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Die
Erfindung betrifft eine aus einem Treibriemen – insbesondere Keil- oder Keilrippenriemen – und mindestens
zwei Riemenscheiben bestehende Riemen/Scheiben-Anordnung, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1, – ein
Verfahren zu ihrer Herstellung, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
5, – und
eine Vorrichtung zur Durchführung
des Herstellungsverfahrens, gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 8.
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Treibriemen,
insbesondere Keilriemen und Keilrippenriemen, werden üblicherweise
aus vulkanisierbaren Rohgummiplatten aufgebaut, wobei zwischen zwei
Gummilagen eine Lage aus Corden eingefügt wird. Die Corde sind Kunststofffäden, z,
B. aus Aramid.
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Bei
der Herstellung der Riemen werden die Corde ohne nennenswerte Vorspannung
auf eine Aufbautrommel gewickelt, die in der Regel bereits mit einer
Kautschukmischung, die den Riemenrücken bildet, versehen ist.
Auf die Lage der Corde wird dann eine Mischungslage für den Riemenkörper aufgebracht.
Nach der Vulkanisation und dem Schneiden des Riemenwickels in Riemen
der gewünschten
Breite werden die einzelnen Riemen jeweils in einen Riementrieb
verbaut, wobei der jeweilige Riemen für eine ausreichende Trumkraft
stark gedehnt wird. Bei dieser Dehnung werden Gummi und Corde gedehnt, wobei
es zu Zug- und Scherspannungen zwischen den Corden und dem Gummimaterial
des Riemens kommt. Dabei ergeben sich die stärksten Spannungen in unmittelbarer
Umgebung der Corde. Da diese Zug- und Scherspannungen zeitlich nicht
konstant sind sondern aufgrund der Biegevorgänge beim Umlaufen um Antriebs-
oder Abtriebsscheibe zusätzlich im
starken Maße
schwanken, ergibt sich in Verbindung mit den Spannungsspitzen eine übermäßige Erwärmung des
Riemens insbesondere in unmittelbarer Umgebung der Corde, was bei
länger
andauernden stärkeren
Belastungen zu einem Ablösen
der Corde aus dem Gummiverbund führen
kann. Insgesamt ist mit einer verkürzten Lebensdauer des Riemens
zu rechnen.
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Stand der
Technik
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Die
DE 690 27 097 T2 beschreibt
einen mit Polyesterfasern verstärkten
Treibriemen, der sich bei Betrieb so wenig wie möglich längen und während seiner Lebensdauer abmessungsstabil
sein soll. Zu diesem Zweck werden die aus speziell gezwirnten Garnen
hergestellten Corde vor Einbettung in eine Gummischicht einer komplizierten
Kleber- und Dehn-Heißfixierung
unterzogen: „Zuerst
werden die Korde (
58) in einen Vorrat von Isocyanat- oder
Epoxykleber getaucht. Die mit Kleber bedeckten Korde werden dann
30 bis 600 Sekunden in einem auf 160°C bis 200°C eingestellten Ofen getrocknet,
ohne dass Spannung an den Korden liegt. Nach dem Trocknen werden
die Korde (
58) in einen Kleber getaucht, der aus einer
RFL-Lösung
besteht. Die Korde (
58) werden dann auf einer Dehn-Heißfixierbehandlungsmaschine
um –1
bis 2% gestreckt, und zwar 30 bis 600 Sekunden bei einer Temperatur
zwischen 200°C
und 250°C."
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Aufgabe der
Erfindung
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Während das
Patent
DE 690 27 097
T2 darüber
hinaus insbesondere das Längungsverhalten
eines Riemens unter Last beschreibt, besteht das Ziel der vorliegenden
Erfindung darin, eine Dehnung des Gummimaterials und damit Spannungen
zwischen Cord und einbettendem Gummimaterial im montierten Zustand
des Keilriemens/Keilrippenriemens zu vermeiden.
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Lösung und
Vorteile
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Dieses
wird gemäß Anspruch
1 dadurch erreicht, dass der elastische Cord bei der Herstellung des
Riemens auf dasjenige Maß vorgedehnt
wird, das der Keilriemen/Keilrippenriemen später auf dem Riementrieb im
montierten Zustand zur Gewährleistung der
Funktion benötigt,
d. h.: Montagelänge
(M) gleich Herstelllänge
(H). Die zum Gummi vulkanisierenden Kautschukmischungen werden ohne
Dehnung aufgelegt.
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Durch
die Spulkraft des Cordes weist der auf der Trommel befindliche Riemen
nach der Vulkanisation Rückstellkräfte auf,
die den Riemen nach seiner Abnahme von der Trommel in seinem Umfang
kleiner werden lassen (Einspringlänge E), was eine Stauchung
des Gummimaterials zur Folge hat. Wird der Riemen dann aber in den
Riementrieb eingebaut, werden die Corde aufgrund der erforderlichen
Trumkraft wieder gedehnt (Montagelänge M). Da die Montagelänge M gleich
der Herstelllänge
H ist, liegt der auf die Scheiben montierte Riemen und insbesondere
der Riemengummi nun wieder ohne Dehnung und ohne innere Spannung
vor.
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Die
daraus resultierenden Vorteile bestehen darin, dass nach der Montage
des Riemens auf dem Riementrieb der Cord wieder die definierte Vorspannung
erfährt,
die er während
der Herstellung hatte und das Gummimaterial sich wieder nahezu im
spannungsfreien Zustand befindet. D. h.: Der erfindungsgemäße Treibriemen
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat gegenüber herkömmlichen
Treibriemen den Vorteil, dass die Materialspannungen (Gummimaterial,
Gewebe usw.) bereits im Ruhezustand des montierten Riemens nahezu
Null sind.
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Aus
diesem Grunde wird der Riemen anlässlich des Betriebs lediglich
im Ausmaß der
durch die Scheibenumschlingung erzeugten Biegebelastungen beansprucht.
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Dadurch,
dass der Riemen lediglich die beim Umlaufen um die Scheiben erzeugten
Biegebelastungen „verkraften" muss, und die bei
herkömmlichen Riemen
zusätzlich
vorhandenen Grundspannungen vermieden werden, bleiben die Zugspannungsspitzen
in einem erträglichen
Rahmen, d. h. ein kritisches Maß wird
nicht überschritten,
so dass auch keine Verkürzung
der Lebensdauer des Riemens zu erwarten ist.
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Die
in den Unteransprüchen
2 bis 4 aufgeführten
Details stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar.
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Im
Rahmen der im Anspruch 5 geschilderten Riemen-Herstellung wird der „elastische" Cordfaden vor der
Vulkanisation mit definiert großer
Zugspannung (Vorspannung) auf den Riemenrohling aufgebracht. Dabei
liegt die durch die Vorspannung erzeugte Vordehnung vorzugsweise
im Bereich von 0,3 bis 3%. Nach der Vulkanisation und dem Abheben des
Riemens von der Aufbautrommel zieht sich der Riemen aufgrund der
Rückstellkräfte zusammen. (Der
Riemen „springt
ein".)
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Damit
gibt es innerhalb des fertiggestellten Riemens nahezu keinerlei
Vorspannung. Und damit bleiben auch die während des Betriebs des Riemens im
Gummimaterial erzeugten Spannungen insgesamt gering, wodurch die
gefürchteten
Cordausspulungen weitgehend verhindert werden.
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Durch
die Verkürzung
der entspannten Cordfäden
kann die durch die Vulkanisation gegebene Schrumpfung bereits unmittelbar
nach dem Auskühlen
ihr endgültiges
Ausmaß annehmen,
so dass eine sonst übliche
zusätzliche
Schrumpfung über
die Lagerzeit des Riemens drastisch verringert wird.
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Zeichnungen
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei
dienen die 1 bis 5 insbesondere
der Erläuterung
des Herstellprozesses des Riemens. Und zwar zeigt:
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1 den
Längsschnitt
durch eine Aufbautrommel mit einem darauf befindlichen, im Querschnitt
dargestellten Riemenrohling;
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2 den
Längsschnitt
durch eine Vulkanisationsform nebst dem auf der Aufbautrommel befindlichen
Riemenrohling;
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3 den
Längsschnitt
durch den aus der Vulkanisationsform entnommenen, vulkanisierten Wickel;
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4 das
Einschleifen des Profils in die Profilseite, in schematischer Darstellung;
und
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5 das
Abziehen des Wickels von der Stahltrommel.
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6 zeigt
eine Gegenüberstellung
von Einspringlänge
einerseits und Herstell- bzw. Montagelänge andererseits.
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Beschreibung
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Der
Treibriemen 2 der erfindungsgemäßen Treibriemenanordnung 26 (6)
besteht im Wesentlichen aus Gummimaterial, in das zur Verstärkung Corde 4 eingearbeitet
worden sind. D. h.: Der Riemen 2 weist einen weitgehend
herkömmlichen Aufbau
auf (siehe z. B. 3 und 5): Er besteht aus
einer Lage aus elastomerem Material, das den Riemenrücken 6 bildet,
einer Lage aus Kunststoff-Corden 4, z. B. aus Aramid, und
einer weiteren Lage aus elastomerem Material, das die Profilseite (Profillage 8)
bildet. Im montierten Zustand unterscheidet sich der erfindungsgemäße Riemen 2 von herkömmlichen
Riemen 2 durch das Fehlen von internen Spannungen zwischen
den Corden 4 und den Gummilagen 6, 8.
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Der
erfindungsgemäße Herstellprozess
des Riemens 2 wird anhand der 1 bis 5 beschrieben:
Da
die Herstellung des Treibriemens 2 vorrangig auf der Basis
des an sich bekannten „Schleifverfahrens" erfolgt, soll die
erfindungsgemäße Riemen-Herstellung
anhand des Schleifverfahrens erläutert
werden. Die Erfindung ist aber keinesfalls auf das „Schleifverfahren" beschränkt.
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1. Aufbau eines „ Wickels" 2' (1).
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Zunächst wird
ein aus elastomerem Material bestehender Unterbau 6' (dem späteren Riemenrücken 6)
auf eine Aufbaustahltrommel 10 aufgelegt. Dann wird eine
Lage aus Textil-Corden 4 auf den Unterbau 6' aufgespult.
Im Unterschied zu einem herkömmlichen
Aufspulen erfolgt das erfindungsgemäße Aufspulen mit definiert
hoher Vorspannung (Spulkraft), entsprechend einer Vordehnung von
0,3 bis 3%. Schließlich
wird – wie üblich – eine ebenfalls
aus elastomerem Material bestehende Decklage 8' (der späteren Profilseite 8)
aufgebracht. (Mit „AA" ist die Längsachse
der Aufbaustahltrommel 10 bezeichnet; „D1" ist ihr Außendurchmesser.)
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2. Heizen/Vulkanisieren
(2).
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Anschließend wird
die Aufbaustahltrommel 10 samt Wickel 2' (Riemenrohling)
in eine topfförmige Vulkanisationsform 12 gegeben
und unter Druck und Temperatur vulkanisiert. Die Länge des
vulkanisierten, noch auf der Trommel 10 befindlichen Wickels 2' wird Herstelllänge H genannt,
wobei H = D1·π.
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3. Einschleifen eines
Riemenprofils 14 (3, 4).
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Noch
bevor der Wickel 2' von
der Stahltrommel 10 genommen wird, erfolgt das Einschleifen
eines Riemenprofils 14 in die außen befindliche Gummilage 8' („Profilseite" 8) mit Hilfe einer
angesetzten Schleifvorrichtung 16.
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4. Abziehen 18 des
Wickels 2' von
der Stahltrommel 10 (5).
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Mit
dem sich anschließenden
Abziehen 18 des Wickels 2' von der Stahltrommel 10 erfolgt
ein Einspringen 20 des Wickels 2' auf einen Durchmesser D2 in Abhängigkeit
von der bei der Konfektion verwendeten Spulkraft. Dieses Einspringen 20 führt zu einer
Stauchung des Gummimaterials 6, 8. Die Länge des
von der Trommel 10 genommenen Wickels 2' wird Einspringlänge E genannt,
wobei gilt: E = D2·π.
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Beim
alternativen „Formverfahren" gibt es anstelle
einer Konfektionstrommel (Aufbaustahltrommel 10) eine Stützmanschette.
Erfindungswesentlich ist auch hier eine definiert hohe Vordehnung
der aufgebrachten Cordlage 4.
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In
der in der 6 dargestellten Riemen/Scheiben-Anordnung 26 symbolisiert
die gestrichelte Linie 2a die Einspringlänge E, während die durchgezogene
Linie 2b die Montagelänge
M des Riemens 2 bedeutet, die erfindungsgemäß gleich
der Herstelllänge
H ist, d. h. M = H = D1·π.
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Nach
der Montage auf Riemenscheiben 22, 24 besitzt
der Riemen 2 ein gewisses Kraftniveau. Dieses Niveau entspricht
der bei der Herstellung aufgebrachten Cordspulkraft. Die für die Leistungsübertragung
erforderliche „Trumkraft" ergibt sich aus
der Dehnung des Riemens 2 von der Einspringlänge E auf
die Montagelänge
M. Durch die Verwendung von Polyamidcorden 4 mit einem
speziellen Kraft-Dehnungsverhalten ist es möglich, solche Riemen 2 über Scheiben 22, 24 mit
festem Achsabstand L ohne Beschädigung
zu montieren und die erforderliche Trumkraft über die gesamte Lebensdauer
des Riemens 2 zu gewährleisten.
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- 2
- Riemen,
Treibriemen, Keilriemen/Keilrippenriemen
- 2'
- Wickel
(Riemenrohling)
- 2a
- Riemen
(Einspringlänge
E)
- 2b
- Riemen
(Montagelänge
M)
- 4
- Cord,
Kunststoff-Cord, Polyamidcord, Cordlage
- 6
- Riemenrücken
- 6'
- Unterbau
des Wickels
- 8
- Profillage,
Profilseite
- 8'
- Decklage,
außen
befindliche Gummilage
- 6,8
- Gummilagen,
Gummimaterial
- AA
- Längsachse
- 10
- Aufbaustahltrommel,
Konfektionstrommel
- D1
- Außendurchmesser
der Aufbaustahltrommel
- 12
- Vulkanisationsform
- 14
- Riemenprofil
- 16
- Schleifvorrichtung
- 18
- Abziehen
des Wickels 2' von
der Stahltrommel 10
- 20
- Einspringen
des Wickels 2'
- D2
- Durchmesser
des Wickels 2' nach
Abziehen von der Trommel 10
- 22,24
- Riemenscheiben,
Scheiben
- L
- Achsabstand
der Scheiben 18, 20 voneinander
- 26
- Riemen/Scheiben-Anordnung
- H
- Herstelllänge [H =
D1 π]
- E
- Einspringlänge [E =
D2 π]
- M
- Montagelänge [M =
H = D1 π]