DE4316917A1

DE4316917A1 - Keilriemen oder Keilrippenriemen

Info

Publication number: DE4316917A1
Application number: DE4316917A
Authority: DE
Inventors: Ralf Dipl Ing Moedder; Arnold Dipl Ing Straus
Original assignee: Volkswagen AG; Gates Rubber Co
Current assignee: Volkswagen AG; Gates Rubber Co
Priority date: 1993-05-20
Filing date: 1993-05-20
Publication date: 1994-11-24
Also published as: ES2099992T3; EP0625650A1; DE69401784T2; DE69401784D1; EP0625650B1; ATE149240T1

Description

Die Erfindung betrifft einen endlosen Keilriemen oder Keilrippenriemen mit einer in einen elastomeren Riemen körper eingebetteten Verstärkungseinlage.

Keilriemen und Keilrippenriemen dienen zur Übertragung von Umfangskräften in Antriebssystemen. Die Riemen wei sen eine in einen elastomeren Riemenkörper eingebettete Verstärkungseinlage aus Zugsträngen auf. Der Reibschluß zwischen der Riemenoberfläche und den Antriebsscheiben wird durch die Oberfläche des Riemenkörpers erzeugt, während die Verstärkungseinlage die Kraftübertragung übernimmt. Die üblichen Standard-Keil- oder -Keil rippenriemen verfügen über eine Verstärkungseinlage aus hochfesten Zugsträngen, um hohe Umfangslasten über tragen zu können. Die für den Riemenkörper verwendeten Kautschukmischungen sind dabei an die hohen zu über tragenden Kräfte angepaßt. Im Zuge gestiegener Anfor derungen an die Betriebssicherheit von Riementrieben entsteht ein zunehmender Bedarf an störungsfreien Keil- und Keilrippenriemen, die eine hohe Lebensdauer haben. Bei den bekannten Keilriemen oder Keilrippenriemen be trägt der Elastizitätsmodul der Verstärkungseinlage über 5000 N/mm. Grundsätzlich wird im Stand der Tech nik davon ausgegangen, daß ein Riemen mit hoher Lei stungsübertragungsfähigkeit einen hohen Elastizitäts modul von über 5000 N/mm haben muß, also relativ steif und wenig dehnbar ist, um eine große Übertragungskapa zität und eine lange Lebensdauer zu erhalten.

Aus DE 40 38 465 A1 ist ein endloser elastischer Keil riemen oder Keilrippenriemen bekannt, der als Snap-on- Riemen verwendbar ist, d. h. eine große Dehnung auf weist, um für die Montage auf Riemenscheiben auseinan dergezogen werden zu können. Dieser Riemen hat einen Elastizitätsmodul zwischen 250 und 1500 N/mm.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Riemen zu schaffen, der imstande ist, hohe Last zu übertragen und dabei eine hohe Lebensdauer hat.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen.

Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß bei einem Riemen insbesondere die Wärmealterung des Kautschuk materials und die damit verbundene Versprödung zum Aus fall führen. Die Wärmealterung entsteht hauptsächlich durch Drehwinkelschwingungen, die der Riemen bei seinem Umlauf um die Riemenscheiben ausführt. Solche Drehwin kelschwingungen verursachen Schlupf und damit verbunden auch Lärmgeräusche. Überraschenderweise hat sich her ausgestellt, daß Drehwinkelschwingungen im Riementrieb Wärme verursachen, die um so größer ist, je höher der Elastizitätsmodul des Riemens ist, d. h. je größer die dynamische Kraftänderung im Riemen bei den Drehwinkel schwingungen wird.

Als Erklärung für dieses Phänomen wird angenommen, daß die Energieaufnahme des Riemens infolge von Drehwinkel schwingungen proportional zur dynamischen Kraftänderung im Riemen ist. Die Energieaufnahme wird im Riemen in Wärme umgesetzt. Demzufolge weisen steife Riemen eine hohe Wärmeentwicklung auf, während diese bei weichen Riemen (mit geringem Elastizitätsmodul) gering bleibt.

Andererseits führt ein zu geringer Elastizitätsmodul (1500 N/mm und darunter) dazu, daß der Riemen eine zu geringe Leistungsübertragungsfähigkeit hat und daß die Spannkraft des Riemens mit der Zeit übermäßig abfällt. Derartige Riemen (z. B. Snap-on-Riemen) können daher nur für geringe Übertragungsleistungen benutzt werden, bei spielsweise bei Haushaltsgeräten wie Waschmaschinen u. dgl. Riemen mit hoher Übertragungsleistung sollten dagegen einen Elastizitätsmodul haben, der über 1500 N/mm liegt. Ein solcher Riemen ist nur nach Art eines Standard-Riemens verwendbar, nicht aber als Snap-on- Riemen.

Der erfindungsgemäße Riemen vereinigt die Eigenschaften einer hohen Übertragungskapazität und einer langen Be triebsdauer. Dies liegt daran, daß der Elastizitäts modul geringer ist als bei vergleichbaren Riemen, wo durch der erfindungsgemäße Riemen eine geringere in terne Hitzeentwicklung hat, insbesondere wenn er in einem Antriebssystem mit ungleichförmigem Lauf be trieben wird. Die Erfindung wirkt sich besonders vor teilhaft aus, wenn die Ungleichförmigkeit der Rotation der Riemenscheiben von etwa 7% bis zu 35%, insbeson dere von 7% bis 21%, beträgt, wie z. B. bei einem Die selmotor.

Der erfindungsgemäße Riemen hat wegen der geringeren Temperaturentwicklung und der geringeren dynamischen Kraftänderungen auch eine verringerte Geräuschentwick lung.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Riemen und

Fig. 2 einen Vergleich des erfindungsgemäßen Riemens mit einem herkömmlichen Standard-Riemen anhand eines Diagramms, in dem die Beharrungstempera tur über der Schwingungsamplitude dargestellt ist.

Der in Fig. 1 dargestellte Riemen ist ein Keilrippen riemen mit sechs Keilrippen. Es handelt sich um einen endlosen Riemen. Der Keilrippenriemen weist einen Rie menkörper 10 aus Elastomermaterial auf. Die längslau fenden Rippen des Riemenkörpers 10 sind mit 11 bezeich net.

Der Riemen weist eine erste Schicht 12 auf, zu der auch die Rippen 11 gehören und die aus Polychloropren (CR) besteht. In die erste Schicht 12 können Fasern, wie z. B. kurze Aramidfasern, eingebettet sein. An die Schicht 12 schließt sich eine zweite Schicht 13 an, die die Verstärkungseinlage 14 enthält. Die Schicht 13 be steht aus einem faserfreien Adhäsionsgummi, z. B. aus Polychloropren, ACSM (alkyliertes chlorosulfiniertes Material) oder HNBR (hydrierter Nitril-Butadien-Rub ber).

Bei der Verstärkungseinlage 14 handelt es sich im vor liegenden Fall um einzelne längs laufende Stränge aus Polyamid (Nylon), insbesondere aus Polyamid 4.6. Es können auch andere Zugstrangmaterialien verwendet wer den wie Polyamid 6 bzw. Polyamid 6.6 oder Polyester, Polyäthylen, Polypropylen usw. Die Verstärkungseinlage 14 ist in gedehntem Zustand in den Riemenkörper 10 ein gebettet, wobei ihre Vorspannung beim Verbau zwischen 18 und 60 N liegt, vorzugsweise zwischen 18 und 40 N.

Über der Schicht 13 liegt ein Deckgewebe 15 aus Poly ester, das einen Rückenschutz für den Riemen bildet und verschleißfest und quersteif ist. Die Schicht 12 ist dagegen verschleißarm.

Das Leistungsübertragungsverhalten und die Dehnbarkeit des Riemens werden in erster Linie durch die Verstär kungseinlage 14 bestimmt. Diese kann auch aus verzwirn ten Fäden oder aus einem Gewebe bestehen.

Der Elastizitätsmodul M des Riemens bestimmt sich zu

F = Riementrumkraft (N)
B = Riemenbreite (mm)
L = Riemenlänge im ungespannten Zustand (mm)
dL = Riemenlängenänderung im mit "F" gespannten Zustand (mm).

Bei PK-Keilrippenprofilen gemäß Fig. 1 beträgt die der Bestimmung des Elastizitätsmoduls zugrundeliegende Rie mentrumkraft F = 50 N pro Keilrippe.

Es kann davon ausgegangen werden, daß der Elastizitäts modul des gesamten Riemens gleich dem Elastizitätsmodul der Verstärkungseinlage ist.

Tests mit dem in Fig. 1 dargestellten Riemen mit einem Elastizitätsmodul von 2400 N/mm haben im Vergleich mit einem üblichen Standard-Riemen, dessen Elastizitäts modul 5000 N/mm betrug, zu dem in Fig. 2 dargestellten Ergebnis geführt. In Fig. 2 ist längs der Abszisse die Schwingungsamplitude β (in Winkelgrad) angegeben und längs der Ordinate die sich einstellende Beharrungs temperatur dT in Grad C. Die Schwingungsamplitude β wird erzeugt, indem die Antriebsscheibe, um die der Riemen umläuft, zusätzlich zu dem konstanten Umlauf Drehschwingungen um den Schwingungswinkel β ausführt. Der gesamte Schwingungsweg einer Schwingung beträgt daher 2 β. Die Beharrungstemperatur dT bezeichnet die gemessene Temperatur des Riemens (abzüglich der Umge bungstemperatur).

In Fig. 2 ist mit A die Kurve bezeichnet, die sich bei einem üblichen Standard-Riemen ergibt, und mit B die Kurve, die sich bei dem vorstehend beschriebenen Aus führungsbeispiel der Erfindung ergibt. Man erkennt, daß die Beharrungstemperatur im gesamten Bereich der Schwingungsamplituden bei dem erfindungsgemäßen Riemen nur einen Bruchteil der Beharrungstemperatur beträgt, die sich gemäß Kurve A bei dem herkömmlichen Riemen einstellt.

Der erfindungsgemäße Riemen ist wegen seines geringen internen Hitzeaufbaus herkömmlichen Standard-Riemen dadurch überlegen, daß er eine wesentlich längere Standzeit hat. Gegenüber Snap-on-Riemen zeichnet er sich durch ein größeres Leistungsübertragungsvermögen aus.

Claims

1. Endloser Keilriemen oder Keilrippenriemen mit einer in einen elastomeren Riemenkörper (10) ein gebetteten Verstärkungseinlage (14), dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungseinlage (14) in Riemenlängs richtung einen Elastizitätsmodul (M) von unter 3000, jedoch mehr als 1500 N/mm hat.

2. Keilriemen oder Keilrippenriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsein lage (14) in Riemenlängsrichtung eine Vorspannung zwischen 18 und 60 N hat.

3. Keilriemen oder Keilrippenriemen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Elastizi tätsmodul (M) der Verstärkungseinlage (14) in Riemenlängsrichtung im Bereich von 2000 bis 2600 N/mm beträgt.

4. Keilriemen oder Keilrippenriemen nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungseinlage (14) aus parallelen längs laufenden Polyamidsträngen besteht.

5. Keilriemen oder Keilrippenriemen nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Riemenkörper (10) aus Chloroprenkautschuk oder ACSM oder HNBR besteht.

6. Keilriementrieb mit mindestens zwei Riemenscheiben und einem um die Riemenscheiben umlaufenden Keil riemen oder Keilrippenriemen nach einem der An sprüche 1-5.