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Die Erfindung betrifft einen Spleiß zur Verbindung zweier Enden von aus Litzen, Zwirnen oder Filamenten geschlagenen oder gedrehten Festigkeitsträgern in einem elastomerem Bauteil, insbesondere einen Spleiß in Antriebsriemen oder Fördergurten, der zur Verbindung der dort vorhandenen Corden/Festigkeitsträger dient. Weiterhin betrifft die Erfindung ein zur Herstellung eines solchen Spleißes geeignetes Verfahren sowie die Verwendung eines solchen Spleißes in besonders belasteten elastomerem Bauteilen.
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Zug- oder Kraftübertragungsmittel aus elastomerem Werkstoff, wie etwa Gummi, Polyurethan (PU) oder Kunststoff, weisen zur Zugkraftübertragung in aller Regel Festigkeitsträger auf, wobei im Festigkeitsträger jeweils ein oder mehrere Litzen, Zwirne oder Filamente aus verschiedenen Arten von Fasern angeordnet sind, oft geschlagenen oder gedreht und/oder als Faserbündel oder Filamentgarn ausgebildet. Die Festigkeitsträger sind im elastomeren Werkstoff fest eingebunden, bei z. B. Gummi in die Gummimatrix einvulkanisiert.
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Verbindungen von geschlagenen Seilen und Kabeln allgemeiner Art, zum Beispiel durch Spleiße, sind vielfach bekannt. So offenbart zum Beispiel die
DE 603 08 552 T2 ein Verfahren zur Herstellung eines Spleißes für ein Kabelschlagseil, bei dem Kardeelen oder Litzen eines aufgeteilten Seilendes gegeneinander in Öffnungen des anderen Endes eingesteckt werden.
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Verbindungen von Festigkeitsträger in elastomeren und einer hohen mechanischen Belastung unterliegenden Bauteilen, zum Beispiel in als Zahnriemen ausgebildeten Antriebsriemen, sind bisher allerdings eher unüblich.
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So werden Zahnriemen bis heute vorwiegend mit Corden ohne Spleiß als Festigkeits- und Zugträger hergestellt. Nicht genutzte Restmengen von Corden verbleiben so auf den Anlieferungsspulen der Cord-Lieferanten. Dadurch fällt während der Produktion eine erhöhte Abfallmenge an.
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Ein Spleiß als Verbindung von Festigkeitsträgern etwa in einem Antriebsriemen muss zudem hohe Anforderungen erfüllen. Ein solcher Spleiß muss nicht nur eine ausreichende Zugfestigkeit im späteren Betriebszustand unter ständigen Biegewechseln besitzen, sondern muss auch die bei der Herstellung des Antriebsriemens entstehenden Kräfte, hier zum Beispiel in einem Spul-Prozess, problemlos ertragen können, ohne das die Verbindungsstelle reißt oder sich irgendwo in der Spulmaschine verhakt.
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Ein solcher Spleiß darf andererseits auch nicht zur Unregelmäßigkeit im Riemenaufbau führen, d. h. keine Verdickung, keinen sichtbarer Knoten erzeugen und auch keine Verringerung der Biegeelastizität oder der ertragbaren Biegespannung des Riemens hervorrufen.
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Für die Erfindung bestand also die Aufgabe, durch Bereitstellung einer geeigneten Verbindungstechnik für Festigkeitsträger in elastomerem Material einerseits die Abfallmengen von Cordmaterial zu reduzieren, so dass sämtliche angelieferte Materialien genutzt und verarbeitet werden können, andererseits den Herstellungsablauf von mit Festigkeitsträgern versehenen Elastomerbauteilen zu verbessern, in dem zum Beispiel ein so genannter Spul-Prozess, bei dem Festigkeitsträger auf einen aus elastomerem Material aufgebauten Rotationskörper aufgelegt werden, der als Mehrfach-Bauteil später wieder aufgetrennt wird, nicht mehr im halben oder noch gefüllten Wickel (Trommel) gestoppt werden muss, ohne das die verbleibenden Cordreste weiter genutzt werden können. Weiterhin war es Aufgabe der Erfindung, eine Verbindung mit einer hohen Festigkeit im Betrieb des elastomeren Materials und bei seiner Herstellung bereitzustellen, die ohne Weiteres als Ersatz der bisher nahezu ausschließlich verwendeten einteiligen Corde genutzt werden kann.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs. Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Dabei weist der Spleiß bzw. Verbindungsbereich im Wesentlichen die gleiche Anzahl von Litzen, Zwirnen oder Filamenten auf wie die angrenzenden nicht gespleißten Bereiche und ist von einer die im Spleiß bzw. Verbindungsbereich verbleibenden Litzen, Zwirne oder Filamente unter Druck umschließenden Umhüllung umgeben.
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Wie leicht nachzuvollziehen wird durch den Einsatz als solchen eines erfindungsgemäßen Spleißes bei der Herstellung von elastomeren Bauteilen der Restmengenabfall von Corden/Festigkeiträgern stark reduziert, da durch die Verbindung von Festigkeitsträgern nahezu alle wesentlichen Restmengen mit einer guten Cord-Spleißverbindung wieder zu einem Strang verbunden werden, der z. B. in Form einer komplett gefüllte Cordspule wieder in der Produktion verwendet werden kann.
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Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Spleißes, nämlich durch im Wesentlichen die gleiche Anzahl von Litzen, Zwirnen oder Filamenten im Spleiss wie in den angrenzenden nicht gespleißten Bereichen und der unter Druck umschließenden Umhüllung entsteht eine Verbindung von Festigkeitsträgern, die ohne Weiteres auch in hoch belasteten elastomerem Bauteilen verwendet werden kann. Der entstehende Spleiß stellt eine sehr biegewillige und flexible Verbindungsstelle dar, die den Serienspulprozess nicht stört und die im Riemen verbleiben kann ohne die wesentlichen Riemeneigenschaften negativ zu beeinflussen.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass die beiden durch den Spleiß verbundenen Enden durch jeweilige Entfernung einer Anzahl von Litzen, Zwirnen oder Filamenten im Spleiß bzw. Verbindungsbereich verdünnt/verjüngt ausgebildet sind, insbesondere durch Entfernung einer an beiden Enden gleichen Anzahl von Litzen, Zwirnen oder Filamenten. Damit erhält man auf einfache Weise die Flexibilität und die Biegeeigenschaften des Festigkeitsträgers im Bereich des Spleißes und damit natürlich die entsprechenden Eigenschaften des elastomerem Bauteilen. So ist etwa in einem Zahnriemen zur Anwendung in einem Riementrieb der Spleißbereich genauso belastbar wie die übrigen Bereiche.
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Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass die Umhüllung aus einer unter Zug aufgebrachten Garnumwicklung besteht, insbesondere aus einem Garn mit geringerem Durchmesser als dem der Litzen. Dies vereinfacht die Herstellung des Spleißes und erzeugt keinen oder nur einen geringen Auftrag, d. h. eine kaum merkbare Verdickung im Bereich des Spleißes.
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Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass die Spleißlänge zwischen 50 und 400 mm liegt. Damit können die üblichen Formen von Antriebsriemen, wie z. B. Flachriemen, Keilriemen, Keilrippenriemen und Zahnriemen auf einfache Weise durch entsprechende Auslegung der Spleißlänge mit an die Zugbelastungen und Biegefestigkeit angepassten Spleißen versehen werden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass der Spleiß zur Verbindung zweier Enden von Festigkeitsträgern aus Glasfasern, Aramidfasern, Polyamidfasern (PA) oder Polyethylenfasern (PE) genutzt wird. Bei all diesen Werkstoffen ist der erfindungsgemäße Spleiß ohne Schwierigkeiten einsetzbar.
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Ein besonders geeignetes Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Spleißes besteht darin, dass
- – zunächst die geschlagenen oder gedrehten Litzen, Zwirne oder Filamente an beiden zu verbindenden Enden der Festigkeitsträger separiert bzw. vereinzelt werden, vorzugsweise über eine Länge von 50 bis 400 mm,
- – dass danach eine erste Anzahl von vereinzelten Litzen, Zwirnen oder Filamenten eines Endes mit einer zweiten Anzahl von vereinzelten Litzen, Zwirnen oder Filamenten des anderen Endes verbunden werden, wobei die Summe der ersten Anzahl und der zweiten Anzahl die Gesamtanzahl der Litzen, Zwirne oder Filamente in einem der nicht gespleißten benachbarten Bereiche der verbundenen Enden nicht überschreitet,
- – wobei die nicht miteinander verbundenen vereinzelten Litzen, Zwirnen oder Filamenten beider Enden am Beginn des Separations- oder Vereinzelungsbereiches abgetrennt werden, und
- – dass schließlich die miteinander verbundene erste und zweite Anzahl von Litzen, Zwirnen oder Filamenten mit einer die verbundenen Litzen, Zwirnen oder Filamenten unter Druck zusammenpressenden Umhüllung versehen wird, die sich im Wesentlichen über die Länge des Spleißes erstreckt.
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Eine solche Verfahrensausbildung erlaubt sowohl eine manuelle als auch maschinelle Herstellung und beinhaltet nur wenige einfache Schritte, die leicht in einen bestehenden Herstellprozess eingegliedert werden können.
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Eine weitere vorteilhafte, weil sehr einfache Ausbildung des Herstellungsverfahrens besteht darin, dass eine gleiche Anzahl von separierten Litzen, Zwirnen oder Filamenten von beiden Enden miteinander verbunden wird vorzugsweise derart, dass jeweils die Hälfte der ursprünglich vorhandenen Litzen, Zwirnen oder Filamenten miteinander verbunden und die andere Hälfte abgetrennt wird. Natürlich ist es auch möglich, bei entsprechender Beachtung der zu übertragenden Zugkräfte im Spleiß, dass unterschiedliche Anzahlen von Litzen, Zwirnen oder Filamenten von beiden Enden miteinander verbunden werden.
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Eine weitere, ebenfalls durch ihre Einfachheit vorteilhafte Ausbildung des Verfahrens besteht darin, dass die Umhüllung durch eine unter Zug aufgebrachte Umwicklung des Spleißes mit einem Garn aufgebracht wird. Natürlich sind auch andere Arten der Umhüllung möglich, so zum Beispiel durch verpresste und den Spleiß umschließende Hülsen, durch „crimping” aufgebrachte Hülsen, oder durch Einvulkanisieren des Spleißes unter Druck.
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Wie bereits angedeutet, lässt sich der erfindungsgemäße Spleiß mit seine hohen Festigkeit und Biegefähigkeit besonders gut für hoch belastete elastomere Bauteile verwenden, nämlich für die Verbindung der Enden von Festigkeitsträgern oder Corden in Antriebsriemen, insbesondere in Zahnriemen oder auch für die Verbindung der Enden von Festigkeitsträgern oder Corden in Förderbändern.
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Anhand eines auf die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte ausgerichteten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen
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1 Einen Riementrieb als Skizze in Gesamtdarstellung
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2a–2g Skizzen der Verfahrensschritte zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Spleißes
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3 Foto eines fertig hergestellten Spleißes
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1 zeigt im Sinne eine Gesamtdarstellung und zur Übersicht einen Ausschnitt aus einem Riementrieb 1 mit einem aus elastomerem Material (Gummi) bestehenden Zahnriemen 2, der von einer Zahnscheibe 3 angetrieben wird und an einer Rückenrolle 4 (Spann- oder Umlenkrolle) vorbeiläuft. Der Zahnriemiemen ist mit Festigkeitsträgern/Zugsträngen 5 versehen. Der Festigkeitsträger 5 bzw. Zugträger oder Zugstrang ist hier ein Aramidcord, der aus gedrehten Litzen besteht. Je nach Anstellung der Spannrolle 4 entstehen im Zahnriemen und damit in den Festigkeitsträgern 5 hohe Belastungen unter anderem durch Biegewechsel.
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Die 2a bis 2g zeigt in Form von Skizzen die Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung eines Spleißes zur Verbindung zweier Enden des hier als Aramidcord ausgebildeten Festigkeitsträgers 5.
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2a zeigt ein Ende 5a eines zu verbindenden Festigkeitsträgers 5. 2b zeigte den Einsatz einer Nadel 6, mit der zunächst die geschlagenen oder gedrehten Litzen an dem zu verbindenden Ende 5a der Festigkeitsträger 5 separiert bzw. vereinzelt werden. In diesem Fall besteht der Festigkeitsträger 5 aus zwei Litzen 7 und 8, die als separierte Litzen in 2c dargestellt sind.
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Wie in 2d dargestellt, werden die nicht miteinander zur Verbindung vorgesehenen bzw. verbundenen vereinzelten Litzen der Enden, hier die Litze 8, am Beginn des Separations- oder Vereinzelungsbereiches abgetrennt. Dasselbe gescheht mit den Litzen eines anderen zur Verbindung vorgesehenen Endes 5b, so dass der in 2e dargestellte Zustand entsteht.
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Die 2e und 2f zeigen, wie die erste Anzahl von vereinzelten Litzen eines Endes 5a, hier die Litze 7, mit einer zweiten Anzahl von vereinzelten Litzen eines anderen Endes 5b, hier die Litze 9, verbunden wird, wobei die Summe der ersten Anzahl und der zweiten Anzahl die Gesamtanzahl der Litzen, Zwirne oder Filamente in einem der nicht gespleißten benachbarten Bereiche der verbundenen Enden nicht überschreitet.
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Die Litzen 7 und 9 werden in diesem Fall miteinander verzwirnt/verdreht. Damit sind hier sowohl im Spleiß zwei Litzen vorhanden, nämlich die Litze 7 des einen Endes 5a des Zugstrangs 5 und die Litze 9 des andern Ende 5b des Zugstrangs 5, als auch in den Bereichen neben dem Spleiß und über die übrige Länge des Zugstrangs 5, in der zwei Litzen vorhanden sind, wie die 2a bis 2d zeigen.
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Schließlich werden, wie in der 2g gezeigt, die miteinander verbundene erste Litze 7 und zweite Litze 9 über die Länge des Spleißes mit einer die Litzen unter Druck zusammenpressenden Umhüllung 10 versehen, die durch eine unter Zug aufgebrachte Umwicklung des Spleißes mit einem Garn 11 aufgebracht wird.
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In diesem Fall ist der Aufbau des Spleißes also so, dass jeweils die Hälfte der ursprünglich vorhandenen zwei Litzen eines Endes miteinander verbunden und die andere Hälfte abgetrennt wird.
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3 zeigt noch einmal ein Foto eines fertig hergestellten Spleißes mit der Spleißlänge 12 von 130 mm. Hier wird deutlich, dass durch im Wesentlichen die gleiche Anzahl von Litzen im Spleiß wie in den angrenzenden nicht gespleißten Bereichen die Dicke des Festigkeitsträgers einschließlich der unter Druck den Spleiß umschließenden Umhüllung die ursprüngliche Dicke des Festigkeitsträgers außerhalb des Spleißes nicht merkbar überschreitet. Der Spleiß ist somit gleichermaßen hoch belastbar und trägt im fertigen Zahnriemen nicht auf.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Riementrieb
- 2
- Zahnriemen
- 3
- Zahnscheibe
- 4
- Rückenrolle
- 5
- Zugstrang
- 5a
- erstes Ende
- 5b
- zweites Ende
- 6
- Nadel
- 7
- Litze
- 8
- Litze
- 9
- Litze
- 10
- Umhüllung
- 11
- Garn
- 12
- Spleißlänge
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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