DE60310198T2

DE60310198T2 - Rippenriemen mit profilrippenende

Info

Publication number: DE60310198T2
Application number: DE60310198T
Authority: DE
Inventors: Jiangtian Rochester Hills CHENG
Original assignee: Gates Corp
Current assignee: Gates Corp
Priority date: 2002-01-16
Filing date: 2003-01-13
Publication date: 2007-10-11
Anticipated expiration: 2023-01-14
Also published as: CN1304769C; HUP0501129A2; ES2278141T3; EP1472474B1; RU2004124838A; MXPA04007842A; TR200401743T2; BR0306899B1; CA2471928A1; JP2005530098A; ATE347663T1; AU2003207569B2; TW200302324A; RU2270946C2; KR20040081134A; US20030134705A1; WO2003062666A1; PL373711A1; CN1620564A; KR100599155B1

Description

Fachgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Mehrfachrippenriemen und insbesondere einen Mehrfachrippenriemen mit verbessertem Rippenspitzen-Profil und reduzierter Kontakt-Normalkraft.
Technischer Hintergrund der Erfindung
Mehrfachrippenriemen weisen generell einen Elastomerkörper mit einem darin eingebetteten Zugcord auf. Der Körper weist ferner parallele Rippen auf, die in Längsrichtung verlaufen. Jede Rippe greift in eine Riemenscheibennut ein, mittels derer ein Drehmoment übertragen wird.
Herkömmliche Rippen weisen ein Profil auf, das einen Einschlusswinkel beschreibt. Der Spitzen- oder Oberbereich der Rippe ist flach oder konkav, oder er kann bis zu einem Punkt abstehen.
Repräsentativ für das Fachgebiet ist das U.S.-Patent Nr. 4,944,717 (1990) von Georget, das einen Kraftübertragungsriemen mit einer umfangsmäßig gerippten Innenfläche beschreibt. Die schmale Basis jeder Rippe wird durch eine konkav gekrümmte Fläche gebildet. Diejenigen Merkmale der vorliegenden Erfindung, die aus dieser Veröffentlichung bekannt sind, sind im Oberbegriff des hier angefügten Anspruchs 1 aufgeführt.
Repräsentativ für das Fachgebiet ist ferner das U.S.-Patent Nr. 5,492,507 (1996) von Kumazaki, das einen Kraftübertragungsriemen mit Rippen beschreibt, wobei jede Rippe zwischen einem Rippenseitenteil und einem Rippenspitzen-Oberflächenteil eine gekrümmte Fläche aufweist.
Bei den herkömmlichen Rippenprofilen wird die durch Betriebsbelastung verursachte Rissbildung an der Rippenspitze nicht minimiert. Zudem wird bei herkömmlichen Profilen die Biegeermüdungs-Lebensdauer des Riemens bei hohem Reib-Drehmoment nicht maximiert.
Es besteht Bedarf an einem Mehrfachrippenriemen mit verbesserter Riemen-Biegeermüdung. Es besteht Bedarf an einem Mehrfachrippenriemen mit verbesserter Riemen-Biegeermüdung bei hohem Reib-Drehmoment. Bedarf besteht an einem Mehrfachrippenriemen mit einem Rippenspitzenprofil, bei dem die Rissbildung am Rippenspitzenbereich minimiert ist. Es besteht Bedarf an einem Mehrfachrippenriemen mit einem Rippenspitzenprofil, bei dem die Berührungsdeformation an der Rippen-/Riemenscheiben-Grenzfläche minimiert ist. Bedarf besteht an einem Mehrfachrippenriemen mit einer Riemenspitze, die eine konkave Fläche aufweist, die an einer zwischen Rippenseitenflächen gelegenen flachen Fläche angeordnet ist. Bedarf besteht an einem Mehrfachrippenriemen mit reduzierter Kontakt-Normalkraft. Die vorliegende Erfindung erfüllt die vorgenannten Anforderungen.
Überblick über die Erfindung
Der Hauptaspekt der Erfindung besteht in der Schaffung eines Mehrfachrippenriemens mit reduzierter Riemen-Biegeermüdung.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht in der Schaffung eines Mehrfachrippenriemens mit reduzierter Riemen-Biegeermüdung bei hohem Reib-Drehmoment.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht in der Schaffung eines Mehrfachrippenriemens mit einem Rippenspitzenprofil, bei dem die Rissbildung am Rippenspitzenbereich minimiert ist.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht in der Schaffung eines Mehrfachrippenriemens mit einem Rippenspitzenprofil, bei dem die Berührungsdeformation an der Rippen-/Riemenscheiben-Grenzfläche minimiert ist.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht in der Schaffung eines Mehrfachrippenriemens mit einer Riemenspitze, die eine konkave Fläche aufweist, die an einer zwischen Rippenseitenflächen gelegenen flachen Fläche angeordnet ist.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht in der Schaffung eines Mehrfachrippenriemens mit reduzierter Kontakt-Normalkraft.
Weitere Aspekte der Erfindung werden in der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung und den beigefügten Zeichnungen dargelegt oder sind daraus ersichtlich.
Gemäß der Erfindung ist ein Riemen gemäß Anspruch 1 vorgesehen, bei dem eine Riemenspitze eine konkave gekrümmte Fläche aufweist, die zwischen im Wesentlichen flachen Flächen angeordnet ist, welche ihrerseits zwischen Rippenseitenflächen angeordnet sind. Die im Wesentlichen flachen Flächen sind angrenzend an gekrümmte Flächen angeordnet, die mit den Rippenseitenflächen verbunden sind. Durch die gemäß der Erfindung vorgesehene Ausgestaltung des Rippenprofils und der Rippenprofil-Verbindung wird die Rissbildung an der Rippenspitze beträchtlich reduziert, wodurch die Riemen-Biegeermüdung bei Aufbringung eines hohen Reib-Drehmoments beträchtlich reduziert wird. Durch die gemäß der Erfindung vorgesehene Ausgestaltung des Rippenprofils und der Rippenprofil-Verbindung werden ferner die hoch lokalisierte Zugspannung/Zugbelastung an der Rippenspitze und die hoch lokalisierte Scherspannung an der Rippenflanke reduziert, wodurch Rissbildungen an der Rippenspitze und ein Abreißen von Rippen beträchtlich reduziert werden. Der Riemen gemäß der Erfindung weist ferner eine beträchtlich reduzierte Kontakt-Normalkraft auf, so dass die Betriebslebensdauer des Riemens verlängert wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die beigefügten Zeichnungen, auf die in der Beschreibung verwiesen und die Teil der Beschreibung sind, zeigen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der Prinzipien der Erfindung.
1 zeigt eine Draufsicht auf die Endseite des Riemens gemäß der Erfindung.
2 zeigt ein Schaubild zur Veranschaulichung der reduzierten Zugspannung/Zugbelastung an der Rippenspitze bei der Rippe gemäß der Erfindung.
3 zeigt ein Schaubild zur Veranschaulichung der reduzierten hochlokalisierten Kontaktnormalkraft-Verteilung bei optimiertem Profil der Rippen-/Riemenscheiben-Grenzfläche.
4 zeigt eine Querschnittsansicht des Riemens gemäß der Erfindung mit schematischer Andeutung der Normal-Kontaktkraft.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
1 zeigt eine Draufsicht auf die Endseite des Riemens gemäß der Erfindung. Das Rippenspitzenprofil und die Rippen-Ausgestaltung, die in der Figur gezeigt sind, minimieren die Rissbildung an der Rippenspitze und die Berührungsdeformation an die Rippen-Riemenscheiben-Kontaktfläche und verbessern somit die Widerstandsfähigkeit gegenüber Riemen-Biegeermü dung bei Anwendungssituationen mit hohem Drehmoment. Der Riemen gemäß der Erfindung greift mit einer oder mehreren genuteten Riemenscheiben zusammen. Durch den Reibkontakt zwischen einer gerippten Riemenfläche und einer genuteten Riemenscheibenfläche wird ein Drehmoment von einer Antriebs-Riemenscheibe zu einer angetriebenen Riemenscheibe übertragen.
Der Riemen 100 gemäß der Erfindung weist eine Obercordschicht 10, Zugcords 20, Untercord 30 und Rippen 31 auf.
Für die Übercordschicht 10 wird ein mit Nylon-Kurzfaser verstärktes Gewebe verwendet. Zu den weiteren für die Übercordschicht 10 verwendbaren Geweben zählen Nylon- und Polyester-Webstoff. Die Übercord-Dicke liegt im Bereich von ungefähr 0,40 bis 0,55 mm.
Die Zugcords 20 können einen Cord mit hohem Modul aufweisen, wie z.B. Aramid-Cords mit einem Cord-Durchmesser von ungefähr 0,65 mm bis 0,80 mm und einem Cord-Abstand von ungefähr 22~26 epi. Die Cords 20 sind eingebettet in einem Haftgummi 11 mit einem Elastizitätsmodul im Bereich von ungefähr 40 bis 60 Mpa. Die Cords 20 können auch Polyester-Cords mit einem Cord-Durchmesser von ungefähr 0,85 mm bis 0,94 mm und einem Cord-Abstand von ungefähr 20 bis 22 epi aufweisen. Diese Cords 20 sind eingebettet in einem Haftgummi 11 mit einem Elastizitätsmodul im Bereich von ungefähr 25 bis 40 Mpa. Zu weiteren Zugcordmaterialien zählen Aramid, Polyester, Nylon 4.6 oder Nylon 6.6 und Äquivalente derselben. Die Gesamt-Übercorddicke T liegt im Bereich von ungefähr 0,75 mm bis 1,10 mm.
Die Verbindung der Rippen des Untercords 30 weist eine mit Füllstoff verstärkte Gummiverbindung mit einem Querfasermodul im Bereich von ungefähr 10 bis 40 Mpa bei 100°C auf. Das Füllstoff-Verstärkungsmaterial enthält ungefähr 30 bis 60 Gewichtsanteile Siliziumdioxid, ungefähr 5 bis 30 Gewichtsanteile Ruß und ungefähr 3 bis 8 Gewichtsanteile Kurzfasern pro 100 Gewichtsanteilen Gummi. Die gefüllten Kurzfasern haben eine mittlere Länge von 1 bis 6 mm und sind in Riemenbreitenrichtung ausgerichtet. Die gefüllten Kurzfasern können ein synthetisches Material wie z.B. Nylon, Vinylon, Polyester, Aramid oder eine Kombination oder Äquivalente dieser Materialien aufweisen. Die gefüllten Kurzfasern können auch ein natürliches Material wie z.B. Baumwolle, Zellulose oder eine Kombination oder Äquivalente dieser Materialien aufweisen. Der Untercord 30 kann jeden beliebigen Naturkautschuk, synthetischen Kautschuk oder jede Kombination derselben, der bzw. die auf dem Gebiet der Riemenherstellung verwendet wird, und Äquivalente derselben aufweisen.
Eine Rippe 31 hat eine Höhe L1 im Bereich von ungefähr 1,6 mm bis 2,0 mm. Eine Rippenspitze 32 weist eine gekrümmte Fläche 36 auf, die eine Sinuswellenform beschreibt. Der Winkel α einer Rippennut 33 liegt im Bereich von ungefähr 34° bis 46°. Die Oberfläche 36 beschreibt eine konkave Form und hat eine Sinuswellenform mit einer Wellenamplitude von ungefähr 0,15 bis 0,50 mm, einer Wellenlänge von ungefähr 0,5 bis 3,0 mm und einer Bemessung von ungefähr 1,3 bis 1,8 von der Bogenmitte bis zur Rippennut-Apex-Spitze. Die Oberfläche 36 kann auch einen Kreisbogen mit einem Radius von ungefähr 1,2 mm bis 5,0 mm beschreiben, oder sie kann eine Parabolform beschreiben.
Die gekrümmten Flächen 39 und 40 beschreiben jeweils einen Radius R2. Die Flächen 39, 40 gehen über in im Wesentlichen flache Flächen 41, 42, die zu den Rippenflanken 34 bzw. 35 führen. R2 liegt im Bereich von ungefähr 0,20 mm bis 0,75 mm.
Eine gekrümmte Fläche 37 mit einem Radius R3 geht in die angrenzenden Rippenflanken 34, 35 über. Die Fläche 37 hat einen Radius im Bereich von ungefähr 0,15 mm bis 0,45 mm.
Die gemäß der Erfindung vorgesehene Ausgestaltung des Rippenprofils und der Rippenverbindung bewirkt eine beträchtliche Reduzierung von Rissbildungen an der Rippenspitze, so dass die Biegeermüdung des Riemens bei Aufbringung eines hohem Reib-Drehmoments beträchtlich reduziert wird. Die Verbindung weist auf:

Zusammensetzung Gewichtsanteile

Polymer (Gummi) 100

Ruß 5~30

Kurzfaser (1~6 mm) 3~8

Siliziumdioxid 30~60

Öl 10

AOX 1

Hilfsmittel 15

Härtungsmittel 6
Die gemäß der Erfindung vorgesehene Ausgestaltung des Rippenprofils und der Rippenverbindung bewirkt ferner eine beträchtliche Reduzierung der hochlokalisierten Zugspannung/Zugbelastung an der Rippenspitze und der hochlokalisierten Scherspannung an der Rippenflanke, wodurch eine Rissbildung an der Rippenspitze und ein Abreißen von Rippen beträchtlich reduziert werden. Die glatten, gekrümmten Flächen 39, 40 minimieren eine konzentrierte Kontaktdeformation, die aufgrund einer Verkeilung einer Rippe in einer Riemenscheibennut verursacht werden könnte.
2 zeigt ein Schaubild zur Veranschaulichung der reduzierten Zugspannung/Zugbelastung an der Rippenspitze bei der Rippe gemäß der Erfindung. Bei der gemäß der Erfindung vorgesehenen Ausgestaltung der Rippen trägt die Rippenspitzenfläche 36 dazu bei, eine hohe Zugspannung/Zugbelastung der Rippenspitze während eines Rückbiegens an einer flachen Riemenscheibe zu minimieren. Die glatten gekrümmten Flächen 39, 40, die jeweils den Radius R2 haben, minimieren eine aufgrund von Verkeilung einer Rippe in einer Riemenscheibennut verursachte konzentrierte Kontaktdeformation. Ferner wird durch einen flexiblen Rippenverbindungsmodul die Zugbelastung an der Rippenspitze reduziert und die durch Rip penverbindungs-Hysterese-Energieverlust verursachte Wärmeerzeugung in der Rippe bei hohen Drehzahlen minimiert. Der Rippenverbindungs-Querfasermodul beträgt ungefähr 32 Mpa bei 100°C.
3 zeigt ein Schaubild zur Veranschaulichung der reduzierten hochlokalisierten Kontaktnormalkraft-Verteilung bei optimiertem Profil der Rippen-/Riemenscheiben-Grenzfläche. Durch die gemäß der Erfindung vorgesehene Anpassungs-Irregularität der Rippen-/Riemenscheiben-Grenzfläche wird die Kontakt-Normalkraftverteilung entlang der Rippenflanke und des Rippen-/Riemenscheiben-Kontaktbogens optimiert; siehe 3. Der in 3 gezeigte Winkel der Riemenscheibennut beträgt 40° zwecks Eingreifens in einen Riemen mit einem Nutwinkel α von 42°. Durch diese "Anpassungs-Irregularität" des Nutwinkels werden die Rippen-Scherverformung minimiert und der durch hochlokalisierte Kontaktnormalkraft-Verteilung verursachte Rippenverschleiß reduziert. Damit wiederum wird die Betriebslebensdauer des Riemens verlängert, da die Betriebskräfte reduziert werden. Die Rippen-/Riemenscheibennut-Grenzfläche gemäß der Erfindung reduziert ferner ein Rippenschlupfgeräusch bei optimierter Anpassungs-Irregularität zwischen Rippe und Riemenscheibennut.
4 zeigt eine Querschnittsansicht des Riemens gemäß der Erfindung mit Andeutung der Normal-Kontaktkraft. Die Normalkräfte N wirken sich an den Rippenflanken 34, 35 aus.
Obwohl hier mehrere Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden sind, wird Fachleuten ersichtlich sein, dass an der Ausgestaltung und der gegenseitigen Beziehung der Teile Variationen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der hier beschriebenen Erfindung abzuweichen. Ferner dient die vorliegende Beschreibung nur als Beispiel, und der Umfang der Erfindung ist nur durch die Ansprüche vor dem Hintergrund des Standes der Technik beschränkt.

Claims

Riemen (100) mit: einem elastomeren Körper mit einem darin eingebetteten Zugteil (20) und mit einer Riemenscheibenangriffsfläche; wobei die Riemenscheibenangriffsfläche eine in Längsrichtung verlaufende Rippe (31) aufweist; und die Rippe (31) eine Spitze (32) aufweist, die eine konkave Fläche (36) beschreibt; dadurch gekennzeichnet, dass: die Spitze (32) ferner zwei im Wesentlichen flache Flächen (41, 42) beschreibt, wobei die konkave Fläche (36) zwischen den beiden im Wesentlichen flachen Flächen (41, 42) angeordnet ist.
Riemen (100) nach Anspruch 1, bei dem die konkave Fläche (36) eine bogenförmige Fläche aufweist.
Riemen (100) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem die Rippe (31) ferner aufweist: eine erste gekrümmte Fläche (39), eine zweite gekrümmte Fläche (40), eine erste Rippenflanke (34) und eine zweite Rippenflanke (35), wobei die ersten und die zweiten gekrümmten Flächen (39, 40) auf beiden Seiten der im Wesentlichen flachen Flächen (41, 42) angeordnet sind und wobei jede im Wesentlichen flache Fläche (41, 42) mit einer der Rippenflanken (34, 35) verbunden ist.
Riemen (100) nach Anspruch 3 bei Anordnung in einem Mehrfachriemen und ferner mit: einer dritten gekrümmten Fläche (37), die benachbarte Rippenflanken (34, 35) benachbarter Rippen (31) verbindet; und einem Winkel (α) zwischen benachbarten Rippenflanken (34, 35), der in einem Bereich von ungefähr 34° bis 46° liegt.
Riemen (100) nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, bei dem die erste gekrümmte Fläche (39) und die zweite gekrümmte Fläche (40) im Wesentlichen gleiche Radien haben.
Riemen (100) nach Anspruch 3, Anspruch 4 oder Anspruch 5, ferner mit einem Obercord (10), der relativ zu dem Zugteil (20) entgegengesetzt zu einer Rippe (31) angeordnet ist.
Riemen (100) nach Anspruch 6, bei dem der Obercord (10) Polyamid aufweist.
Riemen (100) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, ferner mit einer Faserbeladung in der Rippe (31).