DE2014538C3 - Endloser Zahnriemen und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen endlosen Zahnriemen, bestehend aus einer die Zahnoberflächen und die zwischen den Zähnen liegenden Riemenoberflächen bedeckenden Verschleißschicht, einer zugfesten Einlage in Form einer Wendel aus einem dehnungsfesten Verstärkungsfaden mit Zwischenabständen zwischen ihren Windungen, welche in den zwischen den Zähnen liegenden Bereichen an der Verschleißschicht anliegt, und aus einem elastomeren Füllstoff, der die Zähne und die Zwischenräume zwischen den Windungen der . ,ende] ausfüllt.

Es ist ein endloser Zahnriemen dieser Art bekannt, der auf einer Trommel hergestellt wird, welche entlang ihrer Mantellinien verlaufende und im gegenseitigen Umfangsabstand angeordnete sowie im Querschnitt der Zahnform entsprechende Nuten aufweist. Auf die freiliegenden Stege der dem Zahngrund entsprechenden Abschnitte des Trommelumfangs wird bei der Herstellung dieses bekannten Zahnriemens eine textile Verschleißschicht aufgewickelt, die aus einem dehnungsfähigen Textilgewebe oder -Gewirke besteht. Die Dehnungsfähigkeit des Textils muß ausreichend sein, um zu gewährleisten, daß das Textil, das entlang einer glatten Zylinderfläche um die genutete Tromire! gewickelt wird, beim Einpressen des elastomeren s Füllstoffes bis in dichte Anlage an die Begrenzungsflä- chsn in die Nuten fest eingepreßt wird, um auch im Bereich der Zähne eine den elastomeren Füllstoff der Zähne einschließende Verschleißschicht zu bilden (vergLUS-PS3107 563).

Die Praxis hat gezeigt, daß eine textile Verschleißschicht keinen ausreichenden Widerstand gegen Durchschneiden bietet Eine solche Schnittwirkung tritt aber bei höheren Belastungen und längerem Betrieb z. B. daurch auf, daß die Zahnkanten, anders als beim Eingriff zwischen zwei festen Zahnrädern, beim Zusammenwirken mit einem Zahnriemen direkt auf die Riemenoberfläche zwischen zwei in Riemenlängsrichtung benachbarten Zähnen ein wirken. Dadurch ergibt sich eine relativ rasche Durchtrennung der Verschleißschicht Da die zugfeste Einlage in aller Regel unmittelbar auf der Rückseite der Verschleißschicht liegt, kommen nach Durchtrennen der Verschleißschicht die Zahnkanten auch in direkte Berührung mit der zugfesten Einlage und beschädigen diese, so daß die Zugfestigkeit des Riemens und damit auch seine Belastbarkeit rasch nachlassen und der Riemen unbrauchbar wird.

Ähnliche Verhältnisse treten auf, wenii statt eines dehnungsföhigen Gewebes Textilflocken als Verschleißschicht auf die Trommel aufgebracht werden (vergl.

schweiz.-PS 4 55 266). Hierbei werden die Flocken auf die gesamte freiliegende Oberfläche der Trommel so aufgebracht, daß die Flocken im wesentlichen mit ihren Enden an der Oberfläche haften und etwa senkrecht zu der Trommeloberfläche verbleiben. Beim Eintreffen des Füllstoffes werden die aufrecht stehenden Flocken zu einer Vliesschicht zusammengedrückt.

In beiden Fällen ist die Verschleißschicht abhängig von dem Textil, aus dem die Verschleißschicht gebildet wird. Im Falle eines Gewebes muß das Textil eine hohe Elastizität und Dehnungsfähigkeit besitzen. In beiden Fällen muß das Textil, für die Verschleißschicht zumindestens in Fasern oder Garne verarbeitet werden können. Aufgrund dieser Einschräkung ist es oft schwierig ein Textil zu finden, welches eine ausreichende Verschleiß- und Kerbfestigkeit aufweist.

Es ist somit Aufgabe der Erfindung, die aufgezeigten Schwierigkeiten bei der Herstellung eines endlosen Zahnriemens der Eingangs näher bezeichneten Gattung überwinden zu helfen und einen solchen Zahnriemen so weiterzubilden, daß die zugfeste Einlage wesentlich zuverlässiger und nachhaltiger als bisher gegen den Einfluß der Kanten und Köpfe der Zahnradzähne geschützt werden, wobei der Zahnriemen insgesamt eine längere Standzeit oder Lebensdauer erhalten soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Verschleißschicht aus einem' von dem Füllstoff abweichenden Elastomer von hohem Abriebwiderstand besteht. Wesentlich ist dabei, daß auf die Oberfläche der Trommel eine in sich geschlossene Schicht aus einem Elastomer aufgebracht wird. Durch Verwendung einer Verschleißschicht aus Elastomer ist man von der Notwendigkeit der Überführung des Verschleißmaterials in eine vorbestimmte textile Form entbunden. Es besteht also wesentlich mehr Freiheit in der Wahl des elastomeren Verschleißmaterials ausschließlich nach Gesichtspunkten bezüglich Verschleiß- und Abriebeigenschaften.

Während sich ferner bei den bekannten Verschleiß-

schichten die ursprüngliche Dicke der textlien Verschleißschicht während des Einpressens des Füllstoffes Vi .ändert, so daß keine sichere Gewähr und auch kerne Kontrolle besteht, daß eine vorbestimmte Schichtdecke in vorbestimmten Bereichen der Oberfläche eingehalten wird, hat man es bei der Ausbildung der Verschleißschicht nach der Erfindung in der Hand die Schichtdekke beliebig und mit großer Genauigkeit einzustellen und einzuhaltea

Von besonderem Vorteil ist es, wenn man die Verschleißschicht aus einem Polyuretuan mit einem Molekulargewicht von etwa 2000 herstellt, welches ein Reaktionsprodukt von Diisocyanat und Polyalkylenätherglykol ist.

Zum Herstellen des Zahnriemens geht die Erfindung von einem bekannten Verfahren aus, bei dem auf einer mit entsprechend der Zahnform entlang von Mantellinien genuteten Trommel zunächst auf die Tronuneloberfläche eine Verschleißschicht aufgebracht und anschließend in wählbarer Reihenfolge nacheinander ein elastomerer Füllstoff von hoher Viskosität aufgebracht und eine zugfeste Einlage aus einem dehnungsfesten Verstärkungsgarn unter Freilassung von Zwischenräumen wendelförmig in fester Anlage auf die an der Trommelmantelfläche liegenden Bereiche der Verschleißschicht aufgewickelt wird.

Dieses Verfahren wird erfindungsgemäß daurch weitergebildet, daß das Aufbringen der Verschleißschicht durch Aufsprühen eines Elastomers von gegenüber dem Füllstoff höherem Abriebwiderstand als geschlossene Schicht erfolgt und die Verschleißschicht vor dem Aufbringen des Füllstoffes und dem Aufwickeln der zugfesten Einlage wenigstens teilweise gehärtet wird. Das Aufsprühen der elastomeren Verschleißschicht gewährleistet die Herstellung einer dichten in sich geschlossenen Schicht von genau vorgegebener Dicke. Das teilweise Aushärten der elastomeren Verschleißschicht noch vor dem Aufbringen der zugfesten Einlage erlaubt es durch Einstellen des Lompressionswiderstandes der Verschleißschicht die Bedeckungsdicke der zugfesten Einlage mit dem Elastomer der Verschleißschicht mit großer Genauigkeit einzustellen und einzuhalten. Man erhält damit einen wesentlich besseren Schutz der zugfesten Einlage gegenüber den auftretenden Schwächungen durch die Zahnkanten und Zahnoberflächen. Dabei ist die Beeinflussung der Verschleißschicht durch das nachträgliche Einpressen des Füllstoffes ausgeschlcssen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert Es zeigt:

F i g. 1 einen endlosen Zahnriemen im Ausschnitt und im Längsschnitt,

F i g. 2 im Querschnitt eine entlang von Manlellinien genutete Trommel, auf der der Zahnriemen aufgebaut ν» irden kann,

Fig.3 in größerer Darstellung und im Ausschnitt einen zur Achse der Trommel senkrechten Schnitt durch die Trommel mit darauf aufgebautem Zahnriemen,

F i g. 4 in ähnlicher Schnittdarstellung wie F i g. 1 ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel des Zahnriemens und

F i g. 5 einen Querschnitt durch den Zahnriemen nach Fig. 4.

Der in F i g. 1 gezeigte endlose Zahnriemen 10 weist Zähne 11 auf, die in Abständen über die lnnenoberfläche des Zahnriemens 10 verteilt sind und deren Aufgabe darin besteht, mit den Zahnlücken eines Zahnrades (nicht gezeigt) zusammenzuwirken, um welches dieser Zahnriemen 10 bei seinem Einsatz herumgelegt ist. Die Zähne 11 erstrecken sich quer zur Länge des Zahnriemens 10 und sind in gleichen Abständen voneinander angeordnet

Der Zahnriemen 10 weist eine Innenschicht 12 auf, die aus einem elastomeren Füllstoff, wie beispielsweise Polyurethan, besteht und die sich einstückig über die

ίο gesamte Länge des endlosen Zahnriemens 10 erstreckt Dieser Füllstoff bildet auch den inneren Kern 14 der Zähne 11. Die Unterseite dieser Innenschicht 12 ist mit einer Verschleißschicht 16 bedeckt die ebenfalls aus einem Elastomer besteht Es kann sich dabei ebenfalls um ein Polyurethan handeln, das jedoch einen hohen Verschleiß- und Abriebwiderstand besitzt Die Innenschicht 12 und die Verschleißschicht 16 sind innig und dauerhaft miteinander verbundea Die Dicke der Verschleißschicht 16 ist in der Zeichnung übertrieben, damit die Verhältnisse des Aufbaues leichter dargestellt werden können. Die Verschleißschicht 16 besitzt Zahnteile 18, welche eine Abdeckhaut für die Zähne 11 bilden, sowie Zwischenteile 20, welche Zahnlücken 13 bedecken, die sich zwischen benachbarten Zähnen 11 erstrecken. Die Zahnlücken 13 stehen mit den Außenendflächen der Zähne der Zahnräder in Verbindung, um die herum der Zahnriemen 10 beim Gebrauch geführt wird.

Ein Verstärkungsfaden 22, der aus einem im

wesentlichen undehnbaren Werkstoff besteht, ist wenigstens teilweise in die Innenschicht 12 eingebettet und berührt die Zwischenteile 20 der Verschleißschicht 16. Die Zwischenteile 20 der Verschleißschicht 16 halten die Verstärkungsfäden 22 in einem Abstand von den Zähnen des Zahnrades, mit denen der Zahnriemen 10 zusammenwirkt Der Verstärkungsfaden 22 ist in wendeiförmigen Windungen über die Länge des endlosen Zahnriemens 10 aufgewickelt Die Verschleißschicht 16 schützt die Innenschicht 12 einschließlich der Kerne 14 und der Verstärkungsfaden 22, so daß eine lange Lebenszeit des Zahnriemens 10 gewährleistet ist

Der Zahnriemen 10 wird auf einer Trommel 24 hergestellt die in Fig.2 in einer Schnittansicht dargestellt ist F i g. 3 zeigt einen Zwischenzustand des

ι, Zahnriemens 10.

Die Trommel 24 bildet einen langgestreckten, im wesentlichen zylindrischen Körper, der aus einem festen, im wesentlichen steifen Werkstoff besteht Die Enden können mit Endplatten 26 ausgerüstet sein, von denen nur eine in Fig.2 erkennbar ist In den Endplatten 26 sind öffnungen 28 vorgesehen, damit Luft durch den Innenraum der Trommel 24 zirkulieren kann. Es erstreckt sich eine Welle 30 durch die Endplatten 26, welche mit diesen fest verbunden ist so daß die gesamte Einheit auf einer Maschine zum Aufwickeln der Verstärkungsfaden 22 angetrieben werden kann. Die zylindrische Wand 32 der Trommel 24 besitzt in Achsrichtung verlaufende Nuten 34, die einen im wesentlichen trapezförmigen Querschnitt aufweisen.

Die Nuten 34 können auch einen anderen Querschnitt besitzen, welcher jeweils der gewünschten Gestalt der Zähne 11 entsprechen muß. Diese Nuten 34 sind gleichmäßig über den Umfang der Trommel 24 verteilt und erstrecken sich parallel zueinander in Achsrichtung.

Zwischen benachbarten Nuten 34 befinden sich Zwischenbereiche 36.

Die Trommel 24 kann aus steifen Werkstoffen mit der erforderlichen Wärmebeständigkeit bestehen. Solche

Werkstoffe sind beispielsweise Kunststoffe, Metalle, Hölzer oder Glas.

Bevor mit der Herstellung eines Zahnriemens 10 begonnen wird, wird die Trommeloberfläche der Trommel 24 mit einem ΤΊ-ptinagens behandelt, dessen jeweilige Zusammensetzung hauptsächlich von der Art der verwendeten Trommel 24 abhängig ist. Verschiedene Wachse, Silikone, Stearate und andere Trennagenzien können erfolgreich verwendet werden. Danach wird die Verschleißschicht 16 auf die Trommel 24 aufgetragen. Es wird dabei darauf geachtet, daß sie die ~ssamte Trommeloberfläche bedeckt, so daß sowohl die Zwischenbereiche 36 als auch die Oberflächen, welche die Nuten 34 begrenzen, vollständig mit Verschleißschicht 16 überzogen sind Ein selbsthärtendes flüssiges Polyurethan mit hoher Verschleiß- und Abriebfestigkeit bildet das bevorzugte Material für die Bildung dieser Verschleißschicht 16. Es wurde gefunden, daß ein flüssiges Polyurethan mit einem Molekulargewicht in der Größenordnung von 2000, das ein Reaktionsprodukt von Diisocyanat und Polyalkylenätherglykol ist, die nötigen Verschleißeigenschaften besitzt. Das flüssige Prepolymer sollte dabei zweckmäßigerweise ein Härtemittel, wie beispielsweise Methylendianilin enthalten. Alternativ dazu kann aber auch mit Zwei-Komponenten-Polyurethansprühsystemen gearbeitet werden.

Die Verschleißschicht 16 wird vorteilhafterweise elektrostatisch aufgesprüht Die sich dabei ergebende Verschleißschicht 16 hat eine entsprechende Dicke, wobei sich die dicksten Bereiche am Boden und den Seitenflächen der Zähne 11 einstellen.

Die Trommel 24 wird nach dem Auftragen der Verschleißschicht 16 eine bestimmte Zeitspanne lang der Lufteinwirkung überlassen, damit eine Teilhärtung der Verschleißschicht 16 stattfinden kann. Im Anschluß daran wird die Innenschicht 12 aufgetragen. Dabei kann es sich um hochviskoses Polyurthan mit niedrigerem Molekulargewicht Landein. Zur Auftragung werden zweckmäßigerweise Quetschrollen angewendet Dem Polyurethan können Schutzmittel hinzugefügt werden, die zugleich die Voskosität steigern. Bevor das Polyurethan aufgetragen wird, können zusätzlich auch noch Härtemittel hinzugefügt werden.

Bevor die Innenschicht 12 gehärtet wird, wird wendelförmig der Verstärkungsfaden 22 aufgewunden. Während des Aufwindevorganges wird der Verstärkungsfaden 22 in die Innenschicht 12 eingedrückt bis er in unmittelbarer Nähe der Zwischenteile 20 der teilweise gehärteten Verschleißschicht 16 gelangt Auf diese Weise wird de*' Verstärkungsfaden 22 wenigstens teilweise in die Innenschicht 12 eingebettet

Die normale Dicke der Innenschicht 12 wird so gewählt, daß der Verstärkungsfaden 22 dann, wenn er mit den Zwischenteilen 20 der Verschleißschicht 16 in Berührung gerät, vollständig eingebettet ist Wie die F i g. 4 und 5 zeigen, kann die Dicke der aufgetragenen Innenschicht 12' aber auch so ausgewählt werden, daß nur eine Teileinbettung des Verstärkungsfadens 22' in die Innenschicht 12* erfolgt

Nach dem Aufwickeln des Verstärkungsfadens 22 wird die Trommel 24 in einen Härteofen eingebracht, um die volle Aushärtung der Verschleißschicht 16 und der Innenschicht 12 zu beschleunigen. Nach erfolgter Aushärtung wird der Zahnriemen 10 von der Trommel 24 abgestreift und in Stücke gewünschter Breite zerschnitten.

Das vorbeschriebene Herstellungsverfahren wird bevorzugt angewendet Die Reihenfolge, in welcher die Innenschicht 12 und der Verstärkiingjfpdfn 22 aufgebracht werden, kann jedoch auch umgedreht werden, se daß d.- Aufwinden des Verstärkungsfadens 22 stattfin det bevor die Innenschichl M aufgetragen wird. Die einzelnen Windungen des Verstärkungsfadens 22 verlaufen in einem Abstand nebeneinander, so daß die innenschicht !? durch den Quetschauftragsvorgang durch die Räume zwischen den benachbarten Windungen des Verstärkungsfadens 22 hindurchgedrückl

lu werden kann und die Nuten 34 vollständig ausfüllt und danach weh noch teilweise zwischen die Räume dei einzelnen Windungen des Verstärkungsfadens 22 unc um diese herum gelangt damit der Verstärkungsfader 22 wenigstens teilweise in der Innenschicht Ii eingebettet ist

Die bevorzugte Form des Verstärkerfadens 22 ist eir kontinuierliches Glasfasergarn, das mit Elastomer, wi< beispielsweise Butadienkautschuk, Acrylnitrilkautschul oder einem thermoplastischen Polyurethan imprägnier wurde. Es können auch viele andere Verstärkungsfasen und -fäden verwendet werden, zu denen beispielsweisf Hexamethylendiaminadipinsäurepolykondensat, mi Polyurethan imprägnierte Kunstfaserseile, Baumwoll seile, Leinenseile, Seide, Draht Jute oder Zellwolle gehören.

Das folgende Beispiel eriäutert die Einzelheiten de! Herstellverfahrens in größerer Ausführlichkeit

Das Material zum Aufsprühen der Verschleißschich 16 wird in der Weise hergestellt daß zwei Lösungen unc ein Netzagens gemischt werden. Die erste Lösung besteht aus einem Polyätherpolyurethan mit einen Molekulargewicht von etwa 2000, das zu 50 Gewichts teilen Feststoffgehalt in Methylethylketon gelöst ist

Die zweite Lösung besteht aus einem 4,4' Methylen dianelin, das in Methyläthylketon zu 10 Gewichtspro zenten Feststoffgehalt gelöst ist 200 Gewichtsteile dei ersten Lösung werden mit 80 Gewichtstseilen dei zweiten Lösung und 0,25 Teilen des Netzagen: gemischt Ein Formschmiermittel wird vor den Aufbringen der Verschleißschicht 16 auf die Trommel 2A aufgetragen. Die Verschleißschicht 16 wird auf dei Trommel 24 in einer Dicke rwischen 0,025-0,25 mn durch elektrostatische Sprühtechnik niedergeschlagen.

Nach dem Aufsprühen der Verschleißschicht 16 wire das aufgesprühte Lösungsgemisch 15 Minuten lang be Raumtemperaturen getrocknet um die Reaktion inner halb des Poyurethans ablaufen zu lassen.

Nachdem hinreichende Zeit für eine Teilhärtung dei Verschleißschicht 16 verstrichen ist, wird die Innen schicht 12, bei der es sich ebenfalls um eine Polyurethanverbindung handelt aufgetragen. Dies« Polyurethanverbindung besitzt eine hohe Viskosität unc besteht aus Polyurethan mit einem Molekulargewichi von etwa 1300 und einer Lösung von Methylendianelir in Methyläthylketon in einer Konzentration von 23% Feststoffanteil. 100 Gewichtsteile Polyrethan sind mil 6,5 Teilen der Lösung vermischt

Das Hinzufügen von Methylendianelin steigert die Viskosität des Polyurethans. Die Aufbewahrungszeil dieser Verbindung überschreitet zwei Tage bei Verwendung geschlossener Behälter. Unmittelbar vor der Verwendung werden jedoch 18 g geschmolzenes Methylen-bis-orthochloranilin pro 100 g der hochviskosen Verbindung als Härteagenz zugefügt Das Härte agens wird vor dem Hinzufügen auf 119° C erhitzt

Die hochviskose Verbindung wird auf den in dei vorgenannten Weise auf der Trommel 24 vorbereiteter Teilrohling aufgetragen, wobei darauf geachtet wird

dciü eine vollständige Ausfüllung der Nuten 34 erreicht wird. Außer den Nuten 34 muß auch eine vollständige Bedeckung dc-r Zwischenbe-ickbc 36 gewährleistet werden Durch die Austragung wird eine im wesentlichen zylindrische Außenoberfläche erzeugt, die im Bereich der Zwischenbereiche 36 eine Dicke von etwa 0,8 mm besitzt, lic or diese Innenschicht 12 gehärtet wird, wird sie wendelförmig mit einem Versturkungsfa den 22 aus Glaslaser bewickelt, der zuvor mit einem Üutadien-Acrylnitrükautschuk imprägniert wurde. Der Verstärkungsfaden 22 ist annähernd 0,2 mm dick und

jede Windung ist von der benachbarten so weit entfernt, daß die Mittelpunkte der Windungen in einem Abstand von etwa 1 mm verlaufen. Der Verstärkungsfaden 22 wird in die Innenschicht 12 eingedrückt und vollständig mit dieser verbunden. Die Trommel 24 mit dem darauf aufgebauten Zahnricmenrohling wird danach in einen Härteofen eingebracht und drei Stunden lang bei 92,4"C gehärtet. Der auf diese Weise hergestellte Zahnriemen 10 läuft erheblich kühler als bekannte Zahnriemen und die Verschleißschicht 16 führt zu einer erheblich größeren Lebensdauer.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Endloser Zahnriemen, bestehend aus einer die Zahnoberflächen und die zwischen den Zähnen liegenden Riemenoberflächen bedeckenden Verschleißschicht, einer zugfesten Einlage in Form einer Wendel aus einem dehnuugsfesten Verstärkungsfaden mit Zwischenabständen zwischen ihren Windungen, welche in den zwischen den Zähnen liegenden Bereichen an der Verschleißschicht anliegt, und aus einem elastomeren Füllstoff, der die Zähne und die Zwischenräume zwischen den Windungen der Wendel ausfüllt, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschleißschicht (16) aus einem von dem Füllstoff abweichenden Elastomer von hohem Abriebwiderstand besteht

2. Zahnriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschleißschicht (16) aus einem Polyurethan mit einem Molekulargewicht von etwa 2000 besteht, das ein Reaktionsprodukt von Diisocyanat und Polyalkylenätherglykol ist

3. Verfahren zum Herstellen eines endlosen Zahnriemens nach den Ansprüchen 1 oder 2 auf einer mit entsprechend der Zahnform entlang von Mantellinien genuteten Trommel, bei dem zunächst auf die Trommeloberfläche eine Verschleißschicht aufgebracht und anschließend in wählbarer Reihenfolge nacheinander ein elastomerer Füllstoff von hoher Viskosität aufgebracht und eine zugfeste Einlage aus einem dehnungsfesten Verstärkungsgarn unter Freilassung von Zwischenräumen wendelförmig in fester Anlage auf die an der Trommelmantelfläche liegenden Bereiche der Verschleißschicht aufgewickelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufbringen der Verschleißschicht durch Aufsprühen eines Elastomers von gegenüber dem Füllstoff höherem Abriebwiderstand als geschlossene Schicht erfolgt und die Verschleißschicht vor dem Aufbringen des Füllstoffes und dem Aufwickeln der zugfesten Einlage wenigstens teilweise ausgehärtet wird.