DE2249488B2 - Zahnriemen und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

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Die Erfindung geht aus von einem endlosen Zahnriemen, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen und durch die US-PS 21 89 049 bekanntgewordenen Art.

Der bekannte Breitkeilriemen ist als Gliederkeilriemen ausgebildet und weist auf der den Zähnen abgewandten Seite vorstehende Versteifungsglieder auf. Die Zähne enthalten Versteifungseinlagen aus metallischen Querstangen. Die Versteifungseinlagen sind voll in das Versteifungsglied eingebettet und haben die Aufgabe, den Riemen gegen seitliches Zusammendrücken zu versteifen. In der Mitte des Gliederkeilriemens verläuft eine Zugschicht, die von den Querstangen durch imprägnierte Gewebebahnen getrennt ist. Auf die ^b5 Unterseite des Riemens, die durch die vorstehenden Versteifungsglieder profiliert ist, ist ein Hüll- oder Deckband mit einer Einlage aus einem Gewebe aufvulkanisiert. Die Querteile haben lediglich die Aufgabe, für Formsteifigkeit der Zähne zu sorgen. Sie können sich daher bei ungleichmäßiger Lastverteilung im Inneren des Riemenkörpers gegeneinander verschieben. Sie haben solche Abstände von dem Deckband und der Zugschicht, daß keine gegenseitige Beeinflussung stattfinden kann.

Bei einem bekannten Herstellungsverfahren für Zahnriemen (BE-PS 7 18 148) werden in die Nuten einer Aufbautrommel Leisten eingesetzt, die aber nur vorübergehend dazu verwendet werden, das Verstärkungsgewehe in die Nuten einzulegen. Danach werden die Leisten vor dem Gießen und Vulkanisieren entfernt. Der fertige Zahnriemen enthält keinerlei Querteile im Inneren der Zähne.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, endlose Zahnriemen der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen und durch die US-PS 21 89 049 bekanntgewordenen Art insoweit zu verbessern, daß die in Längsrichtung verlaufenden dehnbaren Zugorgane in gegenseitiger Ausrichtung gehalten werden, dabei eine Überlastung einzelner Zugorgane vermieden wird und außerdem die Bespannung verstärkt und abgestützt wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Gestaltungsmerkmale vorgegeben, während in Ansprach 2 noch eine voneühafte und förderliche Weiterbildung als gegenständliches Merkmal beansprucht ist.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 3 angegebenen und durch die US-PS 33 49 634 und die US-PS 29 83 637 bekannten Art. Bei diesen bekannten Verfahren zur Herstellung von Zahnriemen wird um einen Kern, der achsparallele Nuten aufweist, eine dehnbare Bespannung gewickelt und der Kern anschließend in eine Gießform eingesetzt. Dabei füllen sich die Längsnuten mit Elastomeren, so daß Zähne entstehen, deren Inneres frei von Verstärkungsteilen ist. Im Anspruch 3 ist ein vorteilhaftes Herstellungsverfahren für Zahnriemen im Rahmen der genannten Aufgabenlösung angegeben, das durch die Merkmale des Anspruches 4 noch weitergebildet wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Zahnriemen füllen die Querteile den Querschnittsbereich eines Zahnes nahezu voll aus. Dies bedeutet, daß sie einerseits in unmittelbare Nähe zu den Längs-Zugorganen kommen und andererseits auch sehr nahe an der verschleißfesten Bespannung liegen. Der Umstand, daß die Querteile die Zugorgane entweder direkt berühren oder nur durch eine ganz dünne Elastomerschichi von diesen getrennt sind, bewirkt eine Wechselwirkung zwischen Querteilen und Zugorganen. Bei normalen Zahnriemen besteht die Möglichkeit, daß sich einzelne Zugorgane in Riemenlängsrichtung gegenüber den anderen Zugorganen verschieben. Hierdurch entsteht nicht nur eine ungleichmäßige Beanspruchung der Zugorgane, sondern auch die Gefahr der Rißbildung im Elastomeren. Nach der Erfindung werden solche Verschiebungen dadurch verhindert, daß die Querteile so nahe an jedem der Zugorgane liegen, daß sie eine Verankerung bilden. Das gleiche gilt auch für die an der Riemenaußenseite vorgesehene Bespannung, an der die Querteile ebenfalls entweder in direkter Berührung oder unter Trennung durch eine dünne Elastomerschicht anliegen.

Bei dem im Anspruch 3 angegebenen Verfahren, bei dem die im Riemen verbleibenden Querteile in die Nuten des Formkerns eingelegt werden, bilden die Querteile ein durch den Kern provisorisch festgehalte-

nes Fasergitter, das mit dem Elastomeren ausgegossen wird und anschließend vernetzt.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren an einem Ausführungsbeispie! näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Teildarstellung eines Treibriemens,

Fig.2 zeigt eine Ausführungsform der Gießvorrichtung zur Herstellung eines Treibriemens,

Fig. 3 zeigt eine perspektivische Teilansicht einer Gießvorrichtung zur Herstellung eines Mehrfachriemens mit Verzahnung,

Fig.4 zeigt einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform der Erfindung.

In F i g. 1 ist ein endloser Zahnriemen dargestellt. Der '5 Zahnriemen besteht aus einem oberen Riemenabschnitt 12 aus elastomerem Material und einer Reihe von im Abstand voneinander angeordneten Zähnen 16, die ebenfalls ein elastomeres Material enthalten. Das in dem oberen Riementeil 12 verwandte elastomere Material und dasjenige des Verzahnungskörpers 14 sind kompatibel und können entweder aus dem gleichen oder aus unterschiedlichen Elastomertypen bestehen. Bevorzugte Elastomere umfassen kautschukähnliche Materialien, im allgemeinen natürliche oder synthetische Kautschuke oder kautschukähnliche Massen. Beispiele solcher synthetischer Kautschuke umfassen Materialien wie Styrol-Butadien, Butadien-Acryl, Nicryl-Copolymere, Polychloroprene, Neoprene, Polyurethane, Polybutadien, Polyisopren oder Mischungen dieser Materialien untereinander oder mit Naturkautschuk. Der elastomere obere Riementeil 12 ist mit einer dehnbaren Verstärkungsschicht versehen oder mit mehreren Verstärkungsteilen, wie beispielsweise den in Längsrichtung verlaufenden und im Abstand zueinander liegenden dehnbaren Strängen 18. Diese dehnbaren Stränge 18 können aus einem oder mehreren Fäden eines herkömmlichen zugfesten Materials bestehen, beispielsweise aus Polyamidschnur, Faserglas, Polyester-Schnur oder aus Draht. Die dehnbaren Stränge können vorgespannt und/oder mit einem geeigneten Material imprägniert sein.

In die Zähne 16 sind eine oder mehrere Querteile 20 eingebettet. Ferner ist eine der Innenkontur des Zahnriemens folgende Stoffbespannung 22 vorgesehen.

Die Verstärkungsbespannung 22 schmiegt sich eng an die Innenseite des Zahnriemens an und bildet eine Flächenschicht für die Verzahnung 16 bzw. die Zähne mit den dazwischenliegenden Zahntälern 24. Die Stoffbespannung kann aus einem herkömmlichen Gewebe aus Kettenfäden und Schußfäden bestehen, die in jedem gewünschten Winkel verlegt sein können oder aus Kettenfäden, die durch im Abstand voneinander angeordnete Halteschnüre zusammengehalten werden, bzw. durch andere Verstärkungskonfigurationen. Erforderlichenfalls kann die Bespannung schräggeschnitten sein, wie dargestellt. Es können konventionelle Bespannungen zum Einsatz kommen, wie solche aus Baumwolle, Polyester, Polyamiden, Hanf, Jute und verschiedene andere Natur- und Synthetikfasern. Die bo Bespannung kann erforderlichenfalls gummiert sein. Die Bespannung kann aus einem dehnbaren verschleißfesten Stoff, wie Nylon, bestehen, wenn ein flüssiges gießfähiges Elastomer, wie Polyurethan verwendet wird. Bei Verwendung eines leichtflüssigen Elastomeren h^r> wie Polyurethan wird die Bespannungsschicht 22 normalerweise mit dem Elastomeren imprägniert und besitzt außen eine Gummischicht des Elastomeren, die die (nicht dargestellte) Innenfläche des Zahnriemens bildet.

Die verschleißfeste Schicht 22 hat mehrere Funktionen. Unter anderem bewirkt sie eine Erhöhung der Scherfestigkeit der Verzahnung 16 sowie eine Erhöhung der Abriebfestigkeit. Sie bildet eine Schutzschicht, die sowohl die dehnbaren Stränge 18 an den Nutenteilen 24 zwischen den Zähnen an der Innenfläche des Zahnriemens abschirmt als auch die querlaufenden Verzahnungsteile 20 davor schützt, infolge der Scherbeanspruchung und des Abriebes freigelegt zu werden. Im Hinblick auf solche Elastomere, die zur Lärmerzeugung neigen, wenn die Zähne des Zahnriemens in die entsprechende Verzahnung einer Riemenscheibe eingreifen, z. B. einige Urethanpolymere, wirkt die widerstandsfähige Bespannung 22 als Isolierung für den Elastomerkörper, wie beispielsweise für den Bereich 14, gegen direkte Berührung mit den Kettenrädern. Obwohl Urethanelastomere eine Reihe von Vorteilen gegenüber herkömmlichen Elastomeren bei Treibriemen bieten, ist die Lärmerzeugung durch Polyurethanriemen bislang ein erheblicher Einwand gegen ihre Verwendung.

Die in die Zähne eingebetteten querverlaufenden Teile 20 haben eine Reihe von wichtigen Funktionen. In einer Hinsicht erhöhen diese Teile die Scherfestigkeit der Zähne und dämpfen das Geräusch, das erzeugt wird, wenn die Zähne auf die Oberflächen der mit ihnen kämmenden Zähne der Zahnräder oder Zahnriemenräder für den Antrieb oder Abtrieb aufschlagen. Diese querverlaufenden Teile füüen den Zahnbereich in vertikaler Richtung im wesentlichen vollständig, so daß sie in dichte Nähe sowohl zu der Bespannung 22 als auch zum dehnbaren Bereich 18 kommen. Diese Anordnung bewirkt eine Verstärkung bzw. eine Abstützung für die Bespannung 22 und hält den dehnbaren Bereich 18 in gegenseitiger Ausrichtung, z. B. indem im wesentlichen verhindert wird, daß die einzelnen dehnbaren Strangteile 18 gegeneinander verschoben werden. Die querverlaufenden Teile 20 verleihen dem Riemen eine zusätzliche Querfestigkeit, indem sie die Ausbildung unerwünschter Wellen während des Betriebes entlang der Riemenfläche verhindern. Die querverlaufenden Teile tragen ferner dazu bei, die .Stoffschicht während des Herstellungsprozesses des Riemens in den Nuten des Kernes niederzuhalten. Im allgemeinen wird der Riemen auf einer herkömmlichen Trommel aufgebaut und danach durch einen Form- oder Gießvorgang, beispielsweise durch Druckguß oder Injektion weiterverarbeitet. Die Teile 20 haben bei Verwendung eines fließfähigen Elastomeren die schon genannte außerordentlich wichtige Funktion der Positionierung des Stoffes an der Innenkontur des Riemens während des Gießverfahrens.

Die Teile 20 können aus einem oder mehreren Elementen bestehen, die sich im wesentlichen in Querrichtung zur Rotationsrichtung des Riemens erstrecken. Sie können aus geeignetem länglichem Material mit entsprechend gewähltem Querschnitt bestehen und bewirken eine Verstärkung der Zähne. Beispiele für geeignete Materialien sind Polyester, Zellulosematerialien, wie Rayon, Baumwolle. Polyamide, vie Nylon, Hartgummi, Draht oder Fiberglas, oder andere Materialien in verschiedenen Konfigurationen, beispielsweise Schnüre, Fäden, gedrehte Litze, Rohre, geflochtene Fasern, Stangen usw. Wenn das Querteil 20 nicht von sich aus an dem elastomeren Körper 14 und 12 haftet, kann es in eeeieneter Weise mit einer Substanz

imprägniert werden, die für das nötige Haftvermögen sorgt.

Eine Modifizierung des Riemens nach Fig. 1 ist in Fig.4 dargestellt, wobei der Schnitt entlang der Bewegungsrichtung des Riemens gewählt ist. Der Riemen besteht aus dem oberen Riementeil 52 aus elastomerem Material, das eine sich in Umfangsrichtung erstreckende dehnbare Schicht 54 enthält. Der untere Riementeil weist mehrere im Abstand voneinander angeordnete Zähne 56 auf, die nach der Erfindung eine äußere Stoffbespannung sowie mehrere Querteile 20 besitzen. Die Stoffbespannung ist abriebfest. Die Querteile füllen den größeren Anteil der Zähne 56 aus und insbesondere die vertikale Strecke »a« zwischen dem dehnbaren Teil und dem am weitesten innenliegenden Bereich der Zähne. Bei dieser Riemenform besteht eine tiefe Nut zwischen den Zähnen, und das Verhältnis a : b beträgt mindestens etwa 1,0 : 1, mindestens 1,4 : 1, wobei b die Entfernung zwischen zwei benachbarten Zähnen, gemessen an ihren jeweiligen Basisflächen darstellt. Dieser Riemen hat eine hohe Tragfähigkeit und kann in einigen Fällen Kräfte solcher Größenordnung übertragen, die zuvor Kettentrieben vorbehalten waren.

Eine Gießvorrichtung 32 ist in F i g. 2 dargestellt. Sie enthält eine äußere Vakuumkammer 34, eine Plattform 36, auf der die Vakuumkammer ruht, eine zentral angeordnete drehbare Welle 38, die sich von außen her durch die Plattform hindurch in die Vakuumkammer erstreckt, und in deren Innerem einen Kern 40 trägt, und schließlich eine den Kern 40 konzentrisch mit Abstand umgebende Gießform 42. Die Vakuumkammer 34 kann durch eine Saugleitung 44 evakuiert werden, die an eine nicht dargestellte Vakuumpumpe angeschlossen ist. Das flüssige Gießmaterial wird durch eine Einlaßöffnung 46 hindurch, die von oben her auf die Verteilerplatte 48 gerichtet ist, eingeführt. Wenn die Vorrichtung in Drehung versetzt wird, wird das flüssige Elastomer infolge der Fliehkraft und durch ein Leitsystem, das Bestandteil der Verteilerplatte 48 ist, in die Außenbereiche getrieben. Im Außenbereich der Platte wird das Material dann in den von dem zentralen Kern 40 und der äußeren Gießform 42 begrenzten Hohlraum geleitet.

Diese Art des Fliehkraftgusses führt von selbst zu einer Reihe von Modifikationen. So kann ein Riemen mit schichtförmiger Riemenstruktur mit Materialien unterschiedlicher Materialdichten hergestellt werden, indem zwei oder mehr Komponenten mit unterschiedlichen spezifischen Gewichten verwendet werden, wobei die durch den rotierenden Kern erzeugte Zentrifugalkraft dazu benutzt wird, diese Komponenten zu trennen. Die schwerere Komponente wird innerhalb der Form nach außen gedrückt und die leichtere Komponente befindet sich dann an der der Formmitte zugewandten Seite, usw. Weiterhin kann man den Außenbereich des Gießformvolumens mit einer Komponente teilweise füllen und danach eine partielle Schlcudcrung vornehmen, um anschließend eine zweite Komponente einzumessen und den inneren Bereich der Form durch Schleudern zu füllen.

Zur Durchführung des Gießvorganges können verschiedene Materialarten verwendet werden. Günstig sind flüssige Elastomere, beispielsweise Plastisole, Organosole, flüssige Chloroprene, flüssige Polysulfide, flüssige Kautschuke, Silikone, Epoxyde, Urethane, karboxyliertes Butadien-Acrylonitril, Harze auf Polyesterbasis, Harze auf Polyätherbasis und andere.

Gegenwärtig werden im allgemeinen Polyurethanelastomere wegen ihrer Zugfestigkeit, ihrer Abriebfestigkeit und ihre zufriedenstellenden Kennworte und Elastizitätseigenschaften bevorzugt. In herkömmlicher Weise wird ein Polyurethan-Prepolymer (gebildet durch Reaktion eines aktiven Wasserstoff enthaltenden Bestandteils mit einem Polyisocyanat) mit einem gewissen Gehalt an freiem NCO mit einem Bindemittel und gewünschtenfalls mit einem Plastifizierer oder einem anderen Bestandteil gemischt und in die Gießform eingegeben.

Es können bekannte Härtemittel verwendet werden, wie organischen Stickstoff enthaltende Stoffe, beispielsweise substituierte aromatische Amine.

In Fig. 3 ist der Gießformhohlraum zum Gießen eines Riemens dargestellt. Eine mit trapezförmigen Nuten versehene Gießform 42 umgibt den darin angeordneten Kern konzentrisch. Der Kern besitzt Nuten 45, die sich axial erstrecken und mit vorstehenden Bereichen 47 abwechseln. Die Oberseite und der Boden

3C des Kernes werden durch Verschlußkappen 50 gebildet, die mehrere Nuten 49 haben, die in Ausrichtung zu den Kernnuten 45 angeordnet sind.

Nachdem die mit Nuten versehenen stirnseitigen Kappen 50 angebracht worden sind, wird eine Stoffschicht 22 um den eingeschmierten Kern 40 herumgelegt. Der Stoff ist vorzugsweise dehnbar, so daß er leicht gestreckt und den Kernnuten angepaßt werden kann. Danach werden die Querteile 20 abwechselnd durch die nebeneinanderliegenden Nuten der einen Kappe und durch die wechselseitig angeordneten Nuten der anderen Kappe auf- und abführend hindurchgelegt, bis der gesamte Kern umwickelt ist. In dem folgenden Verfahrensschritt wird das dehnbare Teil 18 schraubenförmig um den Umfang des Kernes gewickelt, und zwar mit solcher Spannung, daß die Querteile 20 gegen die Stoffschicht 22 gedrückt werden und diese in die Nuten 45 des Kernes hineinpressen. Vorzugsweise ist die Geometrie der Kern-Nuten 45 so gewählt, daß sie sich im wesentlichen dem gesamten Querschnitt der querverlaufenden Zähne 20 anpaßt.

Nachdem die dehnbaren Teile 18 um den Kern gewickelt sind, können die Querteile 20 dicht unterhalb der stirnseitigen Kappen abgeschnitten werden, wonach der umwickelte Kern in eine Gießform der in Fig.2

Vi gezeigten Art eingesetzt wird, die dann für den Gießvorgang fertig ist. Beim Gießen unter Fliehkrafteinfluß muß Vakuum angesetzt werden, um gute Ergebnisse zu erzielen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Endloser Treibriemen, bestehend aus einem Riemenkörper aus elastomerem Material, einer in dem Riemenkörper angeordneten und mit diesem verbundenen aus Fasermaterial bestehenden Zugschicht, und mit mehreren an der Innenseite des Riemenkörpers vorgesehenen, durch Zahnlücken voneinander getrennten Zähnen, welche Querteile enthalten, die im wesentlichen quer zur Laufrichtung des Riemens angeordnet und in dem elastomeren Material eingebettet sind, wobei im wesentlichen entlang der von den Zähnen und Zahnlücken gebildeten Kontur des Riemens eine verschleißfeste Bespannung verläuft und die Querteile den Querschnittsbereich eines Zahnes in vertikaler Richtung im wesentlichen vollständig ausfüllen, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem schlupffrei mit Zahnrädern zusammenwirkenden Zahnriemen die Querteile (20) sich im wesentlichen über die gesamte Riemenbreite erstrecken und so nahe an der Bespannung (22) und der Zugschicht (18) liegen, daß sie zu deren Lagesicherung und gegenseitiger Ausrichtung beitragen.

2. Treibriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Querteile (20) aus faserigem Material bestehen.

3. Verfahren zur Herstellung eines Zahnriemens unter Verwendung eines fließfähigen elastomeren Materials, bei welchem das elastomere Material in einen zwischen einem Kern und einer Gießform gebildeten Hohlraum eingegeben wird, nachdem der Kern, der mehrere parallel zur Achse der Gießform verlaufenden Nuten besitzt, mit einer dehnbaren Bespannung umwickelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß über der dehnbaren Bespannung, Querteile in die Nuten des Kernes eingelegt und unter Dehnung der Bespannung fest eingedrückt werden, und daß das Eingießen des elastomeren Materials erfolgt, während die Querteile in die Nuten eingedrückt gehalten werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dehnbare Bespannung in die Nuten des Kernes eingedrückt wird, indem eine Faserschicht in Querrichtung zu den Querteilen über diese um den Kern herumgewickelt wird.