DE2442335B2

DE2442335B2 - Verfahren zur herstellung eines zahnriemens

Info

Publication number: DE2442335B2
Application number: DE19742442335
Authority: DE
Inventors: John D Denver CoI Redmond jun (VStA)
Original assignee: Ausscheidung in 24 62 458 The Gates Rubber Co, Denver, CoI (VStA)
Priority date: 1973-09-07
Filing date: 1974-09-04
Publication date: 1977-09-01
Also published as: DE2462458B2; DE2442335C3; FR2243065A1; US3894900A; JPS6014223B2; DE2442335A1; DE2462458A1; JPS61223352A; JPS5728813B2; BR7407286D0; BE819567A; JPH0135222B2; FR2243065B1; DE2462458C3; JPS5442553A; JPS5054755A; GB1443634A; CA1000524A

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen und z. B. durch die DT-OS 22 49 488 bekanntgewordenen Art.

Bei diesen bekannten Verfahren werden Gießformen verwandt, deren eines Formteil aus einer Trommel mit in Längsrichtung verlaufenden Nuten besteht. In die Nuten der Trommel werden Verstärkungsstränge eingelegt und die Trommel wird anschließend mit Verstärkungscords umwickelt, die in dem fertigen Riemen später die Zugcords bilden. Die Elastomer-Zahnriemen haben gegenüber herkömmlichen Gummiriemen den Vorteil, daß sie weniger Biegeermüdungen zeigen und daher um Riemenscheiben oder Riemenrollen mit kleineren Durchmessern umlaufen können. Die Riemen können im Vakuum-Schleudergußverfahren in einem einzigen Verfahrensschritt hergestellt werden, im *> Gegensatz zu den zahlreichen Verfahrensschritten, die zur Herstellung konventioneller Zahnriemen aus Gummi erforderlich sind. Die Elastomerriemen, insbesondere solche Riemen, die aus Urethan bestehen, haben jedoch den Nachteil eines lauteren Betriebsgeräusches und ⁶S einer erhöhten Betriebstemperatur gegenüber Gummiriemen. Diess liegt insbesondere an den unterschiedlichen Reibungskoeffizienten der Materialien. Der Urethanriemen haftet im allgemeinen stärker, wenn er in die Riemenrolle oder Riemenscheibe einläuft und diese verläßt, und erzeugt daher an den Zwischenflächen erhebliche Wärme. Diese Wärmeentwicklung beeinträchtig die Wirksamkeit des Riemens und kann bei hohen Betriebstemperaturen die Lebensdauer durch Herabsetzung der Reißfestigkeit der Zähne oder durch Verschlechterung der Bindung zwischen dem EIastomerkörper und den darin eingebetteten Zugcords erheblich herabsetzen.

Eine Lösung des Problems der Wärme- und Geräuschentwicklung von Elastomerriemen besteht darin, den Reibungskoeffizienten derjenigen Riemenfläche, die an der Riemenscheibe angreift, zu isolieren, oder Elastomer von denjenigen Riemenflächen zu entfernen, die in Kontakt mit den Zähnen oder Flanschen des Riemenrades kommen. Es ist bekannt, die mit dem Riemenrad in Berührung kommenden Flächen dadurch von Elastomeren freizuhalten, daß man eine abriebfeste Gewebeschicht entlang der betreffenden Riemenoberfläche verlegt. Diese Gewebeschicht wird durch in die Riemenzähne eingelegte Quercords während des Gießvorganges in Stellung gehalten. Auf diese Weise gelingt es, viel Elastomermaterial aus den kritischen Außenbereichen herauszuhalten. Nachteilig ist jedoch, daß immer noch eine dünne Elastomerschicht auf der Oberfläche des Riemens verbleibt. Diese Außenschicht verursacht, obwohl sie relativ dünn ist (z. B. eine Stärke von 50 μ hat) einen hohen Abrieb und infolge ihres hohen Reibungskoeffizienten eine starke Wärme- und Lärmentwicklung, insbesondere bei Schwerlastantrieben.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen und z. B. durch die DT-OS 22 49 488 bekanntgewordenen Art insoweit zu verbessern, daß bei dem durch das Verfahren hergestellten Gegenstand, also dem entsprechenden Zahnriemen, die Wärme- und Geräuschentwicklung gegenüber dem bekannten Zahnriemen verringert ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Verfahrensmerkmale.

In den Unteransprüchen 2 und 3 sind für die Aufgabenlösung vorteilhafte und förderliche Weiterbildungen als Verfahrensmerkmale, in den Unteransprüchen 4 bis 6 in diesem Sinne beanspruchte Weiterbildungen als Material für das Verfahren und in Anspruch 7 ein nach dem Verfahren hergestellter Riemen beansprucht.

Die Besonderheit des Verfahrens liegt darin, daß während der Herstellung des Zahnriemens eine elastomerundurchlässige Schicht an die abriebfeste Gewebeschicht angelegt wird, um zu verhindern, daß diese Gewebeschicht voll mit Elastomermaterial durchtränkt wird. Für den Betrieb des Riemens selbst hat die elastomerundurchlässige Schicht aber keine Bedeutung. Sie kann sich schnell abnutzen, damit die faserige Gewebeschicht, die frei von Elastomerem ist, mit den Zahnrädern in Berührung kommt, um die angestrebten Riemeneigenschaften (glatter und geräuschfreier Lauf und wesentliche Herabsetzung der Reibungskräfte, verminderte Wärmeentwicklung und damit verlängerte Betriebsdauer) zu erzielen. Die elastomerundurchlässige Schicht entfaltet ihre vorteilhalte Wirkung primär nur bei der Riemenherstellung, indem sie verhindert, daß Elastomermateirial die Fasern des abriebfesten Gewebes voll umschließt. Nach dem Vernetzen des Elasiomermaterials wird die elastomerundurchlässige

St'hicht nicht mehr benötigt. Sie kann daher durch Abnutzung oder auf andere Weise entfernt werden, damit die abriebfeste Schicht außen liegt.

Im folgenden werden Ausführun^ibeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Teilansicht eines Zahnriemens,

F i g. 2 einem Teil-Längsschnitt durch einen Steuerriemen für hohe Drehmomente,

Fig.3 eine Formvorrichtung zur Herstellung der Zahnriemen, und

F i g. 4 eine schematische stark vergrößerte Ansicht der für den Riemenaufbau benutzten mit dem übrigen Riemen verbundenen abriebfesten Gewebeschicht. is

In F i g. 1 ist ein endloser Zahnriemen dargestellt und generell mit K) bezeichnet. Der Riemen besitzt einen Riemenkörper mit einem Übercordbereich 12 aus einem gießfähigen elustomeren Material und zahlreichen im Abstand voneinander liegenden Zähnen 16, die ebenfalls ein elastomeres Material 14 enthalten. Die für den Übercordbereich und den Zahnkörper verwendeten elastomeren Materialien sind kompatibel und körnen aus demselben Elastomer oder aus unterschiedlichen Elastomertypen bestehen. Der elastomere Übercordbereich 12 ist vorzugsweise mit einer verstärkenden Zugschicht oder mehreren Zuggliedern versehen, die bei dem Ausführungsbeispiel der F i g. 1 durch längs'aufende und im Abstand liegende Zugcords 18 repräsentiert werden. Diese Zugglieder können aus einem oder mehreren Strängen spannungsfesten Materials bestehen, beispielsweise aus Polyamidcords, Glasfaser, Polyestercords oder aus Drahtfäden. Die Zugelemente können gewünschtenfalls vorgespannt oder mit einem geeigneten Material imprägniert sein.

Das Verstärkungsgewebe 22 schmiegt sich eng an den Verlauf der Zähne 16 und Zahnlücken 24 des Riemens an und bildet daher eine Deckschicht für diese.

Bei einer Ausführungsform besteht die Gewebeschicht 22 aus einem dehnbaren abriebfesten Gewebe, bei v/elchem mindestens die Kettfaden oder die Schußfäden aus Nylon bestehen.

Die abriebfeste Gewebeschicht 22 trägt eine ihr anhaftende Schicht aus einem elastomeru.idurchlässigen Material 20. Diese Schicht 20 haftet nur über einen Teilbereich der Gesamtdicke der abriebfesten Gewebes und ist entlang der Außenfläche der Verzahnung angeordnet, die mit den Zahnscheiben und -rollen in Verbindung kommt. Unter einem elastomerundurchlässigen Material ist ein Material zu verstehen, das an einer Seite der abriebfesten Gewebeschicht 22 anklebt, so daß das elastonierundurchlässige Material während des Gießvorganj;es nur die Außenseite der Gewebeschicht abdichtend a.bdeckt und dabei das Elastomere von der Außenseite der Gewebeschicht abhält, indem es verhindert, daß die Fasern an der Außenfläche der Gewebeschicht vollständig von dem Elastomeren eingekapselt werden. Auf diese Weise hält man die außen liegenden Bereiche der mit den Rollen oder Rädern in Verbindung kommenden Gewebeschicht im wesentlichen frei von Elastomerem. Dieses Merkmal ist in F i g. 4 der Zeichnungen dargestellt. Das elastomerundurchlässige Material 20 ist an ein Teil der Außenfläche der abriebfesten Gewebeschicht 22 angesetzt, die in diesem Falle aus Kettfäden 26 und Schuß- oder Füllfäden 2lB besteht (von denen nur einer dargestellt ist). Bei dieser Ausführungsform ist das Dichtungs- oder Vprschlußmiaterial 20 zwischen den Stellen a und b, c und d an die Füllfäden oder Füllfasern 28 angeklebt, wodurch in drei Dimensionen zwei tangentiale Berührungszonen oder Berührungsflächen entstehen, die etwa der Form einer Kontaktlinse oder eines Bogens gleichen. Obwohl etwas Elastomer in das von der elastomerundurchlässigen Schicht 20 und den umgebenden Kettfäden 26 und Schußfäden 28 begrenzte Volumen 27 eindringen kann, vermag das Elastomere nicht, bis zur äußersten Oberfläche der Gewebeschicht vorzudringen, die während des Laufes des Treibriemens allein mit den Rollen- oder Riemenscheiben in Berührung kommt.

Es ist wichtig, daß das elastomerundurchlässige Material 20 die äußerste Oberfläche der Gewebeschicht von Elastomerem freihält, so daß das Eindringen von Elastomerem in diesem Bereich verhindert wird. Von gleicher Wichtigkeit ist, daß die Innenseite der Gewebeschicht frei von Anschwemmungen des elastomerundurchlässigen Materials ist, so daß die Innenseite des Gewebes sich fest mit dem Elastomeren des Riemenkörpers verbinden kann. Dies ist wichtig, um zu verhindern, daß die Gewebebahn während des Riemenlaufes von dem Riemen abgestreift wird. Obwohl es lediglich notwendig ist, die Außenfläche der Gewebeschicht abdichtend zu bedecken und dafür zu sorgen, daß die Innenfläche zum Verbinden mit dem Elastomerkörper des Riemens ausreichend freien Raum bietet, sollte die Eindringtiefe des elastomerundurchlässigen Materials in die Gewebeschicht vorzugsweise nicht größer sein als etwa 60% und insbesondere nicht größer als etwa 20%. Der günstigste Bereich der Eindringtiefe liegt von 4% bis 8%. Wenn das elastomerundurchlässige Material jedoch eine feste Bindung mit dem Elastomeren eingehen kann, kann die Eindringtiefe sogar 100% betragen.

Als elastomerundurchlässiges Material eignet sich z. B. eine Polyäthylenfolie von 25 bis 50 Mikron Stärke. Die Verbindungstemperatur kann 110 bis 121°C betragen und der Druck kann so verändert werden, daß das Elastomere während des Gießens nicht so weit zwischen die äußeren Fasern des Gewebes eindringen kann, daß es diese einkapselt. Hierfür kann eine Zweiplattenpresse verwendet werden. Es eignen sich aber auch verschiedene andere Arten von Folien- oder Bahnmaterial, wie Kontaktpapier und Filme oder Membranen aus copolymeren synthetischen Materialien und verschiedene natürliche Materialien, wie beispielsweise Zellulosematerialien. Im Rahmen der Erfindung sind auch andere Behandlungsverfahren der abriebfesten Gewebeschicht möglich, beispielsweise Auftragskalandrieren, Bestreichen, Eintauchen oder Besprühen vorzugsweise nur auf einer Gewebeseite mit einem geeigneten Siegelungsmittel. In jedem Falle kann die Bindung zwischen dem elastomeriindurchlässigen Material und dem abriebfesten Gewebe mechanisch, chemisch, elektrostatisch usw. erfolgen.

Bei einer Ausführungsform hat das elastomerundurchlässige Material eine sehr geringe Abriebfestigkeit st/ daß die Schicht beim Gebrauch des Riemens teilweise oder vollständig abgetragen wird. Die äußere elastomerfreie Oberfläche des abriebfesten Gewebes liegt dann frei und kann in direkten Kontakt mit der Riemenscheibe kommen. In dieser Weise nutzt sich eine Polyäthylenfolie sehr schnell ab.

Wenn der Elastomerkörper des Riemens voll ausgehärtet ist, neigt er nicht dazu, beim Betrieb durch die Zwischenräume in der äußeren Gewebeschicht hindurch auszufließen, was nämlich zu dem unerwünsch-

ten Kontakt des Elastomeren mit der Riemenscheibe führen würde. Alternativ kann das elastomerundurchlässige Material auch aus einem Material mit guter Abriebfestigkeit bestehen, das daher an der Innenfläche der Zähne und Zahnlücken über einen erheblichen Teil 5 der Lebensdauer des Riemens erhalten bleibt. In diesem Falle muß das polymerundurchlässige Material einen Reibungskoeffizienten haben, der erheblich kleiner ist als der Reibungskoeffizient des verwendeten Elastomeren, um die Wärme- und Geräuschentwicklung zu verringern und die Wirksamkeit des Riemens insgesamt zu erhöhen.

Eine andere Riemenkonfiguration ist in F i g. 2 gezeigt. Dieser Riemen weicht in der Zahnform von der in F i g. 1 dargestellten Standard-Zahnform ab und ist zur Übertragung hoher Drehmomente bestimmt. Ein derartiger Riemen ist mit Ausnahme der äußeren elastomerundurchlässigen Schicht 20 in der DT-OS 22 49 488 bereits beschrieben. Er besteht aus dem üblichen elastomeren Übercordbereich 32, der in Umfangsrichtung laufende Zugcord 34 oder eine Zugschicht enthält. Der Untercordbereich des Riemens besitzt zahlreiche mit Abständen zueinander angeordnete Zähne 36, die an der Außenfläche ein verschleiß- und abriebfestes Gewebe 22 aufweisen, an das die elasiomerundurchlässige Schicht 20 angesetzt ist. Der größte Anteil des Querschnitts der Zähne 36 wird von Querteilen 30 ausgefüllt, die insbesondere den vertikalen Abstand zwischen den Zugteilen 34 und dem Kopfkreis der Zähne füllen. Die Querteile 30 und die abriebfeste Gewebeabdeckung 22 wirken zusammen, um die Elastomermenge im Zahnbereich geringzuhalten. Ferner hält die elastomerundurchlässige Schicht 20 das Elastomere von der mit der Zahnscheibe oder Zahnrolle in Berührung kommenden inneren Riemenfläche frei.

Eine Vorrichtung mit der die Zahnriemen der F i g. 1 oder der F i g. 2 hergestellt werden können, ist in F i g. 3 abgebildet. Eine bevorzugte generelle Technik zur Herstellung der Treibriemen findet sich insbesondere in der DT-OS 22 49 488 sowie in der US-PS 31 38 962 und der US-PS 32 00 180. Wie Fig.3 zeigt, enthält die Schleudergießvorrichtung 33 eine äußere Vakuumkammer 35, die auf einer Plattform 37 aufruht, eine durch die Plattform hindurch von der Außenseite her in die Vakuumkammer hineinführende drehbare Welle 38, einen Gießkern 40 und eine im Abstand dazu liegende Außenform 42. Die Vakuumkammer kann mittels der Saugleitung 44 evakuiert werden. Die Saugleitung ist an eine (nicht dargestellte) Vakuumkammer angeschlossen. Das flüssige Gießmaterial wird durch die Einlaßöffnung 46 hindurch eingegeben. Diese führt von oben her auf eine Verteilerplatte 48. Die Vorrichtung wird in Drehung versetzt, so daß das flüssige Elastomere infolge der Zentrifugalkraft und durch ein Leitflächen- und Führungssystem, das Bestandteil der Verteilerplatte 48 ist, in die Außenbereiche gelenkt wird. Im Außenbereich der Platte wird die Flüssigkeit dann in den ringförmigen Hohlraum 41 zwischen dem mittleren Kern 40 und der äußeren Gießform 42 geleitet.

Die Einzelheiten des Aufbaus des Kernes und der äußeren Gießform sind in der schon genannten DT-OS im einzelnen beschrieben. Normalerweise hat der Kern 40 axialverlaufende Nuten, zwischen denen sich aufrechtstehende Stege befinden, entsprechend den Zähnen und Zahnlücken des herzustellenden Riemens.

Bei dem beschriebenen Verfahren wird zuerst das elastomerundurchlässige Material auf nur eine Seite des abriebfesten Gewebes aufgeklebt oder anderweitig mit diesem verbunden, so daß die in Fig.4 dargestellte Konfiguration entsteht Danach wird das abriebfeste Gewebe um die Oberfläche des genuteten Formteiles (z. B. des Kerns) gewickelt, und zwar derart, daß die Schicht aus elastomerundurchlässigem Material an dem genuteten Formteil anliegt. Die abriebfeste Schicht kann an das genutete Teil dadurch angepaßt werden, daß die Quercordteile in die Nuten über der Gewebebahn eingelegt werden. Beim nächsten Schritt wird die Zugschicht aufgebracht, indem beispielsweise ein Zugcord schraubenförmig über der abriebfesten Gewebebahn um den genuteten Kern herum gewickelt wird, wodurch die Gewebebahn eingedrückt wird, so daß sie sich im wesentlichen an die Nutenfläche anlegt. Schließlich wird ein im wesentlichen flüssiges Elastomermaterial in den Formhohlraum eingeführt. Es schließt sich die Polymerisierung an, durch die die gewünschte Riemenkonfiguration entsteht. Zur Erzielung guter Ergebnisse kann das Schleudergießverfahren mit Vakuumanwendung kombiniert werden.

Nach erfolgter Polymerisation und ausreichender Aushärtezeit kann die Form abgenommen werden. Danach wird die so entstandene Riemenhülse in Einzelriemen entsprechender Breite zerschnitten. Die endgültige Form der Zähne und/oder der Übercordseitc des Riemens kann durch Schleifen oder Abschaben erzielt werden. So kann der Übercordbereich des Riemens beispielsweise als Mehrfach-V-Teil oder in gezahnter Form ausgebildet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines Zahnriemens mit einer der Zahnkontur an der Außenfläche folgenden abriebfesten faserigen Gewebeschicht, bei welchem in einen die Gewebeschicht enthaltenden Fcirmhohlraum ein fließfähiges Elastomermaterial eingeführt wird, das anschließend polymerisiert, dadurch gekennzeichnet, daß an der Außenseite des abriebfesten Gewebes eine Schicht aus elastomeruindurchlässigem Material während der Herstellung zugeführt wird, die nach dem Erkalten des Riemens entfernt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein schnell verschleißendes elastomerundurchlässiges Material zugeführt wird, das im Betrieb des Riemens durch Verschleiß entfernt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das elastomerundurchlässige Material bis zu einer Tiefe von weniger als etwa 60% der Dicke des abriebfesten Gewebes in dieses eindringen läßt,, so daß die zum Riemeninneren hin gelegene Fläche des abriebfesten Gewebes sich anschließend feist mit dem Elastomer verbindet.

4. Material für das Verfahren nach den Ansprüchen I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das abriebfeste Material ein dehnbares Polyamidgewebe ist.

5. Material für das Verfahren nach den Ansprüchen I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das elastomerundurchlässige Material aus einer Folie aus Polymermaterial besteht.

6. Material nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dais Polymermaterial Polyäthylen ist.

7. Zahnriemen, hergestellt nach dem Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche des abriebfesten Gewebes (22) nach dem Entfernen des polymerundurchlässigen Materials (20) bis zu einer Tiefe von mindestens etwa 20% frei von Polymer ist.