DE60222464T2

DE60222464T2 - Treibriemen und Verfahren

Info

Publication number: DE60222464T2
Application number: DE60222464T
Authority: DE
Inventors: Craig Bennett KOPANG
Original assignee: Gates Corp
Current assignee: Gates Corp
Priority date: 2001-07-18
Filing date: 2002-07-17
Publication date: 2008-06-19
Anticipated expiration: 2022-07-18
Also published as: RU2277194C1; ATE329179T1; EP1407166A2; KR20040030062A; RU2004104636A; EP1452770A2; EP1407166B1; ES2290618T3; TW562905B; US20030116255A1; BR0211154A; US6609990B2; AU2002330895B2; RU2004133999A; CA2453899C; CN1309553C; KR100545504B1; RU2272711C2; PL375982A1; ATE373183T1

Description

Sachgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftübertragungsriemens mit einer tiefen Kordlinie.
Hintergrund der Erfindung
Es ist auf diesem Gebiet bekannt, Kraftübertragungsriemen aus elastomeren Materialien mit einem eingebetteten Zugelement herzustellen. Die Riemen können ein Mehrrippen-, Zahn- oder Keilprofil beschreiben. Die Riemen laufen in Riemenscheiben, die ein mit diesen zusammenwirkendes Profil aufweisen.
Es ist bekannt, dass das Zugkord in Kraftübertragungsriemen im allgemeinen in einer Elastomermatrix angeordnet ist. Insbesondere sind bei Mehrrippenriemen die Zugelemente im Körper des Riemens angeordnet. Diese Form des Aufbaus vermittelt der durch die Zugelemente gestützten Riemenrippe einen verstärkten Hebelarm. Die Größe der ausgeübten Kraft ist direkt proportional zu dem radialen Abstand zwischen der Mitte der Zugkordlinie und der Auflagefläche der entsprechenden Riemenscheibe. Eine größere Hebelarmlänge verkürzt die Lebensdauer des Riemens.
Das Verfahren zur Herstellung des Riemens bestimmt zum Teil die Position des Zugkords. Bei gefrästen Riemen wird ein Riemenrohling auf einem Dorn geformt und vulkanisiert. Der Riemenrohling wird anschließend abgenommen und das Mehrrippenprofil wird sodann in den Riemenrohling gefräst. Da der Fräsvorgang nicht vollständig kontrolliert werden kann, muss eine gewisse Zugabe bei der Position des Zugkords vorgesehen werden, um ein Zerschneiden desselben während des Fräsvorgangs zu verhindern. Dies führt zu einem Abstand der Zugkordlinie von einem Rippenscheitel, der größer ist als bevorzugt.
Repräsentativ für den Stand der Technik ist das US-Patent 3 820 409 an Meadows, das einen Keilriemen mit mehreren eng beabstandeten Stützkords beschreibt, die quer zu und mindestens auf einer Seite des lasttragenden Kords angeordnet sind.
Das Dokument GB-A_2 106 443 beschreibt ein Verfahren zur Bildung eines Riemens.
Es besteht Bedarf an einem Riemen mit einem erheblich verringerten Abstand zwischen einem Zugkord und einem Rippenscheitel. Es besteht Bedarf an einem Riemen mit einem erheblich verringerten Abstand zwischen einem Zugkord und der Kontaktfläche zwischen Rippen und Riemenscheibe. Es besteht Bedarf an einem Riemen mit einer Überkordschicht, die in einer Elastomerschicht angeordnet ist, welche über einem Zugkord liegt, um die Position des Zugkords während des Formens zu kontrollieren. Die vorliegende Erfindung entspricht diesen Bedürfnissen.
Überblick über die Erfindung
Der primäre Aspekt der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Kraftübertragungsriemens zu schaffen, der einen erheblich verringerten Abstand zwischen dem Zugkord und dem Rippenscheitel aufweist.
Ein anderer Aspekt der Erfindung ist es, einen Kraftübertragungsriemen zu schaffen, der einen erheblich verringerten Abstand zwischen dem Zugkord und der Kontaktfläche von Rippen und Riemenscheibe aufweist.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist es, einen Kraftübertragungsriemen zu schaffen, der eine Überkordschicht aufweist, die in einer den Zugkord überlagernden Elastomerschicht angeordnet ist, um die Position des Zugkords während des Formens zu kontrollieren.
Andere Aspekte der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Erfindung und die zugehörigen Zeichnungen aufgezeigt oder ersichtlich.
Die Erfindung ist durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 definiert.
Die Überkordschicht stützt die Zugkords während des Formens, wodurch die Position der Kordlinie stabilisiert wird. Dieser Aufbau führt zu einem erheblich verringerten Abstand zwischen der Zugkordmittellinie und dem Rippenscheitel bzw. der Kontaktfläche zwischen Rippen und Riemenscheibe bei einem Mehrrippenriemen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Querschnittsdarstellung des Standes der Technik.
2 ist eine Querschnittsdarstellung des erfindungsgemäßen Riemens.
2A ist ein Detail von 2 nach dem Formvorgang.
3 ist ein Diagramm von Testergebnissen für den erfindungsgemäßen Riemen.
4 zeigt die Ergebnisse des erfindungsgemäßen Riemens im Lebensdauertest unter hoher Belastung.
5 zeigt die Ergebnisse des erfindungsgemäßen Riemens im Beständigkeitstest bei hohen Temperaturen.
6 ist eine Querschnittsansicht der Abmessung -d.
7 ist eine Seitenansicht eines Riemenabschnitts.
8 zeigt einen herkömmlichen Überkordaufbau.
9 zeigt den Überkordaufbau des erfindungsgemäßen Riemens.
Detaillierte Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
1 ist eine Querschnittsansicht des Standes der Technik. Der bekannte Aufbau weist einen Überkord A, einen Unterkord B und Zugkords C auf. Die Mittellinie der Kordlinie ist mit einem bestimmten Abstand d zu einem Scheitel eines Mehrrippenprofils dargestellt. Die Kordlinie muss einen ausreichenden Abstand d zu dem Rippenscheitel aufweisen, um eine Beschädigung beim Fräsen des Mehrrippenprofils in den Riemen zu vermeiden. Die Zugkords C sind in Elastomermaterial D eingebettet.
2 ist eine Querschnittsansicht des durch die Erfindung erhaltenen Riemens. Der Riemen 100 weist mehrere Schichten auf. Der Unterkord 14 hat bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein Mehrrippenprofil. Im Betrieb greift der Riemen 100 in die Riemenscheibe P ein.
Genauer gesagt weist die Schicht 10 Gummi oder faserhaltiges Elastomermaterial auf. Der Überkord oder Querkord 11 umfasst eine Querkordschicht. Die Querkordschicht stützt den Zugkord 13 während des For- und Härtungsvorgangs, wodurch eine korrekte Kordlinienposition in dem Riemenkörper beibehalten wird. Der Querkord 11 kann Gewebe- oder Vliesmaterial aufweisen.
Die Querkordschicht 11 ist im wesentlichen nicht porös, wodurch verhindert wird, dass eine erhebliche Menge der Schicht 10 während des Formvorgangs durch die Schicht 11 dringt. Dies hat den Effekt, dass die Schicht 11 den Zugkord 13 stützt, wodurch eine gleichmäßige Position der Zugcordmittellinie CL kontrolliert erreicht wird.
Eine dünne Gummischicht 12 ist zwischen der Schicht 11 und dem Zugkord 13 aufgebracht. Kords 13 erstrecken sich entlang der Längsachse des Riemens. Zwar ist bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Gummischicht 12 zwi schen der Schicht 11 und den Zugkords 13 aufgebracht, jedoch kann das Gummi 12 auch zwischen den Zugkords 13 und der Unterkordschicht 14 aufgebracht sein, solange die Kords 13 während des Formens von Gummi 12 umschlossen sind.
Der Unterkord 14 umfasst ein Elastomermaterial mit Faserzuschlag. Bei einem alternativen Ausführungsbeispiel kann er ebenfalls reines Elastomer ohne Faserzuschlag, d.h. eine Gummischicht, aufweisen. Der Faserzuschlag für die Schichten 10 und 14 kann im Bereich von 0,1 bis 20 Teile pro hundert Teilen liegen. Die Fasern können jede bekannte Faser sein, einschließlich beispielsweise Baumwolle, PTFE und Aramid.
Ein Mantel 15 kann vorgesehen sein und Gewebe- oder Vliesmaterial umfassen, um einen Reibungskoeffizienten zu erreichen.
Herstellung
Der Riemen wird in einem Prozess des sequentiellen Aufbringens jeder Schicht auf einer Aufbautrommel aufgebaut. Der Riemen wird durch Formen hergestellt, indem eine expandierende Membran verwendet wird, die den Riemenrohling in eine gerippte äußere Formschale presst. In diesem Vorgang wird der Riemen auf einem Dorn mit einem expandierbaren Teil auf der Oberfläche des Dorns aufgebaut. Während des Formens und Härtens drückt das expandierbare Teil den aufgebauten Riemen in eine äußere Formschale. Die Verwendung der Querkord-Überkordlage 11 stabilisiert die Position der Zugkordlinie 13, was zu einer genau kontrollierten Position der Kordlinie führt. Dies ermöglicht es, den Zugkord 13 näher an einem Rippenscheitel 16 und damit näher an der Rippen/Riemenscheiben-Kontaktfläche RF anzuordnen, wodurch die Lebensdauer erheblich verlängert wird. Zum Vergleich befinden sich bekannte Kordlinien in einem erheblich größeren Abstand von dem Rippenscheitel und der Rippen/Riemenscheiben-Kontaktfläche, was zu einer kürzeren Lebensdauer führt.
Insbesondere wird eine erste Elastomerschicht 10 aus einem Gummielastomer oder einem faserhaltigen Material auf den Dorn gelegt. Anschließend wird eine Querkordschicht 11 aufgebracht. Aufgrund der Fließeigenschaften des Gummis während des Formens kann die Querkordschicht 11 durch Zusammennähen der Enden der Lagen stumpf oder unter Belassung eines Spalts, wie in Zusammenhang mit 9 beschrieben, miteinander verbunden werden.
Anschließend wird eine zweite Elastomerschicht aus einer dünnen Lage Gummimaterial 12 über der Querkordlage 11 aufgebracht. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht die Schicht 12 ausschließlich aus Gummimaterial. Anschließend werden die Zugelemente oder Kords 13 über die Gummimaterialschicht gewickelt. Danach wird die dritte Elastomerschicht, welche eine faserhaltige Unterkordlage 14 aufweist, aufgebracht. Schließlich wird eine Lage 15 aus Vliesmaterial auf die Oberfläche der Unterkordlage aufgebracht. Das Vliesmaterial 15 kann Materialien umfassen, die auf Zellstoff basieren oder nicht.
Die Verwendung dieses Aufbaus und Verfahrens führt dazu, dass die letztliche Kordposition stabil und erheblich näher an dem Rippenscheitel 16 und der Rippen/Riemenscheiben-Kontaktfläche RF bleibt. Insbesondere wird während des invertierten Formvorgangs der Riemenaufbau, und insbesondere der Kord 13, spiralförmig auf eine in einer Aufbautrommel angeordnete expandierbare Membran aufgebracht. Während des Formens drückt die expandierbare Membran oder der Beutel den Riemenaufbau in die Formschalenrippen.
Im Stand der Technik neigt der Kord 13 während eines Formablaufs dazu, sich entweder zu verzerren oder in die erste verfügbare Stützschicht hinabzuziehen. Die resultierende Fehlausrichtung der Kords bewirkte, dass diese unterschiedliche Lasten aufnahmen, wodurch die Lebensdauer verringert wurde.
Bei dem Riemen und dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Stütze, die dies verhindern soll, durch die Querkordschicht 11 gebildet. Auf diese Weise wird der Kord 13 gestützt, wodurch die Kordlinie CL genauer und näher an der Rippen/Riemenscheiben-Kontaktfläche RF angeordnet ist.
Dieser Aufbau hat ferner einen erheblichen Vorteil gegenüber dem Herstellungsverfahren, bei dem ein Riemenprofil in den gehärteten Riemenaufbau gefräst wird. Bei einem gefrästen Riemen muss die Kordlinie weiter von dem Rippenscheitel 16 beabstandet sein, um ein unbeabsichtigtes Beschädigen des Kords durch den Fräsvorgang zu vermeiden. Bei dem vorliegenden geformten Aufbau ist die Kordlinie dem Scheitel wesentlich näher.
Der offenbarte Aufbau des erfindungsgemäßen Riemens positioniert die Kordlinie CL im Vergleich mit bekannten Riemen in einem geringeren radialen Abstand d über dem Rippenscheitel 16 und der Rippen/Riemenscheiben-Kontaktfläche RF (d2). Ein derartiges Positionieren der Kordlinie schafft eine überlegene dynamische Leistung, siehe 3. Der Bereich des radialen Abstands d bei dem erfindungsgemäßen Riemen ist derart, dass die Außenfläche des Kords 13 ungefähr 0 bis 1,29 mm (0,000'' bis 0,050'') über dem Rippenscheitel 16 liegt. Es ist ebenso möglich, dass der Abstand d der Kordlinie negativ ist, so dass die Außenfläche des Kords unterhalb des Rippenscheitels liegt, wodurch der Kord 13 effektiv teilweise oder vollständig innerhalb der Rippen positioniert ist, siehe 6. Der Abstand der Kordmittellinie in bezug auf den Rippenscheitel liegt in dem ungefähren Bereich von –1,03 bis 0 mm (–0,040'' bis. 0.000''). Der negative Wert, beispielsweise –1,03 mm (–0,04''), gibt an, dass sich der Kord "unterhalb" des Rippenscheitels befindet, so dass der Kord in den Rippen angeordnet ist, s. 6, bei der es sich um eine Querschnittsdarstellung einer Abmessung -d handelt.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel liegt der Bereich von d bei einem Kord 13 mit einem Durchmesser von ungefähr 1,03 mm (0,040'') ungefähr zwischen 0,257 mm (0,010'') und 0,386 mm (0,015'') über dem Rippenscheitel. Wenn der radiale Abstand d gleich 0,514 mm (0,020'') ist, befindet sich ein Zugkord 13 an der Oberfläche der Schicht 14 an dem Rippenscheitel 16. Der angegebene Korddurchmesser dient lediglich illustrativen Zwecken und kann in Abhängigkeit von den Bedürfnissen eines Benutzers und den Betriebsbedingungen des Riemens variiert werden.
Wie zuvor erwähnt, hat der offenbarte Aufbau des Riemens den Effekt, den Abstand d2 zwischen der Rippen/Riemenscheiben-Kontaktfläche RF und der Riemenkordlinie CL zu verringern. Die Verringerung des Abstands d2 bewirkt eine Verringerung des Auslenkungsbetrags der Rippe, wenn der Riemen in eine Riemenscheibe eingreift. Insbesondere wird im Betrieb beim Eingreifen eines Riemens in eine Riemenscheibe das Elastomermaterial der Rippe in Reaktion auf das auf die Riemenscheibe übertragene Drehmoment ausgelenkt. Die Auslenkung erfolgt entlang einer Längsachse und ist relativ zu einem Punkt des Zugkords. Siehe 7.
7 ist eine Seitenansicht eines Riemenabschnitts. A gibt einen Punkt an einem Zugkord 13 an. C zeigt einen Punkt an einer Riemenscheibenangreiffläche einer Rippe 14. Wenn der Riemen unter Last L an einer (nicht dargestellten) Riemenscheibe angreift, wird die Rippe 14 derart ausgelenkt, dass der Punkt C über die Strecke D3 zum Punkt B ausgelenkt wird. Die Größe der Strecke D3 ist wie beschrieben von d2 abhängig. Nimmt d2 zu, so nimmt auch D3 zu. Umgekehrt führt eine Verringerung von d2 zu einer Verringerung von D3. Übermäßiges Auslenken, D3, bewirkt vorzeitiges Riemenversagen durch Reißen der Rippen. Ein Verringern der Auslenkung D3 während des Betriebs durch erhebliches Reduzieren von d2 führt zu einer erheblichen Verlängerung der Lebensdauer des Riemens.
2A ist ein Detail der 2. Der Riemenquerschnitt ist derart, dass die Elastomerschicht 12 zwischen und durch die Zugkords 3 gedrückt wurde, wodurch Nasen 120 gebildet wurden. Die Nasen 120 verlaufen parallel zu und entlang einer Länge der Zugkords, im wesentlichen parallel zur Längsachse. Die Schicht 11 ist nahe den Zugkords ebenfalls gepresst und drückt über einen dünnen verbleibenden Bereich der Schicht 12 auf die Kords 13. Die Nasen 120 umfassen Elastomermaterial der Schicht 12. Die Nasen 120 stützen und federn die Kords im Betrieb ab.
3 ist ein Diagramm von Testergebnissen für den erfindungsgemäßen Riemen. Wie in 3 dargestellt, führt die Verringerung des durchschnittlichen Abstands zwischen einem Rippenscheitel 16, und damit der Rippen/Riemenscheiben-Kontaktfläche RF, und der Kordlinie CL zu einer erheblichen Verlängerung der Riemenlebensdauer. Beispielsweise beträgt die Lebensdauer eines Riemens mit einem durchschnittlichen radialen Abstand d zwischen der Zugkordmittellinie und dem Rippenscheitel von ungefähr 1,08 mm (0,042'') 100 Stunden im Vergleich zu 280 Stunden bei einem Riemen mit einem durchschnittlichen radialen Abstand d zwischen der Zugkordmittellinie und dem Rippenscheitel von ungefähr 0,822 mm (0,032'').
4 zeigt Ergebnisse des Riemens nach einem Lebensdauertest unter hoher Belastung. Der Riemen zeigte eine erheblich verbesserte Lebensdauer unter hoher Belastung. Der Test unter hoher Belastung umfasst das Treiben eines Riemens mit ungefähr 4900 U/min bei ungefähr 264 pounds Gesamtspannung bei einer Temperatur von ungefähr 85°. Der Riemen arbeitete ungefähr 280 Stunden bis zum Versagen, während ein Riemen mit einer höheren Kordlinienposition weniger als 150 Stunden bis zum Versagen arbeitete, was einer Verbesserung von 86% entspricht.
5 zeigt die Hochtemperaturbeständigkeit des Riemens. Der Riemen hat eine erheblich verbesserte Hochtemperaturbeständigkeit. Der Hochtemperaturbeständigkeitstest umfasst das Treiben eines Riemens auf einem Dreipunktantrieb bei ungefähr 13000 U/min und ungefähr 282 pounds Gesamtspannung bei einer Temperatur von ungefähr 250°F. Der Riemen arbeitete ungefähr 390 Stunden bis zum Versagen, während ein Riemen mit einer Standard-Kordlinie 250 Stunden bis zum Versagen arbeitete, was einer Verbesserung von 56% entspricht.
8 zeigt einen herkömmlichen Überkordaufbau. Die Überkordschicht C ist an einer Überlappungsverbindung zusammengefügt. Ein Ende der Überlappungsverbindung liegt um den Betrag OL über dem unteren Bereich. Dieser "hohe Punkt" erzeugt eine Erhebung, die bei Verwendung des Riemens mit einer Rückseitenrolle im Betrieb zu Geräuschen führen kann.
9 zeigt den Überkordaufbau des Riemens. Wie an anderer Stelle in dieser Beschreibung erörtert, überlagert die Schicht 10 die Querkordschicht 11. D bezeichnet die Aufbautrommel, auf welcher der Riemen bei der Herstellung aufgebaut wird, wie an anderer Stelle in dieser Beschreibung dargelegt. Die Enden 11A und 11B der Schicht 11 können in Stoßverbindung ausgebildet und/oder miteinander vernäht sein. Jedoch kann bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel während der Herstellung auf der Aufbautrommel ein geringfügiger Spalt G zwischen den Enden 11A und 11B vorhanden sein, wodurch das Ende 11A mit der Schicht 10 anstatt dem gegenüberliegenden Ende 11B vernäht werden kann. Während des Vulkanisierens fließt das Material der Schicht 10 durch den Spalt zusammen, wodurch eine nahtlose Verbindung entsteht. Eine nahtlose Verbindung eliminiert jedes Geräusch, das durch das Laufen eines Riemens über eine Rückseitenrolle entstehen kann. Das Herstellen des Riemens mit einem Spalt im Überkordbereich stellt daher eine Verbesserung gegenüber einem bekannten Riemen dar, bei dem ein Spalt in der Überkordschicht bei Verwendung einer Rückseitenrolle zu Geräuschen führen würde, da die bekannten Riemen eine genaue Kontrolle der Enden der Überkordschicht erfordern. Der Riemen erfordert nicht, dass die Enden der Schicht 11 genau geschnitten und aufgelegt werden, was ferner zu einer Verringerung der Herstellungskosten führt.

Claims

Verfahren zum Aufbauen eines Riemens mit den folgenden Schritten: Aufbauen eines Riemenaufbaus mit den folgenden Schritten: Legen einer ersten Elastomerschicht auf einen Aufbaudorn, der eine expandierbare Außenfläche hat; Legen einer Kreuzkordschicht auf die Elastomerschicht; Legen einer zweiten Elastomerschicht auf die Kreuzkordschicht; spiralförmiges Wickeln eines Zugelements auf die zweite Elastomerschicht; und Legen einer dritten Elastomerschicht auf das Zugkord; Druckbeaufschlagen der expandierbaren Außenfläche, wodurch der Riemenaufbau in einer Form mit einem Riemenprofil gedrückt wird; Stützen des Zugelements durch die Kreuzkordschicht, wodurch die Zugkordposition kontrolliert wird; Beaufschlagen des Riemenaufbaus mit einer Temperatur; Aushärten des Riemens; und Entnehmen des Riemenaufbaus aus der Form.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt des Legens eines Vliesmaterials auf die dritte Elastomerschicht.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt des Verwendens eines mehrrippigen Profils mit Rippenscheiteln.
Verfahren nach Anspruch 3, ferner mit dem Schritt des Schneides des gehärteten Riemenaufbaus in Riemen.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt des Verwendens eines Faserzuschlags in der ersten Elastomerschicht.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt des Verwendens eines Faserzuschlags in der dritten Elastomerschicht.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt des Begrenzens des Abstandes zwischen einem Rippenscheitel und der Zugelementmittellinie auf einen Bereich von –1,016 cm bis 0,0381 cm (–0,040'' bis 0,015'').
Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt des Bildens der zweiten Elastomerschicht ausschließlich aus Gummi.