<Desc/Clms Page number 1>
Gegenstand dieser Erfindung ist eine Kombination aus einer Zahnriemenscheibe und einem Zahnriemen, dessen Riemenzähne fortlaufend in Zwischenräume eingreifen, die zwischen jeweils benachbarten Zähnen der Zahnriemenscheibe angeordnet sind und jeweils Boden aufweisen, wobei jede der beiden Zahnflanken jedes Zahnes des Zahnriemens einen formveränderlichen Endteil, welcher von einem benachbarten Fussteil entfernt liegt, aufweist, die beiden Zahnflanken durch eine Zahnkopfflache voneinander getrennt sind, die eine radiale Länge beschreibt, und die formveränderlichen Endteile jedes Zahns des Zahnriemens durch die jeweils angrenzenden Zahne der Zahnriemenscheibe radial gegeneinander nach aussen und nach innen pressbar sind
Die Kombination aus einer Zahnnemenscheibe und einem Zahnriemen,
dessen Zähne fortlaufend in die Zwischenräume zwischen jeweils benachbarten Zähnen der Scheibe greifen, wobei der Längsschnitt jedes Zahns des Riemens zwei mit Zwischenraumen angeordnete Seitenflächen definiert, deren jeweilige form veränderliche Endteile von den benachbarten Fuss- teilen entfernt sind, ist bereits bekannt Siehe z B US-PS 3 756 091 und US-PS 3 404 576.
Femer ist ein System mit nichtkonjugiertem Eingriff der Zähne des Zahnriemens in die Zähne der Riemenscheibe zur Verringerung der Reibungsbeanspruchung bekannt Siehe z B US-PS 2 987 932, US-PS 3 968 701 und US-PS 4 148 225
Die DE-OS 2 655 610 lehrt den vollen Kontakt der Zahnköpfe der Zähne der Zahnriemen- scheibe mit den Fussabschnitten der Zähne des Zahnnemens und dem Boden zwischen den Zähnen, was sich als eine Verschlimmerung der Abnützung des Riemens herausgestellt hat
Die US-PS 3 968 701 zeigt eine Zahnnemenscheibe mit evolventen Nutenflanken, die gemäss einem Ausfuhrungsbeispiel mit einem ebenen oder trapezoiden Zahn und gemäss einem anderen Ausfuhrungsbeispiel mit einer evolventen Riemenflanke in Eingriff steht.
Eine Abhandlung über Verbiegung in der Druckschrift betnfft die Verformung der Ansätze der Zähne, die die Ursache von Ansatzbrüchen, bewirkt durch erhohte Spannung, ist Die evolventen Kurven sollen die Breite der freien Endbereiche des Zahnes verringern. Die freien Endabschnitte sind schmäler als die Breite des Bodens der Zahnnemenscheibenzahne.
Die DE-OS 3 146 975 führt von der vorliegenden Anmeldung weg, da der Zahn weder radial nach aussen noch nach innen gedrückt werden kann Der Zahn hat keine freien, einander gegenüberliegende Endabschnitte, da die Spitze zylindrisch ist und kein Eingreifen mit den Flanken oder den Zähnen der Zahnnemenscheibe entstehen kann.
Schliesslich lehrt die DE-OS 1 124 318, dass sich der Riemen entsprechend der aufgebrachten Kraft in Richtung der Kraft verformt und nicht nach aussen und nach innen, wie es in der vorliegenden Erfindung gelehrt wird Hier legt sich der Zahn gegen die Flanke der den Riemenzahn aufnehmenden Lücke des Zahnrades und wird bei höherer Zugkraft entgegen der Richtung der Zugkraft elastisch nach hinten gebogen und elastisch verformt, so dass er mit der Zahnflanke oder mit einem mehr oder weniger grossen Flächenabschnitt der Zahnflanke des Zahnrades in Flächenberührung kommt Diese Verformung bewirkt, dass der Zahn einem extremen Zug am Ansatzabschnitt ausgesetzt wird, der ein Abziehen des Zahnes von Riemen bewirkt.
Die vorliegende Erfindung beschränkt diese Zugkräfte, indem zuerst Teile des Zahnes nach aussen und nach innen gepresst werden, so dass ein grosser Teil der Kraft auf den Kraft tragenden Abschnitt verschoben wird
Ein Hauptkennzeichen dieser Erfindung ist die Kombination aus einer Zahnnemenscheibe und einem Zahnriemen, bei der die hohe Scherbeanspruchung an den Fussteilen der Zahne des Zahnriemens vermindert und die Schlupfgefahr an den Bodenflachen verringert wird.
Erfindungsgemass wird bei der eingangs erwähnten Kombination vorgeschlagen, dass die Zahnkopffläche flach oder konvex und vom Boden der Zwischenräume der Zahnriemenscheibe beabstandet ist, wenn der Zahn des Zahnriemens vollständig in dem Zwischenraum der Zahnriemenscheibe aufgenommen ist und die jeweils angrenzenden Zähne der Zahnriemen- scheibe die Bodenflachen auf beiden Seiten des Zahns des Zahnnemens gerade beruhren, während zu den jeweiligen Fussteilen des Zahns des Zahnriemens ein Abstand verbleibt.
Die Verbesserung der Erfindung bestellt dann, dass die Zähne der erwähnten Riemenscheibe und des erwahnten Riemens so konstruiert und angeordnet sind, dass die beiden erwähnten form veränderlichen Endstücke jedes Zahns des Zahnriemens durch die entsprechenden benachbarten Zähne der Riemenscheibe radial nach innen und aussen gegeneinander gepresst werden, wenn der Zahn des Zahnriemens vollständig in den erwähnten Zwischenraum zwischen
<Desc/Clms Page number 2>
diesen entsprechenden benachbarten Zähnen der Riemenscheibe eingreift, wobei diese entsprechenden benachbarten Zahne der Riemenscheibe die Bodenflächen des Riemens auf beiden Seiten des Zahns des Zahnriemens gerade berühren, während zu den jeweiligen Fussteilen des Zahns des Zahnriemens ein Zwischenraum bleibt.
Dementsprechend ist ein Ziel dieser Erfindung eine verbesserte Kombination aus einer Zahnriemenscheibe und einem Zahnriemen, dessen Zähne fortlaufend in die Zwischenräume zwischen benachbarten Zahnen der Riemenscheibe greifen, wobei diese Kombination eine oder mehrere der Neuerungen dieser Erfindung aufweist, die weiter oben erwähnt sind bzw im folgenden gezeigt oder beschrieben werden.
Ein weiteres Ziel dieser Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung der Kombination aus einer Zahnriemenscheibe und einem Zahnriemen, dessen Zähne fortlaufend in die Zwischenräume zwischen benachbarten Zähnen der Riemenscheibe grei- fen, wobei das Verfahren gemäss dieser Erfindung eine oder mehrere der Neuerungen dieser Erfindung aufweist, die weiter oben erwähnt sind bzw im folgenden gezeigt oder beschrieben werden
Die Merkmale dieser Erfindung und ihre technischen Vorteile sind aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Realisierungsmöglichkeiten sowie den Anspruchen und den beigelegten Zeichnungen ersichtlich.
Fig 1 ist eine schematische Ansicht der in dieser Erfindung beschriebenen Kombination aus einer Zahnriemenscheibe und einem Zahnriemen, Fig 2 ist eine vergrösserte perspektivische Teilansicht des Riemens der in Fig 1 gezeigten Kombination, Fig. 3 ist eine vergrösserte Quer- schnittsteilansicht entlang der Linie 3-3 in Fig. 2, Fig. 4 ist eine schematische Querschnitts- teilansicht eines der Zahne des in dieser Erfindung beschriebenen Riemens zu Beginn des Eingreifens in den Zwischenraum zwischen zwei Zähnen der Riemenscheibe der in Fig 1 gezeig- ten Kombination; Fig. 5 zeigt dieselbe Ansicht wie in Fig 4 und stellt eine fortgeschnttene Bewegung zwischen dem Zahn des Zahnriemens in Fig. 4 und der Riemenscheibe in Fig 4 dar;
Fig. 6 zeigt dieselbe Ansicht wie in Fig 4 und stellt die theoretische Vorspannung des Zahns des
Riemens in Fig. 4 dar, wenn dieser Zahn des Zahnriemens vollständig in den durch die beiden Zähne der Riemenscheibe definierten Zwischenraum eingreift, wobei die beiden Zahne der Riemenscheibe die Bodenflächen auf gegenüberliegenden Seiten des Zahns des Zahnriemens berühren, während zu den Fussteilen des Zahns ein Zwischenraum bleibt, Fig. 7 zeigt dieselbe Ansicht wie in Fig. 4 und stellt eine weitere Realisierungsmöglichkeit für diese Erfindung dar, und
Fig 8 zeigt die Ausführung von Fig.
7 in einer Ansicht wie bei Fig 6
Die folgende Darstellung und Beschreibung der verschiedenen Merkmale dieser Erfindung bezieht sich auf ein gleichlaufendes Antriebssystem, bei dem der Längsschnitt der Zähne des
Riemens im wesentlichen trapezformig und der Längsschnitt der Zähne der Riemenscheibe im wesentlichen krummlinig ist, jedoch können die verschiedenen Merkmale dieser Erfindung selbstverständlich einzeln oder in beliebiger Kombination auch bei einem gleichlaufenden Antriebssystem angewendet werden, bei dem die Längsschnitte der Zähne des Riemens und/oder der Zähne der Riemenscheibe anders gestaltet sind, wobei die Verbesserungen dieser Erfindung dennoch zum Tragen kommen
Aus diesem Grund soll diese Erfindung nicht auf die in den Zeichnungen dargestellten
Realisierungsmoglichkeiten beschränkt sein,
die Zeichnungen dienen lediglich zur Illustration einer der zahlreichen Verwendungsmöglichkeiten dieser Erfindung
Mit Bezug auf Fig 1 wird das verbesserte gleichlaufende Antriebssystem oder die Kombination aus einer Zahnriemenscheibe und einem Zahnriemen, dessen Zähne fortlaufend in Zwischenräumen zwischen jeweils benachbarten Zahnen der Riemenscheibe greifen, mit der
Referenznummer 20 bezeichnet. Dieses Antriebssystem oder diese Kombination 20 besteht aus zwei Zahnriemenscheiben 21 und 22 und einem endlosen Zahnriemen 23, der mit den
Riemenscheiben in Eingriff steht, so dass, abgesehen von den im folgenden beschriebenen
Neuerungen dieser Erfindung, auf im wesentlichen technisch konventionelle Weise ein Antrieb zwischen den Riemenscheiben 21 und 22 übertragen wird.
Ein solcher Mechanismus ist allgemein in den oben genannten sieben US-Patenten 3 756 091; 3 404 576,2 987 932,3 026 737, 3 968 701 ; 007 644 und 4 148 225 beschrieben ; durchdiesen Verweis sind alle diese Patente in die vorliegenden Erfindung aufgenommen.
Die Riemenscheiben 21 und 22 können aus jedem geeigneten Werkstoff, z.B. einem
<Desc/Clms Page number 3>
metallischen Werkstoff, hergestellt werden und sich dadurch unterscheiden, dass der effektive Durchmesser unterschiedlich gross ist, woraus sich auch eine unerschiedliche Anzahl der darauf befindlichen Zähne ergibt ;
der allgemeine Aufbau der Zahne ist dagegen im wesentlichen gleich
Es ist jedoch zu beachten, dass der Aufbau der Zähne der Riemenscheiben 21 und 22 auch anders gestaltet sein kann, solange wenigstens bei einer der Riemenscheiben 21 und 22 die darauf befindlichen Zahne zusammen mit dem nachfolgend beschriebene Zahnriemen 23 die Neuerungen dieser Erfindung erbringen
Dementsprechend wird nun auf die Fig 4,5 und 6 verwiesen, aus denen ersichtlich wird, dass der äussere Rand der Riemenscheibe 21 (und/oder der Riemenscheibe 22) eine Vielzahl von im wesentlichen krummlinigen Zähnen 24 aufweist, wobei durch jeweils zwei benachbarte Zähne 24 ein Zwischenraum 25 definiert wird Durch den Längsschnitt der Zähne 24 der Riemenscheibe werden krummlinige Seitenflächen 26 definiert, die wiederum den Zwischenraum 25 definieren.
Die Seitenflächen 26 von benachbarten Zähnen 24 der Riemenscheibe treffen wie in Fig. 4 dargestellt, an der Grundfläche 17 des Zwischenraumes 25 zusammen und gehen in andere Seitenflachen 26 über, so dass sie die ebenfalls im wesentlichen krummlinigen äusseren Enden 28 der Zahne 24 der Riemenscheibe definieren
Wie bereits erwähnt, kann der Längsschnitt der Zahne 24 der Riemenscheibe jede geeignete Form aufweisen, mit der die nachfolgend beschriebenen verbesserten Ergebnisse dieser Erfindung erzielt werden können Bei der in den Fig 4 bis 6 dargeseftten Ausführung entspricht jedoch die Form der Zahne 24 der Riemenscheibe und damit auch die Form der Riemenscheibe 21 im wesentlichen der in Fig 3 des oben erwähnten US-Patentes 3 756 091 gezeigten Riemenscheibe, so dass weitere Einzelheiten der Riemenscheibe 21 hier nicht beschrieben werden müssen.
Der Zahnriemen 23 dieser Erfindung ist in den Fig 2 und 3 am besten dargestellt und besteht aus einer konventionellen Zugvorrichtung 30, an deren Innenseite 32 sich eine Vielzahl von Zahnen 31 befindet, und einer Trägerschicht 33 uber der Aussenseite 34 der Zugvorrichtung Die Zähne 31 und die Trägerschicht 33 werden im allgemeinen aus (einem) geeigneten faserverstärkten oder nichtfaserverstärkten polymeren Werkstoff(en) hergstellt und so zweckmässig geformt, wie dies z B im US-Patent 3 078 206, im US-Patent 4 343 666 beschrieben ist
Daraus ist ersichtlich, dass das besondere Verfahren zur Herstellung des Zahnriemens 23 nicht auf diese Erfindung beschränkt sein soll, da es bei dieser Erfindung vor allem darum geht, die Zahne 31 des Riemens und die Zähne 24 der Riemenscheibe so zu gestalten, dass sie in einzigartiger Weise zusammenwirken,
wie dies im folgenden beschrieben wird.
Ggf. können die Aussenflachen der Zähne 31 sowie die Bodenflächen 36 des Riemens 23, die sich zwischen benachbarten Zähnen 31 befinden, auf herkömmliche Weise mit einer Gewebeauflage versehen werden
Durch den im wesentlichen trapezförmigen Längsschnitt jedes Zahns 31 des Zahnriemens werden gegenüberliegende Seitenflächen 37 definiert, die jeweils mit einer im wesentlichen ebenen Abschlussfläche 38 und einem im wesentlichen krummlinigen Fussteil 39 zusammentreffen.
Jede Seitenfläche 37 hat einen im wesentlichen ebenen oder geraden Abschnitt 40 und einen gekrümmten Abschnitt 41, wobei der gekrümmte Abschnitt 41 durch einen Radius 42 mit Ausgangspunkt 43 zwischen den gegenüberliegenden Seitenflächen 37 des betreffenden Zahns 31 definiert ist Jedes gekrümmte Fussteil 39 jedes Zahns 31 des Zahnriemens ist durch einen Radius 44 mit Ausgangspunkt 45 ausserhalb der betreffenden Seitenflächen 37 definiert Bei jedem Zahn 31 des Riemens trifft der ebene Abschnitt 40 jeder Seitenfläche 37 mit dem entsprechenden gekrümmten Fussteil 39 und dem gekrümmten Abschnitt 41 zusammen, während der gekrümmte Abschnitt 41 mit der ebenen Abschlussfläche 38 zusammentrifft Der ebene Abschnitt 40 jeder Seitenfläche 37 steht im Winkel 46 zu einer Linie 47,
die im wesentlichen parallel zur transversalen Mittellinie 48 des betreffenden Zahns 31 des Zahnriemens verläuft
Bei jedem Zahn 31 des Zahnriemens ist durch den gekrümmten Abschnitt 41 jeder Seitenfläche 37 zumindest ein Teil eines formveränderlichen Endteils oder Eckstücks 49 dieses Zahns 31 des Zahnriemens definiert, das vom entsprechenden Fussteil 39 dieses Zahns 31 des Zahnriemens entfernt ist
Die Grosse des Zahns 31 des Riemens im Verhältnis zu den Zwischenräumen 25 der Riemenscheibe 21 (und/oder Riemenscheibe 22) ist so gewählt, dass wie in Fig.
4 gezeigt zu Beginn des Eingreifens eines bestimmen Zahns 31 des Zahnriemens 23 in den Zwischenraum 25
<Desc/Clms Page number 4>
zwischen zwei benachbarten Zähnen 24 der Riemenscheibe, wobei sich Riemenscheibe 21 und Riemen 23 in Fig 4 entgegen dem Uhrzeigersinn bewegen, die linke Bodenfläche 36 des Riemens 23 das äussere Ende 28 des linken Zahns 24 der Riemenscheibe berührt, während die Eckstücke 49 des Zahns 31 des Riemens zunächst jeweils die gegenüberliegenden Seitenflächen 26 der benachbarten Zähne 24 der Riemenscheibe berühren
Zu diesem Zeitpunkt ist zu erkennen, dass zwischen dem linken Fussteil 39 dieses Zahns 31 des Zahnriemens und der danebenliegenden Fläche oder Seitenfläche 26 des linken Zahns 24 der Riemenscheibe ein relativ grosser Spalt oder Bereich 50 bleibt, so dass das Fussteil 39 keiner Beanspruchung ausgesetzt ist.
Bei weiterer Drehung der Riemenscheibe 21 und des Riemens 23 entgegen dem Uhrzeigersinn von der in Fig. 4 gezeigten Position zu der in Fig 5 gezeigten Position wird das linke Eckstück 49 des Zahns 31 zusammengepresst, wie dies durch die strichpunktierte Linie 51 in Fig 5 dargestellt ist, bevor das linke Fussteil 39 die Seitenfläche 26 des linken Zahns 24 berührt, wobei die Linie 51 den normalen Umriss des Zahns 31 des Zahnriemens angibt Auf diese Weise wird das linke Eckstück 49 des Zahns 31 des Riemens nach rechts radial nach innen und aussen gepresst, und zwar um den Betrag, der durch die Fläche 52 in Fig 5 verdeutlicht wird, wobei diese Fläche durch die Linie 51 und das Seitenteil 26 des linken Zahns 24 begrenzt wird.
Durch das Zusammenpressen wird in diesem Zahn 31 des Zahnriemens an einer vom linken Fussteil 39 entfernt liegenden Stelle eine beträchtliche Kraft abgefangen, bevor irgendeine Kraft auf das linke Fussteil 39 des Riemens 23 einwirkt.
Man geht davon aus, dass durch diesen Verformungsbereich 52 im Zahn 31 des Riemens, der von dem jeweiligen Fussteil entfernt liegt, die Haltbarkeit des Riemens 23 verbessert wird, indem möglichst viel Druck oder Spannung von den Fussteilen 39 der Zähne 31 abgelenkt wird, wenn die Riemenscheibe 21 angetrieben wird bzw wenn diese antreibt
Aussehen und Anordnung der Zähne 31 des Riemens und der Zähne 24 der Riemenscheibe sind dergestalt, dass bei einer wie in Fig.
6 dargestellten theoretisch vollständigen gleichmässigen Aufnahme des betreffenden Zahns 31 des Zahnriemens in den Zwischenraum 25 zwischen den benachbarten Zähnen 24 der Riemenscheibe die Eckstücke 49 des Zahns 31 des Riemens radial nach innen und aussen gegeneinander gepresst werden, und zwar um den Betrag der Flächen 53 in Fig 6, die von den Seitenflächen 26 der benachbarten Zähne 24 der Riemenscheibe und dem durch die strichpunktierten Linien 54 in Fig.
6 dargestellten normalen Umriss des Zahns 31 begrenzt sind, dann berühren lediglich die Endteile 28 der Zähne 24 der Scheibe die angrenzenden Bodenflachen 36 des Riemens 23 auf jeder Seite des Zahns 31 des Riemens, während zwischen den Seitenflächen 26 der benachbarten Zähne 24 der Scheibe und dem angrenzenden Fussteil 39 des Zahns 31 des Riemens wie in Fig 6 gezeigt, jeweils ein grosser Spalt 50' bleibt, wobei zu diesem Zeitpunkt theoretisch keine Kraft und kein Druck auf die Fussteile 39 oder die Bodenflächen 36 einwirkt
So wird deutlich, dass jeder Zahn 31 des Riemens 23 dieser Erfindung mit dem Zwischenraum 25 zwischen benachbarten Zähnen 24 der Riemenscheibe, in den er eingreift, zusammenwirkt, wobei seine beiden Eckteile 49 radial nach innen und aussen gegeneinander gepresst werden,
indem die Seitenflächen 26 der benachbarten Zähne 24 der Riemenscheibe diesen Zahn umschliessen ; dies bewirkt eine radiale und horizontale Vorspannung des Zahns 31 des Riemens, bevor durch eine weitere Annäherung zwischen dem Zahn 31 des Riemens und den Zähnen 24 der Riemenscheibe nacheinander die Fussteile 39 und die Bodenflachen 36 des Riemens 23 durch die normale Arbeitsbelastung beansprucht werden. Man geht davon aus, dass durch diese Vorspannung die Haltbarkeit des Riemens verbessert und ein geräuschärmerer Betrieb ermöglicht wird, indem die hohe Schubbeanspruchung am Fussteil 39 jedes Zahns 31 des Riemens vermindert wird, und dass ausserdem die Schlupfgefahr an den Bodenflachen 36 abnimmt, da die Bodenflachen 36 die Endteile 28 der Zähne 24 berühren.
Diese Erfindung soll nicht auf bestimmte Konfigurationen oder Abmessungen beschränkt werden, bei einem zusammen mit Riemenscheiben 21 und 22 gemäss dem zuvor erwähnten US-Patent Nr. 3 756 091 verwendeten Riemen 23 dieser Erfindung mit einem Krümmungsradius jedes Zwischenraums 25 von ca 0,103 Zoll und einer Tiefe des Zwischenraums von ca. 0,142 Zoll betrug die Teilung der Zähne 31 des Riemens ca. 0,31496 Zoll, wobei die Anzahl der Zähne 120, die Länge des Riemens ca. 37,795275 Zoll und der Teildurchmesser ca 12,030609 Zoll betrugen.
<Desc/Clms Page number 5>
Die Gesamthöhe der Zähne 31 dieses Riemens 23, gemessen entlang der Mittellinie 48 von der Abschlussflache 38 bis etwa zur Innenseite 32 der Zugvorrichtung 30, betrug jeweils etwa 0,130 Zoll, der Abstand zwischen den Ecktellen 49 ca 0,182 Zoll, der Radius 42 jeweils ca.
0,060 Zoll und der Radius 44 jeweils ca 0,031 Zoll, wobei die ebenen Abschnitte 40 einen Öffnungswinkel von etwa 9 bildeten
Das Zusammenwirken dieses Riemens und der Riemenscheibe entsprach beim Betrieb insgesamt gesehen der vorhergehenden Beschreibung; es konnte eine bessere Haltbarkeit des Riemens sowie ein geräuschärmerer Betrieb des Antriebssystems festgestellt werden Die Haltbar- keit des zuvor bei einem solchen System verwendeten Riemens betrug etwa 122,7 Stunden, die Haltbarkeit des Riemens 23 dieser Erfindung dagegen etwa 193,6 Stunden.
**WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.