EP 0 590 423 A2 EP 1 088 177 Bl
EP 0 737 228 Bl EP 1 129 308 Bl
EP 0 831 247 Bl EP 1 795 645 AI
EP 0 866 834 Bl WO 2005/080821 AI
EP 1 108 750 AI WO 2006/066669 AI
EP 1 129 308 Bl US 5 417 618
WO 2009/066492 AI JP 2008-291395 A
US 3 981 206
US 5 026 327
US 2003/0121729 AI
Die Elastizität eines Antriebsriemens wird dadurch erreicht, dass der Grundkörper und somit die Decklage und der Unterbau aus einem polymeren Werkstoff mit elastischen
Eigenschaften bestehen, wobei hier insbesondere die beiden Werkstoffgruppen Elastomere und thermoplastische Elastomere zu nennen sind. Von besonderer Bedeutung sind
Elastomere auf der Basis einer vulkanisierten Kautschukmischung. Der Antriebsriemen ist mit wenigstens einem in Riemenlängsrichtung verlaufenden eingebetteten Zugstrang nach einer der drei eingangs genannten Varianten versehen, wobei insbesondere mehrere Zugstränge eine Festigkeitsträgerlage bzw. Zugträgerlage bilden. Von besonderer Bedeutung ist dabei ein Zugstrang in Cordkonstruktion, wobei es diesbezüglich nach dem Stand der Technik verschiedenen Werkstoffkonzeptionen gibt. Die wesentlichen Werkstofftypen sind: Stahl, Polyamid (PA), Aramid, Polyester, Glasfasern, Kohlefasern, Basalt, Polyetheretherketon (PEEK), Polyethylentherephthalat (PET) oder Polyethylen-2,6-naphtalat (PEN). Der Zugstrang ist zudem zumeist mit einem Haftsystem, beispielsweise mit einem Resorcin-Formaldehyd-Latex (RFL), präpariert, so dass eine dauerwirksame Haftung zu dem umgebenden polymeren Werkstoff nach einem der drei eingangs genannten Varianten gewährleistet ist.
Insbesondere die Kraftübertragungszone eines Antriebsriemens wird mit einer
abriebsfesten Beschichtung versehen, die zusätzlich zur Geräuschreduzierung dient und zudem noch ölbeständig ausgerüstet sein kann. Eingesetzt wird dabei eine Flockauflage, insbesondere in Form eines Baumwoll- oder Aramidflocks, eine dünne mit Fasern
(z.B. Aramidfasern) gefüllte elastische Polymerschicht, eine Textilauflage, insbesondere in Form eines Gewebes, Gewirkes oder Gestrickes, oder eine Folie (z.B. PTFE-Folie) oder ein Folienverbund (z.B. PA-PTFE-Folie). Hinsichtlich des diesbezüglichen Standes der Technik wird insbesondere auf folgende Patentliteratur verwiesen: DE 38 23 157 AI DE 10 2008 012 044 AI
DE 100 16 351 AI US 3 981 206
DE 10 2006 007 509 AI US 6 491 598
DE 10 2007 062 285 AI Diese Beschichtung wird auf der Kontaktseite zum Grundkörper des Antriebsriemens, insbesondere zum dessen Unterbau, zumeist haftfreundlich präpariert, beispielsweise mit RFL.
Schwerpunkt der bisherigen Entwicklungen auf dem Gebiet der Antriebsriemen war die Bereitstellung von abriebsfesten wie auch geräuscharmen Beschichtungen sowie die Suche nach hochleistungsfähigen Zugsträngen und Polymerwerkstoffen.
Bei vielen Produkten, beispielsweise Haushaltsgeräte, Elektrowerkzeuge und Gartengeräte, wird nun zunehmend der Einsatz von schadstoffarmen, insbesondere schadstofffreien, Werkstoffen gefordert. Bei Polymermischungen mit Anwendungen im Fahrzeugbau konzentrierte sich dabei die bisherige Entwicklungsarbeit auf die Gewährleistung
N-nitrosaminarmer, insbesondere N-nitrosaminfreier, Polymerwerkstoffe.
Im Rahmen einer Weiterentwicklung besteht nun die Aufgabe der Erfindung darin, schadstoffarme, insbesondere schadstofffreie, Antriebsriemen bereitzustellen, die zudem bedenkenlos in Anwendungsfällen mit Körperkontakt eingesetzt werden können.
Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass wenigstens die Decklage und/oder der Unterbau frei von Ruß und frei von polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffen (PAK) ist/sind.
Zeckmäßigerweise sind die Decklage und der Unterbau sowie die Zwischenlage nach der zweiten oder dritten Variante frei von Ruß und PAK- frei. Die Polymermischungen enthalten anstelle des Füllstoffes Ruß, der bereits zumeist PAK enthält, beispielsweise Kieselsäure. Der Weichmacher auf Mineralölbasis, der zumeist ebenfalls PAK enthält, wird durch einen entsprechenden PAK- freien Weichmacher ersetzt.
Da der Zugstrang und die abriebsfeste Beschichtung mit ihrer Kontaktseite zum
Grundkörper zumeist mit einem Haftsystem präpariert sind, kommt vorzugsweise ein Haftsystem zum Einsatz, das ebenfalls frei von Ruß und PAK- frei ist.
Der Antriebsriemen ist vorzugsweise frei von weiteren Schadstoffen, insbesondere frei von Chlor oder einer chlorhaltigen Substanz. Verzichtet wird dabei insbesondere auf den Chloropren-Kautschuk (CR).
Hinsichtlich des Haftsystems für die abriebsfeste Beschichtung kommen vorzugsweise folgende Varianten zum Einsatz:
— Das Haftsystem ist ein RFL auf der Basis von Vinylpyridin. — Das Haftsystem ist eine Haftfolie, die insbesondere aus einem Polyolefin oder einem Polyamid (PA) besteht. Das Polyolefin ist dabei vorzugsweise Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP).
— Das Haftsystem basiert auf einer Silanbehandlung, insbesondere bei Einsatz einer Textilauflage.
Das Haftsystem für die abriebsfeste Beschichtung kann noch mit einem Farbstoff versehen sein. Das RFL-freie Haftsystem bietet den Vorteil, dass dieses farblos ist, so dass beispielsweise eine beliebige Färbung des Gewebes erfolgen kann. Die
Farbstoffeinmischung ist auch für die Polymermischung der Decklage und/oder des Unterbaus möglich, da hier auf den Füllstoff Ruß verzichtet wird.
Anhand einer Mischungsrezeptur wird ein Zahnriemen nach dem Stand der Technik (Tabelle 1) mit einem erfindungsgemäßen PAK- freien Zahnriemen (Tabelle 2) verglichen, und zwar ergänzt durch eine Gegenüberstellung verschiedener Haftsysteme. Beide Zahnriemen hatten eine Zugstranganordnung nach der ersten Variante.
Tabelle 1
Mischungsbestandteile Mengenanteile
Chloropren (CR) 100 phr
Ruß N 550 50 phr
Mineralöl 8 phr
Magnesiumoxid 4 phr
Zinkoxid 3 phr
ASM ODPA (a) 2 phr
Vulkanox 3100 (b) 2 phr
Stearinsäure 1 phr
Vulkacit DM/C (c) 1 phr Alterungsschutzmittel: Oktyliertes Diphenylamin, Luwomax ODPA von Lehmann & Voss
Alterungsschutzmittel: Gemisch aus Diaryl-p-phenyl-diamin (DTPD) von Lanxess Beschleuniger: Dibenzothiazoldisulfid (MBTS) von Lanxess
Zugstrang:
Glascorde mit CR-haltigem RFL
— Beschichtung der Kraftübertragungszone:
Gewebe aus Polyamid (PA) mit CR-haltigem RFL
Tabelle 2
(d) Alterungsschutzmittel: Zink-methyl-mercapto-benzimidazol
(e) Peroxid- Vernetzer: Di(tert-butylperoxyisopropyl)benzol von Akzo
— Zugstrang:
Glascorde mit Vinylpyridin RFL
— Beschichtung der Kraftübertragungszone:
Gewebe aus Polyamid (PA) mit Vinylpyridin RFL und Farbstoff Weitere vorteilhafte Gestaltungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Antriebsriemens werden in Verbindung mit der Figurenbeschreibung noch näher vorgestellt. Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf schematische Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Aufbau eines Zahnriemens; Fig. 2 Details eines Zugstranges.
Fig. 1 zeigt einen Antriebsriemen 1 in Form eines Zahnriemens mit einer Decklage 2 als Riemenrücken, mit mehreren in Riemenlängsrichtung eingebetteten und parallel verlaufenden Zugsträngen 3 sowie mit einem Unterbau 4. Der Unterbau ist mit einer zahnförmigen Profilierung, umfassend Zähne 5 und Zahnstege 6, versehen und umfasst die Kraftübertragungszone 7.
Die Decklage 2 und der Unterbau 5 bilden dabei als Gesamteinheit den Grundkörper aus einem polymeren Werkstoff mit elastischen Eigenschaften, insbesondere in Form einer vulkanisierten Kautschukmischung, enthaltend wenigstens eine Kautschukkomponente und Mischungsingredienzien. Als Kautschukkomponente wird insbesondere Ethylen-Propylen- Kautschuk (EPM), Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM), (teil)hydrierter
Nitrilkautschuk (HNBR), Fluor-Kautschuk (FKM), Naturkautschuk (NR), Styrol- Butadien-Kautschuk (SBR) oder Butadien-Kautschuk (BR) eingesetzt, die unverschnitten oder mit wenigstens einer weiteren Kautschukkomponente, insbesondere mit einem der vorgenannten Kautschuktypen, verschnitten sind, beispielsweise in Form eines
EPM/EPDM- oder SBR/BR- Verschnittes. Von besonderer Bedeutung ist dabei HNBR, EPM, EPDM oder ein EPM/EPDM-Verschnitt. Die Mischungsingredienzien 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, beispielweise Fasern zwecks Verstärkung, und Farbpigmente. Diesbezüglich wird auf den allgemeinen Stand der Kautschukmischungstechnologie verwiesen. Die Kautschukmischung ist frei von Ruß und PAK- frei, und zwar untere gleichzeitigem Verzicht von CR als Kautschukkomponente.
Die Zugstränge 3 sind hier ohne Zwischenlage im Grundkörper eingebettet. Jeder Zugstrang in Cordkonstruktion ist aufgebaut aus einem Filamentmaterial, beispielsweise aus Glasfilamenten. Bei einem Zahnriemen in Ölumgebung sind dabei Gleichschlagcorde besser als normale Gegenschlagcorde. Weitere Zugstrangmaßnahmen werden in
Verbindung mit der Fig. 2 noch näher erläutert.
Insbesondere der Unterbau 4 des Antriebsriemens 1 kann zudem gleichmäßig verteilt Fasern, insbesondere Textilfasern, enthalten. Die Fasern bestehen aus Baumwolle,
Zellulose, Aramid, insbesondere p-Aramid, Polyamid, insbesondere PA6 oder PA.6.6, Polyvinylacetal (PVA) oder Polyethylentherephthalat (PET). Die Fasern können in Form einer Pulpe (Faserbrei) oder in Kurzfasern vorliegen. Bei Kurzfasern beträgt die Länge < 8 mm, insbesondere < 6 mm.
Die Kraftübertragungszone 7 des Antriebsriemens 1 ist besonders verschleißanfällig durch Abrieb, Hitze und den Einfluss durch Öle. Aus diesem Grunde wird die
Kraftübertragungszone mit einer Beschichtung in Form einer Textilauflage 8,
beispielsweise in Form eines Gewebes, Gewirkes oder Gestrickes, versehen. Diese Textilauflage kann beispielsweise nach der Lehre des Dokumentes WO 2005/080821 AI zusätzlich mit einem fluorhaltigen Kunststoff, der insbesondere Polytetrafluorethylen (PTFE) ist, getränkt sein, 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. Auch die Decklage 2 des Antriebsriemens 1 kann mit einer Beschichtung versehen werden, beispielsweise in der oben beschriebenen Art.
Der Antriebsriemen 1 in seiner besonderen Ausführung als Zahnriemen ist besonders dafür geeignet, eine Ölpumpe eines Motors, beispielsweise eines KFZ-Motors, anzutreiben.
Fig. 2 zeigt eine Litze 10, gebildet aus einer Gruppe von Filamenten 11, wobei 100 bis 1000 Filamente, insbesondere 500 bis 700 Filamente, eine Litze bilden. Die Litze liegt dabei zumeist als Litzenhelix vor, was in der Fig. 2 verdeutlicht wird. Eine Gruppe von Litzen bildet schließlich den Cord. Zumeist besteht ein Cord aus wenigstens fünf Litzen, insbesondere aus 10 bis 20 Litzen. Der Cord bildet schließlich den Zugstrang.
Die Filamente 11 bestehen beispielsweise aus Glas. Dies bedeutet, dass somit auch die Litzen 10 und schließlich der Cord als wirksamer Zugstrang 3 (Fig. 1) aus diesem anorganischen Material bestehen.
Die Filamente 11, die Litzen 10 oder der Cord können präpariert sein. Häufig wird der Cord haftfreundlich präpariert, beispielsweise mit RFL. Besonders zweckmäßig ist es, wenn bereits die Filamente 11 präpariert werden, so dass sich präparierte Litzen 10 und letztlich auch ein präparierter Cord bilden. Die Präparation der Filamente erfolgt dabei insbesondere mit einem Vinylpyridin RFL unter Ausbildung einer Filamentummantelung.
Bezugszeichenliste
(Teil der Beschreibung)
1 Antriebsriemen (Zahnriemen)
2 Decklage als Riemenrücken
3 Zugstrang
4 Unterbau
5 Zahn
6 Zahnsteg
7 Kraftübertragungszone
8 Beschichtung in Form einer Textilauflage (Zahnauflage)
9 Schutzschicht
10 Litze
11 Filament
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