DE3520751A1

DE3520751A1 - Riemenscheibe fuer bewegungsuebertragung mit einem biegsamen zahnriemen

Info

Publication number: DE3520751A1
Application number: DE19853520751
Authority: DE
Inventors: Vincenzo Chieti Macchiarulo; Ezio Pescara Marcelli
Original assignee: Pirelli Transmissioni Industriali SpA Mailand/milano; Pirelli Trasmissioni Industriali SpA
Current assignee: Dayco PTI SpA
Priority date: 1984-06-11
Filing date: 1985-06-10
Publication date: 1985-12-12
Anticipated expiration: 2005-06-11
Also published as: DK258685D0; SE8502862D0; NO852324L; FR2565657B1; US4696665A; SE8502862L; FI852309A0; GB2159602A; DK160520B; BR8502826A; JPS6110168A; AU4345985A; DE3520751C2; ES287660Y; FI79749C; ES287660U; NO165125B; BE902593A; ATA154085A; IT1174166B

Description

ELISABETH JUNG dr. phil. dipl-chem. WOC MÜN.CHEN A»,

JÜRGEN SCHIRDEWAHN dr. rer. nat.. dipl-phys. clemInsstrasse 30

CLAUS GERNHARDT dipl.-ing. _u telefon: (089) 3450 67

~ TT Γ TELEGRAMM/CABLE: INVENT MÜNCHEN

PATENTANWÄLTE " ' TELEX: 5-29 686 EUROPEAN PATENT ATTORNEYS . .__ . TELECOPIERER (FAX): (089) 39 92 39 (GR. 11/!1I)

GUZU / O I ₁₀. juni 1985
W 45 175 (Gh/bi)

PIRELLI TRANSMISSIONI INDUSTRIALI S.p.A.

Piazzale Cadorna, 5

I - 20123 Mailand (Italien)

"Riemenscheibe für Bewegungsübertragung mit einem biegsamen
Zahnriemen"

Die Erfindung betrifft eine Riemenscheibe für eine Synchronantriebsvorrichtung/ die einen Zahnriemen aus polymerem Material aufweist, und die zugehörige Bewegungsübertragungsvorrichtung, welche die Riemenscheibe aufweist.

Bekanntlich gibt es zwei Hauptprobleme, die bei der übertragung von Bewegung mittels eines Zahnriemenantrxebes auftreten.

Das erste Problem besteht darin, richtigen Eingriff des Zahnriemens sowohl beim Einlaufen in die entsprechende Riemenscheibennut als auch beim Auslaufen aus dieser Riemenscheibennut zu gewährleisten.

Das zweite Problem besteht darin, daß sogenannte Skipping bzw. Springen des Zahnriemens aus der Nut der Riemenscheibe zu verhindern, mit welcher der Zahnriemen sich für synchrone Bewegungsübertragung vollständig im Eingriff befindet.

Das erste Problem betrifft die Schritte, die ausgeführt werden vor und nach dem vollständigen Eingriff zwischen den Zähnen des Riemens und der Riemenscheibe. Die angestrebte Lösung ist daher

POSTSCHECKKONTO: MÖNCHEN 50175-809 · BANKKONTO: DEUTSCHE BANK A.G. MÖNCHEN, LEOPOLDSTR. 71, KONTO-NR. 60/35

begrenzt auf eine Zeit, die mit Bezug auf die echte oder tatsächliche Eingriffszeit zeitlich definiert werden kann.

Bei den genannten Übergangsschritten sind die zwischen dem Riemen und der Riemenscheibe ausgetauschten Kräfte praktisch Gleitkräfte, die für die Bewegungsübertragung nicht nützlich und für deren Natur oder Art in Verbindung sowohl mit der Lebensdauer des Riemens als auch mit richtiger Bewegungsübertragung negativ sind.

Tatsächlich bestimmen die Gleitkräfte die sich mit der Zeit ergebende Abnutzung des aus einem elastomeren Material gebildeten Riemens mit der Folge, daß die Aißenflache des Riemens der Wirkung von aggressiven Substanzen unterworfen wird wie Staub, verunreinigende Substanzen, die mit ölspuren vermischt sind, und verschiedene unerwünschte Verunreinigungen, wobei diese Substanzen nicht nur zur Verschlechterung oder Zerstörung des Riemens führen und diese vergrößern, sondern auch das Profil ändern können, welches für den Eingriff zwischen dem Riemen und der Riemenscheibe ausgewählt ist, woraus sich zwischen dem geänderten Profil der Riemenzähne und dem unveränderten Profil der Riemenscheibennut eine Lose und Geräusch ergeben.

Das zweite zu lösende Problem betrifft den nützlichen Schritt der Bewegungsübertragung und dieses Problem ist während einer beträchtlich längeren Zeit als dasjenige Problem vorhanden, welches das Einlaufen des Zahnriemens in die Riemenscheibennut und das Auslaufen aus dieser betrifft. Tatsächlich bleiben die Riemenzähne in der Riemenscheibennut während der gesamten Periode in vollständigem Eingriff, während welcher der Riemen um die Riemenscheibe läuft.

Während des gesamten Eingriffsschrittes kann das Skipping oder Springen aus zwei Gründen auftreten.

Der erste Grund steht in Beziehung zu der Krümmung der Riemenscheibe, um welche der Riemen läuft, insbesondere, wenn vergleichsweise große Übertragungsverhältnisse verwendet werden. In diesem Fall kann der Riemen, da er einen starren Einsatz enthält, der Krümmung der Riemenscheibe kleineren Durchmessers nicht folgen.

Der zweite Grund steht in Beziehung zu der Anzahl der Zähne, die bei einer Riemenscheibe kleiner als bei der anderen Riemenscheibe ist, um ein bestimmtes Übertragungs- oder übersetzungsverhältnis zu erzielen.

Es ist zu verstehen, daß, je kleiner die Anzahl der Zähne derjenigen Riemenscheibe ist, welche die gesamte zu übertragende Last tragen soll, desto größer die Gefahr eines möglichen Springens ist.

Das Problem des Zahnspringens ist bei einer gegenwärtigen Technik ausgeprägter, bei welcher das Bestreben besteht, bei einer der beiden Riemenscheiben des Antriebs eine sehr kleine Zähnezahl zu verwenden und gleichzeitig immer größere Leistungen zu übertragen.

Es ist daher verständlich, daß die gegenwärtige Technik Lösungen erfordert, bei denen der Nachteil des Zahnspringens beim Betrieb der Synchronantriebe vermieden werden muß.

Tatsächlich ist es deutlich, daß die Nachteile als Folge der Übergangsvorgänge, das heißt derjenigen Vorgänge, die mit dem Inemgrifftreten and Außereingrifftreten der Riemenzähne mit den Riemenscheibennuten in Beziehung stehen, toleriert werden könnten, da die Abnutzung eines Riemenzahnes gering ist und beseitigt werden kann durch Austauschen des abgenutzten Riemens während eines Wartungsvorganges.

Im Gegensatz dazu ist das Zahnspringen ein plötzlich auftretender und unerwarteter Nachteil und kann zu negativen und nicht reparierbaren Folgen in einem Synchronantrieb führen.

Daher bezweckt die Erfindung, gegenwärtig verfügbare Riemenscheiben sowie die relative übertragung zwischen den Zahnriemen und den Riemenscheiben zu verbessern derart, daß gleichzeitig die beiden Probleme gelöst oder überwunden werden, die mit dem Ineingrifftreten und Außereingrifftreten der Riemenzähne mit den Riemenscheibennuten und insbesondere mit dem Zahnspringen in Beziehung stehen, wobei die Lösung derart sein soll, daß die Geräuschlosigkeit des Antriebes soweit wie möglich verbessert wird.

Daher ist ein Gegenstand der Erfindung eine Riemenscheibe für Bewegungsübertragung mit einem biegsamen Zahnriemen aus polymerem Material, wobei die Riemenscheibe Nuten oder Lücken aufweist, die sich mit Zähnen abwechseln. Gemäß der Erfindung ist eine solche Riemenscheibe dadurch gekennzeichnet, daß jede Nut zwei Flanken mit Parabelbogenprofil und einen Boden aufweist, dessen Enden mit den Spitzen der Parabelbogenprofile zusammenfallen, wobei die Länge des Bodens im wesentlichen vergleichbar ist mit der Länge jedes Parabelbogenprofils der Flanken der Nut.

Vorzugsweise ist jedes Parabelbogenprofil definiert durch die Kurve:

Y = KX²,

wobei K zwischen 0,09 und 25,83 beim Ändern der Abmessungen des Profiles liegt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

Figur 1 ist eine Querschnittsansicht einer Nut einer Riemenscheibe gemäß der Erfindung.

Figur 1a zeigt eine der Flanken der Nut gemäß Figur 1.

Figur 2 ist eine Schnittansicht der Nut einer Riemenscheibe gemäß der Erfindung mit Bezug zu einer Riemenscheibe gemäß dem Stand der Technik.

Figur 3 zeigt die Verteilung der Beanspruchungen zwischen einem Riemenzahn und der entsprechenden Riemenscheibe, und zwar sowohl bei einer Riemenscheibe gemäß der Erfindung als auch bei einer Riemenscheibe gemäß dem Stand der Technik.

Figur 4 zeigt im Querschnitt die Entlastung bzw. das Leichtermachen einer Riemenscheibe gemäß der Erfindung gegenüber bekannten Riemenscheiben bei gleichen geometrischen Abmessungen.

Figur 5 zeigt eine Abwicklung der Nuten einer Riemenscheibe und die zugehörige Riemenscheibe.

Figur 6 zeigt die Nuten zweier Riemenscheiben unterschiedlichen Durchmessers/ nämlich großen und kleinen Durchmessers, nach dem Stand der Technik.

Figur 7 zeigt einen Teil eines Antriebes mit einem Riemen und einer Riemenscheibe kleinen Durchmessers, deren Nuten gemäß dem Stand der Technik gebildet sind.

Figur 8 zeigt einen Vergleich zwischen Nuten für Riemenscheiben kleinen Durchmessers, wobei das Profil der Nuten einmal gemäß dem Stand der Technik und einmal gemäß der Erfindung gebildet ist.

-JeT-

Figur 9 zeigt einen Vergleich zwischen Nuten zweier Riemenscheiben mit vorbestimmter Gestalt, wobei die Abwälzzahnteilbahn der Abwälztangente an den Außenumfang der Riemenscheiben beibehalten ist.

Figur 10 zeigt die Bewegungsübertragung zwischen einem Riemen und einer Riemenscheibe, deren Nuten ein Profil haben, welches gemäß der Erfindung ausgebildet ist.

In Figur 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 ein Teil einer Riemenscheibe aus Metallmaterial oder aus starrem Kunststoffmaterial bezeichnet, welches Metallmaterial gleichwertig ist. Die Riemenscheibe 1 ist von einer Art, wie sie bei synchroner Bewegungsübertragung unter Verwendung eines Zahnriemens aus polymerem Material, insbesondere aus elastomerem Material mit sich in Längsrichtung erstreckenden Verstärkungseinsätzen verwendet wird.

Die Riemenscheibe 1 weist eine Mehrzahl von Zahnlücken oder Nuten 2 auf, und jede Nut 2 hat eine Gestalt, wie sie in Figur 1 dargestellt ist. Die Nuten 2 wechseln sich mit am Außenumfang der Riemenscheibe gebildeten Zähnen ab.

Die Nut 2 umfaßt zwei Flanken 5 und 6 und einen Boden 7. Insbesondere weist jede Nut 2 zwei Flanken 5 und 6 auf, die ein Parabelbogenprofil besitzen, und der Boden besitzt Enden 8 und 9, die mit den Spitzen der Parabelbögen übereinstimmen oder zusammenfallen, die mit Bezug auf ein cartesisches Koordinatensystem X, Y gezogen sind.

Bei der Ausführungsform gemäß Figur 1 ist der Boden 7 durch einen gebogenen Teil bestimmt, wobei die Krümmung auf einer Länge D nahezu geradlinig bzw. nicht vorhanden ist. Alternativ kann der Boden 7 einen Verlauf haben, der sich von dem Verlauf gemäß Figur 1 unterscheidet. Beispielsweise kann er nach außen konvex sein oder auch eine entgegengesetzte Krümmung oder auch irgendeine andere Ausführung haben mit

einem geradlinigen Teil, der mit gekrümmten Teilen abwechselt, um Vorsprünge und dergleichen hervorzurufen, das heißt Elemente, die, falls es gewünscht wird, mit dem Kamm oder Kopf der Riemenzähne in Berührung treten können.

Bei allen genannten Lösungen besitzt der Boden 7 die wesentliche Charakteristik, daß er eine Länge (in Umfangsrichtung der Riemenscheibe) hat, die mit der Länge jedes Parabelbogenprofils 5,6 vergleichbar ist.

Der Ausdruck "vergleichbar" bedeutet, daß die Strecke D zwischen den Enden 8 und 9, das heißt zwischen den Spitzen der beiden Parabelbögen gleich oder größer als 65 % der Länge jedes Parabelbogens ist, gemessen zwischen den Spitzen 8 und 9 und den radial äußersten Stellen 10 bzw. 11 der Parabelbögen 5 und 6.

Die radial aäußersten Stellen oder Punkte 10 und 11 sind diejenigen Punkte, die durch den Tangentenzustand des Umfangses eines Radius r bestimmt sind, durch welchen die Zähne 3 der Riemenscheibe 1 bestimmt sind.

Vorzugsweise ist bei allen Lösungen gemäß der Erfindung das Parabelbogenprofil der Flanken 5,6 bestimmt durch die Formel:

Y = KX²,

worin gemäß Figur 1a Y die Achse, die durch den Mittelpunkt der Riemenscheibe und durch den Punkt 8 in Figur 1, und X die Achse ist, die zur Achse Y orthogonal und ebenfalls durch den Punkt 8 verläuft.

Der Koeffizient K ist durch nachstehende Formel gegeben

K = tg² (90 -/3)

4 Yo ,

worin Yo = H - r (1 - sin/3).
Gemäß Figur 1a bedeuten:

H = Gesamthöhe (mm)

/3 = Winkel zwischen der Tangente t und der Achse Y, wobei die Tangente t für den Parabelbogen und den Berührungskreis gemeinsam ist,

r = Radius des Berührungskreises (mm)

Yo = die Ordinate relativ zum Tangentenpunkt zwischen dem Parabelbogen und dem Berührungskreis.

Der Wert der oben genannten geometrischen Parameter hat bei der vorliegenden Erfindung eine beträchtliche Bedeutung, da die Gestalt des Nutprofils und die mit einem solchen Profil erzeilten Ergebnisse von diesen Werten abhängen.

Besondere Ausführungsformen der Erfindung werden erhalten unter Beachtung der nachstehend angegebenen Grenzwerte für die oben erwähnten Parameter:

H	0	, /	15	(mm)
/3 =	8	0 _	25°
H r	2	,87 -	5
Yo 2.	0	,7 H.

K ändert sich von 0,09 bis 25,83 für Nuten einer Höhe von 0,7 bis 15 mm.

Die geometrischen Charakteristiken der seitlichen Frofile 5 und 6 und des Bodens 7 sind besonders geeignet/ um Nuten 2 für Riemenscheiben zu bilden, die eine sehr kleine Zähnezahl haben, und zwar bis zu zehn Zähne.

Weiterhin liegt vorzugsweise das Verhältnis zwischen der Breite L und der Tiefe H der Nut zwischen 1,3 und 3, wobei die Breite L

gemessen ist zwischen den Punkten 12 und 13 parallel zum Boden der Riemenscheibe. Die Punkte 12 und 13 sind bestimmt durch den Schnittpunkt der beiden Tangenten t mit einer ümfangslinie 4. Die Tiefe H wird gemessen in radialer Richtung zwischen den Punkten 14 und 15, die auf der Außenumfangslinie 4 bzw. an der Mitte des Bodens 7 liegen.

Die Ausführungsform gemäß Figur 1 kann einer Riemenscheibe entsprechen mit einer Zähnezahl Z = 38 und einem Radius R, der wie folgt bestimmt ist:

R = P χ 38 : 2 IV,

worin P die Teilung zwischen zwei benachbarten Nuten 2 der Riemenscheibe 1 ist.

Die Riemenscheibe 1 ist ein Teil eines Bewegungsübertragungsantriebes, der insgesamt wenigstens zwei Riemenscheiben, nämlich eine antreibende Riemenscheibe und eine angetriebene Riemenscheibe, und einen Zahnriemen aufweist, der aus einem Körper aus polymerem Material, insbesondere aus elastomerem Material gebildet und mit Längsverstärkungen verstärkt ist, insbesondere aus Glasfasern. Die Zähne können mit einem Schnurstoff oder dergleichen bedeckt sein. Sie können aber auch keine Bedeckung aufweisen.

Bei einem solchen Antrieb kann eine der beiden Riemenscheiben so ausgeführt sein, wie es in Figur 1 dargestellt ist.

Die zweite Riemenscheibe des Antriebes könnte mit anderen Charakteristiken wie die erste Riemenscheibe gebildet sein, beispielsweise könnten die seitlichen Profile einer der beiden Riemenscheiben geradlinige Teile haben, wobei die Nuten im wesentlichen Trapezgestalt haben.

In anderen Worten ausgedrückt, sind die Charakteristiken der Riemenscheibe gemäß Figur 1 derart, daß sie in einem bereits vorhandenen Antrieb verwendet werden kann, der mit einem bestimmten Riemen und einem entsprechenden Riemenscheibenprofil versehen ist, welches von dem Profil gemäß der Erfindung verschieden ist.

Eine Riemenscheibe gemäß der Erfindung umfaßt insbesondere die Charakteristik, daß die Profile durch Abwälzen der Schneidteilungslinie der Abwälzung am Außenumfang der Riemenscheibe gebildet sind, wie es nachstehend im einzelnen erläutert wird.

Der einer Riemenscheibe gemäß der Erfindung zugeordnete Riemen kann mit einem selbstschmierenden Schnurstoff bedeckt sein, der an den Zähnen und an den Nuten angeordnet ist, wie es in der DE-PS 20 16 830 beschrieben .ist. Alternativ kann der Riemen mit einem doppelten Schnurstoff bedeckt sein, wie es in der DE-PS 23 63 685 beschrieben ist.

Das Profil der Riemenzähne kann beispielsweise so ausgeführt sein, wie es in der US-PS 4 371 363 beschrieben ist. Der Riemen kann aber auch Zähne mit Trapezgestalt haben. Gemäß weiteren Ausführungsformen können die Riemenzähne mit einem mittleren Schlitz versehen sein, wie es in der Italienischen Patentanmeldung 19 872 A/82 beschrieben ist.

Weiterhin kann das Profil der Riemenzähne zu dem Profil der entsprechenden Riemenscheibennut konjugiert oder auch nicht konjugiert sein.

Es ist gefunden worden, daß Bewegungsubertragungsantriebe für die Zwecke der vorliegenden Erfindung besonders geeignet sind, die Zahnriemen aufweisen mit einer Teilung von 9,525 mm, einer Breite von 15 mm und einer Länge von 800 bis 1900 mm.

Diese Riemen sind Riemenscheiben zugeordnet, welche Nuten 2 gemäß Figur 1 besitzen, wobei ein übertragungsverhältnis von 1 : 2 angewendet wird. Insbesondere können die Riemen und Riemenscheibe verwendet werden bei Maschinen wie Brennkraftmaschinen, bei denen ein Riemenantrieb ein Übertragungsverhältnis von 1 : 2 hat, wobei insbesondere eine erste Riemenscheibe 21 Zähne und eine zweite Riemenscheibe 42 Zähne aufweist.

Gemäß einer anderen Ausführungsform umfaßt ein Antrieb gemäß der Erfindung einen Zahnriemen mit einem Zahnprofil gemäß US-PS 4 371 361 und zwei Riemenscheiben, von denen die antreibende Riemenscheibe 16 Zähne, und die angetriebene Riemenscheibe 32 Zähne aufweist.

Mit der vorliegenden Erfindung werden die eingangs angegebenen Zwecke erreicht. Es ist gefunden worden,.daß bei Verwendung einer Nutgestalt gemäß der Erfindung kein Springen der Riemenzähne auftritt bzw. zumindest stark verringert ist. Dies könnte darauf zurückzuführen sein, daß der Nutboden 7 eine Länge hat, die mit der Länge der Flanken 5,6 der Nut 2 vergleichbar ist, und daß die Flanken 5,6 Parabelbogengestalt haben, wobei die Spitzen oder Enden des Parabelbogens am Ende des Nutbodens 7 liegen.

Insbesondere wird durch Nutflanken, die entsprechend der nachstehend angegebenen Formel gekrümmt sind, bedeutende Verringerung des Zahnspringens und der sich daraus ergebenden Gefahr erhalten:

Y = KX²,
worin K zwischen 0,09 und 25,83 liegt.

Die Charakteristiken einer Riemenscheibe gemäß der Erfindung können anhand Figur 2 besser dargelegt werden gegenüber Riemenscheiben bekannter Art, bei denen die Nuten gleiche geometrische

Abmessungen haben, das heißt Tiefe H und Breite L,und trapezförmigen Nuten. Die bekannten Riemenscheiben können aber auch Nuten haben, die mit zwei kreisbogenförmigen Flanken 17,18 mit den Mittelpunkten O₁ und O₂, die in gleichen Abständen von der Symmetrieachse KK liegen, versehen sind, wobei der Nutboden 19 einen kurzen,geradlinigen Teil aufweist.

Die erreichten optimalen Ergebnisse werden aus der Darstellung der Figur 3 besser verstanden, in welcher die Beanspruchungen dargestellt sind, die zwischen einem Riemenzahn und einer Riemenscheibennut hervorgerufen werden, wenn der Riemenzahn sich vollständig in der Nut befindet und während des Bogens der Berührung zwischen dem Riemen und der Riemenscheibe in dieser verbleibt.

In Figur 3 sind die Beanspruchungen dargestellt in Verbindung mit einem Antrieb, der eine Riemenscheibe gemäß der Erfindung aufweist, und in Verbindung mit einem Antrieb, der eine bekannte Riemenscheibe besitzt, wie sie in Figur 2 dargestellt ist.

Derjenige Teil oder Abschnitt, der die Beanspruchungen darstellt, die bei Verwendung einer erfindungsgemäßen Nut auftreten, ist in Figur 3 mit unterbrochenen Linien gezeichnet.

Soweit es die Bewegungsübertragung zwischen den Riemenzähnen und den Riemenscheibennuten betrifft, ist festzustellen, daß das besondere Profil der Riemenzähne nicht dargestellt ist. Tatsächlich ist die nachstehend erläuterte Begründung unabhängig davon, ob die betreffenden Profile konjugiert sind oder nicht unter Berücksichtigung, daß in der betrachteten Stufe derBewegungsübertragung der betreffende Riemenzahn vollständig in die betreffende Nut eingetreten ist und als Folge der besonderen Ausbildung des Riemenzahnes aus elastomerem Material eine der Zahnflanken sich praktisch gegen das gesamte Profil der entsprechenden Nutflanke preßt.

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Bei der Ausführungsform gemäß Figur 3 ist angenommen, daß die Schubkraft P₇ die für die Bewegungsübertragung zwischen dem Riemen und der Riemenscheibe nützlich ist, für den Zahn und die Nut in eine Anzahl von kleinen Schubkräften F gleichen Wertes unterteilt werden kann, denen in Übereinstimmung mit den Kräftedreiecken, die in Figur 3 dargestellt sind, senkrechte Schubkräfte F entsprechen.

Die senkrechten Schubkräfte F haben das Bestreben zu einem Gleiten zwischen dem Zahnprofil und dem Nutprofil zu führen. Wie jedoch deutlich in Figur 3 dargestellt, sind die senkrechten Komponenten F als Folge der Parabelbogengestalt der Flanken einer Nut gemäß der Erfindung beträchtlich kleiner als in dem Fall bekannter Nuten, bei denen die Flanken nach einem Kreisbogen gestaltet sind. Dies wird in Figur 3 durch die in unterbrochenen Linien dargestellten Kräftedreiecke deutlich.

Gemäß der schematischen Darstellung in Figur 3 können bei einer Riemenscheibe gemäß der Erfindung die senkrechten Schubkräfte F Werte von ungefähr 60 % des Wertes der senkrechten Schubkräfte erreichen, die sich bei bekannten Riemenscheiben ergeben. Hierdurch ergibt sich geringere Abnutzung des Zahnriemenmaterials und insbesondere eine deutliche Verbesserung hinsichtlich der Beseitigung des Zahnspringens, das heißt des Springens zwischen den Riemenzähnen und den Riemenscheibennuten.

Die Beseitigung des Zahnspringens ist sehr günstig für alle Riemenscheiben gemäß der Erfindung verschiedenen maximalen Teilungsdurchmessers, jedoch ist diese Beseitigung noch viel bedeutender, wenn für Riemenscheiben großer Krümmung die gleichen Abmessungen für den Parabelbogen und den Abstand zwischen den Spitzen oder Enden der Parabelbögen angewendet werden, wenn nur wenige Zähne wirksam sind und daher wenn die Gefahr des Springens größer ist.

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Dann führt die Verwendung ein und derselben Nut, das heißt einer Nut mit Abmessungen gleicher maximaler Breite und maximaler Tiefe, unabhängig von dem Teilungsdurchmesser der Riemenscheibe in ein und demselben Antrieb auch zu einem weiteren Vorteil, da ohne Änderung der Berührung zwischen einem Riemenscheibenzahn und dem Riemenzahn bei Riemenscheiben mit kleinerer Zähnezahl eine größere oder breitere Lagerfläche insbesondere mit niedrigen spezifischen Drücken bestimmt ist.

Diese letztere Charakteristik ist nützlich für die Standfestigkeit und die Lebensdauer des Riemens, da, wenn die kleinere Riemenscheibe in ein und demselben Antrieb einen niedrigeren spezifischen Druck hervorruft, geringere Abnutzung der den Zahnriemen bildenden Materialien hervorgerufen wird.

Die Tatsache, daß die Spitzen oder Enden der beiden Parabelbögen in einem beträchtlichen Abstand von der mittleren Symmetrieachse KK (Figur 1) liegen, hat auch mit Bezug auf das Zahnspringen große Bedeutung.

Tatsächlich ermöglicht die genannte Lösung für Riemenscheiben gemäß der Erfindung Eingriff mit einem Riemenzahn auf einer größeren Dicke im äußeren Teil mit Bezug auf zum Stand der Technik gehörende Riemenscheiben, deren Profilbögen in Figur 2 mit 17 und 18 bezeichnet sind.

Dieser Gesichtspunkt wird aus einer Betrachtung der Figur 4 deutlicher, in welcher der schraffierte Bereich A die Verkleinerung des Metallbereiches zeigt, die bei Ausführung einer Riemenscheibe mit Parabelbogenprofil gegenüber bekannten Riemenscheiben erzielt wird, die ein Kreisbogenprofil haben bei gleicher Tiefe und gleicher maximaler Breite der Nut im oberen Eintrittsteil. Demgemäß hat eine Riemenscheibe gemäß der Erfindung geringeres Gewicht als bekannte Riemenscheiben.

- j/- 352Ü751

Die Ausbildung gemäß der Erfindung ermöglicht, wenn ein Riemenzahn sich vollständig in der Nut befindet, die Verformung einer größeren Menge elastomeren Materials im biegsamsten Teil des Riemenzahnes, so daß ein größerer Widerstand gegen die Schubkraft hervorgerufen wird, die das Bestreben hat, den Riemenzahn gegenüber der Riemenscheibe gleiten zu lassen und ihn dadurch zum Springen zu bringen, während welchem er einen Riemenscheibenzahn überspringt.

Alles dieses ist, obwohl nur als angemessene Annäherung betrachtet, demjenigen analog, was beispielsweise auftreten könnte bei einem Reifen, der weniger Luft enthält als ein anderer Reifen, der mehr Luft enthält, wobei der Reifen, der weniger Luft enthält, eine breitere Aufstandsfläche, das heißt eine breitere Fläche der Berührung mit dem Erdboden als der mehr Luft enthaltende Reifen hat, was beim Bremsen zu geringerer Rutschneigung führt, da eine größere Menge elastomeren Materials verformt wird.

In der Praxis besteht bei einer Ausführung gemäß der Erfindung bei Auftreten großer Schubkräfte für den Riemenzahn das Bestreben, zunehmend zusammengedrückt zu werden, wobei eine größere Anzahl von Lagen oder Schichten des elastomeren Materials des Riemenzahnes an dem Zusammendrücken beteiligt wird, bevor der Zahn aus der Riemenscheibennut austritt und den benachbarten Riemenscheibenzahn überspringt.

Die erhaltenen Ergebnisse sind überraschend. Tatsächlich lehrt die US-PS 3 756 091 , die in einem Rieiaenzahn vorhandene Menge an elastomeren Materials mit Bezug bzw. gegenüber der in einem trapezförmigen Zahn vorhandene Menge zu verringern. Die vorliegende Erfindung verfolgt einen entgegengesetzten Weg, wobei anstelle der Verringerung und Beseitigung von Material aus dem elastomeren Teil üblicher Riemen die Dicke des Riemenscheibenzahnes verringert wird, wie es in Figur 4 schematisch durch die schrägen Linien im Bereich A angegeben ist. Dies bedeutet, daß gemäß der Erfindung gegenüber bekannten Riemen-

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scheiben eine gewisse Menge des Materials der Riemenscheibe entfernt wird. Als Folge dieser Entfernung von Material von der Riemenscheibe ergibt sich eine Verringerung der Masse, was wiederum zu einer Verringerung von Schwingungen und Geräuscherzeugung führt.

Der erzielte Vorteil ergibt sich deutlich bei der Betrachtung der Figur 4. Tatsächlich ist aus dieser Figur ersichtlich, daß die Verringerung der Masse für wenigstens eine der beiden Riemenscheiben beträchtlich ist, wobei diese Verringerung wie folgt ausgedrückt wird:

2 χ A χ 1 χ n,

worin 1 = die Abmessung rechtwinkelig zur Zeichenebene, das heißt die Breite der Riemenscheibe, und η = die Anzahl der Nuten ist.

Das Ergebnis, welches sich aus der Anwendung der Formel ergibt, muß dann auf den Antrieb mit den beiden Riemenscheiben (eine antreibende Riemenscheibe und eine angetriebene Riemenscheibe) erstreckt werden, so daß sich eine entsprechende Verringerung der beteiligten schweren Massen ergibt, die allgemein durch metallene Riemenscheiben dargestellt sind.

Weiterhin tragen die wesentlichen Eigenschaften einer Riemenscheibe gemäß der Erfindung in großem Ausmaß dazu bei, das Verhalten in der Stufe der Trennung der Riemenzähne von den Riemenscheibennuten zu verbessern.

Dieses Ergebnis wird erhalten insbesondere auch bei Antrieben, die wenigstens eine gemäß der Erfindung ausgebildete Riemenscheibe und einen Riemen aufweisen, dessen Zähne unterschiedliche Gestalt haben können, beispielsweise Trapezgestalt, Kreisbogengestalt oder Zähne mit Flanken in Form von Parabelbögen, die am Kamm des Zahnes mit einer Nut versehen sind oder keine Nut aufweisen.

-YT-

Tatsächlich ist es bei solchen Antrieben als Folge der charakteristischen Gestalt der Parabelbogenflanken gemäß der Erfindung und dem erfindungsgemäßen Abstand zwischen den Spitzen oder Enden der beiden Parabelbögen in vorteilhafter Weise ermöglicht, daß zwischen den Riemenzähnen und den Riemenscheibennuten progressiver und allmählicher Eingriff stattfindet.

Diese Situation des günstigen Eingriffs ist durch die besondere Gestalt der Riemenscheibenflanken bestimmt, das heißt durch eine Gestalt, die charakterisiert ist durch erste infinitesimale nahezu geradlinige Teile, das heißt Teile, die geringe Krümmung haben, und durch nachfolgende Teile, die eine Krümmung haben, die sich mehr und mehr erhöht bis zum Endpunkt des Nutbodens, und zwar nach einer speziellen Kurve, die durch den Wert des Parameters K bestimmt ist.

Als Folge wird gerade zufolge der Allmähligkeit der Krümmung der Nutflanke der Riemenzahn geführt und in der Stufe des Eingriffs in eine Berührung gezwungen, die allmählich erfolgt, wobei eine gewünschte und vorbestimmte Verformung des elastomeren Teiles des Zahnes stattfindet.

In anderen Worten ausgedrückt, ist bei Verwirklichung der Erfindung der Eingriffsschritt geführt unabhängig von dem Profil der Riemenzähne, wobei durch die Gestalt der Flanken der Riemenscheibennuten die Riemenzähne verformt werden insgesamt derart, daß kontinuierliche Kontrolle oder Steuerung des Eingriffes (Auflaufen oder Einlaufen) erhalten wird. Hierbei werden in jedem Fall die Verformungen dauernd beibehalten, so daß die sich eraebenden unvermeidbaren Gleitbewegungen und zugehörige Abnutzung auf sehr kleine Werte verringert werden als Folge der genannten graduellen Krümmung der Nutflanken.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist eine Nut mit parabelförmigen Flanken gemäß vorstehender Beschreibung, die durch eine Abwälzung 20 (hob 20) (Figur 5) gebildet ist, deren Schneidteilung 21 (cutting pitch 21) an

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den Außenumfang 22 der Riemenscheibe tangential verläuft.

Um dieses besondere Merkmal der Erfindung näher zu erläutern, wird Bezug genommen auf die schematische Darstellung der Figur 5, in welcher die Abwicklung oder Abwäl·zung 20 gemäß dem Stand der Technik das Profil der Riemenscheibennut hervorruft in einer Art und Weise, die vollständig verschieden von der gerade oben beschriebenen Art und Weise ist, das heißt, daß bei der Art und Weise nach dem Stand der Technik die Teilungslinie 23 an die Teilungslinie der Riemenscheibe tangential verläuft mit einem Umfang eines Durchmessers <j> und auf dieser letzteren Teilungslinie abrollt.

Wie aus Figur 5 ersichtlich, hat die Teilungslinie (pitch line) der Abwälzung oder Abwicklung einen Abstand a von der Linie, welche den Fuß der Abwicklungsζahne begrenzt, und auch einen Abstand a vom Außenumfang der Riemenscheibe zum Durchmesser T .., von welchem die Nuten erzeugt werden.

Nach der Bestimmung der Abwicklungs— oder Abwälzteilung P und der Anzahl Z der Nuten und Zähne, die an einer Riemenscheibe erzeugt werden sollten, ist die Situation durch die nachstehende Formel bestimmt:

P = ( £ ₁ + 2a)

Wenn der bekannten Technik gefolgt wird, wird festgestellt, daß die Profile der Nuten der Riemenscheibe sich in Übereinstimmung mit dem Abroll·- oder Abwälzdurchmesser ander« bzw. unterscheiden.

Dieser Umstand führt zu negativen Aspekten, wenn Profile der Nuten an Riemenscheiben immer kleineren Durchmessers erzeugt werden sollen, beispielsweise an Riemenscheiben mit zehn Zähnen, einer Teilung von 3 mm oder 20 mm und daher mit einem Durchmesser von 9,55 bzw. 64 mm.

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Dies ist ersichtlich aus den sehr kantenförmigen oder eckigen Gestaltungen und aus der Änderung der Neigung der Flanken der Nuten beim übergang von einer großen Riemenscheibe 25 zu einer kleinen Riemenscheibe 26, wie dies in Figur 6 schematisch dargestellt ist.

Es ist ersichtlich, daß bei Riemenscheiben kleinen Durchmessers das Vorhandensein ausgeprägter Kanten in der Berührungszone 27 und die Neigung der Flanken zu einer Entfernung von den Flanken des Riemenzahnes führen, was zu einer übermäßigen Beanspruchungskonzentration am Fuß des Riemenzahnes, wie es in Figur 7 durch die Pfeile F.. angedeutet ist, und zu einer Verringerung oder Reduktion in dem Bereich der Berührung zwischen dem Riemen und der Riemenscheibe führt.

Diese beiden Effekte stellen den Hauptgrund für die kurze Lebensdauer und den geringen Widerstand gegen Zahnspringen in bekarinten Antrieben dar, welche Riemenscheiben kleinen Durchmessers aufweisen.

Tatsächlich erzeugt die Kante eine schnelle Abnutzung der Riemenfläche während des Einlaufens des Riemens oder Auflaufens auf die Riemenscheibe und auch während des Eingriffes, und die Beanspruchung am Fuß des Zahnes ist zu sehr konzentriert, so daß die bekannten Ermüdungsrisse hervorgerufen werden.

Weiterhin ist es aus Figur 7 ersichtlich, daß als Folge der kleinen Berührungsfläche zwischen dem Riemen und der Riemenscheibe es möglich ist, daß ein Zahnspringen auftritt.

Im Gegensatz zu dem, was hinsichtlich des Standes der Technik erläutert wurde, ist nunmehr gemäß der Erfindung gefunden worden, daß es möglich ist, die oben genannten Nachteile zu beseitigen durch Verwendung von Profilen für die Riemenscheibennuten, die durch Abrollen ohne Gleiten der Abwälz-Schneidteilungslinie 21 (hob cutting pitch line 21) an dem Außenum-

^Λ Γ Λ Π 'T f Λ

0OZu / O1

JtS

fang 22 der Riemenscheibe (Figur 5) erzeugt sind, was bedeutet, daß der Abstand a auf Null zurückgeführt ist.

Eine mögliche Erklärung für die Vorteile, die als Folge der Verwendung der Profile gemäß der Erfindung erzielt werden, kann aus der Tatsache abgeleitet werden, daß, wenn die Abwälz-Rollteilungslinientangente an dem Außenumfang der Riemenscheibe angeordnet wird, es möglich ist, für alle während des Abrollens oder Abwälzens erzeugten Punkte der Profile eine Annäherung dieser Punkte an die Mittelpunkte der augenblicklichen Drehung erhalten werden kann.

In anderen Worten ausgedrückt haben gemäß der Erfindung die Punkte der Profile der Nuten kleinere Radien gegenüber bekannten Lösungen, so daß eine mehr graduelle und ausgeprägte Krümmung in den gekrümmten Teilen der Nuten erzielt werden, wobei das Ergebnis erhalten wird, daß auch die Kanten 27 der in Figur 6 dargestellten Nuten beseitigt oder zumindest stark verringert werden.

Demgemäß kann festgestellt werden, daß Riemenscheiben gemäß der Erfindung nicht nur Nuten haben mit Parabelbogenprofil, welches unabhängig von der Zahngestalt für das Auflaufen und Ablaufen bzw. Einlaufen und Auslaufen auf bzw. in und von bzw. aus der Riemenscheibe geeignet ist, sondern daß auch diese Profile mit einem Abstand a von im wesentlichen Null für Riemenscheiben kleinen Durchmessers insbesondere in den Berührungszonen beibehalten oder aufrechterhalten werden.

Diese Situation ist für eine bessere Beschreibung zweier Riemenscheiben kleinen Druchmessers, beispielsweise von Riemenscheiben 28 und 29 in Figur 8 schematisch dargestellt, wobei die erste Riemenscheibe mit Nuten versehen ist, die mit einem Abstand a von Null erzeugt sind, und wobei die zweite Riemenscheibe mit Nuten versehen ist, die mit einem Abstand a von größer als Null erzeugt sind. Figur 9 zeigt weiterhin deutlich das Nichtvorhandensein von Kanten in der oberen Berührungszone

352Ü751

einer Nut mit einem Profil gemäß einem Parabelbogen, wobei der Abstand a Null ist, wobei der Riemen von einer Riemenscheibe 30 großen Durchmessers zu einer Riemenscheibe 31 kleineren Durchmessers läuft.

Eine optimale Situation wird durch die Erfindung erreicht, insbesondere hinsichtlich einer breiten oder großen Berührungszone zwischen dem Riemen und der Riemenscheibe, und diese optimale Situation ist in Figur 10 unter Verwendung des Bezugszeichens 32 schematisch dargestellt.

Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen möglich.

ORIGINAL INSFECTED

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Claims

"Riemenscheibe für Bewegungsübertragung mit einem biegsamen Zahnriemen"

Beanspruchte Priorität:

11. Juni 1984 - Italien - 21 346 A/84

Patentansprüche

1. Riemenscheibe für Bewegungsübertragung mit einem biegsamen Zahnriemen aus polymerem Material, wobei die Riemenscheibe eine Mehrzahl von Nuten aufweist, die sich mit Zähnen abwechseln,

dadurch gekennzeichnet, daß jede Nut (2) zwei Flanken (5,6), die ein Parabelbogenprofil besitzen, und einen Boden (7) aufweist, dessen Enden mit den Spitzen der Parabelbogenprofile zusammenfallen, und daß die Länge des Bodens im wesentlichen vergleichbar ist mit der Länge jedes Parabelbogenprofils der Nutflanken.

2. Riemenscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Parabelbogenprofil durch folgende Kurve bestimmt ist:

Y = KX²,

worin K bei sich ändernden Dimensionen des Profils zwischen 0,09 und 25,83 liegt.

3. Riemenscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (7) der Nut (2) im wesentlichen eben ist.

4. Riemenscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil der Nut (2) bestimmt ist durch die Abrolltei-r.. lungslinie (rolling pitch line) der Abwicklungs- oder Abwälztangente an den Außenumfang der Riemenscheibe.

5. Riemenscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen der Länge des Bodens (7) und der Länge jedes Parabelbogenprofils (5,6) in der Nut (2) gleich oder höchstens größer als 0,65 ist.

6. Riemenscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tangenten der beiden radial äußersten Punkte (10,11) der Parabelbogenprofile (5,6) mit den Radien der Riemenscheibe, die durch die beiden Punkte der Berührung der Parabeln mit dem Boden (7) der Nut hindurchgehen, eine Kante zwischen 8° und 25° bilden.

7. Riemenscheibe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen der Breite und der Tiefe der Nut (2) zwischen 1,3 und 3 liegt.

8. Synchronantrieb für Bewegungsübertragung zwischen einem Zahnriemen aus polymerem Material und wenigstens zwei Riemenscheiben, nämlich einer antreibenden Riemenscheibe und einer angetriebenen Riemenscheibe, wobei der Riemen Zähne aufweist, die sich mit Nuten abwechseln für Eingriff mit eintsprechenden Nuten und Zähnen der Riemenscheiben, dadurch gekennzeichnet, daß bei wenigstens einer der Riemenscheiben jede Nut zwei seitliche Profile mit variablem Krümmungsradius aufweist, die Profile durch zwei Parabelbögen allmählich oder graduell gebildet

sind, deren Spitzen auf einer Linie liegen, die den Boden (7) der Nut bildet, und daß die Länge des Bodens mit der Länge jedes Parabelbogenprofils im wesentlichen vergleichbar ist und die Kurve jeder Parabel gemäß nachstehender Formel gebildet ist:

Y = KX².

9. Antrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten jeder Riemenscheibe durch die Parabelbogenprofile und durch den Boden begrenzt sind, dessen Enden die Spitzen der beiden Parabelbögen sind.

10. Antrieb nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten der beiden Riemenscheiben gleiche Gestalt und gleiche Abmessungen haben.

11. Antrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Riemenscheibennuten größer ist als die Höhe der entsprechenden Riemenzähne. ^

12. Antrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Profile der Nuten der beiden Riemenscheiben durch eine Abwicklung oder eine Abwälzung erzeugt sind, deren Schneidteilungslinie (cutting pitch line) ohne Gleiten an dem Außenumfang der Riemenscheibe abrollt oder sich abwälzt.