DE3890512C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Zahnriementrieb zwischen parallelen Antriebs- und Abtriebszahnscheiben mit einer Einrichtung zur seitlichen Führung des Zahnriemens.

Ein derartiger Zahnriementrieb ist beispielsweise aus der CH-PS 4 66 646 bekannt und soll dort insbesondere bei Schreib- und Buchungsmaschinen eingesetzt werden.

Um etwa auftretenden Fluchtungsungenauigkeiten des Zahnriemens zu begegnen, sind die Zahnscheiben etwas breiter als der Zahnriemen ausgeführt, und jeweils einseitige, sich gegenüberliegende Bordscheiben an den An- und Abtriebszahnrädern dienen dazu, den Zahnriemen zu führen und gegen Ablaufen zu sichern. Allerdings führt die Reibung des Zahnriemens an den Bordscheiben zu unangenehmen Geräuschen und zu einer wesentlichen Verringerung der Lebensdauer des Zahnriemens. Zur Vermeidung derartiger negativer Effekte wird in dieser Druckschrift vorgeschlagen, die dem Zahnriemen zugekehrten Seitenflächen der Bordscheiben anzuschrägen, beispielsweise um 15°.

Aus der DE-PS 33 30 311 ist ein Zahnriementrieb zur Kraftübertragung in einem Winkelgetriebe zur Verwendung im landwirtschaftlichen Bereich mit zwei verzahnten Kegelrädern bekannt, bei welchem die Kegelräder von einem im ungespannten Zustand kegelstumpfmantelförmig ausgebildeten Zahnriemen umschlungen sind. Auf den Kegelrädern sind Einrichtungen zum Führen des Zahnriemens vorhanden. Bei einem derartigen Winkelgetriebe sind die Antriebs- und die Abtriebszahnscheibe in einem Winkel von 90° zueinander angeordnet.

In der DE-PS 29 10 871 ist ein Zahnriementrieb beschrieben, bei welchem die Zahnriemenräder und der Zahnriemen jeweils mit Zahnkopf und Zahngrund aneinander anliegen. Um die Geräuschentwicklung insbesondere bei einem schnellaufenden Zahnriementrieb zu verringern, wird in dieser Druckschrift vorgeschlagen, den Zahnriementrieb so auszubilden, daß der Zahnriemen jeweils mit dem Zahngrund nur in seinem mittleren Bereich an den Oberseiten der Zähne der Zahnriemenscheiben und jeweils mit den Oberseiten seiner Zähne nur in seinen Randbereichen am Zahngrund der Zahnscheiben anliegt. Hierdurch nimmt offenbar der Anspreßdruck an der Oberseite des Zahns der Zahnscheibe zu den Rändern des Zahnriemens hin ab, und an den Außenkanten des Zahnriemens entsteht ein Luftspalt zwischen dem Zahnriemengrund und der Oberseite des Zahnes der Zahnscheibe. Entsprechend nimmt offenbar ein Luftspalt zwischen der Oberseite der Zähne des Zahnriemens und dem Zahngrund der Zahnscheibe zu den Rändern des Zahnriemens hin so weit ab, daß die Oberseite der Zähne des Zahnriemens jeweils an dessen Rändern am Zahngrund der Zahnscheibe anliegt. Durch eine derartige Ausbildung des Zahnriementriebs sollen die sonst auftretenden Resonanzschwingungen gestört werden, so daß die Geräuschentwicklung des Zahnriementriebes verringert ist. Derartige, vom üblichen abweichende Formen der Zähne der Zahnscheiben bzw. des Zahnriemens sind insbesondere im erstgenannten Fall nur mit erheblichem Aufwand herzustellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zahnriementrieb zwischen parallelen Antriebs- und Abtriebszahnscheiben mit einer Einrichtung zur seitlichen Führung des Zahnriemens zu verbessern und einen derartigen Zahnriementrieb zur Verfügung zu stellen, dessen Geräuschentwicklung verringert ist.

Zur Erläuterung der bei üblichen Zahnriementrieben auftretenden Probleme wird auf Fig. 15 verwiesen.

In Fig. 15 weist ein Fahrzeugmotor 1 eine Kurbelwelle 2 auf, die von der Vorderwand des Motors absteht. Die Drehkraft von der Kurbelwelle 2 wird durch eine Kraftübertragungseinrichtung, die einen Zahnriemen verwendet, auf eine Nockenwelle 3, eine Ölpumpe 4, eine Wasserpumpe (nicht gezeigt), eine Ausgleichswelle (nicht gezeigt) und dergleichen übertragen. Eine Treibscheibe, die als Antriebsscheibe 6 an der Kurbelwelle 2 angebracht ist, überträgt ihre Drehkraft durch einen Zahnriemen 9 auf Abtriebszahnscheiben 7, 8, die mit den Motoraggregaten gekoppelt sind.

Das Zahnprofil der Zahnscheiben und des Zahnriemens des Zahnriementriebs ist so gewählt, daß jeglicher Verlust an Drehkraft, die zwischen den Scheiben und dem Zahnriemen übertragen wird, wenn sie miteinander in Eingriff stehen, auf ein Mindestmaß reduziert wird. Insbesondere sollte das verwendete Zahnprofil es der Scheibe und dem Zahnriemen ermöglichen, gleichzeitig mit allen kämmenden Zähnen über deren Längsrichtung hinweg mit dem kämmenden Eingriff zu beginnen, und es sollte verhindern, daß die kämmenden Zähne relativ zueinander in ihrer Längsrichtung versetzt werden. Um diesen Erfordernissen zu entsprechen, weisen die Zähne herkömmlicher Zahnscheiben und Zahnriemen Zahnprofile auf, die parallel zur Längsachse des Zahnes verlaufen, d. h. Stirnrad-Zahnprofile.

Bei derartigen Profilen treten jedoch Probleme auf, die nachfolgend beschrieben werden.

Der Zahnriemen wird auf der Spannstrecke zwischen der Zahnscheibe 6 an der Kurbelwelle 2 und der zu dieser benachbarten Zahnscheibe 7 zum Antrieb eines Motoraggregats einer großen Spannung ausgesetzt. Zwischen den Zahnscheiben 6, 7 und dem Zahnriemen 9 beginnen miteinander in Eingriff tretende Zähne mit ihrem gegenseitigen Eingriff, gleichzeitig über ihre gesamte Längsfläche, Drehkraft zu übertragen. Wenn diese Zähne des Zahnriemens und der Zahnscheiben miteinander in kämmenden Eingriff treten, schlagen jedoch die miteinander kämmenden Zähne gegeneinander und erzeugen Schlaggeräusche, welche sich mit den Drehzahlen der Zahnscheiben ändern.

Die Schlaggeräusche neigen dazu, die Schwingung des Zahnriemens 9 zu verstärken, und der Zahnriemen 9 gibt wegen seiner Resonanz auf die verstärkte Schwingung ein Geräusch ab, was zu einer verkürzten Lebensdauer des Riemens führt.

Die japanische Gebrauchsmusterveröffentlichung Nr. 55-19 324 offenbart einen verbesserten Zahnriementrieb. Hierbei tritt, wenn ein Zahnriemen und eine Zahnscheibe miteinander in kämmenden Eingriff zu gelangen beginnen, die Spitze eines Zahnes des Zahnriemens in Eingriff mit einer Zahnnut in der Zahnscheibe, während die Zahnspitze elastisch verformt wird. Dann gelangen eine Zahnspitze der Zahnscheibe und der Grund einer Zahnnut im Zahnriemen in einer Endperiode des Eingriffszyklus miteinander in Eingriff. Der Aufschlag zwischen der Zahnspitze der Zahnscheibe und dem Grund der Zahnnut im Zahnriemen, der sonst den Pegel der Schlaggeräusche auf ein Höchstmaß brachte, kann schon vorher durch die elastische Verformung des Zahnes des Zahnriemens gedämpft werden.

Es werden jedoch nichtsdestoweniger die Zähne von Zahnscheibe und Zahnriemen immer noch dazu veranlaßt, miteinander über die gesamte Breite des Zahnes mit dem Eingriff zu beginnen, und somit kann der Pegel der Schlaggeräusche, die erzeugt werden, wenn die Zähne miteinander in Eingriff treten, nicht hinlänglich unterdrückt werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung erfolgt die Lösung der Aufgabe durch einen Zahnriementrieb mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 2 angegeben.

Der kämmende Eingriff zwischen den Zähnen der Antriebsscheibe und des Zahnriemens wird fortlaufend in Längsrichtung der Zähne (Axialrichtung der Zahnscheibe) versetzt, so daß der Pegel der Schlaggeräusche verringert wird, die erzeugt werden, wenn die Zähne miteinander in kämmenden Eingriff treten, wie auch die Schwingung des Zahnriemens und das resultierende Geräusch.

Das Zahnprofil der Zähne der Zahnscheiben kann konstruktiv durch viele verschiedene Ausbildungen verwirklicht werden.

Der Gegenstand der Erfindung wird anhand der beigefügten, schematischen Zeichnung beispielhaft näher erläutert.

In der Zeichnung ist

Fig. 1 eine teilweise abgebrochene Teil-Seitenansicht eines Motors mit einem erfindungsgemäßen Zahnriementrieb,

Fig. 2 die vergrößerte Ansicht eines Querschnitts durch eine kegelstumpfförmige bzw. konische Zahnscheibe, die in Fig. 1 gezeigt ist,

Fig. 3 eine teilweise abgeschnittene Frontansicht des in Fig. 1 gezeigten Motors,

Fig. 4 eine Ansicht, die die Art und Weise zeigt, auf welche der Zahnriemen und die konische Zahnscheibe der Fig. 1 miteinander kämmen,

Fig. 5a und 5c jeweils ein Diagramm des Schwingungspegels in Abhängigkeit von der Drehzahl bei einem bekannten Zahnriementrieb; wobei der Schwingungspegel angegeben ist als 20 · log₁₀ (V₁/V₀) [dB], mit V₁ : Schwingungsamplitude in mm und V₀ : 1 mm,

Fig. 5b und d Diagramme entsprechend den Fig. 5a und 5c, jedoch für den Zahnriementrieb gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 6 ein Diagramm des Geräuschpegels in Abhängigkeit von der Drehzahl für den Zahnriementrieb von Fig. 1 und den bekannten Zahnriementrieb; wobei der Geräuschpegel angegeben ist durch den Ausdruck 20 · log₁₀ (P/P₀) [dB], mit P = Geräuschdruck und P₀ : minimal hörbarer Geräuschdruck = 2 · 10^-5 [Pa],

Fig. 7a und 7b jeweils ein Diagramm des Geräuschpegels in Abhängigkeit von der Frequenz an unterschiedlichen Meßstellen bei dem Zahnriementrieb von Fig. 1,

Fig. 8 ein Diagramm des Geräuschpegels in Abhängigkeit von der Frequenz für eine bekannte Zahnscheibe (gestrichelte Kurve) und eine erfindungsgemäße Zahnscheibe (durchgezogene Kurve) mit einer Konizität von ½₈ mm,

Fig. 9 und 12 jeweils die Ansicht eines Teilschnitts durch zwei weitere erfindungsgemäße Zahnriementriebe,

Fig. 10a, 10b, 10c und 10d jeweils die Ansicht eines Querschnitts, der die Art und Weise zeigt, auf welche ein Zahnriemen, der in Fig. 9 gezeigt ist, an unterschiedlichen Stellen arbeitet,

Fig. 11 die Querschnitts-Teilansicht in Explosionsdarstellung eines weiteren Zahnriementriebs gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 13 die vergrößerte Ansicht eines Querschnitts, der einen Bereich zeigt, in welchem ein Zahnriemen und eine Riemenscheibe, die in Fig. 12 gezeigt sind, miteinander kämmen,

Fig. 14 die Teilansicht eines Querschnitts durch eine Einrichtung, die ein Versetzen eines Zahnriemens verhindert, gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und

Fig. 15 eine schematische Frontansicht eines herkömmlichen Zahnriementriebs.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt in geschnittener Seitenansicht eine Kraftübertragungseinrichtung, die einen Zahnriementrieb verwendet, die an einem Fahrzeugmotor 11 angebracht ist. Fig. 2 stellt in vergrößertem Querschnitt eine Ölpumpen-Treibscheibe als Abtriebszahnscheibe 10 dar, die kegelstumpfförmig ist, also konisch in Axialrichtung.

Der Fahrzeugmotor 11 weist gemäß Fig. 3 eine Kurbelwelle 12 auf, die über eine Frontwand des Motorgehäuses übersteht, und eine Kurbelscheibe ist als Antriebszahnscheibe 15 am überstehenden Ende der Kurbelwelle 12 angebracht. Die Kurbelwelle 12 ist um ihre eigene Mittelachse l₁ drehbar. Eine zweite Zahnscheibe 19 ist ebenfalls an der Kurbelwelle 12 koaxial zur Zahnscheibe 15 angebracht. Verschiedenartige Zubehöreinrichtungen des Motors können durch diese Zahnscheiben an der Kurbelwelle 12 angetrieben werden.

Die Kraftübertragungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt die Zahnscheibe 15, die Zahnscheibe 10, ein Steuerzahnrad 18 für die Motorsteuerung, z. B. die Steuerung der Zündung, der Ventile oder dergleichen, das fest an einer Nockenwelle 17 angebracht ist, und einen Zahnriemen 14, der um diese Zahnscheiben herumgeführt ist. Die Drehantriebsleistung von der Kurbelwelle 12 wird durch den Zahnriemen 14 auf die Nockenwelle 17 und auch auf eine Ölpumpe 16 als Motorzubehöreinrichtung übertragen.

Der Motor 11 weist eine Ausgleichswelle 21 auf, um die Vibrationen aufzuheben, die während der Drehung des Motors erzeugt werden. Die Ausgleichswelle 21 wird von einem zweiten Zahnriemen 20 angetrieben, der um die zweite Zahnscheibe 19 und eine Ausgleichswellen-Zahnscheibe 22 herumgelegt ist, die an der Ausgleichswelle 21 angebracht ist.

Der Zahnriemen 14 weist eine Anzahl von geraden Zähnen an seiner gesamten Innenumfangsfläche auf und ist als Steuerriemen aus Gummi mit darin eingebetteten Verstärkungseinlagen hergestellt.

Die Zahnscheibe 15 und das Steuerzahnrad 18 weisen gerade Zähne auf, die so geformt sind, daß sie mit den Zähnen an der gesamten Innenumfangsfläche des Zahnriemens 14 kämmen.

Die konische Zahnscheibe 10 ist fest an einer angetriebenen Welle 23 angebracht, die drehbar in einer Lagerung 24 im Motor gelagert ist und die ein Ende zum Antreiben der Pumpe 16 aufweist. Wie in Fig. 2 gezeigt, weist die konische Zahnscheibe 10 eine Nabe 25, einen umgebogenen Rand 26, Zähne 27 zum Kämmen mit dem Zahnriemen 14 und einen Flansch 28 auf, welche einstückig aus Sinterlegierung hergestellt sind. Die Zähne 27 weisen Zahnspitzen 27b auf, die jeweils in einer Ebene mit der Drehachse l₂ der Welle 23 liegen, wobei die Ebene in bezug auf die Achse l₂ geneigt ist. Deshalb läuft jede Zahnspitze 27b längs einer konischen Kreisbahn, die eine kegelstumpfförmige Gestalt aufweist. Anders gesagt weist jener Abschnitt der Scheibe, der die Zahnspitzen 27b trägt, einen vorderen Außendurchmesser Da nahe dem Flansch 28 und einen axial gegenüberliegenden hinteren Außendurchmesser Db auf, der kleiner ist als der vordere Außendurchmesser Da. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Zahnspitzen 27b und die Zahngründe 27c der Zähne 27 im Radius an ihren hinteren Enden um 0,4 mm kleiner als an ihren vorderen Enden (wobei die Breite eines jeden Zahnes 22 mm beträgt).

Ausmaß und Richtung der Abschrägung der Zähne 27 ändern sich von Motortyp zu Motortyp und sind experimentell gewählte Werte. Es ist bevorzugt, daß das Ausmaß der Abschrägung der Zähne angesichts des angestrebten Geräuschpegels und der Riemenhaltbarkeit im Bereich von 1/15 bis 1/40 liegt.

In Fig. 2 ist der Flansch 28 an der vorderen Seite mit dem größeren Durchmesser der konischen Zahnscheibe 10 angeordnet. Der Flansch 28 dient als eine Einrichtung, um den Riemen 14 daran zu hindern, in Längsrichtungen der Zähne versetzt zu werden, welche in Fig. 4 durch den Pfeil A bezeichnet sind.

Genauer gesagt wird dann, wenn der Zahnriemen 14 mit der konischen Zahnscheibe 10 kämmt, die Richtung der Mittellinie des Zahnriemens 14 ständig zwischen kämmenden und nicht kämmenden Abschnitten des Zahnriemens 14 geändert, und der Zahnriemen 14 trachtet danach, sich gegen den Flansch 28 auf der Seite mit dem größeren Durchmesser Da zu bewegen.

Um das Maß einer solchen Bewegung des Riemens 14 auf der konischen Zahnscheibe 10 auf ein Mindestmaß zu reduzieren, ist der Flansch 28 so angeordnet, daß der Abstand t des Flansches 28 zur Endfläche des Riemens 14 in dessen Nennlage 2,0 mm oder weniger beträgt.

In Fig. 3 dient eine Spannrolle 13 dazu, jeglichen Durchhang des Zahnriemens 14 zu verhindern.

Im Betrieb des Motors 11 überträgt der Zahnriementrieb die Drehantriebsleistung der Kurbelwelle 12 auf die konische Zahnscheibe 10 und das Steuerzahnrad 18. Zu diesem Zeitpunkt dreht sich der Zahnriemen 14 im Uhrzeigersinn, wie durch den Pfeil B in Fig. 3 bezeichnet ist.

Die freie Länge des Zahnriemens 14 zwischen der Kurbelscheibe 15 und der konischen Zahnscheibe 10, die imstande ist, ein Geräusch zu verursachen, liegt auf der gespannten Seite, wogegen die freie Länge zwischen der Kurbelscheibe 15 und dem Steuerzahnrad 18 durchhängt.

Wie in Fig. 4 dargestellt, beginnen die Zähne der konischen Zahnscheibe 10, welche die (angetriebene) Abtriebszahnscheibe ist, und die Zähne des Zahnriemens 14 mit dem gegenseitigen Kämmen in einer vorderen Lage a in Längsrichtung A der Zähne, und dann wandert der Eingriffsbereich fortlaufend zur Rückseite hin, bis die Zähne miteinander voll über die Zahnbreite hinweg in Längsrichtung A kämmen. Da die Zähne mit dem gegenseitigen Kämmen und dem gegenseitigen Anschlag in ihrer vorderen Position, also einem Teilbereich, beginnen, werden jegliche Anschlaggeräusche, die zu diesem Zeitpunkt erzeugt werden, auf einem Mindestmaß gehalten. Nachfolgend wandert die Position, in welcher die Zähne gegeneinander infolge ihres kämmenden Eingriffs anschlagen, fortlaufend zur Rückseite hin. Dementsprechend ist der fortlaufend wiederholte kämmende Eingriff der Zähne innerhalb eines vorgeschriebenen Zeitraums verteilt, mit dem Ergebnis, daß der Pegel der Aufschlaggeräusche infolge des kämmenden Eingriffs der Zähne auf einen verhältnismäßig niedrigen Pegel verringert ist. Da sich in Axialrichtung der Radius der konischen Rolle ständig verändert, erfährt der Zahnriemen eine Verteilung unterschiedlicher Spannungen in Querrichtung des Zahnriemens (d. h. in der Längsrichtung der Zähne), und die konische Zahnscheibe zeigt an ihrer vorderen bzw. hinteren Position Resonanzen, die bei unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten auftreten. Deshalb gibt es keine gleichzeitige Resonanz der gesamten freien Länge und die Resonanz ist verringert. Soweit der Zahnriemen in Querrichtung unterschiedlichen Spannungen unterzogen wird, werden Torsionskräfte auf den Riemen über dessen Breite (in seiner Querrichtung) aufgebracht und wirken als Widerstandskräfte gegen seitliche Schwingungen, wobei sie die Resonanz dämpfen. Die Verringerung der Aufschlaggeräusche, das Verhindern der Riemenresonanz und das Verhindern der seitlichen Riemenschwingung führen zu einer wirksamen Verringerung des Geräuschpegels des Zahnriementriebs, und zwar insbesondere in bezug auf eine Verringerung des Geräuschs (zyklisch auftretender Geräusche), wenn der Motor leerläuft.

Experimentelle Daten, die vom Erfinder erhalten wurden, werden unten beschrieben. Die Fig. 5a, 5b, 5c und 5d zeigen gemessene Daten über den Zusammenhang zwischen dem Schwingungspegel der freien Riemenlänge und der Motordrehzahl. Dieselbe Art eines Motors, wie in Fig. 1 gezeigt, wurde verwendet, und die Schwingungspegel (Primärfrequenzkomponente infolge des kämmenden Eingriffs) an der Mitte der freien Länge zwischen der konischen Zahnscheibe und der Kurbelscheibe wurden gemessen. Die Daten, die in den Fig. 5b und 5d gezeigt sind, wurden dann erhalten, wenn eine konische Zahnscheibe angebracht war, und die Daten der Fig. 5a und 5c wurden erhalten, wenn eine bekannte Zahnscheibe (nicht gezeigt) mit geraden Zähnen angebracht war.

Die Daten der Fig. 5a und 5b wurden bei einem Riemenzug TO von 294 N (30 kg) ermittelt und zeigen, daß der Schwingungspegel an der Vorderseite mit der konischen Zahnscheibe viel geringer ist als mit der bekannten Scheibe, und zwar bei einer Motordrehzahl von 700 U/min. Die Daten der Fig. 5c und 5d wurden bei einem Riemenzug TO von 442 N (45 kg) ermittelt und zeigen, daß der Schwingungspegel an der Vorderseite bei der konischen Zahnscheibe viel geringer ist als bei der bekannten Zahnscheibe, und zwar bei der Motordrehzahl von 900 U/min.

Fig. 6 zeigt zum Vergleich experimentelle Daten, die die Geräuschpegel darstellen, wenn eine bekannte Zahnscheibe verwendet wurde (dünnere ausgezogene Linien), und wenn die konische Zahnscheibe verwendet wurde (dickere ausgezogene Linien), in Abhängigkeit von der Motordrehzahl. Es ist aus Fig. 6 ohne weiteres ersichtlich, daß der Geräuschpegel durch Verwendung der konischen Zahnscheibe entweder unmittelbar oberhalb des Motors oder vor diesem verringert werden kann. Die Fig. 7a und 7b zeigen Daten, welche auf dieselbe Weise wie die Daten der Fig. 6 erhalten wurden. Die Daten der Fig. 7a und 7b stellen die charakteristischen Kurven des Geräuschpegels dar, aufgetragen über die Schwingungsfrequenz (Hz), während die Motordrehzahl bei Leerlaufdrehzahl (750 U/min) gehalten wurde. Wie aus den Fig. 7a und 7b ersichtlich ist, ist der Geräuschpegel niedriger, wenn die konische Zahnscheibe verwendet wurde, als dann, wenn die bekannte Zahnscheibe verwendet wurde, und zwar im wesentlichen im vollen Bereich der Schwingungsfrequenzen (Hz).

Fig. 8 stellt experimentelle Daten dar, die erhalten wurden, als ein Zahnriementrieb mit einem Zahnriemen an einem Motor ähnlich jedem der Fig. 1 angebracht war. Der dargestellte, frequenzabhängige Geräuschpegel wurde oberhalb des Motors gemessen, wobei die verwendete konische Zahnscheibe eine vordere und hintere Schrägung von 1/28 mm aufwies und die Motordrehzahl 750 U/min betrug. Es wird aus Fig. 8 deutlich, daß der Geräuschpegel (durch die ausgezogene Linie dargestellt) insgesamt niedriger war, wenn die konische Zahnscheibe verwendet wurde, als der Geräuschpegel (durch gestrichelte Linie dargestellt), wenn die bekannte Zahnscheibe verwendet wurde. Insbesondere ist jenes Geräusch, das während des Motorleerlaufs infolge einer Resonanz des zwischen der Kurbelscheibe und der konischen Zahnscheibe gespannten Abschnitts des Zahnriemens erzeugt wird, und das bei der Primärfrequenz aufzutreten pflegt (hier etwa 300 Hz) in hohem Maße verringert.

Bei dem obigen Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 weist die konische Zahnscheibe 10 einen kleineren Radius an ihrem hinteren Ende als an ihrer Vorderseite auf. Die konische Zahnscheibe 10 kann jedoch auch in entgegengesetzter Richtung verjüngt sein, um einen Flansch 28 an ihrem hinteren Ende mit größerem Durchmesser zu erzeugen. Während die Zähne 27 der konischen Zahnscheibe 10 beim dargestellten Ausführungsbeispiel voll in Längsrichtung A der Zähne verjüngt sind, kann die konische Zahnscheibe gerade Zähne an der Seite mit größerem Durchmesser aufweisen und verjüngte Zähne, die sich kontinuierlich von den geraden Zähnen aus erstrecken.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Kraftübertragungseinrichtung sind lediglich die Zahnspitzen der angetriebenen konischen Zahnscheibe 10 abgeschrägt, so daß sie einem kegelstumpfförmigen Weg folgen, wenn die konische Zahnscheibe 10 rotiert. Die Zahnspitzen der Antriebs-Kurbelscheibe 15 können jedoch auch abgeschrägt sein, so daß sie einem kegelstumpfförmigen Weg folgen (Fig. 9).

Der Flansch 28 mit größerem Durchmesser am vorderen Ende der konischen Zahnscheibe 10 bei der in Fig. 1 gezeigten Kraftübertragungseinrichtung kann weggelassen werden. Bei einer solchen Ausführungsform kann dann ein mit einem Flansch versehenes, leerlaufendes Rad (nicht gezeigt) zwischen der Antriebszahnscheibe und der angetriebenen Zahnscheibe vorgesehen sein, um zu verhindern, daß sich der Zahnriemen in Querrichtung versetzt, um so den Riemenversatz auf den Scheiben zu begrenzen.

Fig. 9 zeigt einen einen Zahnriemen aufweisenden Zahnriementrieb gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Der Zahnriementrieb in Fig. 9 ist ebenfalls so aufgebaut, daß er eine Drehkraft von einer Kurbelwelle 31 auf eine Nockenwelle 30 bei einem Ventilbetätigungsmechanismus eines Motors (nicht gezeigt) überträgt.

Eine Steuerriemenscheibe für die Ventilsteuerung ist als Antriebszahnscheibe 32 auf der Kurbelwelle 31 angebracht, und eine weitere Steuerriemenscheibe ist als Abtriebszahnscheibe 33 auf der Nockenwelle 30 angebracht, wobei ein Zahnriemen 34 um die Zahnscheiben 32, 33 herumgeführt ist.

Die Zahnscheibe 32 weist Zähne 32a auf, deren Zahnspitzen 32b jeweils in einer Ebene mit der Achse l₃ der Zahnscheibe 32 liegen, wobei die Ebene in bezug auf die Achse l₃ geneigt ist. Deshalb laufen die Zahnspitzen 32b längs einem Kegelmantel um. Die Zahnscheibe 32 ist fest am abgelegenen Ende der Kurbelwelle 31 angebracht, wobei der Abschnitt der Zahnscheibe 32 mit dem größten Durchmesser innen und der Abschnitt mit kleinerem Durchmesser außen liegt.

Die Zahnscheibe 32 weist ein Ende 32c an ihrem Abschnitt mit größerem Durchmesser auf, wobei das Ende 32c einen Durchmesser d₁ aufweist, und ein gegenüberliegendes Ende 32d an ihrem Abschnitt mit kleinerem Durchmesser, wobei das Ende 32d einen Durchmesser d₂ aufweist. Der Unterschied δa zwischen diesen Radien beträgt etwa 0,25 mm (wobei die Breite eines jeden Zahnes etwa 20 mm beträgt).

Die Zahnscheibe 33 weist Zähne 33a auf, die mit ihren Zahnspitzen 33b jeweils in einer Ebene mit der Achse l₄ der Zahnscheibe 33 liegen, wobei die Ebene in bezug auf die Achse l₄ geneigt ist. Deshalb läuft jede Zahnspitze 33b auf einem Kegelmantel um. Die Zahnscheibe 33 ist fest am abgelegenen Ende der Nockenwelle 30 angebracht, wobei der Abschnitt der Zahnscheibe 33 mit größerem Durchmesser außen und der Abschnitt mit kleinerem Durchmesser innen liegt.

Die Zahnscheibe 33 weist ein Ende 33c an ihrem Abschnitt mit größerem Durchmesser auf, wobei das Ende 33c einen Durchmesser D₁ aufweist, und ein entgegengesetztes Ende 33d liegt an ihrem Abschnitt mit kleinerem Durchmesser, und das Ende 33d weist einen Durchmesser D₂ auf. Der Unterschied zwischen diesen Radien beträgt etwa 0,4 mm (wobei die Breite eines jeden Zahnes etwa 20 mm beträgt).

Das Ausmaß der Verjüngungen der Zahnscheiben 32, 33, d. h. 1/40 und 1/25, liegen innerhalb des obenerwähnten bevorzugten Bereichs von 1/15 bis 1/40, um den Geräuschpegel zu verringern und die gewünschte Riemen-Standzeit zu erreichen.

Der Zahnriemen 34 weist Zähne 34a auf, die ein wenig niedriger sind als die Zähne 32a, 33a der Zahnscheiben 32, 33, und zwar um etwa 0,15 mm. Diese Anordnung hindert den Zahnriemen 34 daran, aus dem kämmenden Eingriff mit den Zahnscheiben 32, 33 herausgehoben zu werden.

Die Wirkungsweise des in Fig. 9 gezeigten Zahnriementriebs wird unten beschrieben.

Wenn der Motor läuft, dreht sich die Kurbelwelle 31, und die Drehung der Kurbelwelle 31 wird über die Zahnscheibe 32, den Zahnriemen 34 und die Zahnscheibe 33 auf die Nockenwelle 30 übertragen, um die Nockenwelle 30 zu drehen. Zu diesem Zeitpunkt kämmen die Zähne 32a, 33a der Zahnscheiben 32, 33 und die Zähne 34a des Zahnriemens 5 miteinander, wie in Fig. 10 gezeigt ist.

Während der Zahnriemen 34 sich in kämmendem Eingriff mit der Zahnscheibe 32 befindet, ist der Zahnriemen 34 leicht geneigt (nach unten und rechts) längs der Abschrägung der Zahnscheibe 32, wie in Fig. 10a gezeigt. Unmittelbar nachdem der Zahnriemen 34 die Zahnscheibe 32 verlassen hat, bleibt der Zahnriemen 34 in derselben Weise geneigt, als wenn er in kämmendem Eingriff mit der Zahnscheibe 32 stünde. Wenn der Zahnriemen 34 sich fortlaufend von der Zahnscheibe 32 entfernt, dann wird die Neigung des Zahnriemens 34 allmählich aufgehoben, bis er im wesentlichen horizontal liegt, wie in Fig. 10b gezeigt.

Dann (wenn er horizontal liegt) erreicht der Zahnriemen 34 die Zähne 33a der Zahnscheibe 33. Da die Zähne 33a in Gegenrichtung zu den Zähnen 32a geneigt sind, beginnt der Zahnriemen 34 den kämmenden Eingriff mit der Zahnscheibe 33 fortlaufend von deren rechtem Ende aus zu ihrem linken Ende hin, wie in Fig. 10c gezeigt. Deshalb beginnen in einer Anfangsperiode des kämmenden Eingriffs die Zähne des Zahnriemens 34 und der Zahnscheibe 33, miteinander nur teilweise in Eingriff zu treten, so daß Schlaggeräusche auf einem Mindestmaß gehalten werden. Dann wird die Position, in welcher diese Zähne ineinander eingreifen, fortlaufend nach links bewegt. Deshalb werden alle Schlaggeräusche verteilt erzeugt und somit verringert.

Wenn der Zahnriemen 34 die Zahnscheibe 33 verläßt und in kämmenden Eingriff mit der Zahnscheibe 32 tritt, dann kämmen auch die Zähne 34a des Zahnriemens 34 mit den Zähnen 32a der Zahnscheibe 32 fortlaufend und verteilt in Längsrichtung A der Zähne, so daß Schlaggeräusche infolge des kämmenden Eingriffs verringert sind. Dementsprechend wird jedes Geräusch, das sonst erzeugt wird, wenn der Zahnriemen 34 und die Zahnscheiben 32, 33 in und außer kämmendem Eingriff miteinander gebracht werden, in hohem Umfang verringert.

Da der Zahnriemen 34 zwischen den Zahnscheiben 32, 33 geneigt und verdrillt ist, wird die Spannung des Zahnriemens 34 erhöht, so daß Kräfte auftreten, die gegen die Erzeugung von Schwingung Widerstand leisten, wodurch der Zahnriemen 34 an Resonanzschwingungen gehindert ist.

In Fig. 9 sind die Zahnspitzen 32b, 33b der antreibenden Zahnscheibe 32 und der angetriebenen Zahnriemen 33 in entgegengesetzten Richtungen geneigt. Die Zahnspitzen 32b, 33b der Zahnscheiben 32, 33 können aber auch in der gleichen Richtung geneigt sein, wobei dieselbe Wirkungsweise und dieselben Vorzüge wie bei jenem Zahnriementrieb erhalten werden, die in Fig. 9 dargestellt ist.

Bei dem Zahnriementrieb der Fig. 9 weisen die Steuerzahnscheiben 32, 33 keine Einrichtungen auf, um den Zahnriemen am Versatz zu hindern, aber es ist eine Einrichtung (nicht gezeigt) vorgesehen, um den Riemen am Versatz zu hindern, wie etwa ein mit einem Flansch versehenes leerlaufendes Rad, und zwar in einer Lage, wo es dem Zahnriemen 34 zugewandt ist bzw. gegenüberliegt. Die Flansche 35, 36, die durch die strich-doppelpunktierten Linien in Fig. 9 bezeichnet sind, können an den Enden der Zahnscheiben 32, 33 mit dem größeren Durchmesser angeordnet sein, und die anderen Einrichtungen zum Verhindern des Riemenversatzes können weggelassen werden.

Die Zähne der konischen Zahnscheibe 10 und der Zahnscheiben 32, 33 in den Zahnriementrieben, die in den Fig. 1 und 9 gezeigt sind, weisen konstante Höhen auf, und ihre Spitzen und Füße liegen in der Ebene der jeweiligen Drehachse l₁, l₂, l₃, l₄ und sind zu diesen Achsen hin geneigt. Es kann jedoch auch eine Zahnscheibe 37 verwendet werden, die Zähne 37a aufweist, wie sie in Fig. 11 gezeigt sind.

Die Zahnscheibe 37, die in Fig. 11 dargestellt ist, weist Zähne 37a auf, die jeweils eine Zahnspitze 37b aufweisen, die zur Drehachse l₅ der Zahnscheibe 37 hin geneigt ist, sowie einen Zahnfuß 37c, der sich parallel zur Achse l₅ erstreckt. Bei dieser Anordnung werden die Zahnfüße 34c der Zahnscheibe 34 in fortlaufenden kämmenden Eingriff mit den Zahnspitzen 37b der Zahnscheibe 37 gebracht.

Die Zahnscheibe 37 kann Schlaggeräusche mindern, die dann erzeugt werden, wenn die Zähne miteinander in kämmenden Eingriff treten, und kann auch bei ihrer Herstellung einfach bearbeitet werden. Die Zahnscheibe 37 kann einen integrierten Flansch 38 (durch strich-doppelpunktierte Linien bezeichnet) an ihrem Ende mit größerem Durchmesser aufweisen, um zu verhindern, daß der Zahnriemen versetzt wird.

Fig. 12 zeigt einen erfindungsgemäßen Zahnriementrieb gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Der Zahnriementrieb der Fig. 12 ist ähnlich wie der in Fig. 9, und zwar dahingehend, daß die Drehkraft von einer Kurbelwelle 39 auf eine Nockenwelle 40 bei einem Ventilbetätigungsmechanismus übertragen werden kann, hat jedoch unterschiedlich geformte Zähne an einem Paar Zahnscheiben.

Ein Zahnriemen 43 ist um eine antreibende Zahnscheibe 41 herumgelegt, die fest an einer Kurbelwelle 39 angebracht ist, sowie um eine angetriebene Zahnscheibe 41, die fest an einer Nockenwelle 40 angebracht ist.

Die Zahnscheibe 41 weist Zähne 41a auf, die jeweils eine Zahnspitze 41b umfassen, die in einer Ebene mit der Drehachse l₆ der Zahnscheibe 41 liegt, und sich parallel zur Achse l₆ erstreckt, und weist auch einen Zahnfuß 41c auf, der in einer Ebene mit der Achse l₆ liegt, und der zur Achse l₆ geneigt ist. Somit liegen die Zahnfüße 41c bei einer Drehung auf einem Kegelmantel.

Die Zahnscheibe 42 weist Zähne 42a auf, die jeweils eine Zahnspitze 42b aufweisen, die in einer Ebene mit der Drehachse l₇ der Scheibe 42 liegt, und sich parallel zur Achse l₇ erstreckt, und die auch einen Zahnfuß 42c aufweisen, der in einer Ebene mit der Achse l₇ liegt, und zur Achse l₇ geneigt ist. Somit liegen die Zahnfüße 42c bei einer Drehung auf einem Kegelmantel.

Die Abmessungen der Abschrägungen der Zahnscheiben 41, 42 liegen innerhalb des obengenannten, bevorzugten Bereichs von 1/15 bis 1/40. Die Zähne 41a, 42a der Zahnscheiben 41, 42 sind geringfügig niedriger als die Zähne 43a des Zahnriemens 43.

Wenn die Zahnspitze 43b des Zahnriemens 43 der Zahnscheibe 41 oder 42 so gegenüberliegend angeordnet ist, daß sie mit dieser in kämmenden Eingriff gelangt, wie in Fig. 13 gezeigt, dann greift die Zahnspitze 43b in einen flacheren Abschnitt des Zahnfußes 41c oder 42c der Zahnscheibe ein, so daß der kämmende Eingriff mit der Zahnscheibe beginnt. Deshalb werden Schlaggeräusche während einer Anfangsperiode des kämmenden Eingriffs auf einem Mindestmaß gehalten. Dann wird die Position, in welcher die Zahnspitze 43b mit dem Eingriff mit dem Zahnfuß 41c, 42c beginnt, fortlaufend zu einer tieferen Lage des Zahnfußes 41c, 42c bewegt, so daß die Schlaggeräusche verteilt erzeugt werden. Zu diesem Zeitpunkt werden jene Zähne 43a des Zahnriemens 43, welche in den flacheren Abschnitt des Zahnfußes 41c, 42c eingreifen, in hohem Maße elastisch verformt, wobei Schlaggeräusche gemindert werden.

Bei dem in Fig. 12 gezeigten Zahnriementrieb sind die Abmessungen der Abschrägungen der Zahnfüße 41c, 42c der Zahnscheiben 41, 42 gering. Zusätzlich werden die Zähne des Zahnriemens 43, die den flacheren Abschnitten der Zahnfüße 41c, 42c zugewandt sind, in hohem Maße elastisch verformt. Demzufolge wird der Zahnriemen 43 nicht wesentlich in bezug auf die Mittelachsen l₆, l₇ geneigt und wird im wesentlichen auch nicht in Längsrichtung A des Zahnes versetzt.

Der Zahnriementrieb der Fig. 12 weist eine Einrichtung (nicht gezeigt) auf, um zu verhindern, daß der Zahnriemen versetzt wird, und zwar in einer Lage fern von den Zahnscheiben 41, 42.

Die Zahnscheiben können auch jeweils Flansche 44, 45 aufweisen, wie durch die strich-doppelpunktierten Linien in Fig. 12 bezeichnet ist, und die andere Einrichtung zum Verhindern des Riemenversatzes kann weggelassen werden.

Bei dem Zahnriementrieb der Fig. 12 liegen bei der Drehung die Zahnfüße 41c, 42c der Zahnscheiben 41, 42 auf einem Kegelmantel. Es kann jedoch auch nur der Zahnfuß 42c der angetriebenen Zahnscheibe 42 verjüngt sein, welche sonst ein verhältnismäßig starkes Geräusch erzeugt.

Die Zahnfüße 41c, 42c der Zahnscheiben 41, 42 des in Fig. 12 gezeigten Zahnriementriebs sind in Gegenrichtungen geneigt. Statt dessen können die Zahnfüße 41c, 42c der Zahnscheiben 41, 42 aber auch in derselben Richtung geneigt sein. Eine solche Alternativausbildung kann auch dieselbe Wirkungsweise und dieselben Vorzüge aufweisen, wie bei der Einrichtung der Fig. 12.

Bei den obigen Anordnungen wurden die Flansche 28, 35, 36, 38, 44 und 45 als eine Einrichtung an den Zahnscheiben zum Verhindern des Zahnriemenversatzes beschrieben. Fig. 14 zeigt einen anderen Aufbau, bei welchem eine ringförmige Leiste 44d an der inneren Umfangsfläche eines Zahnriemens 44 so vorgesehen ist, daß sie sich durch Zähne 44a des Zahnriemens 44 erstreckt, und Aussparungen 45d sind in den Zähnen 45a der Zahnscheibe 45 als Einrichtung ausgebildet, um den Versatz zu verhindern. Die ringförmige Leiste 44a weist eine Höhe auf, die kleiner ist als die Höhe der Zahnspitzen 44b des Zahnriemens 44, und die Aussparungen 45d weisen eine Tiefe auf, die kleiner ist als die Tiefe der Zahngründe bzw. Zahnfüße 45c der Zähne 45a.

Der Zahnriemen 44 kann am Versatz in Längsrichtung A der Zähne durch die Aussparungen 45d als Einrichtung zum Hindern des Zahnriemenversatzes gehindert werden, sowie durch die ringförmige Leiste 44d, die in Eingriff mit den Aussparungen 45d tritt.

Die auf diese Weise angeordnete vorliegende Erfindung bietet somit die folgende Vorzüge:

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung wird der kämmende Eingriff zwischen den Zähnen des Zahnriemens und den Zähnen mindestens der angetriebenen Zahnscheibe nicht gleichzeitig im vollen Längsbereich der Zähne bewirkt, sondern wird fortschreitend in Längsrichtung der Zähne durchgeführt. Deshalb sind alle Schlaggeräusche, die dann erzeugt werden, wenn die Zähne miteinander kämmen, verteilt, gemindert und im Pegel abgesenkt. Außerdem bewirken das fortschreitende Kämmen von Zahnriemen und Zahnscheibe und eine Änderung in der Starrheit des Zahnriemens infolge in seiner Querrichtung unterschiedlicher Spannungen des Zahnriemens in Längsrichtung Widerstandskräfte, die die Resonanz des Zahnriemens verlagern, um das Geräusch abzusenken, das sonst durch die Riemenresonanz verursacht würde, und zwar insbesondere zyklische Geräusche, wenn der Motor leerläuft. Die Verringerung der Resonanz der Zahnriemen jeweils bei einer bestimmten Drehzahl führt zu einer erhöhten Haltbarkeit des Zahnriemens.

Da zusätzlich bezüglich der Ausbildung der Zähne der antreibenden Zahnscheibe und der angetriebenen Zahnscheibe eine beträchtliche konstruktive Freiheit besteht, ist es möglich, Zahnscheiben und einen Zahnriemen auszuwählen, die für jeden gewünschten Zahnriementrieb bestens geeignet sind, sowie jene, die beim Verringern von Geräuschen am wirksamsten sind.

Die industrielle Anwendbarkeit ist folgende: der erfindungsgemäße Zahnriementrieb ist in hohem Grade nützlich als Einrichtung zum Übertragen einer Drehkraft von einer Kurbelwelle auf den Ventilbetätigungsmechanismus eines Motors und kann wirksam als Drehkraftübertragungseinrichtung verwendet werden, bei welcher das Verhältnis der Drehzahlen zweier Wellen konstant gehalten werden soll.

Claims (2)

1. Zahnriementrieb zwischen parallelen Antriebs- (15) und Abtriebszahnscheiben (10) mit einer Einrichtung (28) zur seitlichen Führung des Zahnriemens (14), dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnköpfe (27b) und/oder Zahnlücken (27a) mindestens einer der Zahnscheiben auf der Mantelfläche eines Kegelstumpfes gelegen sind.

2. Zahnriementrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnköpfe (32b) der Antriebszahnscheibe (32) und die (33b) der Abtriebszahnscheibe (33) auf Mantelflächen von Kegelstümpfen liegen, deren Neigung entgegengesetzt ist.