DE2462458A1

DE2462458A1 - Zahnriemen

Info

Publication number: DE2462458A1
Application number: DE19742462458
Authority: DE
Inventors: Jun John D Redmond
Original assignee: Gates Rubber Co
Current assignee: Gates Rubber Co
Priority date: 1973-09-07
Filing date: 1974-09-04
Publication date: 1977-04-07
Also published as: JPS5054755A; JPS6014223B2; JPS5442553A; DE2442335B2; FR2243065A1; US3894900A; BR7407286D0; FR2243065B1; GB1443634A; JPS5728813B2; CA1000524A; DE2442335C3; DE2462458C3; JPS61223352A; BE819567A; JPH0135222B2; DE2442335A1; DE2462458B2

Description

999 South Broadway, Denver, Colorado 80217, USA

Zahnriemen

Die Erfindung betrifft einen Zahnriemen mit einem aus elastomerem Material bestehenden Riemenkörper, welcher eine Zugschicht enthält und eine der Kontur der Zähne folgende Gewebeschicht aufweist.

Ein bekannter Zahnriemen dieser Art (DT-OS 22 4-9 488) besitzt an der Aussenseite der Verzahnung eine Gewebeschicht. Diese ist vollständig mit dem elastomeren Material, aus dem der Riemenkörper besteht, durchtränkt, so dass auch ihre aussenliegenden Fasern damit beschichtet sind. Das polymere Material des Riemenkörpers hat in der Regel einen hohen Reibungskoeffizienten, so dass an den Riemenrädern und Riemenscheiben, um die der Riemen umläuft, eine starke Wärmeentwicklung entsteht. Durch die bestehenden hohen Betriebstemperaturen wird die Lebensdauer des Riemens

7098U/0008

herabgesetzt und die Reißfestigkeit der Zähne bzw. die Bindung zwischen dem Elastomerkörper und den darin eingebetteten Zugcords herabgesetzt. Eine weitere Folge der starken Reibung zwischen dem Riemen und den Riemenrädern 1st die starke Geräuschentwicklung.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Zahnriemen der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Wärmeerzeugung und die Laufgeräusche gering sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäss vorgesehen, dass die Aussenflache des Riemens an der Verzahnungsseite aus einem Material besteht, das einen erheblich geringeren Reibungskoeffizienten hat als das elastomere Material im Innern des Riemens.

Nach der Erfindung ist die Aussenfläche der Verzahnungsseite von dem Elastomeren, das den Riemen im Innern ausfüllt und das einen relativ hohen Reibungskoeffizienten hat, im wesentlichen frei. Das Material, das die Oberfläche der Verzahnungsseite bildet, hat dagegen einen niedrigen Reibungskoeffizienten und eine möglichst grosse Abriebfestigkeit. Diese Eigenschaften gewährleisten einen ruhigen und gleichmässigen Riemenlauf, geringe Betriebstemperaturen und eine lange Betriebsdauer.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird die Aussenfläche des Riemens an der Verzahnungsseite von der aus Fasermaterial bestehenden Gewebeschicht gebildet, deren aussenliegende Fasern nicht vollständig von dem elastomeren Material des Riemens umschlossen sind. Hier-

709814/0008

- 40 -

bei muss die Gewebeschicht während der Riemenherstellung an der Aussenseite von dem Elastomeren, das das Riemeninnere bildet, freigehalten werden.

Alternativ kann sich an der Aussenfläche der Verzahnungsseite eine abriebfeste Schicht aus einem elastomerundurchlässigen Material befinden, die mit der Gewebeschicht in Berührung ist. In diesem Falle bildet nicht das Gewebe die Aussenfläche des Riemens, sondern eine zusätzliche Schutz- und Sparschicht, die über der Gewebeschicht angebracht ist.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Teilansicht eines Zahnriemens nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Teil-Längsschnitt durch einen Steuerriemen für hohe Drehmomente,

Fig. 3 eine Formvorrichtung zur Herstellung der erfindungsgemässen Zahnriemen, und

Fig. 4 eine schematische stark vergrösserte Ansicht der für den Riemenaufbau benutzten mit dem übrigen Riemen verbundenen abriebfesten Gewebeschicht.

In Fig. 1 ist ein endloser Zahnriemen dargestellt, und generell mit 10 bezeichnet. Der Riemen besitzt einen Riemenkörper mit einem Ubercordbereich 12 aus einem giessfähigen elastomeren Material und zahlreichen im

7098U/0008

Abstand voneinander liegenden Zähnen l6, die ebenfalls ein elastomeres Material 14 enthalten. Die für den Übercordbereich und den Zahnkörper verwendeten elastomeren Materialien sind kompatibel und können aus demselben Elastomer oder aus unterschiedlichen Elastomertypen bestehen. Der elastomere Übercordbereich 12 ist vorzugsweise mit einer verstärkenden Zugschicht oder mehreren Zuggliedern versehenj die bei dem AusfUhrungsbeispiel der Fig. 1 durch längslaufende und im Abstand liegende Zugcords 18 repräsentiert werden. Diese Zugglieder können aus einem oder mehreren Strängen spannungsfesten Materials bestehen, beispielsweise aus Polyamidcords, Glasfaser, Polyester-" cords, oder aus Drahtfäden. Die Zugelemente können gewünschtenfalls vorgespannt oder mit einem geeigneten Material imprägniert sein.

Es gibt zahlreiche Arten elastomerer Materialien, die gießfähig sind und sich für die Herstellung von Zahnriemen eignen. Hierzu gehören härtbare flüssige Elastomere, beispielsweise Piastisole, Organosole, flüssige Chloroprene, flüssige Polysulfide, flüssige Kautschuke, Silicone, Epoxyde, Urethane, carboxylierte Butadien-Acylonitril-Copolymere, Harze auf Polyesterbasis, Harze auf Polyätherbasis und dgl. Polyurethanelastomere werden gegenwärtig wegen ihrer Zugfestigkeit, Abriebfestigkeit und ihres guten Elastizitätsmoduls im allgemeinen bevorzugt. Die Polyurethane können auf herkömmliche Weise hergestellt werden, beispielsweise durch Kompoundieren eines Urethan-Präpolymeren (das

709814/0008

durch Umsetzen einer aktiven Wasserstoff enthaltenden Verbindung mit einem Polyisocyanat gebildet wird) mit einem Vulkanisationsmittel und gewünschtenfalls mit einem Weichmacher oder anderen Bestandteilen. Man kann herkömmliche Vulkanisationsmittel verwenden, wie organische wasserstoffhaltige Verbindungen, beispielsweise substituierte aromatische Amine.

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.

Es können Gewebe mit beliebigem Aufbau verwendet werden, beispielsweise Gewebebahnen mit einer Bindung aus Kett- und Schußfäden in beliebigen Winkeln, oder aus Kettfäden, die durch mit Abstand zueinander angeordnete Schußcordfäden zusammengehalten werden, Gewebe mit gewirktem oder geflochtem Aufbau oder dgl. Es ist auch möglich, mehr als eine Gewebebahn zu verwenden. Gewünschtenfalls kann das Gewebe schräggeschnitten sein, so dass die Gewebestränge unter einem Winkel zur Laufrichtung des Riemens verlaufen. Man kann herkömmliche Gewebe verwenden, die aus Materialien wie Baumwolle, Polyester, Polyamiden, Hanf, Jute, Glasfasern oder verschiedenen anderen natürlichen oder synthetischen Fasern bestehen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die Gewebeschicht 22 aus einem dehnbaren abriebfesten Gewebe, bei welchem mindestens die Kettfaden oder die Schußfäden aus Nylon bestehen.

7098U/0008

-JS -

' Die abriebfeste Gewebeschicht 22 trägt eine ihr anhaftende Schicht aus einem elastomerundurchlässigen Material 20. Diese Schicht 20 haftet nur über einen Teilbereich der Gesamtdicke des 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 elastomerundurchlässige Material während des Gießvorganges nur die Außenseite der Gewebeschicht abdichtend abdeckt 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 Fig. 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 28 besteht (von denen nur einer dargestellt ist). Bei dieser Ausführungsform■ist das Dichtuhgs- oder Verschlußmaterial 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

709814/0008

Schicht 20 und den umgebenden Kettfaden 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 diesen 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 grosser sein als etwa 60 % und insbesondere nicht grosser 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.

Das elastomerundurchlässige Material kann aus verschiedenen Materialarten bestehen und in Abhängigkeit von

70981 4/0008

dem speziellen Verwendungszweck in unterschiedlichen Arten aufgetragen werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht das elastomerundurchlässige Material aus einer Folie aus einem thermoplastischem Polymeren, das in konventioneller Wärmebindungstechnik mit dem verschleissfesten Gewebe unter Anwendung hoher Temperaturen und Drücke verbunden wird. Eine Polyäthylenfolie von 25 bis 50 u Stärke hat sich für diesen Zweck als günstig erwiesen. 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. Die Bindung zwischen dem elastomerundurchlässigen Material und dem abriebfesten Gewebe kann mechanisch, chemisch, elektrostatisch usw. erfolgen*

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat das elastomerundurchlässige Material eine sehr geringe Abriebfestigkeit, so 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

7098U/0008

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 unerwünschten Kontakt des Elastomeren mit der Riemenscheibe führen würde. Alternativ kann das elastomerundurchlässige Material auch aus einem Material mit guter Abrieb- , festigkeit bestehen, das daher an der Innenfläche der Zähne und Zahnlücken über einen erheblichen Teil 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 Fig. 2 gezeigt. Dieser Riemen weicht in der Zahnform von der in Fig. 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 2 249 488 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 Aussenflache ein verschleiß- und abriebfestes Gewebe 22 auf-

7098U/0008

AA

weisen, an das die elastomerundurchlässige Schicht 20 angesetzt ist. Der grö'sste Anteil des Querschnitts der Zähne 36 wird von Querteilen j50 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.

Ein Polyurethanriemen, der im wesentlichen die in Fig. dargestellte Konstruktion hatte, ist getestet worden. Er arbeitete und funktionierte in einem Temperaturbereich von 71 bis 82⁰C. Derselbe Riemen ohne die elastomerundurchlässige Schicht 20 und eine dünne Schicht aus Polyurethan wurde unter denselben Bedingungen eingesetzt. -Der Riemen entwickelte Temperaturen im Bereich von 93 bis 115°C. Riemen der erfindungsgemässen Konstruktion haben im Mittel etwa eine um etwa 2O⁰C niedrigere Lauftemperatur als vergleichbare Riemen ohne die elastomerundurchlässige Schicht. Lebensdauertests unter Belastung haben gezeigt, dass die Lebensdauer von Keilriemen sich im allgemeinen jeweils bei einer um 10° niedriger liegenden Betriebstemperatur verdoppelt (s. Lundstrom and Schock, Maschine Design, Dez. 9,1971, pp 129-130). Die geringere Lauftemperatur des erfindungsgemässen Steuerriemens ist vorwiegend dem Fernhalten des Elastomeren von der Oberfläche zuzuschreiben.

Eine Vorrichtung, mit der die Zahnriemen der Fig. 1 oder der Fig. 2 hergestellt werden können, ist in Fig. abgebildet. Eine bevorzugte generelle Technik zur Her-

7098U/0008

- νί -

stellung der erfindungsgemässen Treibriemen findet sich insbesondere in der DT-OS 2 249 488 sowie in der US-PS 3 I38 962 und der US-PS 3 200 I80. 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 4θ und eine im Abstand dazu liegende Aussenform 42. Die Vakuumkammer kann mittels der Saugleitung 44 evakuiert werden. Die Saugleitung ist an eine (nicht dargestellte) Vakuumpumpe 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.

Zuerst wird das elastomerundurchlässige Material auf nur eine Seite des abriebfesten Gewebes aufgeklebt

7098U/0008

- ye. -

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 Kernes) 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 herumgewickelt wird, wodurch die Gewebebahn eingedrückt wird, so dass sie sich im wesentlichen an die Nutenfläche anlegt. Schliesslich wird ein im wesentliches 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 Aushärte ze it kann die Form abgenommen werden. Danach wird die so entstandene Riemenhülse in Einzelriemen entsprechender Breite zerschnitten. Die endgültige Form der Zahne und/oder der Übercordseite 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.

70981A/0008

«γ

L e e r s e i t e

Claims

Ansprüche

Zahnriemen mit einem aus elastomerem Material bestehenden Kiemenkörper, welcher eine Zugschicht enthält und eine der Kontur der Zähne folgende Gewebeschicht aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenfläche des Riemens an der Verzahnungsseite aus einem Material (20,22) besteht, das einen erheblich geringeren Reibungskoeffizienten hat als das elastomere Material im Inneren des Riemens.
2. Zahnriemen nach Anspruch 1, dadurch g e kennze lehne t, dass die Aussenflache des Riemens an der Verzahnungsseite von der aus Fasermaterial bestehenden Gewebeschicht (22) gebildet wird, deren aussen liegende Pasern nicht vollständig von dem elastomeren Material des Riemens umschlossen sind.
3. Zahnriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich an der Aussenfläche der Verzahnungsseite eine abriebfeste Schicht (20) aus einem elastomerundurchlässigen Material befindet, die mit der Gewebeschicht.(22) in Berührung ist.
4. Zahnriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenfläche des Riemens an der Verzahnungsseite von der aus Fasermaterial bestehenden Gewebeschicht (22) gebildet wird, deren Aussenfläche im wesentlichen frei von dem elastomeren Material der Riemenzähne ist.

7G98U/ÖÖÖ5