-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein
Kraftübertragungssystem, umfassend einen elastischen Antriebsriemen, der
elastische Restdehnungen hat, wenn er zwischen zwei
Riemenscheiben gespannt wird. Dieser elastische Riemen ist von dem
Typ, der umfaßt:
-
- einen ringförmigen Körper, der aus elastomerem Material
gebildet ist;
-
- eine Mehrzahl von elastischen fadenförmigen Elementen, die
sich in Längsrichtung in dem ringförmigen Körper erstrecken und
in gegenseitiger Seite-an-Seite-Beziehung angeordnet sind in
Übereinstimmung mit einer Linie, die im wesentlichen die
neutrale Biegeachse des Riemens in freiem Zustand definiert.
-
Es ist bekannt, daß Antriebsriemen allgemein im
wesentlichen einen ringförmigen Körper aus elastomerem Material
aufweisen, in welchem sich eine Mehrzahl von fadenförmigen
Elementen erstreckt, die in gegenseitiger Seite-an-Seite-Beziehung
angeordnet sind, wobei diese Elemente im wesentlichen die
Funktion erfüllen, den Zugbeanspruchungen zu widerstehen, die auf
den Riemen im Betrieb ausgeübt werden.
-
Bei sehr neuen Ausführungsformen sind die
fadenförmigen Elemente praktisch undehnbar. Es ist gefunden worden, daß
dieses Merkmal zu großen Problemen führt, wenn der Riemen an
Riemenscheiben sehr kleinen Durchmessers montiert wird.
-
Dies ergibt sich als Folge der Tatsache, daß die
Biegung, welcher der ringförmige Körper des Riemens unterworfen
wird, wenn der Riemen über die betreffenden Riemenscheiben
läuft, eine Kontraktion des elastomeren Materials an der
inneren Kante des Riemens bewirkt, wobei diese Kontraktionen
zunehmend größer werden, wenn die Biegung, welche der Riemen
erfährt, ausgeprägter wird. Wenn daher die Riemenscheiben einen
sehr kleinen Durchmesser haben, können die Kontraktionen ein
solches Ausmaß erreichen, daß große lokalisierte Verformungen
in dem gesamten Abschnitt des elastomeren Materials
einschließlich der Anbringungsbereiche der fadenförmigen Elemente erzeugt
werden können.
-
Unter diesen Bedingungen ist der Riemen immer einer
frühen Abnutzung unterworfen als Folge der Tatsache, daß das
elastomere Material sich von den fadenförmigen Elementen lösen
und gegen diese oder an diesen geschnitten werden kann.
-
Daher werden als eine Regel Riemen, die mit
undehnbaren fadenförmigen Elementen versehen sind, nicht an
Riemenscheiben verwendet, die einen Durchmesser von kleiner als 40 mm
haben.
-
Um die obigen Beschränkungen zu beseitigen, hat
dergleiche Anmelder Antriebsriemen hergestellt, in denen die
fadenförmigen Elemente elastisch dehnbar sind, so daß eine
vorbestimmte elastische Dehnung des Riemens stattfindet, wenn der
Riemen beim Betrieb an den betreffenden Riemenscheiben gespannt
wird.
-
Das elastische Spannen, was auf diese Weise in dem
gesamten Abschnitt des elastomeren Materials erzeugt ist, dient
dazu, die Kontraktionen in großem Ausmaß zu verringern, die das
Material erfährt, wenn die Riemen über die Riemenscheiben
laufen.
-
Ein Antriebsriemen des obigen Typs ist Gegenstand der
EP-A-0 339 249, auf welche für weitere Information Bezug
genommen werden kann.
-
In dieser Patentanmeldung ist auch zum Ausdruck
gebracht, daß, wenn die fadenförmigen Elemente einer Zugspannung
unterworfen werden, die gleich einem Zehntel ihrer
Reißfestigkeit oder Reißspannung ist, sie einen prozentualen Dehnungswert
haben müssen, der einen Kontraktionswert der innersten Fläche
des Riemens neutralisiert, der zwischen zwei Grenzwerten liegt
entsprechend der Riemenkrümmung in Übereinstimmung mit zwei
vorbestimmten Biegungen.
-
Diese Biegungen sind definiert durch betreffende
Umfänge, deren Weite 60% bzw. 35% der Weite des Umfanges
entspricht, entlang von welchem sich die fadenförmigen Elemente in
dem Riemen erstrecken.
-
Die Riemen, welche die Merkmale aufweisen, die in der
obigen Patentanmeldung beschrieben sind, ermöglichen eine
wichtige Verringerung der Riemenscheibengröße, und der Durchmesser
dieser Riemenscheiben kann Werte erreichen in der Größenordnung
von 15 oder 16 mm, ohne daß Probleme früher Abnutzung oder
frühen Verschleisses auftreten.
-
Es ist jedoch gefunden worden, daß dem Bestreben
folgend, den Riemenscheibendurchmesser so weit wie möglich zu
verringern, Riemen erforderlich sind, die verwendet werden
können an Riemenscheiben, die einen noch kleineren Durchmesser
haben.
-
Um diesen Anforderungen zu entsprechen, sollten sehr
elastische Riemen verfügbar sein, die in der Lage sind, bei der
Montage eine bedeutende elastische Dehnung zu erfahren derart,
daß sie den starken Kontraktionen widerstehen, denen das
elastomere Material beim Laufen über die Riemenscheiben
tendenziell unterworfen wird.
-
Jedoch bestehen, obwohl diese Lösung beim ersten
Betrachten nicht kompliziert zu sein scheint, technische Probleme
als Folge der Tatsache, daß, wenn die Riemenelastizität gewisse
Parameter überwindet oder übersteigt, der Riemen selbst aus
mehreren Gründen unterworfen wird, bedeutende Dehnungen zu
erfahren, die mit der Zeit permanent werden und eine allmähliche
Verringerung der Vorspannung des Riemens hervorbringen.
-
Demgemäß würde die Haftung des Riemens an den
Riemenscheiben beeinträchtigt und, was noch bedeutender ist, die
Fähigkeit des Riemens würde beeinträchtigt, den Kontraktionen des
elastomeren Materials zu widerstehen, wenn der Riemen über die
Riemenscheiben läuft.
-
Die FR-A-2 610 056 offenbart einen endlosen
Kraftübertragungsriemen, umfassend eine Matrix (21) aus elastomerem
Material, und eine Längsverstärkung, umfassend verdrallte
Schnüre (20), die in die Matrix eingebettet sind und die einen
Gesamtdehnungsmodul haben, der ausreichend niedrig ist, um eine
Montage über Riemenscheiben einer Kraftübertragung zu
ermöglichen, während der Riemen eine minimale Spannung aufrecht
erhält, die geeignet ist, den Betrieb der Kraftübertragung zu
ermöglichen.
-
Die FR-A-2 610 056 lehrt weder, noch schlägt sie ein
Übertragungssystem vor, welches wenigstens eine Riemenscheibe
mit einem Durchmesser, der kleiner als ein vorbestimmter Wert
ist, und einen endlosen Riemen aufweist, der bei einem
voreingestellten Wert seiner Reiß- oder Grenzzugspannung einen
Restdehnungswert
hat, der einen Kontraktionswert einer radial
inneren Fläche ausbalanciert, der zwischen vorbestimmten
Kontraktionswerten liegt, wobei einer der genannten Kontraktionswerte
einer Biegelinie des Riemens entspricht, die einen minimalen
voreingestellten Prozentwert der Umfangslänge des Riemens hat.
-
Der Hauptzweck der vorliegenden Erfindung besteht im
wesentlichen darin, die oben genannten technischen Probleme zu
lösen.
-
Die vorgenannten und weiteren Zwecke, die im Verlauf
der nachfolgenden Beschreibung deutlicher werden, werden im
wesentlichen erreicht durch ein Kraftübertragungssystem gemäß dem
kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1.
-
Weitere Merkmale und Vorteile werden am besten
verstanden aus der detaillierten Beschreibung einer bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung, die nachstehend anhand eines
nicht begrenzenden Beispiels unter Bezugnahme auf die
begleitende Zeichnung erfolgt, in welcher:
-
- Fig. 1 eine schaubildliche Teilansicht eines elastischen
Riemens für ein Kraftübertragungssystem gemäß der
Erfindung ist;
-
- Fig. 2 ein Belastung-Dehnung-Diagramm ist, in welchem auf
zwei unterschiedliche Riemen Bezug genommen wird;
-
- Fig. 3 einen elastischen Riemen zeigt, der zwischen zwei
Riemenscheiben gespannt ist, sowie permanente
Dehnungen und elastische Restdehnungen zeigt;
-
- Fig. 4 ein Diagramm ist, welches die Änderung der
elastischen Reaktionen des Riemens mit der Zeit
darstellt, der unter den in Fig. 3 dargestellten
Bedingungen angeordnet ist, und zwar als Ergebnis der
allmählichen Vergrößerung der permanenten Dehnungen.
-
In Fig. 1, auf die insbesondere Bezug genommen wird,
ist ein elastischer Riemen für ein Kraftübertragungssystem in
Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung allgemein mit
dem Bezugszeichen 1 bezeichnet.
-
Der elastische Riemen 1 weist konventionell einen
ringförmigen Körper 2 auf, der aus elastomerem Material
gebildet ist und sich entlang einer endlosen Linie vorbestimmter
Länge erstreckt. Bei dem dargestellten Beispiel hat der
ringförmige Körper 2 einen sogenannten "Mehrfachkeil"-Querschnitt,
was bedeutet, daß er mit mehreren Längsnuten an seiner
Basisfläche versehen ist. Tatsächlich zeigt er eine geradlinige
Außenseite 3, zwei gegenüberliegende seitliche Seiten 4, welche
die Breite des Riemens 1 definieren, und eine untere Seite 5,
die eine Mehrzahl von im wesentlichen V-förmigen Nuten hat,
welche die betreffenden Nuten der Längserstreckung des Riemens
bilden.
-
Eine Anzahl von fadenförmigen Elementen 6 ist in den
aus elastomerem Material gebildeten ringförmigen Körper 2
eingebettet und sie erstrecken sich in Längsrichtung des Körpers
und sind in Seite-an-Seite-Beziehung in Übereinstimmung mit
einer im wesentlichen zylindrischen Fläche an einem vorbestimmten
Abstand "h" von der Innenseite 5 angeordnet. Die Linie, entlang
welcher die fadenförmigen Elemente 6 verteilt sind, definiert
konventionell die biegeneutrale Achse des Riemens 1 in dessen
freiem Zustand.
-
In anderen Worten ausgedrückt, wenn der Riemen ohne
irgendeine an ihm erzeugte Vorspannung gebogen wird, erfährt
das elastomere Material, welches gemäß Fig. 1 unter den
fadenförmigen Elementen 6 liegt, eine elastische Kontraktion,
wohingegen das über den fadenförmigen Elementen liegende elastomere
Material elastisch gespannt oder gestreckt wird.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die
fadenförmigen Elemente 6 elastisch dehnbar in einem solchen Ausmaß, daß
der Riemen 1, der zwischen zwei Elementen, die einen festen
Abstand zwischen Mittelpunkten haben, mit einer
Anfangszugspannung gespannt ist, die gleich einem Zehntel seiner Grenz- oder
Reißzugspannung ist, eine permanente Dehnung mit der Zeit
erfährt, an deren Ende er eine elastische Restdehnung eines
vorbestimmten Wertes zeigt.
-
In größerem Detail erläutert, ist die elastische
Restdehnung so vorgesehen, daß sie einen Prozentwert hat, der
zwischen den prozentualen Kontraktionswerten liegt, die an der
Innenkante des Riemens, definiert durch die Erstreckung der
Basisseite 5 des Riemens, feststellbar ist, wenn der Riemen
entsprechend zweier vorbestimmter Biegelinien gebogen wird. Eine
Biegelinie kann definiert werden durch einen Umfang gleich 60%
der Umfangslänge des Riemens an den fadenförmigen Elementen 6,
während die zweite Biegelinie definiert ist durch einen Umfang
gleich 20% der Länge des Riemens.
-
Wenn die oben beschriebenen Merkmale respektiert
werden, besteht für den Riemen 1 die Möglichkeit, an
Riemenscheiben sehr kleinen Durchmessers montiert zu werden, ohne Gefahr
zu laufen, daß die permanenten Dehnungen, die der Riemen bei
der Montage erfährt, zu einer übermäßigen Verringerung der
elastischen Zugspannung des Riemens führen und diese auf solche
Werte bringen, daß er den elastischen Kontraktionen nicht
zweckmäßig widerstehen kann, für die das Bestreben besteht, an
der Innenkante des Riemens aufgebaut zu werden als Folge der
Biegung des Riemens um die Riemenscheibe.
-
Die Identifizierung der permanenten Dehnungen und die
Feststellung der elastischen Restverformungen in den Riemen
erfolgen durch ein Verfahren, bei welchem es vorgesehen ist, das
zuerst ein Belastung-Dehnung-Diagramm gezeichnet wird in
Verbindung mit dem geprüften Riemen.
-
In Fig. 2 ist ein Diagramm dargestellt, welches zwei
Belastung-Dehnung-Kurven darstellt, die mit "a" und "b"
bezeichnet sind und zu zwei Riemen gehören, die unterschiedliche
Elastizitätsmerkmale haben.
-
Die Ordinaten "y" in der graphischen Darstellung der
Fig. 2 definieren die Belastungen, die zu den Kurven "a" und
"b" gehören, wohingegen die Abszissen "x" die betreffenden
Dehnungen definieren. Zusätzlich, ebenfalls dargestellt auf der
Abszisse "x" der graphischen Darstellung sind die Prozentwerte
"ε1" und "ε2" (mit umgekehrten Vorzeichen) der elastischen
Kontraktionen dargestellt, die an der Innenkante der geprüften
Riemen, die in freiem Zustand entlang der ersten und der
zweiten Biegelinie gewickelt sind, festgestellt werden können.
-
Diese Kontraktionswerte können berechnet werden auf
der Basis der Beschreibung in dem oben genannten Patent.
-
In dem Verfahren ist weiterhin ein Schritt
vorgesehen, in welchem der geprüfte Riemen zwischen zwei
Riemenscheiben 7 und 8 angeordnet wird, die einen Durchmesser im Bereich
zwischen 10 und 50 mm haben. Die Riemenscheiben 7 und 8 werden
voneinander weggeschoben, um den Riemen 1 an jedem seiner Trums
1a, 1b einer Zugspannung zu unterwerfen, die gleich einem
Zehntel seiner Grenz- bzw. Reißzugspannung ist (siehe Fig. 3).
-
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ergibt sich für ein
Zehntel der Zugbeanspruchungen "1/10 Fa" und "1/10 Fb" eine
elastische Anfangsdehnung "εa" und "εb" an jeder Kurve "a" und "b".
-
Der Abstand zwischen den Mittelpunkten der
Riemenscheiben 7 und 8 wird unverändert belassen, während die
Riemenscheiben in Drehung versetzt werden, und die Spannung des
Riemens 1 wird mit der Zeit konstant geprüft. Die Riemenscheiben
werden drehangetrieben mit Geschwindigkeiten im wesentlichen in
dem gleichen Größenbereich der maximalen Geschwindigkeiten im
Betrieb, beispielsweise zwischen 500 und 1000 Umdrehungen je
Minute, wie es der Fall ist bei Riemen, die für Waschmaschinen
verwendet werden.
-
In dieser Situation kann festgestellt werden, daß der
Riemen 1 permanente Dehnungen erfährt, die eine Verringerung
seiner elastischen Anfangsspannung bewirken. Diese Spannung
wird daher allmählich verringert, bis sie bei einem im
wesentlichen konstanten Wert stabilisiert ist.
-
Die graphische Darstellung der Fig. 4 zeigt mittels
zweier Kurven "Ka" und "Kb" die Spannungsverringerung "F" in
der Zeit "t", welche die Riemen zeigten, denen die Kurven "a"
und "b" des Belastung-Dehnung-Diagramms der Fig. 2 entsprechen.
Beide Kurven "Ka" und "Kb" beweisen, daß die Spannung, die beim
Beginn an dem Riemen erzeugt wurde, sich eher plötzlich
verringert und danach den oben genannten stabilen konstanten Wert
erreicht. Die stabilen konstanten Werte der Restspannung, die zu
den Kurven "Ka" und "Kb" gehören, sind mit "Fca" bzw. "Fcb" auf
der Ordinate "F" in der Darstellung der Fig. 4 bezeichnet.
-
Die Werte "Fca" und "Fcb" der erhaltenen Restspannung
werden dann auf die Belastung-Dehnung-Darstellung übertragen
entsprechend dem Spannungswert. Die Dehnung, die mit "εfa" und
"εfb" bezeichnet ist, stellt die elastische Restdehnung dar,
die von dem Riemen gezeigt wurde, wenn einmal der konstante
Wert "Fca", "Fcb" der Spannung zwischen den Riemenscheiben 7, 8
erreicht ist.
-
Die Werte "εfa", "εfb" können unmittelbar verglichen
werden mit den Werten "ε1" und "ε2", um sicherzustellen, ob
sie innerhalb des Bereiches liegen, der durch "ε1" und "ε2"
definiert ist.
-
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 ist festzustellen, daß
der Wert "εfa" innerhalb des Bereichs ε1, ε2 liegt, und der
entsprechende Antriebsriemen ist daher dafür geeignet, für die
oben spezifizierten Zwecke verwendet zu werden.
-
Im Gegensatz dazu liegt die Restdehnung "εfb"
außerhalb des durch die Werte "ε1" und "ε2" definierten Bereichs,
wobei diese Tatsache bedeutet, daß der entsprechende
Antriebsriemen nicht dazu geeignet ist, an Riemenscheiben sehr kleinen
Durchmessers verwendet zu werden, außer wenn elastische
Dehnungswerte, die höher sind als diejenigen, die ziemlich genau
erforderlich sind, den elastischen Kontraktionen an der
Innenkante zu widerstehen, akzeptiert werden.
-
Die außerordentlichen Merkmale eines besonderen
elastischen Riemens, der gemäß der Erfindung hergestellt ist,
werden nachstehend lediglich beispielshalber beschrieben.
-
Längsnuten, 1200j6:
-
Ursprüngliche Länge: 1178 mm.
-
Radius "R" entsprechend der ursprünglichen Länge:
-
R = 1178/2 π = 187,5 mm.
-
Anzahl der V-förmigen Nuten: 6.
-
Nutkontur: "j" gemäß Spezifikationen.
-
Nuthöhe: 2 mm
-
Abstand h: 3 mm
-
Minimaler prozentualer Kontraktionswert: "ε1"
-
Maximaler prozentualer Kontraktionswert: "ε2"
-
Eingesetzte fadenförmige Elemente: 17 Windungen von
Schnüren, die in Seite-an-Seite-Beziehung nach einer
zylindrischen Fläche angeordnet sind und sich von der Riemenkante in
einem Abstand "h" befinden.
-
Schnur: gebildet aus zwei Strängen von jeweils 940 Einzelfäden
(940 x 2), 48z-Drehungen je cm für jeden Strang und
48s-Drehungen je cm an den beiden Strängen, ein Strang mit dem anderen.
Schnurdurchmesser = 0,55 mm.
-
Grenz- bzw. Reißzugfestigkeit der Schnur: 145 N (Newton).
Prozentuale Dehnung der Schnur bei einem Zehntel der
Zugspannung: 3,5%.
-
Zugspannung des Riemens: 4000 N (2000 N je Zweig).
-
Prozentuale elastische Dehnung des Riemens beim Beginn bei
einem Zehntel der Zugspannung: 2,27%.
-
Konstanter Spannungswert des Riemens, erhalten nach dem zuvor
beschriebenen dynamischen Test, beginnend bei einer Belastung
von 400 N: 233 N.
-
Wert der prozentualen elastischen Restdehnung bei einer Last
oder Belastung von 233 N (Newton) lag zwischen 1,08% und 6,5%,
gemessen mit einem Wert von: 1,35%.
-
Die vorliegende Erfindung erreicht die beabsichtigten
Zwecke.
-
Die Riemen, die unter Verwendung der innovativen
Maßnahmen, die durch die Erfindung vorgeschlagen sind, hergestellt
werden, sind tatsächlich in der Lage, mit großer
Zuverlässigkeit zu arbeiten, auch wenn sie mit Riemenscheiben sehr kleinen
Durchmessers kombiniert werden, und zwar im Bereich von 8 bis
10 mm.