DE19651728A1

DE19651728A1 - Spannelement für einen Riemen und ein Kraftübertragungsriemen

Info

Publication number: DE19651728A1
Application number: DE19651728A
Authority: DE
Inventors: Yuji Takeuchi
Original assignee: Bando Chemical Industries Ltd
Current assignee: Bando Chemical Industries Ltd
Priority date: 1995-12-26
Filing date: 1996-12-12
Publication date: 1997-07-03
Anticipated expiration: 2016-12-13
Also published as: FR2742774A1; DE19651728C2; JP2828419B2; JPH09177898A; US5876297A; FR2742774B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Spannelement für einen Riemen, das bei verschiedenen Arten von Riemen Anwendung findet, sowie einen Kraftübertragungsriemen, bei dem dieses verwendet wird.

Ein Kraftübertragungsriemen, wie z. B. ein Zahnriemen, ein Keilriemen, ein Flachrie men, oder ein Rippenriemen, benötigt eine hohe Festigkeit, einen hohen Elastizi tätsmodul und eine hohe Formbeständigkeit. Um diese geforderten Eigenschaften zufriedenzustellen, werden Verstärkungen, wie z. B. eine aus Fasern und einem Verstärkungsgewebe hergestellte Verstärkungsschnur in einem Körper des Kraftübertragungsriemens eingebettet. Derartige Verstärkungen werden im allgemei nen unter Verwendung eines Zwirns gebildet, der durch Zusammendrehen einer Vielzahl von Faserbündeln gebildet wird. Zwirne werden durch die Art des Zusam mendrehens in verschiedene Typen unterteilt, z. B. Bauschgarn, einfach-gezwirntes Garn und Längsschlaggarn (Lang′s twist yarn).

Solch ein Kraftübertragungsriemen, bei dem Zwirn als ein Spannelement benutzt wird, kann die Anforderungen des Marktes nach höherer Haltbarkeit, Formbestän digkeit und dergleichen nicht erfüllen. Um mit diesem Problem fertig zu werden, ist ein Verfahren vorgeschlagen worden, bei dem ein Spannelement statt aus einem Zwirn aus einer geflochtenen Schnur gebildet wird (siehe japanische Patentanmel dungsoffenlegungsschriften Nr. 3-211041, 3-213747 und 3-244848).

Aber die Anforderungen des Marktes an einen Kraftübertragungsriemen sind in den letzten Jahren auf ein viel höheres Niveau gestiegen, und der Kraftübertragungsrie men wird unter den aggressiven Bedingungen einer hohen Belastung, einer hohen Temperatur und dergleichen verwendet. In Anbetracht dessen ist es erwünscht, das Spannelement zu verbessern, das aus der oben genannten geflochtenen Schnur hergestellt wird.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine geflochtene Schnur als ein Spannelement für einen Kraftübertragungsriemen zu verbessern, wodurch die Dau erbiegeermüdungsfestigkeit des Riemens erhöht wird.

Der Erfinder hat den Ermüdungsmechanismus der oben genannten geflochtenen Schnur über einen langen Zeitraum untersucht und hat herausgefunden, daß eine Relativverschiebung zwischen den Faserbündeln der geflochtenen Schnur auftritt, wenn der Riemen entlang einer Riemenscheibe abgebogen wird, wodurch ein Abrieb zwischen den Faserbündeln auftritt, und der Abrieb ist eine Ursache für die Ermü dung der geflochtenen Schnur.

Um die oben genannte Aufgabe zu lösen, ist bei der vorliegenden Erfindung eine geflochtene Schnur, die aus vier Aramid-Faserbündeln gebildet ist, die die gleiche Garnnummer aufweisen, so zusammengesetzt, daß ein Verhältnis einer Flechttei lung zu einem Schnurdurchmesser in einem Bereich von geeigneten Werten festge legt wird, wodurch eine Reibung zwischen den Aramid-Faserbündeln der geflochte nen Schnur unterdrückt werden kann.

Genauer gesagt ist ein Spannelement, bei dem die geflochtene Schnur gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird, so aufgebaut, daß ein Verhältnis p/d einer Flechtteilung p der geflochtenen Schnur zu einem Durchmesser d der geflochtenen Schnur die folgende Beziehung zufriedenstellt:

3,7 ≦ p/d ≦ 5,5

Wenn der Wert von p/d unter 3,7 liegt, werden die Qualitätsschwankungen aufgrund der beschränkten Herstellungsleistung einer Flechtmaschine groß. Wenn der Wert von p/d andererseits über 5,5 liegt, wird es schwierig, die Bewegungen der Aramid- Faserbündel einzuschränken, so daß es aufgrund der Reibung zwischen den Faser bündeln zu schweren Beschädigungen der geflochtenen Schnur kommt.

Da die geflochtene, aus vier Aramid-Faserbündeln mit der gleichen Garnnummer gebildete Schnur so aufgebaut ist, daß der Wert p/d die oben genannte Beziehung erfüllt, kann gemäß der vorliegenden Erfindung das Auftreten einer Reibung zwi schen Faserbündeln, die eine Begleiterscheinung des Riemenlaufs ist, durch Unter drückung des innerhalb der geflochtenen Schnur erzeugten Abriebs eingeschränkt werden. Dadurch wird die Dauerbiegeermüdungsfestigkeit des Riemens größer.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß bei dem oben genannten Spannelement für einen Riemen für jedes der Aramid-Faserbündel eine Garnnummer auf 700 D bis 1300 D festgelegt ist, wobei "D" eine Abkürzung für De nier ist.

Wenn die Garnnummer jedes Aramid-Faserbündels unter 700 D liegt, kann die Fe stigkeit pro Riemenbreite nicht in einem ausreichenden Maße erzielt werden. Ande rerseits wird der Durchmesser der geflochtenen Schnur groß, wenn die Garnnummer jedes Aramid-Faserbündels über 1300 D liegt. Dadurch wird es schwierig, eine aus gezeichnete Biegung eines Kraftübertragungsriemens zu erzielen, wenn der Riemen so benutzt wird, daß er um eine Riemenscheibe mit einem kleinen Durchmesser herum geführt wird.

Gemäß dem oben genannten Aspekt der Erfindung kann der Riemen selbst dann, wenn er bei einem Antriebsmechanismus mit kleinen Riemenscheiben verwendet wird, eine ausgezeichnete Dauerbiegeermüdungsfestigkeit zeigen und eine ge wünschte Festigkeit gewährleisten.

Noch ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Kraftübertragungsrie men, der das oben genannte Spannelement für einen Riemen umfaßt.

Außerdem betrifft noch eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einen Zahnriemen, der folgendes umfaßt: ein Spannelement, das sich über die Länge des Riemens erstreckt, ein Stützgummiteil, das an einer äußeren Umfangs seite des Spannelements befestigt ist, und eine Vielzahl von Zahngummiteilen, die auf einer inneren Umfangsseite des Spannelements befestigt und in bestimmten Abständen in einer Längsrichtung des Riemens angeordnet sind, wobei der Zahn riemen dadurch gekennzeichnet ist, daß das bei dem Zahnriemen verwendete Spannelement das oben genannte Spannelement aus der geflochtenen Schnur ist, die aus vier Aramid-Faserbündeln gebildet ist.

Mit diesem Aufbau kann der Zahnriemen eine ausgezeichnete Dauerbiegeermü dungsfestigkeit bekommen.

Im folgenden wird eine kurze Beschreibung der Zeichnungen gegeben.

Fig. 1 ist eine Seitenansicht, die ein Ausführungsbeispiel eines Spannelements zeigt, das aus einer geflochtenen Schnur nach der vorliegenden Erfindung gebildet ist.

Fig. 2 ist eine Längsquerschnittsansicht, die ein Ausführungsbeispiel eines Kraftübertragungsriemens nach der vorliegenden Erfindung zeigt. Und

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung, die den Aufbau der Riemenlauftestma schine zeigt.

Im folgenden werden die Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

Aufbau des Spannelements und des Zahnriemens

Fig. 1 zeigt eine geflochtene Schnur 11 als ein Spannelement für einen Riemen. Die geflochtene Schnur 11 wird hergestellt, indem vier Aramidfaserbündel 12, die alle die gleiche Garnnummer aufweisen, durch eine Flechtmaschine gegeben werden.

Fig. 2 zeigt einen Zahnriemen 21 gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Zahnrie men 21 ist mit der geflochtenen Schnur 11 als seinem Spannelement versehen. Die geflochtene Schnur 11 wird spiralförmig in dem Zahnriemen 21 angeordnet, so daß sie sich in einer Längsrichtung des Riemens 21 erstreckt und in bestimmten Abstän den in der Richtung der Riemenbreite angeordnet ist. Auf der äußeren Umfangsseite des Spannelements 11 ist ein Stützgummiteil 22 derart befestigt, daß es kontinuier lich über die Länge des Riemens 21 vorgesehen ist. Auf der inneren Umfangsseite des Spannelements 11 ist eine Vielzahl von Zahngummiteilen 23 derart befestigt, daß sie in bestimmten Abständen in der Längsrichtung des Riemens 21 angeordnet sind. Der Kraftübertragungsriemen 21 ist auf seiner Zahngummiteilseite mit einem Verkleidungsgewebe 25 überzogen. Jedes der Zahngummiteile 23 wölbt sich an den vorderen und hinteren Flächen in der Längsrichtung des Riemens 21 etwas aus, so daß sie in der Schnittform bogenförmig sind.

Verfahren zur Herstellung eines Zahnriemens

Der Zahnriemen 21 kann durch normales Formen hergestellt werden. Genauer ge sagt wird ein gummiertes Gewebe für das Verkleidungsgewebe um einen Dorn ge wickelt, dessen Außenumfang die Form aufweist, die den Zahnnuten des Kraftübertragungsriemens 21 entspricht, dann wird eine geflochtene Schnur als ein Spann element spiralförmig um das gewickelte Gewebe gewickelt, und danach wird ein Rohkautschukfell darauf gewickelt, um ein Stützgummiteil und die Zahngummiteile zu bilden. Dann wird die so erhaltene Substanz in ein Druckgefäß gegeben, um von der Außenseite her verpreßt zu werden. Dadurch wird ein Teil des Rohgummifells aus angrenzenden Schnurabschnitten des Spannelements heraus in Richtung auf das gummierte Gewebe extrudiert, so daß das gummierte Gewebe entlang der Form der Zahnnuten des Dorns geformt wird und die Zahngummiteile gebildet werden. Die so erhaltene geformte Substanz wird ausgehärtet und dann von dem Dorn entfernt. Danach wird die geformte Substanz in runde Stücke geschnitten, die jeweils eine vorgegebene Breite aufweisen, und sie wird umgestülpt, so daß ihre innere Seite und ihre äußere Seite positionsmäßig umgekehrt werden, wodurch der Zahnriemen 21 erhalten wird.

Vorbehandlung des Spannelements

Bevor die geflochtene Schnur als ein Spannelement für den Zahnriemen verwendet wird, wird sie der folgenden Behandlung unterzogen: die von der Flechtmaschine hergestellte geflochtene Schnur wird in einem flüssigen Klebstoff eingeweicht, der eine Isocyanat-Verbindung als einen Hauptbestandteil enthält, wodurch auf der Oberfläche der geflochtenen Schnur eine Grundierungsschicht gebildet wird. Dann wird die geflochtene Schnur in einen anderen flüssigen Klebstoff getaucht, der Re sorcin-Formaldehyd-Latex (RFL) als einen Hauptbestandteil enthält, wodurch eine zweite Überzugsschicht auf der Grundierungsschicht gebildet wird. Danach wird die geflochtene Schnur in eine Gummilösung getaucht, die einen Chloropren-Kautschuk enthält, wodurch eine Deckschicht auf der zweiten Überzugsschicht gebildet wird.

Auswirkungen des Verhältnisses p/d der Flechtteilung p der geflochtenen Schnur zu deren Durchmesser d auf eine Dauerbiegeermüdungsfestigkeit des Kraftübertra gungsriemens

Zur Untersuchung der Auswirkungen eines Verhältnisses p/d einer Flechtteilung p der geflochtenen Schnur zu deren Durchmesser d auf die Dauerbiegeermüdungs festigkeit eines Kraftübertragungsriemens wurden geflochtene Schnüre gemäß den jeweiligen Ausführungsbeispielen der Erfindung und gemäß den Vergleichsbeispie len in der unten genannten Weise hergestellt, und der Riemenlaufversuch wurde an Zahnriemen durchgeführt, bei denen die oben genannten geflochtenen Schnüre je weils als Spannelemente verwendet wurden. Die jeweiligen Strukturen der Ausfüh rungsbeispiele und der Vergleichsbeispiele sind in der unten genannten Tabelle 1a gezeigt. In Fig. 1 steht d für den Durchmesser der geflochtenen Schnur und p zeigt die Teilung eines Musters an, das wiederholt auf der Oberfläche der geflochtenen Schnur entlang einer Längsrichtung der geflochtenen Schnur auftaucht.

Ausführungsbeispiel 1

Unter Verwendung von Aramid-Faserbündeln, die aus "Technora" (Handelsname einer von TEIJIN LIMITED produzierten Aramidfaser) mit 1000 D gebildet waren, wurde eine geflochtene Schnur derart hergestellt, daß sie eine Anzahl von 37 Flechtungen pro 10 cm, eine Flechtteilung p von 2,7 mm und einen Durchmesser d von 0,73 mm besaß. Dadurch ergab sich ein Verhältnis p/d von 3,7. Die geflochtene Schnur wurde der oben genannten Vorbehandlung unterzogen, und danach wurde mit Hilfe des oben genannten Verfahrens unter Verwendung der geflochtenen Schnur ein Test-Zahnriemen hergestellt.

Bei diesem Ausführungsbeispiel liegt die Anzahl an Zähnen des Zahnriemens 21 bei 113, die Zahnteilung der Zahngummiteile 23 liegt bei 8 mm und die Riemenbreite ist 19 mm. Der Abstand zwischen nebeneinanderliegenden Schnurabschnitten in einer Richtung der Riemenbreite des aus der geflochtenen Schnur hergestellten Spannelements 11 ist auf 0,25 mm festgelegt, um eine notwendige Festigkeit des Riemens zu erhalten und die Haftfähigkeit des Spannelements 11 an dem Stützgummiteil 22 und den Zahngummiteilen 23 zu sichern.

Ausführungsbeispiel 2

Ein Test-Zahnriemen wurde unter den gleichen Bedingungen und in der gleichen Art und Weise wie beim Ausführungsbeispiel 1 hergestellt, außer daß eine geflochtene Schnur hergestellt wurde, die eine Anzahl von 34 Flechtungen pro 10 cm, eine Flechtteilung p von 2,9 mm und einen Durchmesser d von 0,71 mm aufwies, so daß das Verhältnis p/d bei 4,1 lag.

Ausführungsbeispiel 3

Ein Test-Zahnriemen wurde unter den gleichen Bedingungen und in der gleichen Art und Weise wie beim Ausführungsbeispiel 1 hergestellt, außer daß eine geflochtene Schnur so hergestellt wurde, daß sie eine Anzahl von 27 Flechtungen pro 10 cm, eine Flechtteilung p von 3,7 mm und einen Durchmesser d von 0,69 mm aufwies, so daß das Verhältnis p/d bei 5,4 lag.

Ausführungsbeispiel 4

Ein Test-Zahnriemen wurde unter den gleichen Bedingungen und in der gleichen Art und Weise wie beim Ausführungsbeispiel 1 hergestellt, außer daß für eine gefloch tene Schnur Aramid-Faserbündel, die aus "Technora" mit 1500 D gebildet waren, verwendet wurden, so daß die geflochtene Schnur so hergestellt wurde, daß sie eine Anzahl von 27 Flechtungen pro 10 cm, eine Flechtteilung p von 3,7 mm und einen Durchmesser d von 0,91 mm aufwies, und deshalb lag das Verhältnis p/d bei 4,1.

Ausführungsbeispiel 5

Ein Test-Zahnriemen wurde unter den gleichen Bedingungen und in der gleichen Art und Weise wie beim Ausführungsbeispiel 1 hergestellt, außer daß Aramid-Faser bündel, die aus "Technora" mit 720 D gebildet waren, für eine geflochtene Schnur verwendet wurden, so daß die geflochtene Schnur so hergestellt wurde, daß sie eine Anzahl von 41 Flechtungen pro 10 cm, eine Flechtteilung p von 2,4 mm und einen Durchmesser d von 0,59 mm aufwies, und deshalb lag das Verhältnis p/d bei 4,1.

Ausführungsbeispiel 6

Ein Test-Zahnriemen wurde unter den gleichen Bedingungen und in der gleichen Art und Weise wie beim Ausführungsbeispiel 1 hergestellt, außer daß für eine gefloch tene Schnur Aramid-Faserbündel, die aus "Technora" mit 500 D gebildet waren, ver wendet wurden, so daß die geflochtene Schnur so hergestellt wurde, daß sie eine Anzahl von 50 Flechtungen pro 10 cm, eine Flechtteilung p von 2,0 mm und einen Durchmesser d von 0,49 mm aufwies, so daß das Verhältnis p/d bei 4,1 lag.

Vergleichsbeispiel 1

Ein Test-Zahnriemen wurde unter den gleichen Bedingungen und in der gleichen Art und Weise wie beim Ausführungsbeispiel 1 hergestellt, außer daß eine geflochtene Schnur so hergestellt wurde, daß sie eine Anzahl von 13 Flechtungen pro 10 cm, eine Flechtteilung p von 7,7 mm und einen Durchmesser d von 0,61 mm aufwies, und deshalb lag das Verhältnis p/d bei 12,6.

Vergleichsbeispiel 2

Ein Test-Zahnriemen wurde unter den gleichen Bedingungen und in der gleichen Art und Weise wie beim Ausführungsbeispiel 1 hergestellt, außer daß eine geflochtene Schnur so hergestellt wurde, daß sie eine Anzahl von 20 Flechtungen pro 10 cm, eine Flechtteilung p von 5,0 mm und einen Durchmesser d von 0,65 mm aufwies, und deshalb lag das Verhältnis p/d bei 7,7.

Vergleichsbeispiel 3

Ein Test-Zahnriemen wurde unter den gleichen Bedingungen und in der gleichen Art und Weise wie beim Ausführungsbeispiel 4 hergestellt, außer daß eine geflochtene Schnur so hergestellt wurde, daß sie eine Anzahl von 20 Flechtungen pro 10 cm, eine Flechtteilung p von 5,0 mm und einen Durchmesser d von 0,90 mm aufwies, so daß das Verhältnis p/d bei 5,6 lag.

Einzelheiten des Dauerbiegeversuchs

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, wurde jeder der Probestück-Riemen 21 um vier große Rie menscheiben 31 (Durchmesser: 60 mm) und vier kleine Riemenscheiben 32 (Durchmesser: 30 mm) gewickelt, die jeweils zwischen den angrenzenden großen Riemenscheiben 31 angeordnet waren. Die Riemenscheiben 31, 32 bilden eine Riemenbiegetestmaschine. Der Testriemen 21, der um die Riemenscheiben 31, 32 geführt war, wurde bei 5500 U/min. bei einer Last von 80 kgf durch ein Gewicht 33 laufen gelassen. Dann wurden die jeweiligen Beträge der verbleibenden Festigkeit des Riemens nach der Anzahl von Biegungen von 1×10⁸ und nach der Anzahl von Biegungen von 5×10⁸ berechnet, und eine Auswertung wurde bezüglich der Dauer biegeermüdung der Probestückriemen 21 auf der Basis der Testergebnisse durchge führt.

Testergebnisse

Die Testergebnisse sind in der unten genannten Tabelle 1b gezeigt.

Tabelle 1a

Tabelle 1b

Das Verhältnis p/d entspricht dem Tangens eines Steigungswinkels eines Faser bündels der geflochtenen Schnur. Wie aus den oben aufgeführten Tabellen 1a und 1b ersichtlich wird, kann die Dauerbiegeermüdungsfestigkeit des Riemens erhöht werden, wenn der Winkel in geeigneter Weise eingestellt wird. Wenn zum Beispiel die Ausführungsbeispiele 1 bis 3 mit den Vergleichsbeispielen 1 und 2 verglichen werden, weisen die Ausführungsbeispiele 1 bis 3 gegenüber den Vergleichsbeispie len 1 und 2 eine ausgezeichnete Dauerbiegeermüdungsfestigkeit auf. Wenn in ähnli cher Weise das Ausführungsbeispiel 4 mit dem Vergleichsbeispiel 3 verglichen wird, weist das Ausführungsbeispiel 4 gegenüber dem Vergleichsbeispiel 3 eine ausge zeichnete Dauerbiegeermüdungsfestigkeit auf.

Nun werden Vergleiche zwischen den Ausführungsbeispielen 2, 4, 5 und 6 gemacht. Je kleiner die Deniernummer des Faserbündels wird, desto kleiner wird die Aus gangsfestigkeit des Riemens. Wie daraus ersichtlich ist, liegt die Deniernummer des Faserbündels vorzugsweise bei 700 D oder mehr, um einen geeigneten Wert für die Ausgangsfestigkeit des Riemens, z. B. 1000 kgf/19 mm, zu erhalten, wobei aber eine größere Deniernummer des Faserbündels einen Nachteil bezüglich der Dauerbiege ermüdungsfestigkeit des Riemens vorsieht.

Claims

1. Spannelement für einen Riemen, das aus einer geflochtenen Schnur gebildet wird, die sich aus vier Aramid-Faserbündeln zusammensetzt, die alle die gleiche Garnnummer aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verhältnis p/d einer Flechtteilung p der geflochtenen Schnur zu einem Durchmesser d der geflochtenen Schnur die folgende Beziehung zufrieden stellt: 3,7 ≦ p/d ≦ 5,5

2. Spannelement für einen Riemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Aramid-Faserbündel auf eine Garnnummer von 700 D bis 1300 D festgelegt ist.

3. Kraftübertragungsriemen, der das Spannelement für einen Riemen nach An spruch 1 oder 2 enthält.

4. Zahnriemen mit einem Spannelement, das sich über die Länge des Riemens erstreckt, einem Stützgummiteil, das an einer äußeren Umfangsseite des Spannelements befestigt ist, und einer Vielzahl von Zahngummiteilen, die auf einer inneren Umfangsseite des Spannelements befestigt und in bestimmten Abständen in einer Längsrichtung des Riemens angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet ist, daß das bei dem Zahnriemen verwendete Spannelement das Spannelement für einen Riemen nach Anspruch 1 oder 2 ist.