DE19836897A1 - Zahnriemen und Zahnriemengetriebe - Google Patents

Abstract

Ein Zahnriemengetriebe weist Standard-Modulzahnränder auf, die mit einem Zahnriemen kämmen, der ebenfalls eine Modulverzahnung aufweist und dessen Zähne eine solche Zahnhöhe aufweisen, dass sie sich über den Teilkreisdurchmesser der Zahnräder in die Zahnzwischenräume der Zahnräder hinein erstrecken.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zahnriemen und dessen Verzahnung, sowie ein mit einem solchen Zahnriemen ver­ wirklichtes Getriebe.

Aus der Praxis sind Zahnriemen bekannt, die der Übertragung von Drehbewegungen zwischen für die Zahnrie­ men eingerichteten Zahnriemenscheiben dienen. Die Zahn­ riemenscheiben weisen dabei ein Profil auf, das an die Zahnriemen angepasst ist. Die Zahnriemenscheiben sind deshalb nicht dafür geeignet, mit anderen Zahnrädern oder untereinander in Zahneingriff zu kommen.

Sollen in einem Getriebe größere Abstände mittels eines Zahnriemens überbrückt werden, sind auf den ent­ sprechenden, miteinander zu koppelnden Wellen Zahnriemen­ scheiben vorzusehen. Sollen bspw. bei Zahnradgetrieben, bei denen größere Wellenabstände mittels Zwischenrädern überbrückt worden sind, nun Zahnriemen eingesetzt werden, müssen die auf den zu koppelnden Wellen vorhandenen Zahnräder durch Zahnriemenscheiben ersetzt werden. Dies stellt in der Regel einen nicht unerheblichen Aufwand dar.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, mit geringerem Aufwand aufzubauende Zahnriemengetriebe zu schaffen.

Dies wird mit einem Zahnriemen nach Anspruch 1 ermöglicht. Der Zahnriemen zeichnet sich durch eine Verzahnung aus, deren Zahnteilung an die Verzahnung von Standardzahnrädern angepasst ist. Darüber hinaus ist die Zahnhöhe der Zähne des Zahnriemens so festgelegt, dass sich die Zähne des Zahnriemens über den Teilkreisdurch­ messer des Zahnrads hinaus radial nach innen in die Zahnzwischenräume des Zahnrad hinein erstrecken. Damit wird erreicht, dass das Zahnrad mit dem Zahnriemen in einer Abwälzbewegung in und außer Eingriff kommt, die mit geringer Reibung und geringem Verschleiß verbunden ist. Zugleich ist die gewünschte Kraftübertragung von dem Zahnrad auf den Zahnriemen, oder umgekehrt, sicherge­ stellt. Ein solcher Zahnriemen ermöglicht es, in einem Getriebe vorhandene Zahnräder miteinander zu koppeln, ohne dass dazu spezielle Zahnriemenscheiben erforderlich wären. Dies hat sowohl für den Umbau von Getrieben, als auch für den Neuentwurf Bedeutung. Bspw. kann der erfin­ dungsgemäße Zahnriemen größere Achsabstände ohne den Einsatz von Zwischenrädern überbrücken, wobei keine speziellen Zahnriemenscheiben erforderlich sind. Außerdem ist es möglich, bei bestehenden Stirnradgetrieben, Ergän­ zungen vorzunehmen. Standardzahnräder ermöglichen eine abrollende Bewegung am Ein- und Auslauf des Zahnriemens am Zahnrad. Dadurch wird neben geringem Verschleiß auch ein ruhiger Lauf, d. h. eine geringe Geräuschentwicklung, erreicht.

Das Zahnriemenprofil ist vorzugsweise so gewählt, dass es in einem gestreckten Abschnitt des Zahnriemens mit der Erzeugenden des Zahnprofils des Zahnrads, ins­ besondere des Standardzahnrads übereinstimmt. Das Profil ist bspw. ein Trapezprofil, das, wenn das Zahnrad auf dem Profil abrollt, eine Evolventenverzahnung an dem Zahnrad festlegt. Das Zahnrad mit dem Evolventenprofil kann somit auf dem Zahnriemen abrollen, ohne dass es dabei zu Defor­ mationen an dem Zahnriemen kommt.

Abweichend davon kann der Zahnriemen auch mit einem Hohlradprofil versehen sein. Dies hat insbesondere in Fällen Vorteile, in denen der um das Zahnrad geschlungene Zahnriemen wie ein Hohlrad mit dem Zahnrad in Eingriff stehen soll.

In beiden Fällen weist der erfindungsgemäße Zahnrie­ men relativ geringe Zahnabstände auf. Die Zähne des Zahnriemens sind jeweils in einem Abstand zueinander angeordnet, der im Wesentlichen so groß oder geringfügig größer ist als die Zahnhöhe. Als Zahnabstand können hier die Abstände zwischen den Zahnmitten angesehen werden, die etwa 1,0 bis 1,5mal so groß ist wie die Zahnhöhen.

Die Zahnhöhe kann ggfs. etwas reduziert sein, indem die Zahnform des Zahnriemens am Zahnkopf und am Zahnfuss von der Idealform abweichend ausgebildet sind. Dies ist insbesondere in Bereichen zulässig, die mit dem Zahnrad nicht in Berührung kommen. Dabei ist es sowohl möglich, den Zahnriemen mit gerade ausgebildeten Zahnflanken, als auch mit gewölbt ausgebildeten Zahnflanken zu versehen. Insbesondere ist es möglich, die Zahnköpfe der Zähne des Zahnriemens abzurunden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Zahnrie­ mens stimmen die Zahnzwischenräume zwischen den Zähnen des Zahnriemens in Form und Größe mit den Zähnen des Zahnriemens überein. Ein solcher Zahnriemen erbringt eine gute Laufruhe und eine gute Lastübertragung, die ins­ besondere im Ein- und Auslaufbereich des angeschlossenen Zahnrads stattfindet. Im übrigen Bereich zwischen Einlauf und Auslauf, in dem der Zahnriemen bogenförmig an dem Zahnrad anliegt, weicht der Zahnriemen von einem Hohlrad­ profil ab. Wegen des hier ruhenden Eingriffs kann dies jedoch in Kauf genommen werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Zahnriemen kann ein Zahn­ riemengetriebe aufgebaut werden, das wenigstens ein Standardzahnrad (Modulzahnrad, Zahnteilung t = m.π; m = Modul) und eine Zahnriemen aufweist. Der Zahnriemen kann ein Endlosriemen oder ein offener Riemen sein, dessen Enden mit anderweitigen Getriebemitteln verbunden sind, und der bspw. lediglich eine hin- und hergehende Drehbe­ wegung übertragen soll.

Vorzugsweise ist der Zahnriemen jedoch ein Endlos­ riemen, der zwei oder mehrere Standardzahnräder mitein­ ander koppelt. Jedes der Zahnräder kann bedarfsweise zusätzlich mit einem weiteren Zahnrad in Eingriff stehen. Ist das Zahnrad deutlich breiter als der Zahnriemen, kann das betreffende Zahnrad sowohl mit dem Zahnriemen als auch mit einem Zahnrad in Eingriff stehen, das neben dem Zahnriemen läuft. Außerdem können Zahnradgetriebe, bei denen zwei Wellen mit gleicher Drehrichtung über Zwi­ schenräder miteinander gekoppelt sind, zusätzlich mit einem Zahnriemen gekoppelt werden, der über die äußeren Zahnräder läuft. Wird das zu dem Zahnriemen hier wir­ kungsmäßig parallel arbeitende Zahnradgetriebe gegen den Zahnriemen verspannt, wird ein ruhig laufendes, spiel­ freies, wenig oder nicht federndes Getriebe erhalten.

Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen oder der Zeichnung oder der zugehörigen Beschreibung zu entnehmen. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulicht. Es zeigen:

Fig. 1 ein Zahnriemengetriebe mit einem erfindungs­ gemäßen Zahnriemen, in einer vereinfachten schematisier­ ten Seitenansicht,

Fig. 2 ein abgewandelte Ausführungsform eines Zahn­ rad/Zahnriemengetriebes in schematisierter Seitenansicht,

Fig. 3a bis 3c das Zahnriemengetriebe nach Fig. 1, in unterschiedlichen ausschnittsweisen Darstellungen zur Veranschaulichung der Zahneingriffsverhältnisse und Zahnprofile,

Fig. 4a und 4b ein Zahnriemengetriebe mit einem abgewandel­ ten Zahnriemen, in ausschnittsweiser Darstellung, und

Fig. 5a bis 5c ein Zahnriemengetriebe mit Standardzahnrä­ dern und einem weiter abgewandelten Zahnriemen, in unter­ schiedlichen, zum Teil ausschnittsweisen Darstellungen.

In Fig. 1 ist ein Zahnriemengetriebe 1 veranschau­ licht, zu dem zwei Zahnräder 2, 3 und ein Zahnriemen 4 gehören. Die Zahnräder 2, 3 sind im Beispiel mit gleichem Durchmesser veranschaulicht. Sie können jedoch auch unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Beide Zahnräder weisen eine Verzahnung mit einem vorgegebenen Modul, bspw. Modul 1 oder Modul 0,5 oder mit einem anderen gängigen Modul, auf. Die Teilung t entspricht dem Produkt aus dem Modul m und der Kreiszahl π. Die Zahnräder 2, 3 weisen jeweils ein Evolventenprofil auf. Ein solches wird bspw. erzeugt, indem die Zahnräder abwälzend mit einem zylindrischen trapezverzahnten Fräser, d. h. einem Fräser mit Bezugsprofil gefräst, bzw. mit einem entsprechenden Schleifkörper geschliffen werden. Die Verzahnung der Zahnräder entspricht insoweit der DIN 58400. Derartige Zahnräder werden in der Regel zum Aufbau von Zahnradge­ trieben verwendet, bei denen solche Zahnräder mit ihren Verzahnungen in Eingriff stehen.

Die bei dem Zahnriemengetriebe 1 nach Fig. 1 mit­ einander übereinstimmenden Zahnräder 2, 3 legen mit ihrer Verzahnung jeweils einen Teilkreisdurchmesser 6 fest, der den wirksamen Durchmesser zweier miteinander kämmender Zahnräder bestimmt. Der Teilkreisdurchmesser 6 liegt etwa in der Mitte zwischen den Zahnköpfen 7 und dem jeweiligen Zahnfuss 8.

Der Zahnriemen 4 weist ein aus einer Reihe aufein­ anderfolgender Zähne 11 gebildetes Profil auf. Dieses ist bspw. ein Trapezprofil, das in einem gestreckten Ab­ schnitt des Zahnriemens 4 ein Bezugsprofil für die Zahn­ räder 2, 3 bildet. Es stimmt insoweit mit dem Werkzeug­ profil überein, das bei der Zahnradherstellung verwendet worden ist. Die einzelnen Zähne 11 des Zahnriemens sind untereinander gleich groß ausgebildet und äquidistant angeordnet. Jeder Zahn 11 ist für sich in Seitenansicht trapezförmig. Der zwischen zwei Zahnflanken 12, 14 einge­ schlossene spitze Winkel beträgt vorzugsweise 40°. Der Zahnabstand, der bspw. als Zahnmittenabstand a oder als Abstand a zwischen zwei Punkten aufeinanderfolgender Zähne 11 gemessen werden kann, bei denen die Profilbe­ zugslinie P die Zahnflanken 12 schneidet, ist wie bei dem Zahnrad als Produkt aus Modul und Kreiszahl (a = π.m) festgelegt.

Die Zahnhöhen der Zähne 11 des Zahnriemens 4 sind so bemessen, dass sich die Zähne 11 im Eingriffsbereich über den Teilkreisdurchmesser 6 radial nach innen in Zahn­ zwischenräume 16 hinein erstrecken. Dies wird bspw. dadurch erreicht, dass sie Zahnhöhen größer als die Hälfte der Zahnteilung a ist. Die Zahnhöhe ist dabei vorzugsweise etwa so groß wie die Zahnteilung a, d. h. ungefähr das 0,7-fache bis 0,8-fache derselben.

Bei dem in Fig. 1 veranschaulichten Zahnriemenge­ triebe 1 ergeben sich an jedem Zahnrad 2, 3 jeweils ein Einlaufbereich 17 und ein Auslaufbereich 18, in dem der Zahnriemen 4 aus seiner gestreckten Form in einen bogen­ förmig um das jeweilige Zahnrad 2, 3 herumgelegten Ab­ schnitt übergeht. In dem Zahneinlaufbereich 17 und dem Zahnauslaufbereich 18 kommen die Zähne 11 des Zahnriemens 4 mit einer Wälzbewegung mit den Zähnen 9 der Zahnräder 2, 3 in bzw. außer Eingriff, während die mit dem jeweili­ gen Zahnrad 2, 3 in Eingriff befindlichen Zähne 11 des Zahnriemens ansonsten in den Zahnzwischenräumen der Zahn­ räder 2, 3 ruhen. In den Ein- und Auslaufbereichen 17, 18 ist der Zahnriemen 4 noch gestreckt. Die Zähne 9 der Zahnräder 2, 3 bewegen sich somit praktisch gegen ihr Bezugsprofil, das von dem Zahnriemen eingehalten wird. Es kommt demzufolge zu einer reibungsarmen Eingriffsbewe­ gung, die mit einem sehr geringen Riemenverschleiß und geringerer Geräuschentwicklung verbunden ist. Der Zahn­ riemen wird aus seiner gestreckten Form erst dann in seine bogenförmige Form überführt, wenn er mit dem Zahn­ rad in Eingriff gekommen ist.

Fig. 2 zeigt ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel eines Zahnriemengetriebes 1, das zwei über den Zahnriemen 4 miteinander gekoppelte Zahnräder 2, 3 und ein zusätzli­ ches Zahnrad 21 aufweist, das mit dem Zahnrad 3 kämmt. Das Zahnrad 3 ist deutlich breiter als der Zahnriemen 4, so dass dieser bezüglich der Axialrichtung des Zahnrads 3 (Breite) ein großen Teil des Zahnrads 3 freilässt. Mit diesem Teil der Verzahnung kämmt das Zahnrad 21, dessen Durchmesser kleiner oder größer als der des Zahnrads 3 sein kann. Das Zahnrad 21 steht jedoch nicht mit dem Zahnriemen 4 in Eingriff. Es kann, wie in Fig. 2 darge­ stellt, an einem Trum des Zahnriemens 4 vorbeilaufen oder bedarfsweise auch zwischen den Zahnrädern 2, 3 angeordnet sein und mit beiden kämmen. In diesem Fall weist es einen Durchmesser auf, der kleiner ist als der Abstand der beiden gestreckten Trume des Zahnriemens 4 voneinander, so dass es nicht mit diesem kämmt. Hier kann der Zahnrie­ men 4 dazu verwendet werden, das Zahnradspiel zwischen den miteinander kämmenden Zahnrädern 2, 21, 3 auszuschal­ ten.

In den Fig. 3a bis 3c sind die Eingriffsverhält­ nisse des Zahnriemengetriebes 1 gesondert veranschau­ licht. Der Zahnriemen 4 weist, wie Fig. 3b verdeutlicht, ein bezüglich der Profillinie P symmetrisches Trapez­ profil auf, das dem Norm-Bezugsprofil für Stirnräder DIN 867 und DIN 58400 entspricht. Zwischen den Zähnen 11 sind Zahnzwischenräume ausgebildet, die sich bis zu einer Fusslinie F erstrecken. Die Zahnzwischenräume erstrecken sich dabei bis über eine Linie E hinaus, die die Fußenden der nutzbaren Flanken der Zähne 11 miteinander verbindet. Symmetrisch ist das Zahnprofil von einer Kopflinie K, die die Zahnköpfe miteinander verbindet bis zu der Linie E. Die Zähne 11 bzw. ihre Mittellinien M stehen parallel zueinander. Die Paarung von Zahnrad 2, 3 und Zahnriemen 4 ist so beschaffen, dass das Zahnradprofil ein Abwälz­ profil des Zahnriemens 4 darstellt, der somit das oben­ genannte Bezugsprofil des Zahnrads 2, 3 bildet.

Wie Fig. 3c veranschaulicht, stehen die Zähne 11 des Zahnriemens 4 im spitzen Winkel zueinander, wenn der Zahnriemen 4 mit dem Zahnrad 3 in Eingriff steht. Die Profillinie P des Zahnriemens 4 stimmt deshalb an dieser Stelle nicht mit dem Teilkreisdurchmesser überein, son­ dern ist geringfügig radial nach außen versetzt. Dadurch wird eine feste spiel frei Anlage und Berührung zwischen den Zähnen 9 des Zahnrads 3 und den Zähnen 11 des Zahn­ riemens 4 erreicht.

Wie die Fig. 4a und 4b veranschaulichen, kann der Zahnriemen 4 an seinen über die Profillinie P hinaus­ ragenden Zahnspitzen oder Zahnköpfen abgerundet ausgebil­ det sein. Das Profil des Zahnriemens 4 stimmt dadurch nicht mehr präzise mit dem Bezugsprofil des Zahnrads 2, 3 überein. Jedoch ergeben sich insbesondere bei hohen Drehzahlen nahezu gleich gute oder auch verbesserte Lauf­ eigenschaften und Eingriffsverhältnisse, solange das Zahnprofil im Bereich der Profillinie P mit dem Bezugs­ profil der Evolventenverzahnung der Zahnräder 2, 3 über­ einstimmt. Außerdem wird an dem Zahnriemen Material eingespart.

Eine weiter abgewandelte Ausführungsform geht aus den Fig. 5a bis 5c hervor. Bei dem Zahnriemen 4 sind hier die Zahnzwischenräume im Bereich der Fusslinie F vergrößert. Profilveränderungen im Bereich zwischen der Fusslinie F und der Linie E, die die Fussenden der nutz­ baren Flanken miteinander verbindet, sind für die Ein­ griffsverhältnisse zwischen den Zähnen 11 des Zahnriemens 4 und den Zähnen 9 der Zahnräder 2, 3 wenig relevant und können konstruktiven Gesichtspunkten folgend gestaltet werden. Unter Umständen kann, wie in Fig. 5b veranschau­ licht, das Profil auch zwischen der Linie E und der Profillinie P noch geringfügig von dem Bezugsprofil der Zahnräder 2, 3 abweichen. Betrifft dies lediglich die Eingriffsverhältnisse für die Zahnköpfe der Zähne 9 der Zahnräder 2, 3, hat dies für die Laufeigenschaften des Zahnriemengetriebes 1 untergeordnete Bedeutung. Der Zahnriemen 4 kann dadurch aber so gestaltet werden, dass er sowohl mit Zahnrädern nach dem AGMA-Standard (USA) als auch mit Zahnrädern nach DIN verläuft.

Ein Zahnriemengetriebe 1 weist Standard-Modulzahnrä­ der 2, 3 auf, die mit einem Zahnriemen 4 kämmen, der ebenfalls eine Modulverzahnung aufweist und dessen Zähne eine solche Zahnhöhe aufweisen, dass sie sich über den Teilkreisdurchmesser der Zahnräder 2, 3 in die Zahnzwi­ schenräume der Zahnräder 2, 3 hinein erstrecken.

Claims (12)

1. Zahnriemen (4)
mit einer Verzahnung, die aus einer Folge entlang des Zahnriemens angeordneter Zähne (11) gebildet ist, wobei die Zähne (11) eine Zahnteilung festlegen, die durch das Produkt aus einem Modul und der Kreiszahl π festgelegt ist, wobei der Modul mit dem Modul eines Zahnrads (2, 3) mit Standardmodulverzahnung übereinstimmt und wobei die Zahnhöhe der Zähne (11) des Zahnriemens (4) so festgelegt ist, dass sich die Zähne (11) über den Teilkreisdurchmesser des Zahnrads (2, 3) hinaus in die Zahnzwischenräume des Zahnrads (2, 3) hinein erstrecken.

2. Zahnriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass die Verzahnung ein Profil aufweist, das in einem gestreckten Abschnitt des Zahnriemens (4) mit der Erzeugenden des Zahnprofils des Zahnrads (2, 3) überein­ stimmt.

3. Zahnriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass der Zahnriemen (4) ein Hohlradprofil aufweist.

4. Zahnriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass die Zähne (11) des Zahnriemens (4) jeweils in einem Abstand zueinander angeordnet sind, der im wesent­ lichen so groß ist wie, oder geringfügig größer ist als, die Zahnhöhe.

5. Zahnriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass die Zähne (11) des Zahnriemens (4) gerade ausgebildete Zahnflanken aufweisen.

6. Zahnriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass die Zähne (11) des Zahnriemens (4) gekrümmt ausgebildete Zahnflanken aufweisen.

7. Zahnriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass die Zähne (11) des Zahnriemens (4) abgerundete Endflächen aufweisen.

8. Zahnriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass zwischen den Zähnen (11) des Zahnriemens (4) Zahnzwischenräume ausgebildet sind, deren Form und Größe mit der der Form und Größe der Zähne (11) des Zahnriemens (4) übereinstimmt.

9. Zahnriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass die Zähne (11) des Zahnriemens (4) mit einem Profil versehen sind, das in geradem Zustand ein Abwälz­ profil der Zähne des Zahnrads ist.

10. Getriebe,
mit wenigstens einem Zahnrad (2), das eine Stand­ ardverzahnung mit festgelegtem Modul aufweist, und
mit wenigstens einem Zahnriemen (4) nach Anspruch 1, der mit dem Zahnrad (2) in Eingriff steht.

11. Getriebe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, dass der Zahnriemen (4) mit wenigstens zwei Zahnrä­ dern (2, 3) in Eingriff steht.

12. Getriebe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich­ net, dass das Zahnrad (3) zusätzlich mit einem weiteren Zahnrad (21) kämmt.