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V-Riemenantrieb mit einem endlosen Riemen aus hochelastischem Werkstoff
Die Erfindung bezieht sich auf einen V-Riemenantrieb mit einem endlosen Riemen aus
hochelastischem Werkstoff, der an seiner Arbeitsfläche eine Mehrzahl V-förmige,
parallel zueinander und zur Länge des Riemens angeordnete massive Rippen aufweist,
und mit einer Riemenscheibe, deren Nuten mit den Rippen zusammenarbeiten.
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V-Riemenantriebe dieser Art sind bekannt, und bei ihnen hängt die
Wirksamkeit des Riemens im wesentlichen von der Keilwirkung ab, welche zwischen
den Seitenflächen der V-förmigen Rippen des Riemens und den Seitenwänden der-Nut
der Riemenscheibe auftritt. Es war infolgedessen hierbei beabsichtigt, durch die
Belastung oder die Spannung des Riemens, die beim Lauf um eine Riemenscheibe eine
radiale Druckkraft hervorruft, die Keilwirkung zu vergrößern. Aus diesem Grund wurde
es oft als notwendig angesehen, für den Riemen bzw. seine Rippen in der Nut der
Riemenscheibe eine gewisse Bewegungsfreiheit vorzusehen. Die Ausführung wurde daher
vielfach bewußt so gewählt, daß die Rippen des Riemens weder im unbelasteten noch
im belasteten Zustand die Nuten der Riemenscheibe vollständig ausfüllten, um die
Keilwirkung, insbesondere durch eine Berührung zwischen den Spitzen der Rippen des
Riemens und den Böden der Nuten der Riemenscheiben, nicht nachteilig zu beeinflussen.
Außerdem wurde bei bekannten Riementrieben der einleitend genannten Art meist ein
Spielraum zwischen den Böden der Nuten in dem Riemen und den Spitzen der Rippen
der Riemenscheiben vorgesehen. Bei einer bekannten Ausführung, bei welcher das gerippte
Profil des Riemens das entsprechende Profil der Riemenscheibe ausfüllt, haben die
Spitzen der Riemenrippen einen größeren Krümmungsradius, welcher zur Lösung der
gestellten Aufgabe nicht ausreicht.
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Es ist weiterhin ein Riemenantrieb bekannt, dessen Riemen entweder
auf der äußeren, mit der Riemenscheibe nicht in Berührung kommenden Seite oder auf
seiner Lauffläche oder auch auf beiden Seiten mit Längsrippen versehen ist. Je nachdem
der Riemen mit seiner glatten oder mit der mit Längsrippen versehenen Seite auf
den Riemenscheiben laufen soll, sind letztere auch entweder mit glatten Umfangsflächen
oder mit Rippen bzw. Nuten versehen. Durch eine derartige Ausbildung soll erreicht
werden, daß die Riemen sich nicht mehr dehnen, eine größere Widerstandsfähigkeit
und Lebensdauer besitzen, sich auf den Riemenscheiben nicht werfen und eine größere
nützliche Reibung erzeugen.
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Schließlich ist ein Riemenantrieb bekannt, bei welchem die Nuten der
Riemenscheibe bis auf stehenbleibende messerartige Stege zusammengedrückt sind,
die in in dem Riemen gebildete Einschnitte eingreifen. Auch bei dieser bekannten
Ausführung füllen die durch die Einschnitte gebildeten Rippen des Riemens die Nuten
der Riemenscheibe nicht vollständig aus.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei einem V-Riemenantrieb
der einleitend genannten Art die gesamte Innenfläche des Riemens mit seinen Rippen
zur Kraftübertragung heranzuziehen und durch die sich zufolge der Spannung des Riemens
ergebende Radialkraft keine Keilwirkung bzw. Verkeilungswirkung hervorzurufen, sondern
auf die festgehaltenen Rippen des Riemens eine Kompressionskraft auszuüben, aus
der sich auf der gesamten Berührungsfläche zwischen dem Riemen und der Riemenscheibe
eine in allen Richtungen gleichwirkende Kraft ergibt.
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Hierbei wird die Eigenschaft von Kautschuk oder ähnlichem hochelastischem
Werkstoff vorteilhaft ausgenutzt, einen Druck, der auf einen Teil des Materials
ausgeübt wird, bei verhältnismäßig kleiner Verformung in allen Richtungen gleichmäßig
übertragen zu können.
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Die genannte Aufgäbe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in unbelastetem
Zustand zwischen der Außenfläche jeder Rippe und der Innenfläche ihrer zugeordneten
Nut kein Spielraum vorhanden ist und daß der Krümmungsradius an der Spitze jeder
Rippe und Nut in der Größenordnung von 6 % der Höhe der Rippe liegt.
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Durch den Krümmungsradius an der Spitze jeder Rippe und Nut in der
Größenordnung von 6 °/o der Höhe der Rippen wird ein vollständies Ineinanderim
passen
der Riemenrippen und -nuten mit den Riemenscheibenrippen und -nuten erhalten.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist eine Mehrzahl
von Zugteilen in dem Körper des Riemens radial außerhalb der Rippen eingebettet,
so daß, wenn die Zugteile beansprucht werden, eine radial einwärts gerictttßte Kraft
auf die festgehaltenen Rippen ausgeübt Wird, woraus sich ein in allen Richtungen
gleich wirkender Druck ergibt.
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Die Verwendung von derartigen Zugteilen bei V-Riemen ist bekannt,
jedoch nicht in Verbindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Dadurch, daß die Zugteile
radial außerhalb der Rippen in dem Körper des Riemens eingebettet sind, kann für
einen Riemen gegebener Breite eine größere Zahl von Zugteilen 'verwendet werden,
was für die Festigkeit des Riemens und für die Erzeugung der Radialkraft
vorteilhaft ist.
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Durch die Erfindung ist ein Mehrfach-V-Riemenantrieb geschaffen, der
für ein vorbestimmtes Kraftaufnahmevermögen kleinere Abmessungen hat, als sie bisher
bei bekannten Riemenantrieben dieser Art erreicht werden konnten. Umgekehrt ausgedrückt
ist für eine gegebene Abmessung des Riemens die Belastung je Einheit der Berührungsfläche
kleiner als bei bekannten derartigen Riemen.
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Hie Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise
erläutert.
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F i g. 1 zeigt 'in Seitenansicht einen Mehrnutenriemen, der
um ein Paar Riemenscheiben läuft; F i g. 2 ist ein vergrößerter Querschnitt
nach der Linie 2-2 von F i g. 1; F i g. 3 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines
Riemens gemäß der F-rfndung; F i g. 4 ist ein teilweise schematisch gehaltener Querschnitt
einer abgeänderten Ausführungsform eines Riemens gemäß der Erfindung.
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In der Zeichnung ist mit 1,1 ein Paar von im Abstand voneinander liegenden
Riemenscheiben bezeichnet, über welche ein endloser biegsamer Riemen 2 läuft. Der
Riemen 4 ist ein Mehrnutenriemen, d. h., seine Arbeitsfläche trägt eine Mehrzahl
von nebenpinanderliegenden, im -Schnitt V-förmigen Rippen 3, während der obere Teil
4 eben ist. Die Riemenscheiben 1 haben eine Mehrzahl von umlaufenden
Nuten 5, die in ihrer Oberfläche vorgesehen sind und die so gestaltet und so bemessen
sind, daß sie die Riemeniippen 3 ohne einen absichtlichen Spielraum aufnehmen. Dieser
letztere Punkt stellt ein wesentliches Merkmal der Erfindung dar, d. h., die Riemenrippen
und -nuten passen so eng wie möglich, wie dies innerhalb der Bearbeitungs- und Formungsgrenzen
erreichbar ist, rnit den Scheibenrippen und -nuten zusammen, so daß während des
Arbeitens des Riemens kein absichtlicher Spielraum zwischen diesen Teilen vorhanden
ist.
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Sowohl für die Rippen als auch für die Nuten wird ein V-förmiger Querschnitt
verwendet, d. h. ein Querschnitt, der einen verhältnismäßig kleinen Krümmungsradius
oder eine kleine Rundung an der Kammlinie der Rippen und am Grund der Nuten hat.
Der Krümmungsradius liegt in der Größenordnung von etwa 6 % der Höhe der Rippen
bzw. der Tiefe der Nuten. Natürlich werden, wenn Abrundungen vorgesehen werden,
diese sowohl an dem Riemen als auch an den Scheiben verwendet, so daß ein möglichst
vollständiges Ineinanderpassen der Riemenrippen und -nuten mit den Scheibenrippen
und -nuten erhalten wird. Für die Zwecke der Erläuterung soll nachstehend ein verhältnismäßig
breiter Riemen mit einer verhältnismäßig großen Zahl von Rippen und Nuten beschrieben
werden, jedoch ist zu bemerken, daß Riemen jeder gewünschten Breite mit wenigstens
zwei oder mehreren Piepen von der Erfindung umfaßt werden.
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Beim Aufbau des Riemens 2 werden eine oder mehrere Bahnen 6 aus mit
Kautschuk vereinigtem Gewebe auf eine Mehrzahl von Zuggliedern 7 gelegt. Die Zugglieder
7 werden vorzugsweise von einer Mehrzahl von Schnüren gebildet, die parallel zueinander
und parallel zur Länge des Riemens liegen, wobei die parallelen Zugglieder in einer
oder mehreren Schichten angeordnet sind, welche im wesentlichen parallel zur Ebene
der Bahn oder der Bahnen 6 verlaufen. Die Zugglieder 7 sind, wie ihr Name sagt,
Glieder, welche die Zugbelastung während des Arbeitens des Riemens aufzunehmen vermögen,
und diese Glieder sind außerhalb der neutralen Ebene des Riemens angeordnet, d.
h. außerhalb desjenigen Bereiches des Riemens, in welchem eine Kompression stattfindet,
wenn der Riemen um eine Riemenscheibe läuft. Um für eine Quer- und Längsdehnbarkeit
der Deckgewebe 6 zu sorgen, wird vorzugsweise ein schräggeschnittenes Gewebe verwendet,
d. h. ein Gewebe, in welchem die Fäden in bezug auf die Länge und Breite des Riemens
diagonal verlaufen.
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Angrenzend an die Schicht der Zugglieder 7 ist auf ihrer den Deckgeweben
6 gegenüberliegenden Seite eine verhältnismäßig dicke Kautschukschicht angeordnet,
die, nachdem die ganze Karkasse in einer geeigneten nicht dargestellten Form von
üblicher Bauart geformt worden ist, die Rippen 3 bildet. Die Deckgewebe 6 und die
Zugglieder 7 sind mit Kautschuk versehen, so daß, wenn die Karkasse geformt und
vulkanisiert wird, ein im wesentlichen einheitlicher Körper aus durch Kautschuk
verbundenen Elementen gebildet wird.
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Da die Wirksamkeit des Triebes gemäß der Erfindung von der relativen
Unzusammendrückbarkeit der Rippen 3 abhängig ist und der auf die Rippen ausgeübte
radiale Druck im wesentlichen unvermindert auf sämtliche Teile der Berührungsflächen
der Rippen 3 und der Nuten 5 übertragen wird, muß das die Rippen 3 aufweisende Material
genügend weich und unzusammendrückbar sein, um diesen Bedingungen zu entsprechen.
Es ist gefunden worden, daß im wesentlichen alle Arten von Kautschuk und Kautschukmassen,
wie sie bisher für V-förmige Riemen, Keilriemen oder Mehrnutenriemen verwendet worden
sind, für die Zwecke der Erfindung hinreichend weich und unzusammendrückbar sind.
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Eine Gewebeschicht 8 kann die Rippen 3 bedecken, wobei eine solche
Gewebeschicht über dem Kautschukteil der Karkasse vor dem Formungsvorgang angeordnet
und zusammen mit den Rippen geformt wird. Die Schicht 8 kann eine oder mehrere Gewebelagen
umfassen, oder die Decke für die Rippen kann eine Mehrzahl von versetzten Gewebestreifen
aufweisen. Natürlich können, wenn dies erwünscht ist, die Rippen 3 auch ohne Gewebeabdeckung
bleiben.
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Es ist zu bemerken, daß die Zugglieder 7 nach außen von der Basis
der Nuten 5 und der Rippen 3 weg verlegt sind, d. h., die Schicht der Zugglieder
liegt radial auswärts von den Scheibennuten, wenn der Riemen um die Riemenscheiben
läuft. Die Schicht der Zugglieder bildet auf diese Weise einen Radialdruck erzeugende
Mittel für das ganze Volumen des
Kautschukmaterials, welches in
Berührung mit den Scheibenrippen und -nuten steht. Daher sucht, wenn der Riemen
um eine Riemenscheibe läuft, die Schicht der Zugglieder das weiche, die Rippen 3
aufweisende Kautschukmaterial in den es einschließenden Nuten der Riemenscheibe
zusammenzupressen. Auf Grund des Umstandes, daß die Riemenrippen 3 und die Scheibennuten
5 infolge ihres ursprünglichen Aufbaues vollständig miteinander zusammenpassen,
erfolgt ein vollständiger Einschluß der Riemenrippen, und der nach innen gerichtete
radiale Druck der Zugglieder erzeugt den hydrostatischen Druck zwischen den zusammenpassenden
Flächen, durch welchen die Wirksamkeit des Riementriebes gemäß der Erfindung erhalten
wird.
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Die Wirksamkeit des Riemens ist eine Funktion des Verhältnisses der
zickzackförmig verlaufenden Querabmessung zur Breite des Riemens. Wie aus F i g.
3 ersichtlich ist, umfaßt das erwähnte Verhältnis das Verhältnis der Länge BC plus
der Länge CA
zur Länge AB. Es ist ersichtlich, daß die Summe aller
Längen AB über die Breite des Riemens mal der Umschlingungslänge des Riemens
auf einer Riemenscheibe eine Fläche umfaßt, über welche der radiale Druck der Schicht
der Zugglieder 7 wirkt. Der effektive Druck des Riemens gegen die Riemenscheibe
ist, da die Kraft im wesentlichen unvermindert auf alle Teile des die Rippen 3 umfassenden
Materials übertragen wird, proportional der Länge BC plus CA mal dieser Umschlingungslänge.
Demgemäß wächst die gegen die Riemenscheibe drückende Fläche des Riemens mit einem
Kleinerwerden des Winkels x und sinkt, wenn dieser Winkel größer wird. Um jedoch
das Eintreten und Austreten der Riemenrippen 3 in die Nuten 5 und aus diesen heraus
zu erleichtern, hat das obenerwähnte Verhältnis praktisch eine obere Grenze. Der
Nutenwinkel x kann zwischen etwa 26 und 45° und vorzugsweise in der Nähe von 40°
liegen.
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Bei einem Beispiel der Erfindung ist gefunden worden, daß bei einem
Nutenwinkel x von 40° und bei Verwendung von Abrundungen mit Radien von etwa 6 %
der über die Basis vorstehenden Tiefe der Rippe das obenerwähnte Verhältnis etwa
2,44 beträgt, d. h., der hydrostatische Flächendruck des Riemens auf die Scheibe
beträgt etwa das 2,44fache des radialen Druckes.
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Der V-förmige Querschnitt liefert das größte Verhältnis mit dem leichtesten
Eintreten und Austreten des Riemens in die Scheibennuten und aus diesen heraus,
und dies ist von besonderer Wichtigkeit bei im Winkel geführten oder schiefen Riementrieben.
Es ist jedoch wesentlich, daß der Querschnitt der Riemenrippen demjenigen der Scheibennuten
so angepaßt ist, daß eine vollkommene Gleichförmigkeit und ein vollkommener Einschluß
der Rippen in die Nuten erhalten wird.
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In F i g. 4 ist eine abgeänderte Ausführungsform der Erfindung dargestellt,
bei welcher der Riemen 9 zwei Arbeitsflächen besitzt, deren jede Längsrippen 10
trägt. Die baulichen Merkmale des Riemens 9 sind denen des Riemens 2 mit der Ausnahme
ähnlich, daß Gewebeschichten fehlen; dabei sind die Riementeile im wesentlichen
symmetrisch um ein Zugglied 11 angeordnet. Der Riemen 9 ist besonders für Serpentinentriebe
geeignet, bei welchen gegenüberliegende Flächen des Riemens in Eingriff mit Riemenscheiben
kommen. Die Vorteile des Riemens 9 sind denjenigen ähnlich, wie sie oben in Verbindung
mit dem Riemen 2 beschrieben worden sind.
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Gewünschtenfalls können die Rippen 3 bzw. 10 mit einer Mehrzahl von
querlaufenden Schlitzen oder Einschnitten versehen sein, die, wenn die Arbeitsfläche
des Riemens eine Spannung erfährt, wie auch, wenn sie eine umgekehrte Windung um
Leerlauf-oder Führungsscheiben ausführt, das Beugen des Riemens erleichtern. Die
Schlitze oder Einschnitte bewirken kein wirkliches Auseinandergehen der die Schlitze
oder Einschnitte enthaltenden Flächen, wenn der Riemen sich in seinem normalen geraden
Zustand befindet, sondern bewirken nur, daß diese Flächen auseinandergehen, wenn
der Riemen umgekehrt gebogen wird. Natürlich haben die Schlitze oder Einschnitte
von den beabsichtigten Abmessungen weder einen Einfluß auf das Arbeiten des Riemens,
wie es oben beschrieben wurde, noch auf den hydrostatischen Druck, der durch die
Rippen in den §cheibennuten ausgeübt wird.
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Es ist ersichtlich, daß durch die Erfindung ein mit einem Mehrnutenriemen
und einer gleichförmig ausgebildeten Riemenscheibe arbeitender Trieb geschaffen
wird, der sich dadurch auszeichnet, daß eine mehr oder weniger gleichmäßige Abnutzung
auf dem Riemen wie auch auf der Riemenscheibe als bei den bekannten Riementrieben
auftritt. Dabei führt ein Riementrieb, bei welchem die treibende Fläche für Riemen
von gleicher Breite vergrößert ist oder bei welchem der Einheitsdruck von Riemen
und Riemenscheibe verkleinert ist, zu einer geringeren gegenseitigen Abnutzung bei
Riemen von gleichen Breiten.