DE3245708A1

DE3245708A1 - Zahnriementrieb

Info

Publication number: DE3245708A1
Application number: DE19823245708
Authority: DE
Inventors: Hermann Dr. 3180 Wolfsburg Danckert
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1982-12-10
Filing date: 1982-12-10
Publication date: 1984-06-14

Description

ZAHNRIEMENTRIEB
Die Erfindung betrifft einen Zahnriementrieb gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei in derartigen Zahnriementrieben- eingesetzten Zahnriemen erfolgt die Krafteinleitung in die Zähne versetzt in Richtung auf die jeweilige Riemenscheibenachse gegenüber den Zugkräften im Riemenzugstrang, so daß die auf die Riemenzähne wirkenden Kräfte ein Moment auf den jeweiligen Zahn ausüben, das ihn aus seiner Sollage zu drehen sucht. Im Extremfall können diese Momente zum Zahnspringen führen, d.h. zum Herausrutschen des jeweiligen Riemenzahnes aus der zugehörigen Zahnlücke der Riemenscheibe; in jedem Falle kann das besagte Moment eine kritische Beanspruchung insbesondere im Bereich des Fußes des betrachteten Riemenzahnes hervorrufen.
Bei der Gestaltung von Zahnriementrieben muß ferner dafür gesorgt werden, daß die Riemenzähne leicht in und außer Eingriff mit den Scheibenzähnen kommen müssen, so daß man nicht frei in der Wahl der Flankenprofile der verschiedenen Zähne ist. Je mehr dieses Ineingriffkommen der Zähne von Riemenscheibe und Zahnriemen vom verformungsfreien Hineingleiten in ein Hineinquetschen übergeht, desto größer sind der Eingriffsstoß (Geräuschentwicklung ) die Gefahr eines vorzeitigen Verschleißes insbesondere des Zahnriemens.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zahnriementrieb gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und damit der eben nochmals erläuterten Art zu schaffen, dessen Leistungsübertragung aufgrund einer besonderen Zahnflankenform hinsichtlich Wirkungsgrad und Lebensdauer optimiert ist.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1, vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei der Erfindung wird davon ausgegangen, daß die Leistungsübertragung zwischen den Scheibenzähnen und den Riemenzähnen im überwiegenden Maße durch Druckkräfte zwischen aufeinanderliegenden Zahn flanken dieser Zähne erfolgt, also Schubkräfte vernachlässigbar sind. Im einzelnen bedeutet dies, daß der Zahnriemen oder genauer: der Riemenzugstrang zwischen den Zähnen nur Zugkräfte überträgt, ferner die Steifigkeit der Riemenzähne gegenüber derjenigen des Riemenzugstrangs klein ist und die Steifigkeit der Riemenzähne sehr viel kleiner ist als diejenige der Scheibenzähne. Die Riemenscheiben werden also als starr angesehen.
Während bei den üblichen Zahnprofilen der Riemenzähne die definierte Normale zwischen der Scheibenachse und der Schnittlinie der Wirkungslinien der Zugkräfte im Riemenstrang verläuft (siehe z.B. Europ. Patentanmeldung 0049 962, F16H 7/02), haben durch die erfindungsgemäße Wahl der Zahnflankenform die Wirkungslinien der zwischen den Zahnflanken von Riemenscheibe und Zahnriemen herrschenden Druckkräfte und der Zugkräfte im Riemenzugstrang beiderseits des betrachteten Riemenzahns eine gemeinsame Schnittlinie, so daß die Entstehung störender, auf den Druckkräften beruhender Momente im Zahnriemen auf ein Minimum herabgesetzt wird.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, deren Fig. 1 u. 2 schematisch die Verhältnisse im Bereich jeweils eines Riemenzahns wiedergeben.
Betrachtet man zunächst Fig. 1, so besitzt der Riemenzahn 1 im wesentlichen die Kontur eines Kreisbogens oder Zylinders um die hier durch ihre Spur wiedergegebene, da senkrecht zur Zeichenebene verlaufende Schnittlinie S der Zugkräfte 51 und 52 im Riemenzugstrang 2 beiderseits des Zahns 1.
Der Riemenzugstrang 2, der in üblicher Weise eine zugfeste Seele, eingebettet in Kunststoff, enthält,besitzt eine zwischen den beiden Flankenübergangszonen mit den Radien rr gemessenen Bogen der Größe b mit dem Radius rs, der von der Scheibenachse M ausgeht. Die Riemenscheibe ist in Fig. 1 im einzelnen nicht dargestellt; sie besitzt jedoch eine solche Form der zugehörigen Zahn flanken, daß sich bei Höchstbelastung die dargestellte Form des Riemenzahns 1, d.h. zylindrisch mit dem Radius rz um die bereits beschriebene gemeinsame Schnittlinie S, einstellt. Die Radien sind die Normalen auf den Zahnflanken. Ist der Abstand zwischen Zahnscheibenachse M und gemeinsamer Schnittlinie S der verschiedenen Kräfte mit a bezeichnet, so liegt bei gegebener Zähnezahl und -teilung und damit vorgegebenem Bogen b (entsprechend der Riemenzahnbreite) auch der Winkel a zwischen der Verbindungslinie der Länge a- einerseits und den Radien r5 zu den Fußpunkten der Zahnflanken andererseits fest.
In Fig. 1 ist angenommen, daß die Zugkraft 51 größer ist als die Zugkraft 52 also durch den Riemenzahn 1 auf die Zahnscheibe bezüglich der Scheibenachse M linksdrehende Kräfte übertragen werden. Die Resultierende R der auf den Riemenzahn 1 dabei vom Scheibenzahn ausgeübten Druckkräfte geht unabhängig von der Verteilung der Druckspannungen über die Berührungsfläche zwischen den beiden Zähnen durch die gemeinsame Schnittlinie S der Zugkräfte S1 und S2. Aus den geometrischen Verhältnissen folgt, daß der Zahnflankenkrümmungsradius r z -die Größe der Übergangsstrecke c kann bei diesen Betrachtungen praktisch vernachlässigt werden- vom Radius r5 der Zahnscheibe abhängig ist, jedoch nicht sehr stark, da die Rechnung im einzelnen ergibt, daß r z etwa gleich der (konstruktiv vorgegebenen) halben Bogenlänge b ist.
Eine optimale Beanspruchung des stark verformungsfähigen Riemenzahns wird dann erreicht, wenn der Krümmungsradius des Riemenzahns im unbelasteten Zustand kleiner als der Radius r bei Höchstbelastung ist und die Berühz rungsfläche mit dem Scheibenzahn sich bei Lasterhöhung vom Bereich des Riemenzahnscheitels ausgehend zum Riemenzahnfuß hin ausdehnt. Die resultierende Druckkraft wandert dabei innerhalb des Bereichs mittlerer Riemenzahnhöhe in Richtung Zahnfuß, so daß diese Resultierende dann nicht exakt auf halber Riemenzahnhöhe an dem Riemenzahn angreift.
Die Aufteilung des gesamten übertragenen Moments auf die einzelnen Riemenzähne erfolgt bei den eingangs beschriebenen Voraussetzungen praktisch gleichmäßig.
In Fig. 2 ist ein trapezförmiger Riemenzahn 20 angenommen, der mit Scheibenzähnen 21 und 22 zusammenarbeitet. Bereits jetzt sei darauf hingewiesen, daß die in Fig. 2 beschriebene Lösung im Prinzip auch bei gekrümmten Riemenzahnflanken, wie Evolventenflanken, Anwendung finden kann.
Hier liegen also ebenflächige Riemenzahnflanken 23 und 24 vor, deren Neigung so gewählt ist, daß die Flächennormale F im Bereich mittlerer Zahnz höhe, die identisch mit der Wirkungslinie der resultierenden Druckkraft ist, die gemeinsame Schnittlinie S der im Riemenzugstrang 25 beiderseits des betrachteten Riemen zahns 20 vorliegenden Zugkräfte S1 und S2 schneidet. Die Flächennormale F stellt nichts anderes dar als die Wirkungsz linie der auf die jeweilige Zahnflanke, hier 23, des Riemenzahns 20 von dem Gegenzahn 21 der Riemenscheibe ausgeübten resultierenden Druckkraft.
Da voraussetzungsgemäß die Riemenzahnflanken 23 und 24 eben sind, verlaufen die weiteren Flankennormalen, insbesondere auch die Normalen 26 und 27 am Zahnfuß und am Zahnscheitel, entsprechend ihrer Lage gegenüber dem Ausgangspunkt der Normale F z oberhalb bzw. unterhalb der gemeinsamen Schnittlinie S.
Wie auch die Ausführungsbeispiele zeigen, erfolgt bei der Erfindung mit einfachsten Mitteln, nämlich allein durch geeignete Wahl einer auch herstellungstechnisch günstigen Zahnform, eine Optimierung der Leistungsübertragung.
Leerseite

Claims

PATENTANSPRÜCHE Zahn Zahnriementrieb mit Scheibenzähne tragenden Riemenscheiben und mit einem Riemenzähne an einem Riemenzugstrang tragenden Zahnriemen, wobei die Leistungsübertragung zwischen den Scheibenzähnen und den Riemenzähnen, die sich beide in Richtung auf die Zahnscheitel verjüngen, im wesentlichen durch Druckkräfte zwischen aufeinanderliegenden Zahnflanken derselben erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß bei Höchstbelastung jedes Riemenzahns (1) zumindest die einem Bereich mittlerer Riemenzahnhöhe zugehörige Normale auf der belasteten Riemenzahnflanke, gegeben durch die Wirkungslinie der auf diese ausgeübten Druckkraft, eine gemeinsame Schnittlinie (S) mit den Wirkungslinien (S1,S2) der unmittelbar neben dem Riemenzahn (1) im Riemenstrang (2) vorliegenden Zugkräfte besitzt.
2. Zahnriementrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Höchstbelastung zumindest die belastete Riemenzahnflanke ein Zylinderprofil mit einer Achse besitzt, die mit der Schnittlinie (S) der Wirkung (S1,S2) der Zugkräfte praktisch zusammenfällt.
3. Zahnriementrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Riemenzahnflankenim unbelasteten Zustand stärker gekrümmt sind als bei Höchstbelastung.
4. Zahnriementrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Höchstbelastung jedes Riemenzahns (20) die belastete Riemenzahnflanke (23) beiderseits des Bereichs mittlerer Riemenzahnhöhe einen solchen Verlauf besitzt, daß nur die dem Bereich mittlerer Riemenzahnhöhe zugehörige Normale (Fz) die gemeinsame Schnittlinie (S) enthält, dagegen die oberhalb und unterhalb dieser Normale (F z> ausgehenden weiteren Normalen (26,27) oberhalb bzw. unterhalb der gemeinsamen Schnittlinie (S) verlaufen.
5. Zahnriementrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Riemenzahn (20) ein Trapezprofil besitzt.
6. Zahnriementrieb nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch Scheiben- und/ oder Riemenzähne mit Evolventenflanken.
7. Zahnriementrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich mittlerer Riemenzahnhöhe sich zwischen 30 % und 70 °Ó der Riemenzahnhöhe erstreckt.