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Die Erfindung betrifft einen Antriebsriemen und die Herstellung dessen zur formschlüssigen Kraft- und Bewegungsübertragung, bestehend aus einer textilen Grundstruktur und in regelmäßigen Abständen angeordneten zahnförmigen Kunststoffstollen.
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Problem und Stand der Technik
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Aus dem Bereich der Antriebs- und Fördertechnik sind Zahnriemen und Rollenketten für die schlupffreie und formschlüssige Kraft- und Bewegungsübertragung in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Dazu existieren zahlreiche Patentschriften und DIN-Normen.
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Zu den nach dem Stand der Technik bekannten Zahnriemen existieren grundsätzlich zwei verschiedene Ausführungsformen. In der Ausführung als Polyurethan-Zahnriemen wird auf die Zugstränge aus Stahllitzen im Herstellungsprozess das Polyurethan aufgespritzt. Bei der Ausführung als Chloroprene-Zahnriemen werden Zugstränge aus Aramid oder Glas eingesetzt, auf denen das Chloroprene unter Einarbeitung eines Polyamidgewebes aufvulkanisiert wird.
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Die wesentlichen Vorteile von Zahnriemen sind ihre geringe Masse, die hohe zulässige Umfangsgeschwindigkeit, die großen übertragbaren Leistungen sowie ihr geräuscharmer und wartungsfreier Lauf. Nachteile von Zahnriemen sind die Empfindlichkeit gegen extreme Überbelastungen, die eingeschränkte Temperaturbeständigkeit, die Gefahr der Schädigung des Plastwerkstoffes durch Umwelteinflüsse sowie ihr hoher Preis. Ein weiterer wesentlicher Nachteil der klassischen Zahnriemenbauweise ist die Trennung zwischen Zugstrangebene und Zahnebene, die zu einem Abscheren der Riemenzähne führen kann.
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Die nach dem Stand der Technik bekannten Rollenketten bestehen aus Innengliedern mit eingepressten Hülsen, um die sich die beweglichen Rollen drehen, und Außengliedern mit Bolzen.
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Vorteile der Rollenketten sind der hohe Verschleißwiderstand, die hohe statische und dynamische Festigkeit, sowie eine einheitliche Kraft- und Zugstrangebene. Entscheidende Nachteile sind die Notwendigkeit von Wartungsmaßnahmen (regelmäßige Schmierung), die Geräuschentwicklung bei höheren Geschwindigkeiten sowie der Polygoneffekt.
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In verschiedenen Patentschriften existieren Bauweisen von Antriebsriemen, die die Vorteile von Zahnriemen und Rollenketten miteinander verknüpfen.
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So wird beispielsweise in der
DE 295 09 135 U1 ein Antriebsriemen vorgeschlagen, der aus einem gewebten textilen Band besteht, welches in regelmäßigen Abständen angespritzte Mitnahme-Elemente besitzt. Eine formschlüssige Verbindung zwischen dem textilen Gewebeband und den Mitnahmeelementen wird durch das Eindringen des flüssigen Kunststoffes in das Gewebe während des Spritzvorganges erreicht. Ein wesentlicher Nachteil dieser Ausführungsform ist die Trennung in Zug- und Krafteinleitungsebene, die ein Abscheren der Mitnahmeelemente bewirken kann. Weiterhin ist dieser Antriebsriemen auf den Antrieb mittels Zahnscheiben beschränkt.
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Die
DE 103 54 174 A1 beschreibt ein Zahnband bei dem die Krafteinleitungsebene der Zugstrangebene entspricht. Das verwendete Band besteht vorzugsweise aus Metall und besitzt in regelmäßigen Abständen angeordnete zahnförmige Eingriffselemente aus mindestens zwei Teilen. Diese Eingriffselemente umschließen das Band und werden mit Verbindungsringen gesichert. Die Vielzahl von Einzelteilen erfordert einen großen Herstellaufwand was sich wiederum negativ auf die Produktionskosten auswirkt. Der Einsatz eines Metallbandes erhöht das Eigengewicht des Antriebsriemens und wirkt sich nachteilig auf die Getriebedynamik aus.
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Aus der
DE 1 775 247 A ist ein so genannter Treibgurt bekannt, der aus mehreren parallel angeordneten Zugsträngen aus Metalldraht besteht, an denen sich in regelmäßigen Abständen Übertragungsglieder befinden. Diese Übertragungsglieder werden entweder mechanisch befestigt oder angegossen. Die metallischen Zugstränge werden in Schlitzen der zweiteiligen Übertragungsglieder aufgenommen und mit Halteeinrichtungen in ihrer Lage gesichert. Die Herstellung eines solchen Antriebsriemens erfordert hohen konstruktiven Aufwand.
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Weiterhin ist aus der
DE 1 802 032 U ein Antriebsgurt bekannt, der aus mehreren parallelen Strängen aus textilem Material besteht. An diesen Strängen sind in regelmäßigen Abständen Kunststoffklammern aus thermoplastischem Material aufgeformt. Durch die fehlende Querverbindung der textilen Stränge untereinander und das Nichtvorhandensein von Sicherungselementen besteht die Gefahr des Verschiebens der Kunststoffklammern. Das Lösungsprinzip ist daher nur zur Übertragung sehr kleiner Kräfte geeignet.
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Ebenso sind aus der
FR 1 108 374 A und der
US 625 340 A weitere Transportriemen bekannt, die Bolzen in eine seilartige Struktur einbinden und zur analogen Bewegungsübertragung genutzt werden können. Dabei werden die Bolzen auf ein-, zwei- oder dreifache Seilstrukturen parallel in gleichen Abständen angebracht.
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Da insbesondere für die Übertragung kleiner Leistungen mit geringen Umlaufgeschwindigkeiten ein formschlüssig arbeitendes Zugmittel, welches eine kostengünstige Herstellung hinsichtlich Materialeinsatz und Herstellgeschwindigkeit ermöglicht und im späteren Einsatz wartungsfrei ist, erforderlich ist, wird deshalb die Entwicklung eines innovativen Antriebsriemens notwendig.
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Aufgabenstellung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein formschlüssig arbeitendes Zugmittel in Form eines Antriebsriemens bereitzustellen, das aus einer textilen Grundstruktur mit in regelmäßigen Abständen angespritzten zahnförmigen Kunststoffstollen besteht.
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Lösungsansatz
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Die Verfahrensinnovation besteht in der Verwendung der Wirktechnologie zur Herstellung textiler Maschenwaren in Form einer strickleiterartigen Grundstruktur für den Antriebsriemen. Dabei wird das Fadenmaterial, welches die Zugstränge des Antriebsriemens bildet, als Längsschussfaden innerhalb der Wirkmaschenstruktur in gestreckter Lage fixiert. Das Herstellungsverfahren wird durch Modifikation der eingesetzten Wirkmaschinen so angepasst, dass in teilungsgenauen Abständen die Längsschussfäden in entgegengesetzt verlaufende Querschussfäden mit gestreckter Fadenlage übergehen. In einem weiteren Herstellungsschritt werden auf die durch die Querschussfäden gebildeten Stege zahnförmige Kunststoffstollen aufgespritzt, die eine formschlüssige Krafteinleitung in die Zugstränge ermöglichen, wobei die Krafteinleitungsebene der Zugstrangebene entspricht. Die textilen Stege werden derart mit Kunststoff umspritzt, dass sie mittig eingebunden sind und die Kraftübertragung zwischen den Antriebsrädern und der textiler Grundstruktur des Antriebsriemens über die zahnförmigen Kunststoffstollen erfolgt.
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Lösung
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Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen enthalten.
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Vorteile der Lösung
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Der erfindungsgemäße Antriebsriemen besitzt folgende Vorteile:
- • Der neuartige Antriebsriemen besitzt aufgrund seiner kraftliniengerechten Fadenanordnung und der nur lokal vorhandenen Kunststoffstollen eine erhöhte Biegeflexibilität, die auch eine Raumbeweglichkeit des Riemens ermöglicht.
- • Die gewählte Riemengestaltung gestattet außerdem Materialeinsparungen und ein Recycling nach der Nutzungsdauer.
- • Als Fadenmaterial wird vorzugsweise Aramid eingesetzt, wodurch in Abhängigkeit vom Material der Kunststoffstollen eine hohe Temperaturbeständigkeit des Antriebsriemens erreicht werden kann.
- • Der Antriebsriemen kann mit Kettenrädern für Rollenketten und Zahnscheiben für Zahnriemen angetrieben werden und ermöglicht daher den Einbau in vorhandene Getriebe.
- • Das gewählte Konstruktionsprinzip erlaubt durch maschinelle Herstellung der textilen Grundstruktur mit hoher Arbeitsgeschwindigkeit und automatisiertes Anspritzen der Kunststoffstollen eine kostengünstige Fertigung.
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Ausführungsbeispiel
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Die Erfindung wird nachfolgend durch verschiedene Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Die dazugehörigen Zeichnungen zeigen in
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1 die allgemeine Darstellung des Antriebsriemens
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2 die allgemeine Darstellung der textilen Grundstruktur
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3a den Verlauf der Zugstränge
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3b den Verlauf der Zugstränge nach 3a mit zusätzlichen Längsschussfäden
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3c eine Ausführungsform mit drei im Abstand parallel verlaufenden Zugstrangsystemen
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4 die Einbindung der Schussfäden nach 3a im Maschenfadensystem am Beispiel der Bindung geschlossener Trikot gegenlegig
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5a die Anordnung der Kunststoffstollen über die Breite des Steges
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5b die Anordnung der Kunststoffstollen über die Breite des Steges hinaus
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5c die Anordnung der Kunststoffstollen nach 5a für eine textile Grundstruktur nach 3c
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5d die Anordnung der Kunststoffstollen nach 5b für eine textile Grundstruktur nach 3c
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6a einen Förderriemen mit als Gleitkörper ausgebildeten Abstützelementen
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6b einen Förderriemen mit als Rolle ausgebildeten Abstützelementen
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7a einen Förderriemen mit zahnförmigen Kunststoffstollen als Gleitkörper und zugehöriger Tragschiene
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7b einen Förderriemen mit als bewegliche Rolle ausgebildeten Zähnen
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8a einen beschichteten Kunststoffstollen
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8b einen Kunststoffstollen mit verschiedenartigen Materialbeschichtungen an verschiedenen Bereichen
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9a eine zu einem Endlosriemen angeordnete textile Grundstruktur
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9b einen Endlosriemen
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Wie in der 1 dargestellt besteht der erfindungsgemäße Antriebsriemen aus einer textilen Grundstruktur (1) mit lokal angeordneten Kunststoffstollen (2).
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Die textile Grundstruktur (1) besitzt gemäß 2 Schenkel (4), die nicht mit Kunststoff angespritzt werden, und Stege (3), an denen die Kunststoffstollen (2) angespritzt werden. Vorzugsweise wird als Fadenmaterial wegen ihrer geringen Dehnung die Aramidfaser eingesetzt.
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Nach 3a ist die textile Grundstruktur (1) derart aufgebaut, dass zwei in definiertem Abstand parallel angeordnete Längsschussfäden (7), welche die Schenkel (4) bilden, in regelmäßigen Abständen unter Bildung von Querschussfäden (8), welche die Stege (3) bilden, die Seiten wechseln.
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In einer weiteren Ausführungsform nach 3b können zusätzliche Längsschussfäden (7') integriert werden, die keine Querschussfäden (8) bilden.
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Eine andere Ausführungsform gemäß 3c beschreibt, in Analogie zu den bekannten Zweifachrollenketten, eine textile Grundstruktur (1) mit drei in definiertem Abstand parallel angeordneten Zugstrangsystemen. Bei dieser Ausführung können auch zusätzliche Längsschussfäden (7') integriert werden, die keine Querschussfäden (8) bilden. Weiterhin sind auch Ausführungsformen mit mehr als drei in definiertem Abstand parallel angeordneten Zugstrangsystemen möglich.
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Die Einbindung der Längsschussfäden (7) in die Maschenfäden (6) ist in 4 am Beispiel der Bindung „geschlossener Trikot gegenlegig” dargestellt. Dabei sind die Längsschussfäden (7) innerhalb der Maschenstruktur fixiert, während die Querschussfäden (8) nicht von den Maschenfäden (6) umgeben sind. Um die Anordnung der textilen Stege (3) in Form der Querschussfäden (8) in einem konstanten Abstand zu erreichen und damit die Teilungsgenauigkeit des Antriebsriemens zu gewährleisten, werden die Längsschussfäden (7) in absolut gestreckter Lage von den Maschenfäden (6) eingebunden.
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Alternativ können die Längsschussfäden (7) auch mit anderen Bindungen wie beispielsweise Franse oder Tuch fixiert werden. Besonders vorteilhaft ist es, die textile Grundstruktur (1) auf einer Rechts-Rechts-Kettenwirkmaschine herzustellen, da die Längsschussfäden (7) mit den Maschenfäden (6) kompakte flechtschnurartige Strukturen bilden. Bei Verwendung einer Rechts-Links-Kettenwirkmaschine kann die Produktivität der Riemenherstellung verdoppelt werden. Um mit der wesentlich offeneren Rechts-Links-Struktur kompakte Schenkel (4) zu erhalten, ist es vorteilhaft als Längsschussfaden (7') geflochtenes Material einzusetzen, das durch eine Maschenstruktur aus Schmelzklebefäden zusammengehalten wird.
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Nach den 5a bis 5d existieren verschiedene Anordnungsmöglichkeiten der Kunststoffstollen (2). Die Kunststoffstollen (2) können entsprechend der Ausführungsform nach 5a und 5c über die Breite des Steges (3) angeordnet werden, wobei es unerheblich ist, ob dabei die angrenzenden Schenkel (4) ebenfalls lokal von Kunststoff umgeben werden.
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In weiteren Ausführungsformen nach den 5b und 5d können die Kunststoffstollen (2) über die Breite der Stege (3) hinaus angespritzt werden. Dadurch kann bei der Lasteinleitung vom Antriebsrad auf den Antriebsriemen die Flächenpressung aufgrund der größeren Auflagefläche reduziert werden.
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Für Antriebsriemen mit Kunststoffstollen (2), die gemäß den 5a und 5c über die Breite des Steges (3) angespritzt sind, existieren ebenfalls Möglichkeiten zur Nutzung als Förderriemen für den Stückguttransport.
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Kunststoffstollen (2), die über die Breite der Stege (3) hinaus angespritzt werden, können in der Anwendung des Riemens als Förderriemen zum Stückguttransport entsprechend den 6a und 6b eine Abstützfunktion übernehmen. Die Bereiche der Kunststoffstollen (2) außerhalb der Stege (3) bilden dabei Abstützelemente (9), die nach 6a als Gleitkörper oder nach 6b als bewegliche Rolle ausgeführt werden können.
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Entsprechend 7a können die zahnförmigen Kunststoffstollen (2) des Antriebsriemens als Gleitkörper wirken und eine Abstützfunktion übernehmen. Dabei ist die zugehörige Tragschiene (10) zur Reduzierung des auftretenden Verschleißes vorzugsweise als Rollenbahn mit beweglichen Rollen ausgeführt. Eine andere Ausführungsform nach 7b zeigt einen Förderriemen, bei dem um die Kunststoffstollen (2) geteilte Abstützelemente (9) angebracht sind, die aus Verschleißgründen vorzugsweise als bewegliche Rollen ausgeführt werden und neben der Funktion als Gleitkörper gleichzeitig als Zähne wirken.
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Zur Verbesserung der Verschleißeigenschaften ist es vorteilhaft, die Kunststoffstollen (2) entsprechend 8a mit einer Beschichtung (11) auszurüsten. Eine solche Schutzschicht kann bei Bedarf auch erneuert werden, wodurch die Nutzungsdauer des Antriebsriemens erhöht werden kann. Entsprechend einer Ausführung nach
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8b kann eine Beschichtung (11) auch an unterschiedlichen Bereichen der Kunststoffstollen (2) mit unterschiedlichen Materialien erfolgen. Insbesondere bei der Anwendung als Förderriemen erscheint es sinnvoll, den Eingriffsbereich der Kunststoffstollen (2) zu den Zähnen der Antriebsräder mit einer Beschichtung (11), die einen hohen Verschleißwiderstand besitzt, auszurüsten, während die Abstützelemente (9) eine Beschichtung (11) mit positiven Gleiteigenschaften zur Minimierung der Reibung erhalten.
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Für das Zusammenführen des Antriebsriemens zu einem Endlosriemen können die bekannten Verbindungstechniken, wie zum Beispiel Kettenschlösser oder Riemenverbinder, eingesetzt werden. Bei dem erfindungsgemäßen Antriebsriemen besteht zusätzlich die Möglichkeit entsprechend der Ausführungsform nach 9a die textile Grundstruktur (1) derart anzuordnen, dass ein Überlappungsbereich (12) entsteht, bei dem die textilen Stege (3) positionsgenau übereinander angeordnet werden.
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Gemäß 9b werden die Kunststoffstollen (2) angespritzt, so dass sich die Stege (3) auch im Überlappungsbereich (12) mittig in den Kunststoffstollen (2) befinden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführung kann in allen Varianten dem verwendeten Kunststoff Kurzfasermaterial beigemischt werden, um die Festigkeit der Kunststoffstollen (2) zu erhöhen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Textile Grundstruktur
- 2
- Kunststoffstollen
- 3
- Steg der textilen Grundstruktur
- 4
- Schenkel der textilen Grundstruktur
- 6
- Maschenfaden
- 7
- Längsschussfaden
- 7'
- zusätzlicher Längsschussfaden
- 8
- Querschussfaden
- 9
- Abstützelement
- 10
- Tragschiene
- 11
- Beschichtung
- 12
- Überlappungsbereich
