DE19836897C2 - Zahnriemen und Zahnriementrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Zahnriemen und dessen Verzahnung sowie einen Zahnriementrieb, bei dem Zahnräder mit einem solchen Zahnriemen kämmen.

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 Zahn­ räder durch Zahnriemenscheiben ersetzt werden. Dies stellt in der Regel einen nicht unerheblichen Aufwand dar.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, einen Zahnriemen zu schaffen, der einen reibungsarmen und ver­ schleißarmen Betrieb gestattet.

Dies wird mit einem Zahnriemen nach Anspruch 1 er­ möglicht. Der Zahnriemen zeichnet sich durch eine Verzah­ nung aus, deren Zahnteilung an die Verzahnung von Stan­ dardzahnrädern 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 Zahn­ zwischenräume des Zahnrad hinein erstrecken. Damit wird erreicht, dass das Zahnrad mit dem Zahnriemen in einer Abwälzbewegung in und außer Eingriff kommt, die mit ge­ ringer Reibung und geringem Verschleiß verbunden ist. Zugleich ist die gewünschte Kraftübertragung von dem Zahnrad auf den Zahnriemen, oder umgekehrt, sicher­ gestellt. 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 Ein­ satz von Zwischenrädern überbrücken, wobei keine speziel­ len Zahnriemenscheiben erforderlich sind. Außerdem ist es möglich, bei bestehenden Stirnradgetrieben, Ergänzungen vorzunehmen. Standardzahnräder ermöglichen eine abrollen­ de Bewegung am Ein- und Auslauf des Zahnriemens am Zahn­ rad. Dadurch wird neben geringem Verschleiß auch ein ru­ higer Lauf, d. h. eine geringe Geräuschentwicklung, er­ reicht.

Das Zahnriemenprofil ist so gewählt, dass es in ei­ nem gestreckten Abschnitt des Zahnriemens mit der Erzeu­ genden des Zahnprofils des Standardzahnrads überein­ stimmt. Das Profil des Zahnriemens ist bspw. ein Trapez­ profil, das, wenn das Zahnrad auf dem Zahnriemenprofil abrollt, eine Evolventenverzahnung an dem Zahnrad fest­ legt. Die Riemenzahnteilung ist vorzugsweise 1 bis 1,5 mal Zahnhöhe.

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 solchen Bereichen zulässig, die mit dem Zahnrad nicht in Berührung kommen. Insbesondere ist es möglich, die Zahnköpfe der Zähne des Zahnriemens abzurun­ den.

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 insbe­ sondere im Ein- und Auslaufbereich des angeschlossenen Zahnrads stattfindet. Im übrigen Bereich zwischen Einlauf und Auslauf liegt der Zahnriemen bogenförmig an dem Zahn­ rad an und ist somit deformiert. Wegen des Eingriffs ohne Relativbewegung kann dies jedoch in Kauf genommen werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Zahnriemen kann ein Zahn­ riementrieb aufgebaut werden, der Standardzahnräder (Mo­ dulzahnrad, Zahnteilung t = m . π; m = Modul) und einen Zahnriemen aufweist. Der Zahnriemen kann ein Endlosriemen oder ein offener Riemen sein, dessen Enden mit anderwei­ tigen Getriebemitteln verbunden sind, und der bspw. le­ diglich eine hin- und hergehende Drehbewegung übertragen soll.

Vorzugsweise ist der Zahnriemen jedoch ein Endlos­ riemen, der zwei oder mehrere Standardzahnräder mitein­ ander koppelt. Jedes der Zahnräder kann bedarfsweise zu­ sätzlich 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 Zahnradtriebe, bei de­ nen zwei Wellen mit gleicher Drehrichtung über Zwischen­ räder miteinander gekoppelt sind, zusätzlich und/oder statt dessen mit einem Zahnriemen gekoppelt werden, der über die äußeren Zahnräder läuft. Wird der zu dem Zahn­ riemen hier wirkungsmäßig parallel arbeitende Zahnrad­ trieb gegen den Zahnriemen verspannt, wird ein ruhig lau­ fendes, spielfreies, 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 un­ terschiedlichen ausschnittsweisen Darstellungen zur Ver­ anschaulichung der Zahneingriffsverhältnisse und Zahn­ profile,

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.

Beschreibung

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 un­ terschiedliche Durchmesser aufweisen. Beide Zahnräder weisen eine Verzahnung mit einem vorgegebenen Modul, bspw. Modul 1 oder Modul 0,5 oder mit einem anderen gän­ gigen Modul, auf. Die Zahnräder 2, 3 weisen jeweils ein Evolventenprofil auf. Die Verzahnung der Zahnräder ent­ spricht insoweit der DIN 58400. Derartige Zahnräder wer­ den in der Regel zum Aufbau von Zahnradgetrieben verwen­ det, 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 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 mit dem Werkzeugprofil über­ ein, 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 eingeschlossene spitze Winkel beträgt vorzugsweise 40°. Der Zahnabstand, der bspw. als Zahnmittenabstand a oder als Abstand a zwischen zwei Punkten aufeinanderfolgender Zähne 11 gemessen wer­ den kann, bei denen die Profilbezugslinie P die Zahnflan­ ken 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 Zahnzwi­ schenräume 16 hinein erstrecken. Dies wird dadurch er­ reicht, dass sie Zahnhöhen größer als die Hälfte der Zahnteilung a ist. Die Zahnhöhe beträgt ungefähr das 0,7-fache bis 0,8-fache der Zahnteilung a.

Die Zähne 9 der Zahnräder 2, 3 bewegen sich in Be­ trieb praktisch gegen ihr Bezugsprofil, das von dem Zahn­ riemen eingehalten wird. Es kommt demzufolge zu einer reibungsarmen Eingriffsbewegung, die mit einem sehr ge­ ringen Riemenverschleiß und geringerer Geräuschentwick­ lung verbunden ist. Der Zahnriemen wird aus seiner ge­ streckten Form erst dann in seine bogenförmige Form über­ führt, wenn er mit dem Zahnrad 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 wesentlich breiter als der Zahnriemen 4, so dass dieser bezüglich der Axialrichtung des Zahn­ rads 3 (Breite) ein großen Teil des Zahnrads 3 freilässt. Mit diesem Teil der Verzahnung kämmt das Zahnrad 21, des­ sen 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. Bei einer abgewandelten Ausführungsform kann es auch zwischen den Zahnrädern 2, 3 angeordnet sein und mit beiden käm­ men. In diesem Fall weist es dann aber einen Durchmesser auf, der kleiner ist als der Abstand der beiden gestreck­ ten Trume des Zahnriemens 4 voneinander, so dass es nicht mit diesem kämmt. Hier kann der Zahnriemen 4 dazu verwen­ det werden, das Zahnradspiel zwischen den miteinander kämmenden Zahnrädern 2, 21, 3 auszuschalten.

In den Fig. 3a bis 3c sind die Eingriffsverhält­ nisse des Zahnriemengetriebes 1 gesondert ver­ anschaulicht. Der Zahnriemen 4 weist, wie Fig. 3b ver­ deutlicht, ein bezüglich der Profillinie P symmetrisches Trapezprofil auf, das dem Norm-Bezugsprofil für Stirnrä­ der DIN 867 und DIN 58400 entspricht. Zwischen den Zähnen 11 sind Zahnzwischenräume ausgebildet, die sich bis zu einer Fußlinie F erstrecken. Die Zahnzwischenräume er­ strecken 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 Zahnradpro­ fil ein Abwälzprofil des Zahnriemens 4 darstellt, der somit das oben genannte Bezugsprofil des Zahnrads 2, 3 bildet.

Wie die Fig. 4a und 4b veranschaulichen, kann der Zahnriemen 4 an seinen über die Profillinie P hinausra­ genden Zahnspitzen oder Zahnköpfen abgerundet ausgebildet sein. Das Profil des Zahnriemens 4 stimmt dadurch nicht mehr präzise mit dem Bezugsprofil des Zahnrads 2, 3 über­ ein. Jedoch ergeben sich insbesondere bei hohen Drehzah­ len nahezu gleich gute oder auch verbesserte Laufeigen­ schaften und Eingriffsverhältnisse, solange das Zahnpro­ fil im Bereich der Profillinie P mit dem Bezugsprofil der Evolventenverzahnung der Zahnräder 2, 3 übereinstimmt. 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 ver­ größert. Profilveränderungen zwischen der Fußlinie F und der Linie E, die die Fußenden der nutzbaren Flanken mit­ einander verbindet, sind für die Eingriffsverhältnisse zwischen den Zähnen 11 des Zahnriemens 4 und den Zähnen 9 der Zahnräder 2, 3 wenig relevant und können konstrukti­ ven Gesichtspunkten folgend gestaltet werden. Unter Um­ ständen kann, wie in Fig. 5b veranschaulicht, das Profil auch zwischen der Linie E und der Profillinie P noch ge­ ringfügig von dem Bezugsprofil der Zahnräder 2, 3 abwei­ chen. 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 (10)

1. Zahnriemen (4)
für ein Zahnrad mit einer genormten Verzahnung zum Kämmen mit gleichartigen stirnverzahnten Zahnrädern, wobei der Zahnriemen (4) eine Verzahnung aufweist,
deren Erzeugende das Profil des Zahnrads ist.

2. Zahnriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass die Verzahnung ein Profil aufweist, das in ei­ nem 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 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.

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

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

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

7. 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.

8. Zahnriementrieb,
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.

9. Zahnriementrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnriemen (4) mit wenigstens zwei Zahnrädern (2, 3) in Eingriff steht.

10. Getriebe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, dass das Zahnrad (3) zusätzlich mit einem weiteren Zahnrad (21) kämmt.