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Beschreibung der Erfindung
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Riemengetriebe Die Erfindung betrifft ein Riemengetriebe, bei dem
wenigstens ein Riemenrad kegelstumpfförmige Anlaufflächen für die einen gleichen
Konvergenzwinkel wie diese Anlaufflächen aufweisenden Flanken des Riemens und wenigstens
ein anderes Riemenrad für die axiale Anlauffläche des Riemens eine axiale Anlauffläche
aufweist, die mit einer Zahnung gleichmäßiger Teilung versehen ist, dessen endloser,
aus elastromeren Material bestehender, durch Zugelemente verstärkter Riemen mit
seinen Flanken mit dem oder den Riemenrädern, deren Radscheiben kegelstumpfförmig
ausgebildet sind, keilriemenartig und mit einer Zahnung gleichmäßiger Teilung an
seiner axialen Anlauf fläche mit dem oder den Riemenrädern, die eine Zahnung aufweisen
zahnradartig in Eingriff kommen kann.
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Derartige Getriebe haben den Zweck, gleichzeitig im Reibungs- wie
im Synchronbetrieb verwendet werden zu können. Es können dabei sowohl das Antriebs-
wie das Abtriebsrad eine. zahnradartige Zahnung und kegelstumpfförmige Flanken der
Radscheiben aufweisen.
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In diesem Fall, bei dem beide Getrieberäder sowohl Keil- wie Synchronriemenräder
sind, addiert sich die Keil- und Verzahnungswirkung.
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Es ergeben sich dadurch gemeinsam die Vorteile des Keilriemenantriebes
und des Synchronantriebes, wobei der Schlupf des Keilriemengetriebes wegfällt und
eine geringere Riemen spannung zulässig ist. Ein derartiges Getriebe ist in DE-OS
2 333 006 beschrieben.
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Diese Verbindung der beiden Betriebsarten führt jedoch ebenso zu einer
Addition der beiderseitigen Nachteile, insbesondere des sich dementsprechend erhöhenden
Eigenwiderstandes. Weist nur das Antriebsrad eine Zahnung auf, so erhält man nur
einen Ausgleich der Belastbarkeit beider Räder, aber keine Addition der Kraftübertragung
zwischen Riemenrad und Riemen.
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Insbesondere sind auch solche Getriebe nicht geeignet, Stoßbelastungen
aufzunehmen, wie sie bei plötzlichen Beschleunigungen auftreten, z.B.
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beim Antrieb von Nockenwellen von Hubkolbenmotoren, von Pressen und
bei Motorradantrieben, das heißt vor allem da, wo Ketten- durch Riemenantriebe abgelöst
werden sollen. In solchen Fällen müßten die Riemen auf die auftretenden Spitzenlasten
ausgelegt werden, was nur mit einer Verbreiterung des Riemens und der begrenzten
Möglichkeit der Vermehrung von Zähnen bei Synchrongetriebe geschehen kann. Die Verbreiterung
des Riemens wirkt sich beim Keilriemenantrieb ungünstig aus. Außerdem werden allgemein
die Kosten für solche Riemen zu hoch.
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Gegenstand der Aufgabe der Erfindung ist daher ein Getriebe, das bei
Vermeidung eines nicht tragbaren Fertigungsaufwandes Stoßbelastungen aufnehmen kann,
aber bei normaler Last nur die Eigenwiderstände einer Betriebsart erzeugt.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Riemenräder des Getriebes
aus je zwei gegeneinander axial und parallel verschiebbaren Radscheiben bestehen,
die durch Federkraft an die Flanken des Riemens anpreßbar sind, die ausreicht, um
den Riemen bei normaler Betriebslast aus dem Eingriff seiner Zahnung mit der der
Radscheiben radial nach außen zu bringen und gegen die der Riemen bei auf ihn einwirkenden
Stoß- oder Spitzenbelastungen in Eingriff seiner Zahnung mit der der Zahnung der
Radscheiben hineingezogen werden kann.
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Bei einer solchen Anordnung läuft das Getriebe bei normaler Last allein
als Keilriemen im Reibungsbetrieb. Sobald Stoßbelastungen auftreten oder wenn das
Getriebe mit einer höheren Last fahren soll, bei der die Reibkräfte nicht ausreichen,
wird der Riemen in seine Verzahnung mit der der Riemenräder gezogen, wobei die Anpreßkräfte,
die die Radscheiben gegen die Riemenflanken pressen, aufrechterhalten werden. Der
Riemen läuft dann sowohl im Reibungswie im Synchronbetrieb. Dies hat den Vorteil,
daß im Betrieb bei geringerer Last, bei dem der Reibeingriff ausreicht, die durch
den Zahneingriff verursachten inneren Widerstände des Getriebes ausgeschaltet sind.
Außerdem kann der Riemen in einer normalen, aber sonst nur.für geringere Last ausreichenden
Breite ausgeführt werden, da sich seine Eingriffs flächen bei der höheren Belastung
aus den Riemenflanken und der der Zahnung addieren.
Die Anpreßkräfte,
mit denen die Radscheiben an die Riemenflanken angepreßt werden, können die gleichen
sein, wie bei bekannten verstellbaren Keilriemenwechselgetrieben. Dies setzt allerdings
voraus, daß wenigstens eines der Riemenräder auf der An- bzw. Abtriebswelle axial
verschiebbar, aber sonst kraftschlüssig angeordnet ist. Um diesen konstruktiven
Aufwand zu vermeiden und um eine billige und zugleich raumsparende Anordnung zu
erhalten, wird vorgeschlagen: daß zwischen den Radscheiben ein an diesen anvulkanisierter
Gummikörper angeordnet ist, durch den die Federkraft zum Anpressen der Radscheiben
an die Flanken des Riemens ausgeübt werden kann. Der Gummikörper kann die Form einer
Ringscheibe aufweisen, die radial nach innen zu einer die Radscheiben radial unterfangende
Nabe ausgebildet ist, die als Torsionsscheibe wirken kann.
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Diese Anordnung hat zudem den Vorteil, daß Stoßbelastungen durch die
Torsionsscheibenwirkung der Nabe des Gummikörpers abgepuffert werden.Durch entsprechende
Einstellung der Shore-Härte bzw.
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der Elastizität des verwendeten Gummis für den Gummikörper bzw. für
die Nabe kann das Getriebe dem jeweils vorgesehenen Verwendungszweck angepaßt werden
und es kann je nach Größe des Durchmessers der Radscheibe oder der axialen Breite
des Gummikörpers eine entsprechend hohe Anpr kraft erzielt werden. Derartige Radscheiben
sind daher für den Betrieb mit in weiten Bereichen schwankenden und vor allem rasch
wechselnden Belastungen geeignet.
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Schließlich wird eine Anordnung vorgeschlagen, bei der wenigstens
eine Radscheibe auf einer mit der An- bzw. Abtriebswelle fest verbundenen Torsionsscheibe
fest angeordnet ist, wobei die Radscheibe an der der anderen Radscheibe abliegenden
Seite eine Federung aufweist, die mit ihrer einen Seite mit der Radscheibe fest
verbunden ist und auf ihrer anderen Seite mit in ihr gelagerten Kugeln in steilen
in der An- bzw. Abtriebswelle vorgesehenen Schraubengängen läuft, die einen der
Antriebsrichtung entgegengesetzten Drehsinn aufweisen.
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Mit einer derartigen Anordnung können sehr hohe auf die Radscheiben
ausgeübte Anpreßkräfte erzielt werden. Es ist möglich, die Federung und die Schraubengänge
in der Welle auf beiden Seiten des Riemenrades vorzusehen, um ein gegenseitiges
sich Verschieben der Verzahnung der Radscheiben zu vermeiden.
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Es können auch beide Radscheiben bei der vorgenannten Anordnung auf
der An- bzw. Abtriebswelle mit untereinander gleichen Torsionsscheiben angeordnet
und beide Radscheiben untereinander axial verschiebbar, aber in Drehrichtung fest
verbunden sein.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden näher beschrieben
und sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen Fig. 1 einen teilweisen axialen
Schnitt durch ein Riemenrad eines erfindungsgemäßen Riemengetriebes mit aufgelegtem
Keilzahnriemen.
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Fig. 2 einen teilweisen radialen Schnitt durch ein Riemenrad gemäß
Fig 1 mit aufgelegten Zahnriemen,-Fig. 3 einen teilweisen axialen Schnitt durch
eine anderer Ausführungsform eines Riemenrades eines erfindungsgemäßen Getriebes.
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Fig. 4 einen teilweisen axialen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform
eines Riemenrades eines erfindungsgemäßen Getriebes.
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Fig. 5 einen teilweisen axialen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform
eines Riemenrades eines erfindungsgemäßen Getriebes.
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In Figur 1 und 2 ist ein aus zwei getrennten Radscheiben 1, 2 bestehendes
Riemenrad 3 mit einem aufgelegten Keilzahnriemen 4 dargestellt. Die Radscheiben
1,2 sind gegeneinander axial verschiebbar, jedoch mit der nicht dargestellten An-
bzw. Abtriebswelle in deren Drehrichtung kraftschlüssig verbunden. Die Radscheiben
1;2 weisen kegelstumpfförmige radiale Anlaufflächen 5,6 für die Flanken 7 des Keilriemens
4 auf. Die axialen Anlauf flächen 8., 9 der Radscheiben 1,2 für den Keilzahnriemen
sind mit Zahnungen 10, 11 mit gleichmäßiger Teilung versehen, deren Zähne
in
axialer Richtung untereinander fluchten.
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Die Flanken 7 des Keilzahnriemens 4 weisen den selben Konvergenzwinkel
wie die radialen Anlaufflächen 5 und 6 der Radscheiben 1 und 2 auf. Die axiale Anlauffläche
12 des Keilzahnriemens 4 ist mit einer Gegenzahnung 13 mit gleichmäßiger Teilung
versehen, die in die Zahnungen 10 und 11 der Radscheiben 1 und 2 zahnradartig eingreifen
kann. Die Zähne der Zahnungen 10 und 11 und gleicher Weise die der Gegenzahnung
13 sind an ihren Zahnflanken abgeschrägt. Es sind jedoch auch andere Zahnformen
möglich, insbesondere solche mit abgerundeten Flanken. Der Zahnriemen 4 weist in
seiner neutralen Zone übliche Zugelemente 14 auf. Die beiden Radscheiben 1, 2 des
Riemenrades 3 sind axial gegeneinander verschiebbar wie die Scheiben eines Keilriemengetriebes
und können gegen die Keilwirkung des unter Zugspannung stehenden Keilzahnriemens
4 gegeneinander z.B. durch Federwirkung, pneumatische oder hydraulische Kräfte oder
durch elastische mechanische Mittel in bekannter Weise gegeneinander gepreßt werden.
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Im in Fig. 1 und 2 dargestellten Zustand befindet sich der Keilzahnriemen
4 außer Eingriff seiner Zahnung 13 mit den Zahnungen der Radscheiben 1,2 und die
Kraftübertragung findet nur durch Reibung seiner Flanken 7 statt. Bei Eintreten
einer Stoßbelastung, z.B. beim Anfahren oder bei Spitzenlasten zieht sich der Keilriemen
gegen die axial auf die Radscheiben 1, 2 wirkenden Anpreßkräfte unter Aufrechterhaltung
bzw. Vergrößerung der Reibhaftung seiner Flanken 7 an den radialen
Anlaufflächen
5, 6 der Radscheiben 1.und 2 mit seiner Gegenzahnung 13 in die Zahnungen 10, 11
der Radscheiben 1,2. Wird die an dem Keilzahnriemen 4 liegende Last und die dadurch
auf die Radscheiben 1,2 ausgeübte Keilwirkung geringer als die auf die Radscheiben
1,2 ausgeübten Anpreßkräfte, so wird der Keilzahnriemen 4 durch diese Kräfte wieder
radial nach außen gedrängt, wodurch sich der Zahneingriff löst, sodaß die Kraftübertragung
wieder allein durch die Flankenreibung erfolgt und die durch den Zahneingriff bedingten
Reibungsverluste aufgehoben sind. Das Getriebe wirkt also ständig als Keilriemengetriebe,
bei Stoß- und Spitzenlasten aber zusätzlich als Zahnriemengetriebe. Da die axiale
Verschiebbarkeit wenigstens einer der Radscheiben 1,2 unter Aufrechterhaltung ihrer
kraftschlüssigen unverdrehbaren Verbindung mit der Welle einen erheblichen konstruktiven
Aufwand bedeutet, was im allgemeinen auch für das Aufbringen der auf die Scheiben
1,2 wirkenden axialen Anpreßkräfte gilt, wird, um eine billige und einfache Lösung
zu finden, die Ausführungsform gemäß Fig. 3 vorgeschlagen.
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In Fig. 3 ist ein Riemenrad 15 dargestellt, dessen Radscheiben 16,17
so ausgebildet sind, wie dies in Fig. 1 und 2 dargestellt ist. Sie weisen radiale
Anlaufflächen 18,19 mit dem gleichen Konvergenzwinkel wie dem der Flanken 20 des
Keilzahnriemens 21 auf sowie eine Zahnung 22 an ihren axialen Anlaufflächen 23,24,
in die die Gegenzahnung 25 des Keilzahnriemens 21
bei Stop. oder
Spitzenlasten eingreifen kann.
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Zwischen den Radscheiben 16, 17 ist ein mit diesen zusammenvulkanisierter
Gummikörper 26 vorgesehen, der eine über die ganze Breite des Riemenrades 15 durchgehende
Nabe 27 bildet, die die Radscheiben 16, 17 unterfängt und die auf einer auf der
An--bzw. Abtriebswelle 28 befestigten, z. B. verkeilten Lagerbuchse 29 anvulkanisiert
ist. In radialer Richtung reicht der Gummikörper 26 bis zu den axialen Anlaufflächen
23, 24 der Radscheiben 16,17.
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Bei dieser Ausführungsform werden die Anpreßkräfte, die die Radscheiben
16,17 gegen die Flanken des Keilzahnriemens 21 drücken, durch die elastischen Zugkräfte
des Gummikörpers 26 ausgeübt. Bei Stoß- und Spitzenlasten gibt der Gummikörper 26
so weit nach, daß der Keilzahnriemen 21 radial nach innen gezogen und die Zahnung
22 mit der Gegenzahnung 25 zum Eingriff gebracht werden kann. Diese Anordnung erspart
die aufwendigen Anpreß- und Verstellvorrichtungen für die axiale Verschiebung der
Radscheiben sowie die axiale Verschiebbarkeit der in Drehrichtung kraftschlüssigen
Verbindung einer dder beider Radscheiben mit der An- bzw. Abtriebswelle.
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Die Nabe 27 wirkt als Torsionsscheibe abfedernd für Stoßbelastungen,
z.B. beim Antrieb von Nockenwellen oder beim Radantrieb von Motorrädern.
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Die Ausführungsform zu Fig. 4 ist für die Aufnahme größerer Stoßbelastungen
geeignet.
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Das in Fig. 4 dargestellt Riemenrad 30 weist eine rechte Radscheibe
31 auf, die starr mit der An- bzw. Abtriebswelle 32 fest verbunden ist, während
die linke Radscheibe 33 mittels einer Torsionsscheibe 34 aus Gummi auf der Welle
32 angeordnet ist.
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Diese Torsionsscheibe weist eine Lagerbuchse 35, die mit der Welle
32 fest verbunden ist, einen Gummikörper 36 und eine äußere Buchse 37 auf, die ihrerseits
mit der Radscheibe 32 fest verbunden ist. Die beiden Buchsen 35 und 37 sind an den
Gummikörper 36 anvulkanisiert. Die Radscheibe 32 ist demnach in Drehrichtung mit
der Welle mit einer Stoßbelastungen aufnehmenden Elastizität verbunden und kann
durch Ausbiegen der Torsionsscheibe um einen geringen Betrag gegen die Federkraft
des Gummis axial verschoben werden. Die radialen Anlaufflächen 38, 39 und die axialen
Anlaufflächen 40, 41 der Radscheiben 31, 33, der Keilzahnriemen 42 und die beiderseitige
Verzahnung 43 von Keilriemen und Radscheiben sind in gleicher Weise ausgestaltet,
wie bei der Ausführungsform zu Fig. 3, sodaß es einer erneuten Beschreibung nicht
mehr bedarf.
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An der Außenseite der Radscheibe 33 ist eine Federung 44 vorgesehen,
die aus einem äußeren Ring 45 und einer nach links zu liegenden Nabe 46 und sechs
zwischen dem Ring 45 und der Nabe 46 speichenartig angeordneten Blattfedern 47 gebildet
ist. Der äußere Ring 45 ist mit der Radscheibe 33
fest verbunden,
die um die Welle 32 greifende Nabe 42 weist an ihrer Welle 32 zugekehrten Innnenfläche
48 Lager 49 für drei Kugeln 50 auf. Diese Kugeln 50 laufen in steilen Schraubengängen
51 in der Oberfläche der Welle 32.
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Die Schraubengänge 51 sind in der Darstellung zu Fig. 4 Linksgewinde.
Der Pfeil 52 zeigt den Drehsinn der Welle 32 im Betrieb.
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Bei Zunahme der Belastung des Getriebes wirkt am Riemenrad 30 ein
zusätzliches Drehmoment.
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Demzufolge verdreht sich die in der Torsionsscheibe 34 um einen kleinen
Betrag verdrehbare Radscheibe in Richtung dieses Drehmoments, wodurch die Nabe 46
durch die Schraubengänge 51 in Richtung auf die Radscheibe 33 axial verschoben und
durch die Blattfedern 47 gegen den Keilzahnriemen 42 angepreßt wird. Bei der zugehörigen
Abtriebwelle müssen entweder die Schraubengänge Rechtsgewinde oder die Federung
mit Linksgewinder der Schraubengänge an der Außenseite der Radscheibe 31 angeordnet
sein.
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Die Funktion dieser Anordnung ist folgende: Der Abstand der Radscheiben
31 und 32 im Betrieb bei Normallast ist so eingestellt, daß wie dies Fig. 4 zeigt,
die Zahnung 43 außer Eingriff ist.
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Das Getriebe läuft daher allein im Reibungsbetrieb.
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Bei Lasterhöhung wird der Keilzahnriemen radial nach innen in die
Zahnung gezogen. Durch das dabei ausgeübte Drehmoment wird die Radscheibe um einen
kleinen
Winkel in der Torsionsscheibe 34 verdreht und damit die Federung 44 gegen.die Radscheibe
33 durch Schraubwirkung gepreßt. Dadurch wird die Reibwirkung entsprechend der höheren
Belastung gesteigert. Die dabei auftretende Verdrehung der Radscheiben untereinander
ist jedoch so gering, daß sie innerhalb des Keilzahnriemens und in dessen Schlupf
an der Riemenscheibe ausgeglichen wird.
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Andererseits kann der Abstand der Radscheiben 31,33 untereinander
so eingestellt sein, daß sie bei normaler Last mit dem Keilriemen 42 nur mit der
Verzahnung 43 und nicht durch Flankenreibung in Eingriff stehen. Die Anlaufflächen
38, 39 haben dann nur die Aufgabe, den Keilzahnriemen 42 zu führen. Bei Auftreten
eines zusätzlichen Drehmomentes bei Lastanstieg werden durch Verdrehung der Radscheibe
33 beide Radscheiben 31 und 33 durch die Federung 44 an den Keilzahnriemen 42 angepreßt,
sodaß zusätzlich zu dem Synchronbetrieb ein Keilriemenbetrieb möglich wird und sich
die beiden Wirkungen addieren.
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Bei Wegfall des zusätzlichen Drehmoments entspannt sich die Federung
44 durch Rückdrehen in den Schraubengängen 51.
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Die Wirkung der Federung 44 wird verstärkt durch die Torsionsfederwirkung
des Gummikörpers 36 der Torsionsbuchse 34.
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Die in Fig. 5 dargestellte Ausführungsform entspricht im wesentlichen
der in Fig. 4 wiedergegebenen.
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Die linke Radscheibe 31 ist die gleiche wie in Fig. 4, weist jedoch
drei auf einem konzentrischen Kreis liegende zur An- bzw. Abtriebswelle parallele
Bohrungen 52 auf, in die Zapfen 53 axial verschiebbar eingreifen, die an der rechten
Radscheibe 31 fest angeordnet sind. Die rechte Radscheibe 31 ist anders als bei
der Ausführungsform zu Fig. 4 auf einer Torsionsscheibe 54 auf der An-bzw. Abtriebswelle
32 in gleicher Weise gelagert wie das linke Riemenrad 31 auf der Torsionsscheibe
34. Die Lagerbuchse 55, die äußere Buchse 56 und insbesonder der Gummikörper 57
dieser Torsionsscheibe 54 weisen die gleichen Dimensionen und Eigenschaften auf
wie die der Torsionsscheibe 34 der linken Radscheibe 33. Die Lagerbuchse 55 ist
mit der An- bzw. Abtriebswelle 32 fest verbunden. Alle anderen Teile dieser Anordnung
sind die selben wie die des Ausführungsbeispieles zu Fig. 4.
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Durch die Zapfen 53 wird die rechte Radscheibe 31 von den Drehbewegungen
der linken Rad scheibe 33 relativ zur An- bzw. Abtriebswelle 32 mitgenommen, sodaß
die Verzahnung 43 der beiden Radscheiben 31, 33 immer fluchten und Scherungen oder
Beschädigungen an den Zähnen des Keilzahnriemens 42, die unter bestimmten Bedingungen
eintreten könnten, mit Sicherheit vermieden werden. Durch die Torsionsscheibe 54
werden solche Drehbewegungen des Riemenrades 31 relativ zu der Drehung der An- bzw.
Abtriebswelle 32 ermöglicht und in gleicher Weise abgefedert wie die des Riemenrades
33 durch die Torsionsscheibe 34.
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Bezugszeichenverzeichnis Zu Fig. 1 und 2 1, 2 Radscheiben 3 Riemenrad
4 Keilzahnriemen 5,6 radiale Anlaufflächen von 1, 2 7 Flanken von 4 8,9 axiale Anlaufflächen
von 1, 2 10,11 Zahnung von 1, 2 12 axiale Anlaufflächen von 4 13 Gegenzahnung 14
Zugelemente Zu Fig. 3 15 Riemenrad 16,17 Radscheiben 18 ~ radiale Anlauffläche zu
16,17 19,20 Flanken zu 21 21 Keilzahnriemen 22 Zahnung von 16, 17 23, 24 axiale
Anlauffläche von 16, 17 25 Gegenzahnung 26 Gummikörper 27 Nabe 28 An- bzw. Abtriebswelle
29 Lagerbuchse von 27 Zu Fig. 4 30 Riemenrad 31 rechte Radscheibe 32 An- bzw. Abtriebswelle
33 linke Radscheibe 34 Torsionsscheibe
Pezugszeichenverzeichnis
35 Lagerbuchse von 34 36 Gummikörper von 34 37 äußere Buchse von 34 38,39 radiale
Anlauffläche von 31,33 40,41 axiale Anlauffläche von 31,33 42 Keilzahnriemen 43
Verzahnung 44 Federung 45 äußerer Ring 46 Nabe 47 Blattfedern 48 Innenfläche von
46 49 Lager für 50 50 Kugeln 51 Schraubengänge Zu Fig. 5 52 Bohrungen in 33 53 Zapfen
an 31 54 Torsionsscheibe zu 31 55 Lagerbuchse 56 äußere Buchse 57 Gummikörper zu
54
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