DE2607976A1 - Keilriemen - Google Patents

Description

VON KREISLER SCHÖNWALD ME\fcR EISHOLD FUES VON KREISLER KELLER SELTING

PATENTANWÄLTE Dr.-Ing. von Kreisler + 1973

Dr.-Ing. K. Schönwald, Köln Dr.-Ing. Th. Meyer, Köln Dr.-Ing. K. W. Eishold, Bad Soden Dr. J. F. Fues, Köln Dipl.-Chem. Alek von Kreisler, Köln Dipl.-Chem. Carola Keller, Köln Dipl.-Ing. G. Seifing, Köln

5 KÖLN 1 ,

DEICHMANNHAUS AM HAUPTBAHNHOF Sch-DB/KO

The Gates Rubber Company

999 South Broadway, Denver, Colorado 80217 / USA

Keilriemen

Die Erfindung betrifft Maschinenelemente und Mechanismen, insbesondere Antriebe mit einem geschichteten Keilriemen mit mehreren Antriebsflächen.

Bisher sind mehrere Arten von endlosen Treibriemen oder sogenannten Keilriemen im Gebrauch. Diese Riemen werden überall dort verwendet, wo sie um verschieden große Scheiben mit hohen Zuglasten arbeiten. Es ist wichtig, daß die Riemen eine gute Quersteifigkeit aufweisen, damit die Kords der Zugschicht ohne bemerkenswerte Beeinträchtigung ihrer Flexibilität zur Herumlegung um die Scheiben unterschiedlichen Durchmessers gehalten werden. Bei den meisten heute gebräuchlichen Riemen wird der

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aufnehmende Zugkord mit einer ersten Elastomerlage innerhalb des Kords abgestützt, die dicker als eine zweite Elastomerlage auf der Außenseite des Zugkords ist. Die innere Elastomerlage unterliegt Stauchkräften, während die äußere Elastomerlage gedehnt wird, wenn der Riemen um Scheiben läuft. Die erste oder innere Lage wird häufig als "Unterkordbereich" oder "Stauchzone" bezeichnet, während man die zweite oder äußere Lage "Überkordbereich" oder "Zugschicht" nennt.

Der Modul des Unterkordbereiches muß ausreichen, um die Kord-Zugschicht abzustützen, so daß der Riemenquerschnitt sich an den gegenüberliegenden Seitenrändern des gegen die Flansche einer Scheibe gedrückten Riemens nicht merklich verformt. In Wirklichkeit stützt der Unterkordbereich jedoch die Zugkords bei Eintritt des Riemens in die Scheiben nicht gänzlich ab. Es ergibt sich eine Verformung des Riemens, durch die die Kords am Rande des Riemens höheren Spannungen unterworfen sind. Wenn der Riemen aus der Endlosrille der Scheibe austritt, gewinnt der Riemenquerschnitt seine normale Gestalt wieder. Deshalb muß der Unterkord ausreichend starr sein, um die Zugkords angemessen abstützen zu können, wenn sie beim Auflaufen auf eine Scheibe und beim Ablaufen von dieser dauernd dem Wechsel hoher und niedriger Spannungen unterworfen werden. Ein Keilriemen biegt sich um seine neutrale Achse, die hauptsächlich, wenn nicht sogar vollständig, durch die Kords der Zugschicht gebildet ist. Deshalb wird der Unterkordbereich eines Riemens laufend gestaucht, während sein Überkordbereich beim Einlauf des Riemens in eine rotierende Scheibe gedehnt wird.

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Im allgemeinen hat Gummi bessere Dauerbiege-Charakteristiken im Stauchzyklus als im Streckzyklus. Dies ist jedoch nur einer von vielen Gründen, warum bei herkömmlichen Riemen der Oberkordbereich wesentlich dünner als der Unterkordbereich gehalten ist. Wenn beispielsweise der Unterkordbereich eine Stärke von 78 ;1 der Gesamtriemendicke aufweist, würde der Überkordbereich nur 22 % der Gesamtriemendicke stark sein. Hierdurch wird erreicht, daß der Überkord weniger gestreckt wird als der Unterkord zusammengepreßt wird. Der Unterschied in der Streckungsabstufung kompensiert etwas die geringere Dauerfestigkeit des gestreckten Gummis in der Überkordzone.

Zur Herstellung der Riemen sind bisher zwei Verfahren üblich. Nach dem ersten Verfahren wird der Riemen vor Aushärtung oder Vulkanisierung durch Abschälen in seine Trapez- oder Keilform gebracht. Die von den Rändern abgeschälten Materialien lassen sich wirtschaftlich wieder verwerten.

Nach dem zweiten Verfahren zur Riemenherstellung wird ein Hülsenkörper ausgehärtet, und es werden dann einzelne Riemen zu einem Keilprofil gestaltet. Der Verschnitt zwischen den aus einer Hülse geschnittenen Riemen ist voll ausgehärtet und läßt sich daher nicht gut wieder verwenden.

Ein Weg zur Vermeidung von Abfällen aus ausgehärteten Schälresten besteht im Aufbau einer Riemenhülse mit einer mittleren Kordschicht und der anschließenden Zerschneidung der Hülse zu Riemen in der von Lejeune in der US-PS 2 153 966 beschriebenen Weise. Jeder zweite von der Hülse abgeschnittene Riemen ist umgekehrt und läßt sich in die stehende Position umdrehen. Das Umdrehen ver-

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mittelt eine leichte Vorspannung des Überkordbereiches und eine Vorstauchung des Unterkordbereiches. Das Zerschneiden der Hülse in dieser Weise ist eine BelBLfslösung zur Vermeidung von Abfall. Bei einem so hergestellten Riemen ist jedoch die Dicke des Überkordbereiches etwa gleich der Dicke des Unterkordbereiches. Wie vorstehend erwähnt, bringt ein dicker Überkordbereich Material-Ermüdungsprobleme mit sich, während ein dünner Unterkordbereich weniger Material zur Querabstützung der Kords in der Zugschicht enthält.

Einige frühere einzeln geformte Riemen werden beispielsweise nach der US-PS 1 432 973 durch spiralförmiges Wickeln mehrerer Lagen gummierten Gewebes zu einer Hülse hergestellt. Dann werden nicht ausgehärtete Riemen von der Hülse so abgeschnitten, daß jeder zweite Riemen in seine stehende Betriebsposition gewendet werden muß. Die Riemen werden vor der Vulkanisierung gestreckt, um den Stauchdruck an dem Innenumfang abzuschwächen. Obwohl solche Riemen homogen sind, sind sie für modernere Hochleistungstransmissionen nicht geeignet, weil sie keine Hochmodul-Zugschicht mit Querabstützung aufweisen. Außerdem biegen sich solche Riemen um eine unbestimmte Achse, während sich Riemen mit einer Hochmodul-Zugschicht um die Achse der Zugschicht biegen. Die Biegung um eine unbestimmte Achse schafft Probleme bezüglich der Überkord- und Unterkord-Ermüdung.

Das bei derartigen Riemen auftretende Problem besteht darin, daß Unterkord und Überkord einen symmetrischen Aufbau haben müssen, so daß ein gewendet ausgehärteter Riemen im wesentlichen die gleichen physikalischen Eigen-

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schäften wie der neben ihm abgeschnittene stehend ausgehärtete Riemen hat. Bekannte Riemen leiden also hauptsächlich an vorzeitiger Überkord-Ermüdung.

Es wird ein Keilriemen mit einer mittleren Kordlage vorgeschlagen, dessen Aufbau in der ersten und zweiten Lage, die den Riemenunterkord und -Uberkord bilden, im wesentlichen gleich ist, wenigstens zwei Einlagen aus Webstoffen sind auf Jeder Lage schräg verlegt. Eine Diagonal-Stoffeinlage befindet sich auf der inneren und der äußeren Fläche jeder Lage und die zweite Diagonal-Stoffeinlage ist im Abstand zu dieser Einlage innen vorgesehen. Spiralgewundener Kord zwischen den Lagen bildet die Zugschicht des Riemens. In dem Unterkord und dem Überkord sind gegenüber den Kords Verstärkungen angeordnet, die als Querabstützung dienen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen von einer Riemenhülse abzuschneidenden Keilriemen so aufzubauen, daß sich keine Schälabfälle ergeben und daß Unterkord und Überkord im wesentlichen gleiche physikalische Eigenschaften bei den umgekehrt und den stehend geschnittenen Riemen haben.

Ferner wird mit der Erfindung ein im wesentlichen dicker Überkord-Aufbau angestrebt, der nicht vorzeitig ermüdet und dem Riemenunterkord umgekehrt entspricht.

Mit der in den Ansprüchen gekennzeichneten Erfindung werden die Aufgaben gelöst, und es wird außerdem ein Riemenaufbau mit einer Kordzugschicht in der neutralen Zone geschaffen, die zur Kraftübertragung zwischen Scheiben in

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Querrichtung ausreichend abgestützt ist. Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß Schälabfälle vermieden werden und der Riemenaufbau gleichzeitig die Herstellung stehender und umgekehrter Riemen aus einer einzigen Riemenhülse erlaubt.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine isometrisch aufgeschnittene Ansicht eines erfindungsgemäßen Keilriemens,

Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie 2-2 eines Teiles einer Riemenhülse zur Veransdaulichung eines stehenden Riemens und eines daneben befindlichen umgekehrten Riemens gleichen Aufbaus und

Fig. 3 eine Teilansicht längs der Linie 3-3 in Fig. 1 zur Veranschaulichung der Diagonalstoff-Verstärkung.

Ein endloser Keilriemen 10 wird gemäß der Erfindung durch im wesentlichen symmetrische Laminierung mehrerer Materiallagen zur Bildung einer Riemenhülse 12 hergestellt. Die Riemenhülse wird in bekannter Weise ausgehärtet, und es werden mehrere Riemen aus der Hülse geschnitten.

Die Riemenhülse wird nach den von Lejeune offenbarten Richtlinien zerschnitten, wobei jeder zweite geschnittene Riemen abwechselnd steht 14 und umgekehrt ist 16, wie der Querschnitt gemäß Fig. 2 schematisch erkennen läßt. Bei dieser Schneidtechnik gibt es keinen Abfall,

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weil zwischen den benachbarten Riemen nicht geschält wird.

Die im wesentlichen qmmetrische Anordnung des Verstärkungsmaterials ermöglicht es, daß jeder zweite Riemen in die stehende Position 14 umgedreht werden kann, so daß die zerschnittenen nebeneinander befindlichen Riemen im wesentlichen gleiche physikalische Eigenschaften haben.

Jeder Riemen besteht aus einer Zugschicht 18 aus spiralförmig gewundenen Kords in einer neutralen Zone, wobei die Kords zwischen zwei im wesentlichen symmetrische Lagen 20, 22 verstärkten Elastomermaterials eingeschlossen sind. Wenn ein Riemen in stehender Lage 14 von der Riemenhülse 12 abgeschnitten wird, definiert die erste Lage 20 den Unterkord-Bereich 24 und die zweite Lage 22 den Überkord-Bereich 26 des Riemens. Bei in die Position 16 umgedrehtem Riemen bildet die zweite Lage 22 den Unterkord-Bereich 24 und die erste Lage 20 den Überkord-Bereich 26.

Die Zugschicht 18 kann in bekannter Weise unter Verwendung bekannter Materialien aufgebaut sein. Beispielsweise kann sie aus einem oder mehreren verdrillten Kordbündeln enthaltend einen oder mehrere Stränge bestehen. Materialien mit hohem Modul, z.B. Polyester, Nylon, Glasfaser, Aramid od.dgl. werden als Kordbündel verwendet. Riemen mit nach außen gewandter Innenseite, die aus der umgekehrten Schneidposition in die stehende Position gewendet wurden, wenden sich um die Achse der Kords mit hohem Modul in der neutralen Zone. Daher hat ein in ste-

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hender Position geschnittener Riemen im wesentlichen die gleiche Umfangslänge wie ein aus der umgekehrten Schneidposition aufrecht gewendeter Riemen.

Die Lagen 20, 22, die die Unterkords und die Überkords enthalten, bestehen aus beliebigen für die Riemenherstellung typischen Elastomeren. Die Materialien können natürlichen oder synthetischen Gummi, Mischungen aus natürlichem oder synthetischem Gummi, Polyester, Polyurethan od.dgl. enthalten. Das elastomere Material bildet den Hauptteil des Keilriemenvolumens. Das Material wird wegen seiner Flexibilität und Haltbarkeit gewählt, damit es den Biegezyklen beim Lauf des Riemens um die Scheiben standhält.

Mittel 28 zur Querabstützung des Kords der Zugschicht sind in der ersten und zweiten Lage mit im wesentlichen gleichen Abständen von der jeweiligen Seite der Zugschicht 18 vorgesehen. Das radial am weitesten innen gelegene Mittel ist umfangsmäßig kürzer als das radial außen gelegene Mittel zur Querabstützung. Der umfangsmäßige Unterschied kann zu einer geringfügig größeren Anzahl von Verstärkungen als bei der radial äußersten Lage des stehend vorgeschnittenen Riemens im Vergleich zu einem umgekehrt geschnittenen Riemen führen, der in die stehende Position gedreht wurde.

Obwohl verschiedene Arten von Verstärkungen als Querabstützung 28 verwendet werden können, wird ein unter etwa 90° zu dem Zugkord angeordneter Querkord bevorzugt. Es kann auch ein anderes Abstützmittel für die Zugschicht verwendet werden, z.B. nach der US-PS 3 820 409 auf je-

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der Seite der Zugsohicht entgegengesetzt ausgerichtete schräge Kords. Auch kann Elastomermaterial mit querverlaufenden Fasern verwendet werden.

Wenigstens zwei Stoffeinlagen 30, 32 sind in die erste und zweite Lage der Elastomermatrize diagonal eingebettet. Die erste Einlage 30 befindet sich jeweils auf der Umfangsflache der ersten und zweiten Lage, während die zweite Einlage 32 mit gleichem Abstand zur ersten Einlage auf der Innenfläche der ersten und zweiten Lage 29 vorgesehen ist. Die beiden Stoffeinlagen reduzieren das Auftreten von Überkord-Brüchen in der mittleren Kordzone des Riemens beträchtlich. Die Schuß- und Kettfäden der ersten Stoffeinlage 30 sind unter einem Winkel A angeordnet, der größer als 95 und kleiner als l60 ist. Die Fäden der zweiten Einlage 32 können unter einem Winkel A verlaufen, der im wesentlichen 90 beträgt oder dem Winkel A der ersten Einlage entspricht. Vorzugsweise ist der Winkel A 122°.

Das Stoffgewebe ist als Verstärkung wirksam, die Überkord-Brüche verhindert, ohne die Flexibilität des Riemens wesentlich zu beeinträchtigen. Weitere Stoffeinlagen können symmetrisch mit leichtem Abstand zur Zugschicht in der ersten und zweiten Lage untergebracht sein. Zusätzliche Einlagen in dem Unterkord-Bereich unterstützen im übrigen die Q,us?abstützung bei der Unterstützung der Zugschicht. Brüche in dem Überkord-Bereich werden im wesentlichen verhindert, wenn der Winkel A größer als 90° und vorzugsweise nahe 122° ist.

Die erste Stoffeinlage kann einen Winkel A innehaben, der

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gleich, jedoch nicht kleiner als derjenige zweiter oder weiterer Einlagen ist. Der Winkel A kann mit zunehmendem Abstand der Einlagen von der Zugschicht immer größer werden. Es wurde festgestellt, daß ein solcher Aufbau dem Überkord progressiv mehr Flexibilität von der Zugschicht zu den Umfangsflächen der ersten Einlage gibt.

Die symmetrische Verteilung der Lagen relativ zur Zugschicht ermöglicht eine im wesentlichen identische Ausbildung der aus einer Riemenhülse herzustellenden Riemen, indem aufeinanderfolgende Riemen umgekehrt zerschnitten und in aufrechte Stellung gedreht werden. Die an der Außenfläche der Lagen vorgesehene Stoffeinlage dient der Verhinderung verhängnisvoller Brüche in dem Überkord-Bereich des Riemens. Der Winkel A im Überkord-Bereich wird kleiner, wenn der Riemen um eine Scheibe gelegt ist. Hierbei werden die Fäden des Stoffes in eine mehr längsverlaufende Stellung gebracht, wodurch die Flexibilität zunimmt. Der Winkel A in dem Uhterkord-Bereich wird bei Herumlegen des Riemens um eine Scheibe größer, so daß die Fäden des Stoffes mehr in Querrichtung verlaufen und die Abstützung der Zugschicht verbessert wird. Durch Veränderung des Winkels A aufeinanderfolgender Einlagen aus Diagonalstoff kann daher die tatsächliche Flexibilität des Überkord-Bereiches und die Querabstützung des Unterkord-Bereiches zur Herabsetzung von Überkord-Brüchen und Aufrechterhaltung der Zugschicht-Abstützung verändert werden. Die Idee der Ausbildung eines Gewebes mit stumpfwinkligen Kett- und Schußfäden gemäß US-PS 2 519 590 und der Verwendung dieses Stoffes gemäß US-PS 3 478 6I3 in einem Keilriemen vermittelt einen vollkommen abweichenden unsymmetrischen Schichtaufbau,

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bei dem Diagonalstoff nicht an der inneren und äußeren Umfangsfläche vorwiegend als Mittel zur Verhinderung des Bruches einer im wesentlichen dicken Überkord-Schicht angeordnet ist. Die Erfindung jedoch verwendet einen solchen Stoff in ganz anderer Weise als Teil eines symmetrischen Aufbaus, und es ergibt sich eine gänzlich neue Kombination. Vor allem schafft die Erfindung einen Aufbau derart, daß stehend und umgekehrt aus der gleichen Riemenhülse geschnittene Riemen im wesentlichen die gleichen Betriebseigenschaften zeigen.

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Claims (4)

1. Ansprüche

   Ii Keilriemen mit einer endlosen Zugschicht und mehreren Einlagen, gekennzeichnet durch wenigstens zwei Lagen (20, 22), von denen die erste und die zweite Lage hauptsächlich aus ElastomermaterJaL bestehen und im wesentlichen gleiche Dicke haben, und die erste Lage auf der Innenseite sowie die zweite Lage auf der Außenseite der Zugschicht (18) angeordnet sind; durch Mittel (28), die die Zugschicht (18) querabstützen und in der ersten und zweiten Lage (20, 22) im wesentlichen mit gleichem Abstand auf der Innenseite und der Außenseite der Zugschicht (18) vorgesehen sind; eine erste Einlage (30) aus im wesentlichen an der Außenumfangsfläche der ersten und zweiten Lage (20, 22) vorgesehenem Diagonalstoff, wobei diese erste Einlage (30) im wesentlichen gleichen Abstand zur Zugschicht (18) aufweist und ein Winkel (A) zwischen Kett- und Schußfäden zwischen 95° und 160° beträgt]

   und durch eine zweite Einige (32) aus Diagonalstoff, die im wesentlichen mit gleichem Abstand zu der ersten Diagonal-Stoffeinlage (30) in der ersten und der zweiten Lage (20, 22) vorgesehen ist.
2. 2. Keilriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Lage (20, 22) zur Bildung entgegengesetzt gerichteter Seiten des Keilriemens zerschnitten sind.
3. 3. Keilriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzliche Einlagen aus Diagonal-

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   stoff in der ersten und der zweiten Lage (20, 22) im wesentlichen mit gleichem Abstand von der Zugschicht (18) angeordnet sind, und daß der Winkel zwischen Kett- und Schußfäden der zusätzlichen Diagonal-Stoffeinlagen nicht größer als der Winkel zwischen den Kett- und Schußfäden der ersten Einlage ist.
4. 4. Keilriemen nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß jede Lage (20, 22) die gleiche Anzahl von Diagonal-Stoffeinlagen enthält.

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