DE2854052C2

DE2854052C2 - Riemenscheibe für Zahnriementriebe

Info

Publication number: DE2854052C2
Application number: DE2854052A
Authority: DE
Inventors: James Anthony Peniglly Minn. Bruns
Original assignee: Uniroyal Inc New York NY; Uniroyal Inc
Current assignee: Gates Rubber Co
Priority date: 1977-12-14
Filing date: 1978-12-14
Publication date: 1985-11-28
Also published as: US4233852A; DK156743B; FR2412009B1; HK50584A; GB2091840A; NL7812107A; YU293978A; SE8503464D0; GB2011577A; FI70308C; AR216964A1; DE2854052A1; ZA786820B; FR2412009A1; AU4235478A; NL176701C; SE441030B; ES476015A1; FI70308B; AU526986B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Riemenscheibe für Zahnriementriebe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des

Anspruchs 1.

Aus der US-PS 37 56 091 bzw. der DE-PS 19 57 922 ist ein Zahnriementrieb mit einer Riemenscheibe bekannt, welche die Merkmale des Oberbegriffs des An-Spruchs 1 zeigt Bei diesem bekannten Zahnriementrieb greifen die Zähne in Nuten der Riemenscheibe ein, die im wesentlichen konjugiert zur Zahnform der Riemenzähne ausgebildet sind. Unter einer konjugierten Scheibennut wird im vorliegenden Zusammenhang eine solehe Nut in der Riemenscheibe verstanden, die der Fläche in Größe und Umriß entspricht, die von einem vorgegebenen unbelasteten Riemenzahn beliebiger Form überstrichen wird, wenn der Riemen in und außer Kontakt mit der Riemenscheibe gelangt Der konjugierte Scheibenzahn ist demzufolge der Scheibenbereich, der von zwei aufeinanderfolgenden Riemenzähnen dann, wenn der Riemen auf die Scheibe auf- und wieder abläuft nicht überstrichen wird. Die zu einem vorbestimmten Riemen konjugierte Form der Zähne und Nuten einer Scheibe von vorbestimmtem Durchmesser läßt sich für den unbelasteten Zustand des Riemens leicht auf graphischem Wege oder durch Computerzeichnung ermitteln. Die konjugierte Form der Zähne und Nuten an der Riemenscheibe wird angestrebt um sicherzustellen, daß die Riemenzähne und die Scheibenzähne ohne Störung in Eingriff gelangen und außer Eingriff treten können.

Bei der bekannten Riemenscheibe der oben genannten Di uckschriften weicht die Zahnform von der streng konjugierten Form dadurch ab, daß die den Scheibenzahnkopf seitlich bestimmenden Begrenzungsbögen flacher gekrümmt sind, so daß auch unter Last des Riemens eine direkte Kerbwirkung im Bereich des Riemenzahnfußes ausgeschlossen ist

Bei dem bekannten Zahnriementrieb nach den oben genannten Druckschriften weist der Riemen auf der einen Seite angeformte Zähne auf, die im wesentlichen durch konvex gekrümmte Bögen begrenzt sind. In der bevorzugten Ausführungsform ist der Riemenzahn im wesentlichen durch zwei Kreisbögen bestimmt deren Krümmungsmittelpunkte auf entgegengesetzten Seiten einer radialen Mittellinie des Riemenzahnes und ?;if der von dem zugehörigen Kreisbogen abgewandten Seite dieser Mittellinie angeordnet sind, so daß sich die beiden Kreisbögen an der Zahnspitze auf der Mittellinie schneiden. Die dazu konjugierte Scheibennut wird durch einen durchgehenden Kreisbogen bestimmt, dessen Mittelpunkt auf der radialen Mittellinie der Scheibennut liegt, wobei die Kreisbogenenden unmittelbar und tangential in die Kreisbögen übergehen, welche den Scheibenzahnkopf seitlich begrenzen.

Der Zahnriementrieb nach den eingangs genannten Druckschriften hat sich in der Praxis seit längerem bewährt und gegenüber Zahnriementrieben mit Riemenzähnen von trapezoidförmigem Umriß behauptet da die Zähne mit konvex gekrümmten Bögen und die Scheiben mit konjugiert ausgeformten Nuten und Zähnen zu einer Verminderung der Abscherwirkung auf die Riemenzähne und zu einer Vergrößerung der Belastbarkeit des Riemens führen. Auch kann bei dem bekannten Zahnriementrieb nach den eingangs genannten Druckschriften die Abnutzung des Riemens im Nutengrund durch Einwirkung der Scheibenzahnköpfe dadurch verringert werden, daß bei der Umschlingung der Scheibe durch den Riemen der Riemenzahn in radialer Richtung in der Scheibennut gestaucht wird, so daß der Riemenzahn den Druck zwischen Scheibenzahnkopf und Riemennutgrund verringert (vgl. auch US-PS

40 37 485).

Es hat sich in der Praxis jedoch gezeigt, daß bei dem Zahnriementrieb der eingangs genannten Druckschriften der Riemenzahn einem vorzeitigen Verschleiß durch Materialermüdung unterliegt, so daß ;.ich die Lebensdauer des Riemens in Abhängigkeit von der Arbeitsbelastung und den Arbeitsbedingungen rasch verkürzen kann. Dies gilt insbesondere bei Zahnriementrieben mit Riemenscheiben von kleinerem Durchmesser. Dieser Nachteil beruht bei dem bekannten Zahnriemtntrieb darauf, daß bei Eingriff des Riemenzahns in die konjugierte Scheibennut dann, wenn der Riemen unbelastet ist, die sich gegenüberliegenden Flanken von Riemenzahn und Scheibensahn ein Flankenspiel aufweisen, das am Grunde der Scheibennut den Wert Null aufweist und von dort bis zum Riemenzahnfuß fortschreitend größer wird. Die Folge ist, daß bei einem Eingriff unter Last der Kopf des Riemenzahnes im Grund der konjugierten Scheibennut relativ fest eingespannt ist und zwischen Riemenkörper und Scheibe in Umfai.gsrichtung eine Relativbewegung so lange stattfindet bis unter ¹ Tordierung des elastischen Riemenzahns die eine Zahnflanke des Riemenzahns über die ganze Zahnhöhe in Anlage an die gegenüberliegende Flanke des Scheibenzahns gelangt Diese als Wechselbeanspruchung auftretende Torsion des Riemenzahns bei Eintreten des Zahnes in die konjugierte Scheibennut führt zu einer vorzeitigen Ermüdung und einem vorzeitigen Ausfall des Riemens, insbesondere bei kleinen Scheibendurchmessern.

Es ist Aufgabe der Erfindung eine Riemenscheibe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 so weiterzubilden, daß die vorzeitige Ermüdung des Materials der Riemenzähne weitgehend vermieden und die Lebensdauer des Riemens und seine Belastbarkeit erhöht werden, insbesondere auch dann, wenn es sich um Zahnriementriebe mit Riemenscheiben von kleinem Durchmesser handelt

Diese Aufgabe wird durch die Maßnahmen des Anspruchs 1 gelöst

Wesentlich bei der neuen Riemenscheibe ist, daß die Nutenform von der einer zu dem vorgegebenen Riemenzahn konjugierten Scheibennut vor allem dadurch abweicht daß die Scheibennut im Bereich der den Nutgrund bestimmenden Bögen wesentlich weiter ist, als bei der konjugierten Scheibennut

Anders als bei der Riemenscheibe der bekannten Zahnriementriebe der eingangs genannten Druckschriften wird die Scheibennut durch zwei Bögen bestimmt Dadurch wird die Nutweite nicht mehr nur durch die Länge des Krümmungsradius eines einzigen, die Scheibennut bestimmenden Kreisbogens festgelegt Dadurch erhält man die Möglichkeit die Krümmung der beiden die Nut bestimmenden Bögen stärker als bei der konjugierten Form zu machen und sie gleichzeitig in Umfangsrichtung weiter auseinander zu rücken. Dadurch erhält man eine Aufweitung der Scheibennut im Bereich der die Nut bestimmenden Bögen, ohne daß die Nutweite zwischen den Zahnköpfen der Scheibe vergrößert zu werden braucht

Die Folge dieser Maßnahme ist daß die konvex gekrümmte Flanke des Zahnes des entlasteten Riemens und die gegenüberliegende Flanke des Scheibenzahns einen solchen relativen Verlauf haben, daß sich bei Belastung des Riemens der Riemenzahn zusammen mit dem Riemenkörper in Umfangsrichtung relativ zu der Scheibe ohne nennenswerte Torsion des Riemenzahnes verschieben kann, bis im wesentlichen gleichzeitig die Riememzahnflanke mit allen Punkten über den wesentlichen Teil der Riemenzahnhöhe gleichzeitig in Kontakt mit der gegenüberliegenden Flanke des Scheibenzahnes gelangt Dies ist möglich, weil die Scheibenzahnflanke in der oben erwähnten Weise abweicht von der Flanke des zum Riemenzahn konjugierten Scheibenzahn ausgebildet ist derart, daß der Riemenzahnkopf nicht mehr länger im Nutengrund der Scheibe eingespannt ist und bei der Relativbewegung zwischen Riemen und Scheibe unter Last der Bewegung des Riemenkörpers und der übrigen Teile des Riemenzahnes folgen kann.

Die beiden die Scheibennut bestimmenden Bögen sind miteinander durch einen im wesentlichen geradlinigen Begrenzungsabschnitt verbunden. Die Bögen gehen dabei in den Begrenzungslinienabschnitt stetig über.

Die Bögen reichen nur bis zu einer bestimmten Höhe der Scheibenzähne und sind jeweils mit dem den Scheibenzahnkopf seitlich begrenzenden Bogen über einen im wesentlichen geradlinigen Begrenzungslinienabschnitt verbunden. Auch hier ist dabei der Übergang zwischen den verschiedenen Bögen und Linienabschnitten stetig.

Vorteilhafterweise können die beiden die Scheibennut bestimmenden Bögen jeweils Kreisbögen sein, die im gleichen Abstand ihrer Kreisbögenmittelpunkte von der radialen Mittellinie der Scheibennut vor dieser Mittellinie enden.

Die neue Riemenscheibe kann in Verbindung mit Riemen verwendet werden, deren Zähne in gleicher Weise ausgebildet sind, wie bei der Eingangs erwähnten US-PS 37 56 091. Die Scheibe nach der Lehre des Anspruchs 1 kann aber auch ebensogut bei Riemen mit anderen Zahnformen verwendet werden, solange die Flanken der Riemenzähne im wesentlichen durch konvex gekrümmte Bögen begrenzt sind, die keine Kreisbögen zu sein brauchen.

Die die Scheibennut begrenzenden Bögen erstrecken sich zweckmäßigerweise jeweils bis zu einer Höhe von wenigstens 25%, vorzugsweise von wenigstens 40% der Tiefe der Scheibennut.

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

F i g. 1 schematisch einen Zahnriementrieb mit einer Riemenscheibe gemäß der Erfindung,

F i g. 2 im Ausschnitt und im größeren Maßstabe einen Schnitt durch die Riemenscheibe gemäß der Erfindung in einer senkrecht zur Scheibenachse verlaufenden Ebene.
Fig.3 in ähnlicher Darstellung wie Fig.2 und im

so Ausschnitt die Riemenscheibe gemäß der Erfindung mit ohne Belastung eingreifenden Riemen und

F i g. 4 in ähnlicher Darstellung wie F i g. 3 den gegenseitigen Eingriff des Riemens nach F i g. 3 und einer Riemenscheibe mit konjugiert ausgebildeten Nuten, ebenfalls im unbelasteten Zustand des Riemens.

Der in F i g. 1 dargestellte Zahnriementrieb zeigt einen endlosen Zahnriemen 10, der mit einer treibenden und einer getriebenen Riemenscheibe 11 und 12 in Eingriff steht. Der Zahnriemen 10 weist eine zugfeste Einla-

ge 13 auf, die zur Aufnahme der an den Riemenzähnen wirkenden Last und Übertragung dieser Last dient. Auf der Rückseite der zugfesten Einlage weist der Riemen eine Abdecklage 14 auf. Die Riemenoberfläche kann durch einen nicht dargestellten Schutzmantel bekannter Art abgedeckt sein.

F i g. 2 zeigt im einzelnen das Profil der bei dem Zahnriementrieb nach Fig. 1 verwendeten Scheiben 11 und 12. Jede Scheibennut weist einen im wesentlichen U-för-

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migen Umriß auf. Sie wird im dargestellten Beispiel im wesentlichen durch zwei sich nicht schneidende Bögen 21, 22 bestimmt, die im dargestellten Beispiel gleiche Kreisbögen mit von den Krümmungsmittelpunkten 24 bzw. 25 ausgehenden Krümmungsradien R 1 bzw. R 2 gebildet sind. Die beiden Krümmungsmittelpunkte 24, 25 liegen in jeweils gleichen Abständen dl auf entgegengesetzten Seilen der radialen Mittellinie x-x der Scheibennut. Die beiden Bögen 21,22 enden in gleichen Abständen jeweils in den Punkten A bzw. C vor dieser radialen Mittellinie. Die sich gegenüberliegenden Endpunkte A und Csind durch einen im wesentlichen geradlinigen Begrenzungslinienabschnitt 23 miteinander verbunden. Dieser kann auch schwach konkav oder konvex gebogen sein. Im dargestellten Beispiel weist er eine schwache Krümmung mit dem Krümmungsradius R 3 auf.

Die beiden Bögen 21, 22 enden in einem Abstand d5 vom Nutengrund in den Punkten ßbzw. D. Der Abstand d5 beträgt mindestens 25%, vorzugsweise mindestens 40% der Scheibenzahnhöhe oder Nutentiefe d%, die auf der radialen Mittellinie x-x zwischen dem Begrenzungslinienabschnitt 23 und dem gestrichelt dargestellten Kopfkreis der Scheibenzähne gemessen ist. Die Krümmungsmittelpunkte 24 und 25 liegen jeweils auf der gleichen Seite der genannten Mittellinie x-x, wie die zugehörigen Bögen 21 bzw. 22.

Jeder Zahnkopf ist im dargestellten Beispiel durch seitliche Kreisbögen 26, 27, 32 mit jeweils gleichen Krümmungsradien R 4, R 5 bestimmt, die jeweils von den Punkten H bzw. E bzw. H' ausgehen und an den Punkten G bzw. F des Zahnkopfes im Abstand von der radialen Mittellinie y-y des Scheibenzahnes enden und durch einen Begrenzungslinienabschnitt 28 auf dem Kopfkreis miteinander verbunden sind. Die Krümmungsmittelpunkte der Radien liegen in einem Abstand d3 unterhalb des Zahnkopfkreises und jeweils in einem Abstand d4 vor der radialen Mittellinie y-y und auf der gleichen Seite wie der zugehörige Krümmungsradius. Die Verbindungslinie 28 kann mit dem Radius R 6 gekrümmt sein.

Die radial nach außen weisenden Enden der Bögen 21,22 sind mit den radial nach innen weisenden Enden E bzw. H' der den Zahnkopf begrenzenden Bögen über im wesentlichen geradlinige Begrenzungslinienabschnitte BE bzw. DH' verbunden. Diese können auch schwach gekrümmt sein, z. B. mit dem Krümmungsradius R 7. Die Bögen gehen in die Begrenzungslinienabschnitte BE bzw. DH' jeweils stetig über. Außerdem schließt jeder dieser Begrenzungslinienabschnitte BE bzw. DH' mit der radialen Mittellinie x-x der Scheibennut einen sich radial nach außen öffnenden Winkel χ ein, der 20° oder weniger beträgt, wie dies in F i g. 2 zwischen der "Verlängerung 34 des Begrenzungslinienabschnittes DH' und dem als Verlängerung zu der Mittellinie x-x gedachten Radius R 3 eingezeichnet ist.

Es ist ersichtlich, daß bei der Ausführungsform nach F i g. 2 die Bögen 21 und 26 auf der einen Seite der Nut ebenso wie die entsprechenden Bögen auf der anderen Seite der Nut sich nicht schneiden.

Bei dem in F i g. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist es zweckmäßig, wenn die Länge des Begrenzungslinienabschnittes 23 am Grunde der Scheibennut nicht mehr als 50% oder noch besser weniger als 30% der Länge der Bögen 21 bzw. 22 ausmacht Die Krümmungsmittelpunkte 24, 25 der Bögen 21, 22 sind in einem Abstand d\ vom Grund der Nut angeordnet, der wenigstens 50% oder besser wenigstens 65% der Nuttiefe t/6 be-

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65 trägt.

F i g. 3 zeigt die Riemenscheibe nach F i g. 2 in Eingriff mit einem zugehörigen Riemen; der im unbelasteten Zustand dargestellt ist. Der Riemenzahn ist wie bei dem eingangs beschriebenen bekannten Riementrieb durch zwei Kreisbögen 41, 42 mit gleichen Radien Λ8, R9 begrenzt Die Krümmungsmittelpunkte 43,44 liegen auf der von dem zugehörigen Kreisbogen abgewandten Seite der radialen Mittellinie x-x der Scheibennut Die radiale Höhe des Riemenzahnes 40 ist geringfügig größer als die Tiefe der Scheibennut, wie schematisch durch die Überlappung bei 42a in F i g. 3 angedeutet ist. Der Fuß des Riemenzahnes 40 ist durch Kreisbögen 47 bzw. 48 mit den Krümmungsradien R 10, R11 begrenzt. Die Riemenzähne sind durch eine Riemennut mit parallel zur zugfesten Einlage i3 verlaufendem Boden 46 voneinander getrennt In der Praxis sind somit die Riemenzähne in der Eingriffstellung leicht gestaucht

F i g. 4 zeigt den gleichen Riemen nach F i g. 3 in Eingriff mit einer Scheibe, deren Nuten und Zähne zu dem Riemenzahn konjugiert ausgebildet sind. In Fig. 4 ist der Eingriff wiederum bei lastfreiem Riemen gezeigt. Ein Vergleich der F i g. 3 und 4 macht deutlich, daß bei der von der konjugierten Form abweichenden Nutenform der Scheibe nach F i g. 3 der Bereich der Scheibennut, der durch die Bögen 21,22 bestimmt ist wesentlich von dem entsprechenden Bereich der konjugierten Nut abweicht, indem die Nut bei der Ausführung nach Fig. 2 und 3 gerade im Bereich der Bögen 21, 22 wesentlich weiter und von stärker gekrümmten Bögen 21, 22 begrenzt ist Die weiteren, den Zahnkopf der Scheibe nach Fig.3 betreffenden Abweichungen gegenüber dem konjugierten Scheibenzahn interessieren im vorliegenden Zusammenhang nicht weiter. Auf diese wird daher auch nicht weiter eingegangen.

Werden die Riemen aus den in den F i g. 3 und 4 unbelasteten Lagen unter Last gesetzt, wandern sie in Riemenlängsrichtung relativ gegenüber der zugehörigen Scheibe aus. Aus F i g. 3 ist ersichtlich, daß der Zahn 40 des Riemens dieser Relativbewegung folgen kann, bis sich die Flanke des Riemenzahnes über ihre wesentliche Höhe vollständig und ohne nennenswerte Torsion des Riemenzahns 40 an die gegenüberliegende Flanke des Scheibenzahnes anlegen kann. Bei dem Riementrieb nach F i g. 4 ist dies nur möglich, wenn bei der Relativbewegung zwischen Riemen und Scheibe der Riemenzahn eine Torsion erfährt da in der Anordnung nach F i g. 4 der Riemenzahn schon bis zu einer wesentlichen Höhe des Riemenzahnes im entlasteten Zustand an den Flanken der Scheibenzähne anliegt und der bis zum Verschwinden des Flankenspaltes notwendigen Relativbewegung zwischen Riemen und Scheibe nicht folgen kann.

Die Länge JK gibt in F i g. 3 die größte Breite des Riemenzahnes und damit die Größe der Scherfläche zwischen Riemenzahn und Riemenkörper wieder, während die Länge LJ den Abstand zwischen den Zahnfüßen von aufeinanderfolgenden Riemenzähnen wiedergibt

Der Zahnriementrieb nach Fig.3 führt zu einer höheren Belastbarkeit und geringeren Abnutzung und höheren Lebensdauer des zugehörigen Zahnriemens, und zwar auch bei kleinem Riemenscheibendurchmesser, so daß mit der Riemenscheibe ausgerüstete Zahnriementriebe mit kleinerer Raumbeanspruchung und geringerem Gewicht hergestellt werden können.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Riemenscheibe für Zahnriementriebe, bestehend aus einem Zahnriemen mit zugfester Einlage und wenigstens einseitig angeformten Zähnen, deren Flanken im wesentlichen durch konvex gekrümmte Bögen begrenzt sind, und aus einer gezahnten Riemenscheibe, insbesondere von kleinem Durchmesser, deren gegenüber eine radialen Mittellinie symmetrische Nuten jeweils einen im wesentlichen U-förmigen Umriß aufweisen, der von der zu dem Riemenzahn konjugierten Nuienform wenigstens durch flacher gekrümmte seitliche Begrenzungsbögen des Scheibenzahnkopfes abweicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Form der Zahnflanken von der zum Riemenzahn konjugierten FlankenfGrm abweicht, indem die Scheibennut durch zwei Bögen (21, 22) bestimmt ist, deren Krümmung wesentlich stärker als bei der konjugierten Nut ist und die von der radialen Mittellinie x-x der Nut so weit entfernt sind, daß die Nutweite zwischen diesen Bögen (21,22) wesentlich größer ist als die der konjugierten Nut.

2. Riemenscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden die Scheibennut bestimmenden Bögen (21,22) miteinander durch einen im wesentlichen geradlinigen Begrenzungslinenabschnitt (23) verbunden sind.

3. Riemenscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß keine der beiden die Scheibennut begrenzenden Bögen (21,22) den zugehörigen, den Scheibenzahnkopf seitlich begrenzenden Bogen (26, 27) schneidet, sondern mit diesem Bogen über einen im wesentlichen geradlinigen Begrenzungslinienabschnitt (BE, D/i'jverbunden ist.

4. Riemenscheibe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Zahnflanken liegenden Begrenzungslinienabschnitte (BE, DH'), welche jeweils einen die Scheibennut bestimrnsnden Bogen (21, 22) mit den zugehörigen, den Zahnkopf seitlich begrenzenden Bogen (26, 27) verbinden, mit der radialen Mittellinie x-x der Nut einen Winkel α von maximal 20° einschließen.

5. Riemenscheibe nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden die Scheibennut begrenzenden Bögen (21, 22) sich jeweils bis zu einer Höhe von wenigstens 25%, vorzugsweise von wenigstens 40% der Nutentiefe (d6) erstrecken.

6. Riemenscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die die Scheibennut bestimmenden beiden Bögen (21, 22) jeweils Kreisbögen sind, die im gleichen Abstand (d2) ihrer Kreisbogenmittelpunkte (24, 25) von der radialen Mittellinie x-x der Nut vor dieser Mittellinie enden.

7. Riemenscheibe nach Anspruch 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden die Scheibennut bestimmenden Bögen (21, 22) jeweils bis zu einer solchen Höhe (d5) übe·· den Nutengrund (23) reichen daß sie tangential in die in den Zahnflanken liegenden Begrenzungslinienabschnitte (BE, DH') übergehen.