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Die Erfindung betrifft einen Zahnriemen aus elastomerem Material, vorzugsweise aus Gummi, mit einem Grundkörper, der einerseits einen ebenen Riemenrücken und andererseits eine Verzahnung aufweist, wobei in den Grundkörper, vorzugsweise in Rückennähe, im Wesentlichen in Riemenlängsrichtung verlaufende Zugträger zur Aufnahme von Riemenlängskräften eingebettet sind.
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Antriebsriemen in Form von Zahnriemen sind bei einer Vielzahl von Anwendungen zum Antrieb von Aggregaten bzw. zur Übertragung von Leistungen bekannt, insbesondere bei der Anwendung im Kraftfahrzeug. Die dort seit geraumer Zeit auch als Steuerriemen verwendeten Zahnriemen zeichnen sich gegenüber den Kettentrieben durch bessere Längenkonstanz und in der Regel geringeres Gewicht aus. Außerdem sind sie bei Kontrolle und evtl. Austausch leichter zugänglich, weil sie nicht im ölgeschmierten Motorgehäuse sondern außerhalb – nur hinter einer Staubkappe – angeordnet sind.
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Die Krafteinleitung erfolgt beim Zahnriemen durch die Antriebsscheibe über die Zahnflanken und radial gesehen weiter über den Zahnfuß und den Riemenunterbau letztlich auf den Zugstrang. Der Zugstrang nimmt im Verbund die Kraft zum großen Teil auf leitet sie weiter bis zur Abtriebsscheibe, wo sie dann in umgekehrter Reihenfolge vom Zahnriemen über Zahnfuß und Zahnflanken auf die Zähne der Abtriebsscheibe übertragen wird.
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Bei diesem Kraftfluss entstehen im Verbund des Zahnriemens starke Schub- bzw. Scherspannungen, durch die im Extremfall die aus der Unterbaumischung geformten Zähne unter hoher Last deformiert werden können. Bei zu hoher Deformation kommt es zum Zahnabscheren und somit zur Schädigung des Zahnriemens. Eine Zahndeformation führt bei streng synchron anzutreibenden Scheiben auch zu einer nicht zu vernachlässigenden Asynchronität bzw. zu einem Verdrehfehler.
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Der Vorteil von Zahnriemen bei der Kraftaufnahme gegenüber einer im wesentlichen durch Zug beanspruchten Kette (rollenbewehrte Bolzen zur Krafteinleitung, Laschen zur Weiterleitung) besteht unter anderem darin, dass die volle Zahnbreite zur Krafteinleitung genutzt werden kann, was kleine Flächenpressungen bei erträglicher Baubreite ermöglicht.
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Sie hat aber eben auch den oben genannten Nachteil, dass die Zähne erheblich auf Biegung und Scherung beansprucht werden. Dieser Gefahr wird z.B. durch eine ausreichend steife Gummiqualität begegnet oder auch durch Lösungen zur Erhöhung der Festigkeit, insbesondere durch Fasern, welche aus dem Zugstrang herausragen oder weitere Verstärkungselemente. Die letztgenannte Lösung findet sich in der
DE 10 2011 050 483 A1 , die u.a. einen Zahnriemen offenbart, bei dem zur Verstärkung des Riemens im Sinne einer Übertragung hoher Kräfte innerhalb des Riemenunterbaus zwischen dem Zugträger und der Beschichtung der Zähne ein Verstärkungsband oder ein Verstärkungsgeflecht eingebettet ist.
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Für die Erfindung bestand also die Aufgabe, die Kraftübertragungsfähigkeit von Zahnriemen, d.h. die Festigkeit des Gummizahnriemens im Zusammenspiel der Krafteinleitung in den Zugstrang und auch die Belastbarkeit seiner Zähne zu erhöhen und gegenüber den bekannten Lösungen auf wirtschaftliche und einfache Weise zu verbessern.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs. Weitere vorteilhafte Ausbildungen sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Dabei weist der Zahnriemen weitere Zugstränge auf sind, die räumlich in Form von Schlaufen im Grundkörper angeordnet sind, wobei mindestens Teilbereiche der Schlaufen den Zugträgern angenähert sind und/oder letztere umschlingen.
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Dadurch ergibt sich ein deutlich erhöhter Widerstand gegen Zahnabscherung, so dass bei sehr hoher Belastung die Riemen sehr schmal gestaltet werden können und trotzdem ein sicherer Betrieb möglich ist, ohne das Zähne abscheren. Die räumlich im Grundkörper, also im Bereich zwischen Zähnen und Rücken angeordneten Schlaufen stellen in den besonders gefährdeten Bereichen zwischen Zahnfußquerschnitt und Zugträger einen weiteren Festigkeitsträger bereit, der die Matrix enorm verstärkt.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass die Schlaufen räumlich schraubenförmig ausgebildet sind und mindestens einen Zugträger fortlaufend schraubenförmig und beabstandet umschlingen. Dies verbessert noch einmal im näheren Bereich des Zugträgers die Festigkeit und lässt sich mit verhältnismäßig wenig Aufwand herstellen.
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Gleiches gilt für eine weitere vorteilhafte Weiterbildung, die darin besteht, dass die Schlaufen jeweils zwei parallel laufende und gegensätzlich geschlagene Zugträger umschlingen, insbesondere einen S-geschlagenen und einen Z-geschlagenen Zugträger. Das vermeidet zudem einen Verdrall des Riemens unter Belastung und sorgt dementsprechend für eine gleichmäßige Kraftverteilung.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass die Schraubenachse zur Achse der Zugträger geneigt verläuft und die Schlaufen über eine Länge des Zahnriemens nacheinander mehrere oder alle parallelen längsgerichteten Zugträger umschlingen. Das verbessert noch einmal die Kraftverteilung auf den gesamten Riemen, bzw. die gesamte Riemenbreite. Gleiche Vorteile ergaben sich, wenn die Schlaufen in Längsrichtung des Zahnriemens mäandrierend fortschreiten, also z. B. über die Zahnriemenbreite hin und her wandern, egal ob schraubenförmig angeordnet oder in anderen, einfachen Schlaufenformen.
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Denkbar und ebenso wirksam zur Festigkeitssteigerung im Sinne einer erhöhten Kraftübertragung sind verschiedene geometrische Ausprägungen der Schlaufen bzw. des Hilfszugstranges als solcher, insbesondere auch im Hinblick auf deren Dicke, Filamentstärke, Material und Drehungseigenschaften. So kann eine weitere vorteilhafte Weiterbildung darin besteht, dass die Zugstränge aus gezwirnten, gedrillten oder geschlagenen Filamenten bestehen.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass die Schlaufen mindestens teilweise so angeordnet sind, dass die Zugstränge im Bereich der Zähne zwischen den Zahnflanken mit einem Abstand zur Oberfläche der Verzahnung im Wesentlichen der Zahnkontur folgen und zwischen den Zähnen im Bereich der Stege, d.h. in Riemenlängsrichtung gesehen im Bereich der Zahnzwischenräumen, den Zugträgern angenähert sind und/oder letztere umschlingen. Dadurch erfolgt eine direkte Erhöhung der Kraftaufnahmefähigkeit durch die Verstärkung der Matrix an oder innerhalb der Zahnflanken durch Festigkeitsträger/Zugstränge und die darüber mögliche direkte Anbindung an den in Rückennähe liegenden Zugstrang als Hauptelement der Weiterleitung der Zugkraft.
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Eine Weiterbildung besteht darin, dass die Schlaufen im Bereich der Stege einen oder mehrere Zugträger in wechselnden Richtungen umschlingen. Dies kann im Sinne einer besseren Verankerung und Vergleichmäßigung der Kraftverteilung ebenfalls vorteilhaft eingesetzt werden.
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Ebenfalls im Sinne einer Vergleichmäßigung der Krafteinleitung und somit in der möglichst gleichmäßigen Nutzung des gesamten jeweiligen Riemenquerschnitts zur Kraftübertragung besteht eine weitere vorteilhafte Weiterbildung darin, dass die Schlaufen zur Achse der Zugträger geneigt fortschreiten und über eine Länge des Zahnriemens nacheinander an mehrere oder alle parallelen längsgerichteten Zugträger annähern oder letztere umschlingen.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass die Zugstränge vorgespannt sind. Das führt zu einer Erhöhung der Kraftübertragung bereits bei relativ gering gespannten Riementrieben. Natürlich lassen sich die Zugstränge zur Verbesserung ihrer Einbindung in die umgebende Matrix vor oder bei der Herstellung der Riemen auch gummieren oder mit Haftbeschichtungen versehen. Ebenso üblich ist die Beschichtung der Zahnriemen durch eine Decklage auf dem Riemenrücken oder auf den Zähnen oder Zahnflanken.
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Anhand eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen
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1 zur Übersicht einen Ausschnitt aus einem Riementrieb mit einem erfindungsgemäßen Zahnriemen
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2 einen erfindungsgemäßen Zahnriemen in mehreren Darstellungen
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3 eine weitere Ausführung eines erfindungsgemäßen Zahnriemens in mehreren Darstellungen
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4 eine vereinfachte andere Ausführung eines erfindungsgemäßen Zahnriemens in mehreren Darstellungen
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1 zeigt im Sinne eine Gesamtdarstellung und zur Übersicht einen Ausschnitt aus einem Riementrieb 1 mit einem erfindungsgemäßen Zahnriemen 2, der von einer Zahnscheibe 3 angetrieben wird und an einer Rückenrolle 4 (Spann- oder Umlenkrolle) vorbeiläuft. Der Riemen weist einen Gummikörper 5 auf, der mit Zugsträngen 8 versehen ist. Die Oberfläche der Zähne, d.h. die Zahnflanken, Zahnköpfe und der Zahnzwischenraum und der Riemenrücken sind jeweils mit einem hier nicht näher dargestellten Gewebe beschichtet.
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2 zeigt von oben nach unten einen erfindungsgemäßen Zahnriemen 2 aus Gummi in skizzenförmigen Schnittansichten jeweils einmal in einer Schnittansicht (oberer Teil der 2), einer dreidimensionalen Darstellung (mittlerer Teil der 2) und in einer Aufsicht von oben (unterer Teil der 2).
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Der Zahnriemen 2 aus Gummi weist einerseits einen ebenen Riemenrücken 6 und andererseits eine Verzahnung 7 auf, wobei in den Grundkörper, vorzugsweise in Rückennähe, im Wesentlichen in Riemenlängsrichtung verlaufende Zugträger 8 zur Aufnahme von Riemenlängskräften eingebettet sind. Der Zahnriemen weist darüber hinaus weitere Zugstränge 9 auf, die räumlich in Form von Schlaufen im Grundkörper angeordnet sind, wobei mindestens Teilbereiche 10 der Schlaufen den Zugträgern 8 angenähert sind. Die die Schlaufen bildenden Zugstränge folgen im Bereich der Zähne zwischen den Zahnflanken 11, 12 im Wesentlichen der Zahnkontur mit einem Abstand 13 zur Oberfläche der Verzahnung. Im Bereich der Stege, nämlich in den Teilbereichen 10 zwischen den Zähnen, d.h. in den Zahnzwischenräumen, sind die Schlaufen/Zugstränge 9 den Zugträgern 8 angenähert.
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3 zeigt von oben nach unten eine weitere Ausführung eines erfindungsgemäßen Zahnriemens 14 aus Gummi in skizzenförmigen Schnittansichten jeweils einmal in einer Schnittansicht (oberer Teil der 3), einer dreidimensionalen Darstellung (mittlerer Teil der 3) und in einer Aufsicht von oben (unterer Teil der 3).
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Der Zahnriemen 14 aus Gummi weist ebenfalls einerseits einen ebenen Riemenrücken 6 und andererseits eine Verzahnung 7 auf, wobei in den Grundkörper, vorzugsweise in Rückennähe, im Wesentlichen in Riemenlängsrichtung verlaufende Zugträger 8 zur Aufnahme von Riemenlängskräften eingebettet sind. Der Zahnriemen weist darüber hinaus weitere Zugstränge 15 auf, die räumlich in Form von Schlaufen im Grundkörper angeordnet sind, wobei mindestens in Teilbereichen 16 der Schlaufen letztere die Zugträger 8 umschlingen. Die die Schlaufen bildenden Zugstränge folgen im Bereich der Zähne zwischen den Zahnflanken 11, 12 im Wesentlichen der Zahnkontur mit einem Abstand 13 zur Oberfläche der Verzahnung. Im Bereich der Stege, nämlich in den Teilbereichen 16 zwischen den Zähnen, d.h. in den Zahnzwischenräumen, umschlingen die Schlaufen/Zugstränge 15 die Zugträger 8.
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In dieser Ausführung des Zahnriemens schreiten die Schlaufen/Zugstränge 9 zur Achse der Zugträger bzw. zur Längsrichtung des Zahnriemens geneigt fort und umschlingen über eine Länge des Zahnriemens nacheinander alle parallelen längsgerichteten Zugträger 8.
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4 zeigt von oben nach unten noch einmal eine vereinfachte Ausführung eines erfindungsgemäßen Zahnriemens 17 aus Gummi in skizzenförmigen Schnittansichten jeweils einmal in einer Schnittansicht (oberer Teil der 4), einer dreidimensionalen Darstellung (mittlerer Teil der 4) und in einer Aufsicht von oben (unterer Teil der 4).
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Der Zahnriemen 17 aus Gummi weist ebenfalls einerseits einen ebenen Riemenrücken 6 und andererseits eine Verzahnung 7 auf, wobei in den Grundkörper, vorzugsweise in Rückennähe, im Wesentlichen in Riemenlängsrichtung verlaufende Zugträger 8 zur Aufnahme von Riemenlängskräften eingebettet sind. Der Zahnriemen weist darüber hinaus weitere Zugstränge 18 auf, die räumlich in Form von Schlaufen im Grundkörper angeordnet sind und nicht nur in Teilbereichen, sondern über die gesamte Zahnriemenlänge die Zugträger 8 umschlingen. Die Schlaufen umschlingen dabei jeweils zwei parallel laufende und gegensätzlich geschlagene Zugträger nämlich jeweils einen S-geschlagenen und einen Z-geschlagenen Zugträger.
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Durch jede dieser erfindungsgemäßen Ausführungen wird es in unterschiedlichem Umfang erreicht, dass eine direkte Erhöhung der Kraftaufnahmefähigkeit durch Verstärkung der Matrix an oder innerhalb der Zahnflanken oder der Festigkeitsträger/Zugstränge sowie eine Vergleichmäßigung der Krafteinleitung erreicht wird. Die mit dem Riemenquerschnitts mögliche Kraftübertragung/Drehmomentübertragung wird deutlich erhöht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Riementrieb
- 2
- Zahnriemen
- 3
- Zahnscheibe
- 4
- Rückenrolle
- 5
- Gummikörper
- 6
- Riemenrücken
- 7
- Verzahnung
- 8
- Zugträger
- 9
- Zugstrang
- 10
- Teilbereich
- 11
- Zahnflanke
- 12
- Zahnflanke
- 13
- Abstand zur Zahnoberfläche
- 14
- Zahnriemen
- 15
- Zugstrang
- 16
- Teilbereich
- 17
- Zahnriemen
- 18
- Zugstrang
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011050483 A1 [0006]
