DE4200736A1

DE4200736A1 - Verstaerkter antriebsriemen

Info

Publication number: DE4200736A1
Application number: DE19924200736
Authority: DE
Inventors: Marc Ing Grad Eggermont
Original assignee: Bekaert NV SA
Current assignee: Bekaert NV SA
Priority date: 1991-02-06
Filing date: 1992-01-14
Publication date: 1992-08-13
Also published as: BE1004469A3; JPH04307146A; GB9202549D0; IE914457A1; GB2252774B; GB2252774A; IE66749B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen gezahnten An triebsriemen, welcher durch Stahlseile verstärkt ist.

Wegen des Fehlens einer Kriechdehnung ist Stahlseilma terial geeignet für die Verstärkung von Antriebsriemen.

Derartige Stahlseile haben im allgemeinen die folgende Materialzusammensetzung: einen kleinsten Kohlegehalt von 0,65%, beispielsweise 0,75% oder 0,80%; einen Mangangehalt zwischen 0,40 und 0,70%; einen Silizium gehalt zwischen 0,15 und 0,30%, und einen größten Schwefel- und Phosphorgehalt von jeweils 0,03%. Mikro legierungs-Elemente wie Kupfer, Chrom, Nickel, Vanadium und Bor sind auch möglich. Wegen der kleinen Durchmes ser (siehe weiter unten) sollte der gewählte Walzdraht einen ziemlich hohen Reinheitsgrad haben: die Anzahl und die Abmessungen der nichtmetallischen Einschlüsse sind vorzugsweise begrenzt (beispielsweise Abmessungen < 0,10 µm).

Antriebsriemen laufen mit Axialspannungen, die zwischen 10 und 100 Newton schwanken. Außerdem müssen Antriebs riemen in der Lage sein, eine große Anzahl von Umläufen auszuhalten. Bei jedem Umlauf wird der Antriebsriemen um ein Führungsrad oder ein Antriebsrad gebogen. Für bestimmte Anwendungsfälle ist der Kurvenradius dieser Biegung verhältnismäßig klein. Eine andere Anforderung ist, daß der Antriebsriemen in der Mitte der Führungs räder laufen und keine Tendenz zeigen soll, an einem der beiden hochstehenden Seitenränder der Führungsräder zu reiben. Wenn die Führungsräder keine Ränder haben, soll der Antriebsriemen dennoch keine Tendenz zeigen, von den Führungsrädern abzurutschen.

Infolge dessen sind die an Stahlseilverstärkungen zu stellenden Anforderungen folgende: das Stahlseil muß eine gute Zugfestigkeit haben, ferner eine gute Flexi bilität, einen hohen Grad an Biegeermüdungsfestigkeit und muß schließlich drall- und verwindungsfrei sein. Dieses letzte Erfordernis dient dem Zweck, daß der An triebsriemen entweder in der Mitte der Laufnuten der Führungsräder läuft oder daß verhindert wird, daß der Antriebsriemen von den Rädern abrutscht.

Bis zum gegenwärtigen Zeitpunkt wurden für die Stahl seilverstärkung sogenannte Litzenkonstruktionen vom mxn-Typ verwendet. Ein derartiges Stahlseil besteht aus m-Litzen und jede Litze besteht aus n-Drähten. Wenn die Litzen ihrerseits in der S-Richtung verwunden wor den sind, dann werden diese Litzen miteinander zu einem Seil in Z-Richtung verwunden, um den erwünschten Ver windungsausgleich zu erzielen. Beispiele für derartige Seile sind ein 3×3-Aufbau, ein 7×3-Aufbau, ein 7×4- Aufbau und ein 7×7-Aufbau.

Die bestehenden Litzenkonstruktionen sind flexibel und verwindungsfrei; bei Anwendungsfällen, bei denen An triebsriemen unter extremen Bedingungen arbeiten müs sen, ist jedoch die Zugfestigkeit und der Grad an Bie geermüdungsfestigkeit manchmal geringer als erwünscht.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile gemäß dem Stand der Technik zu beheben und hier eine Verbesserung zu bringen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch einen gezahn ten, durch Stahlseile verstärkten Antriebsriemen gelöst, bei welchem die Stahlseile im wesentlichen in Längs richtung des Antriebsriemens liegen und aus wenigstens 4 und höchstens 28 Drähten mit einem Durchmesser zwi schen 0,04 mm und 0,20 mm, vorzugsweise zwischen 0,04 mm und 0,15 mm bestehen. Im Querschnitt hat das Stahl seil eine in Lagen aufgebaute Struktur. Die Struktur ist aus einer zentralen Seele aus einem oder mehreren Drähten gebildet, die von wenigstens einer Lage von Drähten umgeben ist. Vorzugsweise hat das Stahlseil im Querschnitt einen geometrisch regelmäßigen Aufbau. Mit geometrisch regelmäßigem Aufbau ist gemeint, daß die Querschnittsflächen der Drähte in einer wenigstens an nähernd symmetrischen Anordnung liegen.

Die Anzahl der Drähte muß wenigstens gleich vier betra gen, da es andernfalls schwierig ist, einen geometrisch stabilen Aufbau der Seele und der Lagen zu gewährlei sten. Mit mehr als 28 Drähten ist es schwierig, die Geometrie der Querschnittsflächen einzuhalten und re gelmäßig geformte Querschnitte zu erhalten. Der Durch messer muß wegen der geforderten Flexibilität auf höch stens 0,20 mm begrenzt werden.

Die Seelen-Drähte haben im allgemeinen alle den glei chen Durchmesser. Die Drähte jeder Lage haben im allge meinen ebenfalls den gleichen Durchmesser. Die Durch messer der Seelen-Drähte können dem Durchmesser der La gen-Drähte gleich sein. Das ist jedoch nicht unbedingt notwendig. Es hängt hauptsächlich von der Anzahl der Drähte der Seele und der Lagen ab. Die Verwindungsrich tung bei der Seele einerseits und den Lagen anderer seits können gleich oder unterschiedlich sein.

Vorzugsweise liegt eine Anzahl Stahldrähte in einer Ebene nebeneinander, ohne sich jedoch gegenseitig zu berühren.

Wenn der Antriebsriemen aus einem Polymer, beispiels weise aus Polyurethan besteht, dann ist das Stahlseil mit einer korrosionsbeständigen Beschichtung bedeckt, beispielsweise aus Zink oder einer Zinklegierung, die beispielsweise aus Zink-Aluminium oder Zink-Nickel be steht.

Wenn der Antriebsriemen aus Gummi besteht, dann ist das Stahlseil vorzugsweise mit einer Beschichtung bedeckt, die am Gummimaterial haftet, nämlich beispielsweise Messing, Kupfer, Bronze oder komplexe, Kupfer enthal tende Beschichtungen (binäre oder ternäre Kupferlegierungen).

In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung besteht das Stahlseil aus einer Seele, die von einer Lage von Drähten umgeben ist. Beispiele für derartige Ausgestaltungen sind:

- 1 × 0,15 + 6 × 0,15
- 3 × 0,08 + 6 × 0,15
- 3 × 0,08 + 9 × 0,08
- 3 × 0,15 + 9 × 0,15

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung be steht das Stahlseil aus einer Seele, die von zwei Lagen von Drähten umgeben ist. Beispiele für derartige Aus bildungen sind:

- 1 × 0,15 + 6 × 0,15 + 12 × 0,15
- 3 × 0,08 + 9 × 0,08 + 15 × 0,08

Vorzugsweise sind alle Drähte in der Seele sowie in der Lage bzw. in den Lagen eines bestimmten Stahlseiles in der gleichen Richtung verwunden und haben die gleiche Steigung, so daß sie in der Längsrichtung des Stahlsei les und über im wesentlichen die gesamte Länge dieses Stahlseiles einen Linienkontakt miteinander haben. Die Verwindungsrichtung eines bestimmten Stahlseiles ist jedoch vorzugsweise entgegengesetzt zur Verwindungs richtung eines jeweils benachbarten Stahlseiles; der Zweck ist, eventuelle dennoch vorhandene Drallspannun gen in einem Stahlseil durch die Drallspannungen eines benachbarten Stahlseiles zu kompensieren und auf diese Weise eine drallspannungsfreie Gesamtanordnung zu er halten.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren im einzelnen erläutert. Diese zeigen:

Fig. 1 eine Gesamtansicht eines Antriebsrie mens und eines Antriebsrades;

Fig. 2 einen Querschnitt eines stahlseilver stärkten Antriebsriemens entlang der Schnittlinie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 einen Querschnitt durch ein Stahl seil, welches zur Verstärkung eines Antriebsriemens bestimmt ist;

Fig. 4 schematisch die Darstellung einer Einrichtung zum Messen des Drallver haltens eines Stahlseiles;

Fig. 5 schematisch eine Anordnung zum Be stimmen der Biegeermüdungsfestigkeit eines Stahlseiles.

In den Fig. 1 und 2 ist mit 1 ein Antriebsriemen be zeichnet, welcher durch mehrere Stahlseile 2 verstärkt ist, die in einer Ebene in Längsrichtung nebeneinander liegen.

Die Stahlseile 2 sind sogenannte 12×0,08-Seile und be stehen aus einer Seele aus drei Drähten 22 mit einem Durchmesser von 0,08 mm, die von einer Lage aus 9 Dräh ten 24 mit einem Durchmesser von 0,08 mm umgeben sind. Alle Drähte eines bestimmten Stahlseiles sind in der gleichen Richtung verwunden und haben die gleiche Stei gung von 4,5 mm. Wie anhand der Richtungspfeile 28 er kennbar ist, ist die Verwindungsrichtung eines Stahlseiles 2′ entgegengesetzt zur Verwindungsrichtung eines benachbarten Stahlseiles 2′′, die Verwindungsrich tung des Stahlseiles 2′′ ist entgegengesetzt zur Verwin dungsrichtung des Stahlseiles 2′′′ usw..

Der Antriebsriemen 1 wird über die Zähne 12 von einem Antriebsrad 4 angetrieben, welches ebenfalls Zähne 42 hat. Der Antriebsriemen 1 muß in der Mitte zwischen den hochstehenden Rändern 44 des Antriebsriemens laufen und soll keine Tendenz haben, an einem dieser Ränder 44 reibend anzuliegen.

Derartige Antriebsriemen können entweder mittels eines Extrusionsvorganges oder mittels eines Gießvorganges hergestellt werden.

Fig. 3 zeigt einen anderen Typ eines Stahlseiles 2 zum Verstärken von Antriebsriemen. Das Stahlseil 2 besteht aus einem Seelendraht 22, einer mittleren Lage von Drähten 24 und einer äußeren Lage von Drähten 26. Alle Drähte haben einen Durchmesser von 0,15 mm und haben die gleiche Verwindungsrichtung und die gleiche Stei gung (10 mm). Es ist allerdings auch nicht unmöglich, daß der Seelendraht 22 beispielsweise einen Durchmesser hat, welcher größer als der Durchmesser der Drähte 24 der mittleren Lage ist und daß der Durchmesser der Drähte 24 der mittleren Lage größer als der Durchmesser der Drähte 26 der äußeren Lage ist.

Versuch 1

Die Tabelle 1 zeigt eine Liste von Stahldrähten, die im Hinblick auf eine Verstärkung von Antriebsriemen unter sucht wurden.

Tabelle 1

Tabelle 2 zeigt die Bruchlast und die Zugfestigkeit der oben genannten Konstruktionen.

Tabelle 2

Aus der Tabelle 2 geht hervor, daß das Stahlseil gemäß der Erfindung eine höhere Zugfestigkeit hat als die Stahlseile gemäß dem Stand der Technik.

Wie oben erläutert wurde, ist das ideale Seil unter axialer Belastung drallfrei. Drallfreie Stahlseile be wirken, daß der Antriebsriemen nicht vom Führungsrad oder dem Antriebsrad abrutscht.

Fig. 4 zeigt eine Versuchsanordnung zum Messen des Dralls eines Stahlseiles unter dem Einfluß einer axia len Belastung. Das Stahlseil 2 ist zwischen zwei Klam pen 62 befestigt und einer axialen Belastung mittels eines Gewichtes 64 unterworfen, welches über eine Um lenkrolle 66 wirkt. Das Aufnahmegerät 68 nimmt den Drall auf. In der Tabelle 3 sind die Resultate zusam mengefaßt:

Tabelle 3

Die 3×3-Konstruktion gemäß dem Stand der Technik weist die kleinste Drallzunahme mit zunehmender Axiallast auf. Der Drallzuwachs bei der 3+9-Konstruktion gemäß der Erfindung ist jedoch annähernd genauso groß wie der Drallzuwachs bei der 7×3-Konstruktion. Das ist un erwartet, da die 7×3-Konstruktion in Z/S-Richtung ver wunden ist, um sie so drallfrei wie möglich zu halten, während die 3+9-Konstruktion in einer einzigen Richtung verwunden ist, so daß man a priori erwarten kann, daß die Drallzunahme sehr viel größer bei der 3+9- Konstruktion ist.

Fig. 5 zeigt eine Versuchsanordnung zum Bestimmen der Biegeermüdung von Stahlseilen. Ein Stahlseil 2 ist zwi schen zwei Klampen 82 befestigt und mit einem Krümmungsradius R gebogen. Das Stahlseil wird sodann einer großen Zahl von Drehungen unterworfen. Danach wird der Versuch mit einem kleineren Krümmungsradius R wiederholt. Der kleinste Krümmungsradius, bei welchem bei 1,5×10⁶ Umdrehungen kein Ermüdungsbruch auftritt, wird festgehalten. Je kleiner der Krümmungsradius ist, um so besser ist das Biegeermüdungsverhalten des Stahl seiles. Tabelle 4 zeigt die Resultate.

Tabelle 4

Die Tabelle 4 zeigt, daß das Stahlseil gemäß der vor liegenden Erfindung bezüglich der Biegeermüdung etwas besser ist als die untersuchte 7×3-Konstruktion und sehr viel besser als die 3×3-Konstruktion. Das Stahl seil gemäß der vorliegenden Erfindung ist jedoch ein deutig besser als die 7×3-Konstruktion, wenn der Draht durchmesser mit in Betracht gezogen wird (0,08 mm < 0,06 mm).

Versuch 2

Die Zugfestigkeit und das Biegeermüdungsverhalten wur den für folgende Stahlseilkonstruktionen untersucht:

Stand der Technik:

1. 3 × 3 × 0,15 S/Z Steigung 8,65/8,1;
Zink-Beschichtung
2. 7 × 3 × 0,15 S/Z Steigung 8,65/8,1;
Zink-Beschichtung

Erfindung:

3. 3 + 9 × 0,15 S Steigung 9
(tatsächlich 12 × 0,15);
Zink-Beschichtung
4. 7 + 12 × 0,15 S/S Steigung 6/10;
Zink-Beschichtung
5. 19 × 0,15 S Steigung 10;
Zink-Beschichtung

Die Tabelle 5 faßt die Ergebnisse zusammen.

Tabelle 5

Aus der Tabelle 5 folgt, daß die Zugfestigkeitswerte der Stahlseilkonstruktionen gemäß der Erfindung höher als die Zugfestigkeitswerte schon bestehender Stahl seilkonstruktionen sind.

Der minimale Krümmungsradius R_min für die Stahlseil konstruktionen gemäß der Erfindung sind im Durchschnitt kleiner als für die Stahlseilkonstruktionen gemäß dem bekannten Stand der Technik, was demnach auf ein besse res Biegeermüdungsverhalten hinweist.

Die Erfindung ist nicht auf einen Antriebsriemen be schränkt, welcher durch Stahlseile verstärkt ist, die nur aus Stahldrähten bestehen. Der Begriff Stahlseil bezeichnet hier auch eine Mischstruktur aus Stahldräh ten und synthetischen Drähten, beispielsweise Nylon und Aramid.

Claims

1. Gezahnter, durch Stahlseile (2) verstärkter An triebsriemen (1), bei welchem die Stahlseile (2) im wesentlichen in Längsrichtung des Antriebsrie mens liegen und aus wenigstens vier sowie höch stens achtundzwanzig Drähten (22, 24, 26) mit einem Durchmesser zwischen 0,04 mm und 0,20 mm be stehen, wobei das Stahlseil (2) im Querschnitt eine in Lagen aufgebaute Struktur hat, die aus einer zentralen Seele aus einem oder mehreren Drähten (22) gebildet ist, welche von wenigstens einer Lage von Drähten (24, 26) umgeben ist.

2. Antriebsriemen nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß mehrere Stahlseile (2) in einer Ebene längs nebeneinander liegen.

3. Antriebsriemen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß der Antriebsriemen (1) aus einem Polymer, beispielsweise Polyurethan, besteht und daß die Drähte (22, 24, 26) mit einer korrosions beständigen Beschichtung beschichtet sind.

4. Antriebsriemen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß der Antriebsriemen (1) aus Gummi besteht und daß die Drähte mit einer Beschichtung beschichtet sind, die am Gummi haftet.

5. Antriebsriemen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlseil (2) aus einer zentralen Seele (22) und einer diese umge benden Lage (24) besteht.

6. Antriebsriemen nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Seele aus einem Draht und die Lage aus sechs Drähten besteht.

7. Antriebsriemen nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Seele aus drei Drähten und die Lage aus neun Drähten besteht.

8. Antriebsriemen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlseil aus einer zentralen Seele (22) und zwei diese umgeben den Lagen (24, 26), nämlich einer mittleren Lage (24) und einer äußeren Lage (26), besteht.

9. Antriebsriemen nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet, daß die Seele aus einem Draht (22), die mittlere Lage aus sechs Drähten (24) und die äuße re Lage aus zwölf Drähten (26) besteht.

10. Antriebsriemen nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet, daß die mittlere Lage aus neun Drähten und die äußere Lage aus fünfzehn Drähten besteht.

11. Antriebsriemen nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei jedem Stahlseil (2) alle Drähte (22, 24, 26) in der gleichen Rich tung gewunden sind und die gleiche Steigung haben, so daß die Drähte einen Linienkontakt miteinander in Längsrichtung des Stahlseils haben.

12. Antriebsriemen nach Anspruch 11, dadurch gekenn zeichnet, daß die Windungsrichtung jedes Stahl seils (2′′) der Windungsrichtung des jeweils be nachbarten Stahlseiles (2′, 2′′′) entgegengesetzt ist.