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Ringförmiger, nahtloser Körper und Verfahren zu seiner HerstelLung
Die erfindung bezieht sich auf einen ringförmigen, nahtlosen Körper und insbesondere
auf einen ringförmigen, nahtlosen Körper, der auf einfache, kostengünstige und verschiedenartige
Weise hergestellt Werden kann und ausgezeichnete mechanische Festigkeit hat. Ferner
bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Körpers.
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Bisher wurden nahtlose, ringförmige Körper aus Kunststoff in der
Regel nach dem sogenannten Blasverfahren hergestellt, gemäß dem ein thermisch geschmolzenes
Kunststoffmaterial beispielsweise aus einer kreisringförmigen Düse extrudiert wird,
während in das Kunststoffmaterial Druckluft eingeblasen wird, um auf diese Weise
eine schlauchförmige Folie zu erzeugen.
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Die Anzahl der Materialien, bei denen das Blasverfahren angewendet
werden kann, ist jedoch beschr U Lt, und außerdem ist eine ausreichende Reckorientierung
schwierig im Vergleich zu blatt- bzw. bahnförmigen Folien aus dem gleichen Material,
insbesondere im Vergleich zu PoLlen, die einachsig oder zweiachsig gereckt wurden,
was dazu führt, daß die Fertigprodukte wesentlich schlechtere Gleichförmigkeit und
mechanische Festigkeit aufweisen. Das Blasverfahren ist somit im wesentlichen geeignet
für die Herstellung von Gegenständen wie Tüten und Beuteln und dergleichen, die
geringere Festigkeit erfordern. Es hat sich jedoch häufig als ungeeignet für die
lierstellung von solchen Produkten wie dünnen, nahtlosen Riemen und dergleichen
erwiesen, die besonders hohe mechanische Pestigkeit erfordern.
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Ferner erfordert das Blasverfahren große Produktionsanlagen, und
es ist für jede Maschine eine
bestimmte Form der Ringdüse erforderlich,
was nicht nur zu einer sehr beschränkten Anwendbarkeit sondern auch zu höheren Herstellungskosten
des Endproduktes führt, wenn eine große Vielzahl nahtloser, ringförmiger Körper
in kleinen Mengen produziert werden soll.
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Ein weiteres Verfahren zur Ilerstellung ringförmiger Körper aus Kunststoff
besteht dnrin, aus einer Kvnststof,-folie Streifen der gewünschten Weite bzw. Breite
zu schneiden und die entgegengosetzten Enden der Streifen durch normales Versc1jnelzen
unter Einsatz von Wärme zum Anschmelzen oder eines Lösungsmittels zum Anlösen zu
verbinden oder mit hilfe eines Bindemittels zu verkleben. Obwohl nach diesem Verfahren
hergestellte, ringförmige Körper aus einer Kunststoffolie mit sehr guter Gleichmäßigkeit
und Festigkeit hergestellt werden, haben diese unterschiedliche mechanische Festigkeiten
in den verschweißten oder verklebten Abschnitten und den übrigen Abschnitten, was
verschiedene Jchwierigkeiten mit sich bringt. Beispielsweise führt unterschiedliche
Dicke zwischen den verbundenen Abschnitten und den übrigen Abschnitten des ringförmigen
Körpers zu ungleicher mechanischer Festigkeit und ferner zu außergewöhnlichen Schwingungen,
wenn ein solcher Körper als Treibriemen benutzt wird. Ferner kommt es nicht selten
vor, daß miteinander verschmolzene oder verklebte Abschnitte sich abschälen oder
reißen.
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Mit der Erfindung sollen die verschiedenen Schwierigkeiten bei den
bisher bekannten Verfahren überwunden werden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
einen nahtlosen, ringförmigen Körper zu schaffen, der ausgezeichnete mechanische
Festigkeit und gleichmäßige Materialqualität aufweist.
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Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines einfachen
Verfahrens zur Herstellung eines nahtlosen, ringförmigen Körpers mit bestimmter
Form, d.h.
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Dicke, Weite, Durchmesser usw..
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Brfindzlgsgemaße Körper und erfindungsgemäße Verfahren sind in den
Patentansprüchen gekennzeichnet.
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Der nahtlose, ringförmige Körper gemäß der Erfindung wird im Prinzip
dadurch hergestellt, daß ein Ring beliebiger gewünschter Form und Größe geschnitten
wird und daß der Ring danach auf eine Temperatur oberhalb des sektrndärefr Transformationspui#tes
des Kunststoffmaterials erwärmt wird, während er in einer gewünschten Form gehalten
wird.
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Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus
der folgenden, ausführlichen
Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele
in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen: Fig. 1 bis 6 die grundlegenden Verfahrensschritte
zur Herstellung des nahtlosen, ringförmigen Körpers gemäß der Erfindung; Fig. 7
das Herstellungsverfahren unter Verwendung einer abgewandelten Schablone; Fig. 8
das Herstellungsverfahren unter Verwendung einer weiteren abgewandelten Schablone;
Fig. 9(A) und 9(B) schematische, perspektivische Ansichten, die die Herstellung
des ringförmigen Körpers erläutern, wenn dessen Material unter Zug um mehrere Führungswalzen
gespannt wird; Fig. 10 eine Abwandlung der in den Fig. 9(A) und 9(B) gezeigten Ausführungsformen;
Fig. 11(A) und 11(B) eine Vorderansicht und eine Draufsicht einer anderen Schablone
zur Herstellung der ringförmigen Körper; Fig. 12 bis 15 die Verfahrensschritte zur
Herstellung eines ringförmigen Körpers unter Verwendung der Schablone gemäß den
Fig. 11(A) und 11(B); Fig. 16(a) bis 16(f) verschiedene Abwandlungen der in den
Fig. 11(A) und 11(3) dargestellten Schablone; und Fig. 17(A) bis 17(C) jeweils Diagramme,
die die Beziehung zwischen der Zugfestigkeit und der Dehnung von ringförmigen Körpern
wiedergeben, die als Ausfü#riiugsbeispiele der Erfindung beschrieben werden.
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Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte, bevorzugte
Ausführungsformen, die in den Zeichnungen dargestellt sind, ausführlicher erläutert.
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Die Fig. 1 bis 5 zeigen die grundlegenden Verfahrensschritte zur
Herstellung eines erfindungsgemäßen ringförmigen Körpers ohne Haht. Diese Herstellung
läuft in folgender Weise ab.
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1. Aus einer als Ausgangsmaterial dienenden Kunststoffolie 1 mit
beliebiger, gewänschter Dicke (siehe Fig. 1) wird ein ringförmiges Teil bzw. ein
Ring la mit erforderlicher Größe ausgestanzt (siehe Fig. 2).
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2, Der ausgestanzte Ring 1a wird dann auf eine zylindrische Schablone
2 gesetzt, die einen Durchmesser hat, der dem Durchmesser des Ringes 1a entspricht
(siehe Fig. 3).
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Zu diesem Zeitpunkt ist der benutzte Ring häufig aufgrund des Unterschiedes
zwischen seinem inneren Durchmesser und seinem äußeren Durchmesser verdreht, da
seine Dicke in Verhältnis zum Durchmesser sehr gering ist. Diese Verdrehung kann
durch Wenden des Ringes um 3600 auf der Außenseite der zylindrischen Schablone mittels
eines lanzettenartigen Werkzeugs behoben werden. Aufgrund des beim Stanzen erzeugten
Unterschiedes zwischen dem inneren Durchmesser und dem äußeren Durchmesser des Ringes
1a
nimmt dieser dann eine Form an, wie sie in Seitenansicht in Fig.
4 dargestellt ist.
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3. Der Ring wird auf eine Temperatur oberhalb des sekundären Transformationspunktes
des verwendeten Kunststoffes erwärmt und bei dieser Temperatur gehalten, wodurch
eine thermische Expansion und Kontraktion hervorgerufen wird, so daß der Ring auf
der Umfangsfläche der Schablone 2 aufliegt (sShe Fig. 5). Dann wird der Ring 1a
abgekühlt und von der zylindrischen Schablone 2 abgenommen, wonach der Ring bestimmte
Abmessungen hat und fertiggestellt ist.
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Der Aus druck "selundärer Transformationspunkt" bezieht sich hier
auf den sogenannten Glastransformationspunkt bei hochmolekularen Stoffen.
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Als Material für die Schablone wird in der Regel ein Material gewählt,
das nicht zu Schwierigkeiten bei der Herstellung des ringförmigen Körpers führt
und dabei nicht erweicht oder verformt wird oder seine Oberflächenzähigkeit bei
der Envärmungstemperatur ändert, die zur Herstellung des gewünschten, ringförmigen
Körpers ohne Salzt erforderlich ist. Ferner werden vorzugsweise Materalien gewählt,
die eine günstige Wärmeübertragung zum
ringförmigen Körper ergeben.
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Beispiele für solche Materialien sind Metalle und Begierungen, beisp
elsweise Kupfer und seine ~legierungen, Eisen und seine ~legierungen, Aluminium
und seine Legierungen und Chrom oder Nickel und deren ~legierungen, anorganische
Stoffe wie keramische Stoffe usw., anorganische, wärmebeständige Stoffe, beispielsweise
Graphit, Kohlenstoff im glasartigen Zustand usw., organsiche, wärmebeständige, hochmolekulare
Stoffe, wie b-eispielsweise Polyphenylen, Polysmid,Polyimid, Polybenzimidazol, Polychinoxalin,
rolyimidazopyrolon, Polyoxadiazol usw., und wärmehärtbare Kunstharze wie beispielsweise
Polyesterharz, Phenolharz, Harnstoffharz, Melaminhars, Epoxyharz und andere.
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Das Material für den erfindungsgemäßen, ringförmigen Körper ohne
Naht kann je nach Bedarf gewählt werden. Typische Beispiele sind Celluloseacetat,
Äthylentrifluorid, Tetrafluoräthylen, Polyäthylen, Polycarbonat, Nylon, Polysulfon,
Polypropylen, Polyester, Polyvinylalkohol, Polyvinylchlorid, Polystyrol, Ionomer,
Polyimid, Polyamidimid, Polyurethan, hydrochlorierter Kautschuk usw..
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Der auf diese Weise hergestellte, nahtlose ringförmige Körper hat
hervorragende mechanische Pestigkeit.
Selbst wenn der ringförmiOe
Körper bzw. Ring äußerst dünn ist, beispielsweise eine Dicke von 200 pn oder weniger
hat, ist seine mechanische Festigkeit immer noch der Festigkeit der Kunststoffolie
vergleichbar, die das Ausgangsmaterial für den Ring bildete Indem eine Kunststoffolie
gewählt wird, die besonders kälte- oder wärmebeständig oder beständig gegen chemischen
Angriff ist, kann das sich ergebende Produkt unter Bedingungen eingesetzt werden,
die eine solche Beständigkeit erfordern.
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Da der ringförmige Körper ferner nahtlos ist, kann er Antriebskräfte
stoßfrei, gleichmäßig und zuverlässig übertragen, wenn er als Antriebs- bzw. Transmissionsriemen
benutzt wird. Ferner kann ein solcher ringförmiger Körper wechselbiegefest und mit
äußerst geringer Dicke e#rzeugt werden, ohne daß dadurch sein Betriebsverhalten
verschlechtert wird. Da der erfindungsgemäße, nahtlose Ring ferner sehr niedrige
Herstellungskosten und zahlreiche andere Vorteile hat, hat er ein wesentlich weiteres
Anwendungsgebiet als herkömmliche, ringförmige Körper mit oder ohne liaht.
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Fig. 7 zeigt eine Abwandlung der zylindrischen Schablone. Bei dieser
Abwandlung ist in einer kreisförmigen, zylindrischen Schablone 4 eine bestimmte
Anzahl von Bohrungen ausgebildet. In diese Bohrungen sind Wärmequellen 41 bis 44,
beispielsweise Heizpatronen, eingesetzt.
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Die zylindrische Schablone kann drehbar gelagert werden und in dargestellter
Weise mit einer Druckwalze 5 kombiniert werden. Dies ermöglicht eine günstige Temperung
bzw. Wärmebehandlung des Rings.
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Fig. 8 zeigt eine weitere Abwandlung der zylindrischen Schablone,
bei der gekrümmte Leitelemente 61 62, 63 usw. gegen die äußere Umfangsfläche der
Schablone gedrückt werden. Jedes dieser ~leitelemente hat eine Innenfläche, die
ungefähr gleich der Umfangsfläche der kreisförmigen zylindrischen Schablone 4 geformt
ist. Ein solches Andrücken auf der gesamten Fläche ist beim Tempern günstiger als
ein örtliches Andrücken.
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Die Fig. 9(A) und 9(B) erläutern ein abgewandeltes Verfahren zur
Herstellung des Ringes, das sich etwas von den oben erläuterten, grundlegenden Verfahrensschritten
unterscheidet. Bei dem erläuterten, grundlegenden Verfahrensschritt (2) wird der
aus der als Ausgangswerkstoff dienenden Kunststoffolie gestanzte Ring zur Wärmebehandlung
auf die zylindrische Schablone gesetzt und dort gehalten. Bei dieser abgewandelten
Ausführungsform wird jedoch der Ring zwischen und über Führungswalzen 7 und 8 gespannt,
wie dies in Fig. 9(A) gezeigt ist, und mit geeigneter Geschwindigkeit gedreht, während
gleichzeitig
von einer Feder 9 eine angemessene Zugkraft auf den
Ring ausgeübt wird, wobei die Umgebungstemperaturauf einem Wert oberhalb des sekundären
Transformationspunktes des Materials gehalten wird, aus dem der Ring besteht. In
einer solchen Umgebung wird die Wärmebehandlung bzw. die Temperung ausgeführt. Die
Anzahl der Führungswalzen muß nicht unbedingt zwei betragen; selbstverstündlich
kann auch eine größere Anzahl von Führungswalzen benutzt werden (siehe Fig. 9(B)).
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Fig. 10 zeigt eine weitere Abwandlung, bei der Druckwalzen 10 und
11 vorbesellen sind, die gegen die Führungswalzen gedrückt werden und diese drehen.
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Die Fig. 11(A) und 11(B) zeigen eine weitere Ausführungsform einer
Schablone, die es insbesondere ermöglicht, daß ein Ring mit größerer Weite hergestellt
werden kann. Diese Schablone zeichnet sich dadurch aus, daß sie einen zylindrischen
Abschnitt c-d-f-e, der den gleichen Durchmesser wie der Innendurchmesser des fertigen,
nahtlosen Ringes la hat und im folgenden als Abschnitt A bezeichnet wird, und einen
kegelstumpfförmigen Abschnitt a-b-d-c aufweist, der im folgenden als Abschnitt B
bezeichnet wird.
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Die Verfahrensschritte zur Herstellung eines Ring es unter Verwendung
einer solchen Schablone sind in den Fig. 12 bis 16 dargestellt. Wie bereits in Verbindung
mit Fig. 1 beschrieben wurde, wird aus einer als Ausgsngsmaterial dienenden Kunststoffolie
1 mit der gewünschten Dicke ein Ring la der erforderlichen Größe geschnitten, wie
dies in Fig. 2 gezeigt ist. Der Ring la wird dann auf die Schablone 12 gesetzt,
wie dies in Fig. 12 gezeigt ist.
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Es versteht sich, daß die Schablone 12 so weit erwärmt wird oder so
viel Wärme erzeugt, daß die Temperatur ausreicht, um eine Verformung des Ringes
la hervorzurufen.
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Wie Fig 13 zeigt, wird danach ein verhältnismäßig langer Stab, beispielsweise
eine Lanzette 13 zwischen den Ring 1a und die Schablone 12 eingeführt, während die
Schablone in Pfeilrichtung gedreht wird. Indem dielanzette bezüglich der Achse der
zylindrischen Schablone in dargestellter Reise geneigt wird, wird erreicht, daß
sich der Ring 1a vom Abschnitt B abwärts zu bewegen beginnt, so daß der innere Durchmesser
des Ringes 1a allmählich aufgeweitet wird, bis der Ring la auf den zylindrisden
Abschnitt A gelangt, was in Fig 14 dargestellt ist. Dadurch wird die aus dem Unterschied
zwischen dem inneren und dem äußeren Durchmesser des Ringes 1a resultierende, in
Fig 13 dargestörte Biegung beseitigt und die Form des fertigen, nahtlosen Ringes
lb hergestellt.
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Wenn der Ring 1a auf den zylindrischen Abschnitt A gelangt ist und
dadurch die sich aus dem Unterschied zwischen dem inneren und dem äußeren Durchmesser
ergebende Biegung bzw. Krümmung beseitigt ist, kann, wie Fig. 14 zeigt, die Lanzette
13 zurückgezogen werden und der Ring la während einer bestimmten Zeit einer Wärmebehandlung
bzw. Temperung ausgesetzt werden, so daß die Qualität seines Materials gleichmäßig
wird. Nach der Wärmebehandlung wird der Ring von der Schablone 12 abOenommen, wodurch
der gewünschte, nahtlose Ring 1b erhalten wird.
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Die in Fig. 11(ar) gezeigte Schablone dient somit hauptsächlich dazu,
die Biegung bzw. Krümmung des Rings 1a aufgrund des Unterschiedes zwischen seinem
inneren Durchmesser und seinem äußeren Durchmesser zu beseitigen und den Ring 1
a unter Ausnutzung der großen Wärmekapazität der Schablone 12 zylindrisch zu formen.
Dies ist der Grund dafür, daß die Schablone 12 aus einem Abschnitt mit konischer
oder ähnlicher Form und kleinerem Durchmesser als dem inneren Durchmesser des Ringes
1a und einem Abschnitt mit zylindrischer Form besteht, dessen Durchmesser im wesentlichen
gleich dem inneren Durchmesser des herzustellenden, nahtlosen Ringes ist. Außer
der in Fig. 11(A) dargestellten Kombination aus einem kegelstumpfförmigen und einem
zylindrischen Abschnitt können auch Schablonen mit verschiedenen
anderen
Formen, wie sie in den Fig. 16(A) bis 16(2) dargestellt sind, mit gleichem Erfolgt
benutzt werden.
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Für die in Fig. 11(A) dargestellte Schablone kann der Neigungswinkel
G des Nantels des kezelstumpfförmigen Abschnitts B nach Bedarf entsprechend der
Dicke, Weite und entsprechend dem Material des herzustellenden, nahtlosen Ringes
1b gewählt werden. Vorzugsweise wird in Der Regel der Nei#ungswinkel G größer bei
großer Weite des Ringes und kleiner bei kleiner Weite des Rings gewählt.
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Ein Grund dafür ergibt sich aus dem Ausmaß der Biegung des Ringes
la und dem Ausmaß des Kontaktes zwischen dem Ring 1a und der Schablone 12 aufgrund
des Unterschiedes zwischen dem inneren Durchmesser und dem äußeren Durchmesser des
RinDes 1a, wenn dieser auf die Schablone 12 aufgesetzt wird. Dies heißt mit anderen
Worten, daß der Neigungswinkel 8 so gewählt wird, daß bestmöglicher Kontakt zwischen
dem Ring 1a und der Schablone 12 besteht, damit für gute Wärmeübertragung von der
Schablone 12 zum Ring 1a gesorgt ist.
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Wenn die beschriebene Schablone zur Anwendung kommt, wird ihre Oberfläche
vorzugsweise mit einem Schmiermittel oder einem Gleitmittel, beispielsweise Tetrafluoräthylen
oder Silikon oder dgl., beschichtet oder überzogen,
damit die Verschiebung
des Ring esbis zum unteren> zylindrischen Abschnitt A der Schablone leichter
erfolgen kann. Alternativ kann die Schablone selber aus einem içlaterial mit geringem
Haftvermögen und niedriger Oberflächenspannung hergestellt sein.
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Als weitere Alternative besteht die Möglichkeit, dann, wenn der herzustellende,
nahtlose Ring aus einem iaterial mit niedrigem Schmelzpunkt und einer gewissen Haftfähigkeit
gefertigt wird, die Oberfläche der Schablone mit einer Substanz mit niedriger Oberflächenspannung
zu beschichten, beispielsweise mit organischen Fluoriden oder organischen Silicide,
um zu verhindern, daß der Ring an der Schablone haftet. Dies sorgt für eine bessere
Formung des Ring es. Ferner kann auch ein geeignetes Lösungsmittel oder ein geeigneter
Weichmacher dazu benutzt werden, die Dehnung des materials für den Ring zu erleichtern.
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Mit einer solchen Schablone kann leicht ein nahtloser Ring hergestellt
werden, der ein Verhältnis von Weite zu Umfangslänge von sogar ungefähr 12C% im
Gegensatz zu einem Verhältnis von 3,0 beim grundlegenden Herstellungsverfahren hat.
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Bei den verschiedenen Ausführungsformen des zuvor beschriebenen Herstellungsverfahrens
besteht bei
einigen der ringförmigen Körper bzw. Elemente die Gefahr,
daß sie verdreht werden, was von der Art der Kunstetoffolie oder der geschnittenen
bzw gestanzten Form abhängt. Insbesondere bei einem Material mit geringer Zugfestigkeit
besteht die Gefahr, daß der zugeschnittene Ring bricht, wenn er auf die Schablone
aufgesetzt wird. Dies kann wirksam verhindert werden, indem das Kunststoffmaterial
in ein bestimmtes Lösungsmittel getaucht wird, das von der Art des Materials abhängt,
um den zugeschnittenen Körper aufzutreiben bzw. sein Volumen zu vergrößern. Durch
dieses Auftreiben wird das scheinbare Volumen und die Form des zugeschnittenen Ringes
vergrößert, wodurch es leichter wird, den Ring auf die Schablone aufzusetzen, und
wodurch die Gefahr vermindert wird, daß der Ring bricht. Auch die erhöhte Biegesteifigkeit
des Elementes trägt wirksam zur Verringerung der Gefahr des Rechens oder Abscherens
des Körpers bei.
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Beispiele für Kunststoffe und Lösungsmittel zum Auftreiben der Kunststoffe
werden im folgenden angegeben. Die Auftreibwirkung dieser Lösungsmittel wird für
am günstigsten gehalten.
| Kunst- Vin#jlchlorid,Viny1iden- Cellulose- Nylon Poly- |
| stoff- chlorid,Vinylacetat, acetat propylen |
| folie Polyvinylalkohol> |
| Polystyrol |
| Lösungs- Aceton,Cyclonexaii Aceton Chloro- Chloro- |
| mittel Äthylencyclorid, form, form |
| Xylen Äthyl- |
| chlorid |
Der auf beschriebene Weise hergestellte, nahtlose, ringförmige Körper zeichnet sich
durch heivorragende mechanische Festigkeit aus und weist ein weites Anwendungsgebiet
auf. Beispielsweise kann er den Antriebsriemen bei Präzisionsbandaufz eichnungsgeräten,
den Antriebsriemen für den Drehteller bei Tongeräten, den Trennriemen für Videoband
und Kopierpapier und auch herkömmliche Prazisionsgetriebe, endlose Geweberiemen,
Gummiriemen, O-Ringantriebssysteme usw. ersetzen. Ferner kann der erfindungsgemäße,
nahtlose, ringförmige Körper transparent oder durchscheinend sein, so daß er als
Riemen oder zu einem ähnlichen Zweck benutzt werden kann, der solche Eigenschaften
erfordert.
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Die Erfindung sieht somit vor, daß ein nahtloser, ringförmiger Körper
hergestellt wird, indem aus einer als Ausgangswerkstoff dienenden Kunststoffolie
ein ebener, ringförmiger Körper jeder gewünschten Form geschnitten wird, dieser
zugeschnittene, ringförmige Körper auf eine Schablone bestimmter Form aufgesetzt
wird und der ringförmige Körper auf eine Temperatur oberhalb des
sekundären
Transformationspunktes des Kunststoffmaterials erwärmt und bei dieser Temperatur
gehalten wird.
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Zum besseren Verstantlis der Erfindung werden im folgenden einige
bevorzugte Beispiele beschrieben.
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Beispiel 1 Um einen nahtlosen Riemen mit einem Innendurchmesser von
100 mm und einer zweite von 2 mm herzustellen, wurde ein ringförmiges Riemenelement
mit einem Innendurchmesser von 100 mm und einem Außendurchmesser von 104 mm aus
einer Polyesterfolie mit einer Dicke von 100 tun geschnitten. Bei der Polyesterfolie
handelt es es sich um eine von der Firma Toray K.K. hergestellte Folie, die unter
der Warenbezeichnung "LUMILER @ 100" vertrieben wird.
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Das Riemenelement vrurde auf eine zylindrische Schablone aus einer
korrosionsfesten Aluminiumlegierung mit einem Durchmesser von 100 mm gezogen, und
die Schablone wurde zusammen mit dem Riemenelement von einer Gummiwalze 3 (siehe
Fig. 6) in Pfeilrichtung gedreht, wodurch die Verdrehung aus dem Riemenelement beseitigt
wurde. Dann wurde die Schablone für 30 Minuten in einen Elektroofen gesetzt, in
dem eine erhöhte Temperatur oberhalb des selniiidären Transformationspunktes (67
°C) des das Riemenelement bildenden Materials herrschte.
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Die Erwärmung führtedazu, daß das Riemenelement thermisch kontrahiert
wurde und keinerlei Verformung mehr aufwies und zu einem Riemen mit dem vorgeschriebenen
Innendurchmesser wurde.
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Es wurde festgestellt, daß dieser Riemen ausreichende Festigkeit
hatte und in seinen Eigenschaften noch den Eigenschaften der das Ausgangsmaterial
bil-denden Polyesterfolie vergleichbar war.
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Die folgende Tabelle 1 zeigt die mechanischen Festigkeiten des unbehandelten
Ausgangsmaterials und des daraus gebildeten Riemenelementes für verschiedene Bearbeitungsbedinguiigen.
Diese Festigkeiten wurden gemessen, während das Material mit einer Geschwindigkeit
von 50 mm/min gedreht wurde. Die Festigkeiten wurden sowohl für die Elastizitätsgrenze
(Meßpunkt .4) als auch für die Bruchgrenze (0.meßpunkt B) gemessen und sein in der
Tabelle in kg wiedergegeben.
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Tabelle 1
| edingun 0 0 1750 0 |
| Meß- en nbehan- 100 C 175 C 200 C 250 C |
| punkt \ delt 30 min 30 min 30 min 30 min |
| A 2,6 2,8 2,7 2,6 2,6 |
| B 4,0 4,0 3,9 4,0 3,9 |
Fig. 17(A) zeigt ein Beispiel für die Beziehung zwischen der Zugfestigkeit
in kg und der Dehnung (relativer Maßstab) des Riemenelementes. Es ist erkennbar,
daß das behandelte Riemenelement äußerst flexibel ist und selbst dann mit Nutzen
eingesetzt werden kann, wenn vor der Behandlung häufige Biegungen vorgenommen wurde.
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Beispiel 2 Um einen nahtlosen Riemen mit einem inneren Durchmesser
von 100 mm und einer Weite von 2 mm herzustellen wurde ein ringförmiges Riemenelement
mit einem inneren Durchmesser von 96 mm und einem äußeren Durchmesser von 100 mm
aus einer Polyesterfolie mit einer Dicke von 100 pm geschnitten. Bei der Polyesterfolie
handeltes es sich um eine von der Firma Toray K.K. hergestellte Folie, die im Handel
unter dem Warennamen "LWdILER 4100" vertrieben wird. Zum Zuschneiden wurde eine
Messerschneide benutzt, während die Folie gedreht wurde. Selbstverständlich kann
das Zuschneiden auch erfolgen, indem die Messerschneide gedreht wird, während die
Folie feststeht. Das Riemenelement wurde dann auf eine zylindrische Schablone aus
einer korrosionsfesten Aluminiumlegierung mit einem Außendurchmesser von 100 mm
gezogen, die außen mit ~TEFLON" beschichtet war. ~TEFLON" ist ein Warenzeichen der
Firma
E. I. du Pont de Nemours & Co. für Tetrafluoräthylen.
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Danach wurde die Verdrehung im Riemenelement mittels einer Lanzette
beseitigt, wonach das Riemenelement 30 Minuten lang in einem Elektroofen bei 100
bis 250 oG gehalten wurde. Durch diese Behandlung im Elektroofen verlor das Riemenelement
durch die Erwärmung seine Verformung aufgrund der erhöhten Dehnung (bzw. des verminderten
ELastizitätsmoduls) und Kontraktion. Das Ergebnis war ein Riemen mit vorbestimmtem
Innendurchmesser. Dieser Riemen hatte ausreichende Festigkeit und war mit der Polyesterfolie
vergleichbar, wie die folgende Tabelle 2 zeigt.
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Im Vergleich zu den Ergebnissen des Beispiels 1 zeigen sich wenig
Unterschiede bei den charakteristischen Daten; dies scheint an dem geringen Ausmaß
zu liegen, um das der innere Durchmesser des Riemens bis zum Außendurchmesser gedehntwurde.
Die Festigkeitswerte sind in Tabelle 2 in kg angegeben.
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Tabelle 2
| Unbehan- 100 0C 175 °C 2000C 250 °C |
| punkt delt 30 min 30 min 30 mir 30 min |
| A 2,6 2,8 2,9 2,7 2,8 |
| B 4,0 4,0 4 4,0 3,9 |
Beispiel 3 Um einen nahtlosen Riemen mit einem Innendurchmesser
von 100 mm und einer Weite von 2 mm herzustellen wurde mittels eines Stanzmessers
ein Riemenelement mit den gleichen Abmessungen wie bei Beispiel 1, nämlich dnem
Innendurchmesser von 100 nun und einem Außcndurohmesser von 104 mm, aus einer Polyesterfolie
mit einer Dicke von 100 µm gestm1zt, die von der Firma Toray K.K. hergestellt worden
war und im Handel unter dem Warennamen "LUMILER @ 100" vertrieben wird. Das iemenelement
wurde dann auf die zylindrische Schablone 4 aus korrosionsfester Aluminiumlegierung
mit einem Durolunesser von 100 mm gezogen, in der sich mehrere Heizquellen (iteizpatronen)
befanden, wie dies in Fig. 7 dargestellt ist. Danach wurde die Verdrehung des Riemens
mittels der Gummiwalze 3 beseitigt, wie es in Fig. 6 dargestellt ist, wonach das
Element unter gleichzeitiger Druckausübung durch die Walze 30 Minuten gedreht wurde,
während die Oberfläche der zylindrischen Schablone auf einer Temperatur oberhalb
des sekundären Transformationspunktes (67 °C) des Folienmaterials gehalten wurde.
Nach der Abkühlung des auf diese Weise wärmebehandelten Riemenelementes wurde ein
nahtloser Riemen der vorgegebenen Form erhalten.
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Die folgende Tabelle 3 zeigt die Festigkeiten des unbehandelten materials
und des unter verschiedenen Bedingungen behandelten Riemenelementes, wie sie für
die Elastizitätsgrenze (Meßpunkt A) und die Bruchgrenze (Meßpunkt B) gemessen wurden,
während die Proben mit einer Geschwindigkeit von 50 mm/min gedreht wurden. Die Festigkeitswerte
sind in Tabelle 3 in kg angegeben.
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Tabelle 3
| Bedingun- o o o |
| Meß zu gen Unbehan- 100 C 175 C 250 C |
| punkt zu delt 30 min 30 min 30 min |
| A 2,6 3,1 3,0 3,1 |
| 4,° 4,1 4,0 4,0 |
Fig. 17(B) zeigt ein Beispiel für die Beziehung zwischen der Zugfestigkeit und der
Dehnung des fertigen Produktes. Es ist erkennbar, daß dieses Produkt äußerst flexibel
ist und optimal als Riemen benutzt werden kann, der entlang einem gewundenen Weg
geführt werden kann.
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Beispiel 4 Mittels einer Presse wurde wie bei den Beispielen 1 und
2 ein Riemenelement zugeschnitten. Die Oberfläche der
zylindrischen
Schablone wurde von Heizpatronen im Izmeren der Schablone in gleicher Weise wie
bei Beispiel 2 auf einer bestimmten Temperatur gehalten, wobei lediglich der Unterschied
bestand, daß auf die zylindrische Schablone von geteilten, zusätzlichen Andrückschablonen
Druck ausgeübt wurde, die aus korrosionsfester Aluminiumlegierung bestanden und
einen Innendurchmesser hatten, der gleich dem Außendurchmesser der zylindrischen
Schablone war, wie dies in Fig. 8 dargestellt ist. Das Riemenelement wurde für 30
Minuten auf eine Temperatur zwischen 100 und 250 0C erwärmt, wobei es während 30
min viermal gedreht wurde, um zu verhindern, daß der aufgebrachte Außendruck zu
einem Entweichen durch die Zwischenräume zwischen den benachbarten, geteilten, zusätzlichen
Schablonen führt. Danach wurde das Riemenelement abgekühlt, und es ergab sich ein
nahtloser Riemen mit den vorbestimmten Abmessungen.
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Die folgende Tabelle 4 zeigt die Zugfestigkeiten, die auf gleiche
Weise wie bei den vorhergehenden Beispielen gemessen wurden.
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Tabelle 4
| edingun- 0 0 0 0 |
| Meß- en Unbehan- 100 C 175 C 200 C 250 C |
| punkt \ delt 30 miii 30 min 30 min 30 min |
| A ~ 2,6 3,o 2,9 2,9 3,0 |
| B 4,0 4,1 4,0 ~ 4,1 410 |
Beispiel 5 Zur Herstellung eines nahtlosen Riemens mit einem Innendurehmesser
von 100 mm und einer Weite von 2 mm wurde mittels eines Stanzmessers ein Riemenelement
mit einem Innendurchmesser von 94 mm und einem Außendurchmesser von 98 mm aus einer
Polyesterfolie mit einer Dicke von 100 µm geschnitten, die von der Firma Toray K.K.
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hergestellt worden war und im Handel unter dem Warennamen "LUMILER
# 4/ 100,' vertrieben wird.
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Das Riemenelenent wurde in in Fig. 9(A) gezeigter Weise zwischen
den und über die Walzen 7 und 8 gespannt, wobei die Zugkraft der Feder 9 auf 20
kg eingestellt wurde.
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Dann wurde das Riemenelement während 30 min bei einer Temperatur oberhalb
des sekundären Transformationspunktes, d.h. in einem Bereich von 100 bis 250 OC
gehalten, während die Walzen angetrieben wurden. Danach wurde das Riemenelement
abgekühlt, und es ergab sich ein nahtloser Riemen der vorbestimmten Form.
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Die folgende Tabelle 5 zeigt die Zugfestigkeiten des nahtlosen Riemens,
die auf gleiche Weise wie bei den vorhergehenden Beispielen gemessen wurden.
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Tabelle 5
| edingun- 0 0 0 0 0 |
| > en Unbehan-|100 C 150 C 175 C 200 C 250 C |
| punkt zu delt 30 min 30 min 30 min 30 min 30 min |
| A 2,6 3,7 3,8 3,7 3,7 3,6 |
| B 4,0 5,1 4,9 5,0 : 4,9 4,9 |
Fig. 17(C) zeigt ein Beispiel für die Beziehung zwischen der Zugfestigkeit und dor
Dehnung. Aus diesem Beispiel ist erkennbar, daß die Biegsamkeit dieses nahtlosen
Riemens schlechter als die in Fig. 17(A) gezeigte Biegsamkeit ist, daß er jedoch
eine wesentlich bessere Zugfestigkeit hat.
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Beispiel 6 Aus einer zweiachsig orientierten Polyesterfolie mit einer
Dicke von 100 w , die von der Firma Toray K.K. hergestellt worden war und im Handel
unter dem Warennamen "LUMILER # k 100" vertrieben wird, wurden mittels eines Stanzmessers
ein ringförmiger Körper mit einem Innendurchmesser von 65 zum und einem Außendurchmesser
von 85 mm gestanzt. Als Schablone wurde eine @Xne UêiLa er in Fig. 11(A) gezeigten
Art benutzt, die einen zylindrischen Abschnitt A mit einem Außendurchmesser von
86 mm und einer fIöhe von
150 mm und einen kegelstumpfförmigen
Abschnitt B mit einem kleinsten Außendurcllmesser von 60 mm und einer Höhe von 130
mm umfaßte. Die Außenfläche der Schablone war mit "TEFLON" beschichtet, damit der
ringförmige Körper während der Bearbeitung leicht verschoben und nach der Bebsndlung
leicht abgenommen werden konnte. Diese Schablone wurde auf ungefähr 200 0C vorgewärmt
und zur Herstellung des nahtlosen, ringförmigen Körpers gemäß dem Verfahren benutzt,
dessen Verfahrensschritte in den Fig. 12 bis 15 dargestellt sind. Während der Herstellung
des nahtlosen, ringförmigen Körpers wurde die Schablone mit einer Drehzahl von 30
Upm gedreht. Der ringförmige Körper wurde auf dem zylindrischen Abschnitt h 3 min
lang gehalten, nachdem er diesen über den kegelstumpfförmigen Abschnitt B der Schablone
erreicht hatte, wonach der ringförmige Körper abgekühlt und vor der Schablone abgenommen
wurde. Der auf diese Weise erhaltene, nahtlose, ringförmige Körper hatte die gevnLnschten
Abmessungen, nämlich einen Durchmesser von 86 mm und eine Dicke von 100 Fm Er wurde
als Antriebsriemen benutzt und zeigte dabei ausgezeichneten Betriebseigenschaften.
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Beispiel 7 Aus einer Folie aus ~NYLON 6.6" mit einer Dicke von 80
pm wurde ein ringförmiger Körper mit den gleichen-Abmessungen wie bei Beispiel 5
geschnitten. Ferner wurde
eine Schablone mit der gleichen Form
wie bei Beispiel 5 benutzt.
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Zuvor wurden in die Schablone iIeizpatronen eingesetzt und so eingestellt,
daß sie die Oberfläche der Schablone auf einer Temperatur von ungefähr 150 C halten
konnten. Danach wurden genau die gleichen Verfahrensschritte, wie sie in den Fig.
12 bis 15 dargestellt sind, durchlaufen, um den nahtlosen, ringförmigen Körper herzustellen.
Die Drehzahl der Schablone betrug 20 Upm, und der ringförmige Körper wurde auf dem
zylindrischen Abschnitt h während 15 min gehalten, nachdem er diesen Abschnitt vorbei
am kegelstumpfförmigen Abschnitt B erreicht hatte. Danach wurde der ringförmige
Körper abgekühit und von der Schablone abgenommen. Ergebnis war ein nahtloser, ringförmiger
Körper mit einer Weite von 10 mm, einem Durchmesser von 86 mm und einer Dicke von
80 Dieser Riemen wurde als Trennriemen zum Abheben von Kopierpapier von einer lichtempfindlichen
Trommel in einem elektrofotografischen Gerät benutzt. Die Betriebseigenschaften
des nahtlosen, ringförmigen Körpers verschlechterten sich selbst dann nicht, als
er bereits 100 000 Blätter Kopierpapier ohne jegliche Schwierigkeiten abgehoben
hatte.
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Beispiel 8 Aus einer zweiachsig orientierten Polypropylenfolie mit
einer Dicke von 60 #um wurde ein ringförmiger Körper mit den gleichen Abmessungen
wie bei Beispiel 5 ausgeschnitten.
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Eine ähnliche Schablone wie bei Beispiel 5 wurde benutzt und so eingestellt,
daß ihre Oberfläche auf einer Temperatur von ungefähr 140 °C gehalten wurde.
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Nach der Vorbereitung wurde der ringförmige Körper auf die Schablone
gesetzt und mit einer Drehzahl von 25 Upm gedreht.
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Der ringförmige Körper auf der Schablone wurde auf dem zylindrischen
Abschnitt A der Schablone für die Dauer von 2 min gehalten, naclndem er diesen Abschnitt
erreicht hatte.
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Danach wurde der ring örmi e Körper abgekühlt und von der Schablone
abgenommen. Der dadurch erzeugte, nahtlose, ringförmige Körper war äußerst gleichmäßig
und wies keinerlei Verformungen, Biegungen oder Krümmungen auf.
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Ferner wurde auch eine Polyamidfolie benutzt und den gleichen Verfahrensschritten
unterworfen. Es wurden ebenso günstige Ergebnisse wie bei der Polypropylenfolie
erreicht. Im letzteren Fall wurde jedoch die Oberflächentemperatur der Schablone
auf 250 C gehalten, und die Drehzahl der Schablone betrug 35 Upm. Die Zeitdauer,
während der
der ringförmige Körper auf dem zylindrischen Abschnitt
A gelassen wurde, betrug 3 min.
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Beispiel 9 Aus einer Acetatfolie mit einer Dicke von 75 pm wurde ein
Riemenelement mit einer Weite von 2 mm, einem Innendurchmesser von 100 mrl und einem
Außendurchmesser von 130 mm mittels einer Stanzpresse geschnitten und mit Hilfe
eines Lösungsmittels MEK (iftethyläthylketon) aufgetrieben, wonach das Lösungsmittel
verdampft wurde. Das Riemenelement wurde dann auf eine Schablone, die der bei Beispiel
1 verwendeten ähnlich war, gesetzt und während 30 min bei 150 °C erwärmt. Danach
wurde das Riemenelement abgekühlt, und es ergab sich ein Riemen der ge#vünschten
Form. Zum Vergleich wurde ein Riemen aus gleichem Material hergestellt, wobei jedoch
kein Lösungsmittel benutzt wurde. Um die Zugfestigkeiten der zwei verschiedenen
Proben zu messen, wurden sie ständig unter Verwendung der in Fig. 9 gezeigten Walzen
einer Zugkraft von 50 g ausgesetzt, während sie mit einer Geschwindigkeit von 150
mm/min gedreht wurden.
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Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 6 wiedergegeben.
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Tabelle 6
| .inbun- Bnzahl der Umläufe |
| Pro- #te: zw Ze3tpunl#t des |
| be lieißens (Upm) |
| Beispiel 9 T2 000 |
| Beispiel 9 32 000 |
| Vergleichs- 15 000 |
| probe |
Aus der vorstehenden Tabelle ergibt sich, daß der aufgetriebene Riemen eine läere
Lebensdauer hat, bevor er reißt. Dies dürfte an der sich aus der Volumenvergrößerung
ergebenden, erhöhten Flexibilität des Elementes liegen, die sich im praktischen
Betrieb als äußerst nützlich erweist.