Endloser Riemen für Kraftübertragung
Die Erfindung betrifft einen endlosen Riemen für Kraftübertragungen, der als endlose Zahnstange ausgebildet ist, indem eine Seite des Riemens mit quer zu seiner Längsachse und in gleichen Abständen voneinander angeordneten Zähnen versehen ist. Ein derartiger Riemen kann für Kraftübertragungen der verschiedensten Art verwendet werden, z. B. für Transmissionen, indem die Kraft von einem von einem Motor angetriebenen Zahnrad, welches mit den Zähnen des Riemens kämmt, auf den Riemen übertragen wird und von diesem wieder auf ein anderes Zahnrad übertragen wird. Ein solcher Riemen besitzt jedoch für den Fall, dass er dehnbar ist, den Nachteil, dass er sich unter der Kraft in Längsrichtung des Riemens dehnt.
Dadurch vergrössert sich der Abstand der Zähne, und zwar um so mehr, je grösser die zu übertragende Kraft wird, so dass die Zahnteilung des Riemens nicht mehr mit der Zahnteilung eines Zahnrades, über das der Riemen hinweggeführt wird, übereinstimmt. Wird ferner ein als Zahnstange ausgebildeter Riemen um ein Zahnrad herumgeführt, so wird seine Oberseite gedehnt, das heisst sie wird länger, und seine mit den Zähnen versehene Unterseite wird zusammengestaucht und der Zahnabstand wird kleiner. Diese von der Grösse des Radius des Zahnrades abhängige Veränderung der Zahnteilung des Riemens wird von der erstgenannten Veränderung der Zahnteilung, die von der Grösse der zu übertragenden Kraft abhängig ist, überlagert. Ein ordnungsmässiges Ineinandergreifen von endloser Zahnstange und Zahnrad lässt sich daher nicht erreichen.
Es sind als endlose Zahnstange ausgebildete Riemen mit biegsamem und dehnbarem Hauptteil bekannt, welche mit einem Drahtseil, einem Stahldraht oder einem Stahlseil als zugfester Einlage versehen sind. Die Einlage verhindert eine Dehnung des Riemens und sie ermöglicht auch eine gleichmässige Krümmung des Riemens derart, dass sich dabei die Zahnabstände gleichmässig verkürzen, da bei der Herstellung des endlosen, aus einem Stück bestehenden Riemens die Einlage in das Riemenmaterial eingebettet wird, wobei die Einlage ebenfalls endlos ist oder die Enden eines endlichen Seils einander weit überlappen. Die Verwendung von Seilverbindungen ist nicht möglich, da diese infolge ihrer erforderlichen Länge und ihrer Starrheit eine Biegung des Riemens an der betreffenden Stelle verhindern würden.
Diese bekannten Riemen besitzen daher den Nachteil, dass sie nicht aus Abschnitten zusammengesetzt sind und daher nicht verlängert oder verkürzt werden können.
Ein weiterer Nachteil ist, dass diese Riemen nur in begrenzter Länge hergestellt werden können, da sie in einem endlosen Stück gefertigt werden müssen. Es sind auch Treibriemen bekannt, bei denen Ketten als zugfeste Einlage verwendet werden. Diese Treibriemen besitzen jedoch glatte Flächen, das heisst, sie sind nicht als endlose Zahnstange ausgebildet, so dass das Problem der Beherrschung einer Zahnteilung nicht auftritt.
Gemäss der Erfindung werden die vorgenannten Nachteile dadurch vermieden, dass der Riemen aus einzelnen Riemenabschnitten zusammengesetzt ist, welche je einen biegsamen Aussenteil mit einem Längskanal sowie einen in den Längskanal eingezogenen, in Längsrichtung des Riemens nicht dehnbaren Kettenabschnitt aufweisen, dessen Glieder von solcher Länge sind, dass bei der Biegung des Riemens beim Umlaufen um die mit ihm in Eingriff stehenden Zahnräder der Zahnabstand der Riemenzähne sich wenigstens annähernd gleichmässig verkürzt, und dass die in Längsrichtung des Riemens nicht dehnbaren Verbindungen der Kettenabschnitte der einzelnen Riemenabschnitte so ausgebildet sind, dass die Kettenteilung im Bereich der Verbindungen die gleiche ist wie im übrigen Kettenteil.
Weitere vorteilhafte Merkmale des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus der Beschreibung der Zeichnung, in der Ausführungsbeispiele des endlosen Riemens gemäss der Erfindung und einige Anwendungsbeispiele für den Riemen dargestellt sind, und zwar zeigt:
Fig. 1 einen Teil eines Riemens im Längsschnitt nach der Linie I-I in Fig. 2,
Fig. 2 den Riemen nach Fig. 1 in Aufsicht,
Fig. 3 den Riemen in Ansicht in Richtung des Pfeils III in Fig. 1,
Fig. 4 den Riemen im Querschnitt nach der Linie TV-IV in Fig. 1,
Fig. 5 ein anderes Ausführungsbeispiel des Riemens teilweise im Längsschnitt und teilweise in Seitenansicht,
Fig. 6 den Riemen nach Fig. 5 im Querschnitt nach der Linie VI-VI in Fig. 5,
Fig. 7 die Verwendung des Riemens als Zug- und Tragorgan für ein kurvengängiges Förderband,
Fig.
8 die Verwendung des Riemens als Zugund Tragorgan für die Becher eines Becherwerkes,
Fig. 9 die Verwendung des Riemens als Raupe für ein Raupenfahrwerk.
Der Aussenteil 1 des biegsamen, als endlose Zahnstange ausgebildeten Riemens in Fig. 1 bis 4 besteht aus Abschnitten aus Gummi und ist auf einer Fläche mit quer zu seiner Längsrichtung und in gleichen Abständen voneinander angeordneten Zähnen 2 versehen, die von runden Metallbolzen gebildet werden.
An ihren Enden sind die Bolzen 2 in den Teil 1 einvulkanisiert. Der Teil 1 kann natürlich auch aus einem andern, die Biegsamkeit seiner Abschnitte gewährleistenden Material hergestellt werden. Auch können je nach der Grösse der an den Zähnen des Riemens angreifenden Kraft die Zähne und der Riementeil 1 aus einem Stück und aus dem gleichen Material, z. B. aus Gummi, hergestellt werden, wobei die Zähne durch Einlagen aus Gewebe, Drahtgeflecht oder dergleichen versteift werden können. Bei grösseren Kräften können die Zähne durch Bolzen aus Hartgummi, Kunststoff, z. B. Polyamid, oder aus Metall gebildet werden, deren Enden in der vorstehend beschriebenen Weise in den Riementeil 1 eingebettet sind.
Der Riementeil 1 ist mit einem Längskanal 3 versehen, in den eine Kette 4 eingezogen ist, welche aus kurzen Gliedern besteht. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, erhält der Längskanal 3 des Riementeils 1 zweckmässig einen dem Profil der Kette 4 entsprechenden kreuzförmigen Querschnitt, so dass die Kettenglieder fest von dem Riementeil 1 umschlossen werden und die parallel zur Längsrichtung des Riemens liegenden Kettenglieder auf einer grossen Fläche der Wandung des Längskanals aufliegen. Dies wird weiterhin noch dadurch gefördert, dass die Kette 4 nicht aus runden Gliedern, sondern aus Gliedern mit in Längsrichtung der Kette geradlinig verlaufenden Teilen besteht, so dass auch die hochkant gestellten Kettenglieder mit einer grossen Fläche auf der Wandung des Längskanals 3 aufliegen.
Auf diese Weise kann sich die Kette 4 auch bei grossen Zugkräften und Biegungen mit kleinem Radius nicht in das Material des Riementeils 1 eindrücken, und die Längsachse der Kette 4, welche die neutrale Achse des Riemens bildet, kann ihre Lage im Riemen nicht verändern, so dass nicht vorherbestimmbare Veränderungen des Zahnabstandes beim Biegen des Riemens ausgeschaltet werden.
Die in ihrer Längsrichtung nicht dehnbare Kette 4 verhindert eine Dehnung des biegsamen Riemens, so dass die Zahnteilung durch die zu übertragende Kraft nicht verändert wird. Ferner bildet die Längsachse der Kette 4 die neutrale Achse des Riemens, welche bei allen Biegungen des Riemens ihre Länge nicht ver ändert, so dass das Mass, um welches sich der Abstand der Zähne 2 beim Umlaufen des Riemens um ein Zahnrad verkürzt und damit die Zahnteilung des Zahnrades genau festliegen.
Um eine gleichmässige Verkürzung der Abstände der Zähne 2 des Riementeils 1 beim Umlaufen um ein Zahnrad zu erzielen, ist möglichst eine gleiche Teilung von Kette und Zahnstange anzustreben. Hiervon kann aber ohne wesentliche Nachteile in gewissem Umfang abgewichen werden, das heisst, die Kettenglieder können auch länger gewählt werden, weil die Elastizität der biegsamen Zahnstange Ungleichheiten in gewissen Grenzen ebenso auszugleichen vermag wie eine Längung der Kette durch Verschleiss infolge der Reibung an den Berührungspunkten der Kettenglieder. Die Teilung der Kette kann daher so viel grösser als die Teilung der Zahnstange gewählt werden, dass sich bei der Biegung des Riemens der Zahnabstand noch annähernd gleichmässig verkürzt.
Kurze Kettenglieder besitzen den Vorteil eines geringeren Verschleisses, insbesondere wenn der Riemen über Krümmungen mit kleinem Radius geführt wird, da der Winkel, der hierbei von Kettenglied zu Kettenglied gebildet wird, und daher auch der Rei bungsweg kleiner ist.
Der Riemen ist aus einzelnen, je einen Abschnitt des Aussenteils 1 aufweisenden Riemenabschnitten zusammengesetzt. Die Kettenabschnitte der einzelnen Riemenabschnitte werden mit Vorteil durch Kettenschlösser miteinander verbunden, welche so ausgebildet sind, dass die Kettenteilung im Bereich der Kettenschlösser die gleiche ist wie im übrigen Teil der Kette. Auf diese Weise wird eine billigere Herstellung und eine einfache und schnelle Verlängerung oder Verkürzung des Riemens erzielt und dabei gewährleistet, dass die Kette an allen Stellen auf ihrer gesamten Länge die gleiche Gelenkigkeit besitzt und daher sich der Zahnabstand innerhalb und ausserhalb des Bereiches der Kettenschlösser beim Biegen des Riemens gleichmässig verändert.
Die Kettenschlösser enthalten zwei halbe Kettenglieder 5 und 6, die durch die Endglieder der Kettenabschnitte gesteckt werden und die zusammen genau so lang sind wie ein Kettenglied. Die Enden der halben Kettenglieder 5, 6 sind als Hammerköpfe 7 ausgebildet. Mittels zweier Schlossteile 8 und 9, die mit Nasen 10 hinter die Hammerköpfe 7 greifen, werden die halben Kettenglieder 5, 6 fest zusammengehalten. Die Schlossteile 8, 9 werden durch eine Schraube 11, deren eckiger Kopf drehfest in einer Vertiefung des Schlossteils 8 liegt, und eine Mutter 12 fest miteinander verbunden.
Die Kettenschlösser sind je in einer einseitig offenen Aussparung 13 im Stoss der Riemenabschnitte angeordnet. Die Aussparungen 13 werden von einer Schutzkappe 14 verschlossen, wobei die Verbindungsmittel des Kettenschlosses, nämlich die Schraube 11 und die Mutter 12, gleichzeitig zur Befestigung der Schutzkappe 14 dienen, so dass das Kettenschloss ringsum von dem Riementeil 1 und der Schutzkappe 14 staubdicht eingeschlossen wird. Dadurch wird das Eindringen von Staub und Schmutz in das Kettenschloss und in den Längskanal des Riemens vermieden, und die Kette kann mit einem Schmiermittel, z. B. mit Fett, in den Riemen eingezogen werden, um den Verschleiss der Kettenglieder an ihren Berührungsstellen zu vermindern.
Um zu verhindern, dass hierbei der Gummi des Riemens von dem Schmiermittel des Riemens angegriffen wird, kann die mit dem Schmiermittel versehene Kette zunächst in einen biegsamen Schlauch eingezogen werden, der aus einem gegen Angriffe durch das Schmiermittel beständigen Werkstoff, z. B. Perbunan (Markenprodukt) oder einem andern Kunststoff, besteht, und sodann die mit dem Schlauch umhüllte Kette in den Längskanal 3 des Riemens eingezogen werden. Es kann aber auch bereits bei der Herstellung des Riemens der vorgenannte Schlauch in den Riemen einvulkanisiert werden und sodann die mit dem Schmiermittel versehene Kette in den Riemen eingezogen werden, wobei der einvulkanisierte Schlauch den Gummi des Riemens vor dem Schmiermittel schützt.
Mit seinen quer zur Längsrichtung des Riemens liegenden, von seiner Schutzkappe 14 gebildeten Stirnflächen legt sich das Kettenschloss gegen Stirnflächen 15 der Abschnitte des Teils 1, so dass auch dann, wenn die Zugkraft an einer Stelle grösser als die Reibung zwischen der Kette und der Wandung des Längskanals wird, die Kette nicht durch den Riemen wandern kann.
Die zu beiden Seiten der Stossstellen der Riemenabschnitte liegenden Zähne 2 werden durch Klammern 16 miteinander verbunden, die seitlich der Angriffsfläche für die Zähne der Antriebszahnräder liegen. Auf diese Weise wird die Zahnteilung an den Stossstellen der Riemenabschnitte zusätzlich gesichert.
Wird der Riemen aus Abschnitten zusammengesetzt, deren Ketten abschnitte durch Kettenschlösser miteinander verbunden sind, und werden die Riemenabschnitte in ihrer Länge nur kurz und in ihrem Querschnitt gross genug bemessen, so genügt es, die Kettenschlösser mit Stirnflächen zu versehen, die sich direkt gegen Stirnflächen der Abschnitte des Teils 1 an den Stossstellen anlegen, um zu verhindern, dass der Riemen auf der Kette verschoben wird, wenn die Zugkraft grösser wird als die Reibung zwischen der Kette und der Wandung des Längskanals.
Wenn aber der Riemen aus langen Abschnitten zusammengesetzt wird, deren Querschnitt klein ist, so vergrössert sich natürlich die Dehnbarkeit des aus biegsamem Material hergestellten Riementeils 1, wobei die Grösse der Dehnbarkeit auch von der Härte des verwendeten biegsamen Materials abhängig ist und beispielsweise bei einem aus sehr hartem Gummi hergestellten Riementeil 1 kleiner als bei einem aus weicherem Gummi hergestellten Riementeil 1 ist. Bei einem solchen Riemen besteht die Gefahr, dass der mit einem Antriebszahnrad im Eingriff stehende Abschnitt des Riementeils 1 auf seinem zugehörigen Kettenabschnitt verschoben wird, wenn die Zugkraft grösser wird als die Reibung zwischen der Kette und der Wandung des Längskanals des Riemens.
Derjenige Teil des Abschnittes des Riementeils 1, der das Antriebszahnrad bereits passiert hat, wird von dem Antriebszahnrad gegen das vorausgehende Kettenschloss gedrückt und zusammengestaucht, wogegen der vor dem Antriebszahnrad befindliche Teil des Abschnittes des Riementeils 1 entsprechend gedehnt wird. Im gleichen Masse, wie dieser Teil des Riemenabschnittes sich dehnt, vergrössert sich auch der Abstand der Zähne an diesem Teil des Riemenabschnittes, so dass der Abstand der in das Antriebszahnrad einlaufenden Zähne nicht mit der Zahnteilung des Zahnrades iibereinstimmt. Dies kann dadurch vermieden werden, dass die Kette durch in Abständen voneinander angeordnete und durch ein Kettenglied hindurchgesteckte Querbolzen in ihrer Lage gegenüber dem Riementeil 1 gesichert ist, wie das Ausführungsbeispiel in Fig. 5 und 6 zeigt.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 und 6 ist der Riementeil 1 mit in Abständen voneinander angeordneten Querbohrungen 31 versehen, welche senkrecht zu dem Längskanal 3 verlaufen und diesen schneiden. Auf der einen Seite des Längskanals 3 enden die Querbohrungen 31 in der Wandung des Riementeils 1. Auf der andern Seite des Längskanals 3 führen die Querbohrungen 31 durch die Wandung des Riementeils 1 hindurch und münden auf seiner Aussenseite. Die Querbohrungen 31 sind derart in dem Riementeil 1 angeordnet, dass nach dem Einziehen der Kette 4 in den Längskanal 3 im Bereich jeder Querbohrung 31 ein mit seiner Öffnung der Querbohrung zugewendetes Kettenglied steht, so dass von aussen in die Querbohrungen 31 Querbolzen 33 eingeführt werden können, welche durch die Kettenglieder 32 hindurchführen.
Die Anzahl von Kettengliedern, die zwischen den durch Querbolzen 33 mit dem Riementeil 1 verbundenen Gliedern 32 liegt, richtet sich nach der Dehnbarkeit des Riementeils 1.
Der für die verschiedensten Arten der Kraftübertragung verwendbare endlose Riemen gemäss der Erfindung ist in besonders vorteilhafter Weise als Zugund Tragorgan für Förderbänder, insbesondere für kurvengängige Förderbänder, als Zug- und Tragorgan für die Becher von Becherwerken und als Raupe für Raupenfahrwerke geeignet.
Fig. 7 zeigt die Verwendung des Riemens R als Zug- und Tragorgan für ein endloses, kurvengängiges Förderband 17, das auf dem Riemen mittels Schrauben 18 befestigt ist, die in Buchsen 19 eingeschraubt werden, welche in den Riemen einvulkanisiert sind (Fig. 1, 2 und 4). Auf der als Zahnstange ausgebildeten Seite ist der Riemen R mit Laufflächen 20 für Laufrollen 21 versehen. Die Laufflächen 20 sind seitlich derjenigen Teile der Zähne 2 angeordnet, die mit den Antriebszahnrädern kämmen, und sind gegenüber diesen Zähnen so versetzt, dass die Zähne nicht die Laufrollen 21 berühren. Seitlich bei den Laufflächen 20 ist der Riemen mit Laufflächen 22 für Führungsrollen 23 versehen.
Die Führungsrollen 23 und Laufrollen 21 sind in Rollenböcken 24 gelagert und derart zueinander angeordnet, dass die Resultierende der Raddrücke der Führungsrollen 23 dem Raddruck der zugehörigen Laufrolle 21 entgegengerichtet ist. Der Riemen wird auf diese Weise derart zwischen den Rollen geführt, dass er sich nicht unbeabsichtigt um seine Längsachse verdrehen kann. Hierbei wird der mit den Laufflächen 20, 22 versehene Teil des Riemens durch die mit ihren Enden in den Riemen einvulkanisierten Metallbolzen 2, welche die Zähne bilden, versteift. Die Rollenböcke sind durch druckfeste Stützen 25 miteinander verbunden, welche gelenkig an den Rollenböcken gelagert sind.
Bei dem Anwendungsbeispiel nach Fig. 8 dient der Riemen R als Zug- und Tragorgan für Gummibecher 26 eines Becherwerkes. Die Becher 26 sind in gleicher Weise auf dem Riemen R befestigt wie das Förderband 17 bei dem Anwendungsbeispiel nach Fig. 7. Das Gestell 27 des Becherwerkes ist ebenfalls mit Laufrollen 21 und Führungsrollen 23 versehen, so dass das Becherwerk auch in Kurven verlegt werden kann. An den Umkehrstellen wird der Riemen R über Zahnräder 28 geführt, die in bekannter Weise von einem nicht dargestellten Motor angetrieben werden.
Fig. 9 zeigt die Verwendung des Riemens R als Raupe für ein Raupenfahrwerk. Der Antrieb der Raupe erfolgt durch zwei Zahnräder 28. Das Gewicht des Fahrzeuges wird von einer Mehrzahl von Laufrollen 29 auf den auf der Fahrbahn aufliegenden Teil des Riemens R verteilt, wobei die Laufrollen 29 in bekannter Weise derart gelagert sind, dass sich das Fahrwerk Unebenheiten der Fahrbahn anzupassen vermag. Der zurücklaufende Teil des Riemens R wird über Rollen 30 geführt.