DE69204099T2

DE69204099T2 - Keilrippenriemen.

Info

Publication number: DE69204099T2
Application number: DE69204099T
Authority: DE
Inventors: Masahiko Kawashima; Koji Kitahama; Kyoichi Mishima
Original assignee: Mitsuboshi Belting Ltd
Current assignee: Mitsuboshi Belting Ltd
Priority date: 1991-04-15
Filing date: 1992-04-14
Publication date: 1996-01-11
Anticipated expiration: 2012-04-15
Also published as: EP0514002A1; JPH04119651U; DE69204099D1; CA2065928A1; US5230668A; JPH083731Y2; EP0514002B1; CA2065928C

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft Hochleistungstreibriemen und insbesondere einen Riemen mit in Längsrichtung verlaufenden, quer beabstandeten Rippen und voneinander getrennten, quer gerichteten Verstärkungsfasern sowohl in der Druckzone als auch der Zugzone des Riemens. Dabei werden a) Brüche zwischen benachbarten Rippen so klein wie möglich gemacht, ohne die Riemenflexibilität wesentlich zu ändern, und b) eine antreibende Oberfläche mit hoher Reibung wird an der Außenfläche bzw. rückwärtigen Fläche des Riemens bereitgestellt.

Stand der Technik

Hochleistungstreibriemen mit einer Anzahl quer beabstandeter, in Längsrichtung verlaufender, v-förmiger Rippen werden in verschiedenen Gebieten in weiten Bereichen eingesetzt. Diese Riemen, allgemein als Keilrippenriemen bezeichnet, verwendet man beispielsweise in der Automobilindustrie, in landwirtschaftlichen Anwendungen, in elektrischen Hausgeräten und auch in Allzweckausrüstungen.
Keilrippenriemen weisen eine Anzahl wünschenswerter Eigenschaften auf. Da der Keilrippenriemen normalerweise dünner ist als ein herkömmlicher Keilriemen, ist er hochflexibei und kann sich daher um Riemenscheiben von relativ geringem Durchmesser wickeln. Keilrippenriemen werden üblicherweise in Einzelriemensystemen an Automobilmotoren verwendet. Der Riemen ist längs einer weitschweifigen Bahn verlegt, wobei die Maschinenkomponenten sowohl von der Innenfläche als auch von der Außenfläche des Keilrippenriemens angetrieben werden. Durch die Flexibilität des Riemen ist es möglich, die verschiedenen, von ihm angetriebenen Komponenten kompakt anzuordnen. Dies ist besonders im Motorraum eines Automobils wünschenswert, in dem der Platz an erster Stelle steht.
Der Keilrippenriemen ist auch wegen seiner Energiesparfähigkeit erwünscht. Diese ist teilweise auf seine große Flexibilität zurückzuführen.
Ein weiterer Vorteil des Keilrippenriemens besteht darin, daß die einzelnen Rippen nicht so tief in die Nuten einer mit dem Riemen zusammenwirkenden Riemenscheibe eindringen, wie dies bei den Rippen eines herkömmlichen Keilriemen-Antriebssystem der Fall ist. Der Abrieb gegenüber herkömmlichen Keilriemen vermindert sich, indem man die Reibung zwischen dem Riemen und der Riemenscheibe so klein wie möglich macht, wenn der Riemen in die Riemenscheibe eingreift bzw. sich von ihr ablöst. Bei Betrieb muß auch weniger Spannung auf den Riemen aufgebracht werden. Man hat dadurch den Vorteil, daß beim Betrieb Energie gespart wird und daß der Riemen länger lebt.
Alle oben genannten Eigenschaften machen den Keilrippenriemen für einen breiten Bereich industrieller Anwendungen interessant, in denen er auch schon verwendet wird.
Der Keilrippenriemen weist jedoch auch eine Anzahl Nachteile auf. Auf eine Schwierigkeit stößt man bei Keilrippenriemen in einem Einzelriemensystem, in dem die Innenfläche und die Außenfläche des Riemens zum Antreiben verwendet wird. Die Riemenaußenfläche, die normalerweise glatt ist, d. h. keine Rippen aufweist, greift flächig in eine ringförmige Fläche auf einer Riemenscheibe ein, die vom Riemen anzutreiben ist. Um die Riemenaußenfläche zu verstärken, wird die freiliegende Außenfläche in der Regel durch ein gummibeschichtetes Gewebe bestimmt. Obwohl das Gewebe die Riemenaußenseite verstärkt, vermindert es auch den Reibungskoeffizienten auf der antreibenden Riemenaußenfläche und führt zum Durchrutschen des Riemens gegen die Riemenscheibe; dadurch vermindert sich die Leistungsübertragungsfähigkeit der Riemenaußenfläche bzw. -rückseite.
Eine Lösung für dieses Problem wäre, die Außenfläche durch eine Gummischicht zu bestimmen. Dadurch verbessert sich die Leistungsübertragungsfähigkeit der Riemenaußenfläche bzw. -rückseite. Die äußere nicht verstärkte Gummischicht bricht jedoch leicht, insbesondere dort, wo sie auf Vertiefungen zwischen benachbarten Rippen stößt und der Riemen am dünnsten ist. Ein in der Gummischicht beginnender Bruch kann sich ungehindert ausbreiten. Dadurch ergibt sich eine Neigung der Rippen, am relativ dünnen Riemenabschnitt zwischen Rippen voneinander wegzubrechen.
Zu den oben genannten Schwierigkeiten bei Keilrippenriemen mit gummibeschichtetem Gewebe in der Riemenaußenfläche bzw. -rückseite kommt hinzu, daß derartige Riemen eine Vielzahl an Komponenten erfordern, wodurch die Herstellungskosten anwachsen. Ein gemäß der obigen Beschreibung hergestellter Riemen kann beispielsweise vier verschiedene Komponenten erfordern: 1) gummibeschichtetes Gewebe, 2) lasttragende Korde, 3) Verstärkungsfasern für die Druckzone und 4) mindestens eine Gummimischung für die Zugzone, die Druckzone und den lasttragenden Abschnitt, der die neutrale Riemenachse bestimmt.
Durch den Gebrauch eines gummibeschichteten Gewebes auf der Riemenaußenfläche bzw. -rückseite tritt noch eine weitere Schwierigkeit auf. Das gummibeschichtete Gewebe erfordert das Ausbilden einer Stoßstelle, um aus dem gummibeschichteten Gewebe ein Endlosband zu erzeugen. Zur Schwierigkeit, eine hochzuverlässige Stoßstelle herzustellen, kommt hinzu, daß die Stoßstelle selbst eine örtliche Änderung der Riemendicke erzeugen kann. Diese Änderung kann Schwingungen im System anregen und/oder ungleichmäßige Antriebseigenschaften bewirken. Zudem fällt der Riemen an der Stoßstelle leicht aus, wodurch er unbrauchbar werden könnte.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung zielt insbesondere darauf ab, die oben aufgezählten Schwierigkeiten auf neue und einfache Weise zu beseitigen.
Erfindungsgemäß wird ein Hochleistungstreibriemen mit einer Innenfläche und einer Außenfläche bereitgestellt. Der Hochleistungstreibriemen umfaßt
eine Druckzone, die eine Anzahl quer beabstandeter, in Längsrichtung verlaufender Rippen bestimmt, die mindestens teilweise aus Gummi bestehen,
eine Anzahl getrennter, quer verlaufender Verstärkungsfasern in den Rippen,
eine Zugzone außerhalb der Druckzone, die durch mindestens eine Gummischicht bestimmt ist, und
eine Anzahl getrennter, quer verlaufender Verstärkungsfasern in der Gummischicht der Zugzone. Die Verstärkungsfasern in der Gummischicht der Druckzone sind länger als die Verstärkungsfasern in den Rippen.
Die erfindungsgemäßen Verstärkungsfasern in der Gummischicht der Zugzone verstärken den Gummi, um Brüche, beispielsweise zwischen benachbarten Rippen, so weit wie möglich zu verhindern, ohne dabei die Riemenflexibilität wesentlich zu verändern. Die Gummischicht in der Zugzone bestimmt bevorzugt die freiliegende Oberfläche des Riemens, die in gewissen Systemen als treibende Oberfläche zum Eingriff in Riemenscheiben dient. Die Fasern in der Gummischicht in der Zugzone ändern die Antriebseigenschaften der Außenfläche bzw. rückwärtigen Fläche des Riemens nicht wesentlich.
In einer Form der Erfindung sind die Verstärkungsfasern in der Gummischicht der Zugzone 1,5mal so lange wie die Verstärkungsfasern in den Rippen. In einer Form liegt die Länge der Verstärkungsfasern in der Gummischicht der Zugzone im Bereich von 5 bis 20 mm und mehr bevorzugt im Bereich von 10 bis 15 mm. Die Verstärkungsfasern in den Rippen sind bevorzugt 3 bis 10 mm lang.
Durch die Verstärkungsfasern in der Gummischicht der Zugzone kann die Zugzone relativ dünn hergestellt werden, um einen hochflexiblen Riemen bereitzustellen, der nicht zu Brüchen neigt, auch nicht an seinen dünnsten Stellen zwischen benachbarten Rippen. Die Fasern verhindern auch, daß sich irgendein Bruch ausbreitet, der sich im Riemen entwickeln könnte. In einer Form ist die Gummischicht der Zugzone zwischen 0,3 und 5,0 mm dick, bevorzugt zwischen 0,5 mm und 2,0 mm.
Um sowohl die Verstärkung als auch die Antriebsfähigkeit der Außenfläche bzw. rückwärtigen Fläche der Gummischicht in der Zugzone zu optimieren, sind die Verstärkungsfasern in der Gummischicht der Zugzone in einer Menge von 1 bis 50 Gewichtsteile Verstärkungsfaser zu 100 Gewichtsteile Gummi verteilt.
In einer Form werden die Verstärkungsfasern in den Rippen in einer Menge von 5 bis 30 Gewichtsteile Verstärkungsfaser zu 100 Gewichtsteile Gummi vermischt.
In einer Form werden die Verstärkungsfasern in der Gummischicht mindestens teilweise aus Kunstfasergarnen hergestellt, wobei die Faser mindestens eine Faser aus der Gruppe mit Nylon, Vinylon, Polyester und aromatischem Polyamid ist. Die Erfindung umfaßt auch, daß die Verstärkungsfasern in der Gummischicht der Zugzone mindestens teilweise aus einer Garnmischung hergestellt werden. Die Mischung besteht aus Naturfasergarn, das wie oben beschrieben in einem vorbestimmten Verhältnis mit Kunstfasergarnen vermischt wird, wobei die Naturfaser eine Faser aus der Gruppe mit Baumwolle und Zellstoff ist.
In einer Form ist eine Dämpfungsgummischicht bereitgestellt, in die lasttragende Korde eingebettet sind, um eine neutrale Riemenachse zu bestimmen. Die lasttragenden Korde bestehen bevorzugt aus mindestens einem Material aus der Gruppe mit Polyester, Nylon und aromatischem Polyamid.
In einer Form besteht der Gummi in mindestens einem der Riemenabschnitte a) Rippen, b) Gummischicht in der Zugzone und c) klebende Gummischicht aus mindestens einem Material aus der Gruppe mit NR, SBR, CR und HNBR. In einer bevorzugten Form bestehen mindestens zwei der Riemenabschnitte a) Rippen, b) Gummischicht in der Zugzone und c) Dämpfungsgummischicht aus dem gleichen Gummi.
In einer Form der Erfindung gibt es keine quer verlaufenden Verstärkungsfasern in der Dämpfungsgummischicht.
Die Erfindung verbessert nicht nur die Lebensdauer und die Funktion des Riemens, sondern vereinfacht auch die Riemenherstellung, da sich die Anzahl der Riemenkomponenten verringert. In einer Form der Erfindung kann man den gleichen Gummi für die Rippen, die Dämpfungsgummischicht und die Gummischicht in der Zugzone verwenden. Die Verstärkungsfasern in der Zugzonen-Gummischicht und in den Rippen können aus dem gleichen Material hergestellt sein. Die einzige darüber hinaus nötige Komponente ist der Kordaufbau, der zum Bestimmen der längs verlaufenden, lasttragenden Korde verwendet wird. Durch die vereinfachte Herstellung werden die damit verbundenen Kosten gesenkt.
Da zudem keine gummibeschichte Gewebelage mehr verwendet wird, kann zusätzlich zu den weiteren, oben beschriebenen Vorteilen die Stoßstelle an den freien Gewebeenden weggelassen werden, die in der Regel beim Herstellen eines herkömmlichen Riemens erforderlich ist.
Durch die Verstärkungsfasern in der Zuggummischicht kann die freie Außenfläche bzw. rückwärtige Fläche des Riemens zu einer besonders gleichförmigen Oberfläche geschliffen und poliert werden, so daß die Riemendicke über die gesamte Riemenlänge unverändert bleibt, wodurch ein Riemen mit durchwegs hoher Qualität entsteht. Ein behutsamer und gleichmäßiger Riemenbetrieb wird möglich. Zudem kann die Gewebestoßstelle nicht mehr versagen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Querschnittsansicht eines herkömmlichen Keilrippenriemenabschnitts, wobei ein gummibeschichtetes Gewebe verwendet wird, um eine treibende Außenfläche bzw. rückwärtige Fläche des Riemens zu bestimmen;
Fig. 2 eine perspektivische Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Keilrippenriemenabschnitts; und
Fig. 3 einen schematischen Seitenaufriß einer Leistungsprüfmaschine, geeignet für Hochleistungstreibriemen.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt bei 10 einen herkömmlichen Keilrippenriemen. Der Riemen 10 umfaßt einen lasttragenden Riemenabschnitt 12, der die neutrale Achse des Riemens bestimmt, einen Druckabschnitt 14 und einen Zugabschnitt 16. Eine einzelne Gummischicht 18 bestimmt eine Dämpfungsschicht 17, in die eine Anzahl längs verlaufender lasttragender Korde 20 eingebettet sind. Die Gummischicht 18 befindet sich neben dem Zugabschnitt 16 und dem Druckabschnitt 14. Auf die äußere Fläche 26 der Gummischicht 18 sind zwei gummibeschichtete Gewebelagen 22 und 24 geklebt. Erforderlich ist nur eine der beiden Lagen 22 und 24. Die äußere Gewebeschicht 24 bestimmt die freiliegende Außenfläche bzw. rückwärtige Fläche 28 des Riemens 10, die direkt in eine Riemenscheibe eingreifen kann, wenn der Riemen 10 etwa in einem Einzelriemensystem verwendet wird. Die Schicht 24 ist auch ohne jede Gewebeverstärkung vollständig aus Gummi herstellbar.
Die gummibeschichteten Gewebelagen 22 und 24 werden relativ steif, da sie das Gewebe 30 in sich aufnehmen; dadurch wird die Gesamtflexibilität des Riemens 10 geschmälert. Das freiliegende Gewebe 30 vermindert zugleich den Reibungskoeffizienten der Außenfläche 38 der äußeren Schicht 24 und beeinträchtigt ihre Antriebsfähigkeiten.
Eine weitere Schwierigkeit beim Riemen 10 in Fig. 1 besteht darin, daß das Gewebe 30 an einer Naht bzw. Stoßstelle 32 zu verbinden ist, um ein endloses Gewebeband zu bestimmen. Diese Naht bzw. Stoßstelle 32 kann mit irgendeiner Technik hergestellt werden, die Fachleuten bekannt ist. Unabhängig von der Technik, die zum Bestimmen der Naht bzw. Stoßstelle 32 verwendet wird, ist es jedoch möglich, daß sich die Dicke der Schichten 22 und 24 an der Naht 32 ändert, insbesondere dann, wenn sich die freien Gewebeenden 30 überlappen. Neben anderen Schwierigkeiten, die aus dieser örtlichen Verdickung entstehen, kann der Riemenbetrieb möglicherweise unrund verlaufen, wodurch Schwingungen im System angeregt werden können.
Ein weiteres Problem bei der Naht 32 besteht darin, daß sie normalerweise einen geschwächten Abschnitt des Gewebes 30 darstellt. Versagt die Naht 32, so könnte die Gewebeschicht 24 auseinandergehen und den Riemen unbrauchbar machen.
Läßt man das Gewebe 30 im Gummi der Schichten 22 und 24 weg, so hat die Außenfläche bzw. rückwärtige Antriebsfläche 28 zwar einen hohen Reibungskoeffizienten, es können jedoch, wie oben beschrieben, über den Vertiefungen 34 und 36, die zwischen benachbarten Rippen 38, 40 bzw. 40, 42 bestimmt sind, Brüche im Riemen entstehen. Man kann sehen, daß der Riemen 10 in Querrichtung an den Orten der Vertiefungen 34 und 36 relativ dünn bemessen ist. Beginnt in den Schichten 22 und 24 ein Bruch, so ist er nur schwer am Fortschreiten zu hindern.
Fig. 2 zeigt bei 50 eine bevorzugte Form des erf indungsgemäßen Riemens. Der Riemen 50 ist ein Keilrippenriemen und weist einen Zugabschnitt 52, einen lasttragenden Abschnitt 54 und einen Druckabschnitt 56 auf. Der Riemen 50 hat eine Anzahl längs verlaufender, quer beabstandeter v- förmiger Rippen 58, 60 und 62 sowie v-förmige Nuten 64 und 66, die jeweils zwischen den Rippen 58, 60 und 60, 62 bestimmt sind, um die damit zusammenwirkenden Zähne (nicht dargestellt) der Riemenscheibe aufzunehmen.
Der lasttragende Abschnitt 54 weist eine Dämpfungsgummischicht 68 auf, in die eine Anzahl längs verlaufender, lasttragender Korde 70 eingebettet sind. Die Korde 70 bestehen aus wenig dehnbarem, hochfestem Material. In einer bevorzugten Form werden die Korde 70 aus mindestens einer Faser aus der Gruppe mit Polyester-, Nylon- und aromatischen Polyamidfasern hergestellt. Die Dämpfungsgummischicht 68, in die die lasttragenden Korde 70 eingebettet sind, wird bevorzugt entweder allein aus NR, SBR, CR und HNBR usw. hergestellt oder aus einer Mischung dieser Materialien.
Erfindungsgemäß wird im Zugabschnitt des Riemens 50 eine Gummischicht 72 auf die Außenfläche 74 einer Gummischicht 77 geklebt, die die Dämpfungsgummischicht 68 bestimmt, wobei die Gummischicht 68 sowohl zum Zugabschnitt 52 als zum Druckabschnitt 56 des Riemens 50 benachbart ist. In die Gummischicht 72 werden voneinander getrennte kurze verstärkungsfasern 76 gemischt, die so ausgerichtet sind, daß sie im wesentlichen quer zum Riemen 50 verlaufen.
Im Gummi des Druckabschnitts 56 sind ebenfalls einzelne, kurze Verstärkungsfasern 78 eingebettet. In der gezeigten Ausführungsform sind sie nur in den Rippen 58, 60 und 62 bereitgestellt. Die Fasern 78 können aus dem gleichen Material hergestellt sein, aus dem die Fasern 76 bestehen.
In einer bevorzugten Form besteht die Schicht 72 und die Gummischicht 77 aus dem gleichen Gummi. Die Rippen 58, 60 und 62 können ebenfalls aus dem gleichen Gummimaterial hergestellt werden.
Erfindungsgemäß sind die Verstärkungsfasern 76 in der Gummischicht 72 in einer Menge von 1 bis 50 Gewichtsteile zu 100 Gewichtsteile Gummi verteilt. Die Faser 76 kann allein aus Kunstfasergarnen hergestellt werden, wobei die Garne ein Material aus der Gruppe mit Nylon, Vinylon, Polyester, aromatischem Polyamid usw. sind. Die Faser 76 ist auch aus einer Garnmischung herstellbar, wobei Naturfasergarne in einem vorbestimmten Verhältnis mit den Kunstfasergarnen gemischt werden. Die Naturfaser ist dabei ein Material aus der Gruppe mit Baumwolle, Zellstoff usw.
Die verstärkungsfasern 76 werden bevorzugt auf eine Länge von 5 bis 20 mm geschnitten&sub1; stärker bevorzugt auf eine Länge im Bereich von 10 bis 15 mm. Die Fasern werden auf jeden Fall so geschnitten, daß sie mindestens 1,5mal so lang sind wie die Verstärkungsfasern 78 in den Rippen 58, 60 und 62.
Die Verstärkungsfasern 78 werden bevorzugt so hergestellt, daß sie zwischen 3 und 10 mm lang sind. Sie sind in einer Menge von 5 bis 30 Gewichtsteile Fasern 78 zu 100 Gewichtsteile Gummi in den Rippen 58, 60 und 62 enthalten.
Der Einschluß der Verstärkungsfasern 76 in die Schicht 72 vermindert den Reibungskoeffizienten der Außenfläche 80 des Riemens 50, die in die Riemenscheiben eingreift, nur sehr geringfügig. Die Verstärkungsfasern 76 gestatten es gleichzeitig, die Gummischicht 72 relativ dünn zu machen, ohne dabei die Unversehrtheit des Riemens wesentlich zu beeinträchtigten, so daß die Gesamtflexibilität des Riemens 50 nicht geschmälert wird. Die Gummischicht 72 weist insbesondere eine bevorzugte Dicke im Bereich von 0,3 bis 5,0 mm auf, stärker bevorzugt von 0,5 bis 2,0 mm.
Die Fasern 76 sind lang genug, um Brüche zu verhindern, insbesondere am senkrechten Schnittpunkt der Schicht 72 mit den Vertiefungen 82 und 84, die jeweils zwischen benachbarten Zähnen 58, 60 und 60, 62 bestimmt sind. Diese Bereiche können stark beansprucht werden und neigen daher besonders leicht zum Bruch. Spannungskonzentrationen über den Vertiefungen 82 und 84 können entstehen durch Unregelmäßigkeiten in zusammenwirkenden Riemenscheiben oder durch eine Fehlausrichtung von zusammenwirkenden Riemenscheiben, auf die der Riemen 50 aufgezogen ist. Ein Fremdkörper in der Nut einer Riemenscheibe kann ebenfalls bewirken, daß der Riemen 50 über den Vertiefungen 82 und 84 stark beansprucht wird. Die Erfindung bewirkt einen verbesserten Widerstand gegen Brüche, die letztlich dazu führen könnten, daß sich die Rippen 58, 60 und 62 voneinander trennen. Hat sich ein Bruch entwickelt, so verhindern die Fasern 76 das Fortschreiten des Bruchs.
Ist die Gummischicht 72 dünner als 0,3 mm, so hat sich gezeigt, daß die Schicht 72 leicht zerreißt, insbesondere im Bereich über den Vertiefungen 82 und 84. Ist die Schicht 72 dicker als 5,0 mm, so nimmt die gesamte Riemendicke so stark zu, daß die gewünschte Riemenflexibilität verloren geht.
Es hat sich gezeigt, daß die Verstärkungsfasern 76, wenn sie kürzer als 5 mm sind, das Reißen der Schicht 72 in Längsrichtung über den Vertiefungen 82 und 84 nicht mehr deutlich wirksam verhindern. Andererseits verteilen sich Verstärkungsfasern 76, die 20 mm lang und länger sind, nicht mehr gleichförmig in der Gummischicht 72. D. h., die Fasern biegen sich leicht und richten sich zufällig aus, wodurch die Bruchfestigkeit der Schicht 72 gering wird. Ein Bruch in der Schicht 72 kann sich durch die Schicht 77 fortsetzen und dazu führen, daß sich die Rippen 58, 60 und 62 voneinander trennen.
Um die Wirksamkeit der Einrichtung zu zeigen, wurden Prüfungen ausgeführt, wobei verschiedene Abwandlungen des erfindungsgemäßen Riemens 50 mit herkömmlichen Riemen 10 nach Fig. 1 verglichen wurden.

Reißfestigkeitsprüfung

Erfindungsgemäßer Riemen

Der in dieser Prüfung verwendete erf indungsgemäße Riemen 50 ist ein Riemen des Typs K mit vier Rippen (4PK), siehe Fig. 2. 15 Gewichtsteile kurze, verstärkende Stapelfasern 76 aus Nylongarn wurden zu 100 Gewichtsteilen Gummi in der Zuggummischicht 72 des Riemens 50 gemischt. Der Riemen 50 wurde untersucht, wobei zwei verschiedene Längen der Verstärkungsfaser verwendet wurden, nämlich 6,0 mm und 12,0 mm. Die Gummischicht 72 war bei jedem der erfindungsgemäßen Prüfriemen 0,5 mm dick.
Eine zweite Prüfung wurde ausgeführt, wobei die Verstärkungsfasern anstelle von Nylongarnen aus aromatischen Polyamidgarnen hergestellt wurden. 5 Gewichtsteile Verstärkungsfaser wurden mit je 100 Gewichtsteilen Gummi gemischt. Es wurden auch zwei Längen der Verstärkungsfaser untersucht, nämlich 3,0 mm und 6,0 mm.

Herkömmlicher Riemen

Die herkömmlichen untersuchten Riemen 10 glichen dem Riemen 10 nach Fig. 1. In einer Form enthielt die Schicht 24 keine Verstärkungsfasern, es wurde ein gummibeschichtetes Gewebe verwendet. Der andere Riemen 10 wies dagegen eine unverstärkte Gummischicht 24 auf.

Prüfvorrichtung

Die senkrechte Reißfestigkeit zwischen den Keilrippen eines jeden Riemens 10, 50 wurde mit einer Zugversuchsmaschine geprüft, die 50 mm/min Zuggeschwindigkeit mit zwei Rippen als Grenze aufwies.
Die Ergebnisse dieser Prüfungen sind in den Tabellen 1 und 2 dargestellt. Tabelle 1 Erfindungsgemäßer Riemen Herkömmlicher Riemen Länge der Nylon-Garne (Verstärkungsfasern) Senkrechte Reißfestigkeit (kgf) Übertragungsfähigkeit der rückwärtigen Fläche (ps) Keine Gewebe Tabelle 2 Erfindungsgemäßer Riemen Herkömmlicher Riemen Länge der aromatischen Polyamidgarne (Verstärkungsfasern) Senkrechte Reißfestigkeit (kgf) Übertragungsfähigkeit der rückwärtigen Fläche (ps) Keine Gewebe
Eine Beurteilung der Ergebnisse in den Tabellen 1 und 2 zeigt, das die Reißfestigkeit des erfindungsgemäßen Riemens 50 1,2 bis 1,6mal so groß ist wie die Reißfestigkeit herkömmlicher Riemen, die ausschließlich Gummi ohne Verstärkungsfasern in der äußeren Schicht 24 benutzen. Verglichen mit dem herkömmlichen Riemen 10, bei dem gummibeschichtetes Gewebe in der äußeren Schicht 24 verwendet wurde, hatte der erfindungsgemäße Riemen 50 ungefähr die 0,7 bis 0,8fache Reißfestigkeit in Längsrichtung.
Es hat sich gezeigt, daß sich die Reißfestigkeit des erfindungsgemäßen Riemens verbesserte, wenn die Länge der Verstärkungsfasern 76 bis zu einem gewissen Punkt vergrößert wurde.

Prüfung der Leistungsübertragungsfähigkeit der rückwärtigen Fläche

Prüfanordnung

Die Riemen wurden auf einer Vorrichtung geprüft, die schematisch bei 86 in Fig. 3 gezeigt ist. Die Prüfvorrichtung 86 besteht aus einer mitlaufenden Riemenscheibe 88 und einer antreibenden Riemenscheibe 90, die um parallele Achsen 92 und 94 drehbar sind. Die Riemenscheiben 88 und 90 haben beide den gleichen Durchmesser von 120 mm. Eine Spann-Riemenscheibe 96 mit 45 mm Durchmesser wurde gegen die Innen-5fläche 98, 98' der Prüfriemen 10 und 50 gedrückt. Eine angetriebene Riemenscheibe 100 mit 85 mm Durchmesser wurde dazu verwendet, die Außenflächen bzw. rückwärtigen Flächen 80, 28 der Riemen 10 und 50 anzutreiben. Das System wurde so eingerichtet, daß der Biegewinkel e um die angetriebene Riemenscheibe 100 Θ = 120º betrug.
Das System wurde bei Raumtemperatur betrieben; an die mitlaufende Riemenscheibe 88 und die Spann-Riemenscheibe 96 wurde keine Last angelegt. Die angetriebene Riemenscheibe 100 wurde mit 4900 U/min und 15 kgf/3 Rippen Riemenspannung betrieben.
Die Last auf der angetriebenen Riemenscheibe 100 wurde verändert und bei 2% Schlupf für jeden der Riemen 10 und 50 abgelesen.

Herkömmlicher Riemen

In dieser Prüfung wurden die gleichen Riemen 10 verwendet wie in der oben beschriebenen Reißfestigkeitsprüfung.

Erfindungsgemäßer Riemen

Der Keilrippenriemen 50 hatte drei Rippen und war 1100 mm lang (3PK1100); ansonsten war er genauso aufgebaut wie die Riemen in den Tabellen 1 und 2.
Die Ergebnisse der Prüfung sind in den Tabellen 1 und 2 dargestellt. Den Ergebnissen ist zu entnehmen, daß beim erfindungsgemäßen Riemen 50 durch die verwendeten Verstärkungsfasern im wesentlichen die gleiche Leistungsübertragungsfähigkeit der rückwärtigen Fläche erzielt wird wie beim herkömmlichen Riemen 10, bei dem eine Außenfläche bzw. rückwärtige Fläche 24 verwendet wurde, die aus Gummi ohne kurze, verstärkende Stapelfasern darin hergestellt war. Beim erfindungsgemäßen Riemen 50 war die Übertragungskraft der rückwärtigen Fläche 2,6mal größer als die des herkömmlichen Riemens 10, bei dem gummibeschichtetes Gewebe verwendet wurde.
Mit der obigen Offenlegung besonderer Ausführungsformen ist beabsichtigt, die umfassenden Vorstellungen zu erläutern, die die Erfindung einschließt.

Claims

1. Hochleistungstreibriemen mit einer Innenfläche und einer Außenfläche, wobei der Hochleistungstreibriemen umfaßt:

einen Druckabschnitt, der eine Anzahl quer beabstandeter, in Längsrichtung verlaufender Rippen bestimmt, die mindestens teilweise aus Gummi hergestellt werden;

eine Anzahl voneinander getrennter, quer verlaufender Verstärkungsfasern in den Rippen;

einen Zugabschnitt außerhalb des Druckabschnitts, der mindestens teilweise von einer Gummischicht bestimmt wird; und

eine Anzahl voneinander getrennter, quer verlaufender Verstärkungsfasern in der Gummischicht des Zugabschnitts,

wobei die Länge der Verstärkungsfasern in der Gummischicht des Zugabschnitts größer ist als die Länge der Verstärkungsfasern in den Rippen.

2. Hochleistungstreibriemen nach Anspruch 1, wobei die Verstärkungsfasern in der Gummischicht des Zugabschnitts mindestens 1,5mal so lang sind wie die Verstärkungsfasern in den Rippen.

3. Hochleistungstreibriemen nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Länge der Verstärkungsfasern in der Gummischicht des Zugabschnitts im Bereich von 5 bis 20 mm liegt.

4. Hochleistungstreibriemen nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Gummischicht des Zugabschnitts zwischen 0,3 und 5,0 mm dick ist.

5. Hochleistungstreibriemen nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Verstärkungsfasern in der Gummischicht des Zugabschnitts in einer Menge von l bis 50 Gewichtsteile Verstärkungsfasern zu 100 Gewichtsteile Gummi verteilt sind.

6. Hochleistungstreibriemen nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Verstärkungsfasern in der Gummischicht des Zugabschnitts mindestens teilweise aus Kunstfasern hergestellt sind, und die Kunstfasern aus mindestens einem Material aus der Gruppe mit Nylon, Vinylon, Polyester und aromatischem Polyamid bestehen.

7. Hochleistungstreibriemen nach Anspruch 6, wobei die Verstärkungsfasern in der Gummischicht des Zugabschnitts mindestens teilweise aus Fasergarnen hergestellt sind, die mindestens teilweise in einem vorbestimmten Verhältnis aus Naturfasern und Kunstfasern gemischt werden, und die Naturfasern ein Material aus der Gruppe mit Baumwolle und Zellstoff sind.

8. Hochleistungstreibriemen nach Anspruch 3, wobei die Länge der Verstärkungsfasern in der Gummischicht des Zugabschnitts 10 bis 15 mm beträgt.

9. Hochleistungstreibriemen nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Gummischicht des Zugabschnitts die freiliegende Außenfläche des Hochleistungstreibriemens bestimmt.

10. Hochleistungstreibriemen nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 9, der eine Dämpfungsgummischicht mit darin eingebetteten lasttragenden Korden enthält und eine neutrale Achse für den Riemen bestimmt, wobei die lasttragenden Korde aus mindestens einem Material aus der Gruppe mit Polyester, Nylon und aromatischem Polyamid hergestellt sind.

11. Hochleistungstreibriemen nach Anspruch 10, wobei der Gummi in mindestens einem der Riemenabschnitte a) Rippen, b) Gummischicht im Druckabschnitt und c) Dämpfungsgummischicht aus mindestens einem Material aus der Gruppe mit NR, SBR und CR hergestellt ist.

12. Hochleistungstreibriemen nach Anspruch 11, wobei mindestens zwei der Riemenabschnitte a) Gummischicht im Zugabschnitt, b) Rippen und c) Dämpfungsgummischicht aus dem gleichen Gummi bestehen.

13. Hochleistungstreibriemen nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Gummischicht des Zugabschnitts zwischen 0,5 mm und 2,0 mm dick ist.

14. Hochleistungstreibriemen nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Verstärkungsfasern in den Rippen eine Länge im Bereich von 3 bis 10 mm haben.

15. Hochleistungstreibriemen nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Verstärkungsfasern in den Rippen in einer Menge von 5 bis 30 Gewichtsteile Verstärkungsfasern zu 100 Gewichtsteile Gummi gemischt sind.

16. Hochleistungstreibriemen nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Verstärkungsfasern in der Gummischicht und in den Rippen aus dem gleichen Material hergestellt sind.

17. Hochleistungstreibriemen nach Anspruch 10, 11 oder 12, wobei die Dämpfungsgummischicht keine quer verlaufenden Verstärkungsfasern enthält.