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Zahnriementrieb mit einem Zahnriemen aus Gummi oder Kunststoff Zahnriementriebe
mit Zahnriemen aus Gummi oder elastischem Kunststoff konnten bislang für Getriebe,
die mittlere und große Kräfte zu übertragen haben oder bei denen die Belastung stark
auf- und abschwellend oder stoßweise mit kurzzeitig eintretenden hohen Stoßspitzen
erfolgt, nicht eingesetzt werden, weil dabei die Gefahr bestand, daß die Riemenzähne
durch Scherkraft abgerissen wurden oder das Riemenband durchriß.
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Der naheliegende, in der Praxis bereits verwirklichte Gedanke, die
Riemenzähne starr oder so kräftig auszubilden, daß sie großen Beanspruchungen gewachsen
sind, läuft auf die Preisgabe des wichtigsten Vorteiles von Zahnriemen aus elastischem
Werkstoff hinaus, nämlich des Vorteiles, daß die Riemenzähne in bestimmten Grenzen
elastisch nachgeben können, was die unerläßliche Voraussetzung für die Erzielung
eines ruhigen, verlust- und geräuscharmen Laufes des Zahnriementriebes ist.
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Zur Verbesserung der Wirkungsweise von Zahnriementrieben, bei denen
die Zahnriemen mit dem Riemenrücken und den Riemenzähnen einstöckig aus Gummi oder
Kunststoff gefertigt sind, sind verschiedene Vorschläge für die Ausbildung der Riemenzähne
gemacht worden, die jedoch bislang keine befriedigende Lösung des Problems gebracht
haben, solche Zahnriementriebe für mittlere und große Leistungen anwendbar zu machen.
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Um eine günstige Abwälzbewegung trapezförmiger Riemenzähne an den
Seitenflanken der Lücken zwischen den Zähnen der Zahnräder zu erreichen, ist es
bekannt; die Zahnradlückenwinkel auf jeder Seite um einige Winkelgrade größer zu
machen als den Zahnwinkel der Riemenzähne und bei besonders hohen Riemenzähnen die
Seitenflanken der Zahnradlücken konkav auszuführen. Hierbei muß die Breite der Zahnradlücken
so viel größer sein als die Dicke der Riemenzähne, daß deren elastische Biegbarkeit
nicht behindert wird, wenn die Riemenzähne mit den Zahnradlücken in Eingriff kommen.
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Es ist weiterhin vorgeschlagen worden, zwischen je zwei aufeinanderfolgenden
Lücken des Zahnriemens eine Einkerbung anzuordnen. Hiermit soll die Biegesteifigkeit
des Riemenrückens vermindert und dadurch die Flexibilität des Zahnriemens verbessert
werden.
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Für die Dimensionierung der Zahnräder für Zahnriemen aus Gummi oder
elastischem Kunststoff ist empfohlen worden, den Teilkreis der Zahnradlücken des
Zahnrades um einen kleinen Zuschlag, für den ein die Auflageluft berücksichtigender
Korrekturfaktor angegeben wird, größer zu wählen als die Teilung der Zähne des Zahnriemens.
Schließlich ist es bei Keilriemen aus elastischem Werkstoff, die ähnlich wie Riemenzähne
wirkende flache Mitnehnzerstege aufweisen, bekannt, die Mitnehmerstege so auszubilden,
daß sie mit Flankenspiel in die sie aufnehmenden Lücken der Keilriemenscheibe eingreifen.
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Demgegenüber besteht die Erfindung in der Vereinigung der nachstehend
aufgeführten Merkmale an einem Zahnriementrieb, dessen Zahnriemen aus Gummi oder
Kunststoff besteht: a) Der Zahnwinkel jedes Riemenzahnes ist kleiner als der Lückenwinkel
zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Zähnen des Zahnrades, und die Zahndicke des
Riemenzahnes ist gegenüber der Lückenweite des Zahnrades so viel kleiner, daß die
Riemenzähne mit reichlichem Flankenspiel in die Lücken des Zahnrades eingreifen.
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b) Am Zahnriemen ist in der Lücke zwischen je zwei aufeinanderfolgenden
Riemenzähnen mindestens eine quer über den ganzen Lückengrund durchgehende Kerbe
gebildet.
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c) Die Riemenzähne sind in einer Teilung angeordnet, die im unbelasteten
oder wenig belasteten Zustand des Zahnriementriebes um einen konstanten Betrag kleiner
ist als die Teilung der Zähne des Zahnrades auf dem zugehörigen, gemeinschaftlichen
Teilkreis.
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Diese Merkmale sind bei Zahnriementrieben, deren Zahnriemen aus Gummi
oder Kunststoff bestehen, je für sich in Einzelanwendung bekannt, jedoch in der
Gesamtkombination wie auch in der Unterkombination der einzelnen Merkmale für derartige
Zahnriementriebe bisher nicht angewendet worden. Ihre vereinigte Anwendung bei einem
Zahnriemengetriebe mit einem Zahnriemen aus Gummi oder Kunststoff ergibt eine besonders
günstige Wirkungsweise dadurch,
däß im Leerlauf und bei geringer
Belastung des Zahnriementriebes nur der jeweils gerade in das Zahnrad einwandernde
Riemenzahn sich mit einer schmalen Zone gegen die Flanke der vorangehenden Lücke
des Zahnrades anlegt; während bei zunehmender Belastung die' Berührungsfläche breiter
wird und unter elastischer Biegung der Riemenzähne die vor der Einlaufstelle befindlichen
Riemenzähne mit wachsender Größe der Belastung zunehmend an der Kraftübertragung
mitbeteiligt werden. Bei normaler Belastung, für die der Zahnriementrieb in Dauerbelastung
ausgelegt ist, nehmen alle oder fast alle auf dem Umschlingungswinkel des Zahnriemens
befindlichen Riemenzähne an der Kraftübertragung teil. Bei stoßartiger Überbelastung,
die im allgemeinen nur während einer kurzen Zeitspanne wirksam wird und mit hohen
Stoßspitzen verbunden ,sein kann, liegen alle auf dem Umschlingungswinkel befindlichen
Riemenzähne mit ihren vollen Flankenflächen bzw. mit breiten Zonen ihrer Flankenflächen
gegen die Flankender Lückendes Zahnrades an, und zugleich wird, was durch die Einkerbungen
an den Lücken zwischen je zwei aufeinanderfölgenden Riemenzähnen ermöglicht ist,
durch die, stark vergrößerte Zugkraft des Zahnriemens dessen Rücken elastisch zusammengedrückt.
Da auf diese Weise große Stoßspitzen nicht nur unter elastischem Biegen der Riemenzähne,
sondern auch unter elastischem Zusammendrücken des Rückens des Zahnriemens auf das
Zahnrad übertragen werden, besteht keine Gefahr des Abreißens oder Einreißens der
elastisch biegsamen Riemenzähne. Somit sind die Voraussetzungen dafür geschaffen,
Zahnriementriebe mit Zahnriemen aus Gummi oder Kunststoff in solchen Fällen anwenden
zu können, in denen mittlere und große Kräfte übertragen werden oder kurzzeitig
erhebliche Stoßkräfte auftreten.
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Vorzugsweise wird der Zahnriementrieb nach der Erfindung mit dem vorstehend
angegebenen Kombinationsmerkmal a) in bekannter Weise so ausgeführt, daß sowohl
die Riemenzähne als auch die Lücken zwischen den Zähnen des Zahnrades einen trapezförmigen
Querschnitt haben. Es ist jedoch möglich und in manchen Fällen vorteilhaft, einem
Zahrad mit trapezförmigen Zähnen und trapezförmigen Zahnlücken einen Zahnriemen-
mit rechteckigen Zähnen zuzuordnen.
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Bereits bekannte Riementriebe mit im Querschnitt rechteckigen Zähnendes
Riemens arbeiten mit Triebstockverzahnung. Andererseits sind auch Riementriebe mit
gezahnten Keilriemen aus Gummi bekannt, bei denen die im Querschnitt trapezförmigen
Riemenzähne die von im Querschnitt rechteckigen Zähnen des Zahnrades begrenzten
trapezförmigen Zahnradlücken voll ausfüllen.
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Zweckmäßig ist es, die rechteckigen Riemenzähne mit konkav gerundeter
Begrenzungslinie des Zahnkopfes auszuführen, wie dies bei Zahnriementrieben an sich
bekannt ist, bei denen die Riemenzähne die gleiche Breite haben wie die Lücken zwischen
den Zähnen des Zahnrades. Zur Erzielung einer evolventenartigen Abwälzbewegung der
Riemenzähne auf den Zahnflanken der Zähne des Zahnrades können die Zahnflanken der
Zähne des Zahnrades vorteilhaft von konkav oder konvex gekrümmt verlaufenden Linien
begrenzt sein.
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Die Erfindung wird nachstehend in schematisch wiedergegebenen Ausführungsbeispielen
an Hand der Zeichnung näher erläutert. Fig. 1 bis 4 zeigen vier unterschiedliche
Formen jeweils eines Riemenzahnes im Eingriff mit einer Lücke des Zahnrades; Fig:5
stellt die Stirnansicht eines vollständigen Zahnrades und den auf dem Zahnrad aufliegenden
Umschlingungsabschnitt des zugehörigen Zahnriemens dar; Fig. 6 und 7 zeigen kurze
Teilabschnitte des Zahnriemens in zwei verschiedenen Ausführungen.
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Der mit den Zähnen 2 aus Gummi oder elastischem Kunststoff in einem
Stück gefertigte Zahnriemen 1 wirkt mit dem Zahnrad 3 zusammen, indem die Riemenzähne
2 mit den zwischen den Zähnen des Zahnrades 3 befindlichen Lücken in Eingriff kommen.
Die Zahnradlücken sind mit trapezförmigem Querschnitt ausgeführt.
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In Fig. 1, 4 und 5 haben die Riemenzähne ebenfalls trapezförmigen
Querschnitt. Der Lückenwinkel ß jeder Zahnlücke des Zahnrades 3 ist jedoch, wie
es in Fig. 1 durch Einzeichnung der Winkel veranschaulicht,ist, um den Freiwinkel
zweimal y größer als der Winkel a des elastischen Riemenzahnes 2. Der in die ihm
zugekehrte Zahnradlücke des Zahnrades 1 einwandernde Zahn 2 des Zahnriemens legt
sich gegen die Flanke 4 der den Riemenzahn aufnehmenden Lücke des Zahnrades 3 mit
einer nur schmalen Berührungsflache an, wenn der Zahnriemen keine oder nur eine
geringe Kraft zu übertragen hat. Ist aber die am Zahnriemen angreifende Zugkraft
P groß, so wird der Riemenzahn 2, wie dies in Fig.1 mit gestrichelt gezeichneten
Linien angedeutet ist, entgegen der Richtung der Zugkraft P elastisch nach hinten
gebogen und elastisch so verformt, daß er mit der ganzen Zahnflanke oder mit einem
mehr oder weniger großen Flächenabschnitt der Zahnflanke 4 des Zahnrades 3 Flächenberührung
bekommt. Mit dieser Verformungsmöglichkeit der Riemenzähne sowie dadurch, daß gemäß
Fig. 5 der Zeichnung die Teilung der Riemen-, zähne größer gehalten ist als die
am gleichen Teilkreis gemessene Teilung der Lücken des Zahnrades 3, wird erreicht,
daß bei Übertragung von mittleren und großen Kräften die vor der Einlaufstelle auf
dem Umschlingungsabschnitt des Zahnriemens 1 befindlichen Riemenzähne 2 mit mehr
oder weniger breiten Flächen die Flanken 4 der vor ihnen liegenden Zähne des Zahnrades
3 berühren und einen Teil der Kraft P auf das Zahnrad übertragen. Auf diese Weise
werden Stoßspitzen mit mehreren Zähnen elastisch aufgenommen und auftretende Vibrationen
wirksam gedämpft.
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Zu diesem Erfolg trägt ferner bei, daß zwischen den elastischen Zähnen
2 im Rücken des Zahnriemens über den ganzen Lückengrund durchgehende Einkerbungen
5 gebildet sind, von denen entweder gemäß Fig. 6 je eine in der Mitte zwischen zwei
Riemenzähnen 2 liegen kann oder gemäß Fig. 7 zwei oder mehrere zwischen je zwei
aufeinanderfolgenden Riemenzähnen gebildet sein können. Durch die Einkerbungen 5
wird nicht nur die Biegsamkeit des Zahnriemens 1 verbessert und ein geschmeidigeres
Auflaufen des Zahnriemens 1 auf das Zahnrad 3 ermöglicht, sondern darüber hinaus
wird auch eine verbesserte elastische Zusammendrückbarkeit des Rückens des Zahnriemens
erreicht. Demzufolge findet beim Auftreten großer Stoßspitzen eine Verlagerung der
neutralen Mittellinie des Riemenrückens zum Zahnrad 3 hin statt, was ebenfalls dazu
beiträgt, daß der unmittelbar an der Einlaufstelle liegende
Riemenzahn
und die vorangehenden Riemenzähne sich unter elastischer Biegeverformung gegen die
in der Drehrichtung vorangehenden Flanken 4 des Zahnrades gut anschmiegen.
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In Fig. 5 ist der Riementrieb im Falle der leichtesten Belastung und
mit einem Zahnrad gezeichnet, das nur vier Zähne aufweist. In diesem Falle ist der
vor der Einlaufstelle des Zahnriemens befindliche Riemenzahn 2 an der Kraftübertragung
überhaupt nicht beteiligt. Fig. 5 läßt ferner erkennen, daß der an der Einlaufstelle
befindliche Riemenzahn 2 gegenüber der Flanke des in der Drehrichtung nachfolgenden
Zahnes des Zahnrades 3 so reichliches Flankenspiel hat, wie es für die elastische
Biegeverformung des Riemenzahnes bei Übertragung mittlerer und großer Kräfte erforderlich
ist. Gleichwohl bleibt auch bei Übertragung von großen Kräften und hohen Stoßspitzen
der Verdrehungswinkel des Zahnriemens 1 gegenüber dem Zahnrad 3 klein, weil durch
die Biegeverformung der jeweils in die Lücken des Zahnrades 3 eingreifenden Riemenzähne
2 der Verdrehungsmöglichkeit enge Grenzen gesetzt sind.
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In Fig. 1 ist mit a die Lage des Zahngrundes des an der Einlaufstelle
befindlichen Riemenzahnes 2 bezeichnet, wenn der Riemenzahn im Leerlauf unbelastet
oder bei Übertragung kleiner Kräfte nur wenig belastet ist. Wird der Riemenzahn
2 stark belastet, so bekommt er die in Fig. 1 gestrichelt gezeichnete Gestalt, und
sein Zahngrund hat dann die in Fig. 1 mit b bezeichnete Lage zur Lücke des Zahnrades
3.
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Die Zähne 2 des Zahnriemens sind so ausgebildet, daß die Köpfe
der Zähne des Zahnrades 3 am Rücken des Zahnriemens 2 in den Lücken zwischen den
Riemenzähnen 2 zum Aufliegen kommen, die Köpfe der Riemenzähne 2 jedoch den Grund
zwischen den Lücken des Zahnrades 3 nicht berühren.
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Werden die Zähne 2 des Zahnriemens 1 mit großer Höhe ausgeführt, dann
muß durch eine besondere Gestaltung der Riemenzähne dafür gesorgt werden, daß das
Ein- und Auswandern der Riemenzähne in die bzw. aus den Lücken des Zahnrades 3 ohne
Behinderung vonstatten geht. Dieser Forderung kann dadurch entsprochen werden, daß
die Riemenzähne 2 a gemäß Fig. 2 mit rechteckiger Querschnittsform oder die Riemenzähne
2 b gemäß Fig. 3 mit rechteckiger Querschnittsform und mit von einer konvexen Linie
begrenztem Zahnkopf hergestellt werden.
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Zu dem gleichen Zweck können, wie dies in Fig. 4 bei einem mit trapezförmigem
Querschnitt ausgeführten Riemenzahn 2 dargestellt ist, die Zahnflanken 4 der Zähne
des Zahnrades 3 konkav und konvex gekrümmt so ausgeführt werden, daß die Riemenzähne
2 sich evolventenartig an den Zahnflanken 4 der der Zähne des Zahnrades 3 abwälzen.