DE3909954A1 - Zahnriementrieb und zahnrad dafuer - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Zahnrad für einen Zahnriementrieb gemäß dem Oberbegriff des Patentan­ spruches 1 und auf einen Zahnriementrieb gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 9.

Die vorbekannten Zahnräder für Zahnriementriebe sind üblicherweise mit einem ebenen Zahngrund versehen, der im wesentlichen parallel zur Zahnradachse verläuft. Bei allen Zahnrädern für Zahnriementriebe besteht die Gefahr, daß sich während des Betriebes des Zahnriementriebes Verunreinigungen und Fremdkörper auf dem Zahnrad absetzen, so daß die Zähne des Zahnriemens nicht mehr einwandfrei in die Zahnlücken des Zahn­ rades eingreifen können. Es kommt dann zu dem gefürchteten "Zahnspringen". Die Gefahr des Zahnspringens ist besonders groß bei ungekapselt laufenden Zahnriementrieben. Ein derartiges Zahnsprin­ gen, bei dem also die Zähne des Zahnriemens nicht in die ihnen zugeordneten Zahnlücken, sondern in eine jeweils nächst folgende eingreifen, ist unbedingt zu vermeiden, da ansonsten der Riemen rasch Schaden nimmt. Speziell bei der Anwendung in Nockentrieben für Verbrennungs­ kraftmaschinen kann das Zahnspringen darüber hinaus zu erheblichen Motorschäden führen infolge fehlerhafter Synchronisation des Ventiltriebes gegenüber der Kolbenbewegung.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein Zahnrad der im Oberbegriff des Patentan­ spruches 1 angegebenen Gattung beziehungsweise einen Zahnriementrieb der im Oberbegriff des Patentanspruchs 9 angegebenen Gattung zu schaffen, wobei die Gefahr des Zahnspringens durch am Zahnrad sich absetzende Verunreinigungen und Fremdkörper weitgehend gebannt ist. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 be­ ziehungsweise des Patentanspruches 9. Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Anordnung wenigstens einer zu der Stirnseite des Zahnrades abfallenden Schräge im Zahngrund wirkt das Auflaufen des Zahnriemens auf das Zahnrad in der Weise, daß Fremdkörper und Verunreini­ gungen aus der Zahneingriffszone zur axialen Seite hin weggedrückt werden. Dadurch ergibt sich eine selbsttätige Reinigung des Zahnrades von Fremdkörpern und Verunreinigungen, die insbesondere bei dem sehr rauhen Betrieb eines solchen Zahnriementriebes in Kraftfahrzeugen auftreten können.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung werden die Fremdkörper und Verunreinigungen aus der Zahneingriffs­ zone besonders effektiv herausgedrückt, wenn die Schräge einen Winkel gegenüber der Zahnradachse aufweist, der größer als der Selbsthemmungswinkel ist.

Eine besonders vorteilhafte Ausführung eines erfindungsgemäßen Zahnrades ist dadurch beschrieben, daß der Zahngrund in den Zahnlücken des Zahnrades eine im Querschnitt dachförmige Gestaltung mit zwei zu den Stirnseiten des Rades hin abfallenden Schrägen auf­ weist. Die axialen Wege, die der herauszutreibende Schmutz zurücklegen muß, sind bei dieser Ausführung besonders klein, die Schmutzabführung gestaltet sich also besonders rasch. Ein Höchstmaß an Selbstreini­ gungswirkung wird erzielt dadurch, daß die beiden abfallenden Schrägen unter Ausbildung einer scharfen Kante aufeinander zulaufen. Auf diese Weise ist im Zahn­ grund des Zahnrades jede Fläche vermieden, die parallel zur Radachse verlaufen würde.

Die Schräge beziehungsweise die Schrägen im Zahngrund sind vorteilhafter Weise so gestaltet, daß die Schrägen in der Weise gewölbt sind, daß ihr Neigungswinkel zu den Stirnseiten hin zunimmt. Durch diese Gestaltung ist der freie Strömungsquerschnitt für den abzuführenden Schmutz, der sich zwischen dem Zahnkopf des Riemens und dem Zahngrund des Rades ergibt axial außen größer als axial innen.

An einem Zahnrad, das ausschließlich in einer Richtung umläuft, kann die Selbstreinigungswirkung noch weiter verbessert werden, wenn die in der axialen Richtung zu den Stirnseiten des Rades hin abfallenden Schrägen auch gegenüber der Umfangsrichtung schräg gestellt sind. Dabei sollte die Neigung der Schrägen in der Umfangsrichtung in der Weise gegenüber der Drehrichtung des Rades orientiert sein, daß die Zahnlücke an ihrem vorauslaufenden Ende an den Stirnseiten etwas tiefer ist als an ihrem hinterherlaufenden Ende. Als optimale Schrägstellung in der Umfangsrichtung, die der Schrägstellung in der axialen Richtung überlagert ist, hat sich herausgestellt, den Umfangs-Schrägungswinkel zu 360° dividiert durch die Zähnezahl dieses Zahnrades zu wählen.

Infolge größerer Bewegungsfreiheit der Riemenzahnköpfe besteht die Gefahr, das erfindungsgemäße selbstreinigende Zahnriementriebe ein höheres Laufgeräusch entwickeln als die bislang bekannten, wo der Zahnkopf des Riemenzahnes praktisch über seiner gesammten axialen Erstreckung zur Anlage in dem Zahngrund des Zahnrades kommt. Um den Vorteil der Selbstreinigung nicht mit dem Nachteil eines höheren Laufgeräusches erkaufen zu müssen, wird nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, daß die höchste Stelle einiger Zahnlücken des Zahnrades sich außerhalb der axialen Mitte des Zahnrades befindet. Vorteilhafterweise variiert die axiale Lage des Zahngrundzenites sowohl nach Vorzeichen als auch nach Betrag unregelmäßig über der Zahnlückenfolge.

Ein Zahnriementrieb bestehend aus mindestens zwei Zahnrädern und einem Zahnriemen, wobei die Radzähne mit den Riemenzahnlücken und die Radzahnlücken mit den Riemenzähnen korrespondieren löst die gestellt Aufgabe dadurch, daß zumindest eines der Zahnräder gemäß einem oder mehreren der vorgenannten Erfindungsmerkmale ausgebildet ist. Dabei entspricht vorteilhafterweise die Tiefe des Zahnlückengrundes des Zahnrades an der höchsten, also der radial äußersten Stelle der Schräge, im wesentlichen der Zahnlückentiefe des Zahnriemens. Damit wird gewährleistet, daß der Zahnriemen mit seinen Zähnen wenigstens örtlich in dem Zahngrund zur Auflage kommt, was zur niedrigeren Geräuschabstrahlung beiträgt.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das im folgenden näher erläutert wird. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Zahnrades für einen Zahnriementrieb und

Fig. 2 einen Längsschnitt durch dieses Zahnrad.

In der Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes Zahnrad dargestellt, das insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet ist. Es weist an seinem Außenumfang Zähne 2 und Zahnlücken 3 auf. Im hier gezeigten Ausführungsbei­ spiel ist die Zahnteilung gleichmäßig; gleichwohl ist eine gleichmäßige Zahnteilung für die Verwirklichung der Erfindung nicht erforderlich. Wegen der hier gewählten gleichmäßigen Zahnteilung wurde auf die Darstellung aller Zähne 2 verzichtet und stattdessen nur zwei Zähne und drei Zahnlücken aus dem oberen Bereich des Umfangs detailliert dargestellt, während am übrigen Umfang der Einfachheit halber nur der Kopfkreis 11 des Zahnrades dargestellt worden ist. Im Zusammenhang mit der Fig. 2, die das gleiche Zahnrad im Querschnitt darstellt, wird ersichtlich, daß in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel zwei zu den Stirnseiten des Zahnrades hin abfallende Schrägen 5 a und 5 b im Zahngrund 4 der Zahnlücken 3 vorgesehen sind.

Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Zahngrund eine im Querschnitt dachförmige Gestaltung mit einer scharfen Kante 8 auf, an der die geringste Zahntiefe t _min des Zahnrades i vorhanden ist. Diese Zahntiefe t _min im Bereich der scharfen Kante 8 beziehungsweise der höchsten, das heißt radial äußersten Stelle der Schrägen im Zahngrund soll dabei so groß sein, daß sie im wesentlichen der Zahnlückentiefe des mit dem Zahnrad 1 kämmenden, hier nicht dargestellten Zahnriemens entspricht.

Wie in der Fig. 2 ersichtlich, ist in diesem Ausführungsbeispiel der Zahngrund 4 aus jeweils zwei Kreisbögen zusammengesetzt, wobei die Mittelpunkte dieser Kreisbögen so gegeneinander versetzt sind, daß die Kreisbögen zwar stetig, aber unter Ausbildung eines Knickes ineinander übergehen. Der im Querschnitt (Fig. 2) erkennbare Knick 8 würde in der Draufsicht als eine im wesentlichen in der Umfangsrichtung verlaufende scharfe Kante 8 erscheinen. Wie in diesem Ausführungsbeispiel gezeigt, liegt vorteilhafterweise der Zenit 8 des Zahngrundes 4 zumindest bei der überwiegenden Anzahl der Zahngründe neben der axialen Mittellinie 10 des Zahnrades 1. Bei solchen Ausführungsformen, wo die Zahngründe zwecks vereinfachter Herstellung alle gleichgestaltet sind, empfiehlt es sich, die scharfe Kante 8 um etwa 10 bis 30% der Zahnradbreite neben die Mittellinie 10 zu legen. In der Fig. 2 ist hingegen eine besonders vorteilhafte Gestaltung gezeigt, wo die axiale Lage des Zahngrundzenites 8 über der Zahngrundfolge variiert. Ins­ besondere liegt in dem unten dargestellten Zahngrund 4 der Zenit 8 links von der Mittellinie 10, während der Zenit 8 des oberen Zahngrundes 4 auf der rechten Seite der Mittellinie 10 liegt. Die Abstände weichen auch in ihrem Betrag voneinander ab. Dabei ist selbstverständlich nicht ausgeschlossen, daß mehrere hintereinanderliegende Zahngründe der Zahngrundfolge in ihrer Gestaltung übereinstimmen.

Durch die bogenförmige Gestaltung des Zahngrundes 4 wird eine größere Neigung des Zahngrundes 4 an den axial äußeren Bereichen erzielt als in den axial innen liegenden Bereichen. Dies trägt der abzuführenden Schmutzmenge Rechnung. Durch die Ausbildung einer scharfen Kante 8, also der Vermeidung jeglicher Bereiche, in denen die Neigung 0 wäre, ist vermieden, daß irgendwo über der axialen Erstreckung des Zahngrundes Schmutz haften bleiben kann.

Wie in der Fig. 1 ersichtlich, sind die Zahngründe 4 darüber hinaus auch in ihrer Umfangsrichtung geneigt und zwar in der Weise, daß die in der Drehrichtung D vorauslaufenden Bereiche des Zahngrundes zumindest in den axial äußeren Bereichen tiefer ausfallen als in den hinterherlaufenden Bereichen.

Die Erfindung offenbart einen selbstreinigenden Zahnriementrieb, der nicht nur die Zuverlässigkeit in bekannten Anwendungsfeldern erhöht, sondern darüber hinaus auch neue Anwendungsfelder für Zahnriementriebe erschließt, insbesondere solche, wo Zahnriementriebe nicht mit einer Kapselung ausgestattet werden können. Dabei wird je nach Menge und Beschaffenheit des anfallenden Schmutzes die erfindungsgemäße Schrägstellung des Zahngrundes über der axialen Erstreckung des Zahnrades so groß gewählt, daß der Selbsthemmungswinkel des eingetragenen Schmutzes überschritten wird. Erfindungsgemäße Zahnriementriebe, die zumindest an den schmutzgefährdeten Stellen erfindungsgemäße Zahnräder aufweisen, können nun sogar in solchen Bereichen eingesetzt werden, wo bislang wegen Schmutzanfalles nur reibschlüssige Riementriebe in Frage kamen. Der prinzipbedingte Vorteil des besseren Wirkungsgrades formschlüssiger Riementriebe gegenüber reibschlüssigen Riementrieben kann so in größerem Umfange ausgenutzt werden.

Claims (10)

1. Zahnrad für Zahnriementrieb, dessen Radzähne mit Zahnlücken eines Zahnriemens und dessen Radzahnlücken mit den Zähnen des Zahnriemens korrespondieren, dadurch gekennzeichnet, daß in den Zahnlücken (3) des Zahnrades (1) der Zahngrund (4) zumindest eine zu einer Stirnseite (9 a, 9 b) des Zahnrades (1) hin abfallende Schräge (5 a, 5 b) aufweist.

2. Zahnrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schräge (5 a, 5 b) einen Winkel (α) gegenüber der Zahnradachse (6) aufweist, er größer als der Selbsthemmungswinkel ist.

3. Zahnrad nach einem der vorgenannten Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß der Zahngrund (4) in den Zahnlücken (3) des Zahnrades (1) eine im Querschnitt dachförmige Gestaltung mit zwei zu den Stirnseiten (9 a, 9 b) des Rades (1) hin abfallenden Schrägen (5 a, 5 b) aufweist.

4. Zahnrad nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden abfallenden Schrägen (5 a, 5 b) unter Ausbildung einer scharfen Kante (8) aufeinander zulaufen.

5. Zahnrad nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die abfallenden Schrägen (5 a, 5 b) ihr Gefälle (α) über der axialen Erstreckung in der Weise ändern, daß das Gefälle (a) über der Tiefe (t) monoton steigt.

6. Zahnrad nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in der axialen Richtung zu den Stirnseiten (9 a, 9 b) des Rades (1) hin abfallenden Schrägen (5 a, 5 b) auch gegenüber der Umfangsrichtung schräggestellt sind.

7. Zahnrad nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung der Schrägen (5 a, 5 b) in der Umfangsrichtung in der Weise gegenüber der Drehrichtung (D) des Rades orientiert ist, daß die Zahnlücke an ihrem vorauslaufenden Ende an den Stirnseiten (9) etwas tiefer ist als an ihrem hinterherlaufenden Ende.

8. Zahnrad nach einem der vorgenannten Ansprüche, mindestens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die höchste Stelle einiger Zahnlücken (3) des Zahnrades (1) sich außerhalb der axialen Mitte (10) des Zahnrades (1) befindet.

9. Zahnriementrieb bestehend aus mindestens zwei Zahnrädern und einem Zahnriemen, wobei die Radzähne mit den Riemenzahnlücken und die Radzahnlücken mit den Riemenzähnen korrespondieren, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eines der Zahnräder (1) gemäß einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche ausgebildet ist.

10. Zahnriementrieb nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe (t _min) des Zahnlückengrundes (4) des Zahnrades (1) an der höchsten Stelle der Schräge (5 a, 5 b) im wesentlichen der Zahnlückentiefe des Zahnriemens entspricht.