Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Zahnriemen zur Verwendung in Zahntrieben, vorzugsweise einen Zahnriemen aus Polyurethan, der mindestens eine mit einem Zahnprofil versehene Antriebsseite aufweist und dessen Zahnprofil mit einer außenseitigen Gewebelage versehen ist. Im Zahntrieb greift der Zahnriemen kämmend in Zahnscheiben ein, die mit einem zum Zahnprofil des Riemens komplementären Zahnprofil versehen ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Zahnriemens. Die hier angesprochenen Polyurethan-Zahnriemen werden so hergestellt, dass das Grundmaterial extrudiert wird. Während der Extrusion laufen in einer speziellen zugehörigen Austrittsdüse Festigkeitsträger bzw. Zugträger, die in aller Regel als Corde ausgebildet sind, in das extrudierte, noch warme relativ zähflüssige Material ein. Diese Corde nehmen im fertigen ausgehärteten Zahnriemen im Wesentlichen die Zugkräfte auf.

Das so entstandene noch zähflüssige Polyurethanmaterial mit den Zugträgern als Grundmaterial des Zahnriemens wird zwischen einem Band und einem mit einer

Außenverzahnung versehenen Formrad unter Wärmeentzug zum fertigen Zahnriemen eingeformt, wobei das Band das Formrad über einen Umschlingungswinkel von ca. 200° unter Druck umschlingt. In den Fällen, in dem der Zahnriemen auf seiner verzahnten Seite mit einer Gewebebeschichtung versehen ist, läuft kurz vor Eintritt des Rohlings in den Umschlingungsbogen des Formrades ein Gewebe auf das Formrad auf, welches dann zusammen mit dem Rohling in die formgebend verzahnte Außenkontur des Formrades eingedrückt wird. Solche Gewebebeschichtungen sind bekannt und üblich z.B. zur Verschleißreduzierung und Geräuschminderung. Üblicherweise wird bei solchen aus extrudierten Rohlingen hergestellten PU-Zahnriemen als Gewebeabdeckung/Gewebelage auf der Zahnseite ein Gewebe eingesetzt, welches in Längsrichtung gute Dehneigenschaften besitzt. In der Riemenherstellung wird dann bei der oben beschriebenen Ausformung der Zähne auf dem Formrad dieses Gewebe durch die hochviskose PU-Schmelze aufgedehnt und in die Verzahnung gepresst. Nachteiligerweise kann es dabei passieren, dass durch die Dehnung bei der Verformung das Gewebe entsprechend dünner wird, so dass die Gewebestruktur sich öffnen kann und es

gelegentlich zu einem zu PU- Durchschlag/Durchtritt kommt. Ferner kann es passieren, dass bei zu geringem Schmelzendruck die Zähne nicht vollständig ausgeformt werden. Gerade bei nicht vollständig ausgeformten Zähnen oder bei Durchdrücken von Polyurethan kommt es auch vor, dass die im Betrieb geforderte Zahntragfähigkeit des Zahnriemens nicht erreicht wird.

Für die Erfindung bestand also die Aufgabe, einen Zahnriemen und ein Verfahren zu seiner Herstellung bereitzustellen, bei denen die Nachteile eines Durchtritts von Grundmaterial des Zahnriemens vermieden werden und eine einwandfreie Einformung ermöglicht wird, so dass die Zahnriemen die im Stand der Technik bekannten Nachteile nicht mehr aufweisen. Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs und des

nebengeordneten Verfahrensanspruch. Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen offenbart.

Dabei weist die Gewebelage auf ihrer dem Zahnprofil abgewandten Außenseite eine Beschichtung aus Kunststoff auf, vorzugsweise aus Polyethylen. Diese Gewebelage ist in Bezug auf ihre Dicke einerseits auf ihrer dem Zahnprofil zugewandten Seite mindestens teilweise von Grundmaterial des Zahnriemens und auf ihrer Außenseite mindestens teilweise und so von der Kunststoffbeschichtung durchdrungen ist, dass die Gewebelage in einem in Bezug auf ihre Dicke innenliegenden Dickenbereich frei von

Durchdringungsmaterial ist. Insbesondere im Zusammenspiel damit, dass die Gewebelage außenseitig nur bis zu einer Eindringtiefe von 5 - 50 % der Lagendicke, d.h. der Gewebedicke von der

Kunststoffbeschichtung durchdrungen ist, lässt sich ein eine Verschiebung oder eine Verzerrung der Gewebestruktur sicher vermeiden und die ursprüngliche Dehnfähigkeit des Gewebes und die geforderte Zahntragfähigkeit erhalten.

Zur Herstellung dient vorteilhafterweise das erfindungsgemäße Verfahren,

bei dem

a) das Grundmaterial des Zahnriemens zunächst extrudiert wird,

b) während der Extrusion der zugehörigen Austrittsdüse des Extruders

Festigkeitsträger bzw. Zugträger in das extrudierte Material einlaufen, c) der so entstandene Rohling mit Zugträgern zwischen einem auf seinem

Außenumfang mit dem Negativ der Verzahnung versehenen Formrad und einem das Formrad umlaufenden Band unter Wärmeentzug zum fertigen Zahnriemen eingeformt wird, wobei das Band das Formrad über einen Umschlingungswinkel von ca. 200° unter Druck umschlingt,

d) kurz vor Eintritt des Rohlings in den Umschlingungsbogen des Formrades eine Gewebelage auf das Formrad aufläuft, welches dann zusammen mit dem Rohling in die formgebend verzahnte Außenkontur des Formrades eingedrückt wird,

e) die Gewebelage auf ihrer dem Formrad zugewandten Seite vor dem Einlaufen auf das Formrad mit einer Beschichtung aus Kunststoff, vorzugsweise Polyethylen, so versehen wird, dass die Gewebelage bis zu einer Eindringtiefe von 5 - 50 % der Lagendicke (Gewebedicke) von der Kunststoffbeschichtung durchdrungen ist, f) die beschichtete Gewebelage danach so vorgeformt wird, dass sie bereits vor Einlaufen auf das Formrad im Wesentlichen die Geometrie der Zahnform des Formrades aufweist,

g) wonach die mit der Zahnform vorgeformte Gewebelage kämmend auf das

Formrad aufläuft und zusammen mit dem Rohling in die formgebend verzahnte Außenkontur des Formrades eingedrückt wird, wobei die Viskosität des aus thermoplastischem Polyurethan bestehenden Grundmaterial des Zahnriemens so eingestellt ist, dass die mit der Zahnform vorgeformte und

kunststoffbeschichtete Gewebelage soweit in den Rohling eingedrückt wird, dass die Gewebelage in einem in Bezug auf ihre Dicke innenliegenden Dickenbereich nicht von Polyurethan durchdrungen wird.

Die vorgeformte Gewebelage läuft damit kämmend und synchron auf das Formrad auf und wird zusammen mit dem Rohling in die verzahnte Außenkontur des Formrades eingedrückt. Dabei wird dann also nur noch das Grundmaterial verformt und es muss nicht mehr die Gewebelage als solche durch den im Grundmaterial entstehenden Druck noch in die Zähne des Formrades eingedrückt werden.

Damit lässt sich natürlich auch die Eindringtiefe des Rohmaterials in die Gewebelage viel präziser einstellen als bei den herkömmlichen Verfahren. Das unterstützt die Ausbildung des Zahnriemens so, dass die Gewebelage in einem in Bezug auf ihre Dicke

innenliegenden Dickenbereich frei von Durchdringungsmaterial ist, also frei von etwa Polyurethan des Grund- oder Rohmaterials und auch von dem Polyethylen der

Beschichtung, so dass es möglich wird, die zur Beschichtung genutzte Gewebelage so zu gestalten, dass der innenliegende Dickenbereich der Gewebelage ohne

Durchdringungsmaterial 5 - 50 % der Lagendicke (Gewebedicke) beträgt, vorzugsweise zwischen 5 und 30% der Lagendicke ausmacht.

Der besondere Vorteil einer solchen Ausbildung des Zahnriemens besteht darin, dass durch den speziellen Aufbau des Gewebes die Oberflächenspannungen an den Zahnflanken beim Einzahnen in die Zahnscheiben reduziert werden. Dadurch wird der Zahnverschleiß reduziert und die Lebensdauer entsprechend erhöht. Durch das neue Gewebe und dessen innenliegendem Dickenbereich ohne Durchdringungsmaterial wird u.a. erreicht, dass sich die Außenbeschichtung (PE-Folie) nahezu kraftfrei im Verhältnis zur inneren Struktur Riemenzahn verschieben kann. Eine weitere vorteilhafte Ausbildung in Bezug auf die Dehnfähigkeit des Zahnriemens besteht darin, dass das die Gewebelage bildende Gewebe aus Kett- und Schussfäden besteht, wobei die Kettfäden in oder im Wesentlichen parallel zur Riemenlängsachse ausgerichtet sind. Allein durch die Anordnung der längeren Kettfäden in Zahnriemen- Längsrichtung ergibt sich bereits eine bessere Dehnfähigkeit. Dies wird weiter vorteilhaft dadurch verbessert, dass die Kettfäden texturiert ausgebildet sind oder eine Kräuselung aufweisen.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass auch die Schussfäden alternativ oder additiv texturiert sind oder eine Kräuselung aufweisen, die eine erhöhte Dehnung der Kettfäden zulässt. Damit können nämlich auf einfache Weise auch Querverschiebungen, wie Sie zum Beispiel durch den Anlauf von Zahnriemen an Bordscheiben entstehen, einfach abgefedert/abgepuffert werden. Die Dehnfähigkeit des Gewebes kann auch durch die Webart und nicht nur durch die Textur der Garne erzeugt werden.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Gewebelage wird erreicht, dass sich die Außenbeschichtung (PE-Folie) nahezu kraftfrei zum inneren Riemenzahn verschieben kann. Die Verschiebung erfolgt über das Aufdehnen der Kettgarn- Textur. Beim Zahneingriff in die Zahnscheibe und beim Umlauf um die Zahnscheibe erfolgen in der Regel kleine Bewegungen zwischen den Riemenzähnen und der Scheibenverzahnung. Bei entsprechenden Kräften erzeugen diese Bewegungen hohe Scherkräfte was zu einem starken Abrieb an der Zahnoberfläche der Riemenzähne führt. Mit der erfindungsgemäßen Gewebelage werden diese Bewegungen in der freien„nicht durchdrungenen

Gewebezwischenschicht" weggepuffert, d.h. kompensiert.

Die Gewebelage des erfindungsgemäßen Zahnriemens weist also ein Gewebe auf, welches durch texturierte Kettfäden sehr gute Dehneigenschaften in Riemenumfangsrichtung bereitstellt. Dieses Gewebe wird einseitig so mit einem PE- Folie beschichtet, dass dieser Kunststoff in die Gewebeoberfläche eindringt. Die Eindringtiefe wird dabei so eingestellt, dass je nach späterer Belastung zwischen 5 und 50 % erreicht werden. Nun wird dieses Gewebe/Laminat so vorgeformt, dass es die Geometrie der Verzahnung einnimmt, wobei aber auch ein Großteil der Textur der Kettfäden erhalten bleibt.

Bei der Riemenherstellung wird die beschichtete Gewebelage dann so dem Formrad/der Formtrommel zugeführt, dass die beschichtete Seite zur Formoberfläche zeigt. Auf die unbeschichtete Seite legt sich in dem genannten Verfahren nun das thermoplastische PU, welches durch Druck ebenfalls - auf der quasi noch freien Seite - in die Oberfläche der Gewebelage eindringt. Dabei wird der Herstellprozess so gesteuert, dass das Gewebe nicht vollständig mit PU gefüllt wird. Zwischen dem Bereich, der mit PE- Folie gefüllt ist und dem Bereich der mit PU gefüllt ist, sind dann zwischen 5 und 50 % , vorzugsweise zwischen 5 und 30%, des Gewebes nicht gefüllt.

Anhand eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 einen Teil eines erfindungsgemäßen Zahnriemens,

Fig. 2 eine prinzipielle Darstellung des Aufbaus des erfindungsgemäßen

Zahnriemens mit der Verzahnung in einer Vergrößerung des Details„A" der Figur 1

Fig. 3 Eine Vergrößerung des Details„A" der Figur 1 unter

Scherkraftbelastung

Figur 1 zeigt einen Teil eines PU-Zahnriemen 1, dessen Zahnprofil 2 mit einer

außenseitigen Gewebelage 3 versehen ist. Die Gewebelage 3 weist auf ihrer dem

Zahnprofil abgewandten Außenseite eine Beschichtung 4 aus Polyethylen auf, wie insbesondere in der Zusammenschau mit der Vergrößerung des Details„A" aus der Figur 1 in der Figur 2 deutlich wird. Die Gewebelage 3 ist in Bezug auf ihre Dicke 5 einerseits auf ihrer dem Zahnprofil zugewandten Seite mindestens teilweise von Grundmaterial des Zahnriemens durchdrungen, während sie auf ihrer Außenseite mindestens teilweise von der Polyethylenbeschichtung 4 durchdrungen ist. Die Fig. 1 und 2 zeigen damit als prinzipielle Darstellungen des Aufbaus des

erfindungsgemäßen Zahnriemens, wie sich die Merkmale des gegenständlichen

Zahnriemens gestalten, d.h. in welcher Art und Weise auf dem eigentlichen Rohmaterial des Zahnriemens (PU) die Gewebelage aufgelegt und ihrerseits wiederum mit einer Außenbeschichtung (PE) versehen ist.

Die Eindringtiefe der Polyethylenbeschichtung 4 in die Gewebelage 3 beträgt hier 37 % der Lagendicke , d.h. der Gewebedicke 5. Die Gewebelage ist in einem innenliegenden Dickenbereich 6 frei von Durchdringungsmaterial ist, das heißt sowohl frei von

Polyethylenmaterial als auch frei von Polyurethan-Grundmaterial des Zahnriemens.

Bei dem erfindungsgemäßen Zahnriemen wird also bereits bei der Herstellung die

Gewebelage vorgeformt, so dass sie schon das Verzahnungsprofil besitzt und nicht mehr aufgedehnt und in die Verzahnung gepresst werden muss. Damit vereint vermeidet man ein Durchtreten bzw. eine Durchschlag des PU Materials bei der Einformung und erreicht eine 100%- ige Ausformung der Zähne. Durch den speziellen Aufbau der Gewebelage werden im Betrieb / im Zahnriementrieb unter Belastung die Oberflächenspannungen an den Zahnflanken beim kämmenden Einlauf in die Zahnscheiben reduziert. Dadurch wird der Zahnverschleiß reduziert und die Lebensdauer entsprechend erhöht.

Fig. 3 zeigt dies anhand des Details„A" der Figur 1 noch einmal sehr deutlich, nämlich dass sich unter Scherkraftbelastung die Außenbeschichtung, d.h. hier die PE-Folie 4 nahezu kraftfrei im Verhältnis zur inneren Struktur des Riemenzahns verschieben kann Der besondere Vorteil einer solchen Ausbildung des Zahnriemens 1 besteht darin, dass durch diesen speziellen Aufbau des Gewebes mit einem nicht durchdrungenen Dickenbereich 6 die Oberflächenspannungen an den Zahnflanken beim Einzahnen in die Zahnscheiben reduziert werden können. Dadurch wird der Zahnverschleiß reduziert und die Lebensdauer entsprechend erhöht. Bezugszeichenliste

(Teil der Beschreibung)

1 Zahnriemen

2 Zahnprofil

3 Gewebelage

4 Beschichtung der Gewebelage / Polyethylen (PE) Beschichtung

5 Dicke der Gewebelage

6 innenliegender nicht durchdrungener Dickenbereich