DE2300196B2 - Kraftuebertragungsriemen - Google Patents

Description

wiedergegeben ist, wobei x, y und ζ jeweils die Länge, die Weite und die Tiefe jeder Nut bedeuten, gemessen in einetn rechtwinkligen Koordinatensystem, dessen Ursprung O auf der Oberfläche der Nut und am Schnittpunkt der in Längsrichtung verlaufenden Symmetrieebene des Riemens und der dazu querverlaufenden Symmetrieebene der Nut liegt, während α und b Konstanten sind, die jeweils für jede Riemcngrö3e durch die Koordinaten von zwei bekannten und vorbestimmten Punkten (I und II) auf der Oberfläche der Nut an einer der Riemenseiten des Riemens bestimmt wird.

3. Kraftübertragungsriemen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verhältnisse zwischen der maximalen Dicke (D) des Riemenkörpers und der maximalen Tiefe (d) der Nut sowie zwischen der maximalen Tiefe (d) und der minimalen Tiefe (</') der Nut jeweils gleich zwei sind.

4. Kraftübertragungsriemen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Weite (HO der Nut nicht größer als der Teilungsabstand 7wischen in Riemenlängsrichtung aufeinanderfolgenden Nuten ist, und daß die minimale Weite (h) der Nut so gewählt ist, daß im Bereich der Längssymmetrieebene des Riemens die Nut kaum oder nicht schließt, wenn der Riemen über die für den Riemen zulässige kleinste Riemenscheibe läuft.

Die Erfindung geht aus von einem Riemen der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen und durch die DT-PS 5 71 887 bekanntgewordenen Art.

Riemen dieser Art sind als Keilriemen oder V-Ricmen bekannt. Die Nuten dienen dabei dazu, die Flexibilität des Kraftübertragungsriemens zu verbessern und zu verhindern, daß an seiner Unterseite zu starke Spannungskonzentrationen auftreten. Bei der überwiegenden Zahl derartiger bekannter Kraftübertragungsriemen weist der Riemen in den Bereichen außerhalb der Nuten einen gleichförmigen Querschnitt auf, während die Nuten einen U- oder V-förmigen Querschnitt aufweisen (vgl. US-PS 1656 628, 2625 828, 2847865 und 2945 389). Wenn bei diesen Riemen die Nutenquerschnitte gleichförmig und gleichbleibend über die ganze Riemenbreite ausge-

bildet sind, unterliegen diese Nuten bei Betrieb und unter Belastung des Riemens einer konkaven Verformung über den ganzen Eingriffsbereich zwischen Riemen und Riemenscheibe. Diese ist eine Folge von einer ungleichförmigen Zugspannungsbelastung der

undehnbaren Einlage, die wiederum eine Folge der Reibung zwischen den Seiten oder Flanken des Kraftübertragungsriemens und den Innenflächen der Riemenscheibe ist Durch diese scbalenförmige Verformung der Nutenbereiche des Riemens wird die Stand- to zeitdes Riemens durch vorzeigtigen Bruch von Kordbereichen, durch vorzeitige Schichttrennung, durch starke Abnutzung des Seitenmantels, durch frühzeitige Einrisse der Seitenkante oder durch frühzeitige radiale Rißbildung beeinträchtigt.

Bei den bekannten Kraftübertragun^sriemen, bei denen die radiale Tiefe und die in Riemenlängsrichtung gemessene Weite der Nuten von der Riemenseite in Richtung auf die Riemenmitte abnehmen (vgl. DT-PS 5 71 887), weisen die Nuten im Bereich der Riemenmitte einen Abschnitt von gleichbleibender radialer Tiefe und gleichbleibender, in Riemenlängsrichtung gemessener Weite auf. Lediglich die Endabschnitte der Nuten weisen kugelschalenförmig ausgebildete Erweiterungen auf. Dadurch soll ein Auv bauchen des Kraftübertragungsriemens einerseits sowie das Festsetzen oder Festkeilen von Schmutzpartikelchen oder Festkörperchen in den Nuten vermieden werden. Im Bereich der kugelsehalenförmi;: erweiterten Endabschnitte reicht die radiale Tiefe der Nut bis in den Bereich der undehnbaren Finlage. Dadurch wird der Riemenkörper nahe der Riemenflanke wesentlich geschwächt, und zwar wv allem gegenüber Querbiegungen. Die Folge ist eine entsprechend höhere Belastung der auBenlicixnden Elemente der undehnbaren Einlage und damit eine erhöhte Abnutzung und verkürzte Lebensdauer des Riemens. Durch den unstetigen Übergang zwischen dem mittleren Nuu-nabschnitt von gleichförmigem Nutenquerschnitt zu den kugelschalenförmigen Endabschnitten wird die ungleichmäßige Spannungsverteilung noch verstärkt.

Die Aufgabe der Frfindung besteht darin. Riemen der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen und durch die DT-PS 5 71 887 bekanntgewordenen Art insoweit ?u verbessern, daß bei günstiger Flexibilität die Lebensdauer des Riemens noch erhöht wird und der Riemen vor allem im Hinblick auf Querbiegungen und entsprechende Belastungen ein günstigeres Verhalten zeigt und seine Abnutzung entsprechend herabgesetzt wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei der Erfindung die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Geslaltungsmerkmale vorgesehen, während die in den Unleransprüchen 2 bis A angcgebencn Gestaüungsmerkmale noch vorteilhafte und förderliche Weiterbildungen dieser grundsätzlichen Aufgabenlösung sind.

Es ist zwar durch die US-PS 22 81 148 ein Keil-

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riemen bekanntgeworden, bei dem an der Innenseite mehrere in Längsrichtung in Abstand angeordnete, von Riemenseite zu Riemenseite quer verlaufende Nuten vorgesehen sind, deren radiale Tiefe sich von einer Seite zur Mitte und von der Mitte zur anderen Seite jeweils stetig ändert. Die sonstigen technischen Verhältnisse sind jedoch bei diesem Stand der Technik ganz anders gelagert wie bei der Erfindung.

Bej der neuen Ausbildung des Kraftübertragungsriemens wird die günstige Flexibilität der bisher be- ίο kannten Riemen im vollen Umfange beibehalten. Jedoch ergibt sich aufgrund der neuen Ausbildung im Betrieb des belasteten Riemens eine wesentlich bessere Gleichförmigkeit der Spannungsverteilung der undehnbaren Einlagen in Richtung quer zum Riemen. Dadurch, daß alle Elemente der undehnbaren Einlage gleichförmiger an der Spannungs- und Kraftauf- eahme teilnehmen, wird gleichzeitig die Lebensdauer 4es Riemens wesentlich erhöht. Bei der neuen Aus bildung, bei der die Breite und Tiefe der Nuten stetig lieh ändert, erhält man die Möglichkeit, zwischen dem Boden der Nuten und der undehnbaren Einlage ohne Vergrößerung des Gesamtquerschnittes des Riemens eine Schicht aus dem Material des Riemenkörpers vorzusehen, deren Dicke sich entsprechend der »5 Änderung der Nut stetig verändert. Die Nut reicht also selbst in den Endabschnitten nicht — wie bei dem bekannten Riemen — bis zu der i-adehnbaren Einlage. Diese zwischen Nutenboden und Einlage liegende Schicht trägt wesentlich zur gleichförmigen Übertragung der Spannungen bei. Hierfür ist wesentlich auch die sattelförmige Ausbildung der Nut. Die stetige Änderung der Abmessungen der Nut reicht unmittelbar bis /ur I.ängssymmetrieebene des Riemens, so daß es keinen Zwischenabschnut mit gleichbleibender Gestalt und Quersehniltsgröße der Nut gibt. Autgrund der gleichmäßigeren Belastung des gesamten Riemens ergibt skh eine wesentlich geringere Abnutzung und damit eine höhere Lebensdauer. Die Abnahme der Breite und der Tiefe der Nut kann linear erfolgen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform gemäß dem Unteranspruch 2 bildet die Nutenflache jedoch die allgemeine Form eines hyperbolischen Pi.raboloids. Diese Ausbildung hat den besonderen Vorteil, daß auch in der 1 änt!ss\mmetric- « ebene des Riemens keine Unstetigkeit der Änderung des Nutenquerschnittes vorliegt. Das günstigste Verhältnis von minimaler Tiefe zu maximaler Tiefe der Nut hängt von der Gesamtdicke des Riemens wesentlich ab. Besonders günstige Verhältnisse haben sich ergeben, wenn die Verhältnisse entsprechend dem Unteranspruch 3 gewählt werden. Hierdurch kann sichergestellt werden, daß selbst unter der maximalen Belastung und Biegung des Ric-nens, also dann, wenn der Riemen über eine Riemenscheibe von für diesen Riemen noch zulässigen kleinstem Durchmesser läuft, die engste Stelle der Nut sich nicht schließt oder nur in einem sehr geringfügigem Maße schließt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand sehematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 in Seitenansicht einen Kraftantrieb mil Kraftübertragungsriemen und zugehörigen Riemenscheiben,

Fig. 2 im größeren Maßstab einer Seitenansicht des Riemens im Abstützbereich einer Riemenscheibe,

Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Schnittlinie 3-3 der F i g. 2,

Fig. 4 einen Abschnitt des Riemens in Draufsicht auf die Innenseite des Riemens,

Fig. 5 einen Längsschnitt durch den Riemenabschnitt nach Fig. 4, wobei die Schnittebene entlang der Linie 5-5 der F i g. 4 gelegt ist,

F i g. 6 und 7 Querschnitte durch den Riemenabschnitt nach F i g. 5, jeweils in den Schnittebenen 6-6 bzw. 7-7 der Fig. 5,

F i g. 8 eine Draufsicht auf die Innenseite eines Abschnittes eines Kraftübertragungsriemens in abgewandelter Ausführungsform,

F i g. 9 in ähnlicher Schnittdarstellung wie F i g. 6 einen Schnitt durch den Riemen nach F i g. 8,

Fig. 10 in perspektivischer Ansicht und größerem Maßstab einen Abschnitt des neuen Kraftübertragungsriemens und

Fig. 11 in schematischer Darstellung den Umriß des Riemens.

Der Riemenantrieb 20 nach Fig. 1 besteht wie üblich aus zwei Riemenscheiben 21 und 22 von gleichem oder ungleichem Durchmesser und einem Kraftübertragungsriemen 23, der an rer Innenseite mehrere in Riemenlängsrichuing im Abstand angeordnete, von Riemenseite zu Riemenseite querverlaufende Nuten 27 aufweist. Im Bereich der Riemenscheiben 21, 22 läuft der Riemen 23 in Nuten 24, die V-förmig ausgebildet sind, wobei der Neigungswinkel Alpha der Nutenwände dem Neigungswinkel der beiden Riemenseiten entspricht.

Der Kraftübertragungsriemen 23 besteht aus einem Riemenkörper aus geformtem elastomerem Material, der im wesentlichen trapezoiden Querschnitt mit schmalerer Innen- und breiterer Außenseite aufweist. In dem der Außenseite zugewandten Bereich des Riemenkörpers ist eine die Zugspannung aufnehmende undehnbare Einlage vorgesehen, die aus einer Mehrzahl von in einer Ebene angeordneten Kordoder Verstärkungselementen 25 besteht. In vielen Fällen ist der Riemenkörper außen durch eine Mantelschicht 26 aus einem gegen Abnutzung widerstandsfähigen gummierten Gewebe abgedeckt, das auf den Riemenkörper aufvulkanisiert ist.

In F i g. 2 ist angenommen, daß der Riemenkörper von links in F i g. 2 in die Nut 24 der Riemenscheibe 21 einläuft. Vor und während des Einlaufens weist die an der Innenseite des Riemenkörpers vorgesehene Nut ihren voll geöffneten Querschnitt auf. wie dies an der Nut 27 α im noch gestreckten Bereich 23 a des Riemenkörpers 23 in F i g. 2 dargestellt is'.. Bei der Umlenkung des Riemens entsprechend der Umfangskrümmung der Nut 24 der Riemenscheibe 21 beginnen sich die Nuten mehr und mehr zu verengen wie dies bei 27 /1 in Fi g. 2 angedeutet ist. Die Praxis hat gezeigt, daß die Nuten ihren engsten Querschnittszustand annehmen, wenn Me durch den Riemenkörper über einen Bogen weg von etwa 7,5 Grad um den gcliunimu-n l'mfangsbereich der Riemenscheibe hinwcügeführt worden sind. Die neue Ausbildung der Nut gewährleistet, daß auch der kleinste Querschnittsbcreich der Nut bei maxima! zulässiger Krümmung des Riemenkörpers. also bei Umschlingung der kleinsten zulässigen Riemenscheibe praktisch nicht geschlossen ist.

Aus den Fi g. 4 bis 7 geht die Gestalt einer bevorzugten Ausführungsform der Nuten hervor. Diese läßt sich gemäß Fig. 10 in einem in den Riemen einschreibbaren rechtwinkligen Koordinatensystem genauer betrachten, wobei der Ursprung 0 am Boden

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der Nut auf der Schnittlinie zwischen der in Längsrichtung des Riemens verlaufenden Symmetrieebene des Riemens und der quer zum Riemen verlaufenden Symmetrieebene einer Nut liegt. Die x-, y- und z-Achsen verlaufen in Richtung der Länge, der Breite und der Tiefe der Nut. Die bevorzugte Nutenform ist in den Fig.4 bis 6 mit 27' bezeichnet. Bei dieser bevorzugten Nutengestalt ändern sich Breite und Tiefe der Nut vom Ursprung des Koodinatensystems aus in Richtung der x-Achse stetig, und zwar entlang gekrümmter Linien. Dabei nehmen die Werte für die Tiefe und die Breite vom Ursprung aus in Richtung der x-Achse zu.

Die bevorzugte Nutenform 27' läßt sich als hyperbolisches Paraboloid beschreiben, das durch die folgende Gleichung dargestellt werden kann:

α⁸ b*

In dieser Gleichung sind α und b Konstanten, die jeweils durch die Koordinaten von zwei ausgewählten bekannten Punkten, nämlich die Punkte I und II auf der Nutenobeifläche an einer der beiden Riemenseiten, bestimmt werden. Bei der Konstruktion der Nuten sollten weiterbin folgende Bedingungen beachtet werden:

Das Verhältnis der maximalen Dicke D des Riemenkörpers und der maximalen Tiefe d der Nut 27' sollte zwischen etwa 1,91 und 4,37 liegen.

Das Verhältnis der maximalen Tiefe d zu der minimalen Tiefe d' der Nut 27' sollte zwischen 1,25 und 2,29 liegen.

Die maximale Weite W der Nut an den Riemenseiten sollte nicht größer als der Teilungsabstand zwischen in Riemenlängsrichtung aufeinanderfolgenden Nuten 27' sein.

Die minimale Nutenweite w im Bereich des Ursprungs des Koordinatensystems sollte so gewählt sein, daß sich in diesem Bereich die Nut kaum oder überhaupt nicht schließt, wenn der Riemen über die für den Riemen zulässige kleinste Riemenscheibe läuft.

Der jeweils bevorzugte Wert für die beiden Verhältnisse DJd und did' liegt bei »2«.

Eine Annäherung an die optimale Nutenform erhält man auch dann, wenn die Tiefe und die Weite der Nuten unter Beibehaltung der sattelförmigen Gestalt linear sich ändern. Eine solche Nutenform ist bei 27" in den Fig. 8 und 9 gezeigt. Bei dieser Nutenform kann eine Verbilligung bei der Herstellung der Formwerkzeuge für die Herstellung der Nuten erreicht werden.

Bei beiden Ausführungsbeispielen gewährleistet die sattelförmige Gestalt der Nuten, daß die Dicke Hc des elastomeren Materials des Riemenkörpers im Bereich der Längssymmetrieebene (Iss Riemens größer

ίο ist als die Dicke He des elastomeren Materials an den Riemenseiten, wobei die Dicke dieser Schicht von der Riemenmitte zu den Riemenseiten hin stetig abnimmt. Hierdurch wird eine gleichmäßige Spannungsverteilung über die der Breite nach in dem Riemenkörper verteilten Elemente 25 der undehnbaren Einlage erreicht.

Von der Spezifikation her ist bei einem Kraftübertragungsriemen in der Regel der Winkel Alpha der Nut 24 der Riemenscheiben und die Breite K der

ao breiteren Außenseite vorgegeben Daraus läßt sich die Breite der Innenseite berechnen. Die Koordinaten von den Ausgangspunkten I und II der F i g. 10 ergeben sich danach wie folgt:

x. = k/2 + d (tan alpha/2)

V₁ = O

Der Wert für die maximale Nutenweite W ergibt sich dabei aus den oben angeführten Verhältnissen und dem vorgegebenen gegenseitigen Abstand von aufeinanderfolgenden Nuten. Mit den Koordinatenwerten für die Punkte I und II lassen sich auch die Konstanten α und b ausrechnen, so daß damit der Weg frei ist, um alle Punkte der Nut nach der obengenannten Gleichung (1) durch Rechnung bestimmt werden können.

Vergleichsversuche haben ergeben, daß das Spannungsverhältnis zwischen dem in der Längssymmetrieebene des Riemens liegenden Element und einem Element nahe der Riemenseite der undehnbaren Einlage bei einem Riemen mit der bevorzugten Nutenform wesentlich näher dem Wert 1 als bei anderen bekannten Nutenformen liegt. Die Folge davon war, daß unter einem realen Betrieb entsprechenden Versuchsbedingungen ein Riemen mit sattelförmigen Nuten eine Lebensdauer aufweist, die mehr als das Doppelte der Lebensdauer üblicher Riemen ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

23 OO 196 Patentansprüche:

1. Kraftübertragungsriemen, bestehend aus einem Riemenkörper aus geformtem Material, der im wesentlichen trapezoiden Querschnitt mit schmalerer Innen- und breiterer Außenseite, in dem der Außenseite zugewandten Bereich eine die Zagspannung aufnehmende undehnbare Einlage und an der Innenseite mehrere in Riemenlängsrichtung im Abstand angeordnete, von Riemenseite zu Riemenseite querverlaufende Nuten aufweist, derea radiale Tiefe und in Riemenlängsrichtung gemessene Weite von der Riemenseite in Richtung auf die Riemenmitte abnehmen, dadurch gekennzeichnet, daß jed* Nut (27', ?J") bis zur Längsmittelebene des Riemens (20) in Breite und Tiefe stetig abnimmt und eine sattelförmige Gestalt aufweist.

2. Kraftübertragungsriemen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche jeder Nut (27') die allgemeine Form eines hyperbolischen Paraloids gemäß der Gleichung: