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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verminderung der Laufgeräuschfähigkeit von Zahnriemen aus Gummi oder einem gummiähnlichen Werkstoff, die jeweils mindestens einen in das Gummi oder den gummiartigen Werkstoff eingebetteten Zugstrang aufweisen, wobei von einem fertig vulkanisierten, schlauchartigen Zahnriemenwickel ausgegangen wird, dessen radial nach innen gerichtete Verzahnungsseite einen hohlzylindrischen Innenraum begrenzt. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Bearbeiten eines vulkanisierten Zahnriemenwickels gemäß dem genannten Verfahren.
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Riementriebe finden in der Technik weit verbreitete Anwendung. So werden Riementriebe für elektromechanische Lenkgetriebe in Kraftfahrzeugen zur mechanischen Kopplung eines elektrischen Antriebsmotors mit einer Kugelgewindespindel zum Bewegen der Achsschenkel des Kraftfahrzeugs verwendet. Zur mechanischen Kopplung sind hierbei besonders Zahnriemen und schlupffrei mit diesen zusammenwirkende Zahnscheiben vorgesehen. Hierbei weisen die Zahnscheiben eine komplementär zu einer Verzahnungstopologie des Zahnriemens ausgebildete, außenumfangsseitige Verzahnung auf. Beim Einlaufen der Zähne des Zahnriemens in die Zahnscheiben werden diese zu unerwünschten mechanischen Schwingungen beziehungsweise Vibrationen angeregt, welche über das Lenkgetriebe bis in einen Fahrzeuginnenraum und somit bis zum Fahrer übertragen werden und zu Komforteinbußen führen können.
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Aus dem Stand der Technik sind zur Herstellung eines Zahnriemenrohlings als prozesstechnische Vorstufe zwei Verfahren bekannt, nämlich das Schleifverfahren und das Formverfahren. Beim Schleifverfahren wird ein Zahnriemenwickel mit radial außen glatter Oberfläche nach der vollständigen Vulkanisation und vor dem Abtrennen der einzelnen Zahnriemen einer materialabtragenden Bearbeitung durch Schleifen unterzogen, wodurch auf seiner Außenseite, nämlich in dem so genannten Unterbau, das zahnartige Rippenprofil eingebracht wird.
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Bei dem dazu alternativen Formverfahren wird das Zahnprofil des Zahnriemenwickels bereits während eines Vulkanisationsprozesses erzeugt, nämlich durch eine zylindrische Vulkanisationsform, die auf ihrer Außenseite das Negativ des gewünschten Zahnprofils aufweist, in welches ein Zahnriemenwickelrohling während der Vulkanisation bereichsweise eingepresst wird. Der unvulkanisierte Zahnriemenwickelrohling, das heißt ein Aufbau aus einer optionalen oberflächennahen Decklage, einem Zugstrang und einer Schicht aus Gummi wird dazu auf einer im Durchmesser passend angefertigten zylindrischen Vulkanisationstrommel aufgebaut, so dass während der Vulkanisation die Zähne radial innen im Unterbau des Zahnriemenwickels ausgeformt werden und die Decklage verfestigt wird. Dies geschieht, indem über die mit dem Zahnriemenwickelrohling belegte Vulkanisationsform zunächst eine Manschette geschoben wird, welche während der Vulkanisation aufgrund äußeren Drucks radial komprimiert wird und gleichzeitig Wärme an den Zahnriemenwickelrohling weiterleitet. Der äußere Druck und die Wärme zur Beaufschlagung der Manschette werden üblicherweise in einem geschlossenen Druckkessel in Form von heißem Dampf zur Verfügung gestellt. Die Manschette wird durch den heißen Dampf gleichmäßig komprimiert, legt sich dabei an die radial äußere Schicht Gummi an und presst das Gummi des Zahnriemenwickelrohlings durch die Lücken zwischen benachbarten Zugstrangabschnitten hindurch in das Negativprofil der Vulkanisationsform. Hierbei wird der Zugstrang von dem vordringenden Gummi umgeben und die oberflächennahe Gewebelage mit dem vordringenden Gummi in das Negativprofil hineingetrieben, so dass auf der Vulkanisationsform das gewünschte Zahnprofil des Zahnriemenwickels entsteht. Nach dem Abziehen von der Vulkanisationsform in axialer Richtung von dem nunmehr vollständig ausvulkanisierten Zahnriemenwickel können von diesem diskrete Zahnriemen abgetrennt werden.
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Außerdem ist es bekannt, Zahnriemen als Ringe von einem hohlzylindrischen beziehungsweise schlauchförmigen Zahnriemenwickel abzuschneiden, dessen Länge einem Vielfachen der Zahnriemenbreite entspricht, und der radial außen seine Verzahnung aufweist. Nachdem die einzelnen Zahnriemen vom Zahnriemenwickel abgeschnitten sind, werden die Zahnriemen umgekrempelt, so dass ihre gezahnte Seite dann auf der radialen Innenseite liegt. Man erhält so den fertigen Zahnriemen, der mit seiner profilierten Innenseite komplementär gestaltete Zahnscheiben schlupffrei antreiben kann und auf dessen Rückseite erforderlichenfalls Spannrollen oder weitere Abtriebe kraftschlüssig angeschlossen werden können.
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Aus der
DE 10 2006 027 892 A1 ist ferner ein Zahnriemen aus Gummi oder gummiähnlichem Werkstoff bekannt, bei dem das zahnseitige Gewebe derart aufgeraut ist, dass nach der Vulkanisation des Zahnriemens eine Vielzahl von Fasern des Gewebes veloursartig oder schlaufenförmig aus der zahnseitigen Oberfläche des Zahnriemens herausragt. Die Ausbildung des Flors auf der zahnseitigen Oberfläche des Zahnriemens gestaltet sich jedoch prozesstechnisch aufwendig und kostenintensiv.
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Die US 2001 / 0 056 003 A1 offenbart einen Zahnriemen als Antriebsriemen, dessen extrudiertes Material kurze Fasern enthält. Diese durch die Extrusion in einer Vorzugsrichtung angeordneten Fasern werden nach der Herstellung des Zahnriemens an seinen Zahnoberflächen durch einen Schleifprozess aufgerichtet, wobei das Material des Zahnriemens unterhalb des Schmelzpunktes erwärmt wird.
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Die US 2017 / 0 284 504 A1 offenbart einen Antriebsriemen, dessen mit Zähnen versehene Antriebsseite eine Schicht aus wasserabsorbierenden Fasern aufweist, die zusätzlich selbst mit einer Beschichtung aus anorganischem Pulver versehen sind. Die Fasern dienen der Geräuschreduzierung im Betrieb.
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Der Erfindung lag zunächst die Aufgabe zugrunde, ein von einem fertig vulkanisierten Zahnriemenwickel ausgehendes Verfahren anzugeben, das eine einfache sowie effektive Verminderung der Laufgeräuschfähigkeit von aus dem Zahnriemenwickel geschnittenen diskreten Zahnriemen ermöglicht. Außerdem sollte eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens vorgestellt werden. Unter dem Begriff der Verminderung der Laufgeräuschfähigkeit eines Zahnriemens wird verstanden, dass dieser im Betrieb weniger Laufgeräusche erzeugt als ein gleichartiger konventioneller Zahnriemen.
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Die Erfindung betrifft zur Lösung der verfahrensbezogenen Aufgabe gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 demnach ein Verfahren zur Verminderung der Laufgeräuschfähigkeit von Zahnriemen aus Gummi oder einem gummiähnlichen Werkstoff, die jeweils mindestens einen in das Gummi oder den gummiartigen Werkstoff eingebetteten Zugstrang aufweisen, wobei von einem fertig vulkanisierten, schlauchartigen Zahnriemenwickel ausgegangen wird, dessen radial nach innen gerichtete Verzahnungsseite einen hohlzylindrischen Innenraum begrenzt. Gemäß der Erfindung sind folgend Verfahrensschritte vorgesehen:
- a) Einsetzen des Zahnriemenwickels in eine Haltevorrichtung,
- b) axiales Hineinschieben mindestens einer Zylinderbürste mit einer Vielzahl von radial auswärts gerichteten Borsten in den Innenraum, wobei die radial auswärts gerichteten Borsten der Zylinderbürste aus einem Metall und/oder aus einem Kunststoffmaterial mit einer für die Materialpaarung geeigneten Steifigkeit und Abrasionsfähigkeit gebildet oder beschichtet sind,
- c) axiales Herausziehen der Zylinderbürste aus dem Innenraum in entgegengesetzter Richtung, und
- d) Abtrennen von diskreten Zahnriemen von dem Zahnriemenwickel.
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Hierdurch wird eine gezielte Aufrauung der zahnseitigen Oberfläche des Zahnriemenwickels erreicht, in dessen Folge die Fähigkeit des so hergestellten Zahnriemens zur Laufgeräuschemission vergleichsweise gering ist.
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Unter dem Begriff Zylinderbürste wird eine Bürste verstanden, die einen zentrisch angeordneten Stab sowie daran angeordnete, sich mit deren freien Ende nach radial außen erstreckende Borsten aufweist. Ein solcher Stab kann auch mehrere, axial hintereinander angeordnete Abschnitte mit Borsten aufweisen.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Zylinderbürste vollständig durch den Zahnriemenwickel hindurch und anschließend aus diesem vollständig wieder herausgezogen wird. Hierdurch wird die Verzahnungsseite des Zahnriemenwickels vor allem auch an deren axialen Enden im Vergleich mit deren axialen Mitte gleichmäßig, vollständig und wirkungsvoll aufgeraut.
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Bevorzugt werden die Verfahrensschritte b) und c) zur intensiven Aufrauung der Verzahnungsseite des Zahnriemenwickels mindestens fünfmal wiederholt. Infolgedessen kann der durch das erfindungsgemäße Verfahren erreichbare Geräuschdämpfungseffekt weiter optimiert werden.
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Vorzugsweise wird ein Zahnriemenwickel verwendet, bei dem im Bereich seiner Verzahnungsseite zumindest bereichsweise eine oberflächennahe Gewebeeinlage, ein Gestrick oder ein Fasermaterial eingebettet ist. Durch das verfahrensgemäße Lösen und Hochbürsten von Gewebe,- Gestrick- oder Fasermaterial aus der im elastomeren Zahnriemenwickel integrierten Gewebe,- Gestrick- oder Fasermaterialeinlage mit Hilfe der Zylinderbürste können die Geräusch- und Schwingungsdämpfungseigenschaften der später vom Zahnriemenwickel abgetrennten Zahnriemen weiter optimiert werden. Bei diesem Prozess werden Schlaufen und/oder diskrete Fasern des Gewebes aus der oberflächennahen Gummimatrix des Zahnriemens herausgelöst und aufgestellt.
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Gemäß einer technisch günstigen Weiterbildung des Verfahrens wird ein Zahnriemenwickel verwendet, dessen Zahnteilung kleiner als 5 mm und dessen Umfang kleiner als ein 1 m ist. Hierdurch ist der Außendurchmesser der Zylinderbürste soweit begrenzt, dass eine ausschließlich axiale Hubbewegung der Zylinderbürste zur Durchführung des Verfahrens hinreichend ist.
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Die vorrichtungsbezogene Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst. Diese Vorrichtung ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Haltevorrichtung zum Halten des Zahnriemenwickels sowie eine Zylinderbürste aufweist, dass der Außendurchmesser der Zylinderbürste zumindest geringfügig größer ist als der Innendurchmesser des zylindrischen Innenraumes des Zahnriemenwickels, wobei die Zylinderbürste radial auswärts gerichtete Borsten aus einem Metall und bzw. oder aus einem Kunststoffmaterial mit einer für die Materialpaarung geeigneten Steifigkeit und Abrasionsfähigkeit aufweist und dass die Zylinderbürste mittels einer Antriebseinrichtung periodisch oszillierend entlang einer Längsmittelachse des Zahnriemenwickels in dessen Innenraum hin und her schiebbar ist.
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Diese Vorrichtung ermöglicht sehr vorteilhaft die Durchführung des genannten Verfahrens und somit eine vollständige Aufrauung der Verzahnungsseite des Zahnriemenwickels, zumindest aber von dessen Zähnen. Aufgrund des linearen Bewegungsablaufs der Zylinderbürste ist zudem ein leicht zu automatisierender Bewegungsablauf der Vorrichtung gegeben. Durch den mittels der Haltevorrichtung aufgespannten Zahnriemenwickel ist eine räumlich präzise Positionierung der Zylinderbürste in Relation zu dem Zahnriemenwickel gewährleistet.
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Eine zusätzliche Rotationsbewegung der Zylinderbürste erscheint nach durchgeführten Versuchen zwar nicht notwendig zu sein, sie ist aber auch nicht ausgeschlossen. Durch eine aufeinander abgestimmte Axialbewegung und Rotationsbewegung der Zylinderbürste ist vorteilhaft eine Gesamtbewegung derselben erreichbar, welche auf eine Schrägverzahnung eines Zahnriemenwickels optimal abgestimmt ist. Hierdurch sind auch bei einer Schrägverzahnung eines Zahnriemenwickels die Zahnfußbereiche des Verzahnungsprofils durch die Borsten der Zylinderbürste sicher erreichbar.
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Gemäß einer technisch günstigen Weiterbildung der Vorrichtung entspricht ein Axialhub der Antriebseinrichtung mindestens der axialen Länge des Zahnriemenwickels. Hierdurch ist eine vollflächige Aufrauung der Verzahnungsseite gegeben.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Zylinderbürste weist diese einen Besatz mit radial auswärts gerichteten Borsten auf, wobei dieser Besatz eine axiale Länge aufweist, welche kleiner oder gleich groß ist wie die axiale Länge des Zahnriemenwickels. Hierdurch lassen sich die mechanische Abnutzung der Zylinderbürste und zugleich der notwendige Krafteinsatz für einen vollständigen Hub der Zylinderbürste im Zahnriemenwickel verringern.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung ist der Beschreibung eine Zeichnung eines Ausführungsbeispiels beigefügt. In der Zeichnung sind die gleichen konstruktiven Elemente jeweils mit denselben Bezugsziffern versehen. Darin zeigt
- 1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens,
- 2 eine stark vergrößerte Ansicht des Ausschnitts X von 1 und
- 3 ein Diagramm zur Darstellung der verfahrensgemäß an einem Zahnriemen erzielbaren Reduktion von Laufgeräuschemissionen in Abhängigkeit von einer Anzahl der Hübe einer Zylinderbürste in einem Zahnriemenwickel.
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Die in 1 dargestellte Vorrichtung 10 weist hier lediglich exemplarisch eine manschettenartige, hohlzylindrische Haltevorrichtung 12 zur ortsfesten Lagefixierung beziehungsweise zum radial außenseitigen Einspannen eines anderweitig fertig vulkanisierten Zahnriemenwickels 14 auf. Der Zahnriemenwickel 14 umfasst hier nur beispielhaft fünfundzwanzig von in einem abschließenden Verfahrensschritt von diesem abzutrennende diskrete sowie beidseits flankenoffene Zahnriemen 16, von denen lediglich einige repräsentativ für alle übrigen mit der Bezugsziffer 16 versehen sind. Die axiale Länge B1 des noch nicht aufgetrennten Zahnriemenwickels 14 entspricht hier beispielhaft der axiale Länge B2 der Haltevorrichtung 12, welche rotationssymmetrisch zu einer Längsmittelachse 18 ausgebildet ist. Die fünfundzwanzig nebeneinander angeordneten Zahnriemen 16 des Zahnriemenwickels 14 weisen jeweils eine der besseren zeichnerischen Übersicht halber nicht bezeichnete axiale Zahnriemenbreite auf, die summiert in etwa der axialen Länge B1 des Zahnriemenwickels 14 entspricht.
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Der Zahnriemenwickel 14 weist einen Außendurchmesser DA sowie einen zylindrischen Innenraum 20 mit einem Innendurchmesser DI auf. Der Zahnriemenwickel 14 liegt mit seiner zylindrischen Außenfläche 22 im Idealfall möglichst großflächig an einer gleichfalls zylindrischen Innenfläche 24 der hohlzylindrischen Haltevorrichtung 12 an. Das möglichst vollflächige Anlegen der Außenfläche 22 des Zahnriemenwickels 14 an die Innenfläche 24 der Haltevorrichtung 12 durch eine geringfügige radiale Expansion des Zahnriemenwickels 14 kann zum Beispiel mit Hilfe von Unterdruck erfolgen.
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Abweichend von der in 1 gezeigten Darstellung wird eine vertikal stehende Anordnung der hohlzylindrischen Haltevorrichtung 12 bevorzugt, so dass auch der vulkanisierte Zahnriemenwickel 14 koaxial zu der gemeinsamen Längsmittelachse 18 ausgerichtet ist. Hierdurch wird eine radiale Belastung des Zahnriemenwickels 14 durch Schwerkrafteinflüsse vermieden, so dass die hohlzylindrische Integrität des Zahnriemenwickels 14 in der Haltevorrichtung 12 auch ohne zusätzliche Maßnahmen gewährleistet ist.
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Der Innenraum 20 des Zahnriemenwickels 14 ist von einer zumindest näherungsweise zylindrischen, radial einwärts gerichteten Verzahnungsseite 30 des Zahnriemenwickels 14 begrenzt. Jeder vom Zahnriemenwickel 14 abzutrennende Zahnriemen 16 verfügt an seiner jeweiligen Verzahnungsseite 30 über eine Vielzahl von parallel zur Längsmittelachse 18 und umfangsseitig gleichmäßig zueinander beabstandete Zähnen 32. Diese Zähne 32 haben zum Beispiel eine trapezförmige Querschnittsgeometrie zur Schaffung eines gewünschten Rippenprofils 34 des betreffenden Zahnriemens 16. Die Zähne 32 weisen in diesem Fall eine zumindest angenähert pyramidenstumpfförmige Raumform auf. Die Herstellung des fertig vulkanisierten Zahnriemenwickels 14 erfolgt bevorzugt mit dem eingangs bereits erläuterten Schleif- oder Formverfahren.
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Erfindungsgemäß verfügt die Vorrichtung 10 über eine Zylinderbürste 40 beziehungsweise eine Walzenbürste oder eine sogenannte Innenbürste, die mittels einer Antriebseinrichtung 42 im zylindrischen Innenraum 20 des Zahnriemenwickels 14 koaxial zur Längsmittelachse 18 periodisch oszillierend, wie mit dem Doppelpfeil 44 angedeutet, hin und her verschiebbar ist. Der Außendurchmesser DB der Zylinderbürste 40 ist zumindest geringfügig größer bemessen als der Innendurchmesser DI des zylindrischen Innenraums 20 des Zahnriemenwickel 14, um durch eine Erhöhung der radialen Andruckkraft der Zylinderbürste 40 eine intensive Aufrauung des ganzen Rippenprofils 34 und damit einhergehend eine möglichst wirkungsvolle Reduzierung der Laufgeräuschfähigkeit der vom Zahnriemenwickel 14 später abzutrennenden, gebrauchsfertigen Zahnriemen 16 zu erzielen.
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Die Zylinderbürste 40 selbst weist einen dichten Besatz 46 auf, der aus einer Vielzahl von radial auswärts gerichteten, umfangsseitig vorzugsweise gleichmäßig zueinander angeordneten zylindrischen Borsten gebildet ist. Die Borsten 48 sind entlang einer Haltestange 50 der Zylinderbürste 40 gleichmäßig axial zueinander versetzt angeordnet, wobei die Haltestange 50 mit der Antriebseinrichtung 42 mechanisch gekoppelt ist und von dieser koaxial zu der Längsmittelachse 18 periodisch verschiebbar ist. Der Besatz 46 aus Borsten 48 erstreckt sich über eine axiale Länge L entlang der Haltestange 50 der Zylinderbürste 40. Die Borsten 48 können zur Gewährleistung der gewünschten Abrasionsfähigkeit an deren jeweils freien radialen Ende mit einem metallischen Werkstoff und/oder mit einem verschleißarmen Kunststoff beschichtet sein, oder aber vollständig aus diesen Werkstoffen bestehen.
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Die Borsten 48 können gegebenenfalls in Abhängigkeit von ihrer jeweiligen axialen Position und/oder ihrer radialen Position an der Haltestange 50 jeweils eine der besseren zeichnerischen Übersicht halber nicht bezeichnete, unterschiedliche radiale Borstenlängen aufweisen. Diese Borstenlängen sind derart gewählt, dass eine gedachte Hüllfläche 52 von freien radialen Enden der Borsten 48 der Zylinderbürste 40 abweichend von der idealen Zylinderform eine komplementär zum Rippenprofil 34 der einzelnen Zahnriemen 16 beziehungsweise des Zahnriemenwickels 14 ausgestaltete Geometrie aufweist. Außerdem kann die radiale und/oder axiale Besatzdichte der Haltestange 50 mit den Borsten 48 insbesondere in Abhängigkeit vom Rippenprofil 34 des Zahnriemenwickels 14 und/oder dessen Materialeigenschaften variieren.
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Der vorzusehende Axialhub H der Zylinderbürste 40 im Innenraum 20 des Zahnriemenwickels 14 beziehungsweise der Axialhub der mit dieser gekoppelten Antriebseinrichtung 42 entspricht bevorzugt mindestens der axialen Länge B 1 des Zahnriemenwickels 14. Demnach erfolgt der Axialhub derart, dass sich die Zylinderbürste 40 abwechselnd einmal in einem vollständig aus dem Innenraum 20 des Zahnriemenwickels 14 herausgezogenen Zustand P1 und einmal in einem vollständig durch den Innenraum 20 des Zahnriemenwickels 14 axial hindurch geschobenen, in 1 mit gestrichelten Linien angedeuteten durchgeschobenen Zustand P2 befindet. Hierdurch ist eine intensive vollflächige Aufrauung der Verzahnungsseite 30 des Zahnriemenwickels 14 gewährleistet.
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Die Anzahl n der mittels der Antriebseinrichtung 42 von der Zylinderbürste 40 zu vollziehenden axialen Hübe kann hierbei zwischen 5 und 150 betragen, wobei ein vollständiger Bürstvorgang beziehungsweise Hub dadurch definiert ist, dass die Zylinderbürste 40 ausgehend vom ersten Zustand P1 und dem nachfolgenden Erreichen des zweiten Zustands P2 schließlich wieder den ersten Zustand P1 erreicht hat.
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Gemäß dem hier beanspruchten Bearbeitungsverfahren wird in einem ersten Verfahrensschritt a) zunächst der Zahnriemenwickel 14 in die Haltevorrichtung 12 eingesetzt und darin fixiert. In zweiten und dritten Verfahrensschritten b) und c) erfolgt das bevorzugt vollständige axiale Durchschieben der Zylinderbürste 40 durch den Innenraum 20 des Zahnriemenwickels 14 sowie deren anschließendes, wiederum vorzugsweise vollständiges Herausziehen in entgegengesetzter Richtung. Dieser Hubvorgang wird n-mal wiederholt, wobei die ganze Zahl n in Abhängigkeit von den Anforderungen an das Arbeitsergebnis zwischen 5 und 150 betragen kann. Nach dem Bürstvorgang erfolgt im letzten Verfahrensschritt d) das Abtrennen der einzelnen Zahnriemen 16 von dem Zahnriemenwickel 14, welches beispielsweise mit einem extrem scharfen Rotationsmesser erfolgen kann.
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Die 2 zeigt eine stark vergrößerte Ansicht des Ausschnitts X von 1. Ein Zahnriemen 16 des Zahnriemenwickels 14 verfügt demnach über eine in Bezug zur Längsmittelachse 18 radial nach außen weisende Decklage 60 beziehungsweise Außenseite, in die mindestens ein Zugstrang 62 integriert ist. Der mindestens eine Zugstrang 62 ist mit mechanisch hochbelastbaren gedrehten Fasern, Fäden, Corden oder dergleichen aufgebaut und ist in die Decklage 60 mit einvulkanisiert. Ein mit Karbonfasern, Glascord, Polyester- oder Aramid®-Fasern gebildeter Zugstrang 62 ermöglicht die Übertragung besonders hoher Zugkräfte.
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Das radial einwärts gerichtete Rippenprofil 34 der Verzahnungsseite 30 des Zahnriemens 16 des Zahnriemenwickels 14 weist eine Vielzahl von parallel zu der Längsmittelachse 18 verlaufenden Zähnen 32 mit einer hier lediglich beispielhaft näherungsweise trapezförmigen Querschnittsgeometrie auf, von denen hier lediglich sechs Zähne 32 dargestellt sind. Zwischen jeweils zwei umfangsseitig benachbarten Zähnen 32 des Zahnriemens 16 ist jeweils eine Nut 66 mit einer gleichfalls ungefähr trapezförmigen Querschnittsgeometrie ausgebildet, welche parallel zur Längsmittelachse 18 ausgerichtet sind. Die Zähne 32 und die Nuten 66 des Rippenprofils 34 sind hierbei so ausgestaltet, dass zwischen den Zahnriemen 16 und einer in den Figuren nicht dargestellten Zahnscheibe mit einem komplementären Rippen- beziehungsweise Verzahnungsprofil jeweils ein kraft- und formschlüssiger Eingriff herstellbar ist. Das Rippenprofil 34 erstreckt sich zumindest bereichsweise bis in einen Unterbau 70 in den sogenannten Grundkörper des Zahnriemenwickels 14.
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Außerdem weist der Zahnriemenwickel 14 beziehungsweise weisen die einzelnen Zahnriemen 16 des Zahnriemenwickels 14 im Bereich des Rippenprofils 34 jeweils noch eine oberflächennahe Gewebeeinlage 72 auf. Durch das verfahrensgemäß vorgesehene Bürsten des Zahnriemenwickels 14 werden einzelne Fasern und/oder Faserschlaufen aus dem Unterbau 70 hochgestellt, wodurch eine noch stärkere Minderung der Laufgeräuschfähigkeit der Zahnriemen 16 resultiert.
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Sowohl die Decklage 60 als auch der Unterbau 70 sind bis auf den mindestens einen Zugstrang 62 sowie die optionale Gewebeeinlage 72 mit einem Elastomer, wie zum Beispiel Gummi oder einem anderen gummiartigen Werkstoff, einstückig vulkanisiert ausgeführt. Als Werkstoffe für den Unterbau 70 und die Decklage 60 des Zahnriemens 16 kommen insbesondere Gummi oder Polyurethan (PU, PUR) in Betracht. Abweichend von dem hier exemplarisch gezeigten trapezförmig zölligen oder metrischen Rippenprofil 34 kann auch ein kurvenförmiges oder wellenförmiges Zahnprofil vorgesehen sein. Die Zähne können hierbei im Sinne einer Schrägverzahnung oder Geradverzahnung ausgerichtet sein.
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Die in Bezug zur Längsmittelachse 18 radial äußere Umfangslänge UA des Zahnriemenwickels 14 beträgt vorzugsweise bis zu 1 m bei einer Zahnteilung Z des Rippenprofils 34 von höchstens 5 mm. Infolgedessen bleibt der notwendige Außendurchmesser der hier zeichnerisch lediglich angedeuteten Zylinderbürste 40 begrenzt, wodurch ein rein linearer Bewegungsablauf der Zylinderbürste 40 innerhalb des Zahnriemenwickels 14 während des mit dem Doppelpfeil 44 angedeuteten Bürstvorgangs ausreichend ist.
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Im Fall von durchmessergrößeren oder schrägverzahnten Zahnriemenwickeln kann es erforderlich sein, die Zylinderbürste 40 zusätzlich zum ausschließlich linearen Bewegungsablauf rotieren zu lassen, um ein gutes Aufrauergebnis auch bei geringeren Bürstendurchmessern zu erzielen. Insbesondere bei durchmessergrößeren Zahnriemenwickeln ist nämlich zu beachten, dass ein großer Außendurchmesser der Zylinderbürste wegen der vergleichsweise großen Borstenlänge in der Regel zu einer zum Auftauen zu geringen Biegesteifigkeit der Borsten führt. Diesem Problem könnte aber auch mit einem vergleichsweise durchmessergroßen, beispielsweise hohlzylindrischen Bürstenstab begegnet werden, an dem nur vergleichsweise kurze Borsten angeordnet sind. Es ist aber auch möglich, dass bei durchmessergrößeren Zahnriemenwickeln mehrere Zylinderbürsten zum Einsatz gelangen, die achsparallel nebeneinander angeordnet sind beispielsweise jeweils nur einen Mantelflächenabschnitt eines Zahnriemenwickels bearbeiten. Dabei können diese mehreren Zylinderbürsten
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Bei durchmessergrößeren und schrägverzahnten Zahnriemenwickeln ist es auch möglich, dass eine Zylinderbürste nur für das Aufrauen der Zahnköpfe und wenigstens eine andere Zylinderbürste für das Aufrauen der Zahnflanken und Zahnfüße genutzt wird.
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Die Borsten 48 der Zylinderbürste 40 führen zu einer intensiven Aufrauung der Zähne 32 und der Nuten 66 des Rippenprofils 34 des Zahnriemenwickels 14 und insbesondere der Zahnflanken, der Nutgründe sowie der Zahnköpfe des Rippenprofils 34, die der besseren zeichnerischen Übersicht halber nicht mit Bezugsziffern versehen sind.
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Der Außendurchmesser DA des Zahnriemenwickels 14 abzüglich des Innendurchmessers DI des Zahnriemenwickels 14 und der Zahnhöhe ZH der Zähne 32 ergibt eine effektiv notwendige Materialstärke DN eines hiervon noch abzutrennenden diskreten Zahnriemens 16 im Bereich der Nuten 66.
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3 zeigt ein Diagramm 80 zur Darstellung der verfahrensgemäß an einem Zahnriemen 16 erzielbaren Verminderung der von diesem im Betrieb erzeugten Laufgeräusche in Abhängigkeit von einer Anzahl n der Hübe der Zylinderbürste. Auf der Ordinate des Diagramms ist die akustischen Geräuschemission beziehungsweise die Laufgeräuschfähigkeit in dB eines beispielhaft untersuchten Zahnriemens vom Typ „CTDH310 - C2M - 22“ der Patentanmelderin aufgetragen. Die Geräuschemission der Ordinate entspricht hierbei dem Mittelwert der 41. Ordnung.
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Ein erster Balken 82 zeigt als Referenz eine Geräuschemission eines unbehandelten Zahnriemens, der in eine geeignete Testvorrichtung eingespannt war. Die Anzahl der vollständigen Hübe mit einer Zylinderbürste beträgt demnach n = 0. Erkennbar betrug die Geräuschemission bei Nutzung dieses konventionellen Zahnriemens etwa 36,7 dB. Bei einem identischen Zahnriemen, welcher gemäß dem vorgestellten Verfahren mit n = 20 Hüben der Zylinderbürste behandelt wurde, ergab sich gemäß dem zweiten Balken 84 eine Geräuschemission von ungefähr 32,9 dB. Dies bedeutet im Ergebnis eine durch Versuche empirisch bestätigte effektive Reduktion der Geräuschemissionen des verfahrensgemäß behandelten Zahnriemens um den Betrag von 3,8 dB.
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Bei einer Anzahl von n = 50 vollständigen Hüben der Zylinderbürste 40 durch den Zahnriemenwickel 14 stellte sich im Vergleich dazu ausweislich des dritten Balkens 86 eine erhöhte Geräuschabstrahlung von etwa 33,4 dB ein. Bei einer weiteren Steigerung der Anzahl der Hübe auf den Wert n = 100 ergab sich, wie der vierte Balken 88 veranschaulicht, dann eine leichte Reduzierung der Geräuschemission auf den Wert von 33,0 dB.
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Durch eine Erhöhung der Anzahl n der verfahrensgemäßen vollständigen Hübe der Zylinderbürste 40 über den Wert von n = 20 Hübe durch den Innenraum 20 des Zahnriemenwickels 14 mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß 1 ließ sich demnach keine weitere Verminderung der Laufgeräuschfähigkeit der solchermaßen behandelten Zahnriemen erzielen. Im Bereich von n = 5 bis n = 45 Hübe der Zylinderbürste 40 durch den Innenraum 20 des Zahnriemenwickels 14 scheint daher zumindest für den getesteten und oben genannten Zahnriemen ein erreichbares Optimum zu liegen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Vorrichtung
- 12
- Haltevorrichtung
- 14
- Zahnriemenwickel
- 16
- Zahnriemen
- 18
- Längsmittelachse
- 20
- Innenraum des Zahnriemenwickels
- 22
- Außenfläche des Zahnriemenwickels
- 24
- Innenfläche der Haltevorrichtung
- 30
- Verzahnungsseite des Zahnriemenwickels
- 32
- Zahn
- 34
- Rippenprofil
- 40
- Zylinderbürste
- 42
- Antriebseinrichtung
- 44
- Doppelpfeil
- 46
- Besatz der Zylinderbürste
- 48
- Borsten an der Zylinderbürste
- 50
- Haltestange der Bürste
- 52
- Hüllfläche des Besatz der Zylinderbürste
- 60
- Decklage
- 62
- Zugstrang
- 66
- Nut im Rippenprofil
- 70
- Unterbau des Grundkörpers
- 72
- Gewebeeinlage
- 80
- Diagramm
- 82
- Erster Balken
- 84
- Zweiter Balken
- 86
- Dritter Balken
- 88
- Vierter Balken
- B1
- Axiale Länge des Zahnriemenwickels
- B2
- Axiale Länge der Haltevorrichtung
- DI
- Innendurchmesser des Zahnriemenwickels
- DA
- Außendurchmesser des Zahnriemenwickels
- DB
- Außendurchmesser der Zylinderbürste
- DN
- Materialstärke im Nutbereich
- ZH
- Zahnhöhe
- H
- Axialhub der Zylinderbürste
- L
- Axiale Länge der Zylinderbürste
- n
- Anzahl der Bürstvorgänge
- P1
- Erster Zustand
- P2
- Zweiter Zustand
- UA
- Umfangslänge des Zahnriemenwickels
- X
- Ausschnitt
- Z
- Zahnteilung
