DE3520751C2

DE3520751C2 - Zahnriementrieb

Info

Publication number: DE3520751C2
Application number: DE3520751A
Authority: DE
Inventors: Vincenzo Macchiarulo; Ezio Marcelli
Original assignee: Dayco PTI SpA
Current assignee: Dayco PTI SpA
Priority date: 1984-06-11
Filing date: 1985-06-10
Publication date: 1997-09-18
Anticipated expiration: 2005-06-11
Also published as: SE465589B; FI852309A0; AU4345985A; DK258685A; ES287660Y; ES287660U; NO165125B; DK258685D0; IT8421346A0; DK160520C; GB2159602A; US4696665A; GB2159602B; DK160520B; ATA154085A; LU85938A1; JPS6110168A; BR8502826A; FI79749C; IT1174166B

Description

Die Erfindung betrifft einen Zahnriementrieb, umfassend einen biegsamen Zahnriemen aus polymerem Material und wenigstens eine Riemenscheibe.

Bekanntlich gibt es zwei Hauptprobleme, die bei der Übertragung von Bewegung mittels eines Zahnriementriebes auftreten.

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

Das zweite Problem besteht darin, das sogenannte Skipping bzw. Springen des Zahnriemens aus der Nut der Riemenscheibe zu ver hindern, mit welcher der Zahnriemen sich für synchrone Bewe gungsübertragung 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 begrenzt auf eine Zeit, die mit Bezug auf die echte oder tat sächliche Eingriffszeit zeitlich definiert werden kann.

Bei den genannten Schritten sind die zwischen dem Riemen und der Kiemenscheibe ausgetauschten Kräfte praktisch Gleitkräfte, die für die Bewegungsübertragung nicht nützlich und 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 er gebende Abnutzung des aus einem elastomeren Material gebildeten Riemens mit der Folge, daß die Außenfläche des Riemens der Wir kung 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 ge änderten Profil der Riemenzähne und dem unveränderten Profil der Riemenscheibennut ein Spielraum und Geräusch ergeben.

Das zweite zu lösende Problem betrifft den nützlichen Schritt der Bewegungsübertragung. Dieses Problem ist während einer be trächtlich längeren Zeit als dasjenige Problem vorhanden, wel ches das Einlaufen des Zahnriemens in die Riemenscheibennut und das Auslaufen aus dieser betrifft. Tatsächlich bleiben die Rie menzähne 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 Riemen scheibe, um welche der Riemen läuft, insbesondere, wenn ver gleichsweise große Übersetzungsverhältnisse verwendet werden. In diesem Fall kann der Riemen, da er einen starren Einsatz enthält, der Krümmung der Riemenscheibe kleineren Durchmessers schwer folgen.

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

Es ist zu verstehen, daß, je kleiner die Anzahl der Zähne der jenigen 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 Tech nik ausgeprägter, bei welcher das Bestreben besteht, bei einer der beiden Riemenscheiben des Antriebs eine sehr kleine Zähne zahl zu verwenden und gleichzeitig immer größere Leistungen zu übertragen.

Es ist daher verständlich, daß die gegenwärtige Technik Lösun gen 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 Ineingrifftreten und Außereingrifftreten der Riemenzähne mit den Riemenscheibennuten in Beziehung stehen, toleriert werden könnten, da die Abnutzung eines Riemenzahnes gering ist und be seitigt werden kann durch Austauschen des abgenutzten Riemens während eines Wartungsvorganges.

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

Daher bezweckt die Erfindung, gegenwärtig verfügbare Riemen scheiben sowie die Übertragung zwischen den Zahnriemen und den Riemenscheiben zu verbessern derart, daß gleichzeitig die bei den Probleme gelöst oder überwunden werden, die mit dem Inein grifftreten 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 Antriebs so weit wie möglich verbessert wird.

Eine Ausführungsform eines Zahnriementriebes gemäß der Erfin dung ist durch den Patentanspruch 1 definiert.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist durch einen Zahn riemenantrieb gemäß Patentanspruch 7 definiert.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den den Ansprüchen 1 und 7 zugeordneten Unteransprüchen angegeben.

Aus der DE-OS 30 19 427 ist ein Zahnriemen bekannt, dessen Zäh ne parabelförmige Flanken haben. Irgendwelche Angaben über die Gestalt der Riemenscheibennuten sind nicht gemacht. Weiterhin ist aus der DE-OS 31 46 975 ein Zahnriementrieb der einleitend genannten Art bekannt, bei welchem die Zahnriemenzähne ebene Flanken, die durch eine gewölbte Stirnfläche miteinander ver bunden sind, und die Riemenscheibennuten dementsprechende ebene Flanken aufweisen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispiels weise erläutert.

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht einer Nut einer Riemen scheibe gemäß der Erfindung.

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

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

Fig. 3 zeigt den Kräftevergleich 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.

Fig. 4 zeigt im Querschnitt das Leichtermachen einer Riemen scheibe gemäß der Erfindung gegenüber bekannten Riemen scheiben bei gleichen geometrischen Abmessungen.

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

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

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

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

Fig. 9 zeigt einen Vergleich zwischen Nuten zweier Riemen scheiben, wobei die Abwälzteilungslinie der Tangente des Abwälzteils an den Außenumfang der Riemenscheiben beibehalten ist.

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

In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 ein Teil einer Riemen scheibe aus Metallmaterial oder aus starrem Kunststoffmaterial bezeichnet, welches Metallmaterial gleichwertig ist. Die Rie menscheibe 1 ist von einer Art, wie sie bei synchroner Bewe gungsübertragung unter Verwendung eines Zahnriemens aus elasto merem Material mit sich in Längsrichtung erstreckenden Verstär kungseinlagen verwendet wird.

Die Riemenscheibe 1 weist eine Mehrzahl von Zahnlücken oder Nu ten 2 auf, und jede Nut 2 hat eine Gestalt, wie sie in Fig. 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. Insbe sondere weist jede Nut 2 zwei Flanken 5 und 6 auf, die ein Pa rabelbogenprofil besitzen, und der Boden besitzt Enden 8 und 9, die mit den Enden der Parabelbögen übereinstimmen oder zusam menfallen, die den Ursprung eines cartesischen Koordinatensy stems X, Y bilden.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist der Boden 7 durch ei nen gebogenen Teil bestimmt, wobei die Krümmung auf einer Strecke D nahezu geradelinig bzw. nicht vorhanden ist. Alterna tiv kann der Boden 7 einen Verlauf haben, der sich von dem Ver lauf gemäß Fig. 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 Kopf der Riemenzähne in Berührung tre ten können.

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

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

Die radial äußersten Stellen oder Punkte 10 und 11 sind dieje nigen Punkte, an denen der Teil des Umfanges 4 eines Radius r, durch welchen die Zähne 3 der Riemenscheibe 1 bestimmt sind, tangential zu dem Parabelbogen verläuft (Fig. 1).

Bei allen Lösungen gemäß der Erfindung ist das Parabelbogenpro fil der Flanken 5, 6 bestimmt durch die Formel:

Y = K X²,

worin gemäß Fig. 1a Y die Achse, die durch den Mittelpunkt der Riemenscheibe und durch den Punkt 8 in Fig. 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:

worin Yo = H - r (1 - sinβ).

Gemäß Fig. 1a bedeuten:
H = Gesamthöhe (mm)
β = Winkel zwischen der Tangente t und der Achse Y, wobei die Tangente t für den Parabelbogen und den Berührungs kreis 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 Ge stalt des Nutprofils und die mit einem solchen Profil erzielten Ergebnisse von diesen Werten abhängen.

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

H
= 0,7-15 (mm)
β	= 8°-25°
H	= 2,87-5
r @	Yo	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 Profile bzw. Flanken 5 und 6 und des Bodens 7 sind besonders geeignet, um Nuten 2 für Riemenscheiben zu bilden, die eine sehr kleine Zäh nezahl 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 Bo den der Riemenscheibe. Die Punkte 12 und 13 sind bestimmt durch den Schnittpunkt der beiden Tangenten t mit der Umfangslinie 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 Fig. 1 kann einer Riemenscheibe ent sprechen mit einer Zähnezahl Z = 38 und einem Radius R, der wie folgt bestimmt ist:

R = P × 38 : 2π,

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

Die Riemenscheibe 1 ist ein Teil eines Bewegungsübertragungsan triebes, der insgesamt wenigstens zwei Riemenscheiben, nämlich eine antreibende Riemenscheibe und eine angetriebene Riemen scheibe, und einen Zahnriemen aufweist, der aus einem Körper aus elastomerem Material gebildet und mit Längsverstärkungen verstärkt ist, insbesondere aus Glasfasern. Die Zähne können mit einem Textilstoff 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 Fig. 1 dargestellt ist.

Die zweite Riemenscheibe des Antriebes könnte mit anderen Cha rakteristiken wie die erste Riemenscheibe gebildet sein, bei spielsweise könnten die seitlichen Profile einer der beiden Riemenscheiben geradlinige Teile haben, wobei die Nuten im we sentlichen Trapezgestalt haben.

In anderen Worten ausgedrückt, sind die Charakteristiken der Riemenscheibe gemäß Fig. 1 derart, daß diese in einem bereits vorhandenen Antrieb verwendet werden kann anstelle einer Rie menscheibe nach dem Stand der Technik.

Der einer Riemenscheibe gemäß der Erfindung zugeordnete Riemen kann mit einem selbstschmierenden Textilstoff 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 Textilstoff 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 DE-33 06 488 A1 beschrie ben ist.

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

Es ist gefunden worden, daß Bewegungsübertragungsantriebe 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.

Diesen Riemen sind Riemenscheiben zugeordnet, welche Nuten 2 gemäß Fig. 1 besitzen, wobei ein Übersetzungsverhältnis von 1 : 2 angewendet wird. Insbesondere können die Riemen und Riemen scheiben verwendet werden z. B. bei Brennkraftmaschinen, bei de nen ein Riemenantrieb ein Übersetzungsverhältnis 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 ei ner Nutgestalt gemäß der Erfindung kein Springen der Riemenzäh ne 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 Enden des Parabelbogens am Ende des Nutbodens 7 liegen.

Insbesondere wird durch Nutflanken, die entsprechend der nach stehend angegebenen Formel gekrümmt sind, eine bedeutende Ver ringerung des Zahnspringens und der sich daraus ergebenden Ge fahr erhalten:

Y = KX²,

worin K zwischen 0,09 und 25,83 liegt.

Die Charakteristiken einer Riemenscheibe gemäß der Erfindung können anhand der Fig. 2 besser dargelegt werden gegenüber Riemenscheiben bekannter Art, bei denen die Nuten gleiche geo metrische Abmessungen haben, das heißt Tiefe H und Breite L, und trapezförmige 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 Abstän den von der Symmetrieachse KK liegen, versehen sind, wobei der Nutboden 19 einen kurzen, geradlinigen Teil aufweist.

Die erreichten Ergebnisse werden aus der Darstellung der Fig. 3 besser verstanden, in welcher die Kräfte dargestellt sind, die zwischen einem Riemenzahn und einer Riemenscheibennut her vorgerufen werden, wenn der Riemenzahn sich vollständig in der Nut befindet und während der Berührung zwischen dem Riemen und der Riemenscheibe in dieser verbleibt.

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

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

Soweit es die Bewegungsübertragung zwischen den Riemenzähnen und den Riemenscheibennuten betrifft, ist festzustellen, daß das jeweilige Profil der Riemenzähne nicht dargestellt ist. Tatsächlich ist die nachstehend erläuterte Begründung unabhän gig davon, ob die betreffenden Profile konjugiert sind oder nicht unter Berücksichtigung, daß in dem betrachteten Zustand der Bewegungsübertragung der betreffende Riemenzahn vollständig in die betreffende Nut eingetreten ist und als Folge der beson deren Ausbildung des Riemenzahnes aus elastomerem Material eine der Zahnflanken sich gegen das Profil der entsprechenden Nut flanke preßt.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist angenommen, daß die horizontale Schubkraft P, die für die Bewegungsübertragung zwi schen dem Riemen und der Riemenscheibe nützlich ist, für den Zahn und die Nut in eine Anzahl von kleinen horizontalen Schub kräften F_p jeweils gleichen Wertes unterteilt werden kann, de nen in Übereinstimmung mit den Kräftedreiecken, die in Fig. 3 dargestellt sind, senkrechte Schubkräfte F_n entsprechen.

Die senkrechten Schubkräfte F_n haben das Bestreben, zu einem Gleiten zwischen dem Zahnprofil und dem Nutprofil zu führen. Wie jedoch deutlich in Fig. 3 dargestellt, sind die senkrech ten Komponenten F_n als Folge der Parabelbogengestalt der Flan ken 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 Fig. 3 durch die in unterbrochenen Linien dargestellten Kräftedreiecke deutlich.

Gemäß der schematischen Darstellung in Fig. 3 können bei einer Riemenscheibe gemäß der Erfindung die senkrechten Schubkräfte F_n Werte von lediglich ungefähr 60% des Wertes der senkrechten Schubkräfte erreichen, die sich bei bekannten Riemenscheiben ergeben. Hierdurch ergibt sich geringere Abnutzung des Zahnrie menmaterials und insbesondere eine deutliche Verbesserung hin sichtlich der Beseitigung des Zahnspringens, das heißt des Springens zwischen den Riemenzähnen und den Riemenscheibennu ten.

Die Beseitigung des Zahnspringens ist sehr günstig für alle er findungsgemäßen Riemenscheiben verschiedenen Teilungsdurchmes sers, jedoch ist diese Beseitigung noch viel bedeutender, wenn für Riemenscheiben großer Krümmung die gleichen Abmessungen für den Parabelbogen und den Abstand zwischen den Enden der Para belbögen angewendet werden, wenn nur wenige Zähne wirksam sind und wenn daher die Gefahr des Springens größer ist.

Dann führt die Verwendung ein und derselben Nut, das heißt ei ner 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 Lagerfläche bzw. Berührungsfläche zwischen den Riemenzähnen und den Riemenscheibennuten mit niedrigeren spezi fischen Drücken bestimmt ist.

Diese letztere Charakteristik ist nützlich für die Standfestig keit 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 Enden der beiden Parabelbögen in einem beträchtlichen Abstand von der mittleren Symmetrieachse KK (Fig. 1) liegen, hat auch mit Bezug auf das Zahnspringen große Bedeutung. Tatsächlich ermöglicht die genannte Lösung für Rie menscheiben gemäß der Erfindung den Eingriff mit einem Riemen zahn größerer Dicke desselben im äußeren Teil mit Bezug auf zum Stand der Technik gehörende Riemenscheiben, deren Profilbögen in Fig. 2 mit 17 und 18 bezeichnet sind.

Dieser Gesichtspunkt wird aus einer Betrachtung der Fig. 4 deutlicher, in welcher der schraffierte Bereich A die Verklei nerung des Metallbereiches zeigt, die bei Ausführung einer Rie menscheibe gemäß der Erfindung gegenüber bekannten Riemenschei ben erzielt wird, die ein Kreisbogenprofil haben bei gleicher Tiefe und gleicher maximaler Breite der Nut im oberen Ein trittsteil. Demgemäß hat eine Riemenscheibe gemäß der Erfindung geringeres Gewicht als bekannte Riemenscheiben.

Die Ausbildung gemäß der Erfindung ermöglicht, wenn ein Riemen zahn 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 horizon tale Schubkraft hervorgerufen wird, die das Bestreben hat, den Riemenzahn gegenüber der Riemenscheibe gleiten zu lassen und ihn dadurch zum Springen zu bringen, d. h. daß er einen Riemen scheibenzahn überspringt.

Alles dieses ist, obwohl nur als angemessene Annäherung be trachtet, demjenigen analog, was beispielsweise auftreten könn te 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 Materi als verformt wird.

In der Praxis besteht bei einer Ausführung gemäß der Erfindung bei Auftreten großer horizontaler Schubkräfte für den Riemen zahn das Bestreben, zunehmend zusammengedrückt zu werden, wobei ein größerer Teil des elastomeren Materials des Riemenzahnes an dem Zusammendrücken beteiligt wird, bevor der Zahn aus der Rie menscheibennut austritt und den benachbarten Riemenscheibenzahn überspringt.

Die erhaltenen Ergebnisse sind überraschend. Tatsächlich lehrt die US-PS 3 756 091, die in einem Riemenzahn vorhandene Menge von elastomerem Material gegenüber der in einem trapezförmigen Zahn vorhandenen Menge zu verringern. Die vorliegende Erfindung verfolgt einen entgegengesetzten Weg, wobei anstelle der Ver ringerung und Beseitigung von Material aus dem elastomeren Teil üblicher Riemen die Abmessung des Riemenscheibenzahnes in Um fangsrichtung verringert wird, wie es in Fig. 4 schematisch durch die schrägen Linien im Bereich A angegeben ist. Dies be deutet, daß gemäß der Erfindung gegenüber bekannten Riemen 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 wie derum zu einer Verringerung von Schwingungen und Geräuscherzeu gung führt.

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

2 × A × 1 × n,

worin 1 = die Abmessung rechtwinklig zur Zeichenebene, das heißt die Dicke der Riemenscheibe, und n = 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 me tallene Riemenscheiben dargestellt sind.

Weiterhin tragen die wesentlichen Eigenschaften einer Riemen scheibe gemäß der Erfindung in großem Ausmaß dazu bei, das Ver halten im Zustand der Trennung der Riemenzähne von den Riemen scheibennuten zu verbessern.

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

Tatsächlich ist es bei solchen Antrieben als Folge der charak teristischen Gestalt der Parabelbogenflanken gemäß der Erfin dung und dem erfindungsgemäßen Abstand zwischen den Enden der beiden Parabelbögen in vorteilhafter Weise ermöglicht, daß zwi schen 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 ei ne 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 wegen der allmählichen Zunahme der Krüm mung der Nutflanke der Riemenzahn geführt und beim Eingriff 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 Er findung der Eingriffsschritt geführt unabhängig von dem Profil der Riemenzähne, wobei durch die Gestalt der Flanken der Rie menscheibennuten die Riemenzähne verformt werden insgesamt der art, daß kontinuierliche Steuerung des Eingriffes erhalten wird. Hierbei werden in jedem Fall die Verformungen dauernd beibehalten, so daß die sich ergebenden unvermeidbaren Gleitbe wegungen und zugehörige Abnutzung auf sehr kleine Werte verrin gert werden als Folge der genannten allmählich zunehmenden Krümmung der Nutflanken.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist ei ne Nut mit parabelförmigen Flanken gemäß vorstehender Beschrei bung, die durch einen Abwälzungsteil 20 (Fig. 5) gebildet ist, dessen Teilungslinie 21 an dem Außenumfang 22 der Riemenscheibe tangential verläuft.

Um dieses besondere Merkmal der Erfindung näher zu erläutern, wird Bezug genommen auf die schematische Darstellung der Fig. 5, in welcher der Abwicklungsteil oder Abwälzungsteil 20 gemäß dem Stand der Technik das Profil der Riemenscheibennut hervor ruft 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 Teilungs linie 23 an die Teilungslinie der Riemenscheibe tangential ver läuft bei einem Umfang der Riemenscheibe eines Durchmessers Φ1 und auf dieser letzteren Teilungslinie abrollt.

Wie aus Fig. 5 ersichtlich, hat die Teilungslinie des Abwäl zungsteils einen Abstand a von der Linie, welche den Fuß der Zähne des Abwälzungsteils begrenzt, und auch einen Abstand a vom Außenumfang der Riemenscheibe des Durchmessers Φ₁, von wel chem 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 nachstehen de Formel bestimmt:

Wenn der bekannten Technik gefolgt wird, wird festgestellt, daß die Profile der Nuten der Riemenscheibe sich in Übereinstimmung mit dem Abroll- oder Abwälzdurchmesser ändern bzw. unterschei den.

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

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 Fig. 6 schematisch dar gestellt ist.

Es ist ersichtlich, daß bei Riemenscheiben kleinen Durchmessers das Vorhandensein ausgeprägter Kanten in der Berührungszone 27 und der Neigung der Flanken zu einer Entfernung von den Flanken des Riemenzahnes führt, was zu einer übermäßigen Beanspru chungskonzentration am Fuß des Riemenzahnes, wie es in Fig. 7 durch die Pfeile F angedeutet ist, und zu einer Verringerung des Bereichs der Berührung zwischen dem Riemen und der Riemen scheibe führt.

Diese beiden Effekte stellen den Hauptgrund für die kurze Le bensdauer und den geringen Widerstand gegen Zahnspringen in be kannten Antrieben dar, welche Riemenscheiben kleinen Durchmes sers aufweisen.

Tatsächlich erzeugt die Kante eine schnelle Abnutzung der Rie menfläche während des Einlaufens des Riemens oder Auslaufens 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 Fig. 7 ersichtlich, daß als Folge der kleinen Berührungsfläche zwischen dem Riemen und der Riemen scheibe 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 wor den, daß es möglich ist, die oben genannten Nachteile zu besei tigen durch Verwendung von Profilen für die Riemenscheibennu ten, die durch Abrollen der Abwälz-Teilungslinie 21 an dem Au ßenumfang 22 der Riemenscheibe (Fig. 5) erzeugt sind, was be deutet, 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 Ab wälz-Teilungslinie tangential an dem Außenumfang der Riemenscheibe angeordnet wird, es möglich ist, für alle während des 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 bekann ten Lösungen, so daß eine mehr graduelle und ausgeprägte Krüm mung in den gekrümmten Teilen der Nuten erzielt wird, wobei das Ergebnis erhalten wird, daß auch die Kanten 27 der in Fig. 6 dargestellten Nuten beseitigt oder zumindest stark verkleinert werden.

Demgemäß kann festgestellt werden, daß Riemenscheiben gemäß der Erfindung nicht nur Nuten haben mit Parabelbogenprofil, welches unabhängig von der Zahngestalt für das Einlaufen und Auslaufen in und 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 Berüh rungszonen, beibehalten oder aufrechterhalten werden.

Diese Situation ist für eine bessere Beschreibung zweier Rie menscheiben kleinen Durchmessers, beispielsweise von Riemen scheiben 28 und 29 in Fig. 8, schematisch dargestellt, wobei die erste Riemenscheibe mit Nuten versehen ist, die mit einem Abstand a von Null erzeugt sind, und wobei die zweite Riemen scheibe mit Nuten versehen ist, die mit einem Abstand a von größer als null erzeugt sind. Fig. 9 zeigt weiterhin deutlich das Nichtvorhandensein von kanten in der oberen Berührungszone 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 Durch messers läuft.

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

Claims

1. Zahnriementrieb, umfassend einen biegsamen Zahnriemen aus polymerem Material und wenigstens eine Riemenscheibe, die eine Mehrzahl von Nuten hat, die sich mit Zähnen abwechseln, wobei jede Nut zwei Flanken aufweist und jede Flanke ein Para belbogenprofil hat, die Nut einen Boden hat, dessen Enden mit den Minima der Parabelbogenprofile übereinstimmen, die Länge des Bodens wenigstens annähernd 65% der Länge jedes Parabelbo genprofils der Flanken der Nut beträgt, wobei die Länge jedes Parabelbogenprofils zwischen den genannten Minima und einer Stelle eines Kreises gemessen wird, der einen vorbestimmten Ra dius r hat und die Flanke mit dem Zahn der Riemenscheibe ver bindet, und wobei jedes Parabelbogenprofil definiert ist durch die Kurve: y = Kx²,worin worin
Yo = H - r (1 - sinβ) und die Ordinatenposition eines Tangen tenpunktes zwischen dem Parabelbogenprofil und dem Kreis mit dem Radius r ist;
y eine Achse ist, die durch eines der beiden Enden des Bodens der Riemenscheibe hindurchgeht;
x eine Achse orthogonal zu der Achse y ist, die durch das ge nannte eine der beiden Enden an dem Boden der Riemenscheibe hindurchgeht;
H die Höhe der Nut ist;
r der Radius des Kreises ist, welcher jede Flanke mit den Zäh nen der Riemenscheibe verbindet; und
β der Winkel ist, der durch eine Tangentenlinie, die dem Para belbogenprofil und dem Kreis mit dem Radius r gemeinsam ist, mit der Achse y gebildet ist.

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

4. Riemenscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß das Profil der Nut (2) bestimmt ist durch die Abroll teilungslinie der Abwicklungs- oder Abwälztangente an den Außenumfang der Riemenscheibe.

5. Riemenscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Tangenten der beiden radial äußersten Punkte (10, 11) der Parabelbogenprofile (5, 6) mit den Radien der Rie menscheibe, die durch die beiden Punkte der Berührung der Para beln mit dem Boden (7) der Nut hindurchgehen, eine Kante zwi schen 8° und 25° bilden.

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

7. Vorrichtung zum synchronen Übertragen von Bewegung, umfassend einen Zahnriemen aus polymerem Material und wenig stens zwei Riemenscheiben, eine Antriebsriemenscheibe und eine angetriebene Riemenscheibe, wobei der Riemen eine Mehrzahl von Zähnen hat, die sich mit Nuten abwechseln für Eingriff mit ent sprechenden Nuten und entsprechenden Zähnen in den Riemenschei ben, jede der Nuten in wenigstens einer der Riemenscheiben zwei Flanken aufweist und jede Flanke ein Parabelbogenprofil hat, die Nut einen Boden hat, dessen Enden mit den Minima der Para belbogenprofile übereinstimmen, die Länge des Bodens wenigstens annähernd 65% der Länge jedes Parabelbogenprofils der Flanken der Nut beträgt, wobei die Länge jedes Parabelbogenprofils zwischen den genannten Minima und einer Stelle eines Kreises gemessen wird, der einen vorbestimmten Radius r hat und die Flanke mit dem Zahn der Riemenscheibe verbindet, und wobei je des Parabelbogenprofil definiert ist durch die Kurve: y = Kx²,worin worin
Yo = H - r (1 - sinβ) und die Ordinatenposition eines Tangen tenpunktes zwischen dem Parabelbogenprofil und dem Kreis mit dem Radius r ist;
y eine Achse ist, die durch eines der beiden Enden des Bodens der Riemenscheibe hindurchgeht;
x eine Achse orthogonal zu der Achse y ist, die durch das ge nannte eine der beiden Enden an dem Boden der Riemenscheibe hindurchgeht;
H die Höhe der Nut ist;
r der Radius des Kreises ist, welcher jede Flanke mit den Zäh nen der Riemenscheibe verbindet; und
β der Winkel ist, der durch eine Tangentenlinie, die dem Para belbogenprofil und dem Kreis mit dem Radius r gemeinsam ist, mit der Achse y gebildet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten der beiden Riemenscheiben gleiche Gestalt und gleiche Abmessungen haben.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Riemenscheibennuten größer ist als die Höhe der entsprechenden Riemenzähne.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Profile der Nuten der beiden Riemenscheiben durch einen Abwälzungsteil (20) erzeugt sind, dessen Teilungslinie (21) an dem Außenumfang (Φ₁) der Riemenscheibe (22) abrollt bzw. sich abwälzt.