DE3837892C2 - Kraftuebertragungsriemen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftübertragungsriemen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Kraftübertragungsriemen mit einem mit Zugsträngen versehenen äußeren Riementeil und mit mehreren in Riemenlängsrichtung verlaufenden und quer zur Riemenlängsrichtung voneinander beabstandeten Rippen sind beispiels­ weise aus der DIN 7867 bekannt. Die Rippen des bekannten Kraftüber­ tragungsriemens weisen zum jeweiligen Rippenkopfende hin konvergierend verlaufende ebene Seitenflächen zur Abstützung an komplementären Seitenflächen einer Riemenscheibennut auf, wobei die Rippenkopfenden abgerundet oder abgeflacht sein können. Falls ein derartiger Kraftüber­ tragungsriemen an seinem äußeren Riementeil mit einer Umlenkrolle umge­ lenkt wird und dabei der äußere Riementeil auf Druck und die Rippen auf Zug beansprucht werden, kann es leicht zur Bildung von Rissen kommen, die vom jeweiligen Rippenkopfende her in Richtung zu dem äußeren Rie­ menteil verlaufen.

Zur Lösung dieses Problems ist es bereits vorgeschlagen worden, die inneren Rippenabschnitte, also die vom äußeren Riementeil entfernten, den Rippenkopf umfassenden Rippenabschnitte aus einem weicheren Gummima­ terial zu bilden als die äußeren Rippenabschnitte, also die Rippenabschnitte, die dem äußeren Riementeil benachbart sind.

Ein solcher Kraftübertragungsriemen ist beispielsweise aus der GB-PS 1 264 746 bekannt. Bei diesem bekannten Kraftübertragungsriemen sind die Seitenflächen der Rippen über den äußeren Rippenabschnitt und über den inneren Rippenabschnitt hinweg eben ausgebildet, wobei sie zu einem abgeflachten Rippenkopfende hin konvergieren. Zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften des Kraftübertragungsriemens können senk­ recht zur Riemenlängsrichtung verlaufende kurze Fasern in den Rippen verteilt sein.

Bei den konventionellen Kraftübertragungsriemen mit weicheren Rippen­ abschnitten am Rippenkopf konnte zwar die Rißbildungsneigung bei Um­ lenkung des Riemens um den äußeren Riementeil reduziert werden, wobei jedoch bei der Umlenkung um den inneren Riementeil an einer die Rippen mit komplementären Riemenscheibennuten in Eingriff nehmenden Riemen­ scheibe ein erhöhter Verschleiß an den weicheren inneren Rippenabschnit­ ten in Kauf genommen werden mußte. Ferner wurde beobachtet, daß durch das Zusammenwirken der inneren Rippenabschnitte mit den Flächen der Riemenscheibennuten Belastungen in die Rippen eingeleitet werden können, die Risse verursachen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kraftübertragungsriemen der eingangs genannten Art mit einfachen Mitteln dahingehend zu modifizie­ ren, daß die Verschleißneigung deutlich herabgesetzt wird.

Ausgehend von einem Kraftübertragungsriemen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch das kennzeich­ nende Merkmal des Anspruchs 1 gelöst.

Bei Umlenkung des Kraftübertragungsriemens an einer die Rippen mit betreffenden Riemenscheibennuten in Eingriff nehmenden Riemenscheibe können sich die ebenen Seitenflächen der äußeren Rippenabschnitte an den komplementären Seitenwänden der Riemenscheibennuten abstützen, so daß die hierbei auftretenden Kräfte in das härtere Kautschukmaterial der äußeren Rippenabschnitte eingeleitet werden. Aufgrund des gekrümmt zum Rippen­ kopfende hin konvergierenden Verlaufs der Seitenwände der inneren Rippenabschnitte erfahren die inneren Rippenabschnitte allenfalls einen geringen Kontaktdruck an den Seitenwänden der Riemenscheibennut, so daß die Verschleißbeanspruchung des weicheren Materials der inneren Rippenabschnitte deutlich herabgesetzt wird. Wird der Kraftübertragungs­ riemen jedoch über den äußeren Riementeil hinweg unter Zugbeanspru­ chung der Rippen an einer Umlenkrolle umgelenkt, so wird die mit der geringeren Härte der inneren Rippenabschnitte einhergehende größere Elastizität der inneren Rippenabschnitte wirksam, so daß Rißbildung unter­ bunden wird.

Der Kraftübertragungsriemen nach der Erfindung ist auf einfache Weise wirtschaftlich herstellbar und weist in bezug auf die üblichen Belastungs­ fälle ausgezeichnete mechanische Eigenschaften auf.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Darin zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Schnittansicht eines Kraftübertragungs­ riemens nach der Erfindung,

Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht einer Rippe des Kraftübertra­ gungsriemens nach Fig. 1,

Fig. 3 eine vergrößerte Schnittansicht der Rippe eines weiteren Aus­ führungsbeispiels eines Kraftübertragungsriemens nach der Erfindung,

Fig. 4 eine vergrößerte Schnittansicht der Rippe eines weiteren Aus­ führungsbeispiels eines Kraftübertragungsriemens nach der Erfindung,

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Prüfvorrichtung zur Be­ stimmung der Eigenschaften des Kraftübertragungsriemens,

Fig. 6 ein Diagramm zur Verdeutlichung des Zusammenhangs zwi­ schen dem Verschleiß und der Laufzeit von Kraftübertragungs­ riemen nach der Erfindung im Vergleich zu einem in Fig. 8 gezeigten konventionellen Kraftübertragungsriemen,

Fig. 7 eine perspektivische Schnittansicht eines bekannten Kraftüber­ tragungsriemens,

Fig. 8 eine perspektivische Schnittansicht eines weiteren bekannten Kraftübertragungsriemens und

Fig. 9 ein Diagramm für die in den Fig. 7 und 8 gezeigten Kraftüber­ tragungsriemen, in dem der Zusammenhang zwischen dem Lebensdauerverhältnis und dem Durchmesser einer Riemen­ scheibe zur Umlenkung des jeweiligen Riemens an der Riemen­ rückseite, dargestellt ist.

Der in Fig. 1 mit 10 bezeichnete Kraftübertragungsriemen nach der Erfin­ dung weist mehrere Rippen 15 und einen äußeren Riementeil 11 auf, der mit mehreren in Riemenlängsrichtung verlaufenden und quer zur Riemen­ längsrichtung voneinander beabstandeten Zugsträngen 12 versehen ist. Die äußere Fläche des Riemens ist mit einer Gewebe-Deckschicht 13 versehen. Der Kompressionsteil 14 des Riemens 10 umfaßt die Rippen 15, deren jede einen äußeren Rippenabschnitt 16 und einen distalen inneren Rippenab­ schnitt 17 aufweist.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, verlaufen die Rippen 15 parallel zu den Zug­ strängen 12 in Riemenlängsrichtung und sind quer zur Riemenlängsrichtung voneinander beabstandet.

Der Kompressionsteil 14 weist in den äußeren Rippenabschnitten 16 eine Vielzahl von quer zur Riemenlängsrichtung orientierten kurzen Fasern 18 auf.

Die Rippen 15 erstrecken sich bis nahe an den äußeren Riementeil 11 (Kautschukteil 11) und weisen an den äußeren Rippenabschnitten 16 ebene Seitenflächen 19 und 20 auf, die zum Rippenkopfende hin nach innen konvergierend verlaufen. Der eingeschlossene Winkel zwischen den Seiten­ flächen 19 und 20 liegt normalerweise in dem Bereich von 20° bis 80° und vorzugsweise in dem Bereich von 30° bis 44°.

Der innere Abschnitt 17 jeder Rippe hat vorzugsweise eine Härte, die geringer als die Härte des äußeren Rippenabschnitts 16 ist. Bei der darge­ stellten Ausführungsform hat der äußere Rippenabschnitt 16 eine Härte im Bereich von etwa 78° bis 88° (Shore A), und der innere Rippenabschnitt 17 hat eine Härte in dem Bereich von etwa 71° bis 81° (Shore A). In bevorzugter Weise beläuft sich die Differenz zwischen der Härte der beiden Abschnitte 16 und 17 auf wenigstens 5° Shore A.

Es wird bevorzugt, daß die Höhe des inneren Rippenabschnitts 17 in dem Bereich von etwa 5% bis 80% der Höhe der Rippen liegt, d. h. daß das Verhältnis der Abmessung x zu der Abmessung h jeweils in den Fig. 2, 3 und 4 in dem Bereich von etwa 5 bis 80% liegt.

Bei kreisbogenförmiger Krümmung der Seitenflächen 21, 22 der inneren Rippenabschnitte 17 hat es sich als zweckmäßig erwiesen, eine derartige kreisbogenförmige Krümmung mit einem Radius im Bereich von etwa 0,5 bis 1,1 mm vorzusehen.

Bei der dargestellten Ausführungsform wird die Kautschukschicht 11 von einer oder mehreren Naturkautschukarten, Styrolbutadienkautschukarten, Chloroprenkautschukarten und/oder Nitrilkautschukarten gebildet. Die Gewebe-Deckschicht enthält eine Schrägschuß-Tuchware oder eine Groß­ winkel-Tuchware und kann eine oder mehrere Lagen umfassen.

Die Zugstränge können von geeigneten hochfesten Fasern mit geringer Dehnung, wie Polyester-, aliphatischen Polyamid-, aromatischen Polyamid- oder Glasfasern, gebildet werden.

Bei der dargestellten Ausführungsform wird der Kompressionsteil von einem Kautschukmaterial gebildet, das ähnlich jenem des Kautschukteils 11 ist.

Die inneren Rippenabschnitte 17 haben gewölbte Seitenflächen 21 und 22, die zur Rippenkopfendfläche 23 hin verlaufen. In Fig. 2 sind die Seiten­ flächen 21 und 22 um eine Achse 24 kreisbogenförmig ausgebildet, die zentrisch auf der vertikalen Mittellinie des äußeren Rippenabschnitts 16 liegt. Die ebenen Seitenflächen 19 und 20 des äußeren Rippenabschnitts 16 des Kompressionsteils verlaufen als Tangenten an die kreisbogenförmigen Seitenflächen 21 und 22 an einem Verbindungspunkt 25, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist.

Wie ferner in Fig. 2 gezeigt ist, ist die Rippenkopfendfläche 23 kreisbogen­ förmig koaxial zur Achse 24 ausgebildet, so daß die Flächen 21, 22 und 23 geometrisch einen Kreisabschnitt bilden, dessen Mittelpunkt auf der Achse 24 liegt und der sich von den Verbindungspunkten 25 am inneren Ende der konvergierend verlaufenden ebenen Seitenflächen 19 und 20 des äußeren Rippenabschnitts nach innen erstreckt.

Unter Bezugnahme auf die Ausführungsform nach Fig. 3 ist der Aufbau des Kraftübertragungsriemens insgesamt mit 110 bezeichnet. Dieser Riemen 110 weist einen Riemenaufbau auf, der ähnlich dem des Riemens 10 ist.

Hierbei ist aber die Achse 124 der kreisbogenförmigen Seitenflächen 121 und 122 nach radial außen von der Lage der Achse 24 in dem Riemen 10 verschoben, so daß die ebenen Seitenflächen 119, 120 des äußeren Rippenabschnitts in dem Kompressionsteil die Enden der kreisbogenförmi­ gen Seitenflächen 121 und 122 an den Verbindungsstellen 125 schneiden. Als Folge hiervon ist die Höhe des inneren Rippenabschnitts 117 niedriger als die Höhe des inneren Rippenabschnitts 17 des Riemens 10 bei sonst gleicher Rippengestalt.

Eine weitere Ausbildungsform des Kraftübertragungsriemens nach der Erfindung ist insgesamt mit 210 bezeichnet und in Fig. 4 dargestellt. Die dort gezeigte Auslegung des Riemens ist ähnlich der Auslegung des Rie­ mens 10. Hierbei haben jedoch die gewölbten Seitenflächen 221 und 222 des inneren Rippenabschnitts in dem Kompressionsteil einen Radius, der wesentlich größer ist als der Radius der betreffenden Seitenflächen in den Riemen 10 und 110. Die Krümmungslinien, die die Flächen 221 und 222 begrenzen, schneiden sich radial innen weit vor der Rippenkopfendfläche 223. Die Rippenkopffläche 223 kann entsprechend der Fig. 4 eine - in gestrecktem Zustand - ebene Fläche sein.

Die ebenen Seitenflächen 219 und 220 des äußeren Rippenabschnitts 16 in dem Kompressionsteil sind tangential zu den gewölbten Flächen 221 und 222 angeordnet.

In den Fig. 7 und 8 sind konventionelle Kraftübertragungsriemen darge­ stellt, wie sie eingangs kurz angesprochen wurden. Bei dem in Fig. 7 gezeigten Kraftübertragungsriemen bilden die Rippen Kompressionsteil­ abschnitte A, die mit Fasern gefüllt sind. Wie eingangs erwähnt, hat es sich gezeigt, daß bei einer derartigen Auslegung eines Riemens mit Rippen leicht Risse, wie sie in Fig. 7 bei C angedeutet sind, auftreten können, die von dem schmalen Kopfende der Rippe zu deren Fuß hin verlaufen.

Bei dem in Fig. 8 gezeigten Kraftübertragungsriemen sind die an den schmalen Kopfenden der Rippen liegenden inneren Rippenabschnitte aus einem weicheren Kautschuk gebildet als die weiter oben liegenden äußeren Rippenabschnitte. Wie in Fig. 9 gezeigt ist, ist die Lebensdauer des Riemens nach Fig. 8 wesentlich größer als die Lebensdauer des Riemens nach Fig. 7, wobei sich die Lebensdauer mit den Abmessungen einer den Riemen an dessen Rückseite umlenkenden Riemenscheibe ändert, wobei in einem derartigen Belastungszustand mit Zugbeanspruchung des Kompressionsteils eine vergleichsweise große Rißbildungsgefahr besteht.

Die Lebensdauer der Kraftübertragungsriemen nach der Erfindung ist wesentlich größer als die Lebensdauer des Riemens nach Fig. 8, wie es in Fig. 6 verdeutlicht ist. Zur Bestimmung der in Fig. 6 dargestellten Eigen­ schaften hat man die Riemen in einer Prüfanordnung laufen lassen, die in Fig. 5 dargestellt ist, wobei die Riemen um eine Antriebsriemenscheibe Dr, eine angetriebene Riemenscheibe Dn und eine Spannriemenscheibe T geführt wurden. Wie in Fig. 6 gezeigt ist, war der Verschleiß bei dem Riemen nach Fig. 8 wesentlich größer als bei drei Beispielen A, A₁ und A₂ des Riemens 10. Es wurden Riemen mit einer Breite von 3,6 mm, einer Dicke von 5,0 mm und einer Länge von 900 mm geprüft. Die Antriebs­ riemenscheibe hatte einen Durchmesser von 120 mm, die angetriebene Riemenscheibe einen Durchmesser von 120 mm und die Spannriemen­ scheibe einen Durchmesser von 45 mm. Die Antriebsriemenscheibe wurde mit einer Drehzahl von 4901/min gedreht, und die Prüfungen wurden bei einer Temperatur von 18°C durchgeführt. Wie gezeigt ist, weisen die Riemen nach der Erfindung einen beträchtlich geringeren Verschleiß auf, so daß sie eine verlängerte Lebensdauer haben.

Zusammenfassend stellt die Erfindung somit einen verbesserten Kraftüber­ tragungsriemen bereit, der einen Kompressionsteil 14 mit mehreren Rippen 15 aufweist. Die inneren Rippenabschnitte 17 sind aus einem Kautschuk gebildet, der weicher als der Kautschuk ist, aus dem die äußeren Rippen­ abschnitte 16 bestehen. Die Seitenflächen der inneren Rippenabschnitte 17 sind gewölbt und verlaufen konvergierend nach innen. Bei einer Ausfüh­ rungsform sind diese Seitenflächen im Querschnitt kreisförmig. Die Seiten­ flächen des äußeren Rippenabschnitts sind eben und verlaufen konver­ gierend nach innen. Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind sie tangential an den gewölbten Seitenflächen des inneren Rippenabschnitts gelegen. Bei einer alternativen Ausführungsform schneiden die ebenen Seitenflächen des äußeren Rippenabschnitts die im Querschnitt gekrümmten Seitenflächen des inneren Rippenabschnitts. Das Rippenkopfende ist bei zwei Ausführungsformen kreisbogenförmig und konzentrisch zu den kreis­ bogenförmigen Seitenflächen des inneren Rippenabschnitts ausgebildet. Bei einer anderen Ausführungsform ist das Rippenkopfende abgeflacht, so daß die Rippenkopfendfläche im gestreckten Zustand des Riemens eben ist und quer zur Rippe verläuft.

Die Kraftübertragungsriemen nach der Erfindung haben eine verlängerte Standzeit und einen minimalen Verschleiß der Seitenflächen der Rippen, wobei die Gefahr der Bildung von Rissen an den Rippen weitgehend her­ abgesetzt ist.

Aufgrund der gekrümmten, nach innen konvergierend verlaufenden Seiten­ flächen der inneren Rippenabschnitte wird erreicht, daß die inneren Rippen­ abschnitte keinen starken Kontaktdruck an den Seitenflächen einer betref­ fenden Riemenscheibennut erfahren, so daß die Belastungen in den Rippen gleichförmig verteilt werden, um eine verbesserte Rißwiderstandsfähigkeit und günstigere Abriebeigenschaften zu erhalten.

Claims (9)

1. Kraftübertragungsriemen,
mit einem an seiner Außenseite mit einer Gewebe-Deckschicht (13) versehenen äußeren Riementeil (11), der in Riemenlängsrichtung verlaufende und quer zur Riemenlängsrichtung voneinander beabstan­ dete Zugstränge enthält, und
mit einem Kompressionsbereich (14) an der der Gewebe-Deckschicht abgewandten Seite des äußeren Riementeils (11),
wobei der Kompressionsbereich (14) mehrere in Riemenlängsrichtung verlaufende und quer zur Riemenlängsrichtung voneinander beabstan­ dete Rippen (15) mit jeweils einem dem äußeren Riementeil (11) benachbarten äußeren Rippenabschnitt (16) aus einem ersten Kaut­ schukmaterial und einem mit dem äußeren Rippenabschnitt (16) an dessen vom äußeren Riementeil (11) entfernten Ende verbundenen inneren Rippenabschnitt (17) aus einem gegenüber dem ersten Kautschukmaterial weicheren zweiten Kautschukmaterial aufweist, wobei die Rippen (15) zum jeweiligen Rippenkopfende hin konver­ gierend verlaufende Seitenflächen (19, 20, 21, 22; 119, 120, 121, 122; 219, 220, 221, 222) haben, die im Bereich (19, 20; 119, 120; 219, 220) des äußeren Rippenabschnittes (16) eben sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenflächen jeder Rippe (15) zu Beginn des inneren Rippen­ abschnittes (17) kreisbogenförmig gekrümmt sind.

2. Kraftübertragungsriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ebenen Seitenflächen (19, 20; 219, 220) des äußeren Rip­ penabschnittes (16) in Tangentialebenen zu den kreisbogenförmigen Seitenflächen (21, 22; 221, 222) des inneren Rippenabschnitts (17; 217) liegen.

3. Kraftübertragungsriemen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine innere Kopffläche (23; 123) kreisbogenförmig ausgebildet ist und kontinuierlich in die Seitenflächen (21, 22; 121, 122) des inneren Rippenabschnittes (17; 117) übergeht.

4. Kraftübertragungsriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine innere Kopffläche (223) die Seitenflächen (221, 222) des inneren Rippenabschnittes (217) schneidet.

5. Kraftübertragungsriemen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Kopffläche (223) eben ausgebildet ist.

6. Kraftübertragungsriemen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die kreisbogenförmigen Seitenflächen (21, 22; 121, 122) des inneren Rippenabschnittes (17; 117) konzentrisch ausgebil­ det sind.

7. Kraftübertragungsriemen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Rippenabschnitt (17) eine Höhe in dem Bereich von etwa 5-80% der Höhe der Rippe (15) hat.

8. Kraftübertragungsriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Rippenabschnitt (17) eine Härte hat, die um mehr als 5° (Shore A) kleiner als jene des äußeren Rippenabschnitts (16) ist.

9. Kraftübertragungsriemen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die kreisbogenförmigen Seitenflächen (21, 22) des inneren Rippenabschnitts (17) einen Radius von wenigstens 0,5 mm haben.