DE102017107342A1

DE102017107342A1 - Anordnung eines Riemens mit Riemen-Spurhalteprofil an einer Umlenkrolle mit Rollen-Spurhalteprofil sowie Umlenkrolle und Riemen, insbesondere für eine solche Anordnung

Info

Publication number: DE102017107342A1
Application number: DE102017107342.6A
Authority: DE
Inventors: Jan Peckolt; Robin Kusch; Jan Pütz; Roland Vilsmeier
Original assignee: Nemos GmbH
Current assignee: Nemos GmbH
Priority date: 2017-04-05
Filing date: 2017-04-05
Publication date: 2018-10-11
Also published as: WO2018184633A1

Abstract

Eine erfindungsgemäße Anordnung betrifft mindestens eine Umlenkrolle (10) mit einem Rollen-Spurhalteprofil (14), über welche ein Riemen (22) geführt ist, welcher einen Tragabschnitt (24) und einen sich von dem Tragabschnitt (24) in Riemen-Hochrichtung erstreckendes Riemen-Spurhalteprofil (26) aufweist. Dabei ist das Rollen-Spurhalteprofil (14) über den gesamten Umfang der mindestens einen Umlenkrolle (10) ausgebildet. Darüber hinaus ist das Riemen-Spurhalteprofil (26) zumindest über eine mit der mindestens einen Umlenkrolle (10) zusammenwirkenden Wirklänge des Riemens (22) ausgebildet, und das Rollen-Spurhalteprofil (14) weist - in Rollen-Breitenrichtung betrachtet - mindestens drei radial nach außen hervorragende Rollenberge (16) und mindestens zwei, sich zwischen benachbarten Rollenbergen (16) erstreckende Rollentäler auf. Ferner weist das Riemen-Spurhalteprofil (26) eine mit den Rollenbergen (16) korrespondierende Zahl von Riementälern und eine mit den Rollentälern korrespondierende Zahl von Riemenbergen (28) auf. An dem Rollen-Spurhalteprofil (14) und/oder an dem Riemen-Spurhalteprofil (26) ist - in Rollen-Breitenrichtung betrachtet - mindestens ein Mittel zur Erzielung unterschiedlich großer, in dem Tragabschnitt (24) wirksamer Abrollradien vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung eines Riemens mit Riemen-Spurhalteprofil an einer Umlenkrolle mit Rollen-Spurhalteprofil gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Umlenkrolle und einen Riemen, insbesondere für eine solche Anordnung.
Aus US 4,840,607 A ist eine Umlenkrolle mit einem Spurhalteprofil sowie eine Anordnung eines Riemens mit einem Riemen-Spurhalteprofil an einer solchen Umlenkrolle gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Der Riemen dieser Anordnung umfasst einen Tragabschnitt, in welchem mehrere Corde in gleichmäßigen Abständen nebeneinander eingebettet sind, und einen Riemen-Spurhalteabschnitt mit mehreren Riemenbergen und Riementälern. Derartige Riemen, auch als Poly-V Riemen oder Rippenriemen bezeichnet, werden insbesondere in Riemenantriebssystemen eingesetzt, in welchen der jeweilige Riemen über mehrere Umlenkrollen geführt wird, wobei die Riemenbewegungsrichtung exakt senkrecht zu den jeweiligen Drehachsen der Umlenkrollen verläuft.
Eine - relativ zur Drehachse der Umlenkrolle - nicht senkrechte und somit schräge Ausrichtung und Bewegungsrichtung des Riemens, die nachfolgend auch als Winkelfehler bezeichnet wird, tritt in solchen Anordnungen praktisch nicht auf. Aus dem Stand der Technik bekannte Anordnungen sind üblicherweise auch nicht für den Einsatz in Systemen geeignet, in welchen derartige Winkelfehler auftreten, weil dann während des Auftretens von Winkelfehlern in den Corden, insbesondere auf der biegeäußeren Seite des Riemens, eine hohe Zugspannungen auftreten. Dies kann selbst in Anwendungsfällen, in denen nur kleine Winkelfehler auftreten, beispielsweise Winkelfehler von ungefähr 1° (dies entspricht einem Zulaufwinkel von 89° oder 91° statt 90°), zu einem unkontrollierten bzw. kurzzeitigen Versagen von Corden und schließlich des gesamten Riemens führen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung eines Riemens mit Riemen-Spurhalteprofil an einer Umlenkrolle mit Rollen-Spurhalteprofil sowie eine Umlenkrolle und einen Riemen für eine solche Anordnung zur Verfügung zu stellen, die eine verbesserte Winkelfehler-Toleranz aufweisen und somit Anwendungsfälle mit zumindest temporär auftretenden Winkelfehlern ermöglichen.
Eine erfindungsgemäße Anordnung betrifft mindestens eine Umlenkrolle mit einem Rollen-Spurhalteprofil, über welche ein Riemen geführt ist, welcher einen Tragabschnitt und einen sich von dem Tragabschnitt in Riemen-Hochrichtung erstreckendes Riemen-Spurhalteprofil aufweist. Dabei ist das Rollen-Spurhalteprofil über den gesamten Umfang der mindestens einen Umlenkrolle ausgebildet. Darüber hinaus ist das Riemen-Spurhalteprofil zumindest über eine, mit der mindestens einen Umlenkrolle zusammenwirkenden Wirklänge des Riemens ausgebildet, und das Rollen-Spurhalteprofil weist - in Rollen-Breitenrichtung betrachtet - mindestens drei radial nach außen hervorragende Rollenberge und mindestens zwei, sich zwischen benachbarten Rollenbergen erstreckende Rollentäler auf. Ferner weist das Riemen-Spurhalteprofil eine mit den Rollenbergen korrespondierende Zahl von Riementälern und eine mit den Rollentälern korrespondierende Zahl von Riemenbergen auf. An dem Rollen-Spurhalteprofil und/oder an dem Riemen-Spurhalteprofil ist - in Rollen-Breitenrichtung betrachtet - mindestens ein Mittel zur Erzielung unterschiedlich großer, in dem Tragabschnitt wirksamer Abrollradien vorgesehen. Im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Anordnungen lassen sich bei der erfindungsgemäßen Anordnung durch die Ausbildung geeigneter Mittel unterschiedlich große Abrollradien erzielen. Wie im Folgenden und anhand der Figurenbeschreibung noch im Detail erläutert werden wird, lassen sich damit Anordnungen schaffen, die eine verbesserte Winkelfehler-Toleranz aufweisen und somit auch für Anwendungen mit auftretenden Winkelfehlern geeignet sind. Mit geeigneten Rollen- und Riemen-Spurhalteprofilen lassen sich ferner auch die bei Winkelfehlern auftretenden Querkräfte besser über die Riemenbreite verteilen, indem eine gleichmäßige Flächenpressung, auch während des Auftretens von Winkelfehlern, erzielt wird.
Als Riemen-Spurhalteprofile und Rollen-Spurhalteprofile kommen insbesondere wellenförmige, v-förmig und trapezförmige Querschnittsverläufe in Betracht, die jeweils als Längsprofilierung ausgebildet sind, d.h. das Profil erstreckt sich in diesem Fall zumindest über einen relevanten Teil der Länge des Riemens bzw. über den gesamten Umfang der Umlenkrolle.
Ebenfalls in Betracht kommen anders ausgebildete Spurhalteprofile, wie z.B. in Draufsicht v-förmige Rippen, die jeweils in Längsrichtung des Riemens versetzt zueinander angeordnet sind und mit über den Umfang einer Umlenkrolle ausgebildeten v-förmigen Ausnehmungen zusammenwirken.
Für die Realisierung von Spurhalteprofilen ist es - in Abgrenzung zu Flachriemen und Umlenkrollen mit unprofilierten, d.h. weitgehend glatten Oberflächen - insoweit lediglich relevant, dass der Riemen und die Umlenkrolle geeignete Spurhalteprofile aufweisen, um durch das Zusammenwirken dieser Spurhalteprofile eine Relativlage zwischen Riemen und Umlenkrolle im Abrollbereich vorzugeben.
In einer praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung sind die Riementäler auf einer Riementäler-Konturlinie angeordnet, die Rollenberge auf einer Rollenberge-Konturlinie angeordnet, die Rollentäler auf einer Rollentäler-Konturlinie angeordnet und die Riemenberge auf einer Riemenberge-Konturlinie angeordnet. Dabei weisen entweder

a) beide genannten Paarungen einen identischen Konturlinienverlauf auf oder
b) zumindest entweder die Paarung aus der Riementäler-Konturlinie und der Rollenberge-Konturlinie oder die Paarung aus der Riemenberge-Konturlinie und der Riementäler-Konturlinie nicht-identische Negativformen auf, welche sich zumindest abschnittsweise mindestens dadurch unterscheiden, dass eine der Konturlinien einer Paarung eine ballig ausgebildete Konturlinie aufweist, die von der korrespondierenden Konturlinie der gleichen Paarung abweicht, wobei optional zusätzlich eine Verschiebung oder mehrere Verschiebungen von Bergen zu korrespondierenden Tälern in radialer Richtung der Umlenkrolle und/oder in Riemen-Hochrichtung ausgebildet sein können.

Bei Paarungen gemäß der vorstehend beschriebenen Variante a) sind vorzugsweise auch die korrespondierenden Spurhalteprofile jeweils als identische Negativformen ausgebildet, so dass die Mittel zur Erzielung unterschiedlich großer, in dem Tragabschnitt wirksamer Abrollradien in diesem Fall auf geeignete Weise konstruktiv innerhalb des Riemens und/oder radial innerhalb der Umlenkrolle ausgebildet sein müssen. Auf diesbezüglich geeignete konstruktive Möglichkeiten wird im Folgenden Verbindung mit den weiteren Ansprüchen noch näher eingegangen
Zu der vorstehend beschriebenen Variante b) wird zunächst klargestellt, dass unter einer nur abschnittsweisen Ausbildung der beschriebenen Ausführungsform ausschließlich Abschnitte zu verstehen sind, die sich über mindestens drei - in der jeweiligen Breitenrichtung von Riemen bzw. Umlenkrolle betrachtet - benachbart nebeneinander angeordnete Riemenberge, Riementäler, Rollenberge bzw. Rollentäler erstrecken. Die abschnittsweise Konturlinie verläuft dann bogenförmig durch diese mindestens drei Punkte. Vorzugsweise erstrecken sich die Abschnitte aber über mehr als drei benachbart nebeneinander angeordnete Riemenberge, Riementäler, Rollenberge bzw. Rollentäler, insbesondere über mindestens vier, mindestens fünf, mindestens sechs oder über alle benachbart nebeneinander angeordnete Riemenberge, Riementäler, Rollenberge bzw. Rollentäler, d.h. über die gesamte Breite des Riemen-Spurhalteprofils bzw. des Rollen-Spurhalteprofils.
Durch Ausbildung mindestens einer balligen Konturlinie kann erreicht werden, dass der Riemen bei winkelfehlerfreiem Betrieb und während des Auftretens von tolerierten Winkelfehlern stets eine ungefähr gleichmäßigen Belastung ausgesetzt ist, insbesondere indem bei winkelfehlerfreiem Betrieb der Riemen überwiegend in einem mittleren Bereich Zugspannungen aufnimmt, während Zugspannungen während des Auftretens von Winkelfehlern überwiegend von der jeweils biegeäußeren Seite des Riemens aufgenommen werden. Die Anordnung aus Riemen und Umlenkrolle wird insoweit in diesem Fall bewusst nicht so ausgelegt, dass sie bei winkelfehlerfreiem Betrieb gleichmäßig über die gesamte Breite des Riemens trägt, sondern so, dass innerhalb eines vorgegebenen Winkelfehlerbereichs eine Verlagerung des Tragbereichs (in Breitenrichtung des Riemens betrachtet) derart erfolgt, dass die Belastung der am stärksten belasteten Cord sowie die Flächenpressung zwischen dem Riemen-Spurhaltprofil und dem Rollen-Spurhalteprofil in dem jeweiligen Wirkbereich stets ungefähr gleich groß bleibt. Durch Winkelfehler verursachte temporäre Maximal-Zugspannungen können so wirksam vermieden werden.
Im Übrigen ist das Merkmal b) so zu verstehen, dass ausgehend von einer jeweils identischen Grundgeometrie der Paarung aus Riemen-Spurhalteprofil und Rollen-Spurhalteprofil mit den korrespondierenden Riemenbergen, Riementälern, Rollenbergen und Rollentälern - durch (virtuelle und somit theoretische konstruktive) Superposition mindestens einer Konturlinie mit einer Balligkeit und/oder einer Verschiebung in Riemen-Hochrichtung bzw. radialer Richtung zumindest abschnittsweise voneinander abweichende Negativformen aus Rollen-Spurhalteprofil und Riemen-Spurhalteprofil gebildet sind.
Dabei sollen die genannten Verschiebungen einerseits Stauchungen in Riemenhochrichtung derart umfassen, dass - beispielsweise bei Stauchung eines Riemens - der Abstand von Riementälern zu Riemenbergen in Riemen-Breitenrichtung betrachtet erhalten bleibt und somit nur die Höhe der Riemenberge reduziert ist. Dies führt zu einer Veränderung des Winkels von linear zwischen den entsprechenden Riemenbergen und Riementälern verlaufenden Flanken. Andererseits soll als eine Verschiebung gemäß Merkmal b) auch die einfache Kürzung von Spurhalteprofil-Flankenabschnitten umfasst sein, insbesondere die Kürzung von linearen Spurhalteprofil-Flankenabschnitten unter Beibehaltung des Flankenwinkels, was dazu führt, dass bei einer verkürzenden Verschiebung der Abstand zwischen betroffenen Riemenbergen und Riementälern kleiner wird.
Das Vorstehende gilt sinngemäß auch für die Verschiebung von Rollenbergen bzw. Rollentälern bei Umlenkrollen.
Die Auslegung der Paarungen in Verbindung mit Merkmal b) kann insbesondere derart erfolgen, dass bei Überschreibung einer als Normallastzustand festgelegten Normallastgrenze eine elastische Verformung eintritt, um bedarfsweise unterschiedlich große Abrollradien zu erzielen, insbesondere bedarfsweise kleinere Abrollradien im Bereich der - in Riemen-Breitenrichtung betrachtet - Außenseiten des Riemens. Alternativ oder in Ergänzung kann eine Balligkeit ausgebildet sein, aufgrund welcher die wirksamen Abrollradien im Bereich der Außenseiten permanent kleiner ist als in einem mittleren Bereich der Anordnung, insbesondere derart, dass die Spannungen in den äußeren Corden im Normallastzustand geringer ausfallen und sich die auftretenden nominalen Höchstspannungen in den Corden während auftretender Winkelfehler von einem mittleren Bereich in einen äußeren Bereich verschieben, ohne dass dabei insgesamt zulässige nominale Höchstspannungen überschritten werden.
In einer weiteren praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung ist als Teil des Riemen-Spurhalteprofils mindestens ein, in Riemen-Hochrichtung wirkender Cord-Entspannungsbereich mit einem von einem Grundwerkstoff des Riemens abweichenden Werkstoff als Mittel zur Erzielung unterschiedlich großer, wirksamer Abrollradien angeordnet. Bei dieser Ausführungsform handelt es sich um eine geeignete konstruktive Maßnahme, um Mittel zur Erzielung unterschiedlich großer, in dem Tragabschnitt wirksamer Abrollradien in dem Riemen selbst vorzusehen.
Insbesondere können mehrere Cord-Entspannungsbereiche in Form von Polsterungen und/oder Federelementen derart als Teil des Riemens an oder in dem Riemen angeordnet sein, dass der Riemen in bestimmten Belastungssituationen, beispielsweise bei Wirkung von Seitenführungskräften, wie sie bei Winkelfehlern auftreten, radial in Cord-Entspannungsbereichen stärker gestaucht wird als in anderen Bereichen, so dass die Abrollradien - in Breitenrichtung des Riemens betrachtet - in Abschnitten mit Cord-Entspannungsbereichen stärker reduziert werden.
Als abweichende Werkstoffe für Cord-Entspannungsbereiche wird insbesondere eingeschlossene Luftpolster, Bereiche mit Kunststoffen, wie beispielsweise mit einem weichen Polyurethan (PU), und/oder die Verwendung von Verbundwerkstoffen verwiesen. Ferner wird auf den Einsatz von Federelementen verwiesen, insbesondere auf den Einsatz von Spiralfedern. Dabei kann es sich sowohl um mehrere einzelne Elemente (z.B. Spiralfedern, sonstige Federelemente etc.) handeln, die aneinandergereiht oder beabstandet zueinander in Längsrichtung des Riemen-Spurhalteprofils angeordnet sind, oder es können jeweils langgestreckte Elemente in dem Riemen-Spurhalteprofil integriert sein, die sich über einen Wirkbereich in Längsrichtung des Riemens erstrecken, beispielsweise über eine Länge von 2 m bis 4 m.
Unabhängig davon, wie ein Cord-Entspannungsbereich oder mehrere Cord-Entspannungsbereiche ausgebildet sind, ist es besonders bevorzugt, wenn der Cord-Entspannungsbereich mindestens ein Element mit einer zumindest teilweise degressiven Federkennlinie umfasst, insbesondere ein Cord-Entspannungsbereich mit einem oder mehreren Elementen, welche in Riemen-Hochrichtung eine degressive Federkennlinie aufweisen. Besonders bevorzugt sind Cord-Entspannungsbereiche, die sich bei anfänglich wirkenden Kräften zunächst relativ steif verhalten und dann - ab dem Überschreiten einer Grenzkraft (diese ist insbesondere so ausgelegt, dass die in den Corden des Riemens auftretenden Spannungen zulässige Höchstspannungen nicht überschreiten) - die Cord-Entspannungsbereiche durch elastisches Nachgeben eine Reduzierung der wirksamen Abrollradien des Riemens (insbesondere partiell in Bereichen mit hochbelasteten Corden) bewirkt, so dass sich eine vorteilhafte Spannungsverteilung in den Corden und eine vorteilhafte Flächenpressung zwischen Riemen und Umlenkrolle auch während des Auftretens von Winkelfehlern ergibt.
Die Erfindung betrifft auch eine Umlenkrolle, insbesondere für eine wie vorstehend beschriebene Anordnung. Eine solche Umlenkrolle weist ein Rollen-Spurhalteprofil auf, wobei das Rollen-Spurhalteprofil umlaufend über den gesamten Umfang ausgebildet ist und wobei das Rollen-Spurhalteprofil in Rollen-Breitenrichtung betrachtet mindestens drei radial nach außen hervorragende Rollenberge und mindestens zwei sich zwischen benachbarten Rollenbergen erstreckende Rollentäler aufweist. Dabei sind

a) als Mittel zur Erzielung unterschiedlich großer wirksamer Abrollradien die mindestens drei Rollenberge derart ausgebildet, dass sich in Rollen-Breitenrichtung eine ballige Rollenberge-Konturlinie ergibt und/oder es ist
b) als Mittel zur Erzielung unterschiedlich großer wirksamer Abrollradien ein von einem Grundwerkstoff der Umlenkrolle abweichender Werkstoff in dem Rollen-Spurhalteprofil oder radial innerhalb des Rollen-Spurhalteprofils angeordnet ist.

Durch Ausbildung einer balligen Rollenberge-Konturlinie und/oder Anordnung eines von einem Grundwerkstoff der Umlenkrolle abweichenden Werkstoffs in dem Rollen-Spurhalteprofil (analog zu dem vorstehend beschriebenen Cord-Entspannungsbereich in einem Riemen) können bedarfsweise unterschiedlich große Abrollradien für den Tragabschnitt eines Riemens durch die Umlenkrolle vorgegeben werden. Eine erfindungsgemäße Anordnung kann insoweit auch nur durch die Verwendung einer speziell gestalteten und somit erfindungsgemäßen Umlenkrolle erzielt werden.
Analog zu den vorstehend in Verbindung mit dem Riemen mit Cord-Entspannungsbereich beschriebenen Werkstoffen wird in Verbindung mit der Umlenkrolle für die vorstehend genannten, von dem Grundwerkstoff abweichenden Grundwerkstoff erneut auf den Einschluss von Luft im Sinne von Luftpolstern, PU und/oder Verbundwerkstoffe sowie auf Federelemente und sonstige Polsterungen verwiesen. Insbesondere wird auf die Anordnung von derartigen Werkstoffen und/oder Elementen derart verwiesen, dass eine zumindest teilweise in radialer Richtung der Umlenkrolle wirkende degressive Federkennlinie erzeugt wird.
In Verbindung mit der vorstehend beschriebenen Variante a) einer erfindungsgemäßen Umlenkrolle ist es in einer weiteren praktischen Ausführungsform bevorzugt, wenn die Rollentäler zumindest teilweise derart ausgebildet sind, dass sich in Rollen-Breitenrichtung eine ballige Rollentäler-Konturlinie ergibt. In diesem Fall können im Bereich der Außenseiten der Umlenkrolle - im Vergleich zu einem mittleren Bereich der Umlenkrolle (in Breitenrichtung betrachtet) -permanent wirkende, verringerte Abrollradien ausgebildet sein, um eine gleichmäßige Spannungsverteilung in den Corden auch unter Berücksichtigung von Winkelfehlern zu erzielen. Auf die vorstehenden Ausführungen in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Anordnung wird hiermit noch einmal verwiesen.
Wenn bei einer Umlenkrolle gemäß Variante a) als Mittel zur Erzielung unterschiedlich großer wirksamer Abrollradien die mindestens drei Rollenberge derart ausgebildet sind, dass sich in Rollen-Breitenrichtung eine ballige Rollenberge-Konturlinie ergibt, ist es bevorzugt, wenn die Rollenberge zumindest teilweise (vorzugsweise vollständig) auf einer balligen Rollenberge-Konturlinie mit dem Radius R_B und die Rollentäler zumindest teilweise (vorzugsweise vollständig) auf einer balligen Rollentäler-Konturlinie mit dem Radius R_T angeordnet sind, wobei der Radius R_B maximal so groß ist wie oder kleiner als der Radius R_T. Der Vollständigkeit halber wird darauf hingewiesen, dass die Radien R_T und R_B vorzugsweise das gleiche Vorzeichen tragen, d.h. die Rollenberge-Konturlinie und die Rollentäler-Konturlinie vorzugsweise die gleiche Krümmungsrichtung aufweisen, nämlich eine - in radialer Richtung betrachtet - nach außen gerichtete Krümmung, d.h. jeweils konvex ausgebildete Konturlinien.
Die Erfindung betrifft auch einen Riemen, insbesondere für eine wie vorstehend beschriebene Anordnung. Ein solcher Riemen weist einen Tragabschnitt und ein sich an den Tragabschnitt in einer Riemen-Hochrichtung anschließendes Riemen-Spurhalteprofil auf, wobei das Riemen-Spurhalteprofil im Querschnitt mindestens zwei radial nach außen hervorragende Riemenberge und mindestens ein sich zwischen benachbarten Riemenbergen erstreckendes Riemental aufweist, wobei in dem Tragabschnitt in einer Riemen-Breitenrichtung mehrere seilartige Corde nebeneinander in Riemenlängsrichtung orientiert angeordnet sind. Dabei ist als Teil des Riemen-Spurhalteprofils mindestens ein, in Riemen-Hochrichtung wirkender Cord-Entspannungsbereich mit einem von einem Grundwerkstoff des Riemens abweichenden Werkstoff als Mittel zur Erzielung unterschiedlich großer, wirksamer Abrollradien angeordnet. Das Riemen-Spurhalteprofil ist üblicherweise auf derjenigen Seite des Riemens ausgebildet, die - in einer Anordnung mit einer korrespondierenden Umlenkrolle - in direkten Kontakt mit einer entsprechend ausgebildeten Umlenkrolle tritt.
Der Cord-Entspannungsbereich eines solchen Riemens erstreckt sich vorzugsweise in Riemen-Längsrichtung zumindest insoweit, als er in einer Anordnung mit einer korrespondierenden Umlenkrolle in Kontakt tritt. In Betracht kommen insoweit auch Anordnungen, bei welchen der Riemen nicht umlaufend an einer oder mehreren Umlenkrollen angeordnet ist, sondern sich nur über einen beschränkten Längenabschnitt über eine oder mehrere Umlenkrollen hin- und herbewegt. Diesbezüglich wird beispielsweise auf entsprechende Anordnungen in Vorrichtungen zur Stromerzeugung unter Ausnutzung der Energie von Meereswellen, in Kränen und in anderen vergleichbaren Vorrichtungen verwiesen. Auf die bereits genannten, geeigneten Werkstoffe für Cord-Entspannungsbereiche wird hiermit noch einmal verwiesen.
In einer praktischen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Riemens sind zwischen mindestens einem Riemental und zwei dazu benachbart ausgebildeten Riemenbergen jeweils zumindest teilweise linear ausgebildete Spurhalteprofil-Flankenabschnitte ausgebildet, wobei der Winkel dieser benachbarten Spurhalteprofil-Flankenabschnitte zueinander in einem Bereich zwischen 20° und 100° liegt, insbesondere zwischen 45° und 90°. Mit derartigen Riemen, die zwischen einigen benachbarten Riemenbergen und Riementälern (vorzugsweise zwischen allen benachbarten Riemenbergen und Riementälern) linear ausgebildete Spurhalteprofil-Flankenabschnitte in den genannten Winkelbereichen aufweisen, können auftretende Winkelfehler besonders gut ausgeglichen werden, insbesondere relativ kleine Winkelfehler von maximal 5°, vorzugsweise maximal 3° und weiter vorzugsweise maximal 1°.
In einer weiteren praktischen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Riemens ist bzw. sind in Riemen-Breitenrichtung betrachtet in einem mittleren Bereich ein Riemenberg oder mehrere Riemenberge (insbesondere zwei oder drei Riemenberge) mit einer nominellen Riemenberghöhe H_R,0 angeordnet, wobei die Höhe von zumindest jeweils einem sich jeweils symmetrisch außenseitig anschließenden Riemenberg H_R symmetrisch größer oder kleiner ist als die nominelle Riemenberghöhe H_R,0. Eine solche Gestaltung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn Winkelfehler beidseitig auftreten können. In diesem Fall kann eine vorteilhafte Entlastung während des Auftretens von Winkelfehlern erfolgen, insbesondere jeweils auf der biegeäußeren Seite des Riemens.
Als - auch unabhängig von Vorstehendem - konstruktiv vorteilhaft erwiesen haben sich Riemen mit einem Tragabschnitt und einem sich an den Tragabschnitt in einer Riemen-Hochrichtung anschließenden Riemen-Spurhalteprofil, wobei das Riemen-Spurhalteprofil im Querschnitt mindestens zwei radial nach außen hervorragende Riemenberge und mindestens ein sich zwischen benachbarten Riemenbergen erstreckendes Riemental (30) aufweist, wobei in dem Tragabschnitt in einer Riemen-Breitenrichtung mehrere seilartige Corde nebeneinander in Riemenlängsrichtung orientiert angeordnet sind, bei welchen im Bereich der Riemenberge und im Bereich der Riementäler jeweils Radien mit einer maximalen Abweichung von 15 Prozent ausgebildet sind, wobei die Radien das 0,1-fache bis 1-fache des Abstandes zwischen zwei benachbarten Riemenbergen betragen und wobei zwischen mindestens einem Riemental und zwei dazu benachbart ausgebildeten Riemenbergen jeweils zumindest teilweise linear oder leicht gekrümmt ausgebildete Spurhalteprofil-Flankenabschnitte ausgebildet sind, wobei der Winkel dieser benachbarten Spurhalteprofil-Flankenabschnitte zueinander zwischen 20° und 100° beträgt. Unter leicht gekrümmten Spurhalteprofil-Flankenabschnitten sind solche Spurhalteprofil-Flankenabschnitte gemeint, deren Tangenten an das erste Ende und an das zweite Ende des Spurhalteprofil-Flankenabschnitts einen Winkel von maximal 20° zueinander aufweisen, vorzugsweise maximal 15°, weiter vorzugsweise maximal 10° oder maximal 5°. Dabei ist als erstes Ende und als zweites jeweils derjenige Punkt eines Spurhalteprofil-Flankenabschnitts anzusehen, welcher die Verbindung zwischen dem Spurhalteprofil-Flankenabschnitt zu dem sich anschließenden Riemental und dem sich anschließenden Riemenberg herstellt, welche jeweils den gleichen Radius aufweisen. Bei linear ausgebildeten Spurhalteprofil-Flankenabschnitten ist dieser Winkel 0°. Vorzugsweise weisen leicht gekrümmte Spurhalteprofil-Flankenabschnitt eine gleichmäßige Krümmung auf.
Dabei beträgt die Abweichung der Radien zueinander vorzugsweise maximal 10 Prozent, besonders bevorzugt maximal 5% und weiter bevorzugt maximal 3% oder sogar nur maximal 2 %.
Die Radien zwischen benachbarten Riemenbergen betragen vorzugsweise das 0,125-fache bis 0,5-fache des Abstandes zwischen zwei benachbarten Riemenbergen, weiter bevorzugt das 0, 125-fache bis 0,4-fache dieses Abstandes.
Der Winkel der benachbarten Spurhalteprofil-Flankenabschnitte zueinander liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen 20° und 100°, insbesondere zwischen 45° und 90° und weiter bevorzugt in einem Bereich zwischen 60° und 80°. Er beträgt insbesondere ca. 70° +/- 5°.
Solche Riemen können auch beliebig mit den Merkmalen der vorstehend beschriebenen Riemen kombiniert werden.
Ein wichtiger Vorteil der zuletzt beschriebenen Riemengestaltung liegt darin, dass mit einem solchen Riemen in einer Anordnung mit einer Umlenkrolle größere Seitenkräfte aufnehmbar sind, wie sie bei Winkelfehlern auftreten, ohne dass es dabei zu einem übermäßigen Anstieg von Zugspannungen in den äußersten Corden des Riemens kommt. Es ist aus diesem Grund möglich, eine Anordnung aus einem solchen Riemen mit einer Umlenkrolle für höhere maximale Zugkräfte auszulegen und einen Riemen mit einem geringeren Gewicht und geringeren Herstellungskosten verwenden zu können.
Folgende Merkmale haben sich in Kombination mit den vorstehend beschriebenen Umlenkrollen und Riemen sowie mit den Anordnungen als vorteilhaft erwiesen, wobei die Merkmale beliebig miteinander kombinierbar sind:

- Das Riemen-Spurhalteprofil und/oder das Rollen-Spurhalteprofil weist eine in Querrichtung des Riemens bzw. der Umlenkrolle betrachtet wellenförmige, d.h. stetige Geometrie auf. In diesem Fall kann ein vorteilhafter stetiger Kraftfluss im Riemenmaterial während des Auftretens von Winkelfehlern erzielt werden.
- Der Tragabschnitt und das Riemen-Spurhalteprofil sind einstückig ausgebildet. Damit ist insbesondere gemeint, dass ein Riemen-Grundwerkstoff als Matrixwerkstoff verwendet wird und mittels dieses Matrixwerkstoffs eine Grundgeometrie des Riemens erzeugt ist. Vorzugsweise erstreckt sich der Riemen-Grundwerkstoff über die gesamte Außenkontur des Riemens, d.h. etwaige weitere Elemente oder von dem Riemen-Grundwerkstoff abweichende Werkstoffe sind in dem Riemen-Grundwerkstoff (Matrixwerkstoff) eingebettet.
- Die Zahl der Corde in dem Tragabschnitt ist größer als die Zahl der Riemenberge in dem Riemen-Spurhalteprofil des Riemens.
- An dem Riemen ist zusätzlich zu einem Spurhalteprofil eine Querverzahnung ausgebildet, um einen formschlüssigen Antrieb des Riemens zu ermöglichen, oder das Spurhalteprofil ist - wie vorstehend beschrieben - v-förmig oder auf andere geeignete Art und Weise geometrisch ausgebildet, um einen formschlüssigen Antrieb zu ermöglichen.
- An der dem Spurhalteprofil gegenüberliegenden Seite des Riemens ist eine zumindest teilweise in Querrichtung des Riemens verlaufende Triebverzahnung ausgebildet, um den Riemen auf dieser Seite formschlüssig antreiben zu können. Optional können sich dabei das Spurhalteprofil und die Triebverzahnung jeweils nur über einen Teil der Länge des Riemens ausgebildet sein, insbesondere in unterschiedlichen, sich nicht überlappenden Längenabschnitten des Riemens, beispielsweise derart, dass das Spurhalteprofil mit einer ersten Umlenkrolle zusammenwirkt und die Triebverzahnung mit einer zweiten Umlenkrolle zusammenwirkt.
- Die Umlenkrolle kann nur der Umlenkung dienen oder auch der zusätzlichen Übertragung von an- oder abtreibenden Triebkräften. Wenn eine zusätzliche Übertragung von an- oder abtreibenden Triebkräften vorgesehen ist, können die bei Winkelfehlern auftretenden Querkräfte in an- oder abtreibende Kräfte an der Umlenkrolle umgesetzt werden.
- In Anwendungsfällen mit mindestens zwei Umlenkrollen ist es bevorzugt, wenn eine Umlenkrolle für die Toleranz und den Ausgleich von Winkelfehlern ausgelegt ist und dazu der Riemen ein Riemen-Spurhalteprofil und die Umlenkrolle ein Rollen-Spurhalteprofil aufweisen, während an einer zweiten Umlenkrolle ein Antrieb bzw. Abtrieb bei exakter Riemenführung ohne Winkelfehler erfolgt. Dies kann durch abschnittsweise Ausbildung eines Riemen-Spurhalteprofils und einer Triebverzahnung erfolgen und/oder durch Ausbildung eines Riemen-Spurhalteprofils auf einer Seite des Riemens und Ausbildung einer Triebverzahnung auf der gegenüberliegenden Seite des Riemens.
- Relative Verschlankung des Riemen-Spurhalteprofils (gegenüber dem Rollen-Spurhalteprofil), um dessen seitliche Dilatation, d.h. die Umkehrung der Querkontraktion, aufgrund der elastischen Kompression zu kompensieren. Damit ist gemeint, dass das Riemen-Spurhalteprofil und das Rollen-Spurhalteprofil in einem Minimallastzustand einer Anordnung, in welchem das Riemen-Spurhalteprofil zwar - sofern erforderlich - durch eine Biegebeanspruchung weitestgehend flächig an dem Rollen-Spurhalteprofil anliegt, aber noch keine oder eine nur unwesentliche elastische Verformung des Riemens oder der Umlenkrolle stattgefunden hat, eine Anordnung mit Freiräumen im Bereich der jeweiligen Flankenabschnitte zwischen dem Riemen-Spurhalteprofil und dem Rollen-Spurhalteprofil bilden, die für den jeweiligen Werkstoff des Riemen-Spurhalteprofils und/oder des Rollen-Spurhalteprofils bei elastischen Verformungen für das sich elastisch verformende Material zur Verfügung stehen.
- Das Riemen-Spurhalteprofil, die dem Riemen-Spurhalteprofil gegenüberliegende Seite des Riemens und/oder die Seitenflächen des Riemens können beschichtet oder verstärkt ausgebildet sein, um die Reib-, Abriebs- und Laufeigenschaften zu beeinflussen oder die chemische Beständigkeit zu verbessern.
- Die Riemenberghöhe ist ungefähr konstant über der Riemenbreite, d.h. die maximale Abweichung der Riemenberghöhen zueinander beträgt maximal 15 Prozent, weiter bevorzugt maximal 10 Prozent und besonders bevorzugt maximal 5 Prozent. Sie ist in einer besonders bevorzugten Ausführungsform - bis auf eine vorgegebene Fertigungstoleranz (z.B. 1 Prozent) - genau gleich groß gewählt.
- Die sich in Riemen-Hochrichtung erstreckende kleinste Höhe des Tragabschnitts, gemessen von der zu dem Spurhalteprofil weisenden Außenseite der Corde bis zu einer Riemental-Konturlinie, ist mindestens so groß wie die kleinste Höhe des Tragabschnitts auf der gegenüberliegenden Seite der Corde, gemessen von der dem Spurhalteprofil abgewandten Seite der Corde bis der dem Außenseite des Tragabschnitts. Diesbezüglich wird insbesondere auf Ausführungsformen verwiesen, bei welchen der Tragabschnitt durch einen rechteckigen Profilquerschnitt gebildet ist, der sich bis zu den Außenseiten des Riemens erstreckt. Wenn die Corde bei einer solchen Ausführungsform auf einer sich in Riemen-Breitenrichtung erstreckenden geraden Linie angeordnet sind und sich die Riementäler nicht in den Tragabschnitt hineinragen, kann die oben genannte Auslegung leicht dadurch erfolgen, dass die Corde entweder genau mittig in dem rechteckigen Bereich des Tragabschnitts angeordnet sind oder weiter in der von dem Riemen-Spurhalteprofil abgewandten Hälfte.
- Die erfindungsgemäße Anordnung wurde insbesondere für einen Unterwassereinsatz zumindest einer Umlenkrolle und zumindest eines Teils des erfindungsgemäßen Riemens konzipiert. Es wird insoweit auf die - auch in Bezug auf Salzwasser - geeigneten Materialeigenschaften von Polyurethan (PU) und/oder Edelstahl für den Riemen und/oder als Grundmaterial für die Umlenkrolle verwiesen. So können insbesondere in dem Riemen angeordnete Corde, auch aus einfachen Stahlwerkstoffen hergestellte Corde, vor Korrosion geschützt werden.
- Die Riemenbreite erfindungsgemäßer Riemen beträgt vorzugsweise mindestens 3 cm, weiter bevorzugt mindestens 5 cm, weiter bevorzugt mindestens 10 cm oder mindestens 12 cm. Sie liegt vorzugsweise zwischen 10 cm und 20 cm, insbesondere zwischen 12 cm und 18 cm. Insbesondere wird auf Breiten von 15 cm +/- 2 cm verwiesen.
- - Mindestens eine Umlenkrolle einer erfindungsgemäßen Anordnung ist schwenkbar gelagert
- - Der Riemen und/oder die mindestens eine Umlenkrolle ist bzw. sind in einem flüssigen Medium angeordnet, insbesondere in einer Vorrichtung zur Stromerzeugung unter Ausnutzung der Energie von Meereswellen.
Eine solche Anordnung mit schwenkbarer Lagerung einer Umlenkrolle ist vorzugsweise so ausgelegt, dass die Umlenkrolle über einen vorgegebenen, in der Praxis auftretenden Schwenkbereich vollständig verschwenkbar ist, wobei spätestens bei Erreichen einer maximalen, auf die schwenkbare Umlenkrolle einwirkenden Seitenführungskraft eine passive Schwenkbewegung, d.h. eine nur durch diese Seitenführungskraft hervorgerufene Schwenkbewegung, ausgelöst wird, um die wirkenden Seitenführungskraft zu reduzieren. Dazu muss die Lagerkraft der Schwenkanordnung entsprechend gering sein. Vorzugsweise wird eine Schwenkanordnung so ausgelegt, dass spätestens bei Erreichen einer Auslenkung (Winkelfehler) von etwa 1° eine passive Schwenkbewegung der Umlenkrolle ausgelöst wird. Bei Realisierung einer erfindungsgemäßen Anordnung als Teil einer Vorrichtung zur Stromerzeugung unter Ausnutzung der Energie von Meereswellen ist der passive Schwenkwinkel für die Anbindung eines Auftriebskörpers an ein bodenfestes Bauwerk (insbesondere ein turmartiges Bauwerk, in welchem ein Gewicht auf und ab bewegt wird) vorzugsweise zwischen 15° und 45°, insbesondere zwischen 20° und 40°. Ausgehend von einer Neutrallage ist die Umlenkrolle dann bei einem passiven Schwenkwinkel von ca. 30° um +/-15° verschwenkbar.
- Als bevorzugte Werkstoffe für einen erfindungsgemäßen Riemen bzw. den Riemen einer erfindungsgemäßen Anordnung wird insbesondere auf Stahl, glasfaserverstärkte Kunststoffe oder auch Polyurethan (PU) Werkstoffe oder Gummiwerkstoffe mit eingebetteten Glasfaserwerkstoffen verwiesen.
- Als bevorzugte Werkstoffe für eine erfindungsgemäße Umlenkrolle oder eine erfindungsgemäße Anordnung mit einer Umlenkrolle wird insbesondere auf Polyoxymethylen (POM), Edelstahl und Aluminium verwiesen.
- Der Durchmesser der Umlenkrolle beträgt mindestens 50 cm und liegt vorzugsweise zwischen 50 cm und 200 cm, insbesondere zwischen 100 cm und 150 cm.
- Die Länge des Riemens beträgt vorzugsweise mehr als 10 m, insbesondere zwischen 20 m und 50 m oder zwischen 30 m und 40 m.
- Der Radius der Rollenberge-Konturlinie, der Riemenberge-Konturlinie, der Rollentäler-Konturlinie und/oder der Riementäler-Konturlinie im Verhältnis zur Riemenbreite liegt vorzugsweise bei dem 1-30-fachen der Riemenbreite, bevorzugt bei dem 5-20-fachen der Riemenbreite. Diese Werte gelten insbesondere für Anordnungen, deren zulässiger Winkelfehler auf einen Bereich zwischen 0° und 5° begrenzt sein soll, vorzugsweise auf ungefähr 1°.

Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

1 einen Profilquerschnitt des radial äußersten Bereichs einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Umlenkrolle,
2 die Anordnung eines Profilquerschnitts eines Riemens an dem den Profilquerschnitt der Umlenkrolle aus 1 in einem lastfreien Zustand,
3 die Anordnung aus 2 unter Last,
4 die Anordnung eines Riemens an einer schwenkbar gelagerten Umlenkrolle mit einem Umlenkwinkel von 90° in einer Seitenansicht,
5 die Anordnung aus 4 in einer Ansicht von oben
6 eine Anordnung eines Riemens an zwei Umlenkrollen, wobei eine Umlenkrolle schwenkbar gelagert ist,
7 einen Profilquerschnitt des radial äußersten Bereichs einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Umlenkrolle,
8 nur das Rollen-Spurhalteprofil mit der Rollenberge-Konturlinie und der Rollentäler-Konturlinie einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Umlenkrolle,
9 eine ausschnittsweise Darstellung einer Anordnung eines Riemens mit überhöhten Riemenbergen an einer korrespondierenden Umlenkrolle,
10 eine ausschnittsweise Darstellung einer Anordnung eines Riemens mit Cord-Entspannungsbereichen an einer korrespondierenden Umlenkrolle während einer Auslenkung in Richtung des Pfeils A,
11 eine weitere Ausführungsform einer Anordnung eines Riemens an einer Umlenkrolle in einem lastfreien Zustand,
12 die Anordnung aus 12 in einem Zustand unter Last,
13 die Anordnung aus den 11 und 12 unter Last und während einer Auslenkung in Richtung des Pfeils A.

1 zeigt einen Profilquerschnitt des radial äußersten Bereichs einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Umlenkrolle 10. Wie erkennbar ist, ist in einem äußeren Umfangsbereich 12 der Umlenkrolle 10 ein Rollen-Spurhalteprofil 14 ausgebildet. Das Rollen-Spurhalteprofil 14 ist im Wesentlichen gebildet durch mehrere Rollenberge 16 und Rollentäler 18, die in Querrichtung der Umlenkrolle Q_Ro wechselweise nebeneinander angeordnet sind. Das Rollen-Spurhalteprofil 14 erstreckt sich in der gezeigten Ausführungsform über die in 1 gekennzeichnete Breite B_RoS. Verbindet man die Rollenberge 16 miteinander ergibt sich eine (virtuelle) ballige Rollenberge-Konturlinie 20, die in 1 gestrichelt dargestellt ist. Durch Verbindung der Rollentäler 18 ergibt sich eine in dieser Ausführungsform lineare (virtuelle) Rollentäler-Konturlinie 38, die in 1 ebenfalls gestrichelt dargestellt ist. Um die Rollenberge-Konturlinie 20 und die Rollentäler-Konturlinie 38 besser erkennen zu können, wurde auf eine Schraffur des Umfangsbereichs 12 der Umlenkrolle 10 in 1 verzichtet, obwohl es sich um eine Schnittdarstellung handelt.
Aus dem gleichen Grund wurde auch in den weiteren Figuren auf Schraffuren grundsätzlich verzichtet.
Um die Wirkung der in 1 dargestellten erfindungsgemäßen Umlenkrolle 10 zu erläutern, wird nun zunächst anhand der 4, 5 und 6 erläutert, für welche Anwendungsfälle die Erfindung besonders geeignet ist. In 4 ist eine vollständige Umlenkrolle 10 gezeigt, über welche ein Riemen 22 um 90° umgelenkt wird. 4 zeigt die Umlenkrolle mit ihrer Drehachse 36 in einer Seitenansicht. Diese Umlenkrolle weist einen Durchmesser von ungefähr 1,5 m auf.
5 zeigt die Anordnung aus 4 in einer Ansicht von oben. In dieser Ansicht ist auch erkennbar, dass die Umlenkrolle 10 um einen Drehpunkt 44 verschwenkbar gelagert ist. In der in 4 gezeigten Position beträgt der Schwenkwinkel α gegenüber dem als Horizontale 46 dargestellten linken Anschlag 46 ungefähr 20°. Der rechte Anschlag 48 befindet sich bei einem Winkel von α_max von 30°.
In 5 ist auch dargestellt, dass der Riemen 22 gegenüber dem Winkel α der Schwenkrolle um den Winkel δ verschwenkt ist. Dieser Winkel δ wird nachfolgend auch als Winkelfehler bezeichnet, da es sich bei diesem Winkel um eine unerwünschte Abweichung der Riemenrichtung gegenüber der Senkrechten zur Drehachse 36 der Umlenkrolle 10 handelt.
6 zeigt die Anordnung des Riemens 22 an einer verschwenkbaren Umlenkrolle 10a, wie diese in den 4 und 5 dargestellt ist, wobei der Riemen 22 zusätzlich über eine nicht schwenkbare Umlenkrolle 10b geführt ist. Da die Umlenkrolle 10a um einen Drehpunkt 44 schwenkt, der sich auf der Verbindungslinie zwischen der Umlenkrolle 10a und der Umlenkrolle 10b befindet, wird der Riemen 22 der Umlenkrolle 10b unabhängig von dem eingestellten Schwenkwinkel α und unabhängig von Winkelfehlern im Bereich der Umlenkrolle 10a stets in einem Winkel senkrecht zu der (nicht mit einem Bezugszeichen versehenden) Drehachse der Umlenkrolle 10b zugeführt. Insoweit muss bei der Umlenkrolle 10b nicht mit Winkelfehlern gerechnet werden. Der Vollständigkeit halber wird darauf hingewiesen, dass bei Anwendungen, für welche die Erfindung gemacht wurde, die Umlenkrolle 10a sich in einem Unterwasserbereich befindet, während der Riemen 22 auf dem Weg von der Umlenkrolle 10a zu der Umlenkrolle 10b aus dem Wasser herausgeführt wird, so dass die Umlenkrolle 10b sich nicht in einem Unterwasserbereich befindet. Insbesondere kann es sich bei der Umlenkrolle 10a um eine Umlenkrolle handeln, die sich im Meer befindet und über welche der Riemen 22 zu einem Auftriebskörper geführt wird, der sich mit Meereswellen auf und ab bewegt und so für den Antrieb des Riemens 22 genutzt wird. Ebenfalls wird darauf hingewiesen, dass der Kontakt des Riemens 22 zu der Umlenkrolle 10a und zu der Umlenkrolle 10b auf Längenabschnitte beschränkt ist, wenn der Riemen 22 stets nur über einen Teil seiner Länge über die Rollen hin- und zurückbewegt wird, wie beispielsweise bei einer Vorrichtung zur Erzeugung von Strom der Anmelderin unter Ausnutzung von Meereswellen.
In Verbindung mit Standard-Umlenkrollen, bei welchen Winkelfehler - wie vorstehend in Verbindung mit der Umlenkrolle 10a in 5 erläutert - auftreten können, ergibt sich insbesondere in Verbindung mit Standard-Riemen, die ein Standard-Riemen-Spurhalteprofil aufweisen, das Problem, dass es während des Auftretens von Winkelfehlern zu einer signifikanten temporären Erhöhung der Spannungen von in solchen Standard-Riemen angeordneten Corden kommt, insbesondere zu Spannungen, die deutlich über die üblicherweise in den Corden auftretenden Spannungen liegen. Mit den im Folgenden im Detail beschriebenen Umlenkrollen 10, Riemen 22 und Anordnungen aus Riemen 22 an Umlenkrollen 10 kann einer derartigen temporären Überhöhung der Spannungen in den Corden 32 entgegengewirkt und der Einsatz derartiger Riemen für entsprechende Anordnungen ermöglicht werden.
Die Wirkung der balligen Rollenberge-Konturlinie 20 der in 1 dargestellten Umlenkrolle wird nun mit Hilfe der 2 und 3 anhand der Anordnung eines Riemens 22 an der in 1 gezeigten Umlenkrolle 10 erläutert.
2 zeigt die Anordnung in einem lastfreien Zustand, 3 zeigt die Anordnung in einem Zustand unter Last.
Wie in 2 gezeigt ist der Riemen 22 im Wesentlichen gebildet durch einen Tragabschnitt 24, der sich von der Oberseite des Riemens über eine gleichbleibende Riemenbreite erstreckt und somit eine rechteckige Querschnittsform aufweist. In dem Tragabschnitt 24 sind eine Vielzahl von Corden 32 - im lastfreien Zustand - auf einer Linie (d.h. linear) nebeneinander und beabstandet zueinander angeordnet. Die Corde 32 sind so zueinander ausgerichtet, dass sich eine virtuelle Linie durch die Corde 32 im lastfreien Zustand exakt in Breitenrichtung des Riemens B_Ri erstreckt.
An den Tragabschnitt 24 schließt sich auf der der Oberseite gegenüberliegenden Seite ein Riemen-Spurhalteprofil 26 an. Das Riemen-Spurhalteprofil 26 besteht im Wesentlichen aus wechselweise in Breitenrichtung des Riemens B_Ri nebeneinander ausgebildeten Riemenbergen 28 und Riementälern 30. Dabei sind der Tragabschnitt 24 und das Riemen-Spurhalteprofil 26 einstückig aus dem gleichen Riemen-Grundmaterial ausgebildet, hier aus einem Polyurethan (PU).
Der Tragabschnitt 24 des Riemens 22 erstreckt sich in der gezeigten Ausführungsform über die gesamte Breite des Riemens. Die Breite des Riemen-Spurhalteprofils 26 ist in 2 mit B_RiS gekennzeichnet. Sie erstreckt sich nun über einen Teil der Breite des Riemens. Die Corde 32 sind gleichmäßig zueinander beabstandet und erstrecken sich über die gesamte Breite B_RiS des Riemen-Spurhalteprofils 26.
In 2 ist ferner die nominelle Höhe H_R,0 des mittleren Riemenbergs 28 gekennzeichnet, gemessen gegenüber der (virtuellen) Trennung zwischen dem Tragabschnitt 24 und dem Spurhalteprofil 26. Diese nominelle Höhe des mittleren Riemenberges 28 ist größer als die Höhen H_R der sich von dem mittleren Riemenberg in Breitenrichtung des Riemens B_Ri seitlich anschließenden Riemenberge 28. Die Höhen H_R der sich seitliche anschließenden Riemenberge 28 sind rechts und links jeweils gleich groß, so dass sich eine symmetrische Verteilung der Riemenberge 28 ausgehend von dem mittleren Riemenberg 26 nach außen ergibt.
In 2 ist auch als Verbindung sämtlicher Riemenberge 28 eine Riemenberge-Konturlinie 34 gestrichelt gekennzeichnet. Ferner ist eine Riementäler-Konturlinie 50 mit einer gestrichelten Linie gekennzeichnet, welche sich durch Verbindung der Riementäler 30 im lastfreien Zustand des Riemens 22 ergibt. Wie in 2 erkennbar ist, sind sowohl die Riementäler-Konturlinie 50 als auch die Riemenberge-Konturlinie 34 ballig ausgebildet, wobei der Radius der Riemenberge-Konturlinie 34 kleiner ist als der Radius der Riementäler-Konturlinie 50.
3 zeigt den Riemen 22 in einem Zustand unter Last, beispielsweise während des Betriebes in einem System wie vorstehend in Verbindung mit den 4-6 erläutert.
Wie aus der 3 unmittelbar ersichtlich ist, ergibt sich unter Last eine ballige Außenkontur 52 im Bereich der Oberseite des Riemens, welche sich bis in den Bereich der virtuellen Verbindungslinie durch die Corde 32 erstreckt. Dementsprechend ergeben sich in den äußeren Bereichen des Riemens 22 kleinere Abrollradien für die Corde 32 über die Umlenkrolle 12 als in dem mittleren Bereich des Riemens 22. Dadurch ist die Spannung in den Corden 32 in den in Riemenbreitenrichtung B_Ri äußeren Bereichen im Normallastzustand, d.h. bei Betrieb ohne Winkelfehler, reduziert. Bei winkelfehlerfreiem Einlauf des Riemens 22 in die Umlenkrolle 12 treten daher die höchsten Spannungen in den Corden 32 im mittleren Bereich des Riemens 22 auf.
Tritt ein Winkelfehler auf, kommt es zu einer seitlichen Auslenkung des Riemens, beispielsweise gemäß dem Pfeil A₁ oder gemäß dem Pfeil A₂ in 3. Dann erhöhen sich aufgrund der Kinematik die Spannungen in den Corden 32 in dem jeweils äußeren Bereich auf der biegeäußeren Seite des Riemens 22. Die in den 2 und 3 gezeigte Anordnung ist so ausgelegt, dass die Spannungen in den Corden 32 auch bei auftretenden Winkelfehlern eine Maximalspannung nicht überschreiten und die Spannungsverteilung während der Anwendung unter Berücksichtigung der Häufigkeit von Winkelfehlern ungefähr gleich groß bleibt. Das Riemen-Spurhalteprofil 26 und das Rollen-Spurhalteprofil 14 sind dabei so ausgelegt, dass sich die Flächenpressung zwischen Riemen 22 und Umlenkrolle 10 zwar während des Auftretens von Winkelfehlern von einem mittleren Bereich in den biegeäußeren Bereich verlagert, aber insgesamt ungefähr gleich groß bleibt.
7 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Profilquerschnitts einer Umlenkrolle 10. Bei dieser Ausführungsform sind sowohl die Rollenberge-Konturlinie 20 als auch die Rollentäler-Konturlinie 38 ballig ausgebildet und verlaufen ungefähr parallel zueinander.
8 zeigt eine weitere Möglichkeit der Ausbildung des Profilquerschnitts einer Umlenkrolle 10. Von dem Profilquerschnitt ist in 8 nur die Kontur des Rollen-Spurhalteprofils 14 dargestellt. Wie in 8 erkennbar ist, sind bei dieser Ausführungsform sowohl die Rollenberge-Konturlinie 20 als auch die Rollentäler-Konturlinie 38 ballig ausgebildet, wobei die Balligkeit in die gleiche Richtung ausgebildet ist. Dabei ist der Radius der Rollentäler-Konturlinie 38 größer als der Radius der Rollenberge-Konturlinie 20.
9 zeigt einen Ausschnitt einer Anordnung eines Riemens 22 an einer Umlenkrolle 10, wobei die Riementäler 30 auf einer in 9 nicht eingezeichneten Riementäler-Konturlinie angeordnet sind, die Rollenberge 16 auf einer in 9 nicht dargestellten Rollenberge-Konturlinie angeordnet sind, die Rollentäler 18 auf einer in 9 nicht dargestellten Rollentäler-Konturlinie angeordnet sind und die Riemenberge auf einer in 9 nicht dargestellten Riemenberge-Konturlinie angeordnet sind. Dabei weist die Paarung aus der Riementäler-Konturlinie und der Rollenberge-Konturlinie nicht identische Negativformen auf, indem sich diese Paarung zumindest in dem dargestellten Ausschnitt dadurch unterscheidet, dass die Rollenberge-Konturlinie eine in 9 nicht dargestellte Balligkeit aufweist (vgl. hierzu 7, in welcher eine solche Balligkeit ebenfalls ausgebildet ist), wobei in 9 zusätzlich eine Verschiebung von Riemenbergen 28 in Riemenhochrichtung H_Ri in Richtung Umlenkrolle 10 ausgebildet ist. Durch die genannte Verschiebung ergibt sich eine Überhöhung der Riemenberge 28 gegenüber den korrespondierenden Rollentälern 18, so dass die Riementäler 30 ohne elastische Verformung der Riemenberge 28 und/oder der Rollentäler 18 nicht mit den korrespondierenden Rollenbergen 16 zur Anlage kommen. Sobald eine elastische Verformung der Riemenberge 28 und/oder der Rollentäler 18 stattfindet, was insbesondere bei Auslenkung des Riemens und bei Erhöhung der Last erfolgt, verkleinern sich die wirksamen Radien der korrespondierenden Corde 32. Die genannten Überhöhungen der Riemenberge 18 sind insoweit Mittel zur Erzielung unterschiedlich großer in dem Tragabschnitt 24 wirkender Abrollradien. Es wird darauf hingewiesen, dass Überhöhungen auch nur selektiv über die Riemenbreite derart ausgebildet werden können, dass sich - insbesondere innerhalb eines tolerierten Winkelfehlerbereichs, der frei festgelegt oder experimentell ermittelt werden kann - jeweils über die gesamte Riemenbreite betrachtet bei jedem sich einstellenden Winkelfehler ungefähr die gleiche Flächenpressung ergibt. Die zulässige maximale Abweichung der Flächenpressung kann in diesem Fall ebenfalls frei definiert werden, beispielsweise auf maximal 20 Prozent von einem Mittelwert (oder alternativ von einem Messwert bei winkelfehlerfreiem Betrieb einer Vorrichtung/Anordnung), maximal 10 Prozent davon oder maximal 5 Prozent davon.
10 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Anordnung eines Riemens 22 an einer Umlenkrolle 10, von welcher wiederum nur ein Ausschnitt der Kontur des Rollen-Spurhalteprofils 14 und der Kontur des Riemen-Spurhalteprofils 26 dargestellt sind. Bei dieser Anordnung sind im Bereich der Riemenberge 28 jeweils zwischen zwei Riementälern 30 als Mittel zur Erzielung unterschiedlich großer wirksamer Abrollradien im Querschnitt ungefähr kreisförmige Cord-Entspannungsbereiche 40 ausgebildet. Die Cord-Entspannungsbereiche 42 sind hier in Form von gitterartig dargestellten Federelementen ausgebildet, welche eine in Hochrichtung des Riemens H_Ri wirkende degressive Federkennlinie aufweisen. Die Federelemente erstrecken sich in Längsrichtung des Riemens 22 über den gesamten Längenabschnitt, der bei bestimmungsgemäßen Betrieb der Anordnung mit der Umlenkrolle 10 in Kontakt tritt, hier etwa 2-3 m. Dadurch kann der wirksame Abrollradius bei einer Verschiebung in Richtung des Pfeils A, wie in 10 dargestellt, reduziert werden, indem der Cord-Entspannungsbereich 40 aufgrund seiner degressiven Federkennlinie eine bedarfsweise Nachgiebigkeit zur Verfügung stellt. Wenn Spannungen in Corden 32, die sich bei einer Verschiebung in Richtung des Pfeils A im linken Bereich angeordnet sind, besonders groß werden, können mittels des Cord-Entspannungsbereichs 40 der wirksame Abrollradius reduziert und die maximal auftretenden Spannungen in den entsprechenden Corden 32 reduziert werden. Die Reduzierung des Abrollradius kann insoweit bei dieser Ausführungsform bei auftretenden Winkelfehlern bedarfsweise, jeweils in dem biegeäußeren Bereich des Riemens 22 erfolgen. Hierzu wird noch einmal auf die vorstehend anhand von 5 erläuterte Belastungssituation eines Riemens 22 an einer Umlenkrolle 10 verwiesen. In 5 ist biegeäußere Bereich links außen des in 5 dargestellten Riemens 22, insbesondere in dem Bereich des Austritts des Riemens 22 aus der Umlenkrolle.
In den 11 bis 13 ist eine weitere Anordnung eines Riemens 22 an einer Umlenkrolle 10 gezeigt, wobei 11 den Riemen im lastfreien Zustand zeigt, 12 den Riemen 22 unter Last, aber ohne Winkelfehler zeigt und 13 den Riemen 22 bei einer Auslenkung in Richtung des Pfeils A zeigt, analog zu 10.
Bei der in den 11 bis 13 gezeigten Ausführungsformen sind die Radien im Bereich der Rollenberge 16, der Rollentäler 18, der Riemenberge 28 und der Riementäler 30 jeweils genau gleich groß gewählt. Zwischen den Riementälern 30 und dazu benachbart ausgebildeten Riemenbergen 28 sind jeweils linear ausgebildete Spurhalteprofil-Flankenabschnitte 54 ausgebildet, deren Winkel β zueinander 75° beträgt. Das Vorstehende gilt sinngemäß auch für das Rollenspurhalteprofil 14, wobei die Rollenberge-Konturlinie 20 und die Rollentäler-Konturlinie 38 jeweils ballig ausgebildet sind. Wie in 12 erkennbar ist, ergibt sich aufgrund der balligen Ausbildung des Rollenspurhalteprofils 14 eine Reduzierung der wirksamen Abrollradien in dem Tragabschnitt 24, insbesondere für die in dem Tragabschnitt 24 angeordneten Corde 32 in Breitenrichtung des Riemens B_Ri äußeren Bereich des Riemens 22.
Durch die jeweils gleich großen Radien von Rollental 18, Rollenberg 16, Riemental 30 und Riemenberg 28 ergibt sich ferner eine vorteilhafte Kraftverteilung bei auftretenden Winkelfehlern, insbesondere wenn der Riemen, wie in 13 dargestellt gemäß dem Pfeil A nach rechts ausgelenkt wird und die biegeäußere (in 13 linke) Seite einer erhöhten Cord-Belastung unterliegt. Das Vorstehende gilt sinngemäß selbstverständlich auch für eine Auslenkung entgegen des Pfeils A in 13.
Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Sie kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.
Bezugszeichenliste

10: Umlenkrolle
12: äußerer Umfangsbereich
14: Rollen-Spurhalteprofil
16: Rollenberg
18: Rollental
20: Rollenberge-Konturlinie
22: Riemen
24: Tragabschnitt
26: Riemen-Spurhalteprofil
28: Riemenberg
30: Riemental
32: Cord
34: Riemenberge-Konturlinie
36: Drehachse
38: Rollentäler-Konturlinie
40: Cord-Entspannungsbereich
42: Element
44: Drehpunkt (der Umlenkrolle)
46: linker Anschlag (Horizontale)
48: rechter Anschlag (der Umlenkrolle)
50: Riementäler-Konturlinie
52: Außenkontur
54: Spurhalteprofil-Flankenabschnitte
R_T: Radius der Rollentäler-Konturlinie
R_B: Radius der Rollenberge-Konturlinie
Q_Ro: Rollenquerrichtung
R: radiale Richtung
A: Auslenkung
H_R: Höhe eines Riemenberges
H_R,0: nominelle Höhe eines Riemenberges

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 4840607 A [0002]

Claims

Anordnung aus mindestens einer Umlenkrolle (10) mit einem Rollen-Spurhalteprofil (14) und einem über die mindestens eine Umlenkrolle (10) geführten Riemen (22) mit einem Tragabschnitt (24) sowie einem sich von dem Tragabschnitt (24) in Riemen-Hochrichtung erstreckenden Riemen-Spurhalteprofil (26), wobei das Rollen-Spurhalteprofil (14) über den gesamten Umfang der mindestens einen Umlenkrolle (10) ausgebildet ist und wobei das Riemen-Spurhalteprofil (26) zumindest über eine mit der mindestens einen Umlenkrolle (10) zusammenwirkenden Wirklänge des Riemens (22) ausgebildet ist, wobei das Rollen-Spurhalteprofil (14) in Rollen-Breitenrichtung betrachtet mindestens drei radial nach außen hervorragende Rollenberge (16) und mindestens zwei, sich zwischen benachbarten Rollenbergen (16) erstreckende Rollentäler aufweist und wobei das Riemen-Spurhalteprofil (26) eine mit den Rollenbergen(16) korrespondierende Zahl von Riementälern und eine mit den Rollentälern korrespondierende Zahl von Riemenbergen (28) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Rollen-Spurhalteprofil (14) und/oder an dem Riemen-Spurhalteprofil (26) in Rollen-Breitenrichtung betrachtet mindestens ein Mittel zur Erzielung unterschiedlich großer, in dem Tragabschnitt (24) wirksamer Abrollradien vorgesehen ist.
Anordnung nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Riementäler auf einer Riementäler-Konturlinie (50) angeordnet sind, die Rollenberge (16) auf einer Rollenberge-Konturlinie (20) angeordnet sind, die Rollentäler auf einer Rollentäler-Konturlinie (38) angeordnet sind und die Riemenberge (28) auf einer Riemenberge-Konturlinie (34) angeordnet sind, wobei a) beide genannten Paarungen jeweils einen identischen Konturlinienverlauf aufweisen oder b) wobei zumindest entweder die Paarung aus der Riementäler-Konturlinie (50) und der Rollenberge-Konturlinie (20) oder die Paarung aus der Riemenberge-Konturlinie (34) und der Riementäler-Konturlinie (50) nicht-identische Negativformen aufweist, indem sich diese Paarung zumindest abschnittsweise mindestens dadurch unterscheidet, dass eine der Konturlinien einer Paarung eine ballig ausgebildete Konturlinie aufweist, die von der korrespondierenden Konturlinie der gleichen Paarung abweicht, wobei optional zusätzlich eine Verschiebung oder mehrere Verschiebungen von Bergen zu korrespondierenden Tälern in radialer Richtung der Umlenkrolle (10) und/oder in Riemen-Hochrichtung ausgebildet sein können.
Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Teil des Riemen-Spurhalteprofils (26) mindestens ein, in Riemen-Hochrichtung wirkender Cord-Entspannungsbereich (40) mit einem von einem Grundwerkstoff des Riemens (22) abweichenden Werkstoff als Mittel zur Erzielung unterschiedlich großer, wirksamer Abrollradien angeordnet ist.
Anordnung nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Cord-Entspannungsbereich (40) mindestens ein Element (42) mit einer zumindest teilweise degressiven Federkennlinie umfasst.
Umlenkrolle (10) mit einem Rollen-Spurhalteprofil (14), wobei das Rollen-Spurhalteprofil (14) umlaufend über den gesamten Umfang ausgebildet ist und wobei das Rollen-Spurhalteprofil (14) in Rollen-Breitenrichtung betrachtet mindestens drei radial nach außen hervorragende Rollenberge (16) und mindestens zwei sich zwischen benachbarten Rollenbergen (16) erstreckende Rollentäler aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass a) als Mittel zur Erzielung unterschiedlich großer wirksamer Abrollradien die mindestens drei Rollenberge (16) derart ausgebildet sind, dass sich in Rollen-Breitenrichtung eine ballige Rollenberge-Konturlinie (20) ergibt und/oder b) als Mittel zur Erzielung unterschiedlich großer wirksamer Abrollradien ein von einem Grundwerkstoff der Umlenkrolle (10) abweichender Werkstoff in dem Rollen-Spurhalteprofil (14) oder radial innerhalb des Rollen-Spurhalteprofils (14) angeordnet ist.
Umlenkrolle (10) zumindest nach Variante a) des vorstehenden Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollentäler zumindest teilweise derart ausgebildet sind, dass sich in Rollen-Breitenrichtung eine ballige Rollentäler-Konturlinie (38) ergibt.
Umlenkrolle (10) nach einem der beiden vorstehenden Ansprüche und zumindest Variante a) des Anspruchs 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollenberge (16) zumindest teilweise auf einer balligen Rollenberge-Konturlinie (20) mit dem Radius R_B und die Rollentäler zumindest teilweise auf einer balligen Rollentäler-Konturlinie (38) mit dem Radius R_T angeordnet sind, wobei der Radius R_B maximal so groß ist wie oder kleiner als der Radius R_T.
Riemen (22) mit einem Tragabschnitt (24) und einem sich an den Tragabschnitt (24) in einer Riemen-Hochrichtung anschließenden Riemen-Spurhalteprofil (26), wobei das Riemen-Spurhalteprofil (26) im Querschnitt mindestens zwei radial nach außen hervorragende Riemenberge (28) und mindestens ein sich zwischen benachbarten Riemenbergen (28) erstreckendes Riemental (30) aufweist, wobei in dem Tragabschnitt (24) in einer Riemen-Breitenrichtung mehrere seilartige Corde (32) nebeneinander in Riemenlängsrichtung orientiert angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass als Teil des Riemen-Spurhalteprofils (26) mindestens ein, in Riemen-Hochrichtung wirkender Cord-Entspannungsbereich (40) mit einem von einem Grundwerkstoff des Riemens (22) abweichenden Werkstoff als Mittel zur Erzielung unterschiedlich großer, wirksamer Abrollradien angeordnet ist.
Riemen (22) nach dem vorstehenden Anspruch, wobei zwischen mindestens einem Riemental (30) und zwei dazu benachbart ausgebildeten Riemenbergen (28) jeweils zumindest teilweise linear ausgebildete Spurhalteprofil-Flankenabschnitte (54) ausgebildet sind, wobei der Winkel dieser benachbarten Spurhalteprofil-Flankenabschnitte (54) zueinander zwischen 20° und 100° beträgt.
Riemen (22) nach einem der zwei vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Riemen-Breitenrichtung betrachtet in einem mittleren Bereich ein Riemenberg (28) oder mehrere Riemenberge (28) mit einer nominellen Riemenberghöhe H_R,0 angeordnet ist/sind und die Höhe H_R von zumindest jeweils einem sich jeweils symmetrisch außenseitig anschließenden Riemenberg (28) symmetrisch größer oder kleiner ist als die nominelle Riemenberghöhe H_R,0.
Riemen (22) nach einem der drei vorstehenden Ansprüche oder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Riemenberge (28) und im Bereich der Riementäler jeweils Radien mit einer maximalen Abweichung von 15 Prozent ausgebildet sind, wobei die Radien das 0,1 bis 1-fache des Abstandes zwischen zwei benachbarten Riemenbergen (28) betragen und wobei zwischen mindestens einem Riemental (30) und zwei dazu benachbart ausgebildeten Riemenbergen (28) jeweils zumindest teilweise linear oder leicht gekrümmt ausgebildete Spurhalteprofil-Flankenabschnitte (54) ausgebildet sind, wobei der Winkel dieser benachbarten Spurhalteprofil-Flankenabschnitte (54) zueinander zwischen 20° und 100° beträgt.