DE19651728C2 - Spannelement für einen Riemen - Google Patents
Spannelement für einen RiemenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Spannelement für einen Riemen gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie die Verwendung eines solchen Spannelements.
Kraftübertragungsriemen, wie z. B. ein Zahnriemen, ein Keilriemen, ein Flachrie
men, oder ein Rippenriemen, benötigen eine hohe Festigkeit, einen hohen Elasti
zitätsmodul 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 Kraft
übertragungsriemens eingebettet. Derartige Verstärkungen werden im allgemeinen
unter Verwendung eines Zwirns gebildet, der durch Zusammendrehen einer Viel
zahl von Faserbündeln gebildet wird. Zwirne werden durch die Art des Zusammen
drehens in verschiedene Typen unterteilt, z. B. Bauschgarn, einfach-gezwirntes
Garn und Längsschlaggarn (Lang's twist yarn).
Ein Spannelement für einen Kraftübertragungsriemen, das von einer eingedrillten
Schnur aus wiederum eingedrillten Aramid-Fasersträngen gebildet wird, ist aus der
DE 42 15 142 A1 bekannt.
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 Kraftübertragungs
riemen wird unter den aggressiven Bedingungen einer hohen Belastung, einer ho
hen Temperatur und dergleichen verwendet. In Anbetracht dessen ist es er
wünscht, das Spannelement zu verbessern, das aus der oben genannten gefloch
tenen Schnur hergestellt wird.
Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine geflochtene Schnur als
ein Spannelement für einen Riemen zu verbessern, wodurch die Dauerbiegeermü
dungsfestigkeit des Riemens erhöht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Spannelement gemäß dem An
spruch 1 gelöst. Eine bevorzugte Ausführung ist Gegenstand des Unteranspruchs.
Erfindungsgemäß wird dieses Spannelement für einen Kraftübertragungsriemen
verwendet.
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 Ab
rieb zwischen den Faserbündeln auftritt, und der Abrieb ist eine Ursache für die
Ermüdung der geflochtenen Schnur.
Die geflochtene Schnur, die aus vier Aramid-Faserbündeln gebildet ist, die die glei
che Garnnummer aufweisen, ist also so zusammengesetzt, daß ein Verhältnis einer
Flechtteilung zu einem Schnurdurchmesser in einem Bereich von geeigneten Wer
ten festgelegt wird, wodurch eine Reibung zwischen den Aramid-Faserbündeln der
geflochtenen 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 auf
grund 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 Faserbündeln 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 Un
terdrückung des innerhalb der geflochtenen Schnur erzeugten Abriebs einge
schränkt werden. Dadurch wird die Dauerbiegeermüdungsfestigkeit des Riemens
größer.
Eine bevorzugte Ausführung 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 Denier 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 Garnnum
mer jedes Aramid-Faserbündels über 1300 D liegt. Dadurch wird es schwierig, eine
ausgezeichnete Biegung eines Kraftübertragungsriemens zu erzielen, wenn der
Riemen so benutzt wird, daß er um eine Riemenscheibe mit einem kleinen Durch
messer 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.
In vorteilhafter Weise wird das erfindungsgemäße Spannelement für einen Zahn
riemen verwendet, der neben dem sich über die Länge des Riemens erstreckende
Spannelement folgendes umfaßt: ein Stützgummiteil, das an einer äußeren Um
fangsseite des Spannelements befestigt ist, und eine Vielzahl von Zahngummitei
len, die auf einer inneren Umfangsseite des Spannelements befestigt und in be
stimmten Abständen in einer Längsrichtung des Riemens angeordnet sind.
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.
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.
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 Kraftüber
tragungsriemens 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.
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.
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.
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 Spann
elements 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Die Testergebnisse sind in der unten genannten Tabelle 1b gezeigt.
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 (3)
1. Spannelement für einen Riemen, das aus einer geflochtenen Schnur gebildet
wird, die sich aus vier Aramid-Faserbündeln zusammensetzt, die alle die glei
che Garnnummer aufweisen,
dadurch gekennzeichnet, daß
ein Verhältnis p/d einer Flechtteilung p der geflochtenen Schnur (11) zu einem
Durchmesser d der geflochtenen Schnur die folgende Beziehung zufrieden
stellt:
3,7 ≦ p/d ≦ 5,5
3,7 ≦ p/d ≦ 5,5
2. Spannelement für einen Riemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß jedes der Aramid-Faserbündel (12) auf eine Garnnummer von 700 D bis
1300 D festgelegt ist.
3. Verwendung eines Spannelements nach Anspruch 1 oder 2 für einen
Kraftübertragungsriemen (21).
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