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Endloser Treibriemen mit elastischen Zähnen Die Erfindung bezieht
sich auf einen endlosen Treibriemen mit elastischen Zähnen zum Eingriff in Zahnräder
und betrifft einen Aufbau des Treibriemens. der eine Korrektur einer im Betrieb
auftretenden Teilungslinderung durch eine elastische Befestigung des Zahnes am Zuggurt
ermöglicht.
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Es sind bereits Treibriemen mit elastischen Zähnen bekanllt, bei
denen die Zähne auf den Zuggurt aufvulkanisiert oder mit seiner Deckschicht in einem
Stück geformt sind. Da beim Betrieb einmal durch die Zugbeanspruchung und zum anderen
durch die LTmlenkung um das Zahnrad eine Änderung der Zahnteilung eintritt. weisen
diese bekannten, mit Zähnen ausgestatteten Treibriemen den Nachteil auf, daß sie
mit hoher Reibung und damit mit großem Verschleiß arbeiten. Durch die auftretende
starke Flankenreibung treten außerdem Schwingungen auf, die zu einer Dauerschädigung
des Getriebes und zu einer unangenehmen Geräuschentwicklung führen können.
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Gemäß der Erfindung werden diese Nachteile dadurch vermieden. daß
die Zwischenschicht so bemessen und in einem solchen Äiaße elastisch ist. daß eine
im Betrieb auftretende Teilungsänderung der 'erzahnun durch elastische N'erlagernng
des Zahnfußes ausgleichbar ist. ltorzugsweise ist dabei die Zwischenschicht weicher
als die Zähne. wobei z. B. die Zähne eine Shore-Härte zwischen 75 und 90C und die
Zwischenschicht eine Shore-Härte von 50 bis 650 aufweisen können.
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Durch diese erfindungsgemäße Anordnung werden Änderungen in der Zahnteilung
ausgeglichen und ein übermäßiger Abrieb der Zahnflanken vermieden. Der erfindungsgemäße
Treibriemen weist eine außerordentlich hohe Biegeelastizität auf und kann auch um
Ritzel mit relativ kleinem Radius ohne wesentliche Verkürzung seiner Lehensdauer
umgelenkt werden.
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Eine Beschädigullg des Traggurtes durch den Kopf der an den Zalinrädern
liegenden Zähne wird ebenfalls weitgehend vermieden.
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Der erfinduiigsgemäße Riemen und seine im vorhergehenden genalllltell
"orteile werden weiterhin im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben.
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Darin zeigt Fig. 1 eine Seitenansicht von zwei Antriebsrädern und
des erflndungsgemäßen, mit ihnen kraftschlüssig verbundenen Riemens, Fig. 2 einen
vergrößerten Querschnitt des Riemens nach Linie 2-2 in Fig. 1, Fig. 3 die Draufsicht
auf einen Teil des Riemens in Richtung der Pfeile 3-3 in Fig. 1.
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Fig. 4 das Verhalten des Riemens bei Auftreten einer momentanen Stoßbelastung,
Fig. 5 die parallelperspektivische Ansicht eines stranggezogenen Kautschuk streifens,
aus dem die Zähne des Riemens gemacht werden, Fig. 6 die parallelperspektivische
Ansicht einer Vulkanisierform, in der die einzelnen Teile des Riemens zusammengebaut
und vulkanisiert werden, und Fig. 7 die Seitenansicht der Vulkanisierform nach Fig.
6. auf der die Riementeile zusammengebaut und für die Vulkanisation unter den Druck
einer Spannhülle gesetzt sind.
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Nach den Fig. 1. 2 und 3 hat der erfindungsgemäße Riemen 10 Kautschukzähne
11, die in gleichen Abständen voneinander angeordnet sind. Eine zwischen schicht
12 aus weicherem Kautschuk ist auf der einen Seite mit den Zähnen 11, auf der anderen
Seite mit dem flexiblen Traggurt 13 verbunden. Der Traggurt enthält Kettfäden 14,
die sich in Längsrichtung des Riemens 10 erstrecken. Die Kettfäden 14 tragen praktisch
die ganze Riemenlast: sie sind so angeordnet, daß der Winkel zwischen ihnen und
der Bewegungsrichtung des Riemens praktisch gleich Null ist. Diese Anordnung veranlaßt
den Riemen, gerade auf den Antriebsrädern zu laufen und nicht nach einer Seite zu
wandern, was der Fall ware, wenn die Kettfäden in einem ÄVinkel zur Riemenbewegung
ständen. Der Gurt 13. beispielsweise in Fig. 3 gezeigt, besteht aus einem Textilgewebe
mit einer Dicke von 0,2 mm, in dem die Kettfäden 14 in Längsrichtung des Riemens
und die Schuß fäden 15 senkrecht dazu, d. h. quer zum Riemen. liegen. Nachdem die
Schußfäden 15 keine
Last tragen, können sie relativ schwach und
in weiterem Abstand voneinander angeordnet sein. Eine größere Widerstandsfähigkeit
und Elastizität pro Einheitsgewicht des Gewebes kann jedenfalls erreicht werden.
wenn man ein Gewebe mit derartiger Struktur benutzt. Es lassen sich aber auch andere
Traggurte 13 verwenden, z. B. können die Schußfäden 15 ganz weggelassen und ein
schuß freies Gewebe, das nur Kettfäden enthält, benutzt werden, wobei diese Kettfäden
durch ein flexibles Bindemittel vereinigt sind, das sich seinerseits mit Kautschuk
bindet.
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Die Kettfäden 14 können aus jedem kräftigen flexiblen LIaterial hergestellt
sein, das als Traggurt 13 unter der AIaximallast des Riemens im wesentlichen nicht
dehnbar ist. Geeignete Al aterialien dafür sind streekfrei gemachte Baumvçollgarne,
Garne aus kontinuierlichen Fiberglasfäden und feiner Draht.
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Der Riemen 10 überträgt die Kraft vom Antriebsrad 16 auf das Abtriebsrad
17, wobei die Zähne 11 des Riemens mit den Zähnen 18 der Zahnräder 16 und 17 kraftschlüssig
bei verhältnismäßig leichter Belastung kämmen. Die Zähne des Rades 18 bestehen aus
relativ hartem Älaterial, z. B. Metall oder harten Kunstharzen. und die Zähne 11
des Riemens bestehen aus einem einigermaßen nachgiebigen und elastischen Kautschuk.
der aber genügend fest ist, um seine Form unter normaler Belastung zu behalten.
Derart nach giebige Kautschukzähne bilden. wenn sie und die Zwischenschicht 12 in
direkte Berührung mit den härteren Zähnen 18 kommen, einen geräuscharmen kraftschlüssigen
Antrieb.
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Die Merkmale der oben beschriebenen Antriebselemente hängen von der
Last in Kilogramm je Zentimeter Breite ab. unter der der Riemen steht. STachdem
man die maximale Stoßbeanspruchung gefunden hat. der der Riemen ausgesetzt ist,
kann der Traggurt so hergestellt werden. daß er diese Last trägt. ohne sich zu strecken.
Die Kautschukzähne 11 und die Zwischenschicht 12 sind ebenfalls so gebaut. daß sie
derartige Belastungen bruchfrei tragen. andererseits aber bis zu einem hestimmten
Grade unter solchen Belastungen nachgeben können. um die hohe Beanspruchung zu reduzieren.
die sonst auf die Verbindung zwischen den Zähnen 11 und dem Gurt 13 einwirken rviirde.
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Fig. 4 zeigt das Verhalten und die Konstruktion des Riemen 10. Wenn
die Zähne 11 des Riemens mit den Zähnen 18 des Antriebsrades 16 im Eingriff stehen.
wi rd die %Xs-ischenschicht 12 Scherbeanspruchungen zwischen dem Fuß 19 der Zähne
11 und dem Gurt 13 ausgesetzt. unter kontinuicrlicher maximaler oder normaler Belastung,
des Riemens entsteht kein Wechsel in der Zahiiteilung der Zähne 11 oder eine Verlageruhig
der Zähne 11 mit Bezug auf den Gurt 13. Die Alerkmale hinsichtlich Härte und Stärke
der Zwischenschicht 12 müssen also so gewählt werden. daß der Riemen in der oben
beschriebenen Weise arbeitet.
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Das Zusammenwirken der Teile des Riemens ullter Stoßlast oder tfberhelastung
wird in Fig. 4 in vergrößertem daß stab gezeigt. Die Beanspruchung der ZLvischenschicht
12, resultierend aus den Scherkräftell zwischen den Zähnen 11 und dem Traggurt 13
ist durch strichpunktierte Linien 20 angedeutet: diese Linien 20 stehen in einem
Winkel zu den strichpunktieren Linien 20' in dem Teil der Zwischenschicht 12, der
auf das Rad 16 zuläuft und Scherkräften noch nicht unterworfen ist. Die Teilung,
d. h. der Abstand der Zähne 11, die im Eingriff mit den Zähnen 18 stehen. kann sich
nicht ändern. wenn Stoßlast auftritt aber die Zähne 11 werden durch die auftretenden
Scherkräfte
als Ganzes mit Bezug auf den Traggurt 13 in einem Abstand verlagert, der den Scherheanspruchungen
in der Zwischenschicht 12 entspricht und durch die lineare Entfernung 21 dargestellt
ist. Diese Verlagerung der Zähne 11, wenn sie im Eingriff mit den Zähnen 18 sind,
verändert den Abstand zwischen dem letzten Zahn 11', der mit den Zähnen 18 kämmt,
und dem nächsten heranrückenden Zahn 11". Diese Veränderung im Abstand entspricht
der Strecke 21.
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Wenn die Stoßbelastung momentan auftritt, können sowohl die Scherbeanspruchungen
in der Zwischenschicht 12 als auch die Veränderungen im Abstand zwischen den zwei
Zähnen 11' und 11" verschwinden, bevor noch der nächste Zahn zum Eingriff kommt.
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Wenn aber die Überlastung des Riemens 10 längere Zeit andauert, so
würde eine gedämpfte Störung zwischen den Zähnen auftreten, bis die Überlastung
aufhört. Mit anderen Worten: Wenn die Beanspruchung nicht in der Zwischenschicht
12 zu einer Zeit kompensiert wird, wenn der vorrückende Zahn 11" beginnt. mit dem
Zahn 18" zu kämmen, dann können die Zähne 11" und 18" mit einiger Störung zum Eingriff
kommen, vorausgesetzt. daß die Verlagerung 21 der Zähne 11 und 11', die mit den
Zähnen 18 und 18' im Eingriff stehen, ungenügend ist, um ein Sachlaufen der Kante
22" des Zahnes 11" beim Passieren der Führungskante 23" des Zahnes 18" zu vermeiden.
Die zulässig größte Verlagerung 21 hängt von der Größe des Winkels 24 ah. der zwischen
den Seiten 25 des Zahnes 11 und einer Senkrechten 26 auf die Flachseite des Riemens
gebildet wird. Innerhalb der Grenze des Eingriffwinkels 24 kann die Verlagerung
21 nur vergrößert werden. wenn auch der Winkel 24 vergrößert wird.
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Wenn der Riemen 10 auf das Rad 16 vorrückt. dann kommt die Zxvischenschicht
12 auf die Kopffläche der Zähne 18 zu liegen. Aus praktischen Gründen kann man die
Situation so hetrachten, als ob die nachlaufende Kante 22" sich um die Führungskante
22' des Zahnes 18' dreht und in einem Kreishogen 29 verläuft. dessen Zentrum auf
der Drehkante 23' liegt.
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Dieser Kreisbogen 29 mündet ein wenig vor der Führungskante 23" des
Zahnes 18" in die Zahnlücke 28 und schneidet dabei den Zahn 18" bei 30. Wenn die
Beanspruchung in der Zwischenschicht nicllt nachläßt. dann trifft die nachlaufende
Kante 22" auf den Zahn 18" bei 30 auf. aber infolge der Elastizität des Zahnes 18"
und des lveicheren Äfaterials der Schicht 12 kann der Zahn 11" mit dem Zahn 18"
kämmen.
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Wenn die Zähne einmal im Eingriff sind, dann hat der treibende Zahn
18" das Bestreben, die Kante 22" des Zahnes 11" zu verformen. und treiht sie vorwärts
in den Eingriff hinein. Der weiche Kautschuk der Zwischenschicht 12 gestattet dahei
dem Zahnfuß 19 in die übertriebene Lage 19' auszuweichen und mit dem Zahn des Antriebsrades
zu kämmen.
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Damit der Riemen so arbeitet. wie ohen beschriehen. sollten die Kautschukzähne
eine Härte von 75- bis 90°-Shore-Einheiten und die Zwischenschicht12 aus weicherem
Kautschuk sollte eine Härte von 50- bis 650-Shore-Üinheiten haben (vgl. DIN 53 505).
Die Zwischenschicht 12 soll zwischen 0.13 und 0.76 mm dick sein; sie hängt vom Teilungsmodul
der Zähne. der Größe der Antriebsräder, auf denen der Riemen laufen soll. und der
Relastung je Zentimeter Breite des Riemens ah. Die Schichtstärke kann vergrößert
werden. wenn der Durchmesser des Antriebsrades wächst: aber wenn die Schichtstärke
0.76mm übersteigt. dann haben die Zähne des Riemens zu große Bewegungsfreiheit mit
Bezug auf den Traggurt 13, und die Veränderung im ursprünglichen Teilungsmodul
der
Zähne kann zu groß werden, um ihnen den Eingriff mit den Zähnen des Antriebs rads
zu ermöglichen, wenn der Riemen unter Belastung steht.
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Die Riementeile können auf der Form 32 (Fig. 5 und 6) zusammengebaut
und vulkanisiert werden; die Form 32 ruht in den Zapfen33. Die Zähne 11 des Riemens
werden in lange Streifen 34 (Fig. 5) stranggezogen und haben einen Querschnitt nach
dem in Fig. 1 gezeigten Zahnprofil, Die Oberfläche der Form wird mit einem Schmiermittel
behandelt, und die Streifen 34 werden in die Nuten 35 gelegt, deren Abstand voneinander
gleich dem Teilungsmodul der Riemenzähne ist. Die Zahl der Nuten 35 in der Form
32 entspricht also der Zahl der Zähne, die auf dem Riemen angebracht werden sollen.
Nachdem die Nuten gefüllt sind, wird eine kalandrierte Kautschukfolie 36, deren
Zusammensetzung und Stärke der Zwischenschicht 12 auf dem Riemen 11 entspricht,
um die Form 32 gewickelt und gegen die Grundflächen 37 der Streifen 34 gepreßt.
Die Kanten 38 und 39 der Folie 36 stoßen eigentlich stumpf aufeinander und bilden
eine Stoßnaht. Um indessen genügend Kautschuk für die Naht zur Verfügung zu haben,
die eine Verbindung zwischen den Kanten 38 und 39 herstellen soll, empfiehlt sich,
daß sich diese Kanten bei der Montage etwas überlappen.
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Der Traggurt 13 wird dann um die Kautschukfolie 36 gewickelt. Der
Traggurt 13 kann aus den obenerwähnten Materialien bestehen. In Fig. 7 ist er aus
einem gewebten Stoff 40 hergestellt, und seine Kanten 41 und 42 bilden, einander
überlappend, die Verbindung 43.
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Ein Lösungsmittel wird auf die Oberfläche der Kautschukfolie36 aufgetragen,
bevor das Gewebe40 herumgewickelt wird, um den Kautschuk zu erweichen und das Gewebe
an ihm haften zu lassen. Der Kautschuküberzug auf dem Gewebe 40 kann ebenfalls mit
dem Lösungsmittel bestrichen werden, um eine Vereinigung der Kanten 41 und 42 zu
erreichen. Wenn man das Gewebe 40 um die Folie 36 wickelt, dann verlaufen die Fäden,
die den Kettfäden am Riemen entsprechen, in Umfangrichtung der Form. Man hält diese
Fäden unter Spannung, um einen Radialdruck
auf die Folie 36 auszuüben und auf diese
Weise eine Vereinigung ihrer Enden 38 und 39 herbeizuführen.
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Weiterer Druck wird auf die Folie 36 und das Gewebe 40 dadurch ausgeübt,
daß man in herkömmlicher Art und Weise einen Gewebestreifen44 unter Spannung rund
um die Form 32 wickelt, um die Folie 36 und die Streifen 34 während der Vulkanisierung
der Kautschukteile unter Druck zu halten. Die unwickelte Form 32 wird dann in die
Vulkanisiereinrichtung gebracht, und die Kautschukteile werden im üblichen Verfahren
vulkanisiert.
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Nachdem die Kautschukfolie 36 und die an ihr haftenden Zahnstreifen
34 zu einem einheitlichen Ganzen mit dem Gewebe 40 vulkanisiert sind, entfernt man
die Hülle 44 von dem Gewebe40 und das ganze so vulkanisierte Gebilde, das nunmehr
einen breiten Riemen bildet, von der Form 32. Man kann das dadurch erreichen, daß
man eine Abbauform verwendet oder eine Klammer am äußeren Umfang des Riemens ansetzt
und ihn damit über das Ende der Form herunterzieht.
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Der entstandene breite Riemen wird dann in schmale Riemen von der
gewünschten Breite geschnitten.
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PATENTANSPROCHE: 1. Endloser Treibriemen mit elastischen Zähnen aus
Kautschuk und/oder Kunststoff zum Eingriff in Zahnräder, die mittels einer Zwischenschicht
aus Kautschuk und/oder Kunststoff auf einem endlosen, praktisch nicht dehnbaren
Zugband mit Zugeinlagen sitzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht
so bemessen und in einem solchen Maße elastisch ist, daß eine im Betrieb auftretende
Teilungsänderung der Verzahnung durch elastische Verlagerung des Zahnfußes ausgleichbar
ist.