DE4443597A1

DE4443597A1 - Kraftübertragungsriemen und Verfahren zur Herstellung eines solchen

Info

Publication number: DE4443597A1
Application number: DE4443597A
Authority: DE
Inventors: Kazuhiro Akita; Hiroo Osada
Original assignee: Mitsuboshi Belting Ltd
Current assignee: Mitsuboshi Belting Ltd
Priority date: 1993-12-07
Filing date: 1994-12-07
Publication date: 1995-07-20
Also published as: US5536214A; US5741197A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Kraftübertragungsriemen und genauer auf einen gezahnten Kraftübertragungsriemen mit einer Verstärkungs-Gewebelage in den Zähnen. Die Erfindung ist weiterhin auf ein Verfahren zur Herstellung des obigen gezahnten Kraftübertragungsriemens gerichtet.

Es ist bekannt, gezahnte Kraftübertragungsriemen aus Gummi, verflüssigtem Polyurethan, etc. herzustellen. Gezahnte Kraftübertragungsriemen aus Polyurethan weisen eine außerordentliche Widerstandsfähigkeit gegenüber Zerstörung aus Umgebungsbedingungen auf. Sie weisen ebenso eine gute Widerstandsfähigkeit gegenüber Abnutzung auf. Daraus resultierend wurde diese Art von Riemen als Kraftübertragungsriemen an einem Fahrrad zum Einsatz im Freien verwendet. Diese Art von Riemen weist abwechselnde Zähne und Vertiefungen jeweils mit einem festen Abstand längs ihrer Längserstreckung auf. Lasttragende Korde aus Glasfasern, Aramidfasern oder dgl. sind in einer Tragschicht in der Mittellinie eingelegt.

Diese Art von Riemen weist keine Struktur auf, die die Zähne in ihrem Grund in der Nähe der Vertiefungen verstärkt. Abrieb in dem Grund der Zähne kann schließlich zur Beschädigung der lasttragenden Korde führen. Genauer gesagt können Materialien aus der Umgebung wie Staub, Sand und dgl. zwischen den Vorsprüngen an einer mitwirkenden Riemenscheibe und dem Riemen in dem Bereich der Vertiefungen eingefangen werden, wenn das Riemensystem in Betrieb ist. Diese eingefangenen Stoffe führen zu einem Abrieb des Grunds der Zähne in dem Bereich der Vertiefung und können schließlich ein Freilegen der lasttragenden Korde verursachen. Wenn dies einmal aufgetreten ist, wird der Kord in normalem Betrieb durch Feuchtigkeit berührt. Diese Feuchtigkeit kann die Festigkeit der lasttragenden Korde verringern und schließlich einen vorzeitigen Ausfall des Riemens verursachen.

Um dieses Abriebsproblem zu vermeiden, ist es bekannt, grob gewobenes Gewebe in dem Grund der Zähne in einem Synchronriemen aus Polyurethan anzubringen. Dies ist beispielsweise aus der geprüften japanischen Gebrauchsmuster- Veröffentlichung Nr. 6412/1971 bekannt.

Die ungeprüfte japanische Gebrauchsmuster-Veröffentlichung Nr. 66648/1988 offenbart einen gezahnten Riemen aus Polyurethan mit einem nichtgewebtem Gewebe, das mit elastomerem Material imprägniert ist, das längs dem Grund der Zähne angebracht ist.

In der JP-PS-9335/1991 ist ein hochfester gezahnter Riemen aus Polyurethan offenbart, bei dem die Zähne und deren Grund mit einer Leinwandschicht bedeckt sind. Ein lasttragender Kord darin ist aus Aramid-Kord vom Typ II gefertigt, das ein Zug- Elastizitätsverhältnis von ungefähr 1,3 × 10⁶ kg/cm² im Greige-Filament aufweist.

Die JP-PS 62657/1993 offenbart einen weiteren gezahnten Riemen aus Polyurethan, bei dem ein leicht komprimiertes, nicht gewobenes Gewebe, das mit einem elastomeren Material imprägniert ist, in den Grund der Zähne in den Vertiefungen zwischen benachbarten Zähnen gelegt ist. Das nicht gewobene Gewebe erstreckt sich innerhalb der Zähne und ist in diesen verteilt, um eine Verstärkung von diesen zu bewirken. Der gesamte Zahn ist sogar an seiner Innenseite verstärkt, wo die Kompressionskräfte am niedrigsten sind.

Die herkömmlichen Zahnriemen aus Polyurethan mit einer Baumwoll-Deckschicht auf beiden Seiten der Riemenzähne und dem Grund der Zähne in den Vertiefungen gestatten eine hohe Lastübertragung, da die Leinwand die Zähne und deren Grund schützt, so daß nach der Benutzung nur eine geringe Beeinträchtigung des lasttragenden Kords auftritt. Indessen kann bei der Herstellung dieses Riemens die Leinwand nicht ordentlich an den Zahnoberflächen angebracht werden, ohne die Leinwand entsprechend vorher in den Vertiefungen in einer metallischen Gußform anzubringen.

Die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 246532/1988 offenbart ein Verfahren zum Auftragen eines voluminösen, nicht gewobenen Gewebes über die Vertiefungen einer inneren Gußform durch Herumwickeln eines lasttragenden Kords vor dem Einspritzen von flüssigem Polyurethans in die Gußform.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verstärkung der Riemenzähne in dem Bereich zu schaffen, wo sie am höchsten durch Kompression belastet werden, wenn der Riemen in eine mitwirkende Riemenscheibe eingreift und diese antreibt, bzw. von dieser angetrieben wird. Der hochfeste Riemen kann ohne eine Verstärkung des gesamten Zahns ausgeführt werden.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines vereinfachten Herstellungsverfahrens zur Verstärkung des Zahnriemens in den Bereichen, in der er während dem Betrieb am meisten durch Kompression belastet wird.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist eine Verbesserung für einen Kraftübertragungsriemen vorgesehen von dem Typ, der einen Körper mit einer Längserstreckung, quer beabstandeten Seiten, einer Innenseite, einer Außenseite, in Längsrichtung an der Innenseite des Körpers beabstandeten Zähnen, Vertiefungen zwischen benachbarten Zähnen und eine sich in Längsrichtung erstreckenden lasttragenden Kord aufweist. Der Kraftübertragungsriemen weist weiterhin einen Kraftübertragungsbereich auf dem Körper auf, die zwischen dem lasttragenden Kord und einer Linie festgelegt ist, die auf der Innenseite des lasttragenden Kords in einem Abstand von ungefähr 2/3 H beabstandet ist, wobei H der Abstand zwischen dem lasttragenden Kord und der Innenseite des Körpers ist.

Die Verbesserung besteht in einem nicht gewebtem Gewebe auf der Innenseite des Riemenkörpers in mehreren Vertiefungen, der sich kontinuierlich von jeder der mehreren Vertiefungen in einen Zahn in dem Kraftübertragungsbereich erstreckt.

Der Kraftübertragungsbereich kann enger zwischen dem lasttragenden Kord und der Linie festgelegt werden, die auf der Innenseite des lasttragenden Kords in einem Abstand von ungefähr 1/2 H beabstandet ist.

Eine Ausführungsform weist einen Zahn mit einer ersten und einer zweiten ihm benachbarten Vertiefung auf, und das Gewebe erstreckt sich kontinuierlich von der ersten Vertiefung durch den einen Zahn und in die zweite Vertiefung.

Das Gewebe erstreckt sich vorzugsweise kontinuierlich längs der gesamten Länge des Körpers.

In einer Ausführungsform weist jeder Zahn Längsenden auf, und das Gewebe ist nicht einheitlich von dem lasttragenden Kord zwischen den Längsenden der Zähne beabstandet.

Das Gewebe kann mit einem elastomeren Material imprägniert sein.

In einer Ausführungsform ist das Gewebe durch mehrere Fasern festgelegt, die vernadelt sind.

Das Gewebe kann eine uneinheitliche Dicke längs der Längserstreckung des Körpers aufweisen.

Das Gewebe kann eine Dicke von 1,0 bis 2,0 mm und ein Gewicht von 130 bis 250 g m² aufweisen.

Der Kraftübertragungsriemen kann Stapelfasern aufweisen, die von dem Gewebe beabstandet sind und sich in dem Kraftübertragungsbereich befinden.

Ein Teil des Körpers ist vorzugsweise aus einem elastomeren Material. Die Stapelfasern in dem elastomeren Material müssen so verteilt sein, daß die Dichte der Stapelfasern in dem elastomeren Material entweder einheitlich oder nicht einheitlich in dem Kraftübertragungsbereich ist.

In einer Ausführungsform ist die Dichte der Stapelfasern auf der Außenseite des Kraftübertragungsbereichs höher als auf der Innenseite des Kraftübertragungsbereichs.

Das Gewebe kann durch Vernadelung von ersten Fasern mit einer Länge von 5 bis 60 mm gefertigt sein, wobei die ersten Fasern aus wenigstens einem von Polyethylen, Polypropylen, Polyamid, Polyester, Acryl und Glasfaser gefertigt sind.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird eine Verbesserung geschaffen in einem Kraftübertragungsriemen von dem Typ, der einen Körper aufweist mit einer Längserstreckung, quer beabstandeten Seiten, einer Innenseite, einer Außenseite, in Längsrichtung der Innenseite des Körpers beabstandeten Zähnen, Vertiefungen zwischen benachbarten Zähnen und einem sich in Längsrichtung erstreckenden Kord. Der Kraftübertragungsbereich auf dem Körper ist zwischen dem lasttragenden Kord und einer Linie festgelegt, die im Inneren des lasttragenden Kords in einem Abstand von ungefähr 2/3 H beabstandet ist, wobei H der Abstand zwischen dem lasttragenden Kord und der Innenseite des Riemenkörpers ist.

Die Verbesserung besteht in einem Gewebe in dem Kraftübertragungsbereich in den Zähnen, der uneinheitlich von dem lasttragenden Kord längs der Längserstreckung des Riemenkörpers beabstandet ist.

Die Erfindung ist weiterhin auch auf ein Verfahren zur Bildung eines Kraftübertragungsriemens/Riemenärmels gerichtet, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Vorsehen einer inneren Gußform mit einer Gußfläche mit abwechselnden Vorsprüngen und Ausnehmungen, die komplementär zu abwechselnden Zähnen und Vertiefungen auf einem Kraftübertragungsriemen/Riemenärmel sind; Vorsehen eines nicht-gewebten Gewebes mit Stapelfasern darin, Anbringen des nicht gewobenem Gewebes über der Gußfläche, Vorsehen eines lasttragenden Kords, Wickeln des lasttragenden Kords über das nicht gewobene Gewebe, Anbringen der inneren Gußform mit dem nicht gewobenem Gewebe und dem lasttragenden Kord darauf in eine äußere Gußform zur Festlegung einer Gußform, die zwischen der inneren und der äußeren Gußform liegt, Vorsehen einer Versorgung für verflüssigtes Matrixmaterial, Einfüllen des flüssigen Matrixmaterials in den Gußraum, so daß die einzelnen Fasern von dem nicht gewobenem Gewebe getrennt werden und Aushärten des verflüssigten Matrixmaterials.

Das Verfahren kann den Schritt der teilweisen Bewegung des nicht gewobenen Gewebes in die Ausnehmungen der inneren Gußform beinhalten.

Der Schritt des Vorsehens eines nicht gewobenen Gewebes kann den Schritt des Vernadelns des Gewebes aufweisen.

Das nicht gewobene Gewebe weist voneinander abgewandte Flächen und einen Kern zwischen den abgewandten Flächen auf. Der Schritt des Vernadelns kann den Schritt des Vernadelns derart aufweisen, daß die Fasern an wenigstens einer der voneinander abgewandten Flächen dichter sind als Fasern in dem Kern.

Das Vernadeln kann so stattfinden, daß die Fasern ein Gewicht von 50 bis 100 g/m² an wenigstens einer der voneinander abgewandten Flächen aufweisen und ein Gewicht von 20 bis 50 g/m² in dem Kern.

Das Verfahren kann den Schritt des Trennens der Fasern von dem nicht gewobenen Gewebe aufweisen, so daß die getrennten Fasern in das verflüssigte Matrixmaterial eingebettet werden.

Der Schritt des Trennens der Fasern kann den Schritt des Trennens der Fasern von dem nicht gewobenen Gewebe so aufweisen, daß die getrennten Fasern in den Übertragungsbereich eingebettet werden, d. h. auf der Innenseite des lasttragenden Kords bis zu einem Abstand von ungefähr 2/3 H, wobei H der Abstand zwischen dem lasttragenden Kord und der Innenseite des Riemens/Riemenärmels ist.

Der Schritt des Trennens der Fasern kann den Schritt des Trennens von Fasern von dem nicht gewobenem Gewebe so aufweisen, daß die getrennten Fasern in den Übertragungsbereich eingebettet werden, d. h. auf der Innenseite des lasttragenden Kords bis zu einem Abstand von ungefähr 1/2 H, wobei H der Abstand zwischen dem lasttragenden Kord und der Innenseite des Riemens/Riemenärmels ist.

Der Schritt des Vorsehens eines nicht gewobenen Gewebes kann die Verwendung von Stapelfasern beinhalten, die 50 bis 60 mm lang sind und die aus wenigstens einem von Polyethylen, Polypropylen, Polyamid, Polyester, Acryl und Glasfasern beinhaltet.

Der Schritt des Vorsehens des Gewebes kann den Schritt des Vorsehens eines nicht gewobenen Gewebes mit einer Dicke von 1,0 bis 2,0 mm aufweisen, bevor der lasttragende Kord über das nicht gewobene Gewebe gewickelt wird.

Der Schritt des Vorsehens einer Versorgung des verflüssigten Matrixmaterials kann den Schritt des Vorsehens einer Versorgung von verflüssigtem Polyurethan beinhalten.

Verflüssigtes Material kann in die äußere Gußform gespritzt werden, bevor die innere Gußform in die äußere Gußform gesetzt wird.

In einer Ausführungsform weist das nicht gewobene Gewebe voneinander abgewandte Flächen und einen Kern zwischen den voneinander abgewandten Flächen auf. Das Verfahren kann den Schritt des Behandelns der Fasern in dem Kern mit einem Bindemittel beinhalten.

Das Verfahren kann weiterhin die Schritte des Trennens des Riemens/Riemenärmels von der inneren und der äußeren Form und des Schneidens des Riemens/Riemenärmels zur Festlegung mehrerer Endlos-Zahnriemen aufweisen.

Die Erfindung sieht weiterhin ein Verfahren zur Bildung eines Kraftübertragungsriemens/Riemenärmels vor durch Vorsehen einer Gußform, die einen Gußraum festlegt, Anbringen eines nicht gewobenen Gewebes mit einzelnen Fasern darin in dem Gußraum, Einspritzen eines verflüssigten Matrixmaterials in den Gußraum und dadurch Trennen der Fasern von den nicht gewobenem Gewebe in den Gußraum, Aushärten des verflüssigten Matrixmaterials und Trennen des Kraftübertragungsriemens/Riemenärmels von der Gußform.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen veranschaulicht. Es zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines Teils eines Kraftübertragungsriemens gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine vergrößerte Querschnittsansicht von einem der Zähne an dem Riemen von Fig. 1;

Fig. 3 eine Ansicht wie in Fig. 2 einer abgeänderten Form eines erfindungsgemäßen Riemens;

Fig. 4 eine Querschnittsansicht eines Riemenzahns gemäß der vorliegenden Erfindung, der betriebsmäßig mit einer mitwirkenden Riemenscheibe eingreift;

Fig. 5 eine teilgeschnittene Ansicht eines Gußformsystems, das zur Herstellung des erfindungsgemäßen Riemens verwendet wird;

Fig. 6 eine Querschnittsansicht von einer Form eines nicht gewobenen Gewebes, das in dem erfindungsgemäßen Riemen verwendet wird, und

Fig. 7 eine fotografische Aufnahme einer Probe eines nicht gewobenen Gewebes, das in dem erfindungsgemäßen Riemen verwendet wird.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Zahnriemen zur Kraftübertragung gemäß der Erfindung mit 10 bezeichnet. Der Kraftübertragungsriemen 10 weist einen Körper 12 mit einer Längserstreckung in Richtung des Doppelpfeils L auf, in Querrichtung beabstandete Seiten, eine Innenseite 14 und eine Außenseite 16. Zähne 18 sind in regelmäßigen Abstand längs der Längserstreckung des Riemens beabstandet, wobei Vertiefungen 20 zwischen benachbarten Zähnen 18 sind. Ein lasttragender Kord 22 ist in einer Tragschicht 24 eingebettet.

Ein bevorzugtes Matrixmaterial von dem Riemenkörper 12 ist verflüssigtes Polyurethan. Indessen können andere herkömmliche Materialien genauso gut verwendet werden.

Die höchsten Kompressionskräfte an dem Riemen 10 sind während des Betriebs in der Grund/Wurzelfläche 26 konzentriert. Erfindungsgemäß ist eine lokale Verstärkung des Zahns 18 in dem Hochlastbereich vorgesehen, wobei dieser lokalisierte Bereich im Rahmen dieser Erfindung als Kraftübertragungsbereich 28 bezeichnet ist. Der Kraftübertragungsbereich 28 ist im folgenden als der Bereich außerhalb der Linie B festgelegt. Die Linie B befindet sich innerhalb des Rands 30 des lasttragenden Kords 22 in einem Abstand von 2/3 H, wobei H wie in Fig. 2 gezeigt der Abstand von dem Kordrand 30 zu der Innenseite 14 des Zahns 18 ist. Vorzugsweise ist der Kraftübertragungsbereich 28, der erfindungsgemäß verstärkt ist, der Bereich, der sich auf der Innenseite des lasttragenden Kords 22 bis zu einem Abstand von 1/2 H befindet.

Der Bereich des Zahns 18 bei dem Bezugszeichen 32 innerhalb der Linie B ist nicht so hoch belastet wie der Bereich 28 und muß daher erfindungsgemäß nicht verstärkt werden. Das heißt, das elastomere Matrixmaterial alleine schafft die notwendige Zugfestigkeit.

Erfindungsgemäß erstreckt sich ein nicht gewobenes Gewebe 34, das mit einem elastomeren Material imprägniert ist, kontinuierlich längs der Längserstreckung des Riemens 10, wobei es die innere Vertiefungsfläche 35 bedeckt und sich kontinuierlich durch den Zahn 18 erstreckt. Das Gewebe 34 ist in dem Kraftübertragungsbereich 28 dünner als in der Vertiefungsfläche. Das Gewebe 34 krümmt sich zu dem Kraftübertragungsbereich 28 herunter, um eine Verstärkung über eine wesentliche Dicke des Zahns 18 zu schaffen.

Um eine weitere Verstärkung in den Kraftübertragungsbereich 28 zu schaffen, sind Stapel-Verstärkungsfasern 36 darin ausgebreitet. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Fasern 36 von dem Gewebe 34 während des Herstellungsverfahrens getrennt, was im Detail weiter unten beschrieben ist, um kontrolliert und berechnet in dem Kraftübertragungsbereich 28 verteilt zu sein. Mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren sind die Fasern 36 in der Grund/Wurzelfläche 26 des Zahns 18 stärker konzentriert. Dies ist deswegen erwünschenswert, da die Grund/Wurzelfläche 26 die am höchsten belastete ist und daher in der Verwendung verstärkt werden muß. Indessen sieht die Erfindung vor, daß die Fasern 36 einheitlich über diesen Kraftübertragungsbereich oder einen Teil von diesem verteilt sein können.

Aufgrund der lokalen Verstärkung mit den Fasern 36 ist weniger Verstärkungsmaterial im Vergleich zu den herkömmlichen Riemen notwendig, die eine gleichförmige Verteilung der Fasern durch die Zähne aufweisen.

In Fig. 3 ist eine abgeänderte Riemenform mit 10′ bezeichnet, wobei Fasern 36′ in der Nähe der Grund/Wurzelfläche 26′ stärker konzentriert sind. Dies soll eine Rißbildung an dieser Stelle verhindern. In dieser Ausführungsform ist der Kraftübertragungsbereich 28′ durch eine Linie B′ begrenzt, die in dem Inneren des lasttragenden Kords 22′ in einem Abstand 1/2 H beabstandet ist.

Das Gewebe 34 ist vorzugsweise aus Textilfasern mit einer Länge von 50 bis 60 mm gefertigt. Die Fasern können aus wenigstens einem von Polyethylen, Polypropylen, Polyamid, Polyester, Acryl, Glasfasern oder dgl. gefertigt sein.

In einer bevorzugten Form ist das Gewebe 34 durch einen herkömmlichen Vernadelungsvorgang gefertigt. Dieser Vorgang verursacht ein Vertwisten und Ineinander-Verhangeln der Fasern 36 miteinander, um eine gute mechanische Festigkeit sogar ohne Verwendung eines Bindemittels zu schaffen. Gleichzeitig werden so die Fasern 36 von dem Gewebe 34 getrennt, um die Verstärkung immer abseits des Gewebes 34 zu schaffen.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das nicht gewobene Gewebe 34 vor der Bildung 1,0 bis 2,0 mm dick auf Grundlage der JIS L1085, wobei sein Gewicht zwischen 130 und 250 g/m²ist. Wenn die Dicke des nicht gewobenen Gewebes 34 2,0 mm übersteigt, wird der PLD-Wert von der Gewebefläche 38 (Fig. 1 und 2) innerhalb der Vertiefungen 20 zu der Mitte des lasttragenden Kords 22 zu groß. Wenn der Riemen gemäß dem bevorzugten Herstellungsverfahren wie unten beschrieben gefertigt ist und eine interne Gußform mit einer Gewebeschicht 34 darauf verwendet wird, die durch den lasttragenden Kord 22 umwickelt ist vor dem Einsatz der inneren Gußform in eine äußere Gußform und Einspritzen des verflüssigten Polyurethans, verbreiten sich die Fasern 36 von dem Gewebe 34 in den Kraftübertragungsbereich 28 bis in die Nähe der Innenseite 14 des Riemens. Bei Verwendung dieses Verfahrens und eines Gewebes 34 mit einer Dicke von mehr als 2,0 mm, ergibt sich eine geringere dichtere Faser 36 in dem Kraftübertragungsbereich 28 als benötigt, wodurch die Wirksamkeit der Verstärkung in den Hochkompressionsbereichen verringert wird.

Wenn die Dicke des Gewebes 34 weniger als 1 ,0 mm ist, wird der PLD-Wert zu klein, um die lasttragenden Korde 22 zu schützen. Zusätzlich ist die Menge der verteilten Fasern 36 ungenügend, um den Kraftübertragungsbereich 28 ausreichend zu verstärken.

Die Fasern 36, die von dem Gewebe 34 getrennt und in dem Kraftübertragungsbereich 28 verteilt sind, betragen vorzugsweise 30 bis 60 Vol.-% des Originalgewebes 34.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der lasttragende Kord 22 aus einer einer Aramidfaser der Para-Familie gefertigt, beispielsweise einer solchen, die im Handel unter den Handelsmarken TWARON^TM, KEVLAR^TM und TECHNORA^TM verkauft werden, oder Glasfaser, wie E-Glas oder andere hochfeste Glasfasern. Die Zusammensetzung, Fadenstarke (denier) und der Twist der Fasern sind für die vorliegende Erfindung nicht wesentlich.

Die Erfindung verringert die Rißbildung an der Grund/Wurzelfläche 26 aufgrund der lokalen Anbringung des Gewebes 34 und Fasern 36 in dem Kraftübertragungsbereich 28, der wie oben beschrieben hohen Kompressionskräften unterworfen ist. Der relative Betrag von Kräften, die auf den Zahn 18 beim Betrieb ausgeübt werden, ist in Fig. 4 gezeigt, wobei ein Riemen 10 in der Richtung des Pfeils 39 in der Nut 40 einer Riemenscheibe 42 vorwärtsbewegt wird. Bei der Vorwärtsbewegung des Riemens 10 steigt der Betrag der Kräfte, die durch einen Riemenscheibenzahn 44 auf die Führungsseite 46 des Zahns 18 ausgeübt wird, ansteigend von der Innenseite 14 des Riemens bis zu der Grund/Wurzelfläche 26, wie durch Kraftlinien F1 bis F5 gezeigt ist. Eine hohe Kompressionskraft wird durch den Riemenscheibenzahn 44 in der Grundfläche 26 ausgeübt.

Die Herstellung des erfindungsgemäßen Riemens wird gemäß der vorliegenden Erfindung vereinfacht. Ein bevorzugtes Herstellungsverfahren für den erfindungsgemäßen Riemen ist unten bezugnehmend auf die Fig. 5 und 6 beschrieben.

Erfindungsgemäß wird eine innere Gußform 50 verwendet. Das Gewebe 34 wird über die freiliegende Gußseite 52 gewickelt. Der lasttragende Kord 22 wird dann unter Zug um das Gewebe 34 auf der Gußseite 52 gewickelt, so daß das Gewebe 34 sich leicht in die Ausnehmungen 54 verformt, die zwischen benachbarten Vorsprüngen 56 auf der inneren Gußform 50 festgelegt sind.

Wie in Fig. 6 gezeigt, weist das Gewebe 34 vorzugsweise eine uneinheitliche Faserdichte 36 auf. Genauer gesagt weist das Gewebe 34 voneinander abgewandte Flächen 58, 60 auf, die eine höhere Faserdichte 34 als der Kern 62 in der Mitte zwischen den Flächen 58, 60 aufweist. Die Fasern an den Flächen 58, 60 werden leichter durch das unten beschriebene Herstellungsverfahren getrennt. Vorzugsweise weist der Kern 62 des Gewebes 34 ein Gewicht von 20 bis 50 g/m² auf, wobei das Gewicht der Flächen 58, 60 50 bis 100 g/m² beträgt.

Es besteht keine besondere Beschränkung hinsichtlich des Verhältnisses zwischen der Dicke des Kernbereichs 62 und den Flächen 58, 60. Die Dicke und das Gewicht der Flächen 58, 60 kann verändert werden, um die Menge der Fasern 34 zu wählen, die sich trennen und ausbreiten, genauso wie das Ausbreitungsverhältnis.

Der Kernbereich 62 kann mit einem Bindemittel behandelt werden, da die Fasern 34 darin sich nicht trennen und ausbreiten müssen. Indessen ist diese Behandlung nicht bevorzugt, da sie das Gewebe 34 härtet.

Die innere Gußform 50 mit den darum gewickelten Gewebe 34 und Kord 22 wird in eine äußere Gußform 64 eingesetzt, so daß ein geschlossener Gußraum 66 zwischen der inneren Gußform 50 und der äußeren Gußform 64 gebildet wird. Nach dem Schließen der Gußform wird der Druck in dem Gußraum 66 verringert, um Blasen in dem verflüssigten Polyurethan innerhalb des Gußraums 66 zu beseitigen, und um das verflüssigte Polyurethan radial nach außen in den Gußraum 66 fließen zu lassen. Dies läßt das verflüssigte Polyurethan sich in Richtung des Teiles 68 durch die Fasern 34 in den Gußraum 66 bewegen. Die Strömung des verflüssigten Polyurethans trennt die Fasern 34 auf der Gewebefläche 58 von dem Kern 62, um weg von dem Gewebe in dem Gußraum 66 verteilt zu werden.

Die Erfindung sieht ebenso vor, das eine vorbestimmte Menge an verflüssigtem Polyurethan in die äußere Gußform 64 eingespritzt werden kann, bevor die innere Gußform 50 darin eingesetzt wird. Der selbe Vorgang könnte durchgeführt werden, nachdem die innere Gußform 50 und die äußere Gußform 64 miteinander verbunden wurden.

Wenn sich das verflüssigte Polyurethan gesetzt hat, werden die innere Gußform 50 und die äußere Gußform 64 voneinander getrennt, um ein Ansteigen des Drucks in der Gußform bis auf den Umgebungsdruck zu gestatten. Das Polyurethan wird dann an einer festen, vorbestimmten Temperatur ausgehärtet. Die Temperatur der Gußform 50 beträgt 80 bis 150°C. Nach dem Aushärten wird der Riemen 10 von der inneren Gußform 50 entfernt.

Von großem Vorteil ist es, wenn ein Riemenärmel unter der Verwendung des oben beschriebenen Verfahrens gebildet wird. Nachdem der Riemenärmel ausgehärtet ist, wird er aus der inneren Gußform 50 entfernt, worauf er in mehrere Riemen von gewünschter Breite geschnitten wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren trennen sich die Fasern 36 in solch einer Weise, daß sie in einer Konzentration vorliegen, so daß eine größere Verstärkung in der Wurzel/Grundfläche 26 durch eine verhältnismäßig einfache Prozedur geschaffen wird.

Die Wirkung der vorliegenden Erfindung wird unten durch Vergleich der Betriebsmerkmale des erfindungsgemäßen Riemens mit zwei Vergleichsriemen dargestellt.

Im folgenden wird der erfindungsgemäße Riemen dargestellt.

Ein zylindrisches, nicht gewebtes Gewebe 34 aus 6-6 Nylonfasern wurde auf eine innere Gußform 50 gewickelt. Das Gewebe 34 wurde nicht mit einem Bindemittel behandelt und wurde durch Vernadelung gebildet. Das Gewebe 34 wies ein Gewicht von 170 g/m² und eine Dicke von 1,3 mm auf.

Der lasttragende Kord 22 wurde um das Gewebe 34 an der inneren Gußform 50 gewickelt. Der lasttragende Kord 22 wurde unter Verwendung eines Paars von Aramid- Fasern geschaffen, die im Handel unter der Handelsmarke TWARON verkauft werden. Jede Faser hatte 5 Filamente von je 1090 denier (Gesamt-Denier von 1090 × 5 = 5450). Eine der Fasern wurde 11mal pro 10 cm in der S-Richtung getwistet und die andere Faser 25mal pro 10 cm in der Z-Richtung. Ein so festgelegtes Faserpaar wurde verwendet, um einen lasttragenden Kord herzustellen, der ohne Haftbehandlung gesponnen wurde. Der lasttragende Kord 22 wies ein Ausschließlichkeitsverhältnis von 90,0 bis 94,2% auf.

Die innere Gußform 50 mit dem Gewebe 34 und lasttragenden Kord 22 darauf wurde in eine äußere Gußform 64 eingesetzt, in die zuvor eine bestimmte Menge an verflüssigtem Polyurethan-Rohmaterial (100 phr Prepolymer, 20 phr Härter wie z. B. 3,3′-Dicyclo-4,4 Aminodiphenylmethan, 20 phr Weichmacher und 0,5 phr Färbemittel) gespritzt wurde. Die Form wurde dicht verschlossen und der Druck in dem Gußraum reduziert, um das verflüssigte Polyurethan das Gewebe 34 durchdringen zu lassen. Nach dem Setzen des Polyurethans wurde die Gußform geöffnet und der Riemenärmel dem Atmosphärendruck ausgesetzt und ausgehärtet, wobei sich die Gußform 50 bei einer Temperatur von 110°C befand (die Aushärterate von Polyurethan ist 92 JIS-A). Nach dem Aushärten wurde der Riemenärmel von der inneren Gußformel 50 entfernt und zur Bildung einzelne Riemen 10 an vorbestimmten axialen Stellen geschnitten. Der daraus sich ergebende Riemen 10 hatte ein Profil S8M (STPD), mit 156 Zähnen, einer Breite von 12 mm und einer Zahnhöhe von 8 mm.

Der sich ergebende Riemen 10 ist am besten in Fig. 2 zu sehen, wobei das Gewebe 34 kontinuierlich in dem Vertiefungsbereich vorgesehen ist und sich kontinuierlich in den Zahn 18 in dem Kraftübertragungsbereich 28 erstreckt, wobei die Fasern 34 ausschließlich innerhalb des Kraftübertragungsbereichs 28 verteilt sind.

Der obige Riemen 10 wurde auf einer bi-axialen, dynamischen Testvorrichtung zur Bestimmung der Haltbarkeit angebracht. Der Riemen 10 wurde um angetriebene und antreibende Riemenscheiben geführt, die jeweils 36 Zähne aufwiesen und mit 1200 Umdrehungen pro Minute unter 4,8 KW Belastung mit einer ursprünglichen Zugkraft auf dem Riemen von 48 kg betrieben wurden. Die Testergebnisse sind in der unteren Tabelle 1 gezeigt.

Tabelle 1

Vergleichsprobe 1

Dies war ein Zahnriemen ähnlich dem Riemen der Probe 1, indessen ohne Verwendung eines nicht gewobenen Gewebes.

Vergleichsprobe 2

Dieser Riemen war ähnlich dem Riemen von Probe 1, wurde jedoch unter Verwendung eines gewobenen Gewebes aus 0,4 mm dickem Nylon 6 gefertigt.

Die Ergebnisse in Tabelle 1 zeigen, daß der erfindungsgemäße Riemen 10 eine den Vergleichsproben 1 und 2 überlegenen Haltbarkeit aufwies. Der erstere wurde in 17 Stunden zerschnitten und bei dem letzteren brachen die Zähne in 162 Stunden aus. Die Zähne des erfindungsgemäßen Riemens hielten 788 Stunden durch.

Claims

1. Kraftübertragungsriemen (10) von dem Typ mit einem Körper (12) mit einer Längserstreckung, quer beabstandeten Seiten, einer Innenseite (14), einer Außenseite (16), in Längsrichtung an der Innenseite des Körpers beabstandeten Zähnen (18), Vertiefungen (20) zwischen benachbarten Zähnen (18) und einen sich in Längsrichtung erstreckenden lasttragenden Kord (22), weiterhin aufweisend einen Kraftübertragungsbereich (28) an dem Körper, die zwischen dem lasttragenden Kord und einer Linie festgelegt ist, die in dem Inneren des lasttragenden Kords (22) in einem Abstand von ungefahr 2/3 H beabstandet ist, wobei H der Abstand zwischen dem lasttragenden Kord und der Innenseite (14) des Körpers ist, gekennzeichnet durch ein nicht gewobenes Gewebe (34) auf der Innenseite (14) des Riemenkörpers in mehreren der Vertiefungen (20), das sich kontinuierlich von jeder der mehreren Vertiefungen in einen Zahn (18) in dem Kraftübertragungsbereich (28) erstreckt.

2. Kraftübertragungsriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Gewebe (34) kontinuierlich von einer ersten den Zahn (18) benachbarten Vertiefung (20) durch den Zahn und in eine zweite dem Zahn benachbarte Vertiefung erstreckt.

3. Kraftübertragungsriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Gewebe (34) kontinuierlich längs der gesamten Längserstreckung des Körpers (12) erstreckt.

4. Kraftübertragungsriemen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne (18) jeweils Längsenden aufweisen und das Gewebe (34) ungleichmäßig von dem lasttragenden Kord (22) zwischen den Längsenden der Zähne beabstandet ist.

5. Kraftübertragungsriemen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Kraftübertragungsbereich zwischen dem lasttragenden Kord und einer Linie festgelegt ist, die in dem Innenraum des lasttragenden Kords (22) in einem Abstand von ungefähr 1/2 H festgelegt ist, wobei H der Abstand zwischen dem lasttragenden Kord (22) und der Innenseite des Körpers ist.

6. Kraftübertragungsriemen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewebe (34) mit einem elastomeren Material imprägniert ist.

7. Kraftübertragungsriemen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewebe (34) durch mehrere Fasern geschaffen ist, die durch Vernadelung behandelt sind.

8. Kraftübertragungsriemen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewebe (34) eine ungleichmäßige Dicke längs der Längserstreckung des Körpers aufweist.

9. Kraftübertragungsriemen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er Stapelfasern getrennt von dem Gewebe (34) in dem Kraftübertragungsbereich (28) aufweist.

10. Kraftübertragungsriemen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Körpers durch ein elastomeres Material gebildet ist, die Stapelfasern in dem elastomeren Material verteilt sind und die Dichte der Stapelfasern in dem elastomeren Material in dem Kraftübertragungsbereich (28) ungleichmäßig ist.

11. Kraftübertragungsriemen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichte der Stapelfasern außerhalb des Kraftübertragungsbereichs (28) höher ist als innerhalb des Kraftübertragungsbereichs.

12. Kraftübertragungsriemen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewebe (34) durch Vernadelung behandelt ist und die ersten Fasern eine Länge von 5 bis 60 mm aufweist, wobei die ersten Fasern wenigstens eines von Polyethylen, Polypropylen, Polyamid, Polyester, Acryl und Glasfaser aufweisen.

13. Kraftübertragungsriemen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stapelfasern eine Länge von 5 bis 60 mm aufweisen.

14. Kraftübertragungsriemen nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stapelfasern wenigstens eines von Polyethylen, Polypropylen, Polyamid, Polyester, Acryl und Glasfaser aufweisen.

15. Kraftübertragungsriemen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewebe (34) eine Dicke von 1,0 bis 2,0 mm und ein Gewicht von 130 bis 250 g/m² aufweist.

16. Kraftübertragungsriemen (10) von dem Typ aufweisend einen Körper (12) mit einer Längserstreckung, quer beabstandeten Seiten, einer Innenseite (14), einer Außenseite (16), in Längsrichtung an der Innenseite des Körpers beabstandeten Zähnen (18), Vertiefungen (20) zwischen benachbarten Zähnen und einem sich in Längsrichtung erstreckenden lasttragenden Kord (22), weiterhin aufweisend einen Kraftübertragungsbereich (28) an dem Körper, der zwischen dem lasttragenden Kord (22) und einer Linie festgelegt ist, die innerhalb des lasttragenden Kords in einem Abstand von ungefähr 2/3 H beabstandet ist, wobei H der Abstand zwischen dem lasttragenden Kord (22) und der Innenseite des Riemenkörpers ist, dadurch gekennzeichnet, durch ein Gewebe (34) in dem Kraftübertragungsbereich in den Zähnen (18), das ungleichmäßig von dem lasttragenden Kord längs der Längserstreckung des Riemenkörpers beabstandet ist.

17. Kraftübertragungsriemen nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewebe (34) ein nicht gewobenes Gewebe aufweist.

18. Kraftübertragungsriemen nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewebe (34) Vielfachfasern aufweist, die durch Vernadelung behandelt sind.

19. Kraftübertragungsriemen nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Gewebe (34) kontinuierlich längs der Längserstreckung des Körpers erstreckt.

20. Kraftübertragungsriemen nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß Stapelfasern in dem Kraftübertragungsbereich (28) verteilt sind.

21. Kraftübertragungsriemen nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewebe (34) eine ungleichmäßige Dicke längs der Längserstreckung des Riemenkörpers aufweist.

22. Kraftübertragungsriemen nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Körpers durch ein elastomeres Material gebildet ist, die Stapelfasern im elastomeren Material verteilt sind, und die Dichte der Stapelfasern in dem elastomeren Material in dem Kraftübertragungsbereich (28) ungleichmäßig ist.

23. Kraftübertragungsriemen nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftübertragungsbereich zwischen dem lasttragenden Kord (22) und einer Linie festgelegt ist, die auf der Innenseite des lasttragenden Kords in dem Abstand von ungefähr 1/2 H beabstandet ist.

24. Verfahren zur Herstellung eines Kraftübertragungsriemens/Riemenärmels, aufweisend die folgenden Schritte:
Vorsehen einer inneren Gußform (50) mit einer Gußfläche (52) mit abwechselnden Vorsprüngen (56) und Vertiefungen (54), die komplimentär zu abwechselnden Zähnen (18) und Vertiefungen eines zu bildenden Kraftübertragungsriemens/Riemenärmels (10) sind,
Vorsehen eines nicht gewobenen Gewebes (34) mit einzelnen Fasern darin,
Anbringen des nicht gewobenen Gewebes (34) über der Gußfläche (52), Vorsehen eines lasttragenden Kords (22),
Wickeln des lasttragenden Kords (22) über das nicht gewobene Gewebe (34), Anbringen der inneren Gußform (50) mit dem nicht gewobenen Gewebe und dem lasttragenden Kord darauf in einer äußeren Gußform (64), um einen Gußraum (66) zwischen der inneren und der äußeren Gußform (64) zu bilden,
Vorsehen einer Versorgung von verflüssigtem Matrixmaterial,
Einfüllen des verflüssigten Matrixmaterials in den Gußraum (66), so daß die einzelnen Fasern sich von dem nicht gewobenen Gewebe (34) trennen, und Aushärten des verflüssigten Matrixmaterials.

25. Verfahren zur Herstellung eines Kraftübertragungsriemens/Riemenärmels nach Anspruch 24, gekennzeichnet durch den Schritt des Bewegens des nicht gewobenen Gewebes (34) teilweise in die Ausnehmungen der inneren Gußform (50).

26. Verfahren zur Herstellung eines Kraftübertragungsriemens/Riemenärmels nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Vorsehens eines nicht gewobenen Gewebes (34) den Schritt des Vorsehens mehrerer Fasern aufweist und die Fasern vernadelt werden.

27. Verfahren zur Herstellung eines Kraftübertragungsriemens/Riemenärmels nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht gewobene Gewebe (34) abgewandte Flächen (58, 60) aufweist und einen Kern (62) zwischen den voneinander abgewandten Flächen, und der Schritt des Vernadelns der Fasern den Schritt der derartigen Vernadelung der Fasern aufweist, daß sie an wenigstens einer der voneinander abgewandten Flächen dichter sind als die Fasern in dem Kern.

28. Verfahren zur Herstellung eines Kraftübertragungsriemens/Riemenärmels nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht gewobene Gewebe (34) voneinander abgewandte Flächen (58, 60) und einen Kern (62) zwischen den voneinander abgewandten Flächen aufweist, und der Schritt der Vernadelung der Fasern den Schritt der derartigen Vernadelung der Fasern aufweist, daß die Fasern eine Dichte von 50 bis 100 g/m² an wenigstens einer der voneinander abgewandten Flächen aufweist und ein Gewicht von 20 bis 50 g/m² in dem Kern.

29. Verfahren zur Herstellung eines Kraftübertragungsriemens/Riemenärmels nach Anspruch 24, gekennzeichnet durch den Schritt des Trennens der Fasern von dem nicht gewobenem Gewebe (34), so daß die getrennten Fasern in das verflüssigte Matrixmaterial eingebettet werden.

30. Verfahren zur Herstellung eines Kraftübertragungsriemens/Riemenärmels nach Anspruch 29, gekennzeichnet durch den Schritt des Trennens des Kraftübertragungsriemens/Riemenärmels von der inneren und der äußeren Gußform, so daß der Kraftübertragungsriemen/Riemenärmel eine Innenseite (14) und eine Außenseite (16) aufweist, und der Schritt des Trennens der Fasern den Schritt des Trennens der Fasern von dem nicht gewobenen Gewebe (34) derartig aufweist, daß die getrennten Fasern in einen Übertragungsbereich eingebettet sind, der sich von dem lasttragenden Kord in einem Abstand von ungefähr 2/3 H nach innen erstreckt, wobei H der Abstand zwischen dem lasttragenden Kord (22) und der Innenseite des Riemens/Riemenärmels ist.

31. Verfahren zur Herstellung eines Kraftübertragungsriemens/Riemenärmels nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Trennens der Fasern den Schritt der derartigen Trennung der Fasern von dem nicht gewobenen Gewebe aufweist, daß die Fasern in einen Übertragungsbereich eingebettet werden, der sich von dem lasttragenden Kord (22) in einem Abstand von ungefähr 1/2 H nach innen erstreckt, wobei H der Abstand zwischen dem lasttragenden Kord und der Innenseite des Riemens/Riemenärmels ist.

32. Verfahren zur Herstellung eines Kraftübertragungsriemens/Riemenärmels nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Vorsehens eines nicht gewobenen Gewebes den Schritt des Vorsehens eines nicht gewobenen Gewebes mit Stapelfasern darauf in einer Länge von 5 bis 60 mm aufweist.

33. Verfahren zur Herstellung eines Kraftübertragungsriemens/Riemenärmels nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Vorsehens eines nicht gewobenen Gewebes den Schritt des Vorsehens eines nicht gewobenen Gewebes mit Stapelfasern darauf aufweist, die wenigstens eines von Polyethylen, Polypropylen, Polyamid, Polyester, Acryl und Glasfasern sind.

34. Verfahren zur Herstellung eines Kraftübertragungsriemens/Riemenärmels nach einem der Ansprüche 24 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Vorsehens eines nicht gewobenen Gewebes den Schritt des Vorsehens eines nicht gewobenen Gewebes (34) mit einer Dicke von 1,0 bis 2,0 mm aufweist, bevor der lasttragende Kord (22) über das nicht gewobene Gewebe gewickelt wird.

35. Verfahren zur Herstellung eines Kraftübertragungsriemens/Riemenärmels nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Vorsehens einer Versorgung von verflüssigtem Matrixmaterial den Schritt des Vorsehens einer Versorgung von verflüssigtem Polyurethan umfaßt.

36. Verfahren zur Herstellung eines Kraftübertragungsriemens nach einem der Ansprüche 24 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht gewobene Gewebe voneinander abgewandte Flächen und einen Kern zwischen den voneinander abgewandten Flächen aufweist und den Schritt des Behandelns der Fasern nur mit einem Bindemittel umfaßt.

37. Verfahren zur Herstellung eines Kraftübertragungsriemens/Riemenärmels nach einem der Ansprüche 24 bis 36, gekennzeichnet durch den Schritt des Trennens des Riemens/Riemenärmels von der inneren und der äußeren Gußform und Schneiden des Riemenärmels zur Bildung mehrerer Endlos- Zahnriemen.

38. Verfahren zur Herstellung eines Kraftübertragungsriemens/Riemenärmels nach einem der Ansprüche 24 bis 37 aufweisend den Schritt des Einspritzens von verflüssigtem Matrixmaterial in die äußere Gußform, bevor die innere Gußform in die äußere Gußform gesetzt wird.