DE69401784T2

DE69401784T2 - Keilriemen oder Keilrippenriemen

Info

Publication number: DE69401784T2
Application number: DE69401784T
Authority: DE
Inventors: Ralf Moedder; Arnold Strauss
Original assignee: Volkswagen AG; Gates Corp
Current assignee: Volkswagen AG; Gates Corp
Priority date: 1993-05-20
Filing date: 1994-05-14
Publication date: 1997-12-04
Anticipated expiration: 2014-05-15
Also published as: DE69401784D1; ES2099992T3; EP0625650B1; DE4316917A1; EP0625650A1; ATE149240T1

Description

Die Erfindung betrifft einen endlosen Keilriemen oder Keilrippenriemen.
Keilriemen und Keurippenriemen dienen zur Übertragung von Umfangskräften in Antriebssystemen. Die Riemen weisen eine in einen elastomeren Riemenkörper eingebettete Verstärkungseinlageaus Zugsträngen auf. Der Reibschluß zwischen der Riemenoberfläche und den Antriebsscheiben wird durch die Oberfläche des Riemenkörpers erzeugt, während die Verstärkungseinlage die Kraftübertragung übernimmt. Ubliche Standard-Keil- oder -Keilrippenriemen verfügen über eine Verstärkungseinlage aus hochfesten Zugsträngen, um hohe Umfangslasten übertragen zu können. Die für den Riemenkörper verwendeten Kautschukmischungen sind dabei an die hohen zu übertragenden Kräfte angepaßt. Im Zuge gestiegener Anforderungen an die Betriebssicherheit von Riementrieben entsteht ein zunehmender Bedarf an störungsfreien Keil-und Keurippenriemen, die eine hohe Lebensdauer haben. Bei bekannten Keilriemen oder Keurippenriemen beträgt der Elastizitätsmodul der Verstärkungseinlage relativ zu der Riemenbreite über 5.000 N/mm. Grundsätzlich wird im Stand der Technik davon ausgegangen, daß ein Riemen mit hoher Leistungsübertragungsfähigkeit einen hohen Elastizitätsmodul von über 5.000 N/mm haben muß, also relativ steif und wenig dehnbar ist, um eine große Übertragungskapazität und eine lange Lebensdauer zu erhalten.
Aus DE 40 38 456 Al ist ein endloser elastischer Keilriemen oder Keilrippenriemen bekannt, der als Snap-on-Riemen verwendbar ist, d.h. eine große Dehnung aufweist, um für die Montage auf Riemenscheiben auseinandergezogen werden zu können. Dieser Riemen hat einen Elastizitätsmodul zwischen 250 N/mm und 1.500 N/mm.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Riemen zu schaffen, der imstande ist, hohe dynamische Belastungen aufzunehmen und hohe Lasten zu übertragen und dabei ein verbessertes Schlupf- und Geräuschverhalten und eine hohe Lebensdauer hat.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß bei einem Riemen insbesondere die Wärmealterung des Kautschukmaterials und die damit verbundene Versprödung zum Ausfall führen. Die Wärmealterung entsteht hauptsächlich durch Drehwinkelschwingungen, die der Riemen bei seinem Umlauf um die Riemenscheiben ausführt. Solche Drehwinkelschwingungen verursachen Schlupf und damit verbunden auch Lärmgeräusche. überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß die Drehwinkelschwingungen im Riementrieb Wärme verursachen. Das Ausmaß dieser Wärme ist um so größer, je höher der Elastizitätsmodul des Riemens ist, d.h. je größer die dynamische Kraftänderung im Riemen bei den Drehwinkelschwingungen wird.
Als Erklärung für dieses pHänomen wird angenommen, daß die Energieaufnahme des Riemens infolge von Drehwinkelschwingungen proportional zur dynamischen Kraftänderung im Riemen ist. Die Energieaufnahme wird im Riemen in Wärme umgesetzt. Demzufolge weisen steife Riemen eine hohe Wärmeentwicklung auf, während diese bei weichen Riemen (mit geringem Elastizitätsmodul) gering bleibt.
Andererseits führt ein zu geringer Elastizitätsmodul (1.500 N/mm und darunter) dazu, daß der Riemen eine zu geringe Leistungsübertragungsfähigkeit hat und daß die Spannkraft des Riemens mit der Zeit übermäßig abfällt. Derartige Riemen (z.B. Snap-on-Riemen) können daher nur für geringe Übertragungsleistungen benutzt werden, beispielsweise bei Haushaltsgeräten wie Waschmaschinen u.dgl. Riemen mit hoher Übertragungsleistung sollten dagegen einen Elastizitätsmodul haben, der über 1.500 N/mm und vorzugsweise über 1.770 N/mm liegt. Ein solcher Riemen ist nur nach Art eines Standard-Riemens verwendbar, nicht aber als Snap-on-Riemen.
Der erfindungsgemäße Riemen vereinigt die Eigenschaften einer hohen übertragungskapazität und einer langen Betriebsdauer. Dies liegt daran, daß der Elastizitätsmodul geringer ist als bei vergleichbaren Riemen, wodurch der erfindungsgemäße Riemen eine geringere interne Hitzeentwicklung hat, insbesondere wenn er in einem Antriebssystem mit ungleichförmigem Lauf betrieben wird. Die Erfindung wirkt sich besonders vorteilhaft aus, wenn die Ungleichförmigkeit der Rotation der Riemenscheiben von etwa 7 % bis zu 35 %, insbesondere von 7 % bis 21 %, beträgt, wie z.B. bei einem Kraftfahrzeugmotor, insbesondere einem Dieselmotor.
Der erfindungsgemäße Riemen hat wegen der geringeren Temperaturentwicklung und der geringeren dynamischen Kraftänderungen auch eine verringerte Geräuschentwicklung als herkömmliche Riemen.
Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Riemen und
Fig. 2 einen Vergleich des erfindungsgemäßen Riemens mit einem herkömmlichen Standard-Riemen anhand eines Diagramms, in dem die Beharrungstemperatur über der Schwingungsamplitude dargestellt ist.
Der in Fig. 1 dargestellte Riemen ist ein als endloser Riemen augebildeter Keilrippenriemen mit sechs Keilrippen. Der Keilrippenriemen weist einen Riemenkörper 10 aus Elastomermaterial auf. Die längslaufenden Rippen des Riemenkörpers 10 sind bei 11 gezeigt.
Der Riemen weist eine erste Schicht 12 auf, zu der auch die Rippen 11 gehören und die aus Polychloropren (CR) besteht. In die erste Schicht 12 können Fasern, wie z.B. kurze Aramidfasern, eingebettet sein. An die Schicht 12 schließt sich eine zweite Schicht 13 an, die die Verstärkungseinlage 14 enthält. Die Schicht 13 besteht aus einem faserfreien Adhäsionsgummi- Material, z.B. aus Polychloropren, ACSM (alkyliertes chlorosulfiniertes Material) oder HNBR (hydrierter Nitril-Butadien- Rubber).
Bei der Verstärkungseinlage 14 handelt es sich im vorliegenden Fall um einzelne längslaufende Stränge aus Polyamid (Nylon), insbesondere aus Polyamid 4.6. Alternativ können andere Zugstrangmaterialien verwendet werden wie Polyamid 6 bzw. Polyamid 6.6 oder Polyester, Polyäthylen, Polypropylen usw. Die Verstärkungseinlage 14 ist in gedehntem Zustand in den Riemenkörper 10 eingebettet, wobei ihre Vorspannung beim Verbau zwischen 18 und 60 N liegt, vorzugsweise zwischen 18 und 40 N.
Über der Schicht 13 liegt ein Deckgewebe 15 aus Polyester, das einen Rückenschutz für den Riemen bildet und verschleißfest und quersteif ist. Die Schicht 12 ist dagegen verschleißarm.
Das Leistungsübertragungsverhalten und die Dehnbarkeit des Riemens werden in erster Linie durch die Verstärkungseinlage bestimmt. Diese kann auch aus verzwirnten Fäden oder aus einem Gewebe bestehen.
Der Elastizitätsmodul M des Riemens bestimmt sich zu
M = [F x L]/[B x dL] mit
F = Riementrumkraft (N)
B = Riemenbreite (mm)
L = Riemenlänge im ungespannten Zustand (mm)
dL Riemenlängenänderung im mit einer Kraft "F" gespannten Zustand (mm).
Bei PK-Keilrippenprofilen gemäß Fig. 1 beträgt die der Bestimmung des Elastizitätsmoduls zugrundeliegende Riementrumkraft F - 50 N pro Keilrippe.
Der Elastizitätsmodul des gesamten Riemens ist generell gleich dem Elastizitätsmodul der Verstärkungseinlage.
Tests mit dem in Fig. 1 dargestellten Riemen mit einem Elastizitätsmodul von 2.400 N/mm haben im Vergleich mit einem üblichen Standard-Riemen, dessen Elastizitätsmodul 5.000 N/mm betrug, zu dem in Fig. 2 dargestellten Ergebnis geführt. In Fig. 2 ist längs der Abszisse die Schwingungsamplitude β (in Winkelgrad) angegeben, und längs der Ordinate ist die sich einstellende Beharrungstemperatur dT in Grad C angegeben. Die Schwingungsamplitude β wird erzeugt, indem die Antriebsscheibe, um die der Riemen umläuft, zusätzlich zu dem konstanten Umlauf Drehschwingungen um den Schwingungswinkel β ausführt. Der gesamte Schwingungsweg einer Schwingung beträgt daher 2 β. Die Beharrungstemperatur dT bezeichnet die gemessene Temperatur des Riemens (abzüglich der Umgebungstemperatur)
In Fig. 2 ist mit A die Kurve bezeichnet, die sich bei einem üblichen Standard-Riemen ergibt, und mit B die Kurve, die sich bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung ergibt. Man erkennt, daß die Beharrungstemperatur im gesamten Bereich der Schwingungsamplituden bei dem erfindungsgemäßen Riemen nur einen Bruchteil der Beharrungstemperatur beträgt, die sich gemäß Kurve A bei dem herkömmlichen Riemen einstellt.
Der erfindungsgemäße Riemen ist wegen seines geringen internen Hitzeaufbaus herkömmlichen Standard-Riemen dadurch überlegen, daß er eine wesentlich längere Standzeit hat. Gegenüber Snapon-Riemen zeichnet er sich durch ein größeres Leistungsübertragungsvermögen aus.

Claims

EP 0 625 650

1. Endloser Keilriemen oder Keilrippenriemen, der imstande ist, hohe dynamische Belastungen aufzunehmen, mit einer in einen elastomeren Riemenkörper (10) eingebetteten Verstärkungseinlage (14),

dadurch gekennzeichnet,

daß die Verstärkungseinlage (14) relativ zu der Riemenbreite gemessen in Riemenlängsrichtung einen Elastizitätsmodul (M) von unter 3.000 N/mm, jedoch mehr als 1.500 N/mm hat.

2. Keilriemen oder Keilrippenriemen nach Anspruch 1, bei dem die Verstärkungseinlage (14) in Riemenlängsrichtung eine Vorspannung zwischen 18 N und 60 N hat.

3. Keilriemen oder Keilrippenriemen nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Elastizitätsmodul (M) der Verstärkungseinlage (14) relativ zu der Riemenbreite gemessen in Riemenlängsrichtung im Bereich von 2.000 N/mm bis 2.600 N/mm beträgt.

4. Keilriemen oder Keilrippenriemen nach einem der Ansprüche 1-3, bei dem die Verstärkungseinlage (14) aus parallelen längs laufenden Polyamidsträngen besteht.

5. Keilriemen oder Keilrippenriemen nach einem der Ansprüche 1-4, bei dem der Riemenkörper (10) aus Chloroprenkautschuk oder ACSM (alkyliertes chlorosulfiniertes Material) oder HNBR (hydrierter Nitril-Butadien-Rubber) besteht.

6. Keilnementrieb mit mindestens zwei Riemenscheiben und einem um die Riemenscheiben umlaufenden Keilriemen oder Keurippenriemen nach einem der Ansprüche 1-5.