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Dokumentenidentifikation DE69107120T2 07.09.1995
EP-Veröffentlichungsnummer 0458128
Titel Faserverstärkter Gummi.
Anmelder Bando Chemical Industries Ltd., Kobe, Hyogo, JP
Erfinder Nakanishi, Yasuyuki, c/o Bando Chemical Ind., Kobe-shi, JP;
Matsuoka, Hiroshi, c/o Bando Chemical Ind., Kobe-shi, JP
Vertreter Müller, H., Dipl.-Ing., 80539 München; Schupfner, G., Dipl.-Chem. Dr.phil.nat., 21244 Buchholz; Gauger, H., Dipl.-Ing., 80539 München; Pohl, M., Dipl.-Biol. Dr., Pat.-Anwälte, 21077 Hamburg
DE-Aktenzeichen 69107120
Vertragsstaaten AT, DE, FR, GB, IT
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 07.05.1991
EP-Aktenzeichen 911074276
EP-Offenlegungsdatum 27.11.1991
EP date of grant 01.02.1995
Veröffentlichungstag im Patentblatt 07.09.1995
IPC-Hauptklasse F16G 1/08
IPC-Nebenklasse F16G 1/28   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen faserverstärkten Gummi und insbesondere auf eine Verstärkung, die in einen Gummi eingebettet ist, gemäß der in der US-A-4 681 558 beschriebenen Art.

Da eine hohe Plessley-Zugfestigkeit, eine hohe Elastizität, eine hohe Dimensionsstabilität und eine hohe Haftfestigkeit für Gummis, wie bspw. einen Riemen, einen Reifen oder einen Schlauch, gefordert wurde, wird eine Verstärkungsschnur, ausgebildet aus Fasern, oder eine Verstärkungsleinwand in einen Gummi eingebettet. Für die Verstärkung werden generell Schnüre aus gedrillten Garnen verwendet. Die Schnüre werden gruppiert in Schnüre, bei denen alle Garne gedrillt sind, Schnüre, bei denen nur die Hälfte der Garne gedrillt sind, oder Gleichschlagschnüre. Die Schnüre, bei denen alle Garne gedrillt sind, sind als eine Verstärkung für einen Gummi am meisten populär.

Wenn die Schnüre, bei denen alle Garne gedrillt sind, als eine Verstärkung in einen Gummi eingebettet werden, dann reiben sich jedoch die Monofilamente gegenseitig an einem scharfen Winkel innerhalb der Schnur aus den insgesamt gedrillten Garnen. Das Garn wird daher abgerieben, gebrochen oder in der Festigkeit verringert bei dem abgeriebenen Teil nach einer kurzen Dauer der Benutzung. Die Biegeermüdung wird daher erniedrigt.

Die veröffentlichte Japanische Patentanmeldung No. 59-19744 beschreibt einen faserverstärkten Gummi, bei welchem die Verstärkung aus Schnüren besteht, bei welchen die Hälfte der Garne gedrillt ist, oder aus Gleichschlagschnüren, um das vorstehende Problem der Biegeermüdung zu lösen.

Ein mit Schnüren, bei denen die Hälfte der Garne gedrillt ist, oder mit Gleichschlagschnüren verstärkter Gummi weist jedoch eine niedrigere Dehnung-Rate der Zugelastizität nach dem Eintauchverfahren auf im Vergleich mit einem Gummi, der mit Schnüren aus insgesamt gedrillten Garnen verstärkt ist. Dies resultiert in einer geringeren Dimensionsstabilität.

Da die Schnüre, bei denen die Hälfte der Garne gedrillt ist, oder die Gleichschlagschnüre nur in einer Richtung gedrillt sind, wird außerdem an einem Ende eine Umkehrung und Lockerung der Schnüre leicht verursacht. Dadurch wird die Verarbeitung der Schnur schwieriger. Weiterhin wird leicht ein Ausfasern an einer Stelle verursacht, wo die Schnur während der Verarbeitung der Schnur geschnitten wird.

Wenn Schnüre, bei denen die Hälfte der Garne gedrillt ist, oder Gleichschlagschnüre als eine Verstärkung für einen industriellen Riemen verwendet werden, besteht dabei das Problem, daß nur eine Seite des Riemens bald abgerieben wird, weil sich der laufende Riemen nach der einen Seite neigt. Diese Neigung wird bewirkt durch die gedrillte Richtung der Schnüre, wie bspw. einer Schnur, bei welcher die Hälfte der Garne gedrillt ist. Die veröffentlichte Japanische Patentanmeldung No. 56-103 008 beschreibt einen Förderriemen, bei welchem eine Verstärkung aus Schnüren besteht, bei denen die Hälfte der Garne mit einem S-Drall gedrillt ist, sowie abwechselnd aus Schnüren, bei denen die Hälfte der Garne mit einem Z-Drall gedrillt ist, um einen ungleichmäßigen Abrieb zu verhindern. In diesem Fall werden jedoch zwei Arten von Schnüren (die beide Schnüre sind, bei denen die Hälfte der Garne gedrillt ist) parallel zueinander und spiralförmig in einem Riemen eingestellt, und es werden insgesamt vier Stellen bei jedem Paar von zwei Schnüren an den rechten und linken Seiten des Riemens geschnitten. Die Beibehaltung der Plessley-Zugfestigkeit wird daher verringert.

Auf der anderen Seite ist eine geflochtene Schnur, wie bspw. beschrieben in der US-A-4 681 558 und bestehend aus einem metallischen Verstärkungskörper, wie einem Kabel mit unterbrochener Länge und einer Vielzahl von nichtmetallischen Trägerkörpern, die um dasselbe geflochten sind, für verschiedene Zwecke verwendet worden. Eine zylindrisch geflochtene Schnur aus geflochtenen Körpern weist eine überragende Biegeermüdung als Folge ihrer konstruktiven Merkmale auf. Sie ist auch bei der Dimensionsstabilität einer gedrillten Schnur überlegen. Eine zylindrisch geflochtene Schnur wird daher die Biegeermüdung und die Dimensionsstabilität verbessern, wenn sie als eine Verstärkung für einen Gummi verwendet wird. Eine zylindrisch geflochtene Schnur ist bei der Verarbeitung überlegen, da sie an einem Ende der Schnur keine Lockerung durch eine Umkehrung erfährt, wie sie bspw. bei den Schnüren, bei denen die Hälfte der Garne gedrillt ist, oder bei den Gleichschlagschnüren bewirkt wird. Ein geschnittenes Ende wird daher bei der Verarbeitung nicht ausgefasert. Da zylindrisch geflochtene Schnüre auch nicht die Drillrichtung wie Schnüre besitzen, bei denen die Hälfte der Garne gedrillt ist, behält der industrielle Riemen einen stabilen Lauf ohne eine Neigung, sodaß folglich ein ungleichmäßiger Abrieb verhindert werden kann.

Eine zylindrisch geflochtene Schnur kann jedoch einen relativ großen inneren Hohlraum aufweisen. Die Größe des Hohlraums hängt ab von der Anzahl der für die Ausbildung der Schnur verwendeten Körper. Wenn ein großer Hohlraum ausgebildet ist, wird die Schnur flach, wenn sie sich streckt. Die Dimensionsstabilität befriedigt daher noch nicht dieses Erfordernis, selbst wenn sie besser ist als die gedrillte Schnur.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Verwendung einer zylindrisch geflochtenen Schnur anstelle einer gedrillten Schnur für eine Verstärkung und die Spezifizierung einer zu verwendenden Anzahl von Garnen, sodaß ein Gummi mit einer hohen Biegeermüdung, Dimensionsstabilität und einer längeren Gebrauchszeit bereitgestellt wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung besteht die in einen Gummi eingebettete Verstärkung aus einer zylindrisch geflochtenen Schnur, die aus Garnen von anorganischen, organischen oder metallischen Fasern mit einer geraden Anzahl von Garnen in einem Bereich von vier bis zu acht bestehen und keinen oder nur einen kleinen inneren Hohlraum ausbilden.

Fig. 1 ist ein vergrößerter Vertikalschnitt einer zylindrisch geflochtenen Schnur.

Fig. 2 ist eine vergrößerte Vorderansicht einer zylindrisch geflochtenen Schnur.

Fig. 3 ist eine vergrößerte vordere Schnittansicht eines Zahnriemens.

Fig. 4 ist einer erläuternde Darstellung des Testsystems für eine Biegeermüdung.

Eine bevorzugte Ausführungsform wird nachfolgend beschrieben unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen.

Fig. 3 zeigt einen Zahnriemen A,der aus einem faserverstärkten Gummi besteht. Der Zahnriemen A besteht aus einer Riemenbasis 4 mit einer Streckgummischicht 1 und einer Vielzahl von Zähnen 3, die an einer Seite davon ausgebildet sind (nur zwei Zähne sind an der unteren Seite des Riemens in Fig. 3 gezeigt). Die Vielzahl der Zähne 3 besteht aus demselben Material, einem Gummi, wie die Streckgummischicht 1. Eine Faserverstärkung 2 ist in die Streckgummischicht 1 der Riemenbasis 4 eingebettet. Eine Leinwandschicht 5 ist an die Oberseite der Zähne 3 der Riemenbasis 4 angeheftet.

Die Verstärkung 2, wie vergrößert dargestellt in den Fig. 1 und 2, besteht aus zylindrisch geflochtenen Schnüren 7, die aus Garnen 6 geflochten sind, wobei die Anzahl der Garne eine gerade Anzahl in dem Bereich von vier bis zu acht ist (vier Garne bei der vorliegenden Ausführungsform).

Die Garne 6 können eine anorganische Faser, eine organische Faser oder eine metallische Faser sein. Es kann weiterhin ein aus einer kurzen oder einer langen Faser gesponnenes Garn oder eine Kombination davon für die Garne 6 verwendet werden in Übereinstimmung mit dem geforderten Verhalten des Zahnriemens A. Die Anzahl der Garne 6 kann eine gerade Anzahl sein, wenn sie in dem Bereich von vier bis zu acht liegt. Um eine Schnur mit einer zylindrischen Ausbildung zu versehen, werden Garne einer geraden Anzahl und nicht weniger als vier Garne benötigt. Dies wird deshalb gefordert, weil eine industrielle Flechtmaschine keine Schnur einer zylindrischen Ausbildung herstellen kann, wenn Garne einer ungeraden Anzahl verwendet werden, sofern Garne mit derselben Denier-Zahl verwendet sind. Der Grund für die Festlegung der oberen Grenze für die Anzahl der Garne, nämlich acht, ist darin zu sehen, daß kein Hohlraum innerhalb der Schnur erhalten wird oder nur ein kleiner Hohlraum vorliegt, wenn er tatsächlich existiert. Wenn mehr als acht Garne für eine Schnur verwendet werden, wird ein relativ großer Hohlraum ausgebildet und die Dimensionsstabilität verschlechtert sich bei dem Abflachen des Hohlraums, wenn die Schnur gestreckt wird. Die gesamte Denier-Zahl und die Anzahl der Monofilamente ändert sich in Übereinstimmung mit dem geforderten Verhalten des Zahnriemens A.

Die zylindrisch geflochtene Schnur 7 erfährt ein Klebemittelverfahren, bei welchem die Schnur in ein Klebemittel gedrängt wird in der Kombination mit einem Epoxyharz, einer Isocyanatverbindung, einer Ethylenharnstoffverbindung und Resorcinformalinlatex (RFL), usw., sowie ein Streckverfahren, bevor sie in die Streckgummischicht 1 eingebettet wird. Für das Klebemittelverfahren wird ein Tauchprozeß bevorzugt, um das Klebemittel gleichmäßig von der Oberfläche nach der Innenseite hin zu tränken.

Das Ergebnis eines Biegeermüdungstests ist in Tabelle 1 angegeben, wobei der Zahn- oder Treibriemen A wie vorstehend ausgebildet mit einem Vergleichsbeispiel verglichen wird. Die Zahlen der Tabelle 1 zeigen die Beibehaltung der Plessley-Zugfestigkeit einer zylindrisch geflochtenen Schnur.

Ausbildung des Zahn- oder Treibriemens A der vorliegendenAusführungsform I

Vier 1600de (400dex4 und die Anzahl aller Denier ist 6400de) Kevlar (hergestellt von Du Pont) werden für die zylindrisch geflochtenen Schnüre 7 verwendet, die eine Verstärkung 2 ausbilden. Die zylindrisch geflochtene Schnur 7 wird in die Isocyanatverbindung eingetaucht, um eine Unterschichtlage auszubilden, und sie wird dann in eine Klebemittel-Kombinationsflüssigkeit aus Resorcinformalinlatex (RFL) eingetaucht, um eine zweite Schichtlage auszubilden, wird weiterhin in Chloroprengummi eingetaucht, um eine Oberschichtlage auszubilden, und wird schließlich mit einem Streckverfahren mit 1g/de Dehnung verarbeitet. Der Zahn- oder Treibriemen A, bei welchem die Verstärkung 2 aus einer Vielzahl von zylindrisch geflochtenen Schnüren 7 besteht, die in die Riemenbasis 4 eingebettet sind, wird durch die folgenden Stufen erhatlen: eine Vielzahl von zylindrisch geflochtenen Schnüren 7, die mit dem Streckverfahren abschließend behandelt sind, wird auf die Streckgummischicht 1 des Chloroprengummis spiralförmig aufgelegt, und die Zähne 3 des Chloroprengummis werden darauf ausgebildet, sodaß die zylindrisch geflochtene Schnur 7 darin eingebettet wird. Danach wird das Nylontuch 5 an der Oberfläche der Zähne 3 angeheftet und wird der Gummi ausgehärtet. Das Klebemittel wird von der Oberfläche nach der Innenseite der zylindrisch geflochtenen Schnur 7 während des Klebemittelverfahrens gleichmäßig getränkt.

Ausbildung des Zahn- oder Treibriemens A der vorliegenden Ausführungsform II

Acht 800de (400x2 und die Anzahl aller Denier ist 6400de) Kevlar (hergestellt von Du Pont) werden für die zylindrisch geflochtenen Schnüre 7 verwendet, die eine Verstärkung 2 ausbilden. Die weiteren Merkmale sind dieselben wie bei dem Riemen der vorliegenden Ausführungsform I.

Ausbildung eines Zahn- oder Treibriemens gemäß einem Vergleichsbeispiel

Sechzehn 400de (400x1 und die Anzahl aller Denier ist 6400de) Kevlar (hergestellt von Du Pont) werden für eine zylindrisch geflochtene Schnur 7 verwendet, die eine Verstärkung 2 ausbildet. Die weiteren Merkmale sind dieselben wie bei dem Riemen der vorliegenden Ausführungsform I.

Test auf Biegeermüdung

Der Test wurde mit dem in Fig. 4 gezeigten System durchgeführt, bei welchem der Zahnriemen 4 um vier große Riemenscheiben 9 und vier kleine Riemenscheiben 10 herumgeführt wird, die zwischen den großen Riemenscheiben 9 angeordnet sind, und es wird eine vorbestimmte Dehnung auf den Zahnriemen A durch ein Gewicht 11 ausgeübt. Der Zahnriemen A wird zum Laufen gebracht und es wird die Beibehaltung der Plessley-Zugfestigkeit gemessen. Die kleinen Riemenscheiben 10 haben einen Durchmesser von 30 mm. Ein Umgang bezieht sich auf einen Umlauf des Zahnriemens A um alle vier kleinen Riemenscheiben 10 herum, sodaß also der Riemen eine viermalige Biegung erfährt.

Tabelle 1
Biegeanzahl des Riemens Vorliegende Ausführungsform Vergleichsbeispiel

Wie aus den in Tabelle 1 angegebenen Testdaten ersichtlich ist, beträgt die Beibehaltung der Plessley-Zugfestigkeit der vorliegenden Ausführungsformen I und II mehr als 60 % bei den beiden Biegeanzahlen des Riemens von 1x10&sup6; und 10x10&sup7;. Die Beibehaltung der Plessley-Zugfestigkeit ist bei dem Vergleichsbeispiel weniger als 50 %. Dies zeigt, daß die vorliegenden Ausführungsformen I und II dem Vergleichsbeispiel bei der Zughaftfestigkeit überlegen sind. Dies resultiert daraus, daß das Abflachen des Hohlraumes kaum verursacht wird, wenn die Schnur gestreckt wird, weil kein Hohlraum oder nur ein sehr kleiner Hohlraum, falls er existiert, bei der zylindrisch geflochtenen Schnur 7 bei den vorliegenden Ausführungsformen I und II ausgebildet wird. Andererseits wird bei dem Vergleichsbeispiel ein relativ großer Hohlraum in der zylindrisch geflochtenen Schnur 7 ausgebildet. Das Abflachen des Hohraums wird daher leicht verursacht, wenn die Schnur gestreckt wird.

Da die Verstärkung 2, die in die Riemenbasis 4 eingebettet ist, durch die zylindrisch geflochtenen Schnüre 7 bei den vorliegenden Ausführungsformen ausgebildet sind, die durch Garne 6 geflochten sind, bei welchen die Anzahl der Garne eine gerade Anzahl in dem Bereich von vier bis zu acht ist, wird eine gleichmäßige Beanspruchung auf die Monofilamente ausgeübt, welche die Garne 6 ausbilden, was das konstruktive Merkmal der zylindrisch geflochtenen Schnur 7 ist. Die Biegeermüdung kann daher stark verbessert werden. Es kann auch die Dimensionsstabilität des Zahn- oder Treibriemens A verbessert werden durch eine Beschränkung des Abflachens der Schnüre beim Strecken der Schnüre. Das Abflachen der Schnüre wird beschränkt durch eine Spezifizierung der Anzahl der Garne, die keinen Hohlraum oder nur einen sehr kleinen Hohlraum ergeben, falls er existiert. Die Betriebsdauer des Zahnriemens A wird daher verlängert.

Bei der vorstehenden Ausführungsform wird die Dimensionsstabilität zusätzlich zu der Biegeermüdung verbessert, wenn die Zentralschnur in einem Hohlraum der zylindrisch geflochtenen Schnur 7 vorgesehen wird.

Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Zahn- oder Treibriemen A weiterhin als ein Gummi dargestellt. Der Riemen ist jedoch nicht auf den Zahnriemen A beschränkt, sondern deckt einen industriellen Riemen ab, wie bspw. einen Förderriemen und einen Getrieberiemen, wie bspw. einen Flachriemen und einen Keilriemen. Die vorliegende Erfindung kann auch auf Gummis anders als Riemen angewendet werden, wie bspw. Reifen und Schläuche.


Anspruch[de]

1. Faserverstärkter Gummi (1, 3) mit einer Faserverstärkung (2) aus zylindrisch geflochtenen Schnüren (7), die darin eingebettet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrisch geflochtenen Schnüre (7) jeweils aus geflochteten Garnen (6) von anorganischen, organischen oder metallischen Fasern mit einer geraden Anzahl Garnen in einem Bereich von vier bis zu acht bestehen und keinen oder nur einen kleinen inneren Hohlraum ausbilden.

2. Faserverstärkter Gummi nach Anspruch 1, bei welchem die geflochtenen Garne (6) aus langen und/oder kurzen fasergesponnenen Garnen bestehen.

3. Faserverstärkter Gummi nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei welchem die geflochtenen Garne (6) aus organischen Fasern aus Aramid-Fasern bestehen.

4. Faserverstärkter Gummi nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welchem der Hohlraum jeder zylindrisch geflochtenen Schnur (7) eine Zentralschnur aufnimmt.

5. Faserverstärkter Gummi nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und in der Ausbildung eines Treibriemens (A) mit einer Riemenbasis, welche eine Streckgummilage (1) und eine Vielzahl von Zähnen (3) aufweist, die an einer Seite davon ausgebildet sind, wobei eine Vielzahl der zylindrisch geflochtenen Schnüre (7) in die Streckgummilage (1) eingebettet ist.

6. Faserverstärkter Gummi nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und in der Ausbildung eines Förderbandes, eines Reifens oder eines Schlauches.







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