DE1077938B - Zahnriementrieb - Google Patents

Description

• Zahnriementrieb Die Erfindung bezieht sich auf einen Zahnriementrieb, dessen Zähne einen trapezförmigen Querschnitt haben.
• Nach bekannten Vorschlägen wird schon die Forderung erhoben, Gleitbewegungen zwischen Zahnrad und Zahnriemen zu vermeiden. Auch sind Zahnriemen bekannt, deren Zähne verhältnismäßig flach sind. Die bekannten Vorschläge geben jedoch keine Hinweise über die Querschnittsform des Riemenzahns in Abhängigkeit von der Lage der Achse, um den sich der Riemenzahn, beispielsweise beim Herausheben aus der Zahnlücke des Zahnrads, verschwenkt.
• Die Erfindung strebt ebenfalls an, Gleitbewegungen zwischen Zahnrad und Zahnriemen, insbesondere zwischen den Zahnflanken dieser Teile, auszuschalten. Sie geht von der Erkenntnis aus, daß dieses Ziel nur dann erreichbar ist, wenn einerseits ein reibungsfreier Ein-und Auslauf des Riemenzahns erfolgt und andererseits ein reibungsfreier, schlupfloser Sitz des im Eingriff befindlichen Riemenzahns sichergestellt ist. Ein reibungsfreier Ein- und Auslauf ließe sich indessen bei verhältnismäßig schräg ansteigenden Zahnflanken des Zahnriemens erreichen, doch bedingen derartige Zahnflanken verhältnismäßig große radiale Komponenten der vom Zahnriemen zu übertragenden Umfangskraft, die einen festen Sitz des im Eingriff befindlichen Riemenzahns vor allen Dingen bei wechselnder Last ausschließen. Die Radialkomponente der Umfangskraft kann an sich geringer gehalten werden, wenn steile Flanken des Riemenzahns gewählt werden, doch würde hierdurch der reibungsfreie Ein- und Auslauf gestört.
• Um diesen Bedingungen gerecht zu werden, soll erfindungsgemäß die Zahnflanke des Riemenzahns auf einer Ecksehne eines Halbkreises über der neutralen Faser des Riemens liegen und an ihrem äußeren Ende durch den Halbkreis begrenzt sein, wobei der Durchmesser des Halbkreises von den Verlängerungen der Zahnflanken des Zahnrads auf der neutralen Faser des Riemens abgeschnitten wird. Hierbei können beide Zahnflanken eines Riemenzahns Ecksehnen des Halbkreises sein, vorzugsweise verläuft aber die zweite Zahnflanke des Riemenzahns parallel zu der Ecksehne innerhalb des Halbkreises.
• Nunmehr können verhältnismäßig steile Zahnflanken gewählt werden. Zudem wird die Reibungsfreiheit, insbesondere bei den sich aus dem Zahnrad heraushebenden Riemenzähnen, sichergestellt. Der sich aus den Zahnlücken des Zahnrads heraushebende Riemenzahn führt zu Beginn dieser Bewegung eine Verschwenkbewegung um eine Achse aus, die in der neutralen Faser des Riemens und zudem infolge der polygonartigen Verformung des Riemens in der Nähe der in Drehrichtung des Zahnrads hinten liegenden-Flanke des Riemenzahns liegt. Diese Achse befindet sich, wenn zwischen den Flanken der Rad- und Riemenzähne kein Spiel vorhanden ist und somit der für einen Zahnriementrieb ungünstigste Fall betrachtet wird, in dem in Drehrichtung des Zahnrads hinten liegenden Endpunkt des erwähnten Halbkreises. Da zudem die sich zuerst abhebende Zahnflanke eine zum entgegengesetzten Ende des Halbkreises gehörige Ecksehne ist bzw. auf dieser Ecksehne liegt, ist infolge der Bedingungen nach T h a l e s, wonach alle Peripheriewinkel im Halbkreis rechtwinklig sind, auch ein reibungsfreies Abheben der an den Köpfen der Riemenzähne befindlichen Kanten sichergestellt.
• Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Zeichnung erläutert, in der Ausführungsbeispiele dargestellt sind. Es zeigt Fig. I einen verzahnten, biegsamen Riemen, der mit einem entsprechend verzahnten Rad kämmt, in der Seitenansicht, Fig. 2 und 3 je einen im Eingriff befindlichen Riemenzahn in der Seitenansicht, Fig. 4 eine Einzelheit der Fig. 3.
• Das verzahnte Rad ist mit 1, der aus elastisch verformbarem Werkstoff, z. B. Polyurethanen, bestehende biegsame verzahnte Riemen ist mit 2 bezeichnet. Dieser ist in seinem durchgehenden, die einzelnen Zähne 3 miteinander verbindenden Teil 4 mit in Längsrichtung des Riemens verlaufenden, nebeneinanderliegenden, eingebetteten Stahlseilen 5 versehen, und zwar so, daß die Stahlseile 5 in einer Querebene des Teils 4 angeordnet sind.
• Der Riemen 2 wird in Richtung des Pfeils 6 bewegt. Da der Riemen 2 beim Auslaufen aus den Lücken 7 zwischen den Zähnen 8 des Rads 1 von einem gekrümmten Zustand in einen gestreekten übergehen muß, kann man sich diesen Vorgang auch so vorstellen, als ob einzelne Riemenelemente um eine bestimmte Drehachse gedreht werden. Diese Riemenelemente werden im einzelnen gebildet von den nicht oder im nicht nennenswerten Umfang biegsamen Zähnen 3 des Riemens 2.
• Im Anfang der Drehung wird diese Drehachse irgendwo auf der Senkrechten 9, zum Kopfkreis 10 des verzahnten Rads 1 liegen, und zwar auf einer in Fig. 1 dargestellten Senkrechten 9, die durch den Rand der Lücken 7 verläuft. Die Lage dieser Drehachse auf der Senkrechten 9 wird nun durch die Anordnung des aus den Stahlseilen 5 bestehenden dehnungsfreien Zugstrangs des Riemens 2 bestimmt. Man kann der Drehachse theoretisch in den Schnittpunkt zwischen der Senkrechten 9 und der Mittellinie des Zugstrangs verlegen. In Wirklichkeit wird jedoch das die Stahlseile 5 umhüllende Material einen Einfluß ausüben, so daß eine genaue Festlegung der Drehachse auf der Senkrechten 9 nicht möglich ist. Wahrscheinlich wird diese um ein geringes Maß unterhalb der Längsmittellinie der Stahlseile 5 liegen. Es ist jedoch nicht nachteilig, wenn man die Drehachse in dem Schnittpunkt zwischen der Senkrechten 9 und der Längsmittellinie der Stahlseile 5 annimmt und die durch die Stahlseile 5 bestimmte Längsmittelebene bzw. deren Länge der Berechnung für die Teilung und die Profilierung der Zähne zugrunde legt.
• Die bei 11 angenommene Drehachse ist die Schwenkachse des Zahns 3' in dem Moment, in dem der Zahn 3' beginnt, sich aus der Lücke 7 herauszuheben. Während des weiteren Ablaufs wird die Drehachse 11 längs des Riemens, und zwar entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung 6 weiterwandern. Die Dreh- oder Schwenkradien des ablaufenden Teils des Riemens 2 werden somit während des Auslaufens immer größer. Kurze Schwenkradien stellen jedoch bezüglich des Auslaufens die ungünstige Bedingung dar. Aus diesem Grunde ist es auch sinnvoll, die bei 11 bestimmte Drehachse anzunehmen, da diese im Hinblick auf das Auflaufen des Riemens am ungünstigsten ist.
• Soll nun ein reibungsfreies Abheben des Zahns 3' aus der Lücke 7 gewährleistet werden, so muß die Höhe h des Zahns 3' so festgelegt werden, daß eine gedachte, durch die Drehachse 11 gezogene Linie 12 bei 13 auf den gerade verlaufenden Flanken 14 senkrecht steht. Es ist ohne weiteres erkennbar, daß sich bei Verschwenkung des Zahns 3' um die Drehachse 11 die Flanke 14 sofort und reibungsfrei von der entsprechend verlaufenden Flanke des Zahns 8 des Rads 1 abhebt. Diese Forderung ist dann erfüllt, wenn die Zahnflanken 14 des Riemens 2 durch die Ecksehnen 15 eines Halbkreises 16 bestimmt sind, wobei der Durchmesser des Halbkreises bei einem durchlaufenden Teil 4 von unendlich kleiner Schichtstärke gleich der Zahnfußbreite B und bei einem durchlaufenden Teil mit endlicher Schichtstärke, wie in der Zeichnung dargestellt, um ein geringes Maß größer ist als die Zahnfußbreite B. Zugleich müssen jedoch die Ecksehnen durch die Enden der Durchmesserlinie, also durch die angenommene Drehachse 11, verlaufen.
• Diese Bedingungen führen nun zu ziemlich flachen und breiten Zähnen, die um so flacher werden, je höher man die Drehachse 11 in Richtung auf die Rückenfläche des Riemens, also je höher man den für die Begrenzung der Teilung durch die Drehachse 11 festgelegten Teilkreis verlegt. Nun soll aber auf der anderen Seite die Zahnbreite nicht allzu groß werden, da man nach Möglichkeit sehr kleine Raddurchmesser mit einer größeren Zahnzahl erreichen möchte. Andererseits ist es jedoch auch wieder zweckmäßig, dem Zahn eine verhältnismäßig große Höhe zu verleihen, um hierdurch eine geringere spezifische Flankenbelastung und damit eine geringere Verformung des Zahns zu erzielen. Diesen beiden Forderungen kann man erfindungsgemäß, ohne die bisher aufgestellten Forderungen zu verletzen, gerecht werden. Da die Zahnkanten zweckmäßigerweise abgerundet werden, kann man auf einer Seite des Zahns 3' gemäß Fig. 3 von der die theoretische Breite B' des Zahnfußes festlegenden Ecksehne 17 mit einer Abrundung 18 beginnen und die sich anschließende Flanke 19 so gestalten, daß sie parallel zu der Ecksehne 17 verläuft. Soll indessen die Höhe h des Zahns vergrößert werden, so müssen die dem Rad zugekehrten Kanten der Zahnflanken bei 20 abgerundet sein, und zwar so, daß die über die Linie 21 hinausgehende erwünschte Erhöhung b noch innerhalb des Querschnitts liegt, der durch den Halbkreis 16 festgelegt ist. Eine solche Zahnhöhenvergrößerung bewirkt keinerlei Störung des einwandfreien Auslaufs. Sie hat aber den Vorteil, daß eine Vergrößerung der Flankenauflagefläche erreichbar ist, wenn sich nämlich der Zahn etwas verformt und sich hierbei noch mit seiner Rundung 20 um ein gewisses Maß an die Flanke 21 der Zahnradlücke 7 anschmiegt.
• Die Verzahnung des Rads 1 wird ebenfalls in Abhängigkeit von den durch den Halbkreis 16 bestimmten Bedingungen gewählt, d. h., die Flanken 22 und 23 werden in ihrem Verlauf ebenfalls durch die Ecksehnen 17 und 15 gemäß Fig. 3 festgelegt. Die größtmögliche Tiefe der Zahnlücken 7 ist indessen abhängig von den Abmessungen und dem Durchmesser des verzahnten Rads 1.
• Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist es vorteilhaft, die Radzähne 8 an ihren oberen Kanten bei 24 so stark abzurunden, daß diese Abrundung in die Kopfkreislinie 10 zumindest erst dort einläuft, wo ein von der Drehachse 11 auf die Linie 10 gefälltes Lot 25 die Linie 10 schneidet. Aus Sicherheitsgründen ist es jedoch zweckmäßig, die Rundung 24 so zu bemessen, daß sie erst um ein Maß d hinter dem Schnittpunkt zwischen dem Lot 25 und der Linie 10 in diese Linie übergeht. Hierdurch wird die Stützbreite zwischen den Zähnen B bzw. die wirksame Breite der Lücken 7 vergrößert, so daß unter allen Umständen Schwenkradien vermieden werden, die kleiner sind als die den Schwenkradius darstellende Linie 12.
• Da sich beim Auslaufen des Riemens tragende Riemenflanken abheben, ergeben sich hier die ungünstigsten Bedingungen, jedoch stellen sich die auf Grund des erfindungsgemäßen Vorschlags erzielten Wirkungen auch beim Einlaufen der Riemenzähne ein, selbst dann, wenn Riemenzahnflanken 19 gewählt werden, die keinen oder nur einen geringen Abstand von der Flanke 23 der Radzähne 8 aufweisen.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Zahnriementrieb, dessen, Zähne einen trapezförmigen Querschnitt haben, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnflanke (14) eines Riemenzahnes (3') auf einer Ecksehne (15) eines Halbkreises (16) über der neutralen Faser (5) des Riemens liegt und an ihrem äußeren Ende durch den Halbkreis (16) begrenzt wird, wobei der Durchmesser des Halbkreises von den Verlängerungen der Zahnflanken (15, 17) des Zahnrades (8) auf der neutralen Faser des Riemens abgeschnitten wird.
2. 2. Zahnriementrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, d'aß beide Zahnflanken (14, 19) eines Riemenzahnes Ecksehnen des Halbkreises (16) sind.
3. 3. Zahnriementrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Zahnflanke (19) des Riemenzahnes parallel zu der zweiten Ecksehne (17) innerhalb des Halbkreises (16) verläuft.
4. 4. Zahnriementrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Radzähne (8) an ihren oberen Kanten eine Abrundung (24) aufweisen, die in dem Schnittpunkt oder hinter dem Schnittpunkt des von dem Eckpunkt (11) des Halbkreises (16) auf die Kopfkreislinie (10) gefällten Lotes (25) mit der Kopfkreislinie in die Kopfkreislinie der Radzähne übergeht (Fig. 4). In Betracht gezogene Druckschriften: Italienische Patentschrift Nr. 435 039'; USA.-Patentschrift N r. 2 507 852; Deutsche Nähmaschinenzeitung Nr.8/1954, S. 12; Prospekt der Fa. Wilhelm Herm. Müller u. Co., K.G., Hannover, Z 0456 P 1: »Synchroflex-Mulco-Zahnriemen-Getriebe«, S. 7, Abb. B.