DE19934047A1

DE19934047A1 - Kraftübertragungsmechanismus mit Metallbändern

Info

Publication number: DE19934047A1
Application number: DE19934047A
Authority: DE
Inventors: Jong-Wan Lee
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-07-16
Filing date: 1999-07-16
Publication date: 2000-01-27
Also published as: GB2339867A; KR100290277B1; ITMI991585A1; GB9916689D0; ES2164541A1; ID23620A; ES2164541B1; GB2339867B; IT1313180B1; JP2000120817A; KR20000008819A; ITMI991585A0; FR2781855A1; US6206796B1; CA2277388A1; BR9902829A

Abstract

Ein Kraftübertragungsmechanismus mit Metallbändern umfaßt eine Antriebsscheibe, die eine erste und eine zweite Antriebsscheibenhälfte aufweist und installiert ist, um in einer Axialrichtung einer Antriebsachse nach vorne und hinten geschoben werden zu können, wobei die erste und die zweite Antriebsscheibenhälfte jeweils erste und zweite Bandführungsabschnitte aufweisen, die auf diesen ausgebildet sind, daß sie sich gegenüberstehen, eine angetriebene Riemenscheibe, die eine erste und eine zweite angetriebene Riemenscheibenhälfte aufweist und die an einer angetriebenen Achse parallel zu der Antriebsachse angebracht sind, so daß sie entlang der angetriebenen Achse nach vorne und hinten verschoben werden können, wobei die erste und die zweite angetriebene Riemenscheibenhälfte jeweils dritte und vierte Bandführungsabschnitte aufweisen, die so an diesen ausgebildet sind, daß sie sich gegenüberstehen, und wenigstens zwei Metallbänder, die um die Bandführungsabschnitte der Antriebsscheibe und der angetriebenen Riemenscheibe ohne sich zu stören umlaufen können, wobei jeder Bandführungsabschnitt aus einer geneigten Fläche, die eine so vorbestimmte Kurvenform aufweist, daß die Winkelgeschwindigkeiten aller Bänder während eines willkürlichen Geschwindigkeitsübersetzungsverhältnisses zwischen der Antriebsscheibe und der angetriebenen Riemenscheibe identisch sind.

Description

Hintergrund zur Erfindung 1. Anwendungsgebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kraftübertragungsmechanismus unter Verwendung eines Antriebsriemens und insbesondere einen Kraftübertragungsmechanismus, bei dem eine Mehrzahl von Metallbändern, die eine unterschiedliche Größe aufweisen, eine Antriebsriemenscheibe und eine angetriebenen Riemenscheibe als Antriebsriemen verbinden.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Ein Kraftübertragungsmechanismus, gemäß einem der verschiedenen Typen für die Kraftübertragung, überträgt eine Drehkraft einer Antriebsriemenscheibe an eine angetriebene Riemenscheibe mittels eines Riemens. Der Riemen ist herkömmlicherweise aus Gummi hergestellt, das elastisch und flexibel ist. Der oben genannte Gummibandübertragungsmechanismus kann jedoch keine großen Kräfte übertragen, während die Geschwindigkeit verändert wird. D. h. ein dicker Riemen, wie zum Beispiel ein V-Riemen wird wegen seiner Dicke verformt, wenn er beim Umlauf die Antriebsriemenscheibe und die angetriebene Riemenscheibe entlang einer Kurvenbahn kontaktiert. Dies geschieht, weil die äußere Umfangsfläche des Riemens gedehnt und die innere Umfangsfläche des Riemens zusammengedrückt wird. Der Kraftübertragungsmechanismus mit dem oben genannten Riemen kann deshalb keine großen Kräfte übertragen.

Auch ein Kraftübertragungsmechanismus, der einen Aufbau aufweist, bei dem Metallbänder aufeinandergelegt integriert sind, wurde vorgeschlagen. Das Band des oben genannten Typs ist jedoch in seiner Elastizität begrenzt, so daß es beschädigt wird oder auf der Scheibe rutscht, was den Wirkungsgrad verringert. D. h., wenn das Geschwindigkeitsverhältnis nicht gleich 1 ist, da die Winkelgeschwindigkeiten der inneren Umfangsfläche und der äußeren Umfangsfläche des Metallbandes unterschiedlich sind, treten unerwünschte Kräfte und Schlupf zwischen der Scheibe und dem Metallband auf, so daß das Band beschädigt werden kann und der Wirkungsgrad der Kraftübertragung stark verringert ist.

Des weiteren wurde ein Metallband vorgeschlagen, das einen Aufbau aufweist, bei dem Metalldruckblöcke gestapelt angeordnet sind. Das Metallband weist einen Aufbau mit hunderten gestapelten Druckblöcken, die jeweils einzeln durch ein genaues Verfahren hergestellt werden, auf. Um ein Band herzustellen, müssen jedoch hunderte von genauen Druckblöcken und ein Metall-Lagen-Band für die Abstützung eines jeden Druckblockes zusammengebaut werden. Dessen Herstellung ist deshalb schwierig und die Herstellungskosten sind sehr hoch.

Zusammenfassung der Erfindung

Um die oben genannten Probleme zu lösen, ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kraftübertragungsmechanismus mit einem Metallband vorzusehen, bei dem eine Mehrzahl von dünnen Metallbändern zwischen einer Antriebsriemenscheibe und einer angetriebenen Riemenscheibe angeordnet sind, so daß jedes Metallband entlang einer kurvenförmigen Bahn um die Scheibe mit einer gleichmäßigen Winkelgeschwindigkeit während des Betriebes des Mechanismus umläuft und unabhängig von der Geschwindigkeitsänderung große Kräfte wirkungsvoll übertragen kann.

Um die oben genannte Aufgabe zu lösen, ist ein Kraftübertragungsmechanismus mit Metallbändern vorgesehen, umfassend eine Antriebsscheibe, die eine erste und eine zweite Antriebsscheibenhälfte aufweist, die so angeordnet sind, daß sie in einer Axialrichtung einer Antriebsachse versetzbar sind, wobei die erste und die zweite Antriebsscheibenhälfte jeweils erste und zweite Bandführungsabschnitte aufweisen, die an diesen so ausgebildet sind, daß sie sich gegenüberstehen, und eine angetriebene Riemenscheibe, die eine erste und eine zweite angetriebene Riemenscheibenhälfte aufweist, die an einer zu der Antriebsachse parallelen angetriebenen Achse angebracht und entlang der angetriebenen Achse versetzbar sind, wobei die erste und die zweite angetriebene Riemenscheibenhälfte jeweils dritte und vierte Bandführungsabschnitte aufweisen, die an diesen so ausgebildet sind, daß sie sich gegenüberstehen, und wenigstens zwei Metallbänder, die um die Bandführungsabschnitte der Antriebsscheibe und der angetriebenen Riemenscheibe ohne sich zu stören umlaufen können, wobei jeder Bandführungsabschnitt mit einer geneigten Fläche, die eine solch vorbestimmte Kurvenform aufweist, daß die Winkelgeschwindigkeit aller Bänder während eines willkürlichen Übersetzungsverhältnisses zwischen der Antriebsscheibe und der angetriebenen Riemenscheibe identisch ist, gebildet ist.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Die oben genannte Aufgabe und die Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die spezifische Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen offenbart.

Fig. 1 ist eine Ansicht eines Aufbaus eines Kraftübertragungsmechnismus, der ein Metallband gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet;

Fig. 2 ist eine Ansicht des Kraftübertragungsmechnismus, der ein Metallband gemäß Fig. 1 verwendet, bei dem die Bänder montiert sind,

Fig. 3 und 4 stellen koordinierte Diagramme des Bandführungsabschnitts einer Riemenscheibe dar, um die Gestalt eines Bandführungsabschnitts der Riemenscheibe gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu erhalten, und

Fig. 5 ist eine Ansicht des Aufbaus eines Kraftübertragungsmechnismus, der ein Metallband gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet.

Spezifische Beschreibung der Erfindung

Gemäß Fig. 1 umfaßt ein Kraftübertragungsmechanismus, der ein Metallband verwendet, gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine erste Antriebsscheibenhälfte 13 und eine zweite Antriebsscheibenhälfte 15, die rotieren können, während sie von einer Antriebsachse 11 mit einer Kraft beaufschlagt werden und gleichzeitig in einer Axialrichtung der Antriebsachse 11 vorwärts und rückwärts verschoben werden, eine erste angetriebene Riemenscheibenhälfte 21 und eine zweite angetriebene Riemenscheibenhälfte 23, die auf eine angetriebene Achse 19 aufgesetzt sind, und parallel zu der Antriebsachse 11 mit einem vorbestimmten Abstand beabstandet sind und in einer Axialrichtung der angetriebenen Achse vorwärts und rückwärts verschoben werden können, und zwei Metallbänder 27, die die Drehkraft der Antriebsachse 11 an die angetriebene Achse 19 übertragen. Obwohl zwei Metallbänder, ein inneres Band 45 und ein äußeres Band 47, bei der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform gewählt wurden, ist es auch möglich, drei oder mehr Metallbänder zu verwenden.

Ein Paar, bestehend aus der ersten Antriebsscheibenhälfte 13 und der zweiten Antriebsscheibenhälfte 15, die sich gegenüberstehen, bilden eine Antriebsscheibe 17, während das Paar aus der ersten angetriebenen Riemenscheibenhälfte 21 und der zweiten angetriebenen Riemenscheibenhälfte 23, die sich gegenüberstehen, eine angetriebene Riemenscheibe 25 bilden.

Die Antriebsscheibe 17 und die angetriebene Riemenscheibe 25 weisen dieselbe Gestalt auf und Bandführungsabschnitte 14, 16, 22 und 24 sind jeweils an dem Teil der Scheiben ausgebildet, die sich gegenüberstehen. D. h., bei der Antriebsscheibe ist ein erster Bandführungsabschnitt 14 an der ersten Antriebsscheibenhälfte 13 und ein zweiter Bandführungsabschnitt 16 an der zweiten Antriebsscheibenhälfte 15 ausgebildet. Der erste und der zweite Bandführungsabschnitt 14 und 16 weisen dieselbe Gestalt auf und stehen sich gegenüber. In der angetriebenen Riemenscheibe 25 ist ähnlich ein dritter Bandführungsabschnitt 22 an der ersten angetriebenen Riemenscheibenhälfte 21 und ein vierter Bandführungsabschnitt 24 an der zweiten angetriebenen Riemenscheibenhälfte 23 ausgebildet. Der dritte und der vierte Bandführungsabschnitt 22 und 24 weisen dieselbe Gestalt auf und stehen sich gegenüber.

Die Bandführungsabschnitte 14, 16, 22 und 24 sind so ausgebildet, daß sie nach innen gewölbte Flächen, von denen das Metallband 27 gestützt wird, bilden. Das Verfahren zur Herstellung dieser gewölbten Flächen der Bandführungsabschnitte 14, 16, 22 und 24 wird nachfolgend beschrieben werden.

Das Metallband 27 ist ein dünner Metallstreifen, der starr ist und Zugfestigkeit aufweist und unterstützt wird, während die Kantenabschnitte 49 des Metallbandes 27 die Bandführungsabschnitte 14, 16, 22 und 24 der Antriebsscheibe 17 und der angetriebenen Riemenscheibe 25 kontaktieren. Die Länge und die Breite des inneren Bandes 45 und eines äußeren Bandes 47 sind unterschiedlich. Die Metallbänder 27 können so, ohne sich einander während des Betriebes zu behindern, um die Antriebsscheibe 17 und die angetriebene Scheibe 25 umlaufen, wobei diese ohne einander zu kontaktieren, beabstandet sind. Wenn drei oder mehr Bänder verwendet werden, kann jedes Metallband frei, ohne ein anderes zu behindern, umlaufen, um eine Kraft zu übertragen.

Da die Scheiben 17 und 25 in einem Zustand rotieren, bei dem die Kantenabschnitte 49 des Metallbandes 27 mit den Bandführungsabschnitten 14, 16, 22 und 24 in Kontakt stehen, wenn die erste und die zweite Antriebsscheibenhälfte 13 und 15 in Richtungen, die durch die Pfeile a gekennzeichnet sind, sich annähern, bewegt sich das Metallband 27, das vom ersten und zweiten Bandführungsabschnitt 14 und 16 unterstützt wird, auch in einer Richtung, die durch einen Pfeil c gekennzeichnet ist, wodurch der Rotationsradius vergrößert wird. Im Gegensatz dazu, bewegt sich das Metallband 27 in eine Richtung, die durch einen Pfeil d gekennzeichnet ist, wenn sich die erste und zweite Antriebsscheibenhälfte 13 und 15 in einer Richtung, die durch die Pfeile b gekennzeichnet ist, von einander weg bewegen, wodurch der Rotationsradius verringert wird.

Die oben beschriebenen Bewegungen ergeben sich bei der Antriebsscheibe 17 und bei der angetriebenen Riemenscheibe 25 in gleicher Weise. Wenn der erste und der zweite Bandführungsabschnitt 14 und 16 der Antriebsscheibe 17 voneinander entfernt werden, nähern sich der dritte und der vierte Bandführungsabschnitt 22 und 24 der angetriebenen Riemenscheibe 25 einander. Wenn der erste und der zweite Bandführungsabschnitt 14 und 16 der Antriebsscheibe 17 sich einander nähern, entfernen sich der dritte und der vierte Bandführungsabschnitt 22 und 24 der angetriebenen Riemenscheibe 25. Das Metallband 27 behält daher immer den gespannten Zustand während des Umlaufs bei, so daß das Übersetzungsverhältnis geändert werden kann.

Die Bewegung des ersten und zweiten Bandführungsabschnitts 14 und 16 der Antriebsscheibe 17 und die des dritten und vierten Bandführungsabschnitts 22 und 24 der angetriebenen Riemenscheibe 25 erfolgt gleichzeitig, aber in entgegengesetzter Richtung. Durch Einstellen des Abstandes zwischen den Flächen der Antriebsscheibe 17 und der angetriebenen Riemenscheibe, die einander zugewandt sind, verändern sich die Rotationsradien des Metallbandes 27, das auf der Antriebsscheibe 17 und der angetriebenen Riemenscheibe 25 aufgespannt ist, so daß das Übersetzungsverhältnis bezüglich der Geschwindigkeit verändert werden kann.

Wie in der Zeichnung gezeigt, ist während des Betriebes mit Geschwindigkeitsreduzierung der Abstand s2 zwischen dem inneren Band 45 und dem äußeren Band 47, die um die angetriebene Riemenscheibe geschlungen sind, größer als der Abstand s1 zwischen dem inneren Band 45 und dem äußeren Band 47, die um die Antriebsscheibe 17 geschlungen sind. Dies geschieht, um die Winkelgeschwindigkeiten des inneren Bandes 45 und des äußeren Bandes 47, die um die Antriebsscheibe 17 und die angetriebene Riemenscheibe 25 umlaufen, aufeinander abzustimmen, was möglich ist, da jeder Bandführungsabschnitt entsprechend der nachfolgend beschriebenen Methode ausgelegt ist.

Die Anpassung der Abstände s1 und s2 zwischen den Bändern 45 und 47, die um die Scheiben 17 und 25 umlaufen, ist möglich, da jeder Bandführungsabschnitt 14, 16, 22 und 24 gemäß einer Berechnung nach der vorliegenden Erfindung hergestellt ist. D. h., da die ersten bis vierten Bandführungsabschnitte 14, 16, 22 und 24 jeweils eine kurvenförmige Fläche gemäß der vorliegenden Berechnungsmethode aufweisen, wenn die Geschwindigkeitsübersetzung variiert, rutscht das Metallband 27 zu den Scheiben 17 und 25, so daß eine gleichmäßige Kraftübertragung erzielt ist. Sogar wenn zwei Metallbänder 27 bei der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform verwendet werden, kann des weiteren die Kraft mit einer anderen Geschwindigkeitsübersetzung durch Veränderung der Anzahl der Metallbänder übertragen werden. Größere Kräfte können durch eine größere Anzahl von Metallbändern übertragen werden.

Die Fig. 2 zeigt den Kraftübertragungsmechanismus mit Verwendung eines Metallbandes gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der das Band um Scheiben geschlungen ist. Die Fig. 3 und 4 sind koordinierte Diagramme, in denen der Bereich der Scheibe in Koordinaten dargestellt ist, um einen Wert einer Kurvenfunktion des kurvenförmig geneigten Abschnitts, der den Bandführungsabschnitt bildet, zu erhalten.

Gemäß Fig. 2 läuft das Metallband 27 mit einer verringerten Geschwindigkeit um, da die Radien r3 und r4 des Metallbandes 27, das um die angetriebene Riemenscheibe 25 geschlungen ist, größer sind als die des Metallbandes 27, das um die Antriebsscheibe 17 geschlungen ist.

Um die Eigenschaften einer kurvenförmigen Fläche der Bandführungsabschnitte 14, 16, 22 und 24 zu erhalten, wird ein Neigungswinkel, der durch das Metallband, das sich linear zwischen der Antriebsscheibe 17 und der angetriebenen Riemenscheibe mit Bezug auf die horizontale Fläche bewegt, als θ, der Rotationsradius des inneren Bandes 45, das um die Antriebsscheibe 17 geschlungen ist, ist als r₁, der Rotationsradius des äußeren Bandes 47 als r₂, der Rotationsradius des inneren Bandes 45, das um die angetriebene Riemenscheibe 47 geschlungen ist, als r₃, und der Rotationsradius des äußeren Bandes 47 ist als r₄ festgelegt. Die Länge und der Neigungswinkel des Metallbandes 27 ist durch die Gleichungen 1 und 2 ausgedrückt.

[Gleichung 1]

L (Länge des inneren Bandes) = 2 × (Abstand zwischen den Achsen) x cos θ + r₃

× (π + 2θ) + r₁

× (π - 2θ)

[Gleichung 2]

Der Abstand zwischen den Achsen steht hier für den Abstand zwischen der Antriebsachse 11 und der angetriebenen Achse 19.

Um die Gestalt der kurvenförmigen Fläche der Bandführungsabschnitte 14, 16, 22 und 24 zu bestimmen, ist in Fig. 3 der Teil eines Bandführungsabschnitts 50 einer Scheibe als Graph dargestellt und in ein Koordinatensystem gebracht. Um eine Funktion, die die Eigenschaften der kurvenförmigen Fläche des Bandführungsabschnitts 50 in dem Graph aufweist, zu erhalten, sind folgende Ausgangszustände festgelegt werden.

1. Wenn x = 0, dann ist der Radius r₁ des inneren Bandes 45 der Antriebsscheibe 17 gleich 45. Wenn x = 4, dann ist der Radius r₂ des äußeren Bandes 47 der Antriebsscheibe 17 gleich 51.
2. Der Abstand zwischen der Antriebsachse 11 und der angetriebenen Achse 19 ist gleich 165.
3. Das Geschwindigkeitsübersetzungsverhältnis zwischen der Antriebsscheibe 17 und der angetriebenen Riemenscheibe 25 ist 1,6 : 1.
4. Der Breitenunterschied zwischen dem inneren Band 45 und dem äußeren Band 45 ist mit 8 angenommen.

Die Radien des inneren Bandes 45 und des äußeren Bandes 47, die um die angetriebene Riemenscheibe 25 geschlungen sind, können gemäß der oben genannten Ausgangszustände berechnet werden. D. h., da (Rotationsradius des Bandes der Antriebsscheibe 17) × (Ge schwindigkeitsübersetzungsverhältnis) = (Rotationsradius r₄ des Bandes der angetriebenen Riemenscheibe 25) ist, können der Rotationsradius r₃ des inneren Bandes 45 und der Rotationsradius r₄ des äußeren Bandes 47, die um die angetriebene Riemenscheibe 25 geschlungen sind, folgendermaßen berechnet werden.

r₃ = r₁ × 1,6 = 45 × 1,6 = 72

r₄ = r₃ × 1,6 = 51 × 1,6 = 81,6

Obwohl der Wert für x des inneren Bandes 45 und der äußeren Bandes 47, die um die angetriebene Riemenscheibe 25 geschlungen sind, nicht berechnet werden kann, kann der Wert r unter Verwendung des Geschwindigkeitsübersetzungsverhältnisses zwischen der Antriebsscheibe 17 und der angetriebenen Riemenscheibe 25 berechnet werden.

Die Länge des inneren Bandes 45 und des äußeren Bandes 47 können nun durch Einsetzen der Rotationsradien der Metallbänder 45 und 47, die um die Antriebsscheibe 17 und die angetriebene Riemenscheibe 25 montiert sind, in die Gleichung 1 und in die Gleichung berechnet werden.

D. h., der Winkel θ wird im wesentlichen erhalten, um die Länge des inneren Bandes 45 berechnen zu können.

Die Länge des inneren Bandes 45 ist

L = 2 × 165 × cos θ + 72 [π + 2θ] + 2θ] + 45 [π - 2θ] = 701,9944612

Der Winkel θ des äußeren Bandes 47 wird mit der folgenden Gleichung berechnet.

Die Länge des äußeren Bandes 47 wird wie folgend berechnet.

L = 2 × 165 × cos θ + 81,6 [π + 2θ] + 51 [π - 2θ] = 752,26653

Um eine kurvenförmige Fläche des Bandführungsabschnitts 50 zu berechnen, ergibt sich eine Kurvenfunktion für den Bandführungsabschnitt wie folgt.

[Gleichung 3]

r = r₁

+ ax + bx²

+ cx³

Gleichung 4 wird dann gemäß den Ausgangszuständen folgenderweise berechnet.

[Gleichung 4]

51 = 45 + 4a + 16b + 64c

Wenn die erste Antriebsscheibenhälfte 13 und die zweite Antriebsscheibenhälfte 15 der Antriebsscheibe 17 sich nah angenähert haben, da eine Geschwindigkeitsänderung ausgehend von dem Ausgangszustand benötigt ist, vergrößern sich die Rotationsradien r₁ und r₂ des inneren Bandes 45 und des äußeren Bandes 47, die um die Antriebsscheibe 17 geschlungen sind, und gleichzeitig verkleinern sich die Rotationsradien r₃ und r₄ des inneren Bandes 45 und des äußeren Bandes 47, die um die angetriebene Riemenscheibe 25 geschlungen sind.

Wie bei den Ausgangszuständen festgelegt ist, ist der Längenunterschied in der Richtung +x, gemäß Fig. 3 gleich 4, da der Breitenunterschied des inneren Bandes 45 und des äußeren Bandes 47 gleich 8 ist. Wenn das innere Band 45, das von dem Bandführungsabschnitt 50 getragen wird und dieses kontaktiert, um 4 in der Richtung +x entlang des Bandführungsabschnitts 50 bewegt wird, wenn sich die Scheibe bewegt, bewegt sich das innere Band 45 in die Stellung, mit der das äußere Band 47 anfänglich geschlungen war, so daß der Rotationsradius des inneren Bandes 45 auf 51 ansteigt. Das äußere Band 47 bewegt sich gleichzeitig in die Stellung, in der x = 8 ist. Der Wert des Rotationsradius r des äußeren Bandes 47 wird durch ein Verfahren, das nachfolgend beschrieben wird, berechnet. Wenn der Radius des inneren Bandes 45, das um die Antriebsscheibe geschlungen ist, von 45 auf 51 wegen der oben genannten Geschwindigkeitsänderung ansteigt, steigt auch der Rotationsradius des äußeren Bandes 47 von 51 auf einen unbekannten Wert r an.

Der Radius des äußeren Bandes 47 der Antriebsscheibe 17 wird, wie nachfolgend beschrieben, unter Berücksichtigung der Tatsache, daß die Länge des Bandes konstant ist, berechnet.

Wenn der Rotationsradius des inneren Bandes 45 der Antriebsscheibe 17 gleich 51 ist, wird der Radius des inneren Bandes 45 der angetriebenen Riemenscheibe 25 als r₃' festgelegt und der Winkel des Bandes in bezug auf die horizontale Ebene berechnet.

Gemäß Gleichung 2 ist der Winkel des inneren Bandes 45 mit Bezug auf die Horizontale

Wenn der Wert für θ und der Wert für die Länge des inneren Bandes 45 in Gleichung 1 eingesetzt werden, dann ist

Der Radius r₃' des inneren Bandes 45 der Antriebsscheibe, r₃' = 66,9202, kann aus der oben genannten Gleichung berechnet werden.

Wenn der Radius des inneren Bandes 45 der Antriebsscheibe 17 gleich 51 ist, da der Radius des inneren Bandes 45 der angetriebenen Riemenscheibe 25 gleich 66,9902 ist, ist es auch offensichtlich, daß das Geschwindigkeitsübertragungsverhältnis 1,31216 : 1 ist.

Wenn der Radius des äußeren Bandes 47 der Antriebsscheibe 17 bei dem oben genannten Geschwindigkeitsübersetzungsverhältnis gleich r ist, beträgt der Radius des äußeren Bandes 47 der angetriebenen Riemenscheibe 25 daher r₄' = 1,31218r. Entsprechend wird der Neigungswinkel mit Bezug auf die Horizontale des äußeren Bandes 47, das um die Antriebsscheibe 17 und die angetriebene Riemenscheibe 25 geschlungen ist, mit der Gleichung 2 berechnet.

Wenn der Wert θ und der Längenwert des äußeren Bandes 47 in die Gleichung 1 eingesetzt werden, ergibt sich

r = 57,8600181 ergibt sich, wenn der Wert für x des äußeren Bandes 47 der Antriebsscheibe 17 gleich 8 ist, als Rotationsradius gleich 57,8600181.

Wenn der Wert für x des äußeren Bandes 47 der Antriebsscheibe 17 gleich 12 ist, dann ist der Rotationsradius, in der gleichen Weise berechnet, gleich 65,67802.

Wenn die oben genannten Ergebnisse in Gleichung 3 eingesetzt werden, werden die folgenden Gleichungen erzielt.

[Gleichung 5]

57,8600181 = 45 + 8a + 64b +512c

[Gleichung 6]

65,67802 = 45 + 12a + 144b + 1728c

Wenn die Gleichungen 4, 5 und 6 gemeinsam gelöst werden, dann ist a = 1,400661, b = 0,0238144 und c = 0,0002551. Die folgende Gleichung, die die Kurve des Bandführungsabschnitts 50 definiert, wird daraus erzielt.

[Gleichung 7]

r = 45 + 1,400661 × + 0,0238144 x²

+ 0,0002551 x³

Die Gleichung 7 definiert die Kurve der Bandführungsabschnitte 14, 16, 22 und 24 der Antriebsscheibe 17 und der angetriebenen Riemenscheibe 25, die insbesondere für die Definition des unteren Abschnitts des Zwischenabschnitts des Bandführungsabschnitts 50, der in Fig. 3 gezeigt ist, angemessen ist.

Um eine Kurvenfunktionsgleichung, die den oberen Abschnitt des Zwischenabschnitts des Bandführungsabschnitts 50, der in Fig. 3 bzw. Fig. 4 gezeigt ist, definiert, zu erzielen, wird folgend der Wert für x, der dem Kantenabschnitt des Bandführungsabschnitts 50 entspricht, als p festgelegt.

Da anfänglich der Rotationsradius des äußeren Bandes 47, das um die angetriebene Riemenscheibe 25 geschlungen ist, gleich 81,6 ist, wenn x = p ist und keine Änderung in der Breitendifferenz des inneren Bandes 45 und des äußeren Bandes 47 gegeben ist, ist der Rotationsradius des inneren Bandes 45 bei diesem Ausgangszustand gleich 72, wenn x = p - 4 ist.

Bei dem oben genannten Zustand bewegt sich, wenn sich die angetriebene Riemenscheibe 25 in Richtung x um +4 bewegt, das Band, das um die angetriebene Riemenscheibe 25 geschlungen ist, um -4 relativ zu der Scheibe, so daß das äußere Band 47 in die Stellung bewegt wird, in der das innere Band 45 geschlungen ist, und der Rotationsradius desselben steigt auf 72 an. Wenn x = p - 8 ist, wird der Wert 63,4385372 für den Rotationsradius des inneren Bandes 45 unter Verwendung der Tatsache, daß die Bandlänge konstant ist und daß das Geschwindigkeitsübersetzungsverhältnis zwischen der Antriebsachse und der angetriebenen Achse durch das äußere Band 47 repräsentiert wird, und daß zwischen der Antriebsachse und der angetriebenen Achse, die durch das innere Band 45 repräsentiert wird, gleich sind, berechnet. Das Berechnungsverfahren für den Rotationsradius des inneren Bandes 45 ist das gleiche, wie das oben beschriebene.

Eine erwünschte Kurvenfunktionsgleichung ist wie folgend festgelegt.

[Gleichung 8]

r = a + bx + cx²

Wenn die oben genannten Zustände in die Gleichung 8 eingesetzt werden, wird die unten genannte Gleichung erzielt.

[Gleichung 9]

81,6 = a + pb + p²

c

[Gleichung 10]

72 = a + (p - 4)b + (p - 8)²

c

[Gleichung 11]

63,43854 = a + (p - 8)b + (p - 8)b + (p - 8)²

c

Die Gleichung 12 wird erzielt durch Einsetzen von r = 65,67802 und x = 12 in die Gleichung 8 unter Beachtung der Kontinuität der Kurve, die durch Gleichung 7 dargestellt ist.

[Gleichung 12]

65,67802 = a + 12b + 144c

Aus den Gleichungen 8, 9, 10 und 11 können nacheinander a, b, c und p berechnet werden. D. h., a ist 45,3725, b ist 2,3027, c ist 0,023245423 und p ist 18,90534. Die berechneten Werte für a, b, c und p werden nun in die Gleichung 8 eingesetzt.

[Gleichung 13]

r = 45,3725 + 2,3027x + 0,023245423x²

Die Gestalt des Bandführungsabschnitts 50 der Antriebsscheibe 17 und der angetriebenen Riemenscheibe 25 werden folgend aus der Gleichung 7 und der Gleichung 13 berechnet, d. h. aus der Gleichung 7, wenn x zwischen 0 und 12 liegt, und aus der Gleichung 13, wenn x zwischen 12 und 18,90534 liegt. Wenn das Geschwindigkeitsübersetzungsverhältnis zwischen der Antriebsscheibe 17 und der angetriebenen Riemenscheibe 25 1 : 1 ist, liegt ein Zustand von x = 12 in einer Position vor, der einem angenäherten mittleren Wert, der zwischen den Werten von x in der Position, in der das innere Band 45 den Bandführungsabschnitt 55 kontaktiert und in der Position, in der das äußere Band 47 den Bandführungsabschnitt 50 kontaktiert, entspricht.

Die Bandführungsabschnitte 14, 16, 22 und 24 der Scheibe, die ausgebildet sind, um die Gleichungen 7 und 13 zu erfüllen, verhindern, daß das Band 27 von den Scheiben 17 und 25 rutscht oder keine anderen kleinen Kräfte hervorgerufen werden, so daß eine Kraft genau übertragen werden kann.

Wie oben beschrieben können ein oder mehrere Bänder zwischen dem inneren Band 45 und dem äußeren Band 47 angebracht werden. Zum Beispiel kann ein mittleres Band zwischen dem äußeren Band 47 und dem inneren Band 45 installiert werden. Wenn das innere Band 45 in der Stellung x = 0 angeordnet ist, ist dabei das mittlere Band in der Stellung x = 2 positioniert. Für diese Stellung kann berechnet werden, daß der Rotationsradius r des mittleren Bandes 47,8986 beträgt und die Länge des mittleren Bandes beträgt gemäß Gleichung 7 726,2613.

Wenn das Band sich um +4 in Richtung x bei dem oben genannten Ausgangszustand bewegt, beträgt der Wert x für das mittlere Band 6, der Rotationsradius r beträgt 54,31637 und die Bandlänge beträgt 726,2907, was bedeutet, daß es um 0,0294 länger ist als 726,2613. Die Bandlänge in der Position, in der das Band um 4 in Richtung x weiter bewegt ist, ist des weiteren um 0,069 länger. Wenn der Radius des mittleren Bandes des angetriebenen Bandes bestimmt wird, obwohl der Wert x, der dem Rotationsradius entspricht, um 2 größer als der des inneren Bandes 45 der angetriebenen Riemenscheibe 25 normalerweise sein sollte, tritt ein Berechnungsfehler von 0,013 auf. Andere kleinere Kräfte, die aus dem oben genannten Fehler resultieren, und die an einem Teil des Bandes angreifen, sind, verglichen mit einer Zugspannung, die anliegt, um eine Kraft zu übertragen, vernachlässigbar und haben keinen praktischen Effekt. Der Fehler verringert sich des weiteren durch eine Vergrößerung des Neigungswinkels der Bandführungsabschnitte 14, 16, 22 und 24 oder durch eine Verringerung des Achsabstandes. Wenn der Bereich des Geschwindigkeitsübersetzungsverhältnisses klein ist, verringert sich auch der Fehler.

Die Fig. 5 zeigt einen Aufbau eines Kraftübertragungsmechanismus, der ein Metallband gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet. Bezugszeichen, die gleich denen sind, die oben verwendet werden, bezeichnen Elemente, die die gleichen Funktionen aufweisen.

Wie in der Zeichnung gezeigt, ist die Gestalt der zueinander gerichteten Flächen einer Scheibe des Kraftübertragungsmechanismus, der ein Metallband gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform verwendet, verglichen mit dem des Kraftübertragungsmechanismus, der ein Metallband gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform verwendet, abgeändert.

D. h., die ersten und zweiten Bandführungsabschnitte 29 und 31, die auf zueinander gerichteten Flächen der ersten Antriebsscheibenhälfte 37 und einer zweiten Antriebsscheibenhälfte 39 ausgebildet sind, die eine Antriebsscheibe 51 bilden, weisen unterschiedliche Gestalt auf. Der erste Bandführungsabschnitt 29, der auf einer Fläche der ersten Antriebsscheibenhälfte 37 ausgebildet ist, ist eine linear geneigte Fläche, während der zweite Bandführungsabschnitt 31, der auf einer Fläche der zweiten Antriebsscheibenhälfte 39 ausgebildet ist, eine geneigte konkave Fläche ist. Der lineare erste Bandführungsabschnitt 29 ist in einem vorbestimmten Winkel geneigt und stützt einen Kantenabschnitt 49 des Metallbandes 27 ab. Der zweite Bandführungsabschnitt 31, der dem ersten Bandführungsabschnitt 29 gegenüberliegend ausgebildet ist, stützt das Metallband 27. Die Gestalt der Bandführungsabschnitte 29 und 31 der ersten und zweiten Antriebsscheibenhälften 37 und 39 sind so ausgebildet, daß sie die Gestalt des Bandführungsabschnitts der zugewandten Scheibenhälfte kompensieren, so weit sich die Gestalt des Bandführungsabschnitts in einem Zustand ändert, in dem die Antriebsscheibenhälften 37 und 39 einander zugewandt sind.

Die Scheibenhälften 41 und 43 haben einen Aufbau, der dem der Scheibenhälften 37 und 39 der Antriebsscheibe 51 entgegengesetzt ist. D. h., daß die erste angetriebene Riemenscheibenhälfte 41, die eine kurvenförmige und geneigte Fläche im Gegensatz zu der Antriebsscheibe 51 hat, in dem oberen Abschnitt der Zeichnung angeordnet ist, und die zweite angetriebene Riemenscheibenhälfte 43, die eine linear geneigte Fläche aufweist, in dem unteren Abschnitt derart angeordnet ist, daß die Positionen der Antriebsscheibe 51 und der angetriebenen Riemenscheibe 53 symmetrisch sein können.

Der erste, zweite, dritte und vierte Bandführungsabschnitt 29, 31, 33 und 35 des Kraftübertragungsmechnismus mit einem Metallband gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform ist so ausgebildet, damit der Rotationsradius des Bandes entsprechen an Drehgeschwindigkeit einer jeden Scheibe angepaßt wird, wie in der ersten bevorzugten Ausführungsform gezeigt, so daß eine identische Winkelgeschwindigkeit vorgesehen werden kann, sogar wenn der Rotationsradius des Bandes im Betrieb sich unterscheidet.

Obwohl eine quadratische Funktion und eine kubische Funktion in der oben genannten Beschreibung, abhängig von der Anzahl an Ausgangsgleichungen, verwendet wurden, variiert die Ordnungszahl der Funktion und jede Funktion kann leicht durch kommerzielle Software gelöst werden.

Der Kraftübertragungsmechanismus mit einem Metallband gemäß der vorliegenden Erfindung kann, wie oben beschrieben, große Kräfte durch die Verwendung einer Mehrzahl von Metallbändern im Verhältnis zu einem Band, das die Antriebsscheibe und die angetriebene Riemenscheibe verbindet, übertragen. Da jedes Metallband um die Scheiben mit der gleichen Geschwindigkeit umläuft, ist die Winkelgeschwindigkeit eines jeden Metallbandes auf einer Scheibe gleich. Da kein Schlupf zwischen der Scheibe und dem Metallband auftritt, ist der Kraftverlust oder der Abrieb sehr niedrig. Da die Anlage zwischen dem Metallband und der Scheibe kontinuierlich ist, entstehen keine Geräusche. Da jedes Metallband derart angeordnet ist, daß es von einem benachbarten Metallband separiert ist, ist die Toleranz der Bandlänge nicht eng und eine Korrektur kann durch Anpassen der Breite entsprechend der Länge durchgeführt werden, so daß die Herstellung vereinfacht ist.

Es ist zu bemerken, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebene bevorzugte Ausführungsform begrenzt ist, und es ist offensichtlich, daß eine Variation und eine Abänderung vom Fachmann im Rahmen des Erfindungsgedankens und des Schutzumfanges des Patents, der in den anhängenden Ansprüchen definiert ist, vollzogen werden kann.

Claims

1. Kraftübertragungsmechanismus mit Metallbändern umfassend,
eine Antriebsscheibe, die eine erste und eine zweite Antriebsscheibenhälfte aufweist und die so installiert sind, daß sie in einer Axialrichtung einer Antriebsachse nach vorne und hinten geschoben werden können, wobei die erste und zweite Antriebsscheibenhälfte jeweils erste und zweite Bandführungsabschnitte aufweisen, die an diesen so ausgebildet sind, daß sie sich gegenüberstehen,
eine angetriebene Riemenscheibe, die eine erste und eine zweite angetriebene Riemenscheibenhälfte aufweist und an einer angetriebenen Achse parallel zu der Antriebsachse so angebracht sind, daß sie entlang der angetriebenen Achse nach vorne und hinten geschoben werden können, wobei die erste und zweite angetriebene Riemenscheibenhälfte jeweils dritte und vierte Bandführungsabschnitte aufweisen, die so an diesen ausgebildet sind, daß sie sich gegenüberstehen, und
wenigstens zwei Metallbänder, die um die Bandführungsabschnitte der Antriebsscheibe und der angetriebenen Riemenscheibe ohne sich zu stören umlaufen können, wobei jeder Bandführungsabschnitt durch eine geneigte Fläche, die eine solch vorbestimmte Kurvenform aufweist, daß die Winkelgeschwindigkeiten aller Bänder während eines beliebigen Geschwindigkeitsübersetzungsverhältnisses zwischen der Antriebsscheibe und der angetriebenen Riemenscheibe gleich sind.

2. Kraftübertragungsmechanismus mit Metallbändern gemäß Anspruch 1, wobei der erste, zweite, dritte und vierte Bandführungsabschnitt jeweils eine geneigte kurvenförmige Fläche ist, die eine konkave Gestalt hat und an der Antriebsscheibe und der angetriebenen Riemenscheibe identisch ausgebildet sind, und wobei der Krümmungsradius der geneigten kurvenförmigen Fläche an der Außenseite einer jeden Scheibe in Radialrichtung größer ist als der an der Innenseite, so daß der Abstand zwischen den Bändern sich vergrößert, wenn sich das Band entlang des Bandführungsabschnitts radial nach außen bewegt und sich verringert, wenn sich das Band entlang des Bandführungsabschnitts radial nach innen bewegt.

3. Kraftübertragungsmechanismus mit Metallbändern gemäß Anspruch 1, wobei der erste und der vierte Bandführungsabschnitt linear geneigte Flächen sind, und der zweite und der dritte Bandführungsabschnitt konkav kurvenförmige Flächen sind, und der Krümmungsradius der kurvenförmigen Flächen des zweiten und des dritten Bandführungsabschnitts in radialer Richtung an der Außenseite einer jeden Scheibe größer ist als an der Innenseite einer jeden Scheibe.