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ZAHNRIEMENAUFBAU AUS POLYURETHAN
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Die Erfindung betrifft Kraftübertragungssysteme, insbesondere Systeme,
die Einrichtungen mit Zahnriemen und gezahnten Riemenscheiben verwenden.
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Gezahnte Kraftübertragungsriemen finden zunehmend Gebrauch bei Anwendungsfällen,
wie z.B. Bürodruckmaschinen einschließlich Kopiermaschinen und Faksimile-Wiedergabeeinrichtungen.
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Bei der Verwendung von bekannten Antriebszahnriemen treten gelegentlich
Probleme in bezug auf den Ausfall der Einrichtung zum Geradehalten der gedruckten
Zeilen auf. Es hat sich gezeigt, daß solche ungeeigneten Drucke auf die Riemenabbiegung
zurückzuführen sind, die auftritt, wenn der Riemen mit der Riemenscheibe in Eingriff
sowie außer Eingriff kommt.
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Ein Lösungsversuch für dieses ärgerliche Problem bestand darin, den
Riemen mit höherer Spannung zu betreiben. Ein anderer Lösungsversuch bestand darin,
den Riemen und die Riemenscheibe so anzuordnen, daß diese im wesentlichen kein Spiel
aufzeigen.
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Diese Lösungsversuche sind jedoch nicht voll befriedigend, da sie
die Haltbarkeit und die Lebensdauer des Riemens nachteilig beeinflussen und Probleme
im Hinblick auf das Ablösen der Zähne von der Riemenscheibe hervorrufen, insbesondere
beim Versuch, das Spiel zu beseitigen.
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Der Einsatz von Zahnriemen bei der Kraftübertragung sorgt für einen
synchronisierten Antrieb zwischen den Elementen eines Laufwerks. Ein derartiger
synchronisierter Antrieb ist in der Automatenindustrie in hohem Maße erwünscht,
bei der eine exakte Korrelation zwischen der Lage der verschiedenen Teile
des
Laufwerks aufrechterhalten werden muß.
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Um ein weiches bzw. stoßfreies Eingreifen bzw. Lösen von Riemen und
Riemenscheibenzähnen sicherzustellen, wurde es als wünschenswert erachtet, zwischen
diesen ein Spiel vorzusehen.
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Andererseits ruft ein derartiges Spiel ein Abbiegen der Riemenzähne
hervor, wenn diese mit der Riemenscheibe in Eingriff oder außer Eingriff gelangen.
Ein derartiges Abbiegen führt nach einer relativ kurzen Betriebszeit zum Verschleiß
der Zähne sowie zu einem Abtrennen der Zähne vom Riemenkörper.
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Es ist somit Aufgabe der Erfindung, einen Zahnriemenaufbau vorzuschlagen,
der den erwünschten spielfreien Eingriff der Riemenzähne in die Riemenscheibe gewährleistet,
wobei während des normalen Betriebs des Antriebssystems gleichzeitig das unerwünschte
Abbiegen der Zähne beim Eingriff in die Riemenscheibe und bei der Freigabe aus der
Riemenscheibe wirksam beseitigt wird.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung einen gezahnten Kraftübertragungsriemen
zur Verwendung in einem derartigen Antriebssystem vor, bei dem jeder Riemenzahn
einen senkrechten, durch die Mitte der Zahnspitze nach innen führenden Schlitz aufweist.
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Die Zähne bestehen aus einem elastischen Material und werden beim
Eingriff in die Riemenscheibe in Längsrichtung zusammengepreßt, um die Schlitze
während des Eingriffs der Riemenzähne in die Riemenscheibe weitgehend zu schließen.
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In dem verdeutlichten Ausführungsbeispiel ist die Breite der Riemenzähne
in Längsrichtung größer als die Breite der Riemenscheiben-Aussparungen in Längsrichtung,
falls die Riemenzähne von der Riemenscheibe abgesetzt sind. Dieser Unterschied
in
der Breite wird durch das Schließen der Schlitze beim Eingriff der Riemenzähne mit
den den Riemenscheibenaussparungen zugehörigen Zahnflanken aufgenommen, wie dies
vorstehend erläutert wurde.
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Der verbesserte Zahnriemenaufbau ermöglicht ein Eingreifen und Lösen
des Riemens in bezug auf die Riemenscheibe, ohne daß dabei eine wesentliche Abbiegung
der Riemenzähne erfolgt.
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Auf diese Weise kann eine lange Lebensdauer und ein störungsfreier
Betrieb sichergestellt werden.
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Werden die Riemenzähne zusammengepreßt, so daß sich deren Schlitze
schließen, so weisen dann die Riemenzähne eine Breite in Längsrichtung auf, die
im wesentlichen der Breite der zwischen den Riemenscheibenzähnen vorgesehenen Aussparungen
entspricht. Dadurch wird ein Spiel wirkungsvoll ausgeschlossen und eine verbesserte
Synchronisierung zwischen den verschiedenen Teilen des Antriebssystems vorgesehen.
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Die Erfindung betrifft die Verwendung von Schlitzen, die einen weiten
Bereich von Querschnittsformen aufweisen.
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In den dargestellten Ausführungsbeispiel verlaufen die Schlitze bis
in die Nähe des Verstärkungs- bzw. Zugseils des Riemenkörpers nach außen.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Riemenzähne einstückig
mit dem Riemenkörper ausgeführt, wie z.B. durch Formpressen des Riemens aus einem
Kunstharz, wie z.B. Polyurethan.
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Der Kraftübertragungsriemen und das Antriebssystem gemäß der Erfindung
sind äußerst einfach und kostengünstig im Aufbau, während dennoch die oben erörterten,
in hohem Maße wünschens-
werten Eigenschaften erzielt werden können.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 einen schematischen Seitenriß, der die Verwendung eines erfindungsgemäßen
Kraftübertragungsriemens in einem Antriebssystem verdeutlicht, das ein Riemenscheibenpaar
verwendet, Fig. 2 eine perspektivische, geschnittene Teilansicht eines Teils des
erfindungsgemäßen Zahnriemens, Fig. 3 eine Teilansicht im Seitenriß, die die Anordnung
des Riemens und der Riemenscheibe in größerem Maßstab verdeutlicht, und Fig. 4 bis
9 Teilansichten im Seitenriß, die weitere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen
Zahnriemens verdeutlichen.
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Bei dem in Fig. 1 verdeutlichten Ausführungsbeispiel ist ein Antriebssystem
10 dargestellt, das ein gezahntes Riemen-Scheiben-Antriebssystem aufweist. Dieses
Antriebssystem umfaßt einen gezahnten Kraftübertragungsriemen 11, eine komplementär
gezahnte Antriebsriemenscheibe 12 und eine komplementär gezahnte Gegenscheibe 13.
Der Kraftübertragungsriemen 11 weist einen zur Schleife verbundenen Riemenkörper
14 auf, der ein Innenteil 15 ausbildet, wie dies am besten aus Fig. 2 ersichtlich
ist. Eine Vielzahl von sich in Längsrichtung erstreckenden Zug- bzw. Verstärkungsseilen
60 ist in den Riemenkörper 14 auf übliche Weise eingebettet. Im einzelnen
weisen
die Verstärkungsseile eine niedrige Ausdehnung und eine hohe Festigkeit auf und
können beispielsweise aus einem Polyester, einem aliphatischen Polyamid, einem aromatischen
Polyamid (wie z.B. KEVLAR), Kunstharzen, Glasfieber und Metalldrähten hergestellt
werden.
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Wie weiterhin aus Fig. 2 ersichtlich ist, weist der Kraft übertragungsriemen
ferner eine sich in Längsrichtung erstreckende Reihe von Zähnen 17 auf, die von
dem Innenteil 15 des Riemenkörpers 14 nach innen ragen, und zwar mit einer vorbestimmten
Teilung, die der Teilung eines komplementären Satzes von Zähnen 18 auf jedem der
Riemenscheiben 12 und 13 entspricht (vergleiche Fig. 3).
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Wie weiterhin aus Fig. 3 ersichtlich, sind die Riemenzähne 17 im allgemeinen
komplementär zu den Aussparungen 19 zwischen den Zähnen 18 der Riemenscheiben ausgeführt
und die Riemenscheibenzähne 18 sind im allgemeinen komplementär zu den Aussparungen
20 zwischen den Riemenzähnen 17 ausgestaltet.
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Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist die distale Spitze 21 der Zähne
17 planar und die Vorderkante 22 und die Hinterkante 23 der Zahnspitze 21, die sich
gegenüberliegen, sind teilzylindrisch gebogen. Die Riemenscheibenzähne bilden vorangehende
und nachfolgende distale Eckstücke 24 bzw. 25, die, wie aus Fig. 3 ersichtlich,
mit den Seitenwänden 26 und 27 der Riemenzähne im Zeitpunkt des Eingriffes bzw.
Lösen der Riemenzähne bezüglich der Riemenscheibe in Eingriff gelangen.
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Jeder Riemenzahn 17 ist mit einem senkrechten Schlitz 28 versehen,
der über die Mitte der Zahnspitze 21 nach innen führt.
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Die Zähne sind vorzugsweise aus einem elastischen Material geformt,
was es ermöglicht, daß die Zähne beim Eingriff mit den Riemenscheibenzähnen in Längsrichtung
zusammengepreßt werden,
um die Schlitze im wesentlichen zu schließen,
wenn die Riemenzähne in den Riemenscheibenaussparungen voll aufgenommen sind, wie
dies in dem linken Teil der Fig. 3 verdeutlicht ist.
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Wie aus Fig. 3 ersichtlich, kommt während des Betriebs des Antriebssystems
das vorangehende Eckstück 24 des Riemenscheibenzahns 18 mit der nachfolgenden Seitenwand
27 des teilweise in die Riemenscheibenaussparung 19 aufgenommenen Riemenzahns 17
in Eingriff. Zur gleichen Zeit kommt das nachfolgende Eckstück 25 des in die Riemenaussparung
20 aufgenommenen Riemenscheibenzahns mit der vorangehenden Seitenwand 26 des sich
in die Riemenscheibenaussparung bewegenden Riemenzahns in Eingriff. Das gemeinsame
Einwirken des nachfolgenden bzw. hinteren Eckstücks 25 des vorangehenden Zahns und
des vorangehenden bzw. vorderen Eckstücks 24 des nachfolgenden Zahns auf den sich
in die Riemenscheibenaussparung 19 bewegenden Riemenzahns 17 bewirkt ein Schließen
des Schlitzes 28.
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Somit ist die Breite der Riemenzähne in Längsrichtung in freier, von
der Riemenscheibe abgesetzten Lage größer als die Breite der Riemenscheibenaussparungen
19. Sind die Riemenzähne jedoch voll in den Riemenscheibenaussparungen aufgenommen,
wobei der vorher von dem Schlitz 28 bestimmte Raum geschlossen ist, so entspricht
die Breite der Riemenzähne im wesentlichen der Breite der Riemenscheibenaussparungen.
Auf diese Weise kann ein spielfreier Eingriff zwischen den Riemenzähnen und der
Riemenscheibe sowie eine verbesserte positive Synchronisierung des in Fig. 1 dargestellten
Antriebssystems erzielt werden.
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Wie aus Fig. 3 ersichtlich, werden die Riemenzähne auf dem Riemenkörper
als Folge des Eingriffs bzw. des Lösens bezüglich der Riemenscheibe nicht körperlich
abgebogen, sondern
stattdessen einfach zusammengepreßt und entspannt,
um die Schlitze zu schließen und zu öffnen und damit den gewünschten spielfreien
Eingriff der Zähne in die Riemenscheibe während des Betriebs des Antriebssystems
vorzusehen. Durch Beseitigung des Spiels wird die Kraftübertragung zwischen dem
Riemen und der Riemenscheibe ohne Abbiegung der Zähne relativ zum Riemenkörper bewerkstelligt,
wodurch eine lange Lebensdauer und ein störungsfreier Betrieb des Riemens vorgesehen
wird.
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Wie aus Fig. 2 ersichtlich, können sich die Schlitze 28 im wesentlichen
in die Nähe der Verstärkungs- bzw. Zugseile 16 erstrecken. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
bilden die Schlitze sich nach innen weitende, dreieckförmige Längsschnitte.
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Gemäß der Erfindung können jedoch die Schlitze irgendeine der in den
Fig. 4 bis 9 verdeutlichten, unterschiedlichen Querschnittsformen aufweisen. Die
Fig. 4 bis 9 dienen lediglich als Beispiele und begrenzen somit nicht den möglichen
Bereich der Querschnittsformen, die von der Erfindung umfaßt werden.
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Bei dem in Fig. 4 dargestellten modifizierten Ausführungsbeispiel
ist der Riemenzahnschlitz 128 im Längsschnitt rechteckig ausgebildet.
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Fig. 5 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel eines Schlitzes, bei
dem der Schlitz 228 nadelförmig ausgebildet ist, wobei der innere Teil 228a des
Schlitzes sich dreieckförmig nach innen weitet und der äußere Teil 228b des Schlitzes
rechteckförmig ausgebildet ist.
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Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Schlitzes, bei
dem der Schlitz 328 schlüssellochförmig ausgebildet ist,
wobei
der innere Teil 328a des Schlitzes teilzylindrisch und der äußere Teil 328b rechteckförmig
ausgebildet ist.
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Fig. 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Schlitzes, bei
dem der Schlitz 428 im Längsschnitt gebogen ist.
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Der in Fig. 8 dargestellte Schlitz 528 weist einen dreieckförmigen,
sich nach innen weitenden Innenteil 528a und einen teilzylindrischen, sich nach
innen weitenden Außenteil 528b auf.
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Eine weitere Ausführungsform eines Schlitzes ist in Fig. 9 verdeutlicht,
wobei dieser Schlitz 628 einen schwalbenschwanzförmigen Aufbau aufweist, der einen
sich nach innen verengenden dreieckförmigen Innenteil 628a und ein rechteckiges
Außenteil 628b umfaßt.
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Bei jedem der unterschiedlichen Ausführungsbeispiele ermöglicht die
Zusammenpreßbarkeit des Riemenzahns, die durch die Breite des Schlitzes gewährleistet
wird, daß der Zahn genau der Breite der Riemenscheibenaussparung entspricht, wenn
dieser ganz in die Riemenscheibenaussparung aufgenommen ist, um somit ein Spiel
zwischen dem Zahn und der Aussparung auszuschließen. Die Zähne und der Riemenkörper
können beispielsweise durch Formpressen des Riemens aus einem geeigneten Kunstharz,
wie z.B. Polyurethan, einstückig hergestellt werden. Die Elastizität der federnden
Polyurethan-Riemenzähne ermöglicht das Schließen des Schlitzes mit einem relativ
geringen Druck gegen die Seitenwände der Riemenzähne infolge der Riemenscheibeneckstücke
24 und 25, wie oben erläute-rt.
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Die Erfindung umfaßt ferner zusätzlich zu dem geraden Zahnaufbau des
Riemens und der Riemenscheibenzähne die Verwendung von gebogenen Zähnen, wie z.B.
von Evolventen-Zähnen.
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Es hat sich gezeigt, daß durch den Einsatz der geschlitzten Zähne
die Flexibilität des Riemens wesentlich verbessert und das Freibrechen der Zähne
vom Riemenkörper wirksam unterbunden werden kann, und zwar ungeachtet der Anwendung
von relativ hohen Transmissions- bzw. Übertragungskräften zwischen den Riemenzähnen
und den Riemenscheibenzähnen beim Betrieb des Antriebssystems. Es hat sich weiterhin
gezeigt, daß sich infolge des stabilisierten Eingreifens und Lösens der Riemenzähne
relativ zur Riemenscheibe eine wesentliche Geräuschreduzierung erzielt wird, was
beim Einsatz des Riemens in ruhiger Umgebung, wie z.B. beim Antrieb von Büromaschinen
und dergleichen, Fortschritte bringt.