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Die Erfindung betrifft eine Zahnriemenscheibe mit einem Radkörper und Zähnen, wobei die Umrissform der Lücken zwischen benachbarten Zähnen von einem die Spitzen benachbarter Zähne ver- bindenden Kreisbogen begrenzt ist.
Zahnriemen-Zahnradgetriebe mit Zahnriemenscheiben der eingangs genannten Gattung werden in der FR-PS Nr. 771. 612, der DE-PS Nr. 533398 und der US-PS Nr. l, 050, 382 beschrieben.
Aus der US-PS Nr. 2, 507, 852 ist ein Zahnriemen für Zahnriemen-Zahnradgetriebe bekannt, der aus einem undehnbaren Zugglied, mit diesem verbundenen Zähnen sowie einer die Zähne bedeckenden Schutzschicht besteht. Die Zähne sind aus Elastomeren, beispielsweise Gummi, gefertigt. Der Zahnriemen kann auf seiner Rückseite eine Abdeckschicht besitzen, die aus einem ähnlichen oder auch dem gleichen Material wie die Riemenzähne besteht.
Zur Herstellung derartiger Zahnriemen wurden bereits verschiedene Elastomeren verwendet.
Beispiele für derartige Elastomeren sind Neopren und Polyurethan. Zahnriemen dieser Gattung sind zum Eingriff mit Zahnrädern vorgesehen, die aus einem Werkstoff bestehen, dessen Elastizitätsmodul erheblich grösser als jener der Elastomeren ist, aus denen die Zahnriemen hergestellt werden. Bei den herkömmlichen Zahnriemen, wie sie beispielsweise in der US-PS Nr. 2, 507, 852 beschrieben sind, werden Riemenzähne verwendet, deren Profil eine im wesentlichen trapezförmige Aussenkontur besitzt. Diese Zahnform ist der Form der üblichen Zahnstangenzähne sehr ähnlich. Es wurden schon viele Versuche gemacht, um die Riemenzähne und die Zahnradzähne zu ändern und auf diese Weise die Schwierigkeiten zu verringern, die sich infolge der Zahnriemenfehler, beispielsweise dem Abscheren von Riemenzähnen infolge hoher Spannungskonzentrationen im Zahnriemen, einstellen.
Ausbildungen von Zahnriemen-Zahnradgetrieben sind z. B. aus der GB-PS Nr. 871, 353 und der FR-PS Nr. 1. 535. 143 bekannt. Die FR-PS Nr. 1. 233. 957 beschreibt ein Getriebe, bei dem ein mit im Querschnitt kreisrunden Verdickungen ausgerüstetes Seil mit einem etwa halbkreisförmige Vertiefungen aufweisenden Zahnrad zusammenwirkt.
Daneben sind auch Zahnriemen-Zahnradgetriebe mit im Querschnitt trapezförmigen Riemenoder Zahnradzähnen vorgeschlagen worden (US-PS Nr. 3, 068, 710 und Nr. 3, 156, 128).
Der Bereich der höchsten Spannungen in einem trapezförmigen Riemenzahn liegt im Fussbereich, u. zw. auf der Seite des Riemenzahnes, an der die Kraft übertragen wird. Dieser Bereich hoher Belastungen nimmt nur etwa 20 bis 30% des Gesamtzahnvolumens in Anspruch. Die Folge davon ist eine unwirtschaftliche Ausnutzung des Elastomeren und vor allem auch eine ungleichförmige Lastübertragung von den Riemenzähnen auf das Zugglied über die Fläche zwischen dem Zugglied und den Riemenzähnen.
Nennenswerte Zugkräfte können mit diesem bekannten Getriebe nicht übertragen werden.
Um die Belastbarkeit eines derartigen Zahnriemen-Zahnradgetriebes zu steigern, ohne unter dem damit verbundenen Problem des Abscherens der Riemenzähne zu leiden, ist es notwendig, Spannungs- oder Belastungsspitzen in den Riemenzähnen zu senken und eine gleichförmigere Last- übertragung von den Riemenzähnen auf das Zugglied zu erreichen. Untersuchungen haben ausserdem ergeben, dass sich bei trapezförmigen Riemen- und Zahnriemenscheibenzähnen Störungen ergeben, wenn diese in Eingriff miteinander treten. Dies, weil zwischen den zusammentretenden Zähnen nicht genügend Spiel vorhanden ist und sich daher im Zahnriemen unter Last Verformungen ergeben. Diese Erscheinung hat zur Folge, dass die Zähne vom Zahnriemen und Zahnriemenscheibe beim Ineinandergreifen aneinander gleiten, was einen unerwünscht grossen Verschleiss der Zähne und Hitzeentwicklung verursacht.
Diese Störungen erzeugen darüber hinaus Querschwingungen im Zahnriemen, die Zahnriemengeräusche und Ermüdungserscheinungen, insbesondere Biegungsermüdungen, zur Folge haben.
Aufgabe der Erfindung ist es, diese Schwierigkeiten durch eine entsprechende Gestaltung der Zahnriemenscheibe zu vermeiden. Diese Aufgabe wird bei einer Zahnriemenscheibe der einleitend umschriebenen Gattung dadurch erreicht, dass die Umrissform der Spitzen der Zähne von zwei Kreisbögen begrenzt ist.
Bei der erfindungsgemäss ausgebildeten Zahnriemenscheibe ist der Spannungspegel in den Riemenzähnen vergleichsweise niedrig und es ergeben sich auch keine Bereiche hoher Spannungskonzentrationen. Es wird eine wesentlich gleichförmigere Übertragung der Last von der Zahnriemenscheibe auf den Zahnriemen erreicht. Die Riemenzähne springen auch bei hohen Belastungen nicht aus den Lücken der erfindungsgemässen Zahnriemenscheibe.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Krümmungsmittelpunkte der die Umrissform der Spitzen der Zähne begrenzenden Kreisbögen und die Krümmungsmittelpunkte der die Umrissform der Lücken begrenzenden Kreisbögen auf zum Zahnrad konzentrischen Kreisen mit verschieden grossen Halbmessern liegen.
Gemäss einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemässen Zahnrades zeichnet sich dieses dadurch aus, dass die Krümmungsmittelpunkte der die Umrissform der Spitzen der Zähne begrenzenden Kreisbögen auf einem Kreis liegen, der einen Halbmesser besitzt, der kleiner ist als der Halbmesser des Kreises, auf dem die Krümmungsmittelpunkte der die Umrissform der Lücken begrenzenden Kreisbögen liegen.
Hiebei beträgt der radiale Abstand der Kreise von einem die äussersten Spitzen der Zähne von aussen berührenden Kreises vorzugsweise höchstens 30% der radial gemessenen Höhe der Zähne.
Es ist aber auch möglich, dass die Krümmungsmittelpunkte der die Umrissform der Spitzen der Zähne begrenzenden Kreisbögen und die Krümmungsmittelpunkte der die Umrissform der Lücken begrenzenden Kreisbögen auf einem zur Zahnriemenscheibe konzentrischen Kreis liegen.
Weiters kann im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass die im Übergangspunkt von dem die Umrissform einer Lücke zwischen benachbarten Zähnen begrenzenden Kreisbogen zu dem die Umrissform des angrenzenden Bereiches der Spitzen des Zahnes begrenzenden Kreisbogen angelegte Tangente mit der durch die Mitte der Lücke gehenden Radiallinie einen Winkel von höchstens 30 , vorzugsweise einen Winkel von 90 einschliesst.
Besonders günstig ist es im Rahmen der Erfindung, wenn der Abstand der Krümmungsmittelpunkte der die Umrissform der Spitzen begrenzenden Kreisbögen von einer durch die Mitte des Zahnes gehenden Radiallinie höchstens 30% der Länge der Halbmesser dieser Kreisbögen beträgt.
Schliesslich kann im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass die Krümmungsmittelpunkte der die Umrissform der Spitzen begrenzenden Kreisbögen innerhalb des Zahnes auf der dem zugehörenden Kreisbogen gegenüberliegenden Seite einer durch die Mitte dieses Zahnes gehenden Radiallinie liegen.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des in den Zeichnungen schematisch wiedergegebenen Ausführungsbeispieles. Es zeigen Fig. 1 ein Zahnriemen -Zahnriemenscheibengetriebe und Fig. 2 und 3 Teile des Zahnriemens und des Zahnrades in vergrössertem Massstab.
Ein Zahnriemen --1-- steht mit einer treibenden und einer getriebenen Zahnriemenscheibe - 2 bzw. 3-- im Eingriff. Der Zahnriemen --1-- weist ein Zugglied --4-- auf, das aus mehreren Windungen eines Stranges aus faden-oder faserartigem Material gebildet ist. Das Zugglied --4-- übernimmt nahezu die gesamte Last, die auf den Zahnriemen-l-ausgeübt wird. Dabei ist das Zugglied --4-- bis zu der Last, für die der Zahnriemen-l-ausgelegt ist, nahezu undehnbar.
Eine ausführliche Beschreibung der Grundlage eines Zahnriemen-Zahnradgetriebes ist in der US-PS Nr. 2, 507, 852 enthalten.
Der Zahnriemen --1-- besitzt Riemenzähne --5-- und eine Decklage --6-- auf seiner Rückseite. Das Zugglied --4-- ist in unmittelbarer Nähe der Fussbereich-7 und 8-- der Riemenzähne --5-- in den Zahnriemen --1-- eingebettet. Die gesamte gezahnte Oberfläche des Zahnriemens-list mit einer Schutzschicht --9-- überzogen. Ausserdem ist zwischen der Schutzschicht --9-- und dem Zug glied --4-- eine dünne Lage --10-- aus einem elastomeren Werkstoff angeordnet, deren Aufgabe darin besteht, in den Lücken --15-- bzw. in den Fuss bereichen --7 und 8-- zwischen den Riemenzähnen --5-- die Haftung zu verbessern.
Wie Fig. 2 zeigt, sind die Riemenzähne --5-- so geformt, dass ihre Umrissform von je einem Kreisbogen --11-- begrenzt wird, der den Krümmungsmittelpunkt --12-- und den Halbmesser --13-besitzt. Die Krümmungsmittelpunkte --12-- der Kreisbögen --11--, welche die Umrissform der Riemen- zähne --5-- bestimmen, liegen auf einer Geraden P, die bei gerade verlaufendem Zahnriemen--1in dessen Längsrichtung und parallel zum Zugglied --4-- verläuft. Die Krümmungsmittelpunkte - der die Umrissform der Riemenzähne --5-- begrenzenden Kreisbögen --20-- besitzen einen Abstand voneinander, der mehr als das Doppelte der Länge des Halbmessers --13-- beträgt, so dass die Kreisbögen --11-- einander nicht schneiden.
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Die Flssbereiche --7 und 8-- der Riemenzähne --5--. die im gezeigten Beispiel mit parallel zum Zugglied --4-- verlaufenden Abschnitten --14-- die Umrissform der Lücken --15-- bestimmen, haben eine von Kreisbögen --16, 17-- begrenzte Umrissform. Die Kreisbögen --16, 17-- haben Halbmesser --18 bzw. 19-- und Krümmungsmittelpunkte --20 bzw. 21--, die bei gerade verlaufendem Zahnriemen --1-- auf einer Geraden Q liegen. Die Krümmungsmittelpunkte --20 und 21-- liegen ausserhalb der Riemenzähne --5--.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Gerade P, auf der die Krümmungsmittelpunkte --12-liegen, vom Zugglied --4-- weiter entfernt als die Gerade Q, auf der die Krümmungsmittelpunkte - 20 und 21-- liegen. Es sind aber auch Ausführungsformen denkbar, bei denen die Geraden P und Q zusammenfallen oder solche, bei denen die Gerade Q vom Zugglied --4-- weiter entfernt ist als die Gerade P.
Die Höhe des Teiles der Riemenzähne --5--, deren Umrissform vom Kreisbogen --11-- begrenzt ist, das ist der Teil, der ausserhalb der Kreisbögen --16 und 17-- der Fussbereiche --7 und 8--
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Gesamthöhe der Riemenzähne --5--.
Die Tangenten --32--, die im Übergangspunkt --31-- vom Kreisbogen --11-- auf die Kreis- bögen --16 bzw. 17-- an diese Kreisbögen angelegt sind, schliessen mit der Mittellinie --33-der Riemenzähne --5-- einen Winkel von höchstens 300 ein. Besonders günstig ist ein Winkel zwischen Tangente --32-- und Mittellinie --33-- von etwa 5 .
Zahnriemenscheiben --2 und 3-- besitzen Radkörper --22-- mit Zähnen --23--, die durch Lücken --24-- voneinander getrennt sind.
Die Umrissform der Lücken --24-- wird von Kreisbögen --34-- mit Halbmessern --35-- begrenzt. Die Krümmungsmittelpunkte --28-- liegen auf einem Kreis --p 1 --, der zur Zahnriemen- scheibe --2 bzw. 3-- konzentrisch ist.
Die Umrissform der Spitzen --25-- der Zähne --23-- der Zahnriemenscheiben wird von zwei Kreisbögen --26 und 27-- mit gleich grossen Halbmessern --36, 37-- begrenzt, deren Krümmungs- 1 2 mittelpunkte --29 und 30-- auf einem zum Kreis --p -- konzentrischen Kreis --p -- liegen. Im
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der Zähne --23-- verbindenden Kreis beträgt höchstens 30% der Höhe der Zähne --23--. Die Höhe der Zähne --23-- entspricht dem radialen Abstand der äussersten Spitzen --25'-- der Zähne --23-vom tiefsten Punkt einer benachbarten Lücke --24--.
Es ist auch eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Zahnriemenscheibe möglich, bei der die Krümmungsmittelpunkte --28, 29 und 30-- auf einem Kreis liegen.
Der Abstand der Krümmungsmittelpunkte --29 und 30-- der die Umrissform der Spitzen-25der Zähne --23-- begrenzenden Kreisbögen --26 und 27-- von einer durch die Mitte der Zähne - 23-- gehenden Radiallinie --38-- beträgt höchstens 30% der Länge der Halbmesser--36 und 37--.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel liegt der Krümmungsmittelpunkt --29-- auf der dem Kreisbo- gen --27-- gegenüberliegenden Seite der Radiallinie --38--. Sinngemäss trifft für den Krümmungsmittelpunkt --30-- der Kreisbogen --26-- zu.
In den Übergangspunkten an die die Umrissform der Lücken --24-- begrenzenden Kreisbögen
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vorzugt sind Winkel im Bereich von 9 .
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