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Transport- oder Kraftübertragungsriemen
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In vielen Fällen wird zum Transportieren von Material sowie zur Kraftübertragung
ein Riemen benötigt, der präzis in seiner Lage bleibt und ständig gespannt ist,
wenn er über Riemenscheiben oder Rollen läuft, die sich um feste Achsen drehen.
Insbesondere, wenn zwei oder mehr Riemen auf Scheiben oder Rollen laufen, welche
sich um feste Achsen drehen, ist das Beibehalten der Lage und der Spannung der Riemen
für eine zufriedenstellende Arbeitsweise sehr wichtig. Die Verwendung von Scheiben
oder Rollen mit feststehender, also unverschieblicher Drehachse ist heutzutage bei
vielen Maschinen, insbesondere auf dem Gebiete der Büromaschinen, sehr üblich, da
hierdurch Raum gespart wird und die Kosten durch den Wegfall von Spannvorrichtungen
verringert werden.
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Zur Erfüllung dieser Aufgabe sind endlose Riemen in einer Vielzahl
von Variationen bekanntgeworden. Ein bekannter Riemen besteht aus zwei oder mehr
Gewebelagen, die miteinander versteppt sind. Bei derartigen Riemen besteht die Gefahr,
daß sich die Lagen voneinander lösen. Außerdem haben diese Riemen weder die Elastizität
noch das elastische Rückstellvermögen, welches notwendig ist, um eine ständige Spannung
bei einem Antrieb aufrechtzuerhalten, dessen Rollen oder Scheiben um feste Drehachsen
umlaufen.
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Bei einem anderen Riemen wurden Garne mit einem Gummikern in einem
Gewebe verwendet. Dieses Produkt hatte zwar eine hohe, jedoch nicht steuerbare Elastizität,
so daß die Spannung des Riemens während des Betriehes in großen Grenzen schwankte.
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Bei einen anderen riemen wurde ein unverstärkter Elastomerfilm verwendet.
Dieser Riemen hatte jedoch aufgrund des Fehlens einer Gewebeverstärkuncj zur Erhaltung
seiner elastischen Eigenschaften eine Neigung zii übermäBiger llriechdehnuny und
hohem Verschleiß und ein entsprechend sthlechtcs Arbeitsverhalten.
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Bei einer heute beliebten Ausführung wird ein schlauchförmiges Gewebe
verwendet, bei dem eine gewisse Elastizität durch die Webart erreicht ist. Dieser
Riemen ist zwar für viele Fälle brauchbar, jedoch ist durch das Weben die Elastizität
begrenzt, so daß die Erfordernisse hinsichtlich der Elastizität, die von vielen
modernen Maschinen gestellt werden, nicht erfüllt werden können.
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Es wurde auch bereits ein schlauchförmiges gestricktes Substrat zur
Erlangung elastischer Eigenschaften verwendet, aber die Verfahren zum Stricken schlauchförmiger
Gestricke erzeugen kein Material, das eine angemessen gesteuerte Elastizität aufweist.
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Außerdem ist der Grad der Elastizität durch die Abmessungen jeder
einzelnen Schlauchware begrenzt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Riemen zu schaffen,
der so elastisch ist, daß er um bis zu 10% gedehnt werden kann, der jedoch gleichzeitig
die Fähigkeit hat, im wesentlichen vollständig in seinen Ausgangszustand zurückzukehren.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Kennzeichens des Patentanspruchs
1 gelöst. Dabei ist unter dem Ausdruck "Flachstrickware" ein Gestrick oder ein Gewirk
zu verstehen, das auf einer Flachstrick- oder Flachwirkinaschine oder durch Aufschneiden,
z.B. mittels eines Trennfadens, einer Rundstrickoder-wirkware hergestellt ist.
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Die Flachstrickware kann einmal oder auch mehrere Male auf sich selbst
gewickelt werden, um eine mehrlagige Struktur zu erzeugen, oder sie kann auf oder
in ein schlauchförmiges Substrat gewickelt werden, das gewebt oder auf andere Weise
aufgebaut ist. Im Gegensatz zu bekannten Riemen, die in der mehrlagigen Ausführung
den <ji:ößten Teil ihrer Elastizität verloren, behält der erfindungsgemäße Riemen
auch in der mehrlagigen Ausführung seine Elastizität bei. Auch wenn da6estrick oder
Gewirk mit Substraten oder Schläuchen anderen Aufbaues kombiniert wird, werden deren
elastische Eigenschaften durch das Gewirk oder Gestrick nicht odr nicht wesentlich
verändert.
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Bi der Herstellung des erfindungsgemäßen Riemens wird zunächst eine
Strick- oder Wirkware mit bestimmter Elastizität hergestellt und mit einem Elastomer-Material
mit den gewünschetn Eigenschaften getränkt. Das getränkte Susutrat wird auf sich
selbst oder auf eine Basis anderen Aufbaues in einer oder mehreren Lagen aufgewikkeit
und dann unter Hitze und Druck in einer bestimmten Länge teilausgehärtet. Darauf
wird das Elastomer in einem Ofen bei einer vorbestimmten Länge des Riemens vollständig
ausgehärtet und der Riemen nach dem Herausnehmen aus dem Ofen auf der bestimmten
Länge gehalten, bis er vollständig abgekühlt ist. Der Schlauch wird so breit hergestellt
wie dies praktisch möglich ist, und von diesem Schlauch werden dann Riemen von gewünschter
Breite abgeschnitten.
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Der erfindungsgemäße Riemen besteht also aus einer Flachstrickware
in Sinne der vorstehenden Definition, die getränkt und aufgewickelt wird, um einen
endlosen Riemen mit einer gewünschten Anzahl von Lagen zu bilden.
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Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, eine endlose, schlauchförmige
Unterlage mit einer imprägnierten Flachstrickware zu bewikkeln. Dadurch können die
mechanischen Eigenschaften und die Brauchbarkeit der Unterlage verbessert werden.
In Re iban trieben beispielsweise, bei denen kritische Toleranzen vorliegen und
eine erhöhte seitliche Steifigkeit notwendig ist, kann eine beträchtliche Dicke
ohne wesentliche Beeinträchtigung der Eigenschaften der schlauchförmigen UnterLage
selbst erreicht werden.
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Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
näher beschrieben. Es zeigt: Fig. 1 eine schematische Darstellung der einzelnen
Verfahrensschritte zur Herstellung des erfindungsgemäßen Riemens, FLcJ. 2 eine schematische
Seltenansicht eines einlagigen Riemens gemäß der Erfindung, Fig. 3A eine schematische
Seitenansicht eines mehrlagigen Riemens entsprechend der Erfindung, Fig. 3B einen
Querschnitt durch den Riemen von Fig. 3, Fig. 4a eine schematische Seitenansicht
ähnlich Fig. 3A eines mehrlagigen Riemens auf endlos gewebter Unterlage,
Fit3.
4B eine Querscllnitt ähnlich Fig. 3B durch den Riemen gemäß Fig. 4A, Fig. 5 eine
schematische Seitenansicht eines um eine Scheibe herumgelegten Riemens zur Veranschaulichung
der Spannungsverteilung zwischen den inneren und äußeren Schichten, Fig. 6 und 7
schematische Darstellungen von Riemen zur Veranschaulichung der Spannungsverhältnisse
während des Betriebes, und Fig. 8 eine perspektivische Ansicht eines Antriebes,
der eine Mehrzahl von parallelen Riemen aufweist.
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Die einzelnen Verfahrensschritte zur Herstellung des erfindungsgemäßen
Riemens sind schematisch in Fig. 1 dargestellt. Diese Verfahrensschritte bestehen
darin, daß eine Bahn aus einer Flachstrickware im Sinne der eingangs genannten Definition,
also ein "flaches" Gestrick oder Gewirk, im folgenden der Einfachheit halber als
Gestrick, Strickware oder Flachstrickware bezeichnet, in einem Tauchverfahren mit
einem Elastomer-Material getränkt, dann getrocknet, darauf auf sich selbst gewickelt
wird, um die gewunschet endlose Form zu erhalten, dann das Elastomer unter Druck
teilausgehärtet und schließlich in einem Ofen fertig ausgehärtet wird. Der so hergestellte
Schlauch wird dann in Längsrichtung zerschnitten, um Riemen mit gewünschter Breite
zu erzeugen.
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Jedes brauchbare Gestrick oder Gewirk, vorzugsweise aus synthetischen
Garnen, wie Polyester- oder Polyamidgarnen oder-fasern, kann verwendet werden. Das
Ges trick oder Gewirk wird in endlicher und nicht in endloser Form verwendet, da
hierdurch viele Vorteile bei der Herstellung errreicht werden. Die Benutzung von
Meterwarren-Gestrick oder Gewirk gestattet eine vielseitige Verwendung, bloçJlichkeit
und Anpassungsfähigkeit und ist einfacher herzustellen als eiidLose Strick- oder
Wirkware. Endlose Strick- oder Wirkware besitzt eine Elastizität, die spezifisch
und auf ihre indivisuelle Größe beschränkt ist, während endliche Strick- oder Wirkware
so gestaltet werden katin, daß sie eine praktisch unbeyrenzte
Elastizität
hat. Wenn daher entsprechend der Erfindung Gestrick oder Gewirk in endlicher Form
als flache Meterware verwendet wird, kann sie in jeder gewünschten Länge hergestellt
werden, um praktisch jeden Elastizitätsgrad zu erhalten.
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Das Substrat kann gegebenenfalls vor der Tränkung mit dem Elastomer
vorbehandelt werden. Es ist möglich, daß eine bekannte Vorbehandlung zur Erreichung
bestimmter Ergebnisse oder Eigenschaften dazu verwendet werden kann, die Haftung
des Elastomers an den Garnen zu verbessern.
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Vor der Behandlung mit dem Elastomer sollte die Festigkeit und die
Elastizität der Flachstrickware entsprechend dem gewünschten Endergebnis ausgewählt
werden.
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Die Strickware wird mit Elastomer getränkt, solange sie sich in ihrem
flachen Zustand befindet. Zu diesem Zweck wird die Flachstrickware von einer Rolle
abgenommen und in einem Tauchverfahren durch einen Trog geleitet, wie dies in Fig.
1 schematisch dargestellt ist.
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Jedes geeignete Elastomer kann verwendet werden, beispielsweise Neopren,
ein ölbeständiger synthetischer Gummi, der durch Polymerisation von Chloropren erhalten
wird.
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Vorzugsweise wird eine aushärtbare Neoprenverbindung aufgelöst, um
ein -verdünntes Bindemittel zu bilden mit einer Feststoffkonzentration von etwa
15 bis 20%. Von diesem Stoff werden mehrere Beschichtungen durch Eintauchen aufgebracht.
Das fertige Produkt enthält 70 bis 80t Neoprenverbindung. Bei einem Anteil von mehr
als 40% wird ein brauchbares Endprodukt erzielt. Nach dem Tränken wird das Produkt
bei Raumtemperatur getrocknet, damit die Lösungsmittel entweichen können, während
die Feststoffe ühr igbl.eiben. Falls nötig, kann das Produkt bei erhöhter Temperatur
schneller getrocknet werden.
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Dann wird das Produkt auf eine geeignete Form aufgewickelt, normalerweise
auf
eine Länge, die bis um 10% kürzer ist als die gewünschte Länge des fertigen Riemens.
Für bestimmte Anwendungsfälle kann auch eine Über länge hergestellt werden. Wicklungen
mit Unter länge verringern proortional die Elastizität des fertigen Riemens. Je
geringer die Unterlänge der Wicklung ist, umso größer ist die Elastizität des fertigen
Riemens.
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Die natürliche Klebrigkeit der Neoprenverbindung gestattet einen praktischen
Zusammenbau auf der Form auf die gewünschte Anzahl von Lagen. Bereits ein Riemen
mit einer einzigen Lage kann erfolgreich hergestellt werden. Die Verformung an der
notwendigen Überlappungsstelle ist im Hinblick auf die ausgezeichnete Beweglichkeit
des Gestricks auf ein Mindestmaß reduziert.
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Einer der hervorstechendsten Vorteile der Erfindung besteht darin,
daß durch mehrere Lagen eine größere Dicke erreicht werden kann, wobei jedoch die
wünschenswerten elastischen Eigenschaften des einzelnen Flachgestricks zu einem
großen Teil beibehalten werden. Die Tendenz zu Materialzusammenschieben oder Verdichtung
ist verringert, und das Elastomer zwischen den einzelnen Lagen isoliert diese voneinander,
so daß jede Lage weitgehend die Eigenschaften der dünnen Strickware beibehält, so
daß die Flexibilität über einen langen Zeitraum erhalten bleibt.
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Der nächste Schritt ist die Teil-Aushärtung unter Hitze und Druck.
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Dabei wird der endlose Schlauch auf Rollen aufgenommen und zwar in
einer Länge, in welcher der fertige Riemen verwendet werden soll. Während dieses
Vorganges können Formplatten verwendet werden, um, falls gewünscht, bestimmte Oberflächenmuster
zu erzeugen.
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Durch diese Druckaushärtung erhält der Riemen annähernd die gewünschte
Länge und seine Endform bei einem derartigen Druck und einer solchen Temperatur,
daß kein vollständiges Aushärten eintritt, wobei die Zeit so kurz wie möglich gewählt,
jedoch ausreichend ist, um ein sauberes Lösen von den Oberflächen der Platten zu
gewährleisten. Die vollständige Aushärtung wird in dieser Stufe nicht erreicht,
vielmehr folgt das letzte Aushärten in einem Ofen, in welchem der Schlauch auf einem
Rahmen auf der
gewünschten Länge: gehlaten wird, die der Länge
des Endprodukts entspricht. Der Schaluch wird dann auf Raumtemperatur abgekühlt,
bcvor er abgenommen wird. Der fertige endlose Riemen wird dann iii der gewünschten
Breite von dem Schlauch abgeschnitten.
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In Fig. 2 ist ein einlagiger Riemen 10 dargestellt, der entsprechend
der Erfindung hergestellt wurde. Der kleine überlappungsstoß ist mit 11 bezeichnet.
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lii Fig. 3A ist ein mehriaqiger Riemen 12 dargestellt. Wie aus Fig.
3B hervorgeht, handelt es sich um einen zweilagigen Riemen, wobei die einzelnen
Lagen mit 13 und 14 bezeichnet sind. Da die Strickware in flachem Zustand getränkt
worden war, ist auf beiden Seiten eine Elastomerschicht entstanden. Dadurch erscheint
eine Elastomerlage 15 zwischen den Gestricklagen 13 und 14, wodurch diese voneinander
isoliert sind, und Elastomerlagen 16 und 17 erscheinen auf der äußeren und inneren
Oberfläche des Riemens.
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Fig. 4A und 4B zeigen eine Variation der Erfindung, wobei ein mehrlagiger
Riemen dadurch hergestellt ist, daß die imprägnierte Flachstrickware über einen
endlos gewebten Schlauch gewickelt ist.
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Die auf den gewebten Schlauch 20 aufgewickelten Lagen 18 und 19 sind
voneinander durch eine Eglastomerschicht 21 und von dem gewebten Schlauch 20 durch
eine ELastomerschicht 22 getrennt, während eine Elastomerschicht 23 an der nußen-
oder Oberseite des Riemens und eine Elastomerschicht 24 an der Innenfläche des Riemens
erscheint. Durch das imprägnierte Gestrick wird die Dicke des Riemens vergrößert,
ohne daß die Eigenschaften der schlauchartigen Unterlage wesentlich verändert werden.
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Die Wichtigkeit eines dünnen Gestricks ist aus Fig. 5 ersichtlich,
in welcher ein Riemen dargestellt ist, der über eine Rolle 28 läuft. Die Spannung
e1 an der Außenfläche ist größer als die Spannung e2 an der Innenfläche, und zwar
in direkter Proportion zur Dicke des Rimens. Da bei dem erfindungsgemäßen Riemen
ein dünnes Gestrick aufgewickelt ist, um eine mehringige Strucktur zu erhalten und
die Lagen durch eine Elastomershicht voneinander
getrennt sind,
ist die Spannung im Riemen insgesamt verringert.
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Diese Spannungsverringerung wird erreicht durch die Verwendung eines
dünnen Gestricks, das nur geringe Spannu ngsuiiterschiede zwischen der inneren und
der äußeren Oberfläche aufweist, und dadurch, daß jede Lage von der anderen getrennt
ist, wodurch wiederum nur eine geringe Spannungsdifferenz zwischen der Innenlage
und der Außenlage des Riemens als Ganzem eintreten kann.
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In Fig. 6 ist ein Riemen 30 gezeigt, der über Scheiben oder Rollen
31 und 32 läuft, von denen die Scheibe 31 die Antriebsscheibe ist. Es ist ersichtlich,
daß das obere Trum des Riemens zwischen den Scheiben 31 und 32 Druckspannungen enthält,
während das untere Trum Zugspannungen aufweist. In Fig. 7 ist der gleiche Riemen
unter größerer Last gezeigt, so daß das obere Trum ganz lose ist und flattert. Fig.
6 und 7 stellen unerwünschte Situationen dar, die Kriechdehnung unterschiedlicher
Größe verursachen. Kein elastischer Riemen kann so konstruiert sein, daß Kriechdehnung
vollständig vermieden wird.
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Kriechdehnung ist das Ergebnis des Aufbaues von Zugspannungen im Arbeitstrum,
d.h. dem unteren Trum in Fig. 6 und 7, und einem lockerwerden des Leertrums, d.h.
des oberen Trums in Fig. 6 und 7. Wenn die Spannung so hoch geworden ist, daß der
Reibschluß zwischen dem Riemen und der getriebenen Scheibe überwunden wird, schlüpft
der Riemen auf dieser Scheibe und nimmt einen Teil des Durchhanges des Leertrums
auf. Dieser Vorgang findet ständig statt, wenn der Riemen umläuft. Eine übermäßige
Elastizität wie bei einem Gummiband beispielsweise ergibt eine übermäßige Kriechdehnzng.
Bei dem erfindungsgemäßen Riemen ist die Längung begrenzt, während eine ausi-eichende
Elastizität vorhanden ist. Dalttrch wird die Kriechdehnung auf annehmbare Werte
verringert.
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1 L.J. 8 zeigt eine Anwendung, bei welcher drei Riemen 40, 41 und
42 übtr die Scheiben 43 und 44 laufell. In solchen Systemen ist es besonders wichtig,
daß alle Riemen die gleiche Elastizität neben.
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Im folgenden werden einige Beispiele zur Herstellung der erf iidungsgemäßen
Riemen gegeben.
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Beispiel I.
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Der einlagige Riemen gemäß Fig. 2 wurde wie folgt hergestellt; Das
Substrat wurde aus kontinuierlichem Polyestergarn mit sehr geringem Drall in einem
flachen Rippengestrick mit 26 Rippen und 38 Maschenreihen hergestellt. Das Gestrick
hatte eine durchschnittliche Zugfestigkeit (Grab-Methode) von etwa 48 kg in Richtung
der Rippen und 34 kg in Richtung der Maschenreihen bei einem Gewicht 2 von 196 g/m2.
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Das Gestrick wurde mit einer aushärtbaren Neopren-Verbindung getränkt,
die mit Ruß verstärkt war, indem mehrere Tauchschichten angebracht wurden, um eine
Trockenaufnahme zwischen 285 und 335% zu erhalten, d.h. der Gehalt an Imprägnier-
oder Tränkungsmitteln war 2,85 bis 3,35 soviel wie das Gewicht des unbehandelten
Gestricks.
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Das imprägnierte Ges trick wurde getrocknet und dann einmal mit einer
Unterlänge von 5%, d.h. mit einer Länge von 433,6 mm und einer Überlappung von 1,6
mm gewickelt, wobei die gewünschte Endlänge des Riemens 456,4 mm beträgt. Der gewickelte
Schlauch wurde dann 3 Minuten lang bei etwa 180°C und einem Druck etwa 6,3 bar (90
psi) teilausgehärtet. Nach Beendigung der Aushärtung im Ofen hatte der Riemen eine
Zugspannung von 21 bis 22,6 kg pro cm Breite in endloser Form.
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Beispiel II Ein zweilagiger Riemen entsprechend Fig. 3A und 3B wurde
nach folgendem Verfahren hergestellt: Das Grundgestrick, welches dasselbe wie in
Beispiel T war, wurde mit einer Unter länge von 7% in zwei Zargen auf eine Länge
VOrJ 264,5 mm mit einer Oberlap,ung von 1,6 mm gewickelt, wobei die gewünschte
Endlänge
des Riemens 284,5 mm betrug. Der gewickelte Schlauch wurde dann wiederum drei Minuten
lang bei einer Temperatur von etwa 1800C und einem Druck von 6,3 bar teilausgehärtet.
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Nach Beendigung der Aushärtung im Ofen hatte der Riemen eine Zugspannung
von 44,6 bis 47,1 kg pro cm Breite in endloser Form.
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Beispiel III Ein Riemen, der zwei Stricklagen auf einem gewebten Grundmaterial
gemäß Fig. 4A und 4B hatte, wurde in folgender Weise hergestellt: Das Grundgestrick,
welches das gleiche wie in Fig. 1 war, wurde um ein endlos gewebtes Grundmaterial
gewickelt, welches imprägniert war, um eine Trockenaufnahme von etwa 165% zu erreichen.
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Das gewebte Grundmaterial ist ein solches mit Leinwandbindung aus
Baumwollgarnen und synthetischen Garnen, wie Polyamid oder Polyester, und es hat
elastische Eigenschaften.
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Das Gestrick wurde zweimal um den gewebten Grundschlauch herumgewickelt,
um insgesamt eine dreilagige Struktur zu erhalten. Der gewebte Grundschlauch hatte
eine Umfangslänge von 29,2 cm, d.h.
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eine Unterlänge von 8% unter der gewünschten Endlänge von 31,75 cm.
Der Riemen wurde dann drei Minuten lang bei etwa 1800C und einem Druck von etwa
6,3 bar teilausgehärtet. Nach Beendigung der Aushärtung im Ofen hatte der Riemen
eine Zugspannung von 74,9 kg bis 77,8 kg pro cm Breite in endloser Form.
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Obgleich in diesem Beispiel das Gestrick um die Außenseite des gewebten
Grundschlauches gewickelt wurde, wäre es auch möglich, den gewebten Schlauch als
die äußere Lage des fertigen Riemens vorzusehen. Anstelle eines Gewebes könnte auch
ein anderes Substrat verwendet werden.
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in den Beispielen wurde der Riemen mit Unter länge hergestellt.
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Unter bestimmten Voraussetzungen, beispielsweise in Erwartung einer
Schrumpfung oder zur Erzielung einer größeren Elastizität, könnte der Riemen auch
mit Überlänge gewickelt werden.
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L e e r s e i t e