Krav på armeringar i kuggremmar och en jämförelse av deras olika egenskaper

Av Dr. Jürgen Vollbarth

Användning av kuggremmar av polyuretan och deras kvalitetsegenskaper

Kuggremmar av polyuretan av märkena BRECO® och BRECOFLEX® används inom alla industribranscher, från medicinteknik till flygplanstillverkning, och löser sina arbetsuppgifter med stor framgång. En större del av dessa arbetsuppgifter finns inom de allmänna funktionsområdena som berör drift och transport. När det gäller att välja ett drivelement och bestämma dess utformning spelar dessutom högre ställda krav en allt viktigare roll, till exempel hög precision i rörelseöverföringen samt svåra omgivningsvillkor som inverkar negativt på transmissionen. När kuggremmar av polyuretan används kan svåra omgivningsvillkor ofta uppstå om olika rengörings- och desinfektionsmedel eller högvärdiga smörjmedel med speciella additiv kommer till användning. Även vid applikationer inom frysmiljöer ställs högre krav på kuggremmarna.

Inom dessa användningar krävs bl a hög prestanda, lång livslängd, en stor mångfald av olika varianter samt överensstämmelse med olika internationella direktiv, t ex FDA-direktivet från USA. Dessa krav kan endast uppfyllas om rätt utgångsmaterial har valts, om tillverkningsteknologin befinner sig på en hög nivå och, sist men inte minst, det har säkerställts att samtliga material och processer är av mycket hög kvalitet. I denna artikel betraktas armeringarna i kuggremmarna utifrån dessa aspekter.

Prestanda- och kvalitetsegenskaper för armeringar

Bild 1: Armering 0,9 mm i standard- och högflexibelt utförande Tillämpningen av dragstyva och böjflexibla armeringar i kombination med slitstark termoplastisk polyuretan är ett grundläggande krav för produkter med hög prestanda och lång livslängd. I detta sammanhang är särskilt gångkarakteristiken och funktionsegenskaperna i kuggremmarna till stor del beroende av prestanda- och kvalitetsegenskaperna i armeringarna. I detta sammanhang spelar såväl egenskaperna i utgångsmaterialet, med sina legeringsbeståndsdelar och förändringar medan trådar och kardelar tillverkas, som den konstruktiva utformningen av armeringen en viktig roll. I bild 1 visas två olika konstruktioner med samma ytterdiameter för kardelen.

När en lämplig konstruktion och tillhörande funktionella egenskaper ska väljas, är diametern samt antalet enstaka trådar, förhållandet gentemot kardelns totaldiameter samt slaglängden av avgörande betydelse. När de konstruktiva egenskaperna har fastlagts måste tillverknings- och bearbetningskvaliteten för de enstaka trådarna och den kompletta armeringen samt dess stabilitet bestämmas. I detta sammanhang spelar korrosionsskydd, renligheten på armeringens yta, antal svetspunkter inom en viss längd samt kvaliteten av tvinningen en avgörande roll.

Därmed påverkas vidhäftningen mellan remmens polyuretanstomme och själva armeringen av renheten på armeringens yta och en vidhäftningsprimer som ev. har applicerats. Denna vidhäftning och dess långtidsstabilitet påverkar kraftöverföringen från remkuggen till armeringen och tillbaka, samt remmens prestanda för kraftöverföringen. Materialegenskaperna i de enstaka trådarna och kvaliteten på tvinningen av kardelarna påverkar i väsentlig mån armeringens töjning, vilket i sin tur även påverkar remmens töjningsgrad. En alltför stor töjning av remmen under belastning kan leda till försämrad positioneringsprecision och sämre dynamiskt beteende. Om man under drift kan konstatera att armeringen i kuggremstransmissionen har töjts ut i efterhand, vilket har framkallats av bristfällig tvinning eller dåliga materialegenskaper, leder detta i regel till att förspänningskraften sjunker, vilket i sin tur resulterar i en allmän försämring av funktionssäkerheten.

Test av armeringar för kuggremmar

Med utgångspunkt från ovanstående punkter har firman Breco Antriebstechnik Breher GmbH & Co. KG utarbetat en rad olika kvalitetsegenskaper för armeringarna som kommer till användning i alla produkter. Dessa egenskaper har intygats av armeringsleverantörerna och kontrolleras dessutom regelbundet med interna tester efter leveransmottagning. Dessa tester av armeringar från olika leverantörer visar tydligt de markanta skillnaderna mellan uppenbarligen identiska produkter som erbjuds på marknaden. Följande parametrar har testats:

• ­vidhäftningen mellan armeringen i polyuretanmatrisen i en ny kuggrem och efter testkörning
• ­förlängningen av kuggremmen under resp. som resultat av testkörningen
• ­reduceringen av förspänningskraften i parten från början till slutet av testkörningen

Bild 2: Anordning för test av armeringarna (exempel) I bild 2 visas ett exempel på en testkörning av en BRECOFLEX® StandardPlus-kuggrem av typ AT 20 med avsedda brytrullar.

Bild 3: Förspänningskraften under testkörning I bild 3 visas en typisk kurva för förspänningskraften i kuggremstransmissionen under en testkörning. Ju planare kurva, desto bättre är prestandan för armeringen som används i kuggremmen. För en korrekt bedömning av armeringens kvalitet är det viktigt att testtransmissionen, till skillnad från normal drift, inte spänns åt i efterhand.

Jämförelse av olika testresultat

I detta test undersöktes armeringar med Ø 0,6 och Ø 0,9 från sammanlagt fyra olika leverantörer. Dessa tester påvisade vissa markanta skillnader. Nedan visas en del utvalda resultat som exempel.

Bild 4: Armeringens vidhäftning i polyuretanmatrisen före och efter testkörningarna för armering Ø 0,6 Bild 5: Förlorad förspänningskraft för armering Ø 0,6 efter testkörningarna I diagrammet i bild 4 visas värden för vidhäftningen mellan armeringen Ø 0,6 i polyuretanmatrisen före och efter testkörningen. Differenserna är relativt små. I detta fall är endast skillnaden mellan värdena före och efter testkörningen vid leverantör 3 påfallande stor. I bild 5 visas förlusten av förspänningskraften i de testade armeringarna Ø 0,6. Här kunde markanta differenser konstateras. Orsaken till dessa differenser kan bl a vara materialsammansättningen i armeringen, kvaliteten av tvinningen samt armeringens ytkvalitet.

Bild 6: Längdförändringar för armeringar Ø 0,9 efter att testkörningarna har avslutats I bild 6 visas den förändrade längden i armeringarna Ø 0,9 som ett resultat av körningstesterna. Med ett undantag befinner sig samtliga testade armeringar på nästintill samma nivå. Även dessa längdförändringar, liksom armeringen från leverantör 2, kan ha uppstått av materialsammansättningen och kvaliteten på tvinningen.

Sammanfattning och slutsatser

Armeringar för BRECO® och BRECOFLEX® -kuggremmar måste kännetecknas av en hög vidhäftning med låg förlust under drift, av en totalt sett låg töjningsgrad samt av en låg förlust i förspänningskraften under körning. Resultaten som anges ovan är ett klart tecken på att vissa produkter som erbjuds på marknaden inte kan uppfylla dessa krav i samma omfattning. Speciellt data om dragkraft, dragtöjning och total styvhet är inte tillräcklig för att beskriva egenskaperna i armeringen i tillräcklig mån. Därmed spelar noggrant utvalda produkter en viktig roll för kuggremmens funktionssäkerhet och livslängd. För att uppfylla de höga kvalitetskraven i produkterna är de ovanstående parametrarna avgörande när armeringar för BRECO® och BRECOFLEX®- kuggremmarna ska väljas. Dessa armeringar kontrolleras dessutom i regelbundna kvalitetstester.

Denna artikel har skrivits av Dr. Jürgen Vollbarth, avdelningschef för distribution och produktutveckling / produktmanagement vid Mulco-partnern Breco Antriebstechnik Breher GmbH & Co. KG, Porta Westfalica (Tyskland)

Mulco-Europe EWIV
Garbsen, 13 september 2010

Gå till online-produktkatalogen