DE3306490C2 - Zahnriementrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Zahnriementrieb gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und des Patentanspruchs 5.

Bei einem bekannten Zahnriementrieb gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 5 (DE-OS 28 55 748) sind der Umriß der Zähne und die Gestalt der Lücken der Zahnriemenscheiben im wesentlichen aus Kreisbögen gebildet, wobei im Betrieb die Köpfe der Riemenzähne mit dem Boden der Lücken der Zahnriemenscheiben in Berührung treten und als Folge dieser Berührung verformt werden. Bei der bekannten Ausführung kann Relativbewegung zwischen den Riemenzähnen und den Lücken der Zahnriemenscheiben nicht vollständig vermieden werden, wobei auch Schwingungen auftreten, wodurch die Lebensdauer des Zahnriemens verkürzt wird. Außerdem wird im Betrieb Geräusch erzeugt, wenn beim Eintreten eines Riemenzahnes in eine Lücke einer Zahnriemenscheibe der Kopf des Riemenzahnes gegen den Boden der Lücke stößt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Zahnriementrieb gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 5 so auszuführen, daß lange Lebensdauer des Zahnriemens und geringere Geräuschentwicklung erzielt werden.

Gelöst wird diese Aufgabe einerseits durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Patentanspruches 1, und andererseits durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Patentanspruchs 5.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei einem Zahnriementrieb gemäß der Erfindung ergibt sich durch das Eintreiben der wenigstens einen Nut in den wenigstens einen Vorsprung bzw. des wenigstens einen Vorsprunges in die wenigstens eine Nut eine Verbreiterung bzw. Verformung der Riemenzähne derart, daß praktisch die gesamte Oberfläche des Riemenzahnes mit der gesamten Fläche der Lücken der Zahnriemenscheiben in Berührung tritt. Dadurch sind im Betrieb Schwingungen und Relativbewegungen zwischen den Riemenzähnen und den Zahnriemenscheiben vermieden oder verringert, so daß die Lebensdauer des Zahnriemens verlängert wird. Weiterhin wird weniger Geräusch erzeugt, weil die Stoßbelastung, die durch die Berührung des Riemenzahnkopfes mit dem Boden der Lücke der Zahnriemenscheibe auftritt, durch die Verbreiterung des Riehmenzahnes wenigstens teilweise gedämpft wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

Fig. 1 ist eine Seitenansicht eines Zahnriementriebes.

Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht eines Teils eines Zahnriemens in einem Zahnriementrieb gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht eines Teiles einer Zahnriemenscheibe in einem Zahnriementrieb gemäß der Erfindung, die mit dem Zahnriemen gemäß Fig. 2 gekoppelt werden kann.

Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht eines Teils eines Zahnriementriebs gemäß der Erfindung, in welcher der Zahnriemen gemäß Fig. 2 in kämmendem Eingriff mit der Zahnriemenscheibe gemäß Fig. 3 gezeigt ist.

Fig. 5, 6 und 7 sind den Fig. 2 bis 4 analoge Ansichten einer anderen Ausführungsform der Erfindung.

In Fig. 1 ist ein Zahnriementrieb gemäß der Erfindung, bestehend aus Zahnriemen und Zahnriemenscheiben dargestellt.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, umfaßt der Zahnriementrieb einen Zahnriemen 1 sowie zwei Zahnriemenscheiben 2 und 3, von denen die eine die treibende Scheibe und die andere die getriebene Scheibe ist.

Der Zahnriemen 1 weist einen ringförmigen Körper 4 aus elastomerem oder einem diesem ähnlichen Material auf, in den ein gegen Zugbeanspruchungen widerstandsfähiges Gebilde eingebettet ist, das aus einer Mehrzahl von biegsamen und undehnbaren Schnüren 5 gebildet ist, die beispielsweise aus Glasfaser, aus aliphatischen oder aromatischen Polyamiden oder aus Stahl oder dergleichen, bestehen und die parallel zueinander und in ein und derselben Ringfläche entlang der größeren Abmessung des Zahnriemens 1 angeordnet sind.

Auf einer Seite des ringförmigen Riemenkörpers 4 befindet sich eine Zahnung aus elastomerem oder einem diesem ähnlichen Material, und die Zahnung ist aus einer Mehrzahl von Zähnen 6 gebildet, die durch Zahnlücken 7 voneinander getrennt sind. Die Oberfläche der Zahnung des Zahnriemens 1, das heißt, die Oberfläche der Zähne 6 und der Zahnlücken 7, ist vorzugsweise mit einer Bedeckung versehen, und insbesondere mit einem Bedeckungsschnurstoff, insbesondere einem selbstschmierenden Schnurstoff, wie er beispielsweise in der IT-PS 864 204 beschrieben ist. Die Zahnriemenscheiben 2 und 3 bestehen aus Metallmaterial beziehungsweise, allgemein gesagt, aus einem starren Material im Vergleich zu dem Material, das den Zahnriemen 1 bildet. Die Zahnriemenscheiben 2 und 3 besitzen an ihrer Umfangsfläche eine Zahnung, die jeweils aus einer Mehrzahl von Zähnen 8 gebildet ist, die durch Zahnlücken 9 voneinander getrennt sind.

In den Fig. 2 und 3 ist jeweils in vergrößertem Maßstab ein Teil eines Zahnriemens 1 beziehungsweise ein Teil einer Zahnriemenscheibe der Kraftübertragungsvorrichtung gemäß Fig. 1 dargestellt, um die besonderen Merkmale zu zeigen, wenn kein Eingriff zwischen dem Zahnriemen 1 und den Zahnriemenscheiben 2 und 3 besteht.

In Fig. 2 ist in vergrößertem Maßstab ein Teil eines Zahnriemens 1 dargestellt, der sich nicht in Eingriff mit einer Riemenscheibe befindet.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, besitzt der Zahnriemen 1 Zähne 6, deren Flanken irgendeine Gestalt beziehungsweise irgendein Profil haben können, und an deren Kopf ein Schlitz beziehungsweise eine Nut 11 vorhanden ist, die dazu führt, daß zwei Vorsprünge 12 gebildet sind. Die Merkmale der Nut 11 werden nachstehend erläutert.

In Fig. 3 ist in vergrößertem Maßstab ein Teil einer Zahnriemenscheibe 2 oder 3 der Kraftübertragungsvorrichtung gemäß Fig. 1 dargestellt, das heißt, ein Teil einer Zahnriemenscheibe, der mit dem Zahnriemen 1 gemäß Fig. 2 kämmen kann.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, besitzt die Zahnriemenscheibe Zahnlücken 9, deren Flanken irgendein Profil haben können, beispielsweise ein Profil, das nicht notwendigerweise dem Profil der Flanken 10 der Riemenzähne 6 entspricht. Der Boden der Zahnlücke 9 weist einen Vorsprung 14 auf, der dazu führt, daß beiderseits des Vorsprunges 14 je eine Vertiefung 15 gebildet ist.

Die Gesamtheit der beschriebenen Ausbildung, das heißt, der Nut 11 mit den Vorsprüngen 12 am Kopf jedes Zahnes 6 des Zahnriemens 1 und der Vorsprung 14 mit den beiderseits davon liegenden Vertiefungen 15 am Boden der Zahnlücke 9 der Zahnriemenscheiben 2 und 3, bilden die Mittel zum Verbreitern der Zähne 6 des Zahnriemens 1 im Bereich zwischen dem Kopf des Zahnes 6 und dem Boden der Zahnlücke 9 der Zahnriemenscheiben 2 und 3 einer Kraftübertragungsvorrichtung gemäß der Erfindung.

Um die genannte Verbreiterung zu schaffen, müssen die Nut 11 und der Vorsprung 14, der vom Boden der Zahnlücke 9 frei vorragt, die folgenden Eigenschaften besitzen.

Die Tiefe H11 der Nut 11 am Kopf des Zahnes 6 des Zahnriemens 1, gemessen zwischen ihrem Boden und der Spitze der Vorsprünge 12, soll der Höhe H14 des Vorsprunges 14 am Boden der Zahnlücke 9 der Zahnriemenscheiben 2 oder 3, gemessen zwischen der Spitze des Vorsprunges 14 und dem Boden der Nuten 15, gleich sein.

Die Breite B11 der Nut 11 am Kopf des Zahnes 6 des Zahnriemens 1 ist kleiner als die Breite B14 des Vorsprunges 14, der vom Boden der Zahnlücke 9 der Zahnriemenscheiben 2 und 3 frei vorragt.

Weiterhin müssen die Tangenten an die Oberfläche der Seiten des Vorsprunges 14, oder wenigstens eines Teiles der Seiten des Vorsprunges 14, mit der Senkrechten zu dem Radius der Zahnriemenscheibe am Tangentenpunkt einen Winkel α bilden, der größer ist als der Gleitreibungswinkel zwischen den für die Oberfläche des Zahnes 6 des Zahnriemens 1 und der Oberfläche der Zähne 8 der Zahnriemenscheiben 2 und 3 verwendeten Materialien.

Im übrigen, beispielsweise hinsichtlich der geometrischen Gestalt, können sowohl die Nut 11 am Kopf des Riemenzahnes 6 als auch der vom Boden der Zahnlücke 9 der Zahnriemenscheiben 2 oder 3 frei vorragende Vorsprung 14 irgendeine geometrische Gestalt haben, vorausgesetzt, daß die obengenannten Bedingungen erfüllt sind.

Schließlich muß das Volumen des durch eine Zahnlücke 9 einer Zahnriemenscheibe 2, 3 gebildeten Raumes im wesentlichen gleich dem Volumen eines Zahnes 6 des Zahnriemens 1 ist, der mit der Zahnriemenscheibe 2 oder 3 in Eingriff treten soll.

Nachstehend wird die Arbeitsweise einer Kraftübertragungsvorrichtung gemäß Fig. 1 aus Zahnriemen 1 und Zahnriemenscheiben 2 und 3 beschrieben, und zwar nicht nur in Verbindung mit den Fig. 2 und 3, in denen ein Teil eines Zahnriemens beziehungsweise ein Teil einer Zahnriemenscheibe 2 oder 3 dargestellt ist, sondern auch in Verbindung mit Fig. 4, in der ein Zahn 6 eines Zahnriemens 1 im Eingriff mit einer Zahnlücke 9 einer Zahnriemenscheibe 2 oder 3 dargestellt ist.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, läuft der Zahnriemen 1 über die beiden Zahnriemenscheiben 2 und 3, wobei der Zahnriemen 1 einen oberen geradlinigen Trum a, einen unteren geradlinigen Trum b und zwei Trume aufweist, und zwar jeweils rechts und links, in denen der Zahnriemen 1 sich im Eingriff mit den Zahnriemenscheiben 2 und 3 befindet. In diesen Bereichen befinden sich die Zähne 6 des Zahnriemens 1 im Eingriff mit den Zahnlücken 9 der Zahnriemenscheiben 2 und 3, und Fig. 4 zeigt diesen Zustand. Im Gegensatz dazu haben die Zähne 6 des Zahnriemens 1 in dem Bereich der Trume a und b, wo kein Eingriff mit den Zahnriemenscheiben vorhanden ist, die Gestalt gemäß Fig. 2.

Beim Betrieb treten die Zähne 6 des Zahnriemens 1 in die Zahnlücken 9 der Zahnriemenscheiben 2 und 3 ein, bleiben für eine gewisse Zeit im Eingriff mit diesen und treten dann aus den Zahnlücken 9 der Zahnriemenscheiben 2 und 3 aus.

Die Vorgänge beim Eintreten eines Zahnes 6 des Zahnriemens in eine Zahnlücke 9 einer Zahnriemenscheibe 2 oder 3 sind, wie folgt:

Ein Zahn 6 des Zahnriemens 1 tritt in eine Zahnlücke 9 einer Zahnriemenscheibe 2 oder 3 ein, ohne daß irgendeine Gleitbewegung zwischen der Flanke 10 des Riemenzahnes 6 und der Flanke 13 des Riemenscheibenzahnes 8, das heißt, mit der Oberfläche der Zahnlücke 9 der Riemenscheibe 2 oder 3, stattfindet.

Die erste Berührung zwischen einem Riemenscheibenzahn 6 und der Zahnlücke 9 der Zahnriemenscheibe 2 oder 3 findet statt zwischen den Seiten des vom Boden der Zahnlücke 9 der Zahnriemenscheibe 2 oder 3 frei vorragenden Vorsprunges 14 und den Seiten der am Kopf des Riemenzahnes 6 vorhandenen Nut 11.

Wird berücksichtigt, daß, wie oben angegeben, die Breite des vom Boden der Zahnlücke 9 der Zahnriemenscheibe 2 oder 3 frei vorragenden Vorsprunges größer ist als die Breite der Nut 11 am Kopf des Riemenzahnes 6, so ergibt sich eine Verbreiterung des Körpers des Riemenzahnes 6 innerhalb der Zahnlücke 9 der Zahnriemenscheibe 2 oder 3.

Diese "Verbreiterung" führt zu einer Verformung des Riemenzahnes in dem Sinn, daß dieser gezwungen wird, sich zu vergrößern beziehungsweise zu verbreitern derart, daß praktisch die gesamte Oberfläche des Riemenzahnes 6 in Berührung mit der gesamten Fläche der Zahnlücke 9 der Zahnriemenscheibe 2 oder 3 tritt, wobei dies stattfindet, ohne daß der Riemenzahn 6 rechtwinklig zum Verlauf des gegen Zugbeanspruchungen widerstandsfähigen Gebildes 5 des Zahnriemens 1 unter Druck gesetzt beziehungsweise zusammengedrückt wird, da die Höhe des Vorsprunges 14 gleich der Tiefe der Nut 11 ist.

Gemäß einer abgewandelten Ausführungsform eines Zahnriementriebs, die in den Fig. 5 bis 7 dargestellt ist, besitzt jeder Riemenzahn einen von seinem Kopf frei vorragenden Vorsprung 18, während am Boden jeder Zahnlücke 9 der Zahnriemenscheiben eine Nut 19 zur Aufnahme des Vorsprunges des Riemenzahnes 6 vorgesehen ist. Bei diesem Beispiel muß jedoch die Höhe des vom Kopf des Riemenzahnes 6 frei vorragenden Vorsprunges 18 größer sein als die Tiefe der Nut am Boden der Zahnlücke der Zahnriemenscheibe.

Aus vorstehender Beschreibung ist ersichtlich, daß mit der Erfindung jewedes Reibungsgleiten beziehungsweise jede Gleitreibung zwischen den Riemenzähnen und den Riemenscheibenzähnen beseitigt wird, so daß insoweit Abnutzung der Riemenzähne beseitigt ist, was zu einer längeren Nutzlebensdauer des Zahnriemens und damit des Zahnriementriebs selbst führt.

Weiterhin ermöglicht es die Verbreiterung der Riemenzähne in Form einer Vergrößerung nach dem Eintreten des Riemenzahnes in eine Zahnlücke einer Zahnriemenscheibe, Bewegungen, zumindest Mikroverschiebungen zu vermeiden oder zu verringern, die bei bekannten Zahnriementrieben als Folge der sich beim Betrieb ergebenden sich ändernden mechanischen Drehmomente auftreten.

Tatsächlich ermöglicht es die Verbreiterung des Riemenzahnkörpers, alle Spielräume zu beseitigen, die bei bekannten Zahnriementrieben notwendigerweise vorhanden sind. Das Vorhandensein solcher Spielräume bewirkt, zusammen mit den nachstehend angegebenen Faktoren, nämlich

• - relative Änderung der Lage zwischen dem Riemenzahn und der den Zahn aufnehmenden Zahnlücke der Zahnriemenscheibe während des Betriebes des Zahnriementriebes,
• - Eigenverformbarkeit des die Zähne des Zahnriemens bildenden elastomeren Materials und
• - Änderung der Belastung, die während des Betriebes des Zahnriementriebes an einen in einer Zahnlücke einer Zahnriemenscheibe aufgenommenen Riemenzahn angelegt wird,

daß bei den bekannten Zahnriementrieben relative Bewegungen zwischen den Riemenzähnen und den Zahnlücken der Zahnriemenscheiben auftreten.

In einem Zahnriementrieb gemäß der Erfindung sind die Spielräume zwischen den Riemenzähnen und den Zahnlücken der Zahnriemenscheiben, in welche die Riemenzähne eintreten, beseitigt, so daß offensichtlich die Setzvorgänge oder Setzerscheinungen beseitigt sind. Zum Beseitigen der Setzvorgänge oder Setzerscheinungen trägt direkt das Vorhandensein der Verbreiterungsmittel bei, das heißt, beispielsweise bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 2 und 3 das Vorhandensein des vom Boden der Zahnlücke 9 der Zahnriemenscheibeen 2 oder 3 frei vorragenden Vorsprunges 14 und das Vorhandensein der Nut 11 am Kopf des Riemenzahnes 6, da diese Kopplung zwischen dem Vorsprung 14 und der Nut 11 sich jeden relativen Bewegungen widersetzt, die zwischen den Riemenzähnen 6 und den Zahnlücken 9 der Riemenscheiben 2 oder 3 hervorgerufen werden könnten.

Die genannte Kopplung hat weiterhin die Funktion, vollkommene Zentrierung des Riemenzahnes 6 in der Zahnlücke 9 der Zahnriemenscheibe 2 oder 3 aufrechtzuerhalten, und zwar derart, daß irgendwelche kleine oder kleinste Verschiebungen vermieden sind, die hervorgerufen werden könnten durch Eigenverformbarkeit des elastomeren Materials des Riemens zwischen den Riemenzähnen 6 und dem Riemenkörper, so daß auf diese Weise absolute Genauigkeit innerhalb des Zahnriementriebes gewährleistet ist, das heißt, es ist gewährleistet, daß alle kleinen und kleinsten Verschiebungen zwischen der Zahnung des Zahnriemens und der Zahnung der Zahnriemenscheiben vermieden wird, wodurch auch vermieden ist, daß irgendwelche Schwingungen in dem Zahnriementrieb hervorgerufen werden.

Eine weitere Wirkung als Folge der Kopplung des vom Boden der Zahnlücke der Riemenscheibe frei vorragenden Vorsprunges mit der Nut im Kopf des Riemenzahnes besteht darin, daß die Belastungen gleichmäßiger verteilt werden, die an alle Riemenzähne angelegt werden, die zu einem bestimmten Zeitraum, das heißt, gleichzeitig, mit einer Zahnriemenscheibe kämmen.

Dies führt dazu, daß sich eine Verringerung der Belastung, die an jeden Riemenzahn angelegt wird, ergibt, woraus sich die Möglichkeit ergibt, die zu übertragende Energie oder Kraft zu erhöhen, wobei gleichzeitig die Gefahren verringert sind, daß ein "Zahnspringen" auftritt.

Weiterhin wird durch das Vorhandensein der Kopplung zwischen dem vom Boden der Zahnlücke der Zahnriemenscheibe frei vorragenden Vorsprunges und der Nut im Kopf des Riemenzahnes bzw. umgekehrt verhindert, daß in dem in den Körper des Zahnriemens eingebetteten, gegen Zugbeanspruchungen widerstandsfähigen Gebilde irgendwelche örtlichen Biegebeanspruchungen auftreten, was bei bekannten Zahnriementrieben der Fall ist. Solche Biegebeanspruchungen ergeben sich bei bekannten Zahnriementrieben als Folge von Biegebeanspruchungen an den Zähnen während des Betriebes, insbesondere, wenn die Zähne vergleichsweise hoch sind, und diese Biegebeanspruchungen der Zähne werden auf die Schnüre des gegen Zugbeanspruchungen widerstandsfähigen Gebildes übertragen. Dies macht deutlich, daß ein noch anderer Grund beseitigt ist, der zu Schwingungen in der Kraftübertragungsvorrichtung führt, wobei außerdem größere Gleichmäßigkeit der Beanspruchungen in dem gegen Zugbeanspruchungen widerstandsfähigen Gebilde des Riemens unterstützt bzw. bewirkt ist.

Die Kopplung oder Verbindung zwischen dem vom Boden der Zahnlücke einer Riemenscheibe frei vorragenden Vorsprung und der Nut im Kopf eines Riemenzahnes ermöglicht es weiterhin, daß der Riemenzahn in der Zahnlücke der Riemenscheibe eine Abstützung findet, das heißt, daß sie dazu beiträgt, Riemenzähne größerer Höhe zu verwenden und die mit dem Zahnriementrieb übertragbare Leistung zu erhöhen, wobei gleichzeitig bewirkt wird, daß das elastomere Material des Zahnes hinsichtlich der ihm erteilten Beanspruchungen besser arbeitet.

Weiterhin wird bei einem Zahnriementrieb gemäß der Erfindung eine beträchtliche Verbesserung hinsichtlich des geräuschlosen Arbeitens erzielt, und zwar als Folge der Tatsache, daß beim Eintreten eines Riemenzahnes in eine Riemenscheibenzahnlücke der Stoß, der notwendigerweise auftritt, nur allmählich auftritt, da die erste Berührung entlang zweier Linien und an einem stoßaufnehmenden beziehungsweise stoßdämpfenden Element erfolgt, das durch die Nut dargestellt ist, die am Kopf des Riemenzahnes vorhanden ist und die sich bei Eingriff mit dem vom Boden der Zahnlücke der Zahnriemenscheibe frei vorragenden Vorsprung elastisch vergrößert. Auf diese Weise kann die in der Zone der Berührung zwischen dem Riemenzahn und der Riemenscheibenzahnlücke vorhandene Luft aus den Zahnlücken der Riemenscheibe frei austreten, ohne daß irgendwelches Geräusch oder Schwingungen erzeugt werden.

Claims (6)

1. Zahnriementrieb, bei dem die Köpfe der Riemenzähne beim Kontakt mit den Lücken der Zahnriemenscheibe verformt werden, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Nut (11) im Bereich des Kopfes jedes Riemenzahnes (6) in wenigstens einen Vorsprung (14) in jeder Lücke (9) der Zahnriemenscheiben (2, 3) eintreibbar ist.

2. Zahnriementrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Boden jeder Zahnlücke (9) der Zahnriemenscheiben (2, 3) frei vorragende Vorsprung (14) eine Höhe gleich der Tiefe der im Kopf jedes Riemenzahnes (6) vorhandenen Nut (11) hat und daß die Breite des Vorsprunges (14) größer als die Breite der Nut (11) ist.

3. Zahnriementrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tangenten an die Oberflächen der Seiten des Vorsprunges (14) mit der Linie, die rechtwinklig durch den Tangentenpunkt am Radius der Zahnriemenscheibe verläuft, einen Winkel bilden, der größer als der Gleitreibungswinkel zwischen den Flächen der Riemenzahnung und der Riemenscheibenzahnung ist.

4. Zahnriementrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des durch eine Zahnlücke (9) einer Zahnriemenscheibe (2, 3) gebildeten Raumes im wesentlichen gleich dem Volumen eines Zahnes (6) des Zahnriemens (1) ist.

5. Zahnriementrieb, bei dem die Köpfe der Riemenzähne beim Kontakt mit den Lücken der Zahnriemenscheiben verformt werden, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Vorsprung (18) im Bereich des Kopfes jedes Riemenzahnes (6) in wenigstens eine Nut (19) in jeder Zahnlücke (9) der Zahnriemenscheiben eintreibbar ist.

6. Zahnriementrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe des im Bereich des Kopfes jedes Riemenzahnes (6) vorhandenen, wenigstens einen Vorsprunges (18) größer ist als die Tiefe der wenigstens einen Nut (19) in jeder Lücke (9) der Zahnriemenscheiben.