DE2014538C3 - Endloser Zahnriemen und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents
Endloser Zahnriemen und Verfahren zu seiner HerstellungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen endlosen Zahnriemen, bestehend aus einer die Zahnoberflächen und die
zwischen den Zähnen liegenden Riemenoberflächen bedeckenden Verschleißschicht, einer zugfesten Einlage
in Form einer Wendel aus einem dehnungsfesten Verstärkungsfaden mit Zwischenabständen zwischen
ihren Windungen, welche in den zwischen den Zähnen liegenden Bereichen an der Verschleißschicht anliegt,
und aus einem elastomeren Füllstoff, der die Zähne und die Zwischenräume zwischen den Windungen der
. ,ende] ausfüllt.
Es ist ein endloser Zahnriemen dieser Art bekannt, der auf einer Trommel hergestellt wird, welche entlang
ihrer Mantellinien verlaufende und im gegenseitigen Umfangsabstand angeordnete sowie im Querschnitt der
Zahnform entsprechende Nuten aufweist. Auf die freiliegenden Stege der dem Zahngrund entsprechenden
Abschnitte des Trommelumfangs wird bei der Herstellung dieses bekannten Zahnriemens eine textile
Verschleißschicht aufgewickelt, die aus einem dehnungsfähigen Textilgewebe oder -Gewirke besteht. Die
Dehnungsfähigkeit des Textils muß ausreichend sein, um zu gewährleisten, daß das Textil, das entlang einer
glatten Zylinderfläche um die genutete Tromire! gewickelt wird, beim Einpressen des elastomeren
s Füllstoffes bis in dichte Anlage an die Begrenzungsflä- chsn in die Nuten fest eingepreßt wird, um auch im
Bereich der Zähne eine den elastomeren Füllstoff der Zähne einschließende Verschleißschicht zu bilden
(vergLUS-PS3107 563).
Die Praxis hat gezeigt, daß eine textile Verschleißschicht
keinen ausreichenden Widerstand gegen Durchschneiden bietet Eine solche Schnittwirkung tritt aber
bei höheren Belastungen und längerem Betrieb z. B. daurch auf, daß die Zahnkanten, anders als beim Eingriff
zwischen zwei festen Zahnrädern, beim Zusammenwirken mit einem Zahnriemen direkt auf die Riemenoberfläche
zwischen zwei in Riemenlängsrichtung benachbarten Zähnen ein wirken. Dadurch ergibt sich eine
relativ rasche Durchtrennung der Verschleißschicht Da die zugfeste Einlage in aller Regel unmittelbar auf der
Rückseite der Verschleißschicht liegt, kommen nach Durchtrennen der Verschleißschicht die Zahnkanten
auch in direkte Berührung mit der zugfesten Einlage und beschädigen diese, so daß die Zugfestigkeit des Riemens
und damit auch seine Belastbarkeit rasch nachlassen und der Riemen unbrauchbar wird.
Ähnliche Verhältnisse treten auf, wenii statt eines
dehnungsföhigen Gewebes Textilflocken als Verschleißschicht auf die Trommel aufgebracht werden (vergl.
schweiz.-PS 4 55 266). Hierbei werden die Flocken auf
die gesamte freiliegende Oberfläche der Trommel so aufgebracht, daß die Flocken im wesentlichen mit ihren
Enden an der Oberfläche haften und etwa senkrecht zu der Trommeloberfläche verbleiben. Beim Eintreffen des
Füllstoffes werden die aufrecht stehenden Flocken zu einer Vliesschicht zusammengedrückt.
In beiden Fällen ist die Verschleißschicht abhängig von dem Textil, aus dem die Verschleißschicht gebildet
wird. Im Falle eines Gewebes muß das Textil eine hohe Elastizität und Dehnungsfähigkeit besitzen. In beiden
Fällen muß das Textil, für die Verschleißschicht zumindestens in Fasern oder Garne verarbeitet werden
können. Aufgrund dieser Einschräkung ist es oft schwierig ein Textil zu finden, welches eine ausreichende
Verschleiß- und Kerbfestigkeit aufweist.
Es ist somit Aufgabe der Erfindung, die aufgezeigten Schwierigkeiten bei der Herstellung eines endlosen
Zahnriemens der Eingangs näher bezeichneten Gattung überwinden zu helfen und einen solchen Zahnriemen so
weiterzubilden, daß die zugfeste Einlage wesentlich zuverlässiger und nachhaltiger als bisher gegen den
Einfluß der Kanten und Köpfe der Zahnradzähne geschützt werden, wobei der Zahnriemen insgesamt
eine längere Standzeit oder Lebensdauer erhalten soll.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Verschleißschicht aus einem' von dem Füllstoff
abweichenden Elastomer von hohem Abriebwiderstand besteht. Wesentlich ist dabei, daß auf die Oberfläche der
Trommel eine in sich geschlossene Schicht aus einem Elastomer aufgebracht wird. Durch Verwendung einer
Verschleißschicht aus Elastomer ist man von der Notwendigkeit der Überführung des Verschleißmaterials
in eine vorbestimmte textile Form entbunden. Es besteht also wesentlich mehr Freiheit in der Wahl des
elastomeren Verschleißmaterials ausschließlich nach Gesichtspunkten bezüglich Verschleiß- und Abriebeigenschaften.
Während sich ferner bei den bekannten Verschleiß-
schichten die ursprüngliche Dicke der textlien Verschleißschicht während des Einpressens des Füllstoffes
Vi .ändert, so daß keine sichere Gewähr und auch kerne
Kontrolle besteht, daß eine vorbestimmte Schichtdecke in vorbestimmten Bereichen der Oberfläche eingehalten
wird, hat man es bei der Ausbildung der Verschleißschicht nach der Erfindung in der Hand die Schichtdekke beliebig und mit großer Genauigkeit einzustellen und
einzuhaltea
Von besonderem Vorteil ist es, wenn man die Verschleißschicht aus einem Polyuretuan mit einem
Molekulargewicht von etwa 2000 herstellt, welches ein Reaktionsprodukt von Diisocyanat und Polyalkylenätherglykol ist.
Zum Herstellen des Zahnriemens geht die Erfindung
von einem bekannten Verfahren aus, bei dem auf einer mit entsprechend der Zahnform entlang von Mantellinien genuteten Trommel zunächst auf die Tronuneloberfläche eine Verschleißschicht aufgebracht und
anschließend in wählbarer Reihenfolge nacheinander ein elastomerer Füllstoff von hoher Viskosität aufgebracht und eine zugfeste Einlage aus einem dehnungsfesten Verstärkungsgarn unter Freilassung von Zwischenräumen wendelförmig in fester Anlage auf die an der
Trommelmantelfläche liegenden Bereiche der Verschleißschicht aufgewickelt wird.
Dieses Verfahren wird erfindungsgemäß daurch weitergebildet, daß das Aufbringen der Verschleißschicht durch Aufsprühen eines Elastomers von
gegenüber dem Füllstoff höherem Abriebwiderstand als geschlossene Schicht erfolgt und die Verschleißschicht
vor dem Aufbringen des Füllstoffes und dem Aufwickeln der zugfesten Einlage wenigstens teilweise gehärtet
wird. Das Aufsprühen der elastomeren Verschleißschicht gewährleistet die Herstellung einer dichten in
sich geschlossenen Schicht von genau vorgegebener Dicke. Das teilweise Aushärten der elastomeren
Verschleißschicht noch vor dem Aufbringen der zugfesten Einlage erlaubt es durch Einstellen des
Lompressionswiderstandes der Verschleißschicht die Bedeckungsdicke der zugfesten Einlage mit dem
Elastomer der Verschleißschicht mit großer Genauigkeit einzustellen und einzuhalten. Man erhält damit
einen wesentlich besseren Schutz der zugfesten Einlage gegenüber den auftretenden Schwächungen durch die
Zahnkanten und Zahnoberflächen. Dabei ist die Beeinflussung der Verschleißschicht durch das nachträgliche Einpressen des Füllstoffes ausgeschlcssen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher
erläutert Es zeigt:
F i g. 1 einen endlosen Zahnriemen im Ausschnitt und im Längsschnitt,
F i g. 2 im Querschnitt eine entlang von Manlellinien
genutete Trommel, auf der der Zahnriemen aufgebaut ν» irden kann,
Fig.3 in größerer Darstellung und im Ausschnitt einen zur Achse der Trommel senkrechten Schnitt
durch die Trommel mit darauf aufgebautem Zahnriemen,
F i g. 4 in ähnlicher Schnittdarstellung wie F i g. 1 ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel des Zahnriemens
und
F i g. 5 einen Querschnitt durch den Zahnriemen nach Fig. 4.
Der in F i g. 1 gezeigte endlose Zahnriemen 10 weist Zähne 11 auf, die in Abständen über die lnnenoberfläche
des Zahnriemens 10 verteilt sind und deren Aufgabe
darin besteht, mit den Zahnlücken eines Zahnrades
(nicht gezeigt) zusammenzuwirken, um welches dieser Zahnriemen 10 bei seinem Einsatz herumgelegt ist. Die
Zähne 11 erstrecken sich quer zur Länge des
Zahnriemens 10 und sind in gleichen Abständen
voneinander angeordnet
Der Zahnriemen 10 weist eine Innenschicht 12 auf, die aus einem elastomeren Füllstoff, wie beispielsweise
Polyurethan, besteht und die sich einstückig über die
ίο gesamte Länge des endlosen Zahnriemens 10 erstreckt
Dieser Füllstoff bildet auch den inneren Kern 14 der Zähne 11. Die Unterseite dieser Innenschicht 12 ist mit
einer Verschleißschicht 16 bedeckt die ebenfalls aus einem Elastomer besteht Es kann sich dabei ebenfalls
um ein Polyurethan handeln, das jedoch einen hohen Verschleiß- und Abriebwiderstand besitzt Die Innenschicht 12 und die Verschleißschicht 16 sind innig und
dauerhaft miteinander verbundea Die Dicke der Verschleißschicht 16 ist in der Zeichnung übertrieben,
damit die Verhältnisse des Aufbaues leichter dargestellt werden können. Die Verschleißschicht 16 besitzt
Zahnteile 18, welche eine Abdeckhaut für die Zähne 11
bilden, sowie Zwischenteile 20, welche Zahnlücken 13 bedecken, die sich zwischen benachbarten Zähnen 11
erstrecken. Die Zahnlücken 13 stehen mit den Außenendflächen der Zähne der Zahnräder in Verbindung, um die herum der Zahnriemen 10 beim Gebrauch
geführt wird.
wesentlichen undehnbaren Werkstoff besteht, ist wenigstens teilweise in die Innenschicht 12 eingebettet
und berührt die Zwischenteile 20 der Verschleißschicht 16. Die Zwischenteile 20 der Verschleißschicht 16 halten
die Verstärkungsfäden 22 in einem Abstand von den
Zähnen des Zahnrades, mit denen der Zahnriemen 10
zusammenwirkt Der Verstärkungsfaden 22 ist in wendeiförmigen Windungen über die Länge des
endlosen Zahnriemens 10 aufgewickelt Die Verschleißschicht 16 schützt die Innenschicht 12 einschließlich der
Kerne 14 und der Verstärkungsfaden 22, so daß eine
lange Lebenszeit des Zahnriemens 10 gewährleistet ist
Der Zahnriemen 10 wird auf einer Trommel 24 hergestellt die in Fig.2 in einer Schnittansicht
dargestellt ist F i g. 3 zeigt einen Zwischenzustand des
ι, Zahnriemens 10.
Die Trommel 24 bildet einen langgestreckten, im wesentlichen zylindrischen Körper, der aus einem
festen, im wesentlichen steifen Werkstoff besteht Die Enden können mit Endplatten 26 ausgerüstet sein, von
denen nur eine in Fig.2 erkennbar ist In den Endplatten 26 sind öffnungen 28 vorgesehen, damit Luft
durch den Innenraum der Trommel 24 zirkulieren kann. Es erstreckt sich eine Welle 30 durch die Endplatten 26,
welche mit diesen fest verbunden ist so daß die gesamte
Einheit auf einer Maschine zum Aufwickeln der
Verstärkungsfaden 22 angetrieben werden kann. Die zylindrische Wand 32 der Trommel 24 besitzt in
Achsrichtung verlaufende Nuten 34, die einen im wesentlichen trapezförmigen Querschnitt aufweisen.
Die Nuten 34 können auch einen anderen Querschnitt besitzen, welcher jeweils der gewünschten Gestalt der
Zähne 11 entsprechen muß. Diese Nuten 34 sind gleichmäßig über den Umfang der Trommel 24 verteilt
und erstrecken sich parallel zueinander in Achsrichtung.
Zwischen benachbarten Nuten 34 befinden sich Zwischenbereiche 36.
Die Trommel 24 kann aus steifen Werkstoffen mit der erforderlichen Wärmebeständigkeit bestehen. Solche
Werkstoffe sind beispielsweise Kunststoffe, Metalle, Hölzer oder Glas.
Bevor mit der Herstellung eines Zahnriemens 10 begonnen wird, wird die Trommeloberfläche der
Trommel 24 mit einem ΤΊ-ptinagens behandelt, dessen
jeweilige Zusammensetzung hauptsächlich von der Art der verwendeten Trommel 24 abhängig ist. Verschiedene
Wachse, Silikone, Stearate und andere Trennagenzien können erfolgreich verwendet werden. Danach
wird die Verschleißschicht 16 auf die Trommel 24 aufgetragen. Es wird dabei darauf geachtet, daß sie die
~ssamte Trommeloberfläche bedeckt, so daß sowohl die
Zwischenbereiche 36 als auch die Oberflächen, welche die Nuten 34 begrenzen, vollständig mit Verschleißschicht
16 überzogen sind Ein selbsthärtendes flüssiges Polyurethan mit hoher Verschleiß- und Abriebfestigkeit
bildet das bevorzugte Material für die Bildung dieser Verschleißschicht 16. Es wurde gefunden, daß ein
flüssiges Polyurethan mit einem Molekulargewicht in der Größenordnung von 2000, das ein Reaktionsprodukt
von Diisocyanat und Polyalkylenätherglykol ist, die nötigen Verschleißeigenschaften besitzt. Das flüssige
Prepolymer sollte dabei zweckmäßigerweise ein Härtemittel, wie beispielsweise Methylendianilin enthalten.
Alternativ dazu kann aber auch mit Zwei-Komponenten-Polyurethansprühsystemen
gearbeitet werden.
Die Verschleißschicht 16 wird vorteilhafterweise elektrostatisch aufgesprüht Die sich dabei ergebende
Verschleißschicht 16 hat eine entsprechende Dicke, wobei sich die dicksten Bereiche am Boden und den
Seitenflächen der Zähne 11 einstellen.
Die Trommel 24 wird nach dem Auftragen der Verschleißschicht 16 eine bestimmte Zeitspanne lang
der Lufteinwirkung überlassen, damit eine Teilhärtung der Verschleißschicht 16 stattfinden kann. Im Anschluß
daran wird die Innenschicht 12 aufgetragen. Dabei kann es sich um hochviskoses Polyurthan mit niedrigerem
Molekulargewicht Landein. Zur Auftragung werden zweckmäßigerweise Quetschrollen angewendet Dem
Polyurethan können Schutzmittel hinzugefügt werden, die zugleich die Voskosität steigern. Bevor das
Polyurethan aufgetragen wird, können zusätzlich auch noch Härtemittel hinzugefügt werden.
Bevor die Innenschicht 12 gehärtet wird, wird wendelförmig der Verstärkungsfaden 22 aufgewunden.
Während des Aufwindevorganges wird der Verstärkungsfaden 22 in die Innenschicht 12 eingedrückt bis er
in unmittelbarer Nähe der Zwischenteile 20 der teilweise gehärteten Verschleißschicht 16 gelangt Auf
diese Weise wird de*' Verstärkungsfaden 22 wenigstens
teilweise in die Innenschicht 12 eingebettet
Die normale Dicke der Innenschicht 12 wird so gewählt, daß der Verstärkungsfaden 22 dann, wenn er
mit den Zwischenteilen 20 der Verschleißschicht 16 in Berührung gerät, vollständig eingebettet ist Wie die
F i g. 4 und 5 zeigen, kann die Dicke der aufgetragenen Innenschicht 12' aber auch so ausgewählt werden, daß
nur eine Teileinbettung des Verstärkungsfadens 22' in die Innenschicht 12* erfolgt
Nach dem Aufwickeln des Verstärkungsfadens 22 wird die Trommel 24 in einen Härteofen eingebracht,
um die volle Aushärtung der Verschleißschicht 16 und der Innenschicht 12 zu beschleunigen. Nach erfolgter
Aushärtung wird der Zahnriemen 10 von der Trommel 24 abgestreift und in Stücke gewünschter Breite
zerschnitten.
Das vorbeschriebene Herstellungsverfahren wird bevorzugt angewendet Die Reihenfolge, in welcher die
Innenschicht 12 und der Verstärkiingjfpdfn 22 aufgebracht
werden, kann jedoch auch umgedreht werden, se daß d.- Aufwinden des Verstärkungsfadens 22 stattfin
det bevor die Innenschichl M aufgetragen wird. Die
einzelnen Windungen des Verstärkungsfadens 22 verlaufen in einem Abstand nebeneinander, so daß die
innenschicht !? durch den Quetschauftragsvorgang durch die Räume zwischen den benachbarten Windungen
des Verstärkungsfadens 22 hindurchgedrückl
lu werden kann und die Nuten 34 vollständig ausfüllt und
danach weh noch teilweise zwischen die Räume dei
einzelnen Windungen des Verstärkungsfadens 22 unc um diese herum gelangt damit der Verstärkungsfader
22 wenigstens teilweise in der Innenschicht Ii eingebettet ist
Die bevorzugte Form des Verstärkerfadens 22 ist eir kontinuierliches Glasfasergarn, das mit Elastomer, wi<
beispielsweise Butadienkautschuk, Acrylnitrilkautschul oder einem thermoplastischen Polyurethan imprägnier
wurde. Es können auch viele andere Verstärkungsfasen und -fäden verwendet werden, zu denen beispielsweisf
Hexamethylendiaminadipinsäurepolykondensat, mi Polyurethan imprägnierte Kunstfaserseile, Baumwoll
seile, Leinenseile, Seide, Draht Jute oder Zellwolle gehören.
Das folgende Beispiel eriäutert die Einzelheiten de!
Herstellverfahrens in größerer Ausführlichkeit
Das Material zum Aufsprühen der Verschleißschich 16 wird in der Weise hergestellt daß zwei Lösungen unc
ein Netzagens gemischt werden. Die erste Lösung besteht aus einem Polyätherpolyurethan mit einen
Molekulargewicht von etwa 2000, das zu 50 Gewichts teilen Feststoffgehalt in Methylethylketon gelöst ist
Die zweite Lösung besteht aus einem 4,4' Methylen dianelin, das in Methyläthylketon zu 10 Gewichtspro
zenten Feststoffgehalt gelöst ist 200 Gewichtsteile dei ersten Lösung werden mit 80 Gewichtstseilen dei
zweiten Lösung und 0,25 Teilen des Netzagen: gemischt Ein Formschmiermittel wird vor den
Aufbringen der Verschleißschicht 16 auf die Trommel 2A aufgetragen. Die Verschleißschicht 16 wird auf dei
Trommel 24 in einer Dicke rwischen 0,025-0,25 mn durch elektrostatische Sprühtechnik niedergeschlagen.
Nach dem Aufsprühen der Verschleißschicht 16 wire das aufgesprühte Lösungsgemisch 15 Minuten lang be
Raumtemperaturen getrocknet um die Reaktion inner halb des Poyurethans ablaufen zu lassen.
Nachdem hinreichende Zeit für eine Teilhärtung dei Verschleißschicht 16 verstrichen ist, wird die Innen
schicht 12, bei der es sich ebenfalls um eine Polyurethanverbindung handelt aufgetragen. Dies«
Polyurethanverbindung besitzt eine hohe Viskosität unc besteht aus Polyurethan mit einem Molekulargewichi
von etwa 1300 und einer Lösung von Methylendianelir in Methyläthylketon in einer Konzentration von 23%
Feststoffanteil. 100 Gewichtsteile Polyrethan sind mil 6,5 Teilen der Lösung vermischt
Das Hinzufügen von Methylendianelin steigert die Viskosität des Polyurethans. Die Aufbewahrungszeil
dieser Verbindung überschreitet zwei Tage bei Verwendung geschlossener Behälter. Unmittelbar vor der
Verwendung werden jedoch 18 g geschmolzenes Methylen-bis-orthochloranilin pro 100 g der hochviskosen
Verbindung als Härteagenz zugefügt Das Härte agens wird vor dem Hinzufügen auf 119° C erhitzt
Die hochviskose Verbindung wird auf den in dei vorgenannten Weise auf der Trommel 24 vorbereiteter
Teilrohling aufgetragen, wobei darauf geachtet wird
dciü eine vollständige Ausfüllung der Nuten 34 erreicht
wird. Außer den Nuten 34 muß auch eine vollständige
Bedeckung dc-r Zwischenbe-ickbc 36 gewährleistet
werden Durch die Austragung wird eine im wesentlichen
zylindrische Außenoberfläche erzeugt, die im Bereich der Zwischenbereiche 36 eine Dicke von etwa
0,8 mm besitzt, lic or diese Innenschicht 12 gehärtet
wird, wird sie wendelförmig mit einem Versturkungsfa
den 22 aus Glaslaser bewickelt, der zuvor mit einem Üutadien-Acrylnitrükautschuk imprägniert wurde. Der
Verstärkungsfaden 22 ist annähernd 0,2 mm dick und
jede Windung ist von der benachbarten so weit entfernt,
daß die Mittelpunkte der Windungen in einem Abstand von etwa 1 mm verlaufen. Der Verstärkungsfaden 22
wird in die Innenschicht 12 eingedrückt und vollständig mit dieser verbunden. Die Trommel 24 mit dem darauf
aufgebauten Zahnricmenrohling wird danach in einen Härteofen eingebracht und drei Stunden lang bei 92,4"C
gehärtet. Der auf diese Weise hergestellte Zahnriemen 10 läuft erheblich kühler als bekannte Zahnriemen und
die Verschleißschicht 16 führt zu einer erheblich größeren Lebensdauer.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Endloser Zahnriemen, bestehend aus einer die Zahnoberflächen und die zwischen den Zähnen
liegenden Riemenoberflächen bedeckenden Verschleißschicht, einer zugfesten Einlage in Form einer
Wendel aus einem dehnuugsfesten Verstärkungsfaden mit Zwischenabständen zwischen ihren Windungen,
welche in den zwischen den Zähnen liegenden Bereichen an der Verschleißschicht anliegt, und aus
einem elastomeren Füllstoff, der die Zähne und die Zwischenräume zwischen den Windungen der
Wendel ausfüllt, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschleißschicht (16) aus einem von dem
Füllstoff abweichenden Elastomer von hohem Abriebwiderstand besteht
2. Zahnriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschleißschicht (16) aus einem
Polyurethan mit einem Molekulargewicht von etwa 2000 besteht, das ein Reaktionsprodukt von
Diisocyanat und Polyalkylenätherglykol ist
3. Verfahren zum Herstellen eines endlosen Zahnriemens nach den Ansprüchen 1 oder 2 auf
einer mit entsprechend der Zahnform entlang von Mantellinien genuteten Trommel, bei dem zunächst
auf die Trommeloberfläche eine Verschleißschicht aufgebracht und anschließend in wählbarer Reihenfolge
nacheinander ein elastomerer Füllstoff von hoher Viskosität aufgebracht und eine zugfeste
Einlage aus einem dehnungsfesten Verstärkungsgarn unter Freilassung von Zwischenräumen wendelförmig
in fester Anlage auf die an der Trommelmantelfläche liegenden Bereiche der Verschleißschicht
aufgewickelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbringen der Verschleißschicht
durch Aufsprühen eines Elastomers von gegenüber dem Füllstoff höherem Abriebwiderstand als geschlossene
Schicht erfolgt und die Verschleißschicht vor dem Aufbringen des Füllstoffes und dem
Aufwickeln der zugfesten Einlage wenigstens teilweise ausgehärtet wird.
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