ЗУБЧАТЫЙ РЕМЕНЬ И ПРИМЕНЕНИЕ ЗУБЧАТОГО РЕМНЯ В МАСЛЕ
TOOTHED BELT AND USAGE OF TOOTHED BELT IN OIL

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к зубчатому приводному ремню и, в частности, к применению зубчатого ремня в масле.
Уровень техники
Зубчатые ремни обычно содержат эластомерное тело, в которое заделано множество продольных нитевидных армирующих вставок, также называемых "кордами", и множество зубцов, покрытых тканью.
Каждый компонент ремня способствует повышению рабочих характеристик с точки зрения механического сопротивления для уменьшения риска отказа ремня и увеличения передаваемой удельной мощности.
Покрывная ткань ремней увеличивает сопротивление истиранию и, следовательно, предохраняет рабочую поверхность ремня от износа вследствие истирания между сторонами и вершинами зубцов ремня и сторонами и основаниями канавок шкивов, с которыми взаимодействует ремень.
Кроме того, покрывная ткань снижает коэффициент трения на рабочей поверхности, снижает деформируемость зубцов и особенно усиливает основание зубца, таким образом, предотвращая его повреждение.
Корды особенно способствуют обеспечению заданных механических свойств для ремня, существенно способствуют повышению модуля самого ремня и особенно обеспечивают поддержание рабочих характеристик со временем. Корды обычно формируют посредством скручивания высокомодульных кордов несколько раз.
Корды также обычно обрабатывают материалами, приспособленными для улучшения совместимости слоев с каркасной смесью (тела ремня), которая окружает сами корды.
Наконец, каркасная смесь позволяет соединять различные указанные выше элементы и обеспечивать то, что различные элементы, формирующие сам ремень, совместно способствуют получению конечных рабочих характеристик самого ремня.
Каркасные смеси содержат один или более эластомерных материалов, возможно, снабженных волокнами для увеличения их твердости.
Однако в некоторых современных двигателях ремни используются в масле, то есть в системах, в которых ремень находится в блоке и, таким образом, находится в прямом контакте с брызгами масла или даже постоянно работает с погружением в масло.
В этом случае материалы приводных ремней, используемых в "сухих условиях", и которые были, таким образом, разработаны для стойкости к маслу только в течение короткого промежутка времени и при низких температурах, не позволяют предотвращать впитывание масла и, таким образом, разбухание самого состава, которое вызывает ухудшение механических свойств и может, таким образом, вызывать повреждение зубцов и, соответственно, может сокращать средний срок службы ремня.
В частности, таким образом, существенным для каркасных смесей, которые должны быть стойкими к маслу даже при высоких температурах, является предотвращение или, по меньшей мере, снижение впитывания масла, а также сохранение хорошего сопротивления истиранию.
Кроме того, в системах, в которых ремень используется в прямом контакте с маслом или частично погружен в масло, моторное масло часто загрязняется топливом. В частности, загрязнение топливом, которое смешивается с маслом даже в высоких процентных содержаниях, таким образом, разбавляя само масло и агрессивно воздействуя на материалы, формирующие ремень, является вредным для него.
Например, в некоторых случаях масло смешивается с топливом и может содержать до 30% топлива. Процентное содержание топлива изменяется в соответствии с рабочим состоянием двигателя и является более высоким при высокой нагрузке и низкой температуре двигателя.
Как известно, топливо также содержит много присадок, которые могут повредить составы, из которых обычно производят зубчатые ремни.
Задача изобретения
Таким образом, первой задачей настоящего изобретения является получение зубчатого ремня, который имеет продолжительный срок службы и, таким образом, высокие механические качества и отличные свойства связывания, точности зацепления и акустической эмиссии.
Другой задачей настоящего изобретения является получение зубчатого ремня, одновременно обладающего высокой стойкостью к истиранию и, таким образом, к износу и низким уровнем шума и при высоких, и при низких скоростях и во всем диапазоне рабочих температур ремня.
Еще одной задачей настоящего изобретения является получение зубчатого ремня, способного сохранять прочность в прямом контакте с маслом или с частичным погружением в масло при высокой температуре.
Другой задачей настоящего изобретения является предотвращение или уменьшение набухания ремня с использованием в прямом контакте, то есть при постоянном наличии брызг смешанного с топливом масла или при частичном погружении в смешанное с топливом масло.
Еще одной задачей настоящего изобретения является получение каркасной смеси, уменьшающей набухание в смешанном с топливом масле при высокой температуре.
Другой задачей настоящего изобретения является получение приводной системы, содержащей зубчатый ремень и средство для удержания зубчатого ремня в прямом контакте со смешанным с топливом маслом или при частичном погружении в смешанное с топливом масло, в которой зубчатый ремень демонстрирует низкое набухание после 200 часов работы в смешанном с топливом масле.
Наконец, другой задачей настоящего изобретения является получение способа производства простого зубчатого ремня, способного облегчить ориентацию слоев в ремне.
Согласно настоящему изобретению эта задача достигается посредством получения зубчатого ремня по п.1 формулы изобретения.
Согласно настоящему изобретению также получена приводная система для производства зубчатого ремня по п.17 формулы изобретения.
Согласно настоящему изобретению также получен способ изготовления зубчатого ремня по п.19 формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
Для лучшего понимания настоящего изобретения оно теперь также описано со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 - частичный вид в перспективе зубчатого ремня согласно настоящему изобретению;
фиг.2 - схема первой системы регулирования синхронизации с применением первого зубчатого ремня согласно настоящему изобретению;
фиг.3 - схема второй системы регулирования синхронизации с применением второго зубчатого ремня согласно настоящему изобретению;
фиг.4 - схема третьей системы регулирования синхронизации с применением третьего зубчатого ремня согласно настоящему изобретению;
фиг.5 - схематическое представление этапа обработки согласно способу производства зубчатого ремня согласно настоящему изобретению;
фиг.6 - схема, показывающая изменение ширины известных ремней и ремней согласно настоящему изобретению; и
фиг.7 - приводная система, используемая при испытаниях для измерения зубчатых ремней согласно изобретению и согласно известному уровню техники.
Описание изобретения
Далее выражение "эластомерный материал по существу состоит" означает то, что эластомерный материал может содержать небольшой процент других полимеров или сополимеров, которые могут быть добавлены в эластомерный материал без изменения физических/химических свойств состава и, таким образом, не отступая от объема настоящего изобретения.
Далее выражение "присадка в эластомерный материал" означает любой материал, который добавлен в эластомерный материал для изменения его физических/химических свойств.
Использование выражения "в масле" означает, что ремень используется частично погруженным в масляную ванну или находится в прямом контакте с маслом, то есть ремень при использовании находится внутри блока двигателя, например, вместо цепи или зубчатых передач.
Использование выражения "в сухих условиях" означает, что ремни находятся вне блока двигателя и находятся только случайно в контакте с моторным маслом и не находятся по существу в контакте со смешанным с топливом маслом.
Использование выражения "в смешанном с топливом масле" означает, что зубчатый ремень используется в смеси масла с процентными отношениями даже более 30%.
На фиг.1 показан зубчатый ремень 1 в целом. Ремень 1 содержит тело 2, выполненное из эластомерного материала, в который заделано множество продольных нитевидных армирующих вставок 3.
Тело 2 имеет зубцы 4, которые покрыты покрывной тканью 5.
Предпочтительно, тело 2 выполнено из состава, также называемого каркасной смесью, которая сформирована одним или более эластомеров.
Состав, формирующий тело зубчатого ремня согласно настоящему изобретению, содержит армирующие волокна 6, которые проходят в направлении, по существу перпендикулярном армирующим вставкам и по существу параллельном поверхности, определяемой осями армирующих вставок, как также показано на фиг.1.
Волокна 6, предпочтительно, добавлены в количестве между 1 и 40 phr, более предпочтительно, между 10 и 30 phr, например, 20 phr.
Армирующие волокна 6, предпочтительно, имеют длину в диапазоне между 0,1 и 10 мм.
Волокна 6, предпочтительно, выбирают из группы, состоящей из стекловолокна, углеродного волокна, полиамидного волокна, арамидного волокна, полиэфирного волокна, поливинилацетатного волокна, тефлона (PTFE), поликетона, полибензоксазола (PBO), полиэфиркетона (PEEK), полифениленсульфида (PPS), полиимидов, хлопка и их смесей.
Волокна 6, предпочтительно, имеют длину в диапазоне между 0,1 и 10 мм. Более предпочтительно, волокна имеют длину в диапазоне между 0,5 и 2 мм.
Предпочтительно, волокна 6 имеют средний диаметр в диапазоне между 0,1 и 50 мкм, более предпочтительно, между 1 и 20 мкм, еще более предпочтительно, между 5 и 15 мкм, например, 12 мкм.
Армирующее волокно 6, предпочтительно, состоит из ароматических полиамидов, более предпочтительно, парамидов, например, является волокном Technora©, которое даже может связываться с составом, например, при помощи обработки резорцинно-формальдегидным латексом (RFL) или эпоксидными смолами, при этом, предпочтительно, могут использоваться изоцианаты или клейкие вещества. Например, используемый латекс может содержать сополимер винилпиридина-бутадиена-стирола (VP-SBR).
Арамидные волокна показали особенную эффективность, например, волокна Technora длиной 1 мм фирмы «Teijn».
Использование волокна 6 позволяет дополнительно увеличивать механические характеристики состава, формирующего тело, и, таким образом, механические характеристики зубчатого ремня, тем самым уменьшая набухание и, следовательно, расширение ремня.
Зубчатый ремень 1 согласно настоящему изобретению выполнен с использованием известных производственных процессов, которые, однако, модифицированы, чтобы получить возможность расположения волокна 6 поперек направления прочных вкладышей.
Согласно настоящему изобретению производственный процесс для получения зубчатого ремня содержит этап, в ходе которого состав, наполненный волокнами, проходит через каландр для формирования полосы материала, в которой волокна расположены в направлении каландрования. Состав с волокнами, ориентированными в направлении каландрования, затем собирается на каландровом валике.
Затем, как показано на фиг.5, полоса 100 состава сматывается валиком 101 и разрезается вдоль первого направления на приблизительно квадратные части 102. Впоследствии квадратные части 102 соединяются во втором перпендикулярном направлении для формирования непрерывной ленты 103, которая наматывается на второй каландровый валик 104.
Таким образом, второй валик 104 имеет волокна, перпендикулярные направлению относительно направления разматывания. Эластомерный материал, сматываемый из ленты, сформированной на предыдущем этапе, таким образом, располагается в вулканизационном цилиндре в соответствии с известным производственным процессом для зубчатых ремней. Однако в зубчатом ремне слои будут расположены согласно настоящему изобретению, то есть, в направлении, по существу перпендикулярном армирующим вставкам и по существу параллельном поверхности, образованной осями армирующих вставок.
Предпочтительно, каркасная смесь содержит один или более сополимеров, сформированных из содержащего нитрильную группу мономера и диена.
Содержащие нитрильную группу мономеры, предпочтительно, содержатся в процентном отношении в диапазоне между 34 и 60 вес.% относительно общего конечного количества сополимеров.
Далее все процентные отношения, относящиеся к частям акрилонитрила, следует рассматривать как весовые процентные отношения.
Более предпочтительно, они находятся в диапазоне между 34 и 53 вес.%.
Еще более предпочтительно, они находятся в диапазоне между 49 и 51 вес.%, например, 50 вес.%.
Более предпочтительно, используемый сополимер/сополимеры являются нитриловыми каучуками, предпочтительно, бутадиен-акрилонитрильными каучуками, известными как бутадиен-нитрильные каучуки (NBR). Еще более предпочтительно, они представляют собой гидрированный бутадиен-акрилонитрильный каучук, известный как гидрированный бутадиен-нитрильный каучук (HNBR) или даже как XHNBR, то есть карбоксилатный гидрированный бутадиен-акрилонитрильный каучук.
Предпочтительно, используемый гидрированный бутадиен-нитрильный каучук (HNBR) имеет высокую степень гидрирования, например, могут использоваться так называемые полностью насыщенные гидрированные бутадиен-нитрильные каучуки, имеющие остаточное процентное отношение двойных связей не менее 0,9%, хотя в качестве альтернативы могут использоваться гидрированные бутадиен-нитрильные каучуки с более низкой степенью ненасыщенности, например, гидрированные бутадиен-нитрильные каучуки со степенью насыщения 4% или 5,5%, так называемые частично насыщенные гидрированные бутадиен-нитрильные каучуки.
Некоторыми примерами сополимеров гидрированного бутадиен-нитрильного каучука, которые могут использоваться в качестве каркасной смеси, но также и для обработки других компонентов зубчатого ремня, являются сополимеры, включенные в семейство THERBAN, производимое фирмой «Lanxess», такие как THERBAN 3407 с 34% нитрильных групп и степенью гидрирования не менее 0,9%, THERBAN 3406 с 34% нитрильных групп и степенью ненасыщенности не менее 0,9%, THERBAN 3607 с 36% нитрильных групп и степенью насыщенности не менее 0,9%, THERBAN 3446 с 34% нитрильных групп и степенью ненасыщенности не менее 4%, THERBAN 3447 с 34% нитрильных групп и степенью ненасыщенности не менее 5,5%, THERBAN 3627 с 36% нитрильных групп и степенью ненасыщенности не менее 2%, THERBAN 3629 с 36% нитрильных групп и степенью ненасыщенности не менее 2%, THERBAN 3907 с 39% нитрильных групп и степенью ненасыщенности не менее 0,9%.
Гидрированные бутадиен-нитрильные каучуки, производимые фирмой «Nippon Zeon» под названием ZETPOL, также могут использоваться в качестве альтернативы. В частности, могут использоваться ZETPOL 2000 с 36% нитрильных групп и степенью ненасыщенности не менее 0,9%, ZETPOL 2000L с 36% нитрильных групп и степенью ненасыщенности не менее 0,9 %, ZETPOL 2010 с 36% нитрильных групп и степенью ненасыщенности не менее 4%, ZETPOL 2010L с 36% нитрильных групп и степенью ненасыщенности не менее 4%, ZETPOL 2010Н с 36% нитрильных групп и степенью ненасыщенности не менее 4%, ZETPOL 2020 с 36% нитрильных групп и степенью ненасыщенности не менее 5,5%, ZETPOL 2020L с 36% нитрильных групп и степенью ненасыщенности не менее 5,5%.
Еще более предпочтительно, используется полимер, сформированный смесью одного или более сополимеров, полученных из диенового мономера и мономера, содержащего нитрильную группу. В один или больше таких сополимеров, предпочтительно, добавлена кислота или соль ненасыщенной карбоновой кислоты.
Ненасыщенная карбоновая кислота, более предпочтительно, представляет собой метакриловую или акриловую кислоту, и указанная соль представляет собой цинковую соль метакриловой или акриловой кислоты.
Более предпочтительно, используется цинковая соль метакриловой кислоты.
Более предпочтительно, цинковую соль метакриловой кислоты добавляют в количестве от 10 до 60%.
Например, предпочтительно, используются эластомеры, которые поставляет фирма «Zeon» под названиями: ZSC 1295, ZSC 2095, ZSC 2195, ZSC 2295, ZSC 2295L, ZSC 2295R и ZSC 2395.
Более предпочтительно, используется ZSC 2095.
В частности, указанные выше гидрированные бутадиен-нитрильные каучуки, то есть ZETPOL и/или THERBAN, могут быть частично или полностью замещены ZSC, который содержит ненасыщенную карбоновую кислоту и окись цинка, и/или THERBAN ART, который содержит соль ненасыщенной карбоновой кислоты.
Состав в первом эластомерном материале может содержать другие обычные присадки, например такие, как армирующие наполнители, наполнители, пигменты, стеариновая кислота, катализаторы, вулканизирующие агенты, антиоксиданты, активаторы, инициаторы, пластификаторы, воски, ингибиторы подвулканизации, антидеграданты, технологические масла и т.п.
Предпочтительно, в качестве наполнителя может использоваться сажа, предпочтительно, добавленная в количестве от 0 до 80 phr, более предпочтительно, приблизительно 40 phr. Предпочтительно, добавляют укрепляющие светлые наполнители, такие как тальк, углекислый кальций, кварц и силикаты, предпочтительно в количестве от 0 до 80 phr, предпочтительно, приблизительно 40 phr. Предпочтительно, также могут использоваться силаны в количестве от 0 до 5 phr.
Предпочтительно, добавляют окись цинка и окись магния в количестве, предпочтительно, от 0 до 15 phr.
Предпочтительно, добавляют пластификаторы сложного эфира, такие как тримеллитаты или эфиры алкоксикислоты, в количестве, предпочтительно, в диапазоне от 0 до 20 phr.
Предпочтительно, добавляют соагенты вулканизации, такие как триаллилцианутраты, органические или неорганические метакрилаты, такие как соли металлов, в количестве, предпочтительно, в диапазоне от 0 до 20 phr, или органические перекиси, такие как, например, перекись изопропилбензола, в количестве, предпочтительно, от 0 до 15 phr.
Покрывная ткань 5 зубцов 4 или дополнительная покрывная ткань 7 тыльной стороны могут содержать один или более слоев и могут быть получены посредством различных методик ткачества, например посредством ткацкого способа, известного как твил 2x2.
В качестве альтернативы, покрывная ткань 5 может быть получена ткацкими способами, позволяющими получать, по меньшей мере, одну шероховатую поверхность для улучшения механического сцепления.
Покрывная ткань 5 зубцов, предпочтительно, содержит алифатический или ароматический полиамид, более предпочтительно, ароматический полиамид (арамид).
Используемая ткань, предпочтительно, имеет композитную структуру переплетения и основы, в которой переплетение состоит из сплетенных нитей, каждая из которых сформирована эластичной нитью как сердечником и по меньшей мере одной парой композитных нитей, навитых на эластичную нить, причем каждая композитная нить содержит нить с высокой тепловой и механической стойкостью и по меньшей мере одну покрывающую навитую нить на нити с высокой тепловой и механической стойкостью. Каждая композитная нить, предпочтительно, включает нить с высокой тепловой и механической стойкостью и пару покрывающих навитых нитей на нити с высокой тепловой и механической стойкостью. Эластичная нить, предпочтительно, состоит из полиуретана. Нить с высокой тепловой и механической стойкостью, предпочтительно, выполнена из параароматического полиамида.
Ткань 5 в целом обработана первой пропиткой и второй пропиткой.
Предпочтительно, ткань 5 обработана первой пропиткой резорцинно-формальдегидным латексом.
Предпочтительно, ткань 5 подвергается второй обработке с применением фторированного пластомера, например тефлона и эластомера, например, материала, подобного используемому для каркасной смеси.
Предпочтительно, используются один или более сополимеров, сформированных из содержащего нитрильную группу мономера и диена.
Содержащие нитрильную группу мономеры, предпочтительно, содержатся в процентном отношении в диапазоне между 34 и 60% относительно общего конечного количества сополимеров.
Более предпочтительно, они составляют 34 и 53 вес.%.
Еще более предпочтительно, они находятся в диапазоне между 49 и 51 вес.%.
Более предпочтительно, используемый сополимер/сополимеры являются нитриловыми каучуками, предпочтительно, бутадиен-акрилонитрильными каучуками, известными как NBR. Еще более предпочтительно, они представляют собой гидрированный бутадиен-акрилонитрильный каучук, известный как HNBR, или даже XHNBR, то есть карбоксилатные гидрированные бутадиен-акрилонитрильные каучуки.
При надлежащем выборе количеств материалов, при помощи которых ее выполняют, вторая обработка может формировать покрытие, которое является отдельным от самой ткани, и далее также указано, как защитный слой 8 и является слоем типа, описанного в документе EP1157813. Защитный слой 8 формирует рабочую поверхность ремня и, таким образом, дополнительно повышает износостойкость и предотвращает погружение масла.
Предпочтительно, фторированный пластомер присутствует в защитном слое в более высоком количестве в частях на сто частей резины, чем сумма фторированного эластомера и второго эластомерного материала.
Предпочтительно, толщина защитного слоя 8 находится в диапазоне между 0,03 мм и 0,2 мм.
Защитный слой 8 может быть размещен поверх ткани 5 разными способами. Предпочтительно, его размещают посредством процесса каландрования.
Между тканью 5 и защитным слоем 8 может быть размещен клейкий материал для улучшения адгезии защитного слоя 8 на ткани 5.
2
Предпочтительно, защитный слой 8 имеет вес в диапазоне между 50 и 120 г/м для обеспечения требуемой защиты.
Предпочтительно, тыльная сторона зубчатого ремня также покрыта покрывной тканью 5, которая, предпочтительно, сформирована из алифатического или ароматического полиамида, более предпочтительно, полиамида 6/6 высокого теплового сопротивления и высокой прочности.
Предпочтительно, покрывная ткань 8 тыльной стороны идентична указанной выше.
Предпочтительно, покрывная ткань 8 тыльной стороны также покрыта защитным слоем. Более предпочтительно, защитный слой, который покрывает покрывную ткань тыльной стороны, идентичен слою, который покрывает покрывную ткань 5 зубцов.
Предпочтительно, могут использоваться армирующие вкладыши 3, также указанные как армирующие вкладыши, выполненные из материала, выбранного из группы, состоящей из стекловолокна, арамидного волокна, углеродного волокна, волокна из кевлара. Кроме того, могут также использоваться корды так называемого "гибридного" типа, то есть содержащие нити, выполненные из различных материалов, предпочтительно, выбранных из упомянутых ранее.
Предпочтительно, корд выполнен из высокомодульного стекловолокна, например, в конфигурации 22,5 3x18.
Предпочтительно, волокна, формирующие корд, обрабатывают гидрированным бутадиен-акрилонитрильным латексом, вулканизированным при помощи водорастворимых перекисей посредством процесса, описанного в патенте WO 2004057099 на имя «Nippon Glass».
Таким образом, обработка, предпочтительно, содержит обрабатывающую жидкость, предпочтительно, состоящую из водного клея и, таким образом, содержащую больше 50% воды, эластомерный латекс и активатор вулканизации.
Ремни согласно настоящему изобретению являются особенно пригодными для использования в системах с прямым контактом с маслом или с частичным погружением в масло. В частности, оптимальные результаты были достигнуты в случае, когда ремень используется вместо традиционной зубчатой передачи или цепных систем в блоке, в системах, в которых ремень подвергается в течение всего его срока службы непрерывному контакту с брызгами масла или, возможно, даже частично погружен в масляную ванну.
Предпочтительно, в этом случае также выполняют первую и/или вторую обработку на тыльной стороне 7, когда присутствует покрывная ткань 5 тыльной стороны. В этом случае, покрытие 8 позволяет предотвращать проникновение масла даже на тыльной стороне 7 зубчатого ремня 1 и особенно выгодно, когда зубчатый ремень 1 используется в системах управления, в которых тыльная сторона 7 ремня находится в контакте с колодками или натяжными устройствами. Фактически, в этих системах масло остается между контактной поверхностью колодок или натяжного устройства с ремнем и тыльной поверхностью самого ремня, и, таким образом, это может содействовать проникновению внутрь состава, формирующего тело.
Предпочтительно, зубчатый ремень 1 может быть обработан на всех наружных поверхностях и, в частности, на сторонах 10, где каркасная смесь более подвергается агрессивному воздействию масла, стойкой к набуханию резиной, например, ENDURLAST (зарегистрированная торговая марка Lord).
Ремень 1 согласно настоящему изобретению может использоваться, например, в системе регулирования синхронизации для автомобиля типа, показанного на фиг.2. Система регулирования синхронизации обозначена в целом на фигуре ссылочной позицией 11 и содержит приводной шкив 12, жестко установленный на ведущем валу (не показан), первый и второй ведомые шкивы (13a, 13b) и натяжное устройство 14 для натяжения зубчатого ремня.
Во втором альтернативном варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.3, ссылочной позицией 20 показан зубчатый ремень согласно настоящему изобретению, который имеет зубцы на обеих поверхностях и, таким образом, имеет защитную ткань, которая покрывает обе зубчатые поверхности.
Зубчатый ремень 20 может использоваться, например, в системе регулирования синхронизации для автомобиля типа, показанного на фиг.3. Система регулирования синхронизации обозначена на фигуре в целом ссылочной позицией 21 и содержит приводной шкив 22, жестко установленный на ведущем валу (не показан), первый шкив, второй шкив и третий ведомый шкив (23a, 23b, 24).
В соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения, показанным на фиг.4, зубчатый ремень 30 согласно настоящему изобретению, предпочтительно, может использоваться в системе регулирования синхронизации, показанной в целом ссылочной позицией 31 на фигуре и содержащей приводной шкив 32, жестко установленный на ведущем валу (не показан), первый и второй ведомый шкив (33a, 33b), колодочное натяжное устройство 34 и колодку 35.
В частности, зубчатый ремень, соответствующий настоящему изобретению, показал себя особенно эффективным при использовании в системе привода, обычно известной как "уравновешивающий вал".
При использовании зубчатые ремни 1, 20 и 30 в соответствующих системах 11, 21 и 31 регулирования находятся в прямом контакте с маслом.
Фиг.2 и 4 относятся к системам регулирования для работы с распределительными валами, хотя понятно, что зубчатый ремень согласно настоящему изобретению также может использоваться в так называемых системах "от кулачка к кулачку" или для работы с масляным насосом. В этих случаях при использовании ремень бывает частично погружен в масляную ванну.
Кроме того, ремень согласно настоящему изобретению также может использоваться в главном приводе для работы с кулачками и также для работы с топливным насосом в дизельных двигателях.
Было экспериментально подтверждено, что расположение волокон в зубчатом ремне согласно настоящему изобретению позволяет получать эффективный барьер для масла и, таким образом, позволяет зубчатым ремням выдерживать испытания на продолжительность работы, которым они подвергаются для использования в автомобилях, таким образом, устраняя все проблемы зубчатых ремней при использовании в контакте с маслом, в частности, снижение механических характеристик, снижение адгезии, менее эффективное зацепление и уменьшенную износостойкость.
Также было подтверждено, что использование зубчатого ремня согласно изобретению позволяет уменьшать набухание и, таким образом, расширение ремня, когда он используется внутри блока двигателя в непрерывном контакте со смешанным с топливом маслом.
На основе анализа характеристик зубчатого ремня, выполненного согласно настоящему изобретению, очевидны преимущества, которые он позволяет получать.
В частности, неожиданно было обнаружено, что когда волокна каркасной смеси проходят в направлении, по существу перпендикулярному армирующим вставкам и по существу параллельном поверхности, определяемой осями армирующих вставок, износостойкость ремня дополнительно улучшается, и зубчатый ремень способен выдерживать испытания на продолжительность работы, которые моделируют продолжительность работы ремня при пробеге 250000 км, даже когда ремень используется в системах с прямым контактом или частичным погружением в масло и при высокой температуре. При этом в ходе работы ремень также создает шум низкого уровня как при высоких, так и при низких скоростях и во всем диапазоне рабочих температур.
Кроме того, ремни согласно настоящему изобретению отличаются очень низкой степенью набухания, в частности, при использовании в смешанном с топливом масле.
Хотя некоторые варианты осуществления изобретения были описаны в качестве иллюстрации изобретения, очевидно, что специалисты в данной области техники могут вносить модификации типов волокон и формирующих их материалов, а также материалов каркасной смеси и других компонентов зубчатого ремня, не отступая от объема настоящего изобретения. Зубчатый ремень согласно настоящему изобретению теперь будет также описан посредством примеров, не вносящих в него ограничений.
ПРИМЕРЫ
Были испытаны стандартные ремни. Все ремни содержат каркасную смесь, выполненную из гидрированного бутадиен-акрилонитрильного каучука с 50% частей нитрила. Каркасная смесь усилена 20 phr армирующего волокна из волокон Technora фирмы «Teijn» длиной 1 мм.
Ткань, покрывающая зубцы, имеет конфигурацию саржи 2х2 и структуру, состоящую из переплетения и основы, в которой переплетение состоит из витых нитей, каждая из которых сформирована эластичной нитью как сердечником и одной парой композитных нитей, навитых на эластичную нить, причем каждая композитная нить содержит нить с высокой тепловой и механической стойкостью и, по меньшей мере, одну покрывающую нить, навитую на нить с высокой тепловой и механической стойкостью. Каждая композитная нить, предпочтительно, включает нить с высокой тепловой и механической стойкостью и пару покрывающих навитых нитей на нити с высокой тепловой и механической стойкостью. Эластичная нить выполнена из полиуретана. Нить с высокой тепловой и механической стойкостью выполнена из параароматического полиамида. Ткань обработана посредством нанесения гидрированного бутадиен-акрилонитрильного каучука, имеющего состав из 50% частей нитрила и тефлона в соответствии с составом, описанным в документе EP1157813.
Корды выполнены из k-стекла.
Единственная разница при испытаниях стандартных ремней и ремней согласно изобретению состоит в ориентации слоев каркасной смеси. Очевидно, что с использованием различных материалов для каркасной смеси или для производства других компонентов ремня могут быть получены количественно различные результаты для конечного расширения ремня, но неожиданно в случае, когда волокна расположены по п.1 формулы изобретения, расширение ремня получено в любом случае вследствие более низко поглощения смешанного с топливом масла относительно полученного, когда волокна расположены согласно известному уровню техники, то есть продольно по направлению движения ремня на шкиве.
Проверочное испытание набухания было выполнено с приводом от промежуточного вала двигателя AUDI FSI 2,0 л при 3000 об/мин с нагрузкой 100% при выполнении сеансов тестирования в течение приблизительно 48 часов, после чего ремень был извлечен, и его расширение измерялось, что давало измерение количества смешанного с топливом масла, поглощенного ремнем.
Использованная приводная система показана на фиг.7, где она обозначена ссылочной позицией 200 и содержит приводной шкив 201, шкив 202 распределительного вала, шкив 203 передачи и зубчатый ремень 204. Приводная система расположена внутри блока 205 и также содержит колодочное натяжное устройство 206 и успокоитель 207.
Количество зубцов шкивов, которые формируют систему передачи, показано в Таблице 1.
Таблица 1
Привод
(°)
42
Первый распределительный вал
(°)
21
Второй распределительный вал
(°)
24
Ремень известен как 084ROL100 и является ремнем с 84 зубцами, имеющими шаг 8 миллиметров и ширину 10 миллиметров.
Температура масла составляла 80°C в течение первых 36 часов и затем 120°C в течение последующих 12 часов для каждого сеанса тестирования. Количество топлива изменялось, но в любом случае в ходе испытаний оно даже превышало 30% на некоторых их этапах.
Неожиданно было обнаружено, что зубчатые ремни, соответствующие изобретению, разбухают вследствие пониженного поглощения смешанного с топливом масла, но механические свойства остаются оптимальными и остаются хорошими, даже после теплового старения в воздухе, как можно видеть на схеме фиг.6, где сравниваются величины, полученные в ходе нескольких испытаний зубчатых ремней согласно настоящему изобретению и согласно известному уровню техники.
Независимо от использованных испытаний или системы привода или различных компонентов, которые формируют ремень, получено меньшее конечное расширение.
Однако оптимальные результаты для систем привода, в которых ремень функционирует в прямом контакте с маслом или частично погружен в масло, были получены в случае, когда зубчатый ремень также содержит каркасную смесь гидрированного бутадиен-акрилонитрильного каучука с 50% частей акрилонитрила, как в случае со схемой 6.
Кроме того, в случае с этим ремнем также получены оптимальные результаты в силу того факта, что ткань была обработана резорцинно-формальдегидным латексом и впоследствии второй пропиткой, такой как описано в документе EP1157813, в котором гидрированный бутадиен-акрилонитрильный каучук с 50% частей акрилонитрила использовался в качестве эластомерного материала.
Таким образом, эта конкретная комбинация материалов, формирующих каркасную смесь и ткань в комбинации с тем фактом, что ремни имеют каркасную смесь, содержащую волокна, проходящие в направлении, по существу перпендикулярном армирующим вставкам и по существу параллельном поверхности, определяемой осями армирующих вставок, позволяет получать более продолжительный средний срок службы ремня, чем для у известных ремней.