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Die am schnellsten wachsenden Typen von Treibriemen in den letzten Jahren waren Schnittkanten-Keilriemen, Mehrfachrippenriemen (Abbildung 2) und Synchronriemen (Abbildung 3). Schnittkanten-Keilriemen weisen im Vergleich zu ummantelten Keilriemen eine höhere Übertragungseffizienz, eine hohe Leistungsübertragungskapazität, eine lange Lebensdauer sowie hohe Energieeinsparungen auf. Neben den Vorteilen der Schnittkanten-Keilriemen bieten Mehrfachrippenriemen zudem die Flexibilität von Flachriemen, hohe Übersetzungsverhältnisse und hohe Drehzahlfähigkeit. Synchronriemenantriebe stellen eine Kombination aus Riemenantrieben, Kettenantrieben und Zahnradantrieben dar. Daher finden diese Riemen stetig zunehmend Anwendungsbereiche, was einen Trend darstellt, der auch zukünftig bei der Entwicklung von Treibriemen fortgesetzt wird.
Die Produktionsprozesse und die Fertigungsanlagen für hochmoderne Keilriemen, Mehrfachkeilriemen und Synchronriemen sind grundsätzlich identisch; der einzige Unterschied liegt in einigen spezifischen Verfahrensschritten und weiteren Nachbearbeitungsstufen. Die Herstellung umfasst die Herstellung der Komponenten (Bahnextrusion, Zusammensetzen von kurzfaserverstärkten Bahnen, Nähen von Nylon-Elasthan-Gewebe, Schneiden von Gewebe), die Montage, die Vulkanisation, das Schleifen, das Schneiden sowie die Qualitätskontrollen (optische Prüfung, Maßkontrolle, Leistungsprüfung).
2.1 Aufbau
Eintrommel-Baumaschinen fertigen normalerweise keilförmige Keilriemen mit geschnittenem Rand, mehrrippige Riemen und Synchronriemen. Um den Verdrillungseffekt der Zugkordel bei Synchronriemen zu beseitigen, sind zwei separate Spannsysteme erforderlich, um Kordeln mit unterschiedlicher Verdrillungsrichtung (d. h. „S“- und „Z“-Verdrillung) gleichzeitig einzulegen. Mehrere chinesische Hersteller importierten in den Anfangsjahren Baumaschinen der deutschen Firma SCHOLZ. Aufgrund der damaligen Investitionsfaktoren bevorzugten sie vielseitig einsetzbare Baumaschinen (Universalmaschinen). Diese Maschinen eignen sich für die Herstellung von ummantelten Keilriemen, keilförmigen Keilriemen mit geschnittenem Rand, mehrrippigen Riemen und Synchronriemen sowie für das Schneiden von Schutzhüllen und das Rückseiten-Schleifen von Synchronriemen. und hochmoderne Keilriemen sowie Synchronriemen. Die Maschine verfügt über einen Hauptantrieb, eine Aufbauwalze, eine Schneidewalze, eine Schneideinheit, eine Schleifeinheit, eine Gegenspindel, eine vierstationäre (Streifen-)Abwicklungseinheit, eine Kordellageeinheit, eine zweistationäre Kordelabwicklungseinheit und ein elektrisches Steuerungssystem.
Durch die Integration oder Differenzierung einzelner Funktionen der multifunktionalen Keilriemen-Aufbaumaschine wurden spezialisierte Geräte entwickelt, darunter Schleif-/Schneidemaschinen mit Schneid- und Rückenschleiffunktion sowie Einzelfunktions-Aufbaumaschinen, Schneidemaschinen und Rückenschleifmaschinen. Diese Maschinen sind strukturell identisch; im Wesentlichen enthalten sie lediglich die für die jeweilige Funktion erforderlichen Komponenten und verzichten auf die nicht benötigten Komponenten der multifunktionalen Keilriemen-Aufbaumaschine.
In China ist die Qingdao Yilida Company nicht das einzige Unternehmen, das das nationale Wissenschafts- und Technologieprojekt des Neunten Fünfjahresplans übernommen und erfolgreich umgesetzt hat; auch andere Hersteller fertigen Hochtechnologie-Keilriemen-, Mehrrippenriemen- und Synchronriemen-Baumaschinen. Diese Maschinen beruhen auf weitgehend identischen Funktionsprinzipien, und ihre Produkte sind je nach Anforderungsniveau der Nutzer entweder einfach oder hochentwickelt.
2.2 Vulkanisation
Hochmoderne Keilriemen, Synchronriemen und Mehrfachrippenriemen werden auf die gleiche Weise wie ummantelte Keilriemen in Vulkanisationsautoklaven vulkanisiert; alle genannten Riementypen können zudem in vertikalen Gummimantel-Vulkanisationsautoklaven vulkanisiert werden. Je nach Druckverfahren unterscheidet man zwei Arten von Gummimantel-Autoklaven: solche mit Dampfheizung und Dampfdruck sowie solche mit Dampfheizung und Wasserdruck. Derzeit sind sowohl importierte Autoklaven als auch heimische DLT-Autoklaven vom Typ Dampfheizung mit Dampfdruck. Sie nutzen eine PID-Regelung (Proportional-Integral-Derivative), bieten eine hohe Temperaturgenauigkeit, eine hohe Produktionseffizienz sowie eine hohe Produktqualität, erfordern jedoch einen mittel- oder hochdruckfähigen Dampfkessel.
2.3 Schneiden von Hochmodernen Keilriemen
2.3.1 Einzeltrommel-Schneiden
Bei der Einzeltrommel-Schneidung wird eine Einzeltrommel-Schneidmaschine verwendet, zu der auch die oben beschriebene multifunktionale Keilriemen-Baumaschine gehört. Vorab sollte eine Schutzschneidhülse auf einer expandierbaren Trommel geschnitten und rund geschliffen werden. Die Hülse wurde mittels zweier kreisförmiger Scheibenmesser in einzelne, mit Schnittkanten versehene Keilriemen zerteilt. Der Riemenquerschnitt ist homogen, und die Fertigungskapazität ist hoch. Allerdings sind die Kosten für die expandierbare Trommel hoch, und die Herstellung der Schutzhülse ist arbeitsintensiv und zeitaufwändig.
2.3.2 Zweittrommel-Schneidung
Bei der Doppeltrommel-Schneidtechnik wird eine Doppeltrommel-Schneidmaschine eingesetzt, um die vulkanisierte Bandhülse entsprechend vorgegebener Breiten- und Winkelstandards in einzelne Riemen zu schneiden. Diese Technik wurde ursprünglich von Berstorff in Deutschland entwickelt. Eine Reihe chinesischer Fabriken – beispielsweise in Shanghai und Kaifeng – hat solche Maschinen nacheinander aus Deutschland importiert. Inzwischen wurde diese Art von Anlagen auch von heimischen Unternehmen wie Qingdao Yilida, Qingdao Moson und Shaoxing Junma weiterentwickelt. Die Doppeltrommel-Schneidmaschine besteht aus einem Hauptantrieb, einer Schneidtrommel, einer Spanntrommel, einer Schneidvorrichtung und einem Steuerungssystem. Durch die Regelung des Abstands zwischen Spann- und Schneidtrommel können Riemen mit einem inneren Umfang von 680 bis 3000 mm geschnitten werden. Die Doppeltrommel-Schneidmaschine erfordert weder eine Aufweitungstrommel noch eine schützende Schneidhülse, was zu geringeren Investitionskosten für die Ausrüstung führt. Allerdings ist die Schnittgenauigkeit geringer, und die geschnittenen Riemen müssen einzeln auf Länge gemessen und geschliffen werden.
2.4 Mehrrippen-Riemen-Schleifen
Die vulkanisierte Mehrkeilriemenscheibe wird durch eine Mehrkeilriemen-Schleifmaschine in die gerippte Oberfläche gebracht. Die Maschinen können je nach Verarbeitungsverfahren in Einzelriemen-Mehrkeilriemen-Schleifmaschinen und Vollhülsen-Mehrkeilriemen-Schleifmaschinen unterteilt werden.
2.4.1 Einzelriemen-Mehrkeilriemen-Schleifen
Die Einzelriemen-Mehrkeilriemen-Schleifmaschine besteht aus einer Schleifeinheit, einer Antriebsrolle, einer Spannrolle und einem elektrischen Steuersystem. Der Riemenrohling wird auf die erforderliche Breite zugeschnitten, über die Antriebsrolle geschoben und mittels der Spannrolle gespannt; anschließend erfolgt das Schleifen des Riemens durch die Hochgeschwindigkeitsrotation eines speziell profilierten Schleifrades. Mit dieser Maschine können die Rippen von PJ-, PK- und PL-Mehrkeilriemen mit einem Umfang von 600–2500 mm und einer Breite von weniger als 30 mm bei einer Schleif-Liniergeschwindigkeit von 30 m/s bearbeitet werden.
2.4.2 Vollhülsen-Mehrkeilriemen-Schleifen
Das Prinzip der Ganzmantel-Mehrnuten-Riemen-Schleifmaschine ist wie folgt: Die vulkanisierte Riemenhülse zusammen mit ihrer Form wird auf die Hauptwelle der Schleifmaschine montiert und dreht sich gemeinsam mit ihr. Sobald ein Abschnitt geschliffen wurde, wird die Schleifeinheit quer um eine bestimmte Strecke verschoben, um mit dem Schleifen des nächsten Abschnitts fortzufahren, bis die gesamte Riemenhülse bearbeitet ist. Die Mehrnuten-Riemen-Schleifmaschine ist eine Ganzmantelmaschine, die in der Produktion effizienter ist und Produkte mit höherer Maßgenauigkeit liefert als die Einzelriemenmaschine. Sie erfordert jedoch eine höhere Genauigkeit bei Maschinenausrüstung, Werkzeugen und Steuerungssystemen und damit entsprechend größere Investitionen in die Ausrüstung. Diese Maschine kann zudem auch zur Bearbeitung der Rückseite von Synchronriemen eingesetzt werden.
3. Kontrolle
Die umfassende Prüfung von Antriebsriemen umfasst die Aspekte des äußeren Erscheinungsbilds (Querschnittsmaße, Länge), der physikalischen und mechanischen Eigenschaften sowie der dynamischen Leistung (Übertragungsleistung und Ermüdungslebensdauer).
3.1 Längenmessung
Seit der Reform und Öffnung Chinas wurden die chinesischen Normen für Treibriemen sukzessive unter Berücksichtigung internationaler sowie europäischer und amerikanischer Standards überarbeitet und neu erstellt. Die Länge von Treibriemen wird nun nach dem Bezugs- bzw. wirksamen System geregelt, nicht mehr – wie jahrzehntelang in China üblich – nach dem inneren Umfangssystem. Daher sind spezielle Prüfgeräte zur Längenmessung erforderlich. Seit Mitte der 1980er-Jahre wurde am Shanghai Aircraft Design and Research Institute eine Prüfmaschine zur Längenbestimmung von Kfz-Keilriemen entwickelt, um die Erstellung einer Norm für die Abmessungen von Kfz-Keilriemen zu unterstützen. Mit Inkrafttreten der neuen Keilriemennorm in China ist die Keilriemen-Längenprüfmaschine zu einer zwingend erforderlichen Ausrüstung für Hersteller geworden.
Maschinen zur Längenprüfung von Synchronriemen erfordern eine präzisere Leistung und verwenden üblicherweise ein relatives Messverfahren. Die Wuxi-Gummi-Fabrik hatte eine Maschine zur Längenprüfung von Synchronriemen von SCHOLZ aus Deutschland importiert. SEU und QINGDAO MOSON entwickeln ebenfalls derartige Prüfmaschinen.
3.2 Ermüdungslebensdauer
Die Ermüdungslebensdauerprüfung kann in Verfahren ohne Drehmoment und mit Drehmoment unterteilt werden; ersteres wird als Biegeprüfgerät bezeichnet. Ein Prüfgerät ohne Drehmoment wurde entwickelt, um den neuen chinesischen Standard für Keilriemen (GB1174-96) zu erfüllen. Während der Prüfung überträgt der Riemen keine Leistung; seine innere und äußere Seite rutscht relativ zur Scheibe nicht, und die innerhalb des Riemens wirkende Zugspannung ändert sich nicht mit der Rotation der Scheibe. Diese Prüfung simuliert ausschließlich die Biegung des Riemens beim Überlaufen einer Scheibe, zählt die Anzahl der Biegungen und misst die Dehnung. Für diese Prüfung sind typischerweise fünf bis sieben Tage erforderlich; die Abnutzungsrate kann jedoch durch Verringerung des Scheibendurchmessers oder der Anfangsspannung beschleunigt werden. Dieses Verfahren weist eine geringe Korrelation zu den praktischen Betriebsbedingungen von Antriebsriemen auf und eignet sich daher eher für die Qualitätskontrolle.
Die Verfahren mit Drehmoment ermöglichen eine umfassende und relativ genaue Beurteilung der Qualität von Keilriemen innerhalb kurzer Zeit. Ausländische Prüfmaschinen für die Ermüdungslebensdauer von Kraftfahrzeug-Keilriemen werden von den Herstellern in Guiyang, Wuxi und Kaifeng nach China importiert. Die von der ehemaligen Shanghai-Rubberwaren-Fabrik Nr. 2 verwendeten Prüfmaschinen für die Ermüdungslebensdauer von Kraftfahrzeug-Keilriemen waren über einen längeren Zeitraum vom Harbin Institute of Technology konzipiert worden. Ein Hersteller aus Wuxi importiert eine Prüfmaschine für die Ermüdungslebensdauer von Kraftfahrzeug-Mehrfachrippenriemen, die zudem über eine Hochtemperatur-Ermüdungslebensdauer-Prüfleistung verfügt.
Prüfmaschinen für die Ermüdungslebensdauer von Auto-Zahnriemen werden in China weniger eingesetzt. Wang Jiemin entwickelte auf der Grundlage des Patents „Vollfunktionale dynamische Leistungsprüfvorrichtung für Antriebsriemen“ (Patentanmeldungsnummer: 99258441) eine Prüfmaschine für die Ermüdungslebensdauer von Auto-Zahnriemen für die Liaoyang-Jidai-Fabrik, die an den Standard GB/T 18183-2000 (äquivalent zu ISO 10917:1995) „Prüfverfahren für die Ermüdungslebensdauer von Auto-Zahnriemen“ angepasst ist. Sie ermöglicht die Durchführung von Ermüdungslebensdauer-Tests mit Hochtemperatur-Wasserspray.
Da der chinesische Automobilmarkt stetig wächst und die Fahrzeugleistung erheblich verbessert wurde, steigen die Anforderungen an die Leistungsfähigkeit von Auto-Zahnriemen immer weiter. Die Aufgabe, die Entwicklung, Herstellung und Verbreitung von Prüfmaschinen für die Ermüdungslebensdauer von Auto-Zahnriemen in China zu beschleunigen, ist daher von großer Bedeutung.
4. Ausblick
Stand und Aussichten der Fertigungsausrüstung für Antriebsriemen in China (2005)
Obwohl die Herstellung von Keilriemen durch jahrelange Importe, Nachahmung, Assimilation und eigenständige Entwicklung erheblich vorangebracht wurde – was in gewissem Maße den aktuellen Entwicklungsstand der heimischen Keilriemenindustrie widerspiegelt – besteht im Vergleich zu ausländischen Herstellern nach wie vor eine Lücke. Die wesentlichen Aspekte sind:
(1) Das Herstellungsniveau von Keilriemen innerhalb der Branche weist erhebliche Unterschiede auf; die Ausrüstung ist veraltet, und Produkte von geringer Qualität beeinträchtigen nachhaltig die gesunde Entwicklung des Keilriemenmarktes sowie insbesondere die Verbreitung und Anwendung neuer Keilriemen.
(2) Bei Präzision, Automatisierungsgrad, mechatronischer Integration und Einsatz neuer Technologien weist die heimische Fertigungsausrüstung im Vergleich zur Ausrüstung ausländischer Hersteller weiterhin Defizite auf.
(3) Herstellungsausrüstung für bestimmte Arten von Treibriemen wird in der heimischen Industrie nicht produziert: Herstellungsausrüstung und Verfahrenstechnologie für geformte Mehrrippenriemen, bidirektionale Zahnriemen, injizierte reaktionsgebundene Treibriemen, kurzfaserverstärkte Treibriemen sowie schrägverzahnte (bzw. Fischgräten-)Zahnriemen und CVT-Riemen.
(4) Nahezu keine eigenständigen Rechte an geistigem Eigentum in einigen Bereichen. Ausländische führende Hersteller verfügen über eigene Patente auf Technologien und Ausrüstungen. Seit Chinas Beitritt zur WTO und der verstärkten Durchsetzung des Schutzes des geistigen Eigentums sind nachhaltige Entwicklung und internationale Wettbewerbsfähigkeit der chinesischen Treibriemenindustrie erheblich eingeschränkt.
(5) Veraltete Prüf- und Inspektionsmethoden. Große ausländische Hersteller konzentrieren sich auf Forschung und Entwicklung im Hinblick auf Leistung und Qualitätskontrolle; einige haben bereits automatisierte Online-Prüfungen erreicht. Große ausländische Unternehmen verfügen über mehr als hundert verschiedene dynamische Prüfmaschinen für integrierte Mehrwinkelprüfungen, wobei jede Maschine ihre eigene Prüfmethode nutzt. Unter den begrenzten heimischen Herstellern gibt es jedoch nur ein oder zwei Ermüdungslebensdauer-Prüfmaschinen, von denen die meisten bereits ausgefallen sind.
Unter Berücksichtigung aller oben genannten Fakten ist der Autor der Ansicht, dass der zukünftige Entwicklungstrend bei der Herstellung von Keilriemen-Anlagen folgender sein sollte:
(1) Weitere Verbesserung der Genauigkeit, Zuverlässigkeit und Automatisierungsstufe der derzeitigen Herstellungsanlagen unter Einsatz neuer Computertechniken zur Realisierung einer Mensch-Maschine-Interaktion.
(2) Dringende Entwicklung heimischer Herstellungsanlagen, beispielsweise für geformte Mehrrippenriemen, für V-Riemen-Drehvulkanisierpressen sowie für zweiseitig verzahnte Antriebsriemen.
(3) Die Forschung und Entwicklung neuer Techniken und Geräte stärken, z. B. injektionsverfahrensgestützter reaktionsgebundener Antriebsriemen, Antriebsriemen mit Kurzfaserverstärkung, schraubenförmige (Fischgräten-)Zahnriemen, thermoplastische Elastomer-Keilriemen und CVT-Riemen.
(4) Die Prüfgeräte im Inland fertigen, die Zuverlässigkeit der Prüfmaschinen verbessern, insbesondere die Hochtemperatur-Mehrfachrippenriemen-Prüfmaschine, die Hochtemperatur-Wassersprüh-Automobil-Asynchronriemen-Ermüdungslebensdauer-Prüfmaschine sowie die Ermüdungslebensdauer-Prüfmaschine für Motorrad-CVT-Riemen vorantreiben.
(5) Hersteller, deren Voraussetzungen dies zulassen, sollten aktiv eigene Fertigungstechnologien und -anlagen entwickeln.