DE2855748A1

DE2855748A1 - Zahnriementrieb, insbesondere riemenscheibe fuer solche antriebe

Info

Publication number: DE2855748A1
Application number: DE19782855748
Authority: DE
Inventors: Frank Leonard Wujick
Original assignee: Uniroyal Inc
Current assignee: Gates Rubber Co
Priority date: 1977-12-23
Filing date: 1978-12-22
Publication date: 1979-06-28
Also published as: YU303178A; PL212040A1; IT7869946A0; JPS5744866B2; ZA786930B; BR7808421A; IT1108296B; DK578078A; PL128800B1; IN150285B; DE2855748C2; BE872875A; FI68454C; NL7812282A; GB2011578A; CA1115090A; CH630157A5; SE442139B; MX148323A; AU4249178A

Description

P A T E N T A N W A LT E

DR.-ING. R. DÖRING - 5 - DIPL.-PHYS. DR. J. FRICKE

BRAUNSCHWEIG MÜNCHEN

UNIROYAL, INC.

1230 Avenue of the Americas New York, N.Y. 10020/USA

"Zahnriementrieb, insb. Riemenscheibe für solche Antriebe"

Die Erfindung betrifft einen Zahnriementrieb, insb, eine Riemenscheibe für einen solchen Zahnriementrieb mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

In der US-PS 2 507 852 ist ein Riemen für einen solchen Zahnriementrieb beschrieben, der ein undehnbares Zugglied aufweist, an dessen einer Seite Zähne vorgesehen sind, wobei eine Schutzmantel aus Gewebe die Zähne bedeckt. Die Zahne sind vorzugsweise aus elastomerem Material wie Gummi hergestellt. Die Riemen können auch eine Rückschicht aus gleichem oder ähnlichem Material zu dem Material der Zänne aufweisen.

Zahlreiche verschiedene elastomere Materialien sind für die Herstellung von Riemen gemäß der genannten Druckschrift verwendet worden« Einige oder mehrere übliche Materialien sind Neopren und Polyuretan. Diese Riemen sind so gestaltet, daß sie mit gezahnten Scheiben zusammenwirken, die aus einem Material mit einem wesentlich höheren Young-Modul ausgebildet sind als das elastomere Material für die Herstellung der Riemen. Die üb-

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lichen gezahnten Riemen des genannten Patentes verwenden einen Zahnquerschnitt im Umriß, der im wesentlichen trapezförmig ist und sehr ähnlich einem üblichen Zahnstangenzahn. Viele Versuche sind gemacht worden, um den Riemen und die Scheibenzähne im Umriß zu verändern, um das Problem des Riemenversagens zu beseitigen. Bei solchen Trapezförmigen Zahnriemen besteht der Hauptfehler darin, daß die Zähne aufgrund der Spannungskonzentrationen abgeschert werden. Um das Problem der Zahnabseherung zu verringern, ist ein Zahnriemenzahn bekannt mit einem Querschnitt, der annähernd der Kontur einer isochromatischen Linie der halben Ordnung in einem Riemenzahn unter einer vorbestimmten Belastung entspricht (vergl. US-PS 3 756 091). Die Riemennuten stehen in entsprechendem Eingriff mit den Riemenzähnen und sind im wesentlichen von konjugierter Form im Vergleich zu den Riemenzähnen. Der Riemen weist im wesentlichen durch gekrümmte Linien begrenzte Zähne auf, wodurch die Abscherungswirkung für die Zähne verringert und die Belastbarkeit der Riemen vergrößert wird. Eine Art des Versagens der Riemen gemäß der US-PS 3 756091 kann durch Abnutzung der Riemenbereiche zwischen den Zähnen auftreten, insb. wenn die Riemen in Verbindung mit Scheiben von kleinem Durchmesser verwendet werden. Die Abnutzung zwischen den Riemenzähnen beruht auf dem Abtrag der Schutzschicht und dem Freilegen des Zuggliedes durch die Wirkung der Scheibenzähne gegenüber dem Riemev;* Diese Abnutzung führt zu einem vorzeitigen Versagen aufgrund des sich Lösens der Zähne von dem Zugglied und/oder aufgrund des Bruches des Zuggliedes.

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Eine Lösung zu diesem Abnut: ngsproblem versucht die US-PS 4 037 485 zu geben. Dort ist die dimensionale Beziehung der Riemenzähne und der Nuten und der Scheibenzähne und der Nuten der Art, daß auf dem Längenbereich des Riemens zwischen den Scheiben die Höhe der Riemenzähne größer als die Tiefe der Scheibennuten ist, während beim Umlaufen des Riemens um die Scheiben die extrem vorspringenden Flächenbereiche der Riemenzähne, welche der Scheibe gegenüber liegen, in Berührung mit den Bereichen des gezahnten Scheibenabschnittes gelangen, welche den Boden der Scheibennut bestimmen. Zur gleichen Zeit ist in der US-PS vorgeschlagen, daß die Riemenzähne zusammengedrückt werden, um ihre Höhe zu verringern, sodaß die am weitesten radial entfernt liegenden Flächenbereiche der Scheibenzähne in Kontakt mit den Bereichen des Riemens zwischen den Riemenzähnen gelangen, welche Bereich den Boden oder Grund der Riemennuten bestimmen.

Relativ frühzeitig im Betrieb eines Riementriebes dieser bekannten Ausführungsform führt der Eingriff der elastomeren Zähne in den Bodenbereich der Scheibennuten zu einer wesentlichen permanenten Verformung der Riemenzähne. Diese Verformung wird bei erhöhten Arbeitstemperaturen, wie sie bei Fahrzeugen auftreten können, beschleunigt. Die Verformung führt zu einer bedeutenden permanenten Abnahme der Zahnhöhe. Die verformten Zähne tragen nicht mehr länger das Zugglied, wie es an sich in der genannten Patentschrift angestrebt wird. Folglich entwickelt sich das gleiche Abnutzungsmuster des Zahnriemens und

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der Scheiben, wie es anhand der US-PS 3 756 091 an Riemenzähnen erläutert wurde, die nicht in der Eingriffsstellung zusammengedrückt werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung die aufgezeigten Probleme zu beseitigen und einen Zahnriementrieb zu entwickeln, bei dem unabhängig von der Ausbildung des Zahnriemens das mit dem Zahnriemen verwendete Zahnrad gewährleistet, daß der Riemen eine im Vergleich zu den bisherigen Ergebnissen wesentlich verlängerte Lebensdauer aufweist, und zwar sowohl bei Raumtemperatur als auch bei erhöhter Temperatur. Dabei soll vor allem Sorge dafür getragen werden, daß die Abnutzungsprobleme im Bereich des Nutengrundes zwischen den Zähnen des Riemens behoben oder weitgehend ausgeschaltet werden. Gleichzeitig soll damit gewährleistet werden, daß die Riemen bis an die Grenze, für die sie konzipiert werden, auch wirklich im praktischen Betrieb bexastet werden können, auch bei erhöhten Temperaturen und auch bei Verhältnissen, in denen Torsionsvibrationen auftreten. Insbesondere soll gewährleistet werden, daß die auftretenden Probleme auch bei sehr kleinen Durchmessern der Riemenscheiben beseitigt sind.

Diese Aufgabe wird durch die Maßnahmen nach dem Anspruch 1 gelöst.

Bei der vorliegenden Anmeldung werden weitgehen die Begriffe verwendet, wie sie auch in der US-PS 3 756 091 verwendet sind.

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Die Verminderung der Abnutzung des Bereiches zwischen den Zähnen des Riemens wird wesentlich allein durch Veränderung der Konfiguration der Riemenscheibe erreicht. Dabei besteht die Wirkung der Maßnahmen nach der Erfindung darin, daß wesentlich der Kontaktbereich zwischen den Scheibenzahnspitzen und dem Nutenbereich zwischen den Ri enu^.zahnen vergrößert wird. Dadurch wird die Belastung und der Druck über einen größeren Flächenbereich verteilt, sodaß die Abnutzung entsprechend wesentlich verringert wird. Dadurch wird erheblich der Druck in den Riemenzahnzwischenbereichen verringert, indem der Riemenzahn in der Scheibennut abgestützt wird, und zwar dauerhaft und ohne bleibende Verformung der Riemenzähne. Die Scheibe nach der Erfindung ist vor allem in nichtkonjugierter Form gegenüber dem Riemen ausgebildet. Jede Nut der Scheibe wird dabei wesentlich durch einen Kreisbogen gebildet, der die Zahnspitzen von benachbarten Zähnen der Scheibe verbindet. Die Riemenzähne sind beim Umlaufen um die Scheiben in zusammengedrücktem Eingriff mit den Scheibennuten. Jede Scheibenzahnspitze weist einen Querschnittsumriß auf, wie er ähnlich in der genannten US-PS gezeigt ist. Er wird im wesentlichen aus zwei im wesentlichen kreisförmigen Bögen begrenzt, deren Krümmungsmittelpunkte voneinander versetzt angeordnet sind. Die Mittelpunkte sind dabei auf der gleichen Seite der Zahnspitze angeordnet wie die zugehörigen Bögen. Die Zahnspitzenbögen sind durch ein linienförmiges Segment verbunden, das im wesentlichen geradlinig oder schwach gekrümmt ist. Das linienförmige Segment bestimmt die Breite der Zahnspitze der Scheibe. Gemäß der Erfindung wird das Flächenkontaktverhältnis der Riemenzahnbreite zu der Breite des linien-

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förmigen Segmentes auf einen Wert zwischen 20:1 und 1:1 festgelegt. Die Länge dieses linienförmigen Segmentes beträgt etwa von 5% bis 100 % der Breite des Riemenzahnes desjenigen Riemens, der zusammen mit der Scheibe verwendet wird. Vorzugsweise liegt dieser Prozentsatz zwischen 6 % und 33 % der Breite des Riemenzahnes.

Sowohl der Druckeingriff des Riemenzahnes mit der Scheibennut als auch das Oberflächenkontaktverhältnis, wie es definiert worden ist, wirken einzeln und gemeinsam im Sinne einer Verringerung dt:· Abnutzung des Bereiches zwischen den Zähnen des Riemens. Insbesondere in ihrer Kombination vermindern sie dieses Abnutzungsproblem in einem solchen Ausmaß, daß die Einzelwirkung dieser beiden Maßnahmen auf die Abnutzung wesentlich übersteigt.

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

Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Antriebes teilweise im Längsschnitt einer bevorzugten Ausführungsform, wobei Riemenscheibe und Zahnriemen im gegenseitigen Eingriff dargestellt sin.l.

Fig. 2 im größeren Maßstabe einen Ausschnitt einer Riemenscheibe gemäß der bevorzugten Ausführungsform.

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Fig. 3 in ähnlicher Darstellung wie Fig. 2 die Riemenscheibe nach dieser Figur, wobei gleichzeitig eingezeichnet ist die Umrißform der entsprechenden Riemenscheibe jedoch der herkömmlichen, gegenüber dem Riemen konjugierten Form und

Fig. 4 in ähnlicher Darstellung wie Fig. 3 jedoch im Längsschnitt die Riemenscheibe nach Fig. 2 im Eingriff mit einem Riemen herkömmlicher Bauart, wobei der Riementrieb von Belastung frei dargestellt ist.

Aus Figur 1 ist ersichtlich, daß der endlose Riemen 10 das treibende und das getriebene Riemenscheibenrad 11 und 12 umgreift. Der Riemen 10 ist mit einem Zugglied 13 versehen, das eine Vielzahl von Windungen eines kontinuierlichen Stranges aus Fäden oder dergleichen aufweist. Das Zugglied 13 trägt im wesentlichen die gesamte Arbeitslast, die auf dem Riemen ruht. Bis zu einer maximalen Belastung, für die der Riemen ausgelegt ist, kann das Zugglied 13 als im wesentlichen undehnbar angesehen werden. Die Eingangs genannten Druckschriften zum Stand der Technik können herangezogen werden, um Einzelheiten des Aufbaues eines derartigen Zahnriemens und zugehörigen Scheibensystems zu erfahren. Es wird dies als bekannt vorausgesetzt. Der Riemen umfaßt weiter eine Rückschicht 14 und einen Schutzmantel (nicht gezeigt), der sich über die gesamte gezahnte Oberfläche des Riemens erstreckt. Eine dünne Schicht aus Elastomer oder dgl. Material (nicht gezeigt) zwischen dem

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Mantel und dem Zugglied 13 kann zur Verbesserung der Haftung im Bereich Zwischen den Zähnen des Riemens vorgesehen sein. Der Riemen kann in der einen oder anderen Weise hergestellt werden. Vorzugsweise wird er nach dem Verfahren gemäß der US-PS 3 078206 hergestellt. Eine alternative Herstellungsform findet sich in den anderen genannten Druckschriften.

Die Scheiben 11 und 12 nach Fig. 1 umfassen, wie auch aus Fig. hervorgeht jede einen Körper 20 mit durch gekrümmte Linien begrenzten Zähnen 21, die durch Ausnehmungen 22 von gekrümmtem Umriß voneinander getrennt sind. Die Zahnspitze 23,betrachtet in Längsrichtung oder im Querschnitt, weist eine äußere Umrißgestalt auf, die aus zwei kreisförmigen Bogenabschnitten 24 und 25 besteht, welche gegeneinander versetzte Krümmungsmittelpunkte 26 und 27 aufweist, die von einer die Zahnspitze mittig teilenden Linie 28 im Abstand angeordnet sind. Die Kreisbögen 24 und 25 haben zwei gleiche Radien 29 und 30, deren Krümmungsmittelpunkte 26 und 27 um gleiche Beträge auf entgegengesetzten Seiten der Mittellinie 28 des Zahnes 21 angeordnet sind, jedoch auf der gleichen Seite wie der zugehörige Bogen. Beide Krümmungsmittelpunkte liegen innerhalb des Scheibenzahnes. Die sich nicht schneidenden Bögen 24 und 25 sind durch ein linienförmiges Segment 31 miteinander verbunden. Der Bogen 24 erstreckt sich vom Punkt A bis Punkt B. Der Bogen 25 erstreckt sich vom Punkt C bis zum Punkt D. Die Mitten 26 und 27 liegen in gleichen Abständen von einer Tangente an den äußeren Durchmesser der Riemenscheibe an der Mittellinie 28 des Zahnes. Sie liegen außerdem in gleichen Abständen auf entgegengesetzten Seiten der

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Mittellinie 28 sowie in gleichen radialen Abständen von der Mitte der Riemenscheibe. Das linienförmige Segment 31 ist Teil eines Kreisbogens mit einem Radius, der von einem Krümmungszentrum aus gezogen ist, das auf der Verlängerung der Mittellinie 28 liegt. Das Krümmungszentrum der Linie 31 kann auch auf der Mittellinie 28 liegen, d.h. innerhalb des Körpers der Riemenscheibe. Alternativ kann der Krümmungsmittelpunkt des linienförmigen Segmentes 31 auf einer Verlängerung der Mittellinie liegen, und zwar außerhalb des Körpers der Scheibe. Das linienförmige Segment 31 ist als gerade Linie gezeigt, kann Jedoch konkav oder konvex gekrümmt sein, und zwar in Bezug auf den Körper der Riemenscheibe.

Figur 3 zeigt einen vergrößert -n Längsschnitt der Scheibe nach Figur 2. Darüber liegt der Umriß einer korrespondierenden konjugierten Kiemenscheibe nach dem US-Patent 3 756 091. Die Figur unterstreicht den Unterschied in der Längsschnittumrißgestaltung der jeweiligen Scheibennut und Zähne. Figur 3 veranschaulicht, daß die Ausnehmung 22 der Scheibe nach der Erfindung durch einen Bogen mit dem Radius 32 gebildet ist, dessen Krümmungsmittelpunkt bei 33 angeordnet ist. Die Bögen 24 und 25, welche teilweise die Spitze des Scheibenzahnes nach der Erfindung begrenzen, sind durch entsprechende Radien 29 und 30 mit Krümmungsmittelpunkten 26 und 27 gebildet. Das linienförmige Segment, das den äußeren Bereich der Zahnspitze begrenzt unddie Bögen 24 und 25 nach der Erfindung verbindet, weist eine Länge gleich dem Abstand zwischen den Punkten B und C auf. Der Bogen, der die Ausnehmung oder die Zahnnut 22 begrenzt, kann die Bögen 24 und

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- 14 der Scheibe nach der Erfindung an den Punkten A und D schneiden.

Im Gegensatz dazu weist das konjugierte Rad nach der US-PS 3 756 091 eine Ausnehmung oder Zahnnut 41 auf, welche durch einen Bogen mit einem Radius 40 und einem Krümmungsmittelpunkt gebildet ist. Die Bögen 46 und 47, welche teilweise die Spitze des Scheibenzahnes nach der bekannten Ausführungsform begrenzen, werden durch entsprechende Radien 44 und 45 begrenzt, deren Mittelpunkte bei 42 und 43 liegen. Das linienförmige Segment, welches den äußersten Bereich der Zahnspitze bildet und die Bögen 46 und 47 verbindet, weist eine Länge gleich dem Abstand zwischen den Punkten E und F auf. Der Bogen, der die Ausnehmung 41 begrenzt, schneidet die Bögen 46 und 47 an den Punkten G und H.

Die Länge des linienförmigen Segmentes B, C nach der vorliegenden Erfindung ist größer als die Länge des linienförmigen Segmentes E, F der Scheibenzahnspitze gemäß der US-PS 3 756 091. Die Krümmungsmittelpunkte 26 und 27 der Scheibe nach der Erfindung sind auf entgegengesetzten Seiten der Zahnmittellinie gegeneinander versetzt, wobei der Abstand größer ist als der Abstand der Krümmungsmittelpunkte 42 und 43 der Zahnspitze der Scheibe nach der US-PS 3 756 091. Der gestrichelte Flächenbereich 48 in Fig. 3 repräsentiert das zusätzliche Material, das in der Scheibennut und an der Scheibenspitze des Profils nach der Erfindung vorgesehen ist im Vergleich zu dem gleichen Profil der US-PS 3 756 091.

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In Fig. 4 ist in größerem Maßstabe im Längsschnitt die Riemenscheibe nach Fig. 2 gemäß der Erfindung im Eingriff mit einem Riemen gezeigt, der entsprechend der US-PS 3 756 091 ausgebildet ist, wobei der Zustand ohne Belastung gezeigt ist. Im Längsschnitt setzt sich jeder Zahn 49 des Riemens 50 aus zwei kreisförmigen Bögen 51 und 52 von gleichem Radius 53 und 54 zusammen, die sich in einem Punkt 55 auf der den Riemenzahn mittig teilenden Mittellinie 34 liegt. Die Krümmungsmittelpunkte 56 und 57, von denen aus die Bögen 51 und 52 gezogen sind, liegen auf einer Linie 58, wie sie auch in den Figuren der US-PS 3 756 091 angegeben ist. Das Ausmaß der Kreisbögen 51 und 52 ist der Art, daß diese sich bis zu der Linie 58 erstrecken. Die Krümmungsmittelpunkte 58, 57 der Kreisbögen 51 und 52 liegen auf entgegengesetzten Seiten der Mittellinie 34 und zwar auf der abgewandten Seite im Vergleich zu den zugehörigen Bögen. Der Betrag ist im wesentlichen gleich oder geringer als 10 % des Krümmungsradius der Bögen 51 und 52.

Die Nuttiefe zwischen benachbarten Scheibenzähnen der Scheibe nach der Erfindung ist geringer als die Tiefe der Nut des konjugierten Scheibenrades. Das bedeutet, daß die Nuttiefe auch geringer ist als die Tiefe oder die Höhe eines Riemenzahnes. Dies ist deutlich in Figur 4 gezeigt, wo die Spitze des Riemenzahnes in einer Überlappungsstellung gegenüber dem Grund der Scheibennut gezeigt ist. Dies ist selbstverständlich nur eine theoretische Darstellung, die in der Praxis nicht vorkommt. Vielmehr wird sich der Riemenzahn aufgrund der Berührung mit dem Grund der Scheibennut verformen. Es wird bevorzugt, daß die Scheibennuttiefe

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zwischen etwa 1 % und 15 % kleiner ist als die Höhe der Riemenzähne.

Bei der Gestaltung eines Antriebes nach der Erfindung ist es zusätzlich m den schon beschriebenen Kriterien Wünschenswert, daß das Oberflächenkontaktverhältnis von Riemenzahnbreite (das ist die Breite, die durch die Länge der gebrochenen Linie 59 zwischen den Punkten J und K in Fig. 4 dargestellt ist) zu der Lär.tfe des linsenförmigen Segmentes 31 (das ist die Breite, die durch die Länge der Linie B, C in Fig. 2 dargestellt ist) zwischen 20:1 und 1:1 und vorzugsweise zwischen 15:1 und 3:1 liegt.

Die Querschi.ittsgestalt der Ausnehmung 22 weist einen Radius 32 auf, der wesentlich größer ist als die Radien 29 und 30 und der einen Mittelpunkt 33 aufweist, der außerhalb des Riemenkörpers und auf der dxe Nut teilenden Mittellinie 34 liegt. Die Radiusmittelpunkte 26, 27 und 33 sind auf den gleichen oder nur geringfügig im Abstand verlaufenden Kreisbögen 35 und 36 vorgesehen, die konzentrisch angeordnet sind und innerhalb eines Kreisbogens liegen, der die am weitesten außen liegenden linienförmigen Segmente 31 an den Zahnspitzen verbindet, wobei der Kreisbogen 37 praktisch der das die gesamte Riemenscheibe einhüllende Bogen darstellt. Die Kreise 35 und 36 sind geringfügig radial v<. dem Kreisbogen 37 um einen Abstand nach innen versetzt, der gleich oder kleiner als 30# der gesamten Zahnhöhe ist. Die gesamte Zahnhöhe oder Zahntiefe ist der radiale Abstand

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zwischen dem Schnittpunkt des linienförmigen Segmentes 31 und der Mittellinie 28, d.h. dem Punkt auf der Hüll-Linie 37 und einem Kreisbogen, der die am weitesten innenliegenden Punkte der Nut 22 verbindet, also den Hü31oogen 38 bildet, der den nicht gezahnten Bereich der Scheibe umhüllt. Der innerste Punkt der Ausnehmung 22 liegt somit am Schnittpunkt des Kreisbogens mit dem Radius 32 und der die Zahnnut teilenden Mittellinie 34, also an einem Punkt der Hüll-Linie 38.

Die Ausnehmung 22 wird durch einen Kreisbogen mit einem Radius 32 gebildet, der vom Mittelpunkt 33 aui' der Mittellinie 34 liegt. Der Bogen, der die Ausnehmung 22 bildet, kann den Bogei 24 auf der einen Seite des gesamten Scheibennutenprofils und den Bogen 25 auf der anderen Seite des Profils schneiden. Das Profil der Scheibennut vom Schnittpunkt mit dem linienförmigen Segment 31 und der Mittellinie 28 bis zu einer entsprechenden Schnittstelle des benachbarten Zahnes wiederholt sich um den ganzen Umfang dex Scheibe, um die anderen Zähne und Nuten zu bestimmen.

Die Gesamttiefe der Scheibennut ist gleich dem Abstand gemessen endlang der Mittellinie 34 zwischen den Schnittpunkten dieser Linie 34 mit der Hüll-Linie 37 und der Hüll-Linie 38. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist die Gesamttiefe der Schexbennut die Summe der Länge des Radius 32 und des Abstandes d. Vorzugsweise ist die Gesamttiefe der Scheibennut nicht mehr als 15% kleiner als die Tiefe oder Höhe des Riemenzahnes, der in die Scheibennut eingreift. Die Folge ist, daß der Riemenzahn bei seinem Eingriff

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mit der Ausnehmung 22 zusammengedrückt wird. Alternativ dazu können die Beziehungen zwischen der Scheibennuttiefe und der Tiefe oder Höhe des Riemenzahnes den Angaben in der US-PS 3 756 091 entsprechen.

Bei der Gestaltung der Srheibennut und der Zahnform ist es wünschenswert, daß der Bogen, der die Ausnehmung 22 bildet, einen glatten Schnittbereich mit den Bögen 24 und 25 bildet. Um jedoch den glatten Übergang von dem Bogen der Ausnehmung 22 zu den Bögen 24 oder 25 zu erhalten, welche einen Teil der Spitze des Riemenzahnes begrenzen, kann es wünschenswert sein, jeweils eine Verbindungslinie ähnlich dem linienförmigen Segment 31 zwischen dem Bogen der Nut und den Bogen 24 und 25 vorzusehen.

Um die Wirkungsweise des Kraftubertragungssystems mit Scheiben nach den neuen dimensionalen Beziehungen der Erfindung und jenen mit den üblichen dimensionalen Beziehungen zu ermöglichen, wird der nachfolgende Weg vorgeschlagen. Mehrere positive oder synchrone Antriebsriemenmuster werden durch übliche Methoden hergestellt unter Verwendung von auf diesem Gebiet üblicher Materialien. Alle Riemen werden beispielsweise aus einer Neopren-Gummimischung mit einem Nylongewebe auf der Oberfläche der Riemenzähne hergestellt. Das Zugglied besteht aus Glasfaserkordelementen, die im wesentlichen auf dem Fußkreis der Riemenzähne angeordnet sind. Die Riemenmuster werden nach ihrer Herstellung dynamisch getestet und zwar auf gezahnten Scheiben der entsprechenden Dimension und Gestaltung, wie dies nachfolgend beschrieben wird.

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Drei Kraftübertragungssysteme wurden auf diese Weise getestet. Die Kombinationen sind durch die Buchstaben A, B und C gekennzeichnet.

Die Kombination A umfaßt Riemen und Riemenscheiben, die genau nach den Angaben der US-PS 3 756 091 hergestellt sind. Diese Riemen und Riemenscheiben sind im Handel und werden durch die Anmelderin unter dem Warenzeichen Powergrip HTD mit 8mm Teilung vertrieben.

Die 18 Riemenmuster,die hergestellt wurden, hatten die folgenden Abmessungen, gemessen an dem sich geradlinig erstreckenden Bereich des Riemens zwischen dem Eingriff mit den Riemenscheiben: Eine Steigung zwischen den Riemenzähnen von 8 mm, eine Riemenzahnbreite von 6,6 mm, ein Abstand zwischen den Riemenzähnen von 1,4 mm und eine Riemenzahntiefe oder Höhe von 3,4 mm. Die Riemen hatten eine Breite von 15 mm und eine Steigungslänge von 936 mm.

Die Scheiben hatten eine Zahntiefe oder Zahnhöhe von 3_f6 mm und waren im wesentlichen in der konjugierten Form zu den Riemenzähnen. Wie in der schon mehrfach genannten US-PS gezeigt besaßen die Zahnspitzen einen Umriß im Längsquerschnitt, der aus zwei Kreisbögen bestand, die durch eine gerade Linie verbunden waren. Das linienförmige Segment hatte eine Länge von 0,27 mm. In dem sich ergebenden Kraftübertragungssystem ist die Breite des linienförmigen Segmentes 4,2 % der Breite des Riemenzahnes.

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Die Kombination B umfaßt ein Kraftübertragungssystem genauso wie in der Kombination A mit der Ausnahme, daß die Riemenzahntiefe oder Riemenzahnhöhe um 8,9% oder 0,3 mm auf 3,73 mm vergrößert wurde. Dies entspricht den Angaben in der Eingangs genannten US-PS 4037 485. Hiernach wurden 7 Riemenmuster hergestellt.

Die Kombination C umfaßt ein Kraftubertraguig ssystem nach der vorliegenden Erfindung. Der Riemen hatte die gleichen Abmessungen wie der Riemen in der Kombination A. Der Scheibenzahn hatte eine Tiefe von 3,3mm, die Scheibennut hatte einen Krümmungsradius von 2,69 mm. Die Länge des linienförmigen Segmentes betrug 0,5 mm.

Die nachfolgende Tabelle ist ein Vergleich der Schlüsselabmes sungen der Kombinationen A, B und C und der sich ergebenden Kompression der Riemenzähne.

TABELLE I

	Kombinationen	C
A	B	6,60
6,60	6,60	3,42
3,42	3,73	3,30
3,60	3,60	0,50
0,27	0,27	7,7%
4,2%	4,2%

Riemenzahnbreite
Riemenzahntiefe
Scheibenzahntiefe
Länge des Liniensegmentes

Länge des linienförm. Segmentes
(in % der Riemenzahnbreite)

Zusammendrückung des iemen- q % 3 4% 3 7% zahnes in % ' '

/Riemenzahntiefe - Scheibenzahntiefe>
^ Scheibenzahntiefe '

Alle Angaben in der obigen Tabelle in "mm".

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Jedes Riemenmuster wurde auf einem Ausüiegungstestgerat montiert, welches zwei Riemenscheiben aufweist, welche als treibendes und getriebenes Rad ausgebildet ist und wobei jedes einen Außendurchmesser von 54,9 mm aufweist. Das treibende Scheibenrad wurde mit einer Drehzahl von 350 Umdrehungen angetrieben mit einer Kraft zwischen den Riemenschaftmitten von 113 kg. Der Test wurde bei Umgebungstemperatur ausgeführt. Die Riemen wurden bis zum Versagen geprüft, sofern nicht etwas anderes angegeben wurde. Die verstrichene Zeit bis zur nächsten Stunde jeder Gruppe der Riemenmuster bis zum Versagen ist in der folgenden Tabelle II gezeigt.

TABELLE II Lebensdauer in Stunden

. 83,4 59,0 298,4 (Test wurde

beendet)

46,9 117,2 690,7

65,5 99,1 187,6

75,7 120,8 233,4

54,2 258,5

Durchschnitt

65,1 9WO 345,1

Der Test wurde in einer Kammer wiederholt, in der eine Temperatur von 88°C aufrech·
Tabelle III gezeigt.

tür von 88°C aufrechterhalten wurde. Die Ergebnisse sind in

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TABELLE III

Lebensdauer in Stunden

Durchschnitt 91.6

93.0	118.2	196.2
87.9	98.5	105.7
82.0	117.5	129.3
103.4		171.8
91.6	111.4	162.0

Die Ergebnisse in den Tabellen II und III zeigen deutlich, daß die Riemenscheibenkombination C, welche eine Beziehung zwischen Scheibe und Riemen gemäß der Erfindung zeigt, eine deutliche Verbesserung der Lebensdauer gegenüber den Kombinationen A und B zeigt. Diese Verbesserung wurde aus den Testergebnissen gezeigt, welche bei Umgebungstemperatur ausgeführt wurden und solche Beschleunigungstests bei der erhöhten Temperatur.

Die einzige bedeutende Variable in den Vergleichstests war die Beziehung der Abmessungen der Scheibe und der Abmessungen des Riemens. Die Kombination B besaß Riemenzähne, die größer in der Höhe waren als die Höhe der zugehörigen Nuten der Riemenscheibe. Die Kombination C weist ebenfalls Riemenzähne auf, die eine größere Höhe im Vergleich zu der Tiefe der korrespondierenden Scheibennuten besitzt. Jedoch ist die Länge des linienförmigen begmentes in der Kombination C bei den Riemenscheiben wesentlich größer als die der Länge der linienförmigen Segmt χ te der Kombi-

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nationen A oder B. Die Scheibe geniäß den früheren Kombinationen A und B zeigte nicht ausreichende Länge der linienförmigen Segmente, wodurch der Riemen einer übermäßigen Belastung der Zugglieder ausgesetzt wurde. Diese übermäßige Belastung verursachte eine Abnutzung des Riemens zwischen den Riemenzähnen, wobei ein Versagen hauptsächlich wegen übermäßiger Abnutzung in diesem Bereich eintrat.

In den Scheiben nach der Kombination C war die Länge der linienförmigen Segmente ausreichend, um die Belastung über einen größeren Bereich zu verteilen und somit die Spannung im Bereich zwischen den Riemenzähnen herabzusetzen. Die Abnutzung in diesem Bereich des Riemens zwischen den Zähnen wurde folglich wesentlich verringert, sodaß sich die Lebensdauer des Riemens sowohl bei Umgebungstemperatur als auch bei erhöhter Temperatur wesentlich verlängerte.

Die Scheiben, die hier beschrieben wurden, können in Kombinationen mit Zahnriemen anderer Art als die in den Eingangs genannten Patenten offenbarten Riemen verwendet werden. Die Umrißform im Längsschnitt der einzelnen Riemenzähne kann trapezoidal, kurvenförmig gekrümmt oder keilförmig oder eine Kombination oder Modifikation dieser Umrißformen sein. Der Riemen kann auch Zähne auf beiden Seiten des Zuggliedes aufweisen.

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Claims

5377 PATENTANWÄLTE 2ü55748 DR.-ING. R- DÖRING DIPL.-PHYS. DR. J. FRICKE BRAUNSCHWEIG MÜNCHEN Ansprüche

1. Riemenscheibe zum Zusammenwirken mit dem flexiblen gezahnten Riemen eines Zahnriementriebes, mit mehreren durch Nuten getrennten Zähnen, bei der jede Zahnnut und jeder Zahn im wesentlichen durch gekrümmte Linien begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Scheibenzahn (21) Zahnspitzen aufweist, die durch Zahnnutenabschnitte (22) miteinander verbunden sind, wobei jede Zahnspitze einen Querschnittsumriß aufweist, der teilweise von zwei im wesentlichen kreisförmigen Bögen (24,25) begrenzt ist, deren Krümmungemittelpunkte (26,27) gegeneinander versetzt sind, wobei jeder Krümmungsmittelpunkt auf der gleichen Seite der den Zahn mittig teilenden Linie (28) wie der zugehörige Kreisbogen angeordnet ist, und daß der am weitesten außen liegende Bereich des Zahnumrisses durch eine linienförmiges Segment (31) gebildet ist, das die beiden Kreisbögen (24,25) miteinander verbindet, und daß die Länge des linienförmigen Segments zwischen 5% und 100% der Breite des Zahnes eines Riemens beträgt, der zusammen mit der Riemenscheibe verwendet wird.

2. Riemenscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem äußersten Bereich (31) der Zahnspitze und dem radial innersten Bereich der Ausnehmung oder Zahnnut (22) kleiner als die Höhe des Zahnes des Zahnriemens ist.

ORtGlNAL. INSPECTED 909826/0957

2S55748

3. Riemenscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des linienförmigen Segmentes (31) zwischen 6 % und 33 % der Breite des Zahnes des zugehörigen Riemens beträgt.

4. Riemenscheibe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennz eichnet, daß das linienförmige Segment (31) ein Kreisbogen mit einem Radius ist, der gleich dem Abstand zwischen dem am weitesten außen liegenden Abschnitt (Hüll-Linie 37) der Scheibenzahnspitze und der Mitte der Scheibe ist.

5. Riemenscheibe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennz eichnet, daß die Bögen (24,25) an dem Übergangs- oder Schnittpunkt mit dem linienförmigen Segment (31) tangential zu dem linienförmigen Segment (31) ausgerichtet sind.

6. Riemenscheibe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennz eichnet, daß das linienförmige Segment geradlinig ausgebildet ist.

7. Riemenscheibe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im Umriß des Längsquerschnittes die Ausnehmung (22) im wesentlichen durch einen Kreisbogen begrenzt ist.

909S2Ö/09S7

_₃_ 28S57A8

8. Riemenscheibe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem äußersten Abschnitt der Zahnnut nicht mehr als 15 % weniger als die Tiefe oder Höhe des Riemenzahnes ist.

9. Riemenscheibe nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibennuttiefe zwischen 1 % und 15 % geringer ist als die Riemenzahnhöhe.

10. Riemenscheibe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1

bis 3, in Verbindung mit einem gezahnten Riemen zur Bildung eines zur Kraftübertragung dienenden Riementriebes, dadurch gekennzeichnet, daß die Riemenzähne mit den Scheibennuten unter Druckwirkung in Eingriff stehen.

11. Riemenscheibe nach Anspruch 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibennuten (22) in nicht konjugierter Form gegenüber den Riemenzähnen ausgebildet sind.

12. Riemenscheibe nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Riemenzähne im Querschnittsumriß im wesentlichen durch gekrümmte Bögen begrenzt sind.

309826/0957

13. Riemenscheibe nach einem oder mehreren der Ansprüche 2, 3,11 oder 12, dadurch gekennz eichnet, daß die Länge des linienförmigen Segmentes zwischen 6 % und 33 % der Breite des Riemenzahnes ist.

14. Riemenscheibe nach einem oder mehreren der Ansprüche 2, 3,11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß das linienförmige Segment ein Kreisbogen mit eitem Radius gleich dem Abstand zwischen dem äußersten Bereich der Zahnspitze und der Mitte der Riemenscheibe ist.

15. Riemenscheibe nach den Ansprüchen 2, 3» 11 oder 12, dadurch gekennz eichnet, daß die Bögen tangential in das linienförmige Segment in den Schnittpunktbereichen übergehen.

16. Riemenscheibe nach den Ansprüchen 2, 3, 11 oder 12, dadurch gekennz eichnet, daß das linienförmige Segment eine gerade Linie ist.

17. Riemenscheibe nach den Ansprüchen 2, 3» 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Umriß im Querschnitt der Scheibennut aus im wesentlichen einem Kreisbogen besteht.

18. Riemenscheibe nach den Ansprüchen 2, 3 11 oder 12, dadurch gekennz ei chnet, daß der Abstand zwischen dem äußersten Bereich der Zahnspitze und dem innersten Bereich der Zahnnut nicht mehr als 15 % kleiner als die Tiefe des Riemenzahnes ist.

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