DE4036220C2 - Zahnriementrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Zahnriementrieb, enthaltend ein Zahnrad, das in seinen Lückengründen je einen Höcker aufweist und einen Zahnriemen, der in seinen Zahnköpfen je eine Delle aufweist, wobei die Riemenzahngründe auf den Rad­ zahnköpfen aufsetzen und die Riemenzahnköpfe in den Radlücken­ gründen aufsetzen.

Die DE-PS 11 97 710 lehrt einen Zahnriemen, der dazu bestimmt ist, in den Radlückengründen aufzusetzen. Die DE-OS 26 55 610 offenbart einen Zahnriemen, der dazu bestimmt ist, in den Rad­ lückengründen und auf den Radköpfen aufzusetzen. Die technische Informationsschrift SUPER TORQUE PD BELTS, "Engineering Design Data" des Riemenherstellers Goodyear vom Mai 1979 zeigt auf Seite 4 ein Zahnrad mit einem Zahnkopf, das eine Delle auf­ weist. Ein Zahnriementrieb gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 ist bekannt aus der DE-OS 33 06 490.

Die gattungsgemäße Anordnung von Delle im Zahnriemenkopf und Höcker in der Radzahnlücke soll dazu dienen, das Laufgeräusch klein zu halten. Gemäß der DE-OS 33 06 490 wird das besonders geringe Laufgeräusch dadurch erreicht, daß der Abstand a zwischen zwei auf der gleichen radialen Höhe liegenden Punkten eines jeden Höckers größer ist als der Abstand b zwischen den beiden entsprechenden, auf der gleichen radialen Höhe liegenden Punkten zu beiden Seiten einer jeden Delle.

Nachmessungen ergaben, daß der genannte geräuschmindernde Effekt zwar eintritt, jedoch über der Nutzungsdauer des Riemen­ triebes rasch abnimmt. Es wurde bei der Anmelderin versucht, die Betriebsdauer, bis zu der ein geräuschmindernder Effekt spürbar bleibt, dadurch zu erhöhen, daß die Differenz zwischen dem größeren a und dem kleineren b noch weiter vergrößert wurde. Dies führte jedoch zu keinem ausreichenden Erfolg und beeinträchtigte zudem den Wirkungsgrad des Riementriebes.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Laufgeräusch von Zahnriementrieben dauerhaft zu senken.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß nicht a größer b ist, wie in der DE-OS 33 06 490 gelehrt, sondern das im Gegenteil b größer a ist. Die hiermit erreichte Geräusch­ minderung ist zwar zu Beginn der Betriebsdauer etwas schlechter als mit Riementrieben nach der DE-OS 33 06 490, weshalb sie bislang verworfen wurde, fällt dann jedoch über der Betriebs­ dauer wesentlich langsamer ab, so daß der erfindungsgemäße Zahnriementrieb selbst nach 2000 Betriebsstunden noch fast genauso leise ist wie in der ersten Betriebsstunde.

Nach einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weicht im Profil - das ist der Schnitt in der Riemenlaufrichtung - die Zahnlückenform des Rades in der Weise von der konjugierten Zahnkopfform des Zahnriemens ab, daß sich zu beiden Seiten eines jeden Extremums der Riemenkopfform Luft zwischen Rad­ lücke und Riemenkopf ergibt. Hierdurch wird dem im Vergleich zur Radlücke weichen Riemenzahn beim Einlaufen neben der radialen Stauchung noch eine Bewegungsfreiheit zur Ausdehnung in der Umfangsrichtung verschafft. Obwohl diese zusätzliche Bewegungsfreiheit nicht in der radialen Richtung besteht, ist dadurch der Riemenzahn an seinem Kopf gegenüber radialer Belastung weicher. Dies führt sowohl zu einem sanfteren Einlauf als auch Auslauf der Riemenzähne in die bzw. aus den Radlücken.

Während ein zusätzlicher Verformungsfreiheitsgrad bei der DE- OS 33 06 490 durch eine Spreizung (Spagat) der beiden Gipfel eines Riemenzahnkopfes erreicht wird, wird hier ein zusätz­ licher Verformungsfreiheitsgrad durch Verdicken der beiden Gipfel eines Riemenzahnkopfes erreicht, wobei bei Ausführung nur nach Anspruch 1 die Verdickung eines jeden Gipfels allein in Richtung der Kopfdelle erfolgt, bei Ausführung nach Anspruch 2 zusätzlich noch in Richtung Riemenzahnlücke.

Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, daß der Höcker im Radlückengrund in der Umfangsrichtung eine Erstreckung kleiner 16% der Zahnteilung, die auf die Länge der Profilmittellinie des Zugstranges bezogen ist, aufweist. Wenn der Höcker größer ausgelegt würde, müßten die Gipfel der Riemenzahnköpfe zu schmal ausgebildet werden, wodurch diese keinen genügenden Radiallastenanteil mehr aufnehmen.

Es hat sich weiterhin als vorteilhaft herausgestellt, daß der Höcker in der Umfangsrichtung eine Erstreckung größer als 12% der Zahnteilung aufweist. Bei kleinerer Dimensionierung des Höckers wird der zwischen Radhöcker und Riemenzahndelle übertragene Anteil der Radialkraft zu klein mit der Folge eines insgesamt rauheren, ungleichmäßigeren Aufsetzens des Riemenzahnkopfes in der Radlücke und abrupteren Abhebens des Riemenzahnkopfes aus der Radlücke.

Es ist besonders günstig, die Merkmale der Ansprüche 3 und 4 in Kombination miteinander zu verwirklichen.

Um eine gewisse Tolerenzunempfindlichkeit der Rad- und der Riemenverzahnung beim Eingriff zu erzielen, sollten am Zahnrad die Lückengründe zu beiden Seiten eines jeden Höckers je einen Plateauabschnitt aufweisen, in dem - auf den Höckergipfel zugehend - sich der Radius des Lückengrundes gegenüber der Radachse nicht vergrößert, also gleich bleibt oder verringert.

Die Fertigungsüberwachung wird erleichtert, wenn diese Plateau­ abschnitte so ausgebildet sind, daß der Radius des Lücken­ grundes gegenüber der Radachse gleicht bleibt.

Es empfiehlt sich, ein Zahnrad für einen Zahnriementrieb gemäß dem Anspruch 1 in der Weise auszubilden, daß die Krümmung des Zahnradprofiles im Höckergipfel extrem und endlich ist. Es soll also nirgends eine betragsmäßig größere Krümmung auftreten als im Höckergipfel, jedoch soll der Höckergipfel nicht scharf­ kantig sein. Durch diese Ausbildung wird eine verzögerte Progression der Federkennlinie - Radialverformung aufgetragen über radialer Belastung - des auftreffenden Zahnriemenkopfes erzielt und dadurch ein besonders sanfter Riemeneinlauf bewirkt. Um eine optimale Gesamtgeometrie des Zahnrades zu erreichen, werden vorteilhafterweise die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 6 und Anspruches 5 miteinander kombiniert, obgleich die jeweiligen Effekte auch unabhängig voneinander auftreten.

Der Begriff "Extremum" im Rahmen dieser Anmeldung ist gleich­ bedeutend mit dem Begriff "relatives Extremum", wie er in der mathematischen Analysis verwendet wird.

Ein Zahnriemen für einen Zahnriementrieb gemäß Anspruch 1 weist an jedem Zahnriemenkopf zu beiden Seiten der Delle je ein Extremum auf. Im Gegensatz zur Zahnradgestaltung mit zwei Plateauabschnitten pro Radlückengrund sollte der Riemen zu beiden Seiten der Delle je ein punktuelles Extremum aufweisen. Dabei sollte an den Stellen, wo die Riemenprofilfunktion selbst ein Extremum aufweist, deren Krümmung (zweite Ableitung) extrem, aber endlich sein, also keinen Knick aufweisen.

Eine besonders günstige und einfache Zahnriemenkopfgestaltung ist dadurch beschrieben, daß jeder Zahnriemenkopf zwischen den beiden Extrema ein Profil nach einer Kosinusfunktion aufweist.

Was für die Gestalt der Zähne der Zahnriemen gilt, gilt auch für die der Zähne der Zahnräder; eine besonders gute Reproduzierbarkeit der Fertigung und eine besonders gleich­ mäßige Laufruhe wird erreicht, wenn jeder Höcker ein Profil nach einer Kosinusfunktion aufweist. Dabei weisen die Höcker in der Umfangsrichtung vorzugsweise eine Erstreckung kleiner 16% und größer 12% der Zahnteilung auf. Weiterhin empfiehlt sich eine Kombination mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 5.

Ein besonders laufruhiger Zahnriementrieb ist dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das Dellenprofil als auch das Höckerprofil jeweils einer Kosinusfunktion entspricht. Dabei ist gemäß Anspruch 1 die Wellenlänge der Kosinusfunktion des Höckerprofiles kleiner als die Wellenlänge der Kosinusfunktion des Dellenprofiles.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in zwei Figuren gezeigten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 Zahnlücke eines erfindungsgemäßen Zahnrades in Ansicht und

Fig. 2 einen Abschnitt mit Zahn eines erfindungsgemäßen Zahnriemens in Ansicht und einen daran anschließenden Abschnitt im Schnitt.

Der in Fig. 1 gezeigte Teil eines erfindungsgemäßen Zahn­ rades 2 zeigt im wesentlichen eine Radzahnlücke, wie sie jeweils zwischen zwei aufeinanderfolgenden Radzähnen angeordnet ist. Der Radzahnlückengrund 3 weist einen Höcker 4 auf mit einer Erstreckung s in Umfangsrichtung. Links und rechts vom Höcker 4 ist je ein Plateauabschnitt 8 angeordnet, in denen der auf die Radachse 9 bezogene Krümmungsradius r konstant ist. Der Begriffsbestandteil "Plateau" ist evident bei Darstellung der Verzahnungskontur in Polarkoordinaten, wenn als Koordinaten­ ursprung die Radachse 9 gewählt ist. Die Zahnteilungslinie 12 stimmt mit der Mittellinie 12 des Zugstranges 7 des Zahnriemens 1 überein - der nachfolgend in der Fig. 2 näher dargestellt ist - wo der erfindungsgemäße Zahnriemen 1 über das erfindungsgemäße Zahnrad 2 läuft.

Die Fig. 2 zeigt etwa 1,5 Teilungslängen t eines erfindungs­ gemäßen Zahnriemens 1. Die Zahnköpfe 5 weisen eine Delle 6 auf. Die je zwei Extrema 10 an den Zahnköpfen 5 sind punktförmig, d. h., daß innerhalb einer endlichen Umgebung größer Null jeder noch so nah bei einem Extremum 10 liegender, von diesem Extremum 10 verschiedener Konturpunkt einen kleineren Abstand zur Teilungslinie aufweist als das Extremum 10 selbst. Im Gegensatz zur Zahnradkontur weist die Zahnriemenkontur an diesen entsprechenden Stellen keine Plateaus auf.

Zahnriemen 1 und Zahnrad 2 sind so für den gegenseitigen Eingriff vorgesehen und abgestimmt, daß im Bereich von Radhöcker bzw. Riemendelle für einander korrespondierende Radkonturpunkte P und Riemenkonturpunkte Q gilt, daß der Abstand a zwischen den Radkonturpunkten P in radialer Höhe h kleiner ist als der Abstand b zwischen den Riemenkontur­ punkten Q. Dabei gelten solche Radkonturpunkte P als korrespondierend mit Riemenkonturpunkten Q, die in der gleichen radialen Höhe h zur Teilungslinie 12 liegen. Mit der hier abgebildeten Verzahnung wurde eine über der Betriebsdauer annähernd konstante Geräuschreduktion erreicht.

Claims (11)

1. Zahnriementrieb, enthaltend ein Zahnrad (2), das in seinen Lückengründen (3) je einen Höcker (4) aufweist, und einen Zahnriemen (1), der in seinen Zahnköpfen (5) je eine Delle (6) aufweist, wobei die Riemenzahngründe auf den Radzahnköpfen aufsetzen und die Riemenzahnköpfe (5) in den Radlückengründen (3) aufsetzen, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand a zwischen zwei auf der gleichen radialen Höhe (h) liegenden Punkten (P) eines jeden Höckers (4) in den Lückengründen (3) des Zahnrades (2) kleiner ist als der Abstand b zwischen den beiden entsprechenden, auf der gleichen radialen Höhe (h) liegenden Punkten (Q) zu beiden Seiten einer jeden Delle (6) auf den Zahnköpfen (5) des Zahnriemens (1).

2. Zahnriementrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnlückenform des Rades (2) im Profil von der konjugierten Zahnkopfform des Zahnriemens (1) so abweicht, daß sich zu beiden Seiten eines jeden Extremums (10) der Riemenkopfform Luft zwischen der Radlücke (3) und dem Riemenkopf (5) ergibt.

3. Zahnrad (2) für Zahnriementrieb gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Höcker (4) in der Umfangsrichtung eine Erstreckung (s) kleiner 16% der Zahnteilung (t), die auf die Lage des Zugstranges (7) bezogen ist, aufweist.

4. Zahnrad (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Höcker (4) in der Umfangsrichtung eine Erstreckung (s) größer 12% der Zahnteilung (t) aufweist.

5. Zahnrad (2) für Zahnriementrieb gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lückengründe (3) zu beiden Seiten eines jeden Höckers (4) je einen Plateauabschnitt (8) aufweisen, in dem - auf den Höckergipfel (11) zugehend - sich der Radius (r) des Lückengrundes (3) gegenüber der Radachse (9) nicht vergrößert, also gleich bleibt oder verringert.

6. Zahnrad (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung des Zahnradprofiles im Höckergipfel (11) extrem und endlich ist.

7. Zahnriemen (1) für Zahnriementrieb gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zahnriemenkopf (5) zu beiden Seiten der Delle (6) je ein punktuelles Extremum (10) aufweist.

8. Zahnriemen (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung des Zahnriemenprofiles in den Extremen (10) endlich und ebenfalls extrem ist.

9. Zahnriemen (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zahnriemenkopf (5) zwischen den beiden Extrema (10) ein Profil nach einer Kosinusfunktion aufweist.

10. Zahnrad (2) für Zahnriementrieb gemäß Anspruch 1, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Höcker (4) ein Profil nach einer Kosinusfunktion aufweist.

11. Zahnriemen nach Anspruch 1, wobei jeder Zahnriemenkopf (5) zwischen den beiden Extrema (10) je eine Delle (6) mit einem Dellenprofil aufweist und wobei jeder Zahnlücken­ grund (3) je einen Höcker (4) mit einem Höckerprofil aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das Dellen­ profil als auch das Höckerprofil je einer Kosinusfunktion entspricht.