AT403951B - Riemenscheibe für ein synchronantriebssystem - Google Patents

Description

ΑΤ 403 951 Β

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Riemenscheibe, die für die Übertragung von Bewegung mit einem flexiblen Zahnriemen aus Polymermaterial bestimmt ist, mit mehreren Zahnlücken, die mit Zähnen abwechseln, wobei jede Zahnlücke zwei Ranken mit jeweils bogenförmigem Profil hat. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Einrichtung zur synchronen Übertragung von Bewegung zwischen einem Zahnriemen aus Polymermaterial und zumindest zwei Riemenscheiben, einer treibenden Scheibe und einer angetriebenen Scheibe, wobei der Riemen Zähne aufweist, die mit Zahnlücken abwechseln, für den Eingriff mit entsprechenden Zahnlücken und entsprechenden Zähnen der Riemenscheiben.

Bekanntlich bestehen bei der Bewegungsübertragung zwischen Zahnriemen und Riemenscheiben zwei Hauptprobleme.

Das erste Problem besteht darin, einen korrekten Eingriff des Riemenzahnes mit der entsprechenden Zahnlücke der Riemenscheibe zu sichern, u.zw. sowohl beim Eintritt des Riemenzahnes in die entsprechende Zahnlücke der Riemenscheibe bzw. nach dem Eintritt, als auch beim Austritt des Riemenzahnes aus der Zahnlücke.

Das zweite Problem besteht darin, das sogenannte Übersprungphänomen des Riemenzahnes, d.h. den Austritt des Zahnes aus der Zahnlücke der Riemenscheibe zu vermeiden, wenn der Riemenzahn zur synchronen Bewegungsübertragung vollständig mit der Riemenscheibe in Eingriff steht.

Das erste Problem ist den Phasen vor und nach dem vollständigen Eingriff zwischen dem Riemenzahn und der Riemenscheibe zuzuordnen; die gesuchte Lösung dieses Problems ist deshalb auf eine Zeitspanne beschränkt, die gegenüber der tatsächlichen Eingriffszeit als temporär bezeichnet werden kann.

In den erwähnten Übergangsphasen sind die zwischen dem Zahnriemen und der Riemenscheibe auftretenden Kräfte praktisch Gleitkräfte, die für die Übertragung der Bewegung nicht ausnützbar sind und deren Natur sowohl für die Lebensdauer des Riemens als auch für eine korrekte Bewegungsübertragung negativ ist.

Tatsächlich bestimmen die Gleitkräfte mit der Zeit die Abnützung des aus einem Elastomermaterial bestehenden Riemens, was zur Folge hat, daß die äußerste Oberfläche des Riemens der Einwirkung von aggressiven Substanzen, wie Staub, Schmutzsubstanzen gemisch mit Öispuren und verschiedenen unerwünschten Verschmutzungen unterworfen wird, wobei diese nicht nur eine Verschlechterung des Zustandes des Riemenkörpers verursachen und verstärken, sondern auch das für den Eingriff gewählte Profil verändern können, wodurch es zu einem Nachlassen der Riemenspannung und zur Entstehung von Geräuschen zwischen dem veränderten Profil des Riemenzahnes und dem unveränderten Profil der Zahnlücke der Riemenscheibe kommt.

Das zu lösende zweite Problem bezieht sich auf die nützliche Phase der Übertragung von Bewegung und nimmt eine beträchtlich längere Zeitspanne als jenes in Anspruch, das sich auf den Beginn und das Ende des Eingriffs des Riemenzahnes mit der Zahnlücke der Riemenscheibe bezieht; tatsächlich ist und bleibt der Riemenzahn mit der Zahnlücke der Riemenscheibe über die gesamte Zeitspanne vollständig im Eingriff, während der sich der Riemen um die Riemenscheibe herum erstreckt. Während des gesamten Eingriffsvorganges könnte das Zahn-Übersprungphänomen aus zwei Gründen auftreten.

Der erste Grund ist mit der Krümmung der Riemenscheiben der Kraftübertragungseinrichtung verbunden, um welche der Riemen geschlungen ist, insbesondere wenn ziemlich große Übertragungsverhältnisse verwendet werden; in diesem Fall kann der die Riemenscheibe umschlingende Riemen, der an seiner Innenseite eine steife Einlage aufweist, jener Krümmung nicht folgen, die ihm von einer Riemenscheibe mit einem kleineren Durchmesser aufgezwungen wird.

Der zweite Grund hängt mit der Anzahl der Zähne zusammen, die bei der einen Riemenscheibe kleiner ist als bei der anderen, um ein vorbestimmtes Übertragungsverhältnis zu erzielen.

Es versteht sich, daß je kleiner die Anzahl der Zähne der Riemenscheibe ist, welche die gesamte Kraft Übertragen und aufnehmen müssen, desto größer ist die Gefahr eines möglichen Zahn-Übersprungphäno-mens.

Das Problem des Zahn-Übersprungphänomens ist in der gegenwärtigen Technik ausgeprägter, weil in immer stärkerem Maße die Tendenz besteht, in einer der beiden Riemenscheiben des Antriebssystems eine sehr kleine Anzahl von Zähnen vorzusehen, wobei gleichzeitig immer größere Kräfte zu übertragen sind.

Es ist deshalb klar, daß die gegenwärtige Technik Lösungen erfordert, bei welchen das Zahn-Übersprungphänomen ein Nachteil ist, der in den praktischen Anwendungen von Synchronantriebssystemen vermieden werden muß.

Es zeigt sich in der Tat, daß die Nachteile, die mit den Übergangsphasen verbunden sind, d.h. jene Phasen, die sich auf den Beginn und das Ende des Eingriffs zwischen den Riemenzähnen und den Zahnlücken der Riemenscheiben beziehen, auch toleriert werden könnten, weil die Abnützung des Riemen- 2

AT 403 951 B zahnes langsam erfolgt und eliminiert werden kann, indem ein abgenützter Riemen während einer der möglichen Wartungsperioden ersetzt wird.

Im Gegensatz zum vorher Gesagten ist das Zahn-Übersprungphänomen ein plötzlicher und unerwarteter Nachteil, der negative und irreparable Konsequenzen für ein Synchronantriebssystem haben kann.

Eine Riemenscheibe der einleitend genannten Art ist aus der EP-0 106 694 A1 bekannt. Die Riemenscheibenzähne sind mit den Riemenzähnen konjugiert und die Flanken der Zähne (oder die dazwischenliegenden Zahnlücken) sind bogenförmig. Da das Profil der Flanken des Riemenscheibenzahnes von seinem radial äußeren Teil zu seinem radial inneren Teil im wesentlichen von zwei Umfangsbögen begrenzt ist, deren Radien konstant sind, erfolgt der Eingriff zwischen dem Riemenzahn und der Riemenscheibe nicht allmählich und glatt. Tatsächlich sind die Zahnlückenflanken dieser Riemenscheibe nicht befähigt, den Riemenzahn während des Eingriffes korrekt zu führen, u.zw. wegen der Umfangsform der Flanke. Die Flanken der Zahnlücke haben Diskontinuitätspunkte, an welchen plötzliche Krümmungsänderungen auftre-ten. Diese Diskontinuitäten vermindern die Glätte und Allmählichkeit des Eingriffes. Überdies müssen die Zahnlücken der Riemenscheibe gemäß der EP-0 106 694 A1 mit den Riemenzähnen konjugiert sein. Dies bedeutet, daß die Riemenscheibe nicht mit jedem Riemen Zusammenarbeiten kann, sondern daß jeder Art von Riemen eine besondere Riemenscheibe zugeordnet sein muß.

Die vorliegende Erfindung zielt deshalb darauf ab, die gegenwärtigen Riemenscheiben und die entsprechenden Kraftübertragungseinrichtungen zwischen Zahnriemen und Riemenscheiben zu verbessern, um zugleich sowohl die mit dem Beginn und Ende der Eingriffsphase des Riemenzahnes in die entsprechenden Zahnlücken der Riemenscheiben verbundenen Probleme zu lösen, als auch insbesondere das Problem, das mit dem Phänomen eines Herausspringens des Zahnes aus der Zahnlücke der Riemenscheibe verbunden ist, wobei insgesamt das Geräuschverhalten des Antriebssystems soweit wie möglich verbessert werden soll, in welches die erfindungsgemäße Riemenscheibe eingeschaltet ist.

Dieses Ziel wird mit einer Riemenscheibe der einleitend genannten Art erreicht, die sich erfindungsgemäß dadurch auszeichnet, daß das Profil jeder Flanke parabelbogenförmig ist und die Zahnlücke einen Boden aufweist, dessen Enden mit den Scheiteln der parabelbogenförmigen Profile zusammenfallen, wobei die Länge dieses Bodens zumindest etwa 65 % der Länge jedes parabelbogenförmigen Profites der Flanken der Zahnlücke beträgt.

Durch diese Ausbildung wird jede Art von Riemenzahn glatt und kontinuierlich geführt, u.zw. sowohl während des Übergangsschrittes beim Eintritt in die erwähnte Zahnlücke als auch beim Austritt aus dieser. Während dieser Übergangsschritte wird außerdem das Elastomermaterial des Riemenzahnes einer allmählichen graduellen Verformung unterworfen, so daß das Profil des Riemenzahnes nicht notwendigerweise mit dem Profil des Riemenscheibenzahnes konjugiert sein muß. Dies bedeutet auch, daß der Eingriff zwischen den Riemenzähnen und den Riemenscheibenzahnlücken geräuschlos ist und daß unabhängig vom Vorhandensein konjugierter Profile verringerte Gleitkräfte auftreten.

Vorzugsweise ist jedes parabelbogenförmige Profil durch die Kurve: Y = KX2 definiert, worin K bei einer Veränderung der Dimensionen der Profile zwischen 0,09 und 25,83 beträgt.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird das genannte Ziel mit einer Bewegungsübertragungseinrichtung der einleitend genannten Art erreicht, die sich erfindungsgemäß dadurch auszeichnet, daß in zumindest einer der Riemenscheiben jede Zahnlücke zwei seitliche Profile mit variablen Krümmungsradien aufweist, die graduell durch zwei parabelförmige Bögen gebildet sind, deren Scheitel auf der den Boden der Zahnlücke bildenden Linie angeordnet sind, wobei die Länge dieses Bodens zumindest etwa 65 % der Länge jedes der parabelbogenförmigen Profile beträgt, und wobei die Kurve jedes parabelförmigen Bogens durch die Formel Y = KX2 bestimmt ist.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem nicht einschränkenden Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail erläutert; es zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt einer Zahnlücke einer Riemenscheibe gemäß der Erfindung; Fig. 1a eine der Flanken der Zahnlücke nach Fig. 1; Fig. 2 einen Schnitt der Zahnlücke der Riemenscheibe gemäß der Erfindung in Form einer Gegenüberstellung mit Riemenscheiben gemäß dem Stand der Technik; Fig. 3 die Verteilung der Kräfte zwischen dem Riemenzahn und der entsprechenden Riemenscheibe sowohl hinsichtlich der Riemenscheibe gemäß der Erfindung als auch hinsichtlich einer Riemenscheibe nach dem Stand der Technik; Fig. 4 in einem Querschnitt die 3

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Verringerung des Profils der Riemenscheibe gemäß der Erfindung im Vergleich zu Riemenscheiben nach dem Stand der Technik mit gleichen geometrischen Abmessungen; Fig. 5 den Abwälzfräser für die Zahnlücken einer Riemenscheibe und die zugehörige Riemenscheibe; Fig. 6 die Zahnlücken von zwei Riemenscheiben mit unterschiedlichem Durchmesser, nämlich größerem und kleinerem Durchmesser gemäß dem Stand der Technik; Fig. 7 ein Antriebssystem mit einem Riemen und einer Riemenscheibe mit kleinem Durchmesser, die eine Zahnlücke nach dem Stand der Technik aufweist; Fig. 8 einen Vergleich zwischen den Zahnlücken der Riemenscheiben kleinen Durchmessers, deren Profile gemäß dem Stand der Technik bzw. gemäß der Erfindung geformt sind; Fig. 9 einen Vergleich zwischen den Zahnlücken der beiden Riemenscheiben mit vorbestimmter Gestalt, wobei die Abwälz-Teilungslinie der Tangente des Abwälzfräsers an den Außenumfang der Riemenscheiben gezeigt ist, und Fig. 10 die Übertragung der Bewegung zwischen dem Riemen und der Riemenscheibe, deren Zahnlücken Profile gemäß der Erfindung aufweisen.

Fig. 1 zeigt einen Teil einer Riemenscheibe 1 aus Metall oder starrem, dem Metall äquivalenten Kunststoff, wobei die Riemenscheibe für eine synchrone Bewegungsübertragung mit einem Zahnriemen aus Polymermaterial verwendet wird, insbesondere aus Elastomermaterial mit Längsbewehrungseinlagen.

Die Riemenscheibe umfaßt mehrere Zahnlücken 2, von denen jede so ausgebildet ist, wie dies Fig. 1 zeigt und die mit Zähnen abwechseln, welche im oberen Teil durch den Außenumfang begrenzt sind.

Die Zahnlücke 2 weist zwei Flanken 5, 6 und einen Boden 7 auf. Insbesondere umfaßt die Zahnlücke 2 zwei Flanken mit einem parabelbogenförmigen Profil und einen Boden, dessen Enden 8, 9 mit den Scheiteln der Parabelbögen koinzidieren, die in einem kartesianischen Achsensystem x, y gezeichnet sind.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist der Boden 7 durch einen gekrümmten Abschnitt definiert, wobei die Krümmung im wesentlichen einem geradlinigen Abschnitt der Länge D entspricht. Alternativ kann der Boden 7 eine Bahn beschreiben, die von jener nach Fig. 1 dadurch abweicht, daß sie eine nach außen gerichtete konvexe Krümmung oder auch eine entgegengesetzte Krümmung hat oder gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel einen geradlinigen Abschnitt, der mit gekrümmten Abschnitten abwechselt, um Vorsprünge, Höcker u.dgl. zu bilden, d.h. Elemente, die falls erwünscht, einen Kontakt mit dem Scheitel des Riemenzahnes herstellen können.

Bei allen erwähnten Lösungen weist der Boden 7 das wesentliche Merkmal auf, daß er eine Bann definiert, deren Länge vergleichbar ist mit der Länge jedes parabelbogenförmigen Profils 5 oder 6.

Im vorliegenden Text hat das Wort "vergleichbar” die Bedeutung, daß der Abstand D zwischen den Enden 8, 9, d.h. zwischen den Scheiteln der beiden Parabelbögen, gleich oder größer als 65 % der Länge jedes Parabelbogens ist, gemessen zwischen den Scheiteln 8, 9 und den radial äußersten Punkten jedes Parabelbogens 10, 11.

Die radial äußersten Punkte 10, 11 sind jene, die durch die Tangente an den Umfang mit dem Radius r bestimmt sind, der den Zahn 3 der Riemenscheibe definiert.

Vorzugsweise wird bei allen erfindungsgemäßen Lösungen das parabelförmige Profil der Flanken 5 bzw. 6 durch die Formel: Y = KX2 bestimmt, worin unter Bezugnahme auf Fig. 1a Y die Achse durch die Mitte der Riemenscheibe und durch den Punkt 8 in Fig. 1 ist; X ist die Achse orthogonal zu Y durch den gleichen Punkt 8.

Der Koeffizient K wird durch folgende Formel bestimmt: κ . *«* (so - a> Λ 4ϊο und Yo = H - r (1 - sen/S), worin unter Bezugnahme auf Fig. 1a: - H = Gesamthöhe (mm) - ß = Winkel, der durch die gemeinsame Tangente t an die Parabel und an den Berührungskreis mit der Achse Y eingeschlossen wird; - r = Radius des Berührungskreises (mm) - Yo = Ordinate bezüglich des Tangentenpunktes zwischen der Parabel und dem Berührungskreis.

Der Wert der vorstehend erwähnten geometrischen Parameter erhält bei der vorliegenden Lösung eine beträchtliche Bedeutung, weil die Form des Zahnlückenprofiles und die mit diesem Profil erzielten Resultate von diesen Werten abhängen. 4

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Spezielle Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden erhalten, wenn sich die vorstehend erwähnten Parameter innerhalb der folgenden Grenzen ändern: - H = 0,7 - 15 (mm) - ß = 8* + 25* - “ = 2,87 + 5

- Yo £ 0,7 H K variiert von 0,09 bis 25,83 für Zahnlücken mit einer Höhe von 0,7 bis 15 mm.

Die geometrischen Merkmale der seitlichen Profile 5, 6 und des Bodens 7 sind besonders geeignet, um Zahnlücken für Riemenscheiben mit einer sehr kleinen Anzahl von Zähnen zu bilden, u.zw. bis zu 10 Zähnen.

Vorzugsweise beträgt auch das Verhältnis zwischen der Breite L und der Tiefe H der Zahnlücke zwischen 1,3 und 3, wobei - die Breite L zwischen den Punkten 12 und 13 parallel zum Boden der Riemenscheibe gemessen wird; die Punkte 12 und 13 werden durch den Schnitt der beiden Tangenten t mit der Umfangslinie 4 bestimmt; - die Tiefe H in radialer Richtung zwischen den Punkten 14, 15 in der Mitte des Bodens 7 und an der äußersten Umfangslinie 4 der Riemenscheibe gemessen wird.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 kann eine Riemenscheibe mit einer Zähnezahn Z = 38 und einem Radius R entsprechen, der bestimmt wird durch: R = P x 38 : 2π, worin P die Teilung zwischen zwei benachbarten Zahnlücken der Riemenscheibe darstellt.

Die Riemenscheibe 1 ist Teil einer Kraftübertragungseinrichtung, die insgesamt zumindest zwei Riemenscheiben, eine Antriebsscheibe und eine angetriebene Scheibe, und einen Zahnriemen mit einem Körper aus Polymermaterial enthält, insbesondere aus Elastomermaterial, der durch Längsbewehrungen verstärkt ist, insbesondere aus Glasfasern ,und der vorstehende Zähne aufweist, die mit einem Stoff bedeckt sind oder nicht.

In diesem Antriebssystem kann eine der beiden Riemenscheiben so ausgebildet sein, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist.

Die zweite Riemenscheibe des Antriebssystems könnte gegenüber der ersten Riemenscheibe unterschiedliche Merkmale haben; beispielsweise könnten die seitlichen Profile einer der beiden Riemenscheiben geradlinige Abschnitte aufweisen, wobei die Zahnlücken im wesentlichen trapezförmige Gestalt haben könnten.

Mit anderen Worten sind die Merkmale der Riemenscheibe nach Fig. 1 so gewählt, daß die Riemenscheibe in einem Antriebssystem verwendet werden kann, das bereits zur Arbeit mit einem vorbestimmten Riemen und mit einem entsprechenden Riemenscheibenprofil ausgebildet ist, das sich von jenem der Erfindung unterscheidet.

Die Riemenscheibe gemäß der vorliegenden Erfindung weist insbesondere das Merkmal auf, daß die Profile durch Abwälzen der Schneiden-Teilungslinie des Abwälzfräsers am Außenumfang der Riemenscheibe gebildet werden, wie dies im Detail nachfolgend erläutert wird.

Der der Riemenscheibe gemäß der Erfindung zugeordnete Riemen könnte mit einem selbstschmierenden Stoff bedeckt sein, der auf den Zähnen und in den Zahnlücken angeordnet ist, wie dies in der DE-PS 20 16 830.3 beschrieben ist. Alternativ könnte der Riemen mit einem Doppelstoff bedeckt sein, wie dies in der DE-PS 23 63 685.3 beschrieben ist.

Das Profil der Riemenzähne, die einen Teil des Antriebssystems bilden, könnte beispielsweise so ausgebildet sein, wie dies in der US-PS 4,371.363 beschrieben ist, der Riemen könnte aber auch Zähne mit trapezförmigem Profil haben, oder gemäß weiteren Lösungen könnte der Riemen Zähne haben, die mit einem zentralen Schlitz versehen sind, wie dies in der IT-Anmeldung 19.872 A/82 beschrieben ist.

Das Profil des Riemenzahnes könnte überdies jenem der entsprechenden Zahnlücke der Riemenscheibe zugeordnet sein oder nicht.

Es hat sich gezeigt, daß die Antriebssysteme für die Bewegungsübertragung mit Zahnriemen mit einer Teilung von 9,525 mm, einer Breite von 15 mm und einer Abwicklung von 800 bis 1.900 mm für die Zwecke der vorliegenden Erfindung besonders geeignet sind.

Diese Riemen sind Riemenscheiben (welche die in Fig. 1 gezeigten Zahnlücken aufweisen) mit einem Übertragungsverhältnis von 1 : 2 zugeordnet. Insbesondere sind die Zahnriemen und Riemenscheiben für die Steuerung von Maschinen geeignet, welche Riemenscheiben mit einem Übertragungsverhältnis von 1 : 2 aufweisen, und insbesondere eine erste Riemenscheibe mit 21 Zähnen und eine zweite Riemenscheibe 5

AT 403 951 B mit 42 Zähnen.

Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel weist das Antriebssystem gemäß der vorliegenden Erfindung einen Zahnriemen mit einem Zahnprofil gemäß der US-PS 4,371.363 und zwei Riemenscheiben mit 16 Zähnen für die Antriebsriemenscheibe und 32 Zähnen für die angetriebene Riemenscheibe auf.

Mit der vorliegenden Erfindung werden alle angestrebten Zwecke erzielt. Das Fehlen oder zumindest die beträchtliche Verminderung der Gefahr, die mit dem Zahn-Übersprungphänomen bei einem Antriebssystem verbunden ist, das eine Riemenscheibe gemäß der Erfindung aufweist, erscheint auf die zeitweilige Anwesenheit eines Zahnlückenkbodens zurückzuführen zu sein, dessen Länge mit jener der Flanken der gleichen Zahnlücke vergleichbar ist, und eine parabelförmige Ausbildung der Flanken, deren Parabelscheitel an den Enden des Zahnlückenbodens liegen.

Insbesondere können Flanken, die gemäß der nachfolgenden Formel gekrümmt sind, große Bedeutung bei der Verminderung der mit dem Zahn-Übersprungphänomen verbundenen Gefahr erlangen: Y = KX2, worin K zwischen 0,09 und 25,83 beträgt.

Die Merkmale der Riemenscheibe gemäß der vorliegenden Erfindung gehen besser aus Fig. 2 im Vergleich zu Riemenscheiben nach dem Stand der Technik mit den gleichen geometrischen Abmessungen der Zahnlücke hervor, d.h. der Tiefe H und der Breite L, trapezförmigen Zahnlücken oder Zahnlücken, die mit zwei kreisbogenförmig geformten Flanken 17,18 mit Mitten Oi und 02 versehen sind, welche bezüglich der Symmetrieachse KK gleichen Abstand haben, und einen Zahnlückenboden 19 mit einem kurzen geradlinigen Abschnitt.

Die erzielten optimalen Resultate sind besser an Hand von Fig. 3 verständlich, in welcher die Kräfte gezeigt sind, die zwischen einem Riemenzahn und der zugeordneten Zahnlücke der Riemenscheibe auftreten, wenn der Riemenzahn sich vollständig innerhalb der Zahnlücke befindet und während des Berührungsbogens zwischen Riemen und Riemenscheibe in dieser verbleibt.

In Fig. 3 sind die Kräfte sowohl in Verbindung mit dem Antriebssystem mit einer Riemenscheibe gemäß der vorliegenden Erfindung als auch in Verbindung mit einem Antriebssystem mit der bekannten, in Fig. 2 gezeigten Riemenscheibe dargestellt.

Der auf die Kräfte gemäß der vorliegenden Erfindung Bezug nehmende Teil ist in Fig. 3 strichliert dargestellt.

Hinsichtlich der Bewegungsübertragung zwischen dem Riemenzahn und der Zahnlücke der Riemenscheibe ist das besondere Profil des Riemenzahnes nicht gezeigt; tatsächlich ist die hier erläuterte Begründung unabhängig von der Tatsache, ob die Profile einander zugeordnet sind oder nicht, weil hinsichtlich der Bewegungsübertragung in der betrachteten Phase, d.h. während des vollständigen Eindringens des Riemenzahnes in die Zahnlücke, infolge der besonderen Ausbildung des Riemenzahnes aus Elastomermaterial eine der Zahnflanken praktisch auf das gesamte Profil der entsprechenden Zahnlückenflanke drückt.

Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist vorausgesetzt, daß der Druck P, der für die Bewegungsübertragung zwischen dem Riemen und der Riemenscheibe maßgebend ist, für den Zahn und die Zahnlücke in dieser Figur in eine Anzahl kleiner Druckkräfte Fp mit gleicher Größe unterteilt werden kann, denen gemäß der in der Figur gezeigten Kräftezusammensetzung vertikale Druckkräfte Fn entsprechen.

Die vertikalen Druckkräfte Fn sind bestrebt, eine Gleitbewegung zwischen dem Zahnprofil und dem Zahnlückenprofil zu bewirken; wie aber in der Zeichnung klar gezeigt ist, sind die Vertikalkomponenten F„ bei einer Riemenscheibe, deren Zahnlücke durch parabelförmige Flanken begrenzt sind, wesentlich kleiner als die vertikalen Druckkräfte Fn bei einer Zahnlücke, deren Flanken kreisbogenförmig geformt sind.

Gemäß dem als Beispiel in Ftg. 3 dargestellten Schema können bei der Riemenscheibe gemäß der Erfindung die vertikalen Druckkräfte Fn Werte von etwa 60 % der vertikalen Druckkräfte bei einer Riemenscheibe gemäß dem Stand der Technik annehmen; dies ergibt sowohl eine langsamere Abnützung des Zahnriemenmaterials und insbesondere eine klare Verbesserung hinsichtlich der Vermeidung des Zahn-Übersprungphänomens zwischen dem Riemenzahn und der Zahnlücke der Riemenscheibe.

Die Vermeidung dieses Phänomens ist ein günstiges Merkmal aller Riemenscheiben mit verschiedenen maximalen Teilkreisdurchmessern gemäß der vorliegenden Erfindung, es ist aber noch wesentlicher, wenn für Riemenscheiben mit großer Krümmung die gleichen Abmessungen für die Parabelbögen und den Abstand zwischen den Scheitein der Parabelbögen verwendet werden, und nur wenige Zähne wirksam sind, weil die Gefahr des Übersprungphänomens erhöht ist. 6

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Dann wird durch die Verwendung ein und derselben Zahnlücke, d.h. einer Zahnlücke mit Abmessungen gleicher Maximalbreite und gleicher Maximaltiefe unabhängig vom Teilkreisdurchmesser der Riemenscheibe bei ein und demselben Antriebssystem auch der weitere Vorteil erreicht, daß bei gleichbieibendem Kontakt zwischen dem Riemenscheibenzahn und dem Zahnriemenzahn bei Riemenscheiben mit einer kleineren Zähnezahl eine breitere Auflagefläche, insbesondere mit kleineren spezifischen Drücken vorhanden ist.

Diese letzteren Merkmale erweisen sich hinsichtlich der Lebensdauer und Haltbarkeit der Riemen als nützlich, weil die kleindurchmeßrigen Riemenscheiben bei ein und demselben Antriebssystem mit einem geringen spezifischen Druck eine geringere Abnützung des den Zahnriemen bildenden Materials bewirken.

Die Tatsache, daß die Scheitel der beiden Parabelbögen in einen beträchtlichen Abstand von der zentralen Symmetrieachse KK (Fig. 1) bewegt worden sind, hat auch Bedeutung für das Zahn-Über-sprungphänomen.

Tatsächlich gestattet die für die vorliegende Riemenscheibe gefundene Lösung den Eingriff mit einem Riemenzahn größerer Dicke im äußersten Teil, gegenüber der Riemenscheibe nach dem Stand der Technik, die in Fig. 2 gezeigt ist und Bögen 17, 18 hat.

Diese Überlegung geht noch deutlicher aus Fig. 4 hervor, in welcher die Schraffur A die Verminderung der metallischen Fläche einer Riemenscheibe mit einem parabelförmigen Profil gegenüber einer Riemenscheibe mit einem kreisbogenförmigen Profil andeutet, bei gleicher Tiefe und maximaler Breite der Zahnlücke im oberen Einlaßteil.

Diese Tatsache gestattet bei vollständig innerhalb der Zahnlücke befindlichem Riemenzahn eine Deformation größeren Ausmaßes des Elastomermaterials im flexibelsten Teil des Riemenzahnes zu erzielen, wodurch ein größerer Widerstand gegen die Druckkraft erzeugt wird, die bestrebt ist, den Zahn zu verschieben und ihn bezüglich des Riemenscheibenzahnes überspringen zu lassen.

All dies ist mit einiger Annäherung beispielsweise analog dem Verhalten eines drucklos gewordenen Reifens gegenüber einem etwas stärker aufgeblasenen Reifen, d.h. einem Reifen, der druckloser ist und gegenüber dem anderen eine breitere Aufstandsfläche hat, wobei beim Bremsen ein kleinerer Schlupf vorhanden ist, weil an der Deformation eine größere Menge an Elastomermaterial beteiligt ist.

In der Praxis ist in der gegenwärtigen Situation der Riemenzahn infolge der sehr intensiven Druckkräfte bestrebt, sich fortschreitend zusammenzudrücken, wobei mehrere Lagen aus Elastomermaterial des Riemenzahnes beeinflußt sind, bevor er aus der Zahnlücke austritt, was zu dem schon erwähnten sogenannten Zahn-Übersprungphänomen führt.

Die erzielten Ergebnisse sind auch überraschend. Die US-3,756.091 A lehrt, die Menge an Elastomermaterial in einem Riemenzahn gegenüber einem trapezförmigen Zahn zu reduzieren. Bei diesem Stand der Technik hat sich die Anmelderin zur entgegengesetzten Lehre bewegt und statt einer Reduzierung und Entfernung des Materials vom elastomeren Teil konventioneller Riemen die Dicke des Riemenscheibenzahnes reduziert, wie dies schematisch in Fig. 4 durch die Schraffur angedeutet ist, d.h. die Anmelderin hat einiges Material von der Riemenscheibe nach dem Stand der Technik entfernt. Die Entfernung einigen Riemenscheibenmaterials bewirkt als weiteres Ergebnis eine Reduzierung der involvierten schweren Massen und in der Folge eine Verminderung der Schwingungen und Geräusche.

Die erzielten Vorteile sind aus Fig. 4 klar erkennbar. Aus dieser Figur geht in der Tat hervor, daß die Massenreduktion zumindest für eine der beiden Riemenscheiben im wesentlichen durch die folgende Formel bestimmt ist: 2 x A x 1 x n, worin 1 = die Dimension senkrecht zur Zeichenebene betreffend die Breite der Riemenscheibe und n = die Anzahl der Zahnlücken ist.

Das Ergebnis der vorstehenden Formel gilt dann für beide Riemenscheiben (eine treibende und eine angetriebene Scheibe) des Antriebssystems, mit einer entsprechenden Verminderung der involvierten schweren Massen, die im allgemeinen durch metallische Riemenscheiben gebildet sind.

Darüber hinaus tragen die wesentlichen Merkmale der vorliegenden Riemenscheibe stark dazu bei, die Übergangsphasen der Trennung der Riemenzähne von den Zahnlücken der Riemenscheiben zu verbessern.

Dieses Ergebnis wird erzielt, indem auf Antriebssysteme zurückgegriffen wird, die zumindest eine Riemenscheibe gemäß der Erfindung und Riemen mit verschiedenen Zahnprofilformen aufweisen, beispielsweise trapezförmige oder kreisbogenförmige Form, oder Zähne mit nach Parabelbogen geformten Flanken, und die im Zahnscheitel mit einer Nut versehen sind oder nicht. 7

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Tatsächlich gestattet bei den erwähnten Antriebssystemen die charakteristische Ausbildung der parabelbogenförmigen Flanken der vorliegenden Riemenscheibe und des Abstandes zwischen den Scheiteln der beiden Parabeln in günstiger Weise einen progressiven und graduellen Eingriff zwischen dem Zahn des Riemens und der entsprechenden Zahnlücke der Riemenscheibe.

Die günstige Eingriffssituation wird durch die besondere Form der Riemenscheibenflanke bestimmt, wobei diese Form durch erste infinitesimale nahezu geradlinige Abschnitte, d.h. Abschnitte, die eine geringe Krümmung haben, und durch nachfolgende Abschnitte gekennzeichnet ist, die eine Krümmung haben, welche bis zum Extrempunkt des Bodens der Zahnlücke immer stärker zunimmt, gemäß einer spezifischen Kurve, die durch den Wert des Parameters K bestimmt ist.

Als Folge davon wird der Riemenzahn wegen der graduellen Zunahme der Krümmung der Zahnlückenflanke geführt und in der Eingriffsphase in einen Kontakt gezwungen, der graduell erfolgt, mit einer erwünschten und vorbestimmten Deformation des elastomeren Teiles des Zahnes.

Mit anderen Worten wird mit Hilfe der Merkmale gemäß der Erfindung während der Eingriffsphase eine Führung erreicht, gleichgültig welches Profil der Riemenzahn hat, wobei dem Riemenzahn Deformationen durch die Form der Zahnlückenflanke der Riemenscheibe aufgezwungen werden, derart, daß eine kontinuierliche Kontrolle der Eingriffsphase erzielt wird, wobei jedoch stets die Deformationen und die damit verbundenen unvermeidbaren Gleitbewegungen sowie die entsprechende Abnützung infolge der erwähnten graduellen Krümmung der Zahnlückenflanke auf sehr reduzierte Größen gebracht werden.

Ein weiterer vorteilhafter Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß eine Zahnlücke mit parabelförmig geformten Flanken, wie sie vorstehend beschrieben worden ist, durch einen Abwälzfräser 20 (Fig. 5) geformt werden kann, dessen Schneidenteilung 21 tangential zum Außenumfang 22 der Riemenscheibe verläuft.

Um diesen besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung klar zu machen, wird auf die schematische Ansicht nach Fig. 5 Bezug genommen, wo der Abwälzfräser 20 gemäß dem Stand der Technik das Profil der Zahnlücke der Riemenscheibe gegenüber dem vorher Gesagten vollkommen verschieden ausbildet, d.h. seine Teilungslinie 23 ist tangential zur Teiikreislinie der Riemenscheibe, die den Durchmesser Φι hat, und rollt auf dieser Teilkreislinie ab.

Wie aus dieser Ansicht hervorgeht, hat die Teilungslinie des Abwälzfräsers einen Abstand "a" von der Linie, welche die Wurzel des Fräserzahnes begrenzt und auch einen Abstand "a" vom Außenumfang der Riemenscheibe mit dem Durchmesser Φι, deren Zahnlücken der Fräser ausbildet.

Wenn die Teilung des Abwälzfräsers mit P bezeichnet wird und die Anzahl der Zahnlücken und Zähne, die in der Riemenscheibe erzeugt werden sollen, mit z, so wird die Situation durch die folgende Formel bestimmt: p = (fl ♦ 2a> z

Unter Bezugnahme auf die bekannte Technik sei bemerkt, daß die Profile der Zahnlücken der Riemenscheibe gemäß dem Abwälzdurchmesser differieren.

Dieser Umstand hat negative Auswirkungen, wenn die Profile der Zahnlücken auf Riemenscheiben mit immer kleiner werdendem Durchmesser erzeugt werden sollen, z.B. auf Riemenscheiben, die mit zehn Zähnen versehen sind, eine Teilung von 3 mm oder 20 mm haben und somit Durchmesser von 9,55 mm und 64 mm.

Dies geht aus der ziemlich scharfkantigen Ausbildung und aus der Änderung der Neigung der Flanken der Zahnlücken im Übergang von einer großen Riemenscheibe 25 auf eine kleine Riemenscheibe 26 hervor, wie dies schematisch in Fig. 6 gezeigt ist.

Es ist klar, daß bei Riemenscheiben mit einem kleinen Durchmesser das Vorhandensein von ausgeprägten Kanten in der Kontaktzone 27 und die Neigung der Ranken zu einem Abstand von den Flanken des Riemenzahnes führt, wodurch sowohl eine übermäßige Konzentration von Kräften an der Wurzel des Riemenzahnes erzeugt wird, wie dies in Fig. 7 durch die Pfeile Fi angedeutet ist,als auch eine Verkleinerung der Kontaktzone zwischen dem Riemen und der Riemenscheibe.

Diese beiden Effekte sind die Hauptursachen für die kurze Lebensdauer und den geringen Widerstand gegenüber dem Zahn-Übersprungphänomen bei einem Antriebssystem mit kleindurchmeßrigen Riemenscheiben.

Tatsächlich bewirkt die Kante eine rasche Abnützung der Riemenoberfläche während des Eingreifens und auch während der Riemen in Eingriff steht, wobei die Kraft an der Wurzel des Zahnes zu konzentriert ist und die bekannten Ermüdungsrisse erzeugt. 8

Claims (12)

1. AT 403 951 B Es geht aus Fig. 7 überdies hervor, daß es infolge der geringen Kontaktfläche zwischen dem Riemen und der Riemenscheibe möglich ist, daß das erwähnte Zahn-Übersprungphänomen auftritt. Im Gegensatz zum Stand der Technik hat die Anmelderin gefunden, daß es möglich ist, die vorstehend erwähnten Nachteile zu vermeiden, indem für die Zahnlücken der Riemenscheibe Profile verwendet s werden, die durch Abwälzen der Abwälzfräser-Schneidenteilungslinie 21 ohne Gleiten am Außenumfang 22 der Riemenscheibe erzeugt wird (Fig. 5), d.h. es wird der Abstand "a" vermieden. Eine mögliche Erklärung für die mit Hilfe der erzeugten Profile erzielten Vorteile beruht auf der Tatsache, daß es durch Anordnung der abwälzenden Teilungslinie des Abwälzfräsers tangential zum Außenumfang der Riemenscheibe möglich ist, alle Punkte der Profile während des Abwälzens zu erzeugen, io wobei eine Annäherung dieser Punkte an die Momentan-Drehmitten erreicht wird. Mit anderen Worten haben gemäß der vorliegenden Lösung die Punkte der Profile der Zahnlücken kleinere Radien gegenüber jenen der bekannten Lösungen, wodurch eine graduellere und akzentuiertem Krümmung der gekrümmten Abschnitte der Zahnlücken erreicht wird, derart, daß die Kanten 27 der in Fig. 6 gezeigten Zahnlücken vermieden oder auch betont werden. is‘ Es kann folglich gesagt werden, daß die Riemenscheiben gemäß der Erfindung nicht nur Zahnlücken mit parabelbogenförmigen Profilen aufweisen, die für die Übergangsphasen des Eingriffes und Außereingriffes mit den irgendein Profil aufweisenden Zähnen des Riemens geeignet ist, sondern auch daß diese mit einem Abstand "a" von im wesentlichen Null geformten Profilen auch für kleindurchmeßrige Riemenscheiben insbesondere in den Kontaktzonen geeignet sind. 20 Diese Situation ist weiter in Fig. 8 schematisch dargestellt, wobei zum besseren Verständnis zwei kleindurchmeßrige Riemenscheiben 28, 29 gezeigt sind, wobei die erste Riemenscheibe Zahnlücken aufweist, die mit einem Abstand "a" gleich Null gebildet sind und die zweite Riemenscheibe Zahnlücken aufweist, die mit einem Abstand "a" größer als Null erzeugt worden sind. Fig. 9 hebt überdies die Abwesenheit von Kanten in der oberen Kontaktzone einer Zahnlücke beim Ausführungsbeispiel eines 25 Profiles mit parabelbogenförmigen Flanken hervor, wenn der Abstand "a" Null ist und von einer großdurch-meßrigen Riemenscheibe 30 auf eine kleindurchmeßrige Riemenscheibe 31 Übergegangen wird. Die mit Hilfe der Erfindung erzielte optimale Situation, insbesondere hinsichtlich der breiten Kontaktzone zwischen dem Riemen und der Riemenscheibe, wird ferner durch das Bezugszeiehen 32 in Fig. 10 schematisch angedeutet. 30 Obzwar einige bevorzugte Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben und dargestellt sind, versteht sich, daß die vorliegende Erfindung auch alle anderen, dem Fachmann auf dem betreffenden Gebiet zugängliche alternativen Ausführungsformen umfaßt. Patentansprüche 35 1. Riemenscheibe, die für die Übertragung von Bewegung mit einem flexiblen Zahnriemen aus Polymermaterial bestimmt ist, mit mehreren Zahnlücken, die mit Zähnen abwechseln, wobei jede Zahnlücke zwei Flanken mit jeweils bogenförmigem Profil hat, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil jeder Flanke parabelbogenförmig ist und die Zahnlücke einen Boden aufweist, dessen Enden mit den 40 Scheiteln der parabelbogenförmigen Profile zusammenfallen, wobei die Länge dieses Bodens zumindest etwa 65 % der Länge jedes parabelbogenförmigen Profiles der Flanken der Zahnlücke beträgt.
2. 2. Riemenscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der parabelbogenförmigen Profile durch die Kurve 45 Y = KX2 definiert ist, worin K bei einer Veränderung der Abmessungen der Profile zwischen 0,09 und 25,83 beträgt. 50
3. 3. Riemenscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden der Zahnlücke im wesentlichen eben ist.
4. 4. Riemenscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil der Zahnlücke dadurch 55 bestimmt ist, daß die Abwälzteilungslinie des Abwälzfräsers tangential zum Außenumfang der Riemenscheibe verläuft. 9 AT 403 951 B
5. 5. Riemenscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß das Verhältnis zwischen der Länge des Bodens und der Länge jedes parabelbogenförmigen Profiies der Zahnlücke gleich oder höchstens größer als 0,65 ist.
6. 6. Riemenscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Tangenten an die beiden radial äußersten Punkte der parabelbogenförmigen Profile mit den Radien der Riemenscheibe durch die beiden Berührungspunkte der Parabeln mit dem Boden der Zahnlücke eine Kante zwischen 8* und 25* bilden.
7. 7. Riemenscheibe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß das Verhältnis zwischen Breite und Tiefe der Zahnlücke zwischen 1,3 und 3 beträgt.
8. 8. Einrichtung zur synchronen Übertragung von Bewegung zwischen einem Zahnriemen aus Polymermaterial und zumindest zwei Riemenscheiben, einer treibenden Scheibe und einer angetriebenen Scheibe, wobei der Riemen Zähne aufweist, die mit Zahnlücken abwechseln, für den Eingriff mit entsprechenden Zahnlücken und entsprechenden Zähnen der Riemenscheiben, dadurch gekennzeichnet ist, daß in zumindest einer der Riemenscheiben jede Zahnlücke zwei seitliche Profile mit variablen Krümmungsradien aufweisen, die graduell durch zwei parabelförmige Bögen gebildet sind, deren Scheitel auf der den Boden der Zahnlücke bildenden Linie angeordnet sind, wobei die Länge dieses Bodens zumindest etwa 65 % der Länge jedes der parabelbogenförmigen Profile beträgt, und wobei die Kurve jedes parabelförmigen Bogens durch die Formel Y = KX2 bestimmt ist.
9. 9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnlücken jeder Riemenscheibe durch parabelbogenförmige Profile und durch den Boden begrenzt sind, dessen Enden die Scheitel der beiden Parabelbögen bilden.
10. 10. Einrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnlücken der beiden Riemenscheiben des Antriebssystems gleiche Form und Abmessung haben.
11. 11. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet daß die Tiefe der Zahnlücke der Riemenscheibe größer ist als die Höhe des entsprechenden Riemenzahnes.
12. 12. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Profile der Zahnlücken der beiden Riemenscheiben durch einen Abwälzfräser erzeugt werden, dessen Schneiden-Teilungslinie ohne Gleiten am Außenumfang der Reimenscheiben abwälzt. Hiezu 4 Blatt Zeichnungen 10