DE2655610C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Zahnriementrieb nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Treibriemen, die zusammen mit Zahnscheiben verwendet werden, sind in der einschlägigen Technik bekannt. Diese Riemen weisen eine Viehzahl von miteinander abwechselnden Zähnen und Vertiefungen oder Zahnlücken auf, die sich im allgemeinen quer zum Riemen erstrecken und mit miteinander abwechselnden Zahnlücken und Zähnen an den Zahnscheiben oder -rädern zum Eingriff kommen, um ihre Antriebsfunktion zu erfüllen. Derartige Zahnriemen finden ihre weiteste Verwendung als sogenannte Synchron- oder Zwanglaufriemen und bestehen aus flexiblem, nachgiebigem Material, z. B. aus natürlichem oder synthetischem Gummi. Die Riemen werden hinsichtlich Teilung, Zahntiefe, Breite und anderen Maßen mit Genauigkeit berechnet und unter Einhaltung extrem enger Toleranzgrenzen mit hoher Präzision gefertigt. Zusätzlich wird ein hochfestes, den Zugspannungen Widerstand entgegensetzendes Zugteil aus im wesentlichen undehnbarem Material vorgesehen, und zwar vor allem an der Fußlinie der Zähne, um eine unzulässige bzw. nicht gewünschte Reckfähigkeit oder Streckbarkeit des Riemens zu verhindern. Eine solche Riemenkonstruktion erlaubt den flexiblen, nach­ giebigen Riemenzähnen ohne eine wesentliche Änderung der Teilung mit den Zähnen der Zahnscheiben zu kämmen, wobei der Riemen als ein synchronisierender Riemen arbeitet. Die Arbeitsweise und Vorteile von Synchronantriebsriemen sind in der US-PS 25 07 852 eingehend beschrieben.

In typischer Weise haben die Antriebszähne von zwangsläufigen Treibriemen eine geradlinige Querschnittsform, meistens sind sie - im Längsschnitt betrachtet - trapez­ förmig. Der Abstand bzw. die Breite der Lücke zwischen den Riemenzähnen wurde ursprünglich so ausgelegt, daß er größer war als die Breite am Fuß des Riemenzahnes. Es sind jedoch in bezug auf Riemenbruch aufgrund des Abscherens von Riemenzähnen als Ergebnis der Konzentration von Spannungen im Riemen Probleme aufgetreten. Demzufolge wurden zahlreiche Anstrengungen unternommen, das bestehende Riemenzahnprofil zu verändern, um das Problem des Abscherens der Zähne zu lösen. Um beispielsweise eine mehr zufriedenstellende Belastungs- oder Spannungsverteilung im Riemen zu erreichen, wurde die Anzahl der Riemenzähne für eine gegebene Riemenlänge erhöht. Zusätzlich wurde der einzelne Riemenzahn in seiner Ausdehnung vergrößert, um einen größeren Widerstand gegen sein Abscheren zu erhalten. Durch diese Maßnahme wurde naturgemäß der Abstand zwischen den Riemenzähnen vermindert, so daß die Breite des Fußes des Riemenzahnes gleich dem oder größer als der Abstand zwischen den Zähnen ist.

Entsprechend einem Prinzip jüngeren Datums soll das Maß­ verhältnis zwischen Riemenzähnen sowie -zahnlücken und Scheibenzähnen sowie -zahnlücken derart sein, daß die Höhe der Riemenzähne kleiner als die oder gleich der Tiefe der Scheibenzahnlücken ist. Wenn der Riemen um die Scheiben läuft, tritt demzufolge gewollt ein Spielraum bzw. Spalt oder gerade noch eine Berührung zwischen der am weitesten erhabenen Fläche, dem Kopf eines jeweiligen Riemenzahnes und demjenigen Teil der Scheibe auf, der den Boden der Scheiben­ zahnlücke bildet. Eine nur scheinbare Ausnahme von dem vor­ anstehend erläuterten Prinzip ist in der US-PS 37 56 091 beschrieben. Es ist dort ein Zahlenbeispiel angegeben, bei dem die radiale Höhe der Riemenzähne um bis zu 1,9% größer als die Tiefe der Scheibenzahnlücke ist. Es ist dort aber nicht nur fehlender Kontakt, d. h. ein Spielraum zwischen dem jeweiligen Kopf der Scheibenzähne und dem jeweiligen Fuß des Riemens vorhanden, sonder es liegt dort trotz dieses Maßverhältnisses zwischen Riemenzahn- und Scheibenzahn­ höhe - wie explizit angegeben - ebenfalls auch ein Spielraum bzw. Spalt von sogar bis zu 10% der Zahnhöhe zwischen den Köpfen der Riemenzähne und dem jeweiligen Boden der Scheibenzahnlücke vor. Als optimal ist ein Spiel­ raum bzw. Spalt mit einem Wert zwischen 0 und 2% angegeben. Dieser Spielraum beruht trotz höherer Riemenzähne darauf, daß bewußt vorgesehen ist, daß die Scheibenzähne mit den Riemenzähnen in entscheidendem Maße lediglich an den Zahn­ flanken zur Anlage kommen. In der parallelen DE-OS 19 57 922 ist für das gleiche Beispiel (jedoch nur aufgrund eines Umrechnungsfehlers) ca. 3,5% größere Riemenzahnhöhe angegeben. Auch dort ist aber ausdrücklich wiederum dieser Spielraum zwischen dem Riemenzahnkopf und dem Boden der Riemenzahnlücke vorgesehen, nämlich wieder bis zu 10%, und als optimaler Spielraum ist der Wert 2% der Riemen­ zahnhöhe angegeben.

Es wurde festgestellt, daß Riemen für die diese obigen Bedingungen gegeben sind, noch nicht optimiert sind, und zwar dies insbesondere hinsichtlich ihrer Lebensdauer.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zahnriemen­ trieb der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß die Lebensdauer des Riemens wesentlich erhöht ist.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Der erfindungsgemäßen Lösung liegt zugrunde, dafür zu sorgen, daß der Zahnriemen ohne Knickungen bzw. ohne polygonartige Form anzunehmen und/oder ohne Walken auf den Riemenscheiben läuft. Erreicht wird dies erfindungsgemäß dadurch, daß die Spitzen der Riemenzähne an den Boden­ flächen der Lücken zwischen den Zähnen der Riemenscheibe beim Lauf über die Riemenscheibe bewußt herbeigeführt unter Druck anliegen, d. h. eine radiale Zusammenpressung der (unbelasteten) Riemenzahnhöhe um bis zu 20% dieser Höhe erfahren. Das erfindungsgemäß vorgesehene radiale Zusammenpressen der Riemenzahnköpfe ist ein neues, den oben erörterten bisherigen Lehren entgegengesetztes Prinzip. Die Zahnlücken der Riemenscheibe sind jetzt voll­ ständiger ausgefüllt, und der Riemen ist über seinen Auflagebereich auf den Riemenscheiben so gleichmäßig abgestützt, daß er nunmehr ohne Knickung tangential auf die Riemenscheiben auf- bzw. von diesen abläuft und auch ohne Knickung auf der Scheibe umläuft. Die Lebensdauer des Treibriemens wird dadruch gegenüber bekannten Formen ganz erheblich erhöht, und zwar obwohl für den Riemen der Erfindung auch nur das für bekannte Zahnriemen übliche Material verwendet bzw. erforderlich ist.

Für die Beschreibung der Erfindung gilt, daß die Höhe der Riemenzähne die kürzeste Strecke von der Fußlinie zum äußersten Ende des Kopfes des Zahnes bezeichnet wird. Die Höhe der Scheibenzähne ist die radiale Entfernung vom Fußkreis der Scheibe zum radial äußersten Ende eines jeden Scheibenzahnes.

Der Erfindungsgegenstand wird anhand der Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 ist eine Seitenansicht des aus einem Riemen und Riemenscheiben bestehenden Riementriebs, wobei einige Teile abgebrochen dargestellt sind,

Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Teilansicht von Fig. 1 zur deutlichen Angabe der Maßverhältnisse zwischen den Riemenzähnen sowie Riemenzahnlücken und den Scheiben­ zahnlücken sowie Scheibenzähnen, wobei einige Teile abgebrochen dargestellt sind, um die Berührung zwischen Zahnriemen und Zahnscheibe deutlicher erkennen zu können,

Fig. 3 zeigt eine gegenüber Fig. 2 abgewandelte Ausführungs­ form,

Fig. 4, 5 und 6 zeigen Abwandlungen des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Riemens gemäß der Erfindung

Der Riementrieb 10 (Fig. 1 und 2) weist einen flexiblen, um ein Paar von Zahnrädern oder Riemenscheiben 12, 13 gezogenen Treibriemen 11 auf, der eine Vielzahl von miteinander abwechselnden Zähnen 14 und Zahnlücken 15 hat, die im allgemeinen quer zum Riemen verlaufen. Die Riemenscheiben 12, 13 sind mit einer Vielzahl von miteinander abwechselnden Zähnen 16 und Zahnlücken 17 versehen, die sich in axialer Richtung der Scheiben erstrecken und mit den Riemenzähnen 14 bzw. -zahnlücken 15 während des Arbeitens des Riementriebes 10 kämmen oder in Eingriff sind. Bei der in Fig. 1 gezeigten Anordnung dient der Riemen 11 dazu, eine Kraft von der treibenden Riemenscheibe 12 auf die angetriebene Riemenscheibe 13 zu übertragen. Selbst­ verständlich könnte jede der Riemenscheiben die treibende bzw. getriebene sein.

Wie der Fig. 2 am besten zu entnehmen ist, ist das Maßverhältnis der Riemenzähne 14 sowie -zahnlücken 15 und der Scheibenzähne 16 sowie -zahnlücken 17 derart, daß auf der Längserstreckung L des Riemens 11 zwischen den Riemenscheiben 12 und 13 die Höhe H der Riemenzähne 14 mindestens 4% bis maximal etwa 20% größer ist als die Tiefe D der Scheibenzahnlücken 17. Bei dem Lauf des Riemens 11 um die Scheiben 12, 13 kommen die am weitesten außen liegenden Flächen 18 des Kopfes der Riemenzähne 14, die den Riemenscheiben 12, 13 gegenüberliegen, mit den Flächen 19 des Fußes der Riemenscheibe 12, die zwischen den Scheibenzähnen 16 liegen und den Boden der Scheibenzahnlücken 17 bestimmen, in Berührung. Gleichzeitig werden die Riemenzähne 14 zusammengedrückt, um ihre Höhe H zu vermindern, so daß die radial auswärts gerichteten äußersten Teile 20 des Kopfes der Scheibenzähne 16 mit den Flächen 21 des Fußes des Riemens 11, die zwischen den Riemenzähnen 14 liegen und den Boden der Riemenzahnlücken 15 bestimmen, in Berührung kommen.

Der Riemens 11 weist ein Hauptteil 22 aus flexiblem, polymerem Werkstoff, z. B. natürlicher oder synthetischer Gummi od. dgl. auf. Das Hauptteil 22 enthält ein Zugteil 23 eines im wesentlichen in hohem Maße undehnbarem Materials, z. B. eingehüllte Glasfaserbündel oder Stahllitzen, um dem Riemen die notwendige Festigkeit und Stabilität in der Längsrichtung zu geben. Die Riemenzähne 14 mit im wesentlichen gleicher Höhe sind einstückig an wenigstens einer Fläche des Hauptteiles 22 ausgebildet, wobei die Riemenzähne quer zum Riemen 11 verlaufen. Wenn es gewünscht wird, können die Riemenzähne 14 an jeder Fläche des Hauptteiles 22 ausgeformt sein.

Das Zugteil 23 ist im wesentlichen an der Fußlinie BD der Riemenzähne 14 des Riemens 11 angeordnet, wie das bei Synchron­ treibriemen bekannt ist (US-PS 25 07 852). Das hochfeste Zugteil 23 dient dazu, eine unzulässige Reckfähigkeit des Riemens 11 zu verhindern, und es ermöglicht, daß die Riemenzähne 14 mit der notwendigen Genauigkeit mit den Scheibenzähnen 16 kämmen.

Vorzugsweise haben die Riemenzähne 14 einen Verschleißbelag 24 aus einem textilen Gewebematerial, z. B. Nylongewebe. Jeder Riemenzahn 14 ist mit in hohem Maß an Genauigkeit unter Einhaltung sehr enger Toleranzen gestaltet und gefertigt, so daß während des Betriebes des Riementriebes 10 die Riemenzähne 14 mit den Zähnen der Riemenscheibe 12 trotz der vorgesehenen ohne irgendeine erkennbare Veränderung der Teilung zum Eingriff gebracht werden können.

Um das Maßverhältnis des Riemens 11 und der Riemenscheibe 12 mit anderen Worten festzulegen, kannman sagen, daß die Riemenscheibe 12 Scheibenzähne 16 hat, deren Höhe h geringer ist als die Höhe H eines nicht gepreßten Riemenzahnes 14 und wenn der Riemen in ungespanntem Zustand ist. Läuft der Riemen 11 um die Riemenscheiben 12, 13 und ist er gespannt, dann erfassen die außen liegenden Flächen 18 des Kopfes der Riemenzähne 14 kraftschlüssig die Flächen 19 des Fußes der Riemenscheibe 12 zwischen den Scheibenzähnen 16, wobei die Riemenzähne 14 im angegebenen Maße zusammen­ gedrückt werden, so daß die äußersten Teile 20 des Kopfes der Scheibenzähne 16 dazu gebracht werden, gleichzeitig kraftschlüssig die Flächen 21 des Fußes des Riemens 11 zwischen den Riemenzähnen 14 zu erfassen.

Vorzugsweise ist die Höhe H des Riemenzahnes von etwa 4 bis etwa 15% größer bemessen als die Tiefe D jeder Scheiben­ zahnlücke 17 oder umgekehrt wird die Höhe h jedes Scheiben­ zahnes 16 umd etwa 4 bis 15% geringer gehalten als die Höhe H eines Riemenzahnes 14. Es wird noch mehr bevorzugt, daß die Höhe H eines jeden Riemenzahnes 14 etwa 4 bis 7% größer ist als die Tiefe D einer jeden Scheiben­ zahnlücke 17 bzw. als die Höhe h eines jeden Scheibenzahnes 16. Für optimale Ergebnisse soll die Höhe H eines jeden Riemenzahnes 14 um etwa 5% größer sein als die Tiefe einer jeden Scheibenzahnlücke 17 oder als die Höhe h eines jeden Scheibenzahnes 16.

Der Fig. 2 ist zu entnehmen, daß die Riemenzähne 14 mit größerer relativer Höhe H im Betrieb bei Berührung mit den Flächen 19 des Fußes der Riemenscheibe 12 zwischen den Scheibenzähnen 16 zusammengedrückt werden. Diese Riemenzähne 14 bilden ein Auflager für das Zugteil 23 im Zahnbereich A des Riemens, in welchem jeder Riemenzahn 14 mit dem Riemenhauptteil 22 verbunden ist. Auf diese Weise werden die senkrechten, auf das Zugteil 23 wirkenden Spannungen im Zahnlückenbereich a des Riemens, der im allgemeinen den Flächen 21 zwischen den Riemenzähnen 14 benachbart liegt, mit der Wirkung einer Lebensdauer­ verlängerung vermindert.

Mit der vorliegenden Erfindung ist ein Auflager bzw. Träger für das Zugteil 23 geschaffen, wobei die Umfangser­ streckung X der Basis oder des Fußes 25 eines jeden Riemen­ zahnes 14 - gemessen an seiner Fußlinie BD - gleich oder größer ist als die Umfangserstreckung x des Fußes 26 eines jeden Scheibenzahnes 16 - gemessen an seiner Fußlinie PD -, wenn der Riemen 11 um die Scheiben 12 und 13 umläuft. Beispielsweise ist die Erfindung von besonderer Bedeutung, wenn das Verhältnis der Strecke X des Fußes 25 jedes Riemenzahnes 14 zur Strecke x des Fußes 26 jedes Scheibenzahnes 16 so groß ist wie etwa 2 : 1. Diesen Zustand größter Nutzwirkung kann man auch anders ausdrücken; wenn der Riemen 11 um die Riemenscheiben 12, 13 läuft, dann ist die Umfangs­ erstreckung X jedes Riemenzahnes 14 - gemessen an seiner Fußlinie BD - gleich oder größer als die Umfangserstreckung x jedes Scheibenzahnes 16 - gemessen an seiner Fußlinie PD -, wobei die Umfangserstreckung X jedes Riemenzahnes 14 etwa zweimal größer ist als die Umfangserstreckung x eines jeden Scheibenzahnes 16.

Daraus folgt, daß entlang der Längserstreckung L des Riemens 11 die Breite oder lineare Länge Y des Fußes 25 eines jeden Riemenzahnes 14 an seiner Basis - gemessen im wesentlichen an seiner Fußlinie BD - gleich oder größer ist als der Abstand y zwischen zwei beliebigen Riemenzähnen 14. Die Breite Y eines jeden Riemenzahnes 14 an seiner Basis kann etwa 1,5- bis 2mal größer sein als die Breite y zwischen zwei beliebigen Riemenzähnen 14. Hinsichtlich der Riemen­ scheibe 12 liegt der Grund hierfür darin, daß die Umfangser­ streckung x′ an der Mittellinie jedes Scheibenzahnes 16 - gemessen am Schnittpunkt der Tangenten seiner Flanken 28, 28′ mit dem Kopfkreis PA der Scheibenzähne 16 - gleich oder geringer ist als die Umfangserstreckung X′ zwischen den gegenüberliegenden Flanken 28, 28′ von irgendwelchen zwei angrenzenden Scheibenzähnen 16 - gemessen am Schnittpunkt der Tangenten der gegenüberliegenden Flanken mit dem gleichen Kopfkreis PA. Es ist möglich, daß x′ um etwa 0,25 bis etwa 0,5 gegenüber X′ verschieden bemessen sein kann.

Aus demselben Grunde ist bevorzugt, daß beim Laufen des Riemens 11 um die Riemenscheiben 12, 13 im wesentlichen kein freier Raum oder Spalt zwischen den Flanken 27, 27′ der Riemenzähne 14 und den Flanken 28, 28′ der Scheibenzähne 16 vorhanden ist, so daß der Raum zwischen den die Scheibenzahnlücken 17 bestimmenden Scheibenzähnen 16 im wesentlichen von dem Riemenzahn 14 vollständig ausgefüllt ist. Wenn der Riemen um die Riemenscheibe 12 läuft und die Flanken 27 die Flanken 28 der Scheibenzähne 16 berühren, ist jedoch etwas Raum zwischen den Flanken 27′ des Riemens und den gegenüberliegenden Flanken 28′ der Scheibenzähne 16 zu erwarten.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist, wenn der Riemen 11 von der Riemenscheibe 12 angetrieben wird, das ist der in Fig. 2 gezeigte Fall, eine kontinuierliche Berührung zwischen dem Riemenzahn 14 und dem Scheibenzahn 16 vom anfänglichen Scheibenberührungspunkt PC an der vorlaufenden Seite des Fußkreises PD der Scheibe zum Riemen­ endberührungspunkt BC an der nachlaufenden Seite der Riemen­ fußlinie BD vorhanden. Wenn der Riemen 11 der Riemenscheibe 12 treibt, dann ist andererseits die Berührung vom anfänglichen Riemenberührungspunkt BC′ an der vorlaufenden Seite der Fußlinie BD′ des Riemens zum Scheibenendberührungspunkt PC an der nachlaufenden Seite des Fußkreises PD′ der Riemenscheibe kontinuierlich, wie Fig. 3 zeigt.

In der Praxis wird deshalb für einen erfindungsgemäßen Zahnriementrieb angestrebt, daß eine fortlaufende oder ständige Berührung zwischen den einander gegenüberliegenden Antriebsflächen des Riemens und der Riemenscheibe, die von den jeweiligen Fußlinien und darüber hinaus bestimmt sind, vorhanden ist.

Wie der Fig. 2 ebenfalls zu entnehmen ist, führt die von den erfindungsgemäß bemessenen Riemenzähnen 14 vermehrter Höhe und Größe gebildete Auflagerung für das Zugteil 23 zu einer Entlastung der Spannung im Bereich a des Riemens und sie bewirkt, daß das Zugteil 23 eine im wesentlichen kreis- oder bogenförmige (und nicht eine sehnenförmige) Gestalt bei seinem Lauf um die Riemenscheiben 12, 13 annimmt. Die kreis- oder bogenförmige Bahn des Zugteils stimmt recht genau mit dem theoretischen Teilkreis der Riemenscheiben überein. Das hat zur Wirkung, daß eine konstantere Winkelgeschwindigkeit vorliegt und weniger Vibration auftritt, was zu einem glatt und ruhig laufenden Antrieb 10 führt. Ferner wird die Lebensdauer des Riemens ganz bedeutend erhöht, da auch der Abrieb im Bereich a des Riemens vermindert wird.

Die spezielle Querschnittsausbildung der Riemenzähne 14 des Erfindungsgegenstandes ist weitgehend unbedeutend. Beispielsweise können die Zähne bei Betrachtung im Längsschnitt eine krummlinige Gestalt haben, wie die in den Fig. 1 bis 3 der US-PS 37 56 091 gezeigt ist. Darüber hinaus können die Riemenzähne 14 A, die mehr als übliche geradlinige oder trapezförmige Querschnittsausbildung haben (vgl. US-PS 25 07 852), die in Fig. 4 der hier beigefügten Zeichnung gezeigt ist. Wie die Fig. 5 und 6 zeigen, kann auch die Querschnittsform eines jeden Riemenzahnes 14 B oder 14 C teils geradlinig und teils gekrümmt sein.

Das Maßverhältnis gemäß der Erfindung kann erreicht werden, indem man die Zahnhöhe eines flexiblen Treibriemens, der zur Verwendung mit Riemenscheiben von Standardmaß geeignet ist, vergrößert. Die gleiche Wirkung kann zusätzlich auch durch Änderung in der Konstruktion und Gestaltung von wenigstens einer Riemenscheibe erzielt werden, indem die Tiefe der Scheibenvertiefungen bzw. -zahnlücken oder die Höhe der Scheibenzähne vermindert wird, um dadurch die Scheibe zur Verwendung mit einem flexiblen Treibriemen von Standard-Riemenzahngröße geeignet zu machen.

Die besonderen Eigenschaften und Vorteile des Erfindungs­ gegenstandes werden durch das folgende Beispiel deutlich.

Um die Leistungsfähigkeit von Riemen und Riemenscheiben mit den neuartigen Maßverhältnissen gemäß der Erfindung mit solchen Riemen und Riemenscheiben zu vergleichen, die die üblichen Maßverhältnisse haben, wurde in folgender Weise verfahren. Es wurden einzelne Riemenmuster für zwangläufigen oder synchronen Antrieb nach herkömmlichen Verfahren unter Verwendung von üblichen, in der einschlägigen Technik bekannten Materialien gefertigt. Alle diese Riemen wurden aus einer Neoprengummizusammensetzung mit einer Nylongewebeauflage an den Riemenzähnen und mit einem Zugteil aus Glasfaserkord, das im wesentlichen an der Fußlinie der Riemenzähne angeordnet wurde, gebildet. Nach ihrer Herstellung wurden die Riemenmuster auf Riemenscheiben von passender Abmessung und Gestaltung dynamisch unter­ sucht, wie nachfolgend beschrieben werden wir.

Zwei Arten von Riemenkonstruktionen wurden im Zusammen­ wirken mit passenden, entsprechend ausgebildeten Riemen­ scheibenbauarten geprüft. Diese Kombinationen werden als Typ I und Typ II bezeichnet.

Bei dem Typ I hatten die Riemenzähne jedes Musterriemens eine gekrümmte Querschnittsform; sie wurden in einem Riementrieb zusammen mit Riemenscheiben von entsprechender Ausbildung von der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Art geprüft. Alle Riemenmuster hatten - gemessen auf der Längserstreckung des Riemens zwischen den Riemenscheiben - die folgenden Abmessungen:

• - Teilung zwischen den Riemenzähnen: 8 mm
• - Breite oder lineare Erstreckung der Basis des Riemen­ zahnes, und zwar im wesentlichen an der Fußlinie des Zahnes gemessen: 5,18 mm
• - Abstand zwischen den Riemenzähnen - an der Fußlinie der Riemenzähne gemessen: 2,82 mm

Sieben dieser Riemenmuster waren von herkömmlicher Art mit einer Zahnhöhe von 3,55 mm. Diese Riemen werden als Riemenmuster A bezeichnet. Drei andere Riemenmuster, die gemäß der vorliegenden Erfindung gefertigt wurden, hatten eine Zahnhöhe von 3,81 mm, d. h. die Zahnhöhe war etwa 7,3% größer als die Zahnhöhe des Riemenmusters A. Diese drei Riemen werden als Riemenmuster B bezeichnet.

Die Riemen A und B wurden an üblichen Scheiben mit einer Standardzahnhöhe von 3,66 mm geprüft. Auf der Längser­ streckung des Riemens war die Höhe der Zähne der Riemen A um 0,11 mm geringer als die Höhe der Scheibenzähne oder die Tiefe der Scheibenzahnlücken. Die Höhe der Zähne der Riemen B war 0,15 mm oder annähernd 4,1% größer als die Höhe der Scheibenzähne oder die Tiefe der Scheibenzahn­ lücken.

Bei dem Typ II hatten die Zähne der Riemenmuster teilweise eine geradlinige Querschnittsform, teilweise eine gekrümmte Querschnittsform, wie in Fig. 5 gezeigt ist.

• - Die Teilung der Riemenzähne war - gemessen in der Längsrichtung des Riemens zwischen den Riemenscheiben - 9,54 mm;
• - die Breite der Basis oder des Fußes jedes Riemenzahnes war - gemessen an der Fußlinie der Zähne - 5,97 mm;
• - der Abstand zwischen den Riemenzähnen betrug - gemessen an der Fußlinie - 3,58 mm;
• - die Riemenzähne hatten eine Höhe von 3,55 mm.

Es wurden neun Riemenmuster mit Riemenscheiben untersucht, deren Zahnhöhe 3,66 mm betrug. Diese Riemenmuster werden als Muster C bezeichnet. Neun weitere, als Riemenmuster D bezeichnete Riemen wurden zusammen mit Riemenscheiben untersucht, deren Zähne eine Höhe von 3,38 mm hatten, die also um etwa 7,6% gegenüber üblichen Riemenscheibenzähnen niedriger waren, um das Maßverhältnis der Erfindung herauszustellen.

Auf der Längserstreckung des Riemens zwischen den Riemen­ scheiben hatten die Zähne der Riemenmuster C eine Höhe, die 0,11 mm geringer war als die Höhe der Scheiben­ zähne, mit denen zusammen die Prüfung vorgenommen wurde. Die Höhe der Riemenzähne bei den Mustern D war 0,17 mm oder um etwa 5,3% größer als die Höhe der Scheibenzähne oder die Tiefe der Scheibenzahnlücken, an denen untersucht wurde.

Die Riemen A bis D wurden in der folgenden Weise dynamisch geprüft. Die Riemen wurden an einem Standard-Wasserbremsen­ prüfgerät angebracht, das einen Drei-Scheiben-Aufbau hatte, und zwar mit einer treibenden, einer getriebenen und einer leerlaufenden Riemenscheibe. Die Riemen wurden bei einer Antriebsbelastung von 5968 W geprüft, wobei jeder Riemen mit einer Trumspannung von 409 N montiert war. Bei der Prüfung der Riemen vom Typ I hatten die treibende und die getriebene Riemenscheibe einen Außendurchmesser von 54, 86 mm, während die stützende Leerlaufrolle einen Durchmesser von 76,2 mm hatte. Bei den Untersuchungen der Riemen vom Typ II hatten die treibende und die getriebene Riemen­ scheibe einen Außendurchmesser von 53,31 mm, während die stützende Leerlaufrolle die gleichen Ausmessungen hatte wie bei den Prüfungen von Typ I. Die Riemen wurden bis zum Bruch geprüft, wenn nicht etwas anderes angegeben ist, und die verstrichene Zeit bis zu der dem Bruch eines jeden Riemens am nächsten kommende Stunde ist in der Tabelle 1 angegeben, wobei die Durchschnittszeit bis zum Bruch einer jeden Grupppe von Musterriemen eingetragen ist.

Andere Riemenmuster der Konstruktion von Typ I, die in ihren Maßen den Mustern A bzw. B gleichartig waren, wurden in der folgenden Weise ebenfalls geprüft und werden gleichfalls als Riemen A und B bezeichnet. Während des Versuchs wurden ein Muster des Riemens A und drei Muster des Riemens B verwendet. Jedes Riemenmuster wurde an einem gewichtsbelasteten Biegeprüfgerät mit einer Zweischeiben-Anordnung angebracht; der Außendurchmesser der treibenden und der getriebenen Zahnscheibe war 54,86 mm. Die Antriebs- Riemenscheibe wurde mit 3500 U/min betrieben, die Kraft zwischen den Scheibenwellenachsen betrug 1111 N. Die Riemen wurden bis zum Bruch geprüft, sofern nichts anderes angegeben ist. Die bis zu der dem Bruch am nächsten liegenden Stunde verstrichenen Zeit ist für jede Gruppe von Riemenmustern in der Tabelle 2 angegeben, wobei die Durchschnittszeit bis zum Bruch der drei Muster des Riemens B eingetragen ist. Die Zeit bis zu anfänglichen Brüchen ist ebenso angezeigt worden wie die Zeit bis zum vollständigen Bruch.

Tabelle 1

(Wasserbremsenprüfung)

Tabelle 2

(Biegungsprüfung)

Die Werte in den Tabellen 1 und 2 zeigen auf, daß die Riemen B und D, deren Maßverhältnisse zu den Riemenscheiben des Antriebssystems gemäß den Lehren der Erfindung gewählt sind, eine bedeutend verbesserte Lebensdauer gegenüber den Riemen A und C haben, deren Maßverhältnis zu den Riemen­ scheiben herkömmlich ausgestaltet ist. Das zeigte sich bei der Scheiben- und Riemenanordnung vom Typ I und II, wenn die Prüfung mit einem Standard-Wasserbremsprüfgerät, wie oben dargelegt und in Tabelle 1 aufgetragen ist, ausgeführt wurde, und das wurde durch die Ergebnisse mit dem gewichts­ belasteten Biegeprüfgerät für Scheiben- und Riemenanordnungen vom Typ I bestätigt, wie Tabelle 2 zeigt.

Die einzige Veränderliche von Bedeutung war bei den Vergleichsprüfungen die Höhe der Riemenzähne im Verhältnis zur Höhe der Scheibenzähne oder der Tiefe der Scheibenzahnlücken bei entsprechender Pressung der Riemenzähne. Die Höhe der Riemenzähne war im Fall der Riemen B und D größer als die Höhe der Scheibenzähne, während im Fall der Riemen A und C die Höhe der Riemenzähne bei fehlender Pressung geringer war als die Höhe der Scheibenzähne oder die Tiefe der Scheibenzahnlücken. Die Prüfung zeigt auch auf, daß das mit erfindungsgemäßer Pressung der Riemenzähne erzielte Ergebnis durch Verwendung eines Riemens mit vergrößerter Zahnhöhe bei Riemenscheiben, die Zähne üblicher Höhe haben wie im Fall der Riemen- und Scheibenkombinationen vom Typ I, oder auch durch Verwendung von Riemen mit üblicher Zahnhöhe mit Riemenscheiben von verminderter Zahnhöhe wie im Fall der Scheiben- und Riemenkombination vom Typ II erreicht werden kann.

Die Werte geben ferner an, daß in üblichen Antrieben oder solchen nach dem Stand der Technik ein frühzeitiger Bruch bei den Riemen A und C eintritt, wo ein freier Raum oder Spalt zwischen den Riemenzähnen und dem Boden des Raumes oder der Lücke zwischen den Scheibenzähnen vorhanden ist. Das Zugteil bei diesen herkömmlichen Riemen war in dem gezahnten Bereich der Riemen ungenügend abgestützt, was dazu führte, daß es eine Sehnenbahn bzw. einen Polygonzug bei seinem Lauf um die Riemenscheibe annahm. Dieser Umstand erzeugte eine übermäßige Belastung am Zugteil im ungezähnten Bereich des Riemens zwischen den Riemenzähnen, und der Bruch resultierte vor allem aus einem beträchtlichen Abrieb in diesem Bereich.

Bei den Riemen B und D gemäß der Erfindung zu enthaltenden Antrieben werden dagegen die Riemenzähne bei dem Lauf der Riemen um die Riemenscheiben um einen erfindungsgemäß bemessenen Betrag bei Berührung mit dem Boden der Scheiben­ zahnlücken zusammengepreßt und es ist im wesentlichen kein freier Raum zwischen den Riemenzahnflanken und den Flanken der Scheibenzähne vorhanden. Die Riemenzähne dieser Muster sorgen und sorgten für eine geeignetere Lagerung oder Stützung des Zugteils im gezähnten Bereich der Riemen und vermindern damit die Spannungen am Zugteil im ungezähnten Bereich der Riemen, was dazu führt, daß das Zugteil eine mehr kreis- oder bogenförmige Bahn bei seinem Lauf um die Scheiben beschreibt (vgl. Fig. 2). Demzufolge wird der Abrieb des Riemens zwischen den Riemenzähnen, wie sich gezeigt hat, vermindert, wodurch sich die Lebensdauer des Riemens ganz bedeutend erhöht.

Es wurde auch beobachtet, daß erfindungsgemäß bemessene Riemen B und D enthaltende Antriebe mit geringerem Geräusch und weniger Vibration arbeiten als Antriebe mit bekannten Riemen A und C, bei denen zwischen den Riemen und -scheiben herkömmliche Maßverhältnisse herrschen.

Bei den Werten der Tabelle 2 sind anfängliche Brüche zusätzlich zum vollständigen Bruch angegeben worden, um die Wirkung der abgeänderten Abmessungen gemäß der Erfindung auf eine Verzögerung des ersten bemerkbaren Anzeichens eines Riemenbruches zu vergleichen. Die Werte der Biege­ versuche dienen ferner dazu, die nachteiligen Wirkungen zu bestätigen, die aus der vom Zugteil bei seinem Lauf um die Riemenscheibe herum durchmessenen sehnenartigen Bahn gegenüber einer kreis- oder bogenförmigen Bahn resultieren. Im Fall der Riemenmuster A, wobei die Riemenzähne nicht ausreichend unterstützt sind, führt die durch die Gewichts­ belastung hervorgerufene Riemenspannung dazu, daß eine Belastung in dem Bereich zwischen den Riemenzähnen (ungezähnter Bereich) konzentriert wird, was zu einem schnellen Verschleiß führt. Im Gegensatz hierzu ergeben die gemäß der Erfindung ausgebildeten Riemenmuster B eine wesentliche Steigerung in der Lebensdauer der Riemen, wie die Werte der Tabelle 2 zeigen.

Claims (2)

1. Zahnriementrieb mit mindestens zwei Riemenscheiben und einem sie umschlingenden, auf der jeweiligen Riemenscheibe aufliegenden flexiblen Zahnriemen aus einem kompressiblen, polymeren Material und mit in die Lücken zwischen den Zähnen der Riemenscheibe eingreifenden Riemenzähnen, wobei ein Zug­ glied auf der Fußlinie der Riemenzähne eingebettet ist und die radiale Höhe der (im Zahnriementrieb gerade nicht in Eingriff befindlichen) Riemenzähne größer ist als die radiale Tiefe der Lücken zwischen den Zähnen der Riemenscheiben, gekennzeichnet dadurch, daß der Zahnriemen (bei Betrieb) derart auf den Riemenscheiben (12, 13) aufliegt, daß:

• a) die den Fuß der Riemenzahnlücken (15) bestimmenden Flächen (21) mit den äußersten Teilen (20) der Scheibenzähne in Berührung sind,
• b) die radiale Höhe (H) der auf einer Riemenscheibe (12, 13) aufliegenden Riemenzähne (14) dadurch, daß diese Riemenzähne (14) in den Scheibenzahnlücken (17) zwischen dem Zugglied (23) und der Fläche (19) der Scheibenzahnlücken (17) einer Pressung ausgesetzt sind, auf das Maß der Höhe (D) der Scheibenzähne (16) verringert ist und
• c) dieses Maß der Höhenverringerung (H -D) 4 bis 15% des Maßes (H) eines nicht der Pressung ausgesetzten Riemen­ zahnes (14) ist.

2. Riementrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe (H) eines jeden Riemenzahnes (14) im Maximum um etwa 20% größer ist als die Tiefe (D) jeder Scheiben­ zahnlücke (17).