DE4111063A1 - Fuellkoerper fuer zahnriemenantriebe - Google Patents

Description

Als Antriebselemente werden Zahnriemen zunehmend anstelle von Ketten eingesetzt, wobei normalerweise einer der Vor­ teile von Zahnriemen die größere Laufruhe ist.

Nachdem die Qualität der Zahnriemen laufend verbessert wur­ de, werden Zahnriemen nun auch für sehr schnell laufende Antriebe eingesetzt, wobei es - abhängig von der Profilform des Zahnriemens und der in diesem Zusammenhang eingesetzten Zahnriemenscheiben - mit steigender Betriebsgeschwindigkeit eine so hohe Geräuschentwicklung auftritt, daß dadurch eine Reihe von Anwendungsfällen für Zahnriemenantriebe nicht mehr zugänglich war.

Offensichtlich beruht diese Geräuschentwicklung zum einen auf Luftturbulenzen in dem Bereich des Ein- und Austrittes des Zahnriemens in die Umfangsprofilierung der Zahnriemen­ scheibe. Jedoch kann auch Körperschall, erzeugt durch das Schwingen des freien Trummes des Zahnriemens, nicht ausge­ schlossen werden.

Es besteht daher die Aufgabe, solche schnell laufenden Zahnriemenantriebe, die meist unter Deckeln oder in ge­ schlossenen Gehäusen montiert sind, durch möglichst ein­ fache und kostengünstige Maßnahmen in der Geräuschent­ wicklung zu minimieren.

Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 ge­ löst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch einen Füllkörper, der den Freiraum im Inneren des um­ laufenden Zahnriemens bis nahe an den Zahnriemen und die Zahnriemenscheiben ausfüllt, kann bei ausreichend geringer Spaltbreite die Geräuschentwicklung sehr stark reduziert werden, indem offensichtlich die Luftturbulenzen im Be­ rührungsbereich zwischen Zahnriemenscheibe und Zahnriemen sehr schnell in eine laminare Luftströmung umgewandelt wird, die durch den zwischen Füllkörper und Zahnriemen bzw. Zahnriemenscheibe verbleibenden Spalt gezielt geleitet wird.

Diese Wirkung tritt erst dann ein, wenn der Spalt höchstens 2 bis 3 mm breit ist, wobei die Spaltbreite zwischen dem freien Trumm des Zahnriemens und dem Körper von der Länge des freien Trummes des Zahnriemens abhängt. Ist diese Länge geringer als 50 cm, so sollte dieser Spalt etwa 1 mm breit sein, bei größeren freien Längen wird er eher 2 mm breit sein, da mit zunehmender Länge des freien Trummes auch der Absolutwert der Querauslenkung des Zahnriemens zunimmt.

Zwar wird bewußt in Kauf genommen, daß dabei der Zahnriemen gelegentlich die Außenflächen des Füllkörpers berührt, je­ doch sollte eine solche Berührung eher die Ausnahme sein, um die Querschwingungen des Zahnriemens wieder zu dämpfen und kein regelmäßiger, oft auftretender Vorgang, da hier­ durch ein zu starker Abrieb und damit Verschleiß des Zahn­ riemens gegeben wäre.

Um diesen Abrieb zu minimieren, sollte die dem freien Teil des Zahnriemens gegenüberliegende Fläche des Füllkörpers vorzugsweise mit einem leicht gleitenden, abriebfesten Ma­ terial (Metallbleche, Teflon) beschichtet sein.

Obwohl der Füllkörper prinzipiell aus jedem formbeständigen Material bestehen kann, hat sich eine Herstellung aus Holz und hierbei insbesondere aus Schichtholz als sehr vorteil­ haft erwiesen: Dieses Material, bei dem die einzelnen schichten lotrecht zu den Drehachsen der Zahnriemenscheiben verlaufen, ergibt nicht nur eine sehr gute Geräuschdämpfung sondern kann ebenso gut wie Kunststoff verarbeitet werden, kann relativ preisgünstig und formgenau hergestellt werden und besitzt ein ausreichend geringes Gewicht, um das durch solche Füllkörper zusätzlich eingebrachte Gewicht in Gren­ zen zu halten.

Bei einer Herstellung aus einem solchen Schichtholz, dessen einzelne Schichten in der Regel deutlich dünner als 5 mm sind, können die dem freien Teil des Zahnriemens zugewand­ ten Flächen besonders einfach, kostengünstig und paßgenau mit Metallblechen belegt werden, um die Reibung zwischen Zahnriemen und Füllkörper zu minimieren. Durch derartige glatte Außenflächen des Füllkörpers ergibt sich auch eine verbesserte Laminarströmung der Luft im Spalt, die ja bei zunehmender Rauheit der begrenzenden Flächen an diesen Be­ grenzungsflächen immer mehr zu Turbulenzen neigt.

Der Füllkörper kann auch als Hohlkörper ausgebildet sein, was die Geräuschdämpfung gegenüber Herstellung aus Vollma­ terial nur sehr geringfügig verringert, solange die Wand­ stärke wenigstens 15 mm (bei Holz, Metall und Kunststoff) beträgt. Prinzipiell kann der Füllkörper dann als beidsei­ tig offenes Profilteil erstellt werden, dessen lotrecht zu den Drehachsen der Zahnriemenscheiben liegende Begrenzungs­ flächen vollständig fehlen. Vorzugsweise wird jedoch nur eine dieser Begrenzungsflächen vollständig offen sein, da die andere, gegenüberliegende Begrenzungsfläche zur Befe­ stigung des Füllkörpers dient.

Der beschriebene Füllkörper kann am einfachsten als ein­ stückiges Teil hergestellt werden. Da zum Auswechseln, Nachspannen etc. des Zahnriemens jedoch der Achsabstand der Zahnriemenscheiben, um die der Zahnriemen herumläuft, ver­ stellt werden können muß, muß sich auch der Füllkörper entweder dieser Veränderung anpassen können, oder vor der Veränderung des Achsabstandes entfernt werden können. Da der für den normalen Betrieb des Zahnriemenantriebes einzustellende Achsabstand jedoch nicht auf den Millimeter genau festgelegt werden kann, sondern von Parametern, wie dem Material des verwendeten Zahnriemens, der Umgebungstemperatur etc. abhängt, muß der Füllkörper vorzugsweise in seiner Länge entlang der Verbindungslinie zwischen den Zahnriemenscheiben verändert werden können.

Dies ist möglich, indem der Füllkörper mehrteilig, bei Verwendung von nur zwei Zahnriemenscheiben im gesamten Antrieb vorzugsweise aus zwei Teilen, ausgebildet ist.

Dabei kann die Trennung entlang einer Ebene verlaufen, die parallel zu den Drehachsen der Zahnriemenscheiben verläuft, und beidseitig an diesen vorbei verläuft. Entlang dieser schrägen Ebene können die beiden Teile des Füllkörpers ge­ geneinander verschoben werden, wobei sich bei entsprechend steilem Winkel nur eine geringfügige Verbreiterung des ge­ samten Füllkörpers ergibt und der angestrebte Spalt gegen­ über den freien Bereichen der Zahnriemen in einem noch ak­ zeptablen Maß verändert wird.

Die Teilung kann auch entlang einer Ebene erfolgen, die in der Weise schräg zu den Achsen der Zahnriemenscheiben ver­ läuft, daß sie von diesen jeweils geschnitten wird. Dadurch ergibt sich bei Relativbewegung der beiden Teile des Füll­ körpers zueinander eine Veränderung der Tiefe des Füllkör­ pers, betrachtet in Blickrichtung der Drehachsen der Zahn­ riemenscheiben. Eine solche Teilung kann auch in Form von mehreren, treppenförmigen Stufen erfolgen, die entlang der soeben beschriebenen Diagonale verlaufen. Da jede Stufe aus einem Schenkel parallel zur Verbindungslinie zwischen den Zahnriemenscheiben besteht und einem weiteren Schenkel, der hierzu quer verläuft, ergibt sich bei Relativbewegung der beiden Teile keine Verbreiterung des Füllkörpers, sondern es entstehen Spalte entlang der quer verlaufenden Schenkel.

Es hat sich jedoch erwiesen, daß bei Aufteilung der Tiefe des Füllkörpers, betrachtet in Blickrichtung der Drehach­ sen, in so viele Stufen, daß die einzelnen Stufen nicht größer als etwa 2 cm sind und die Stufung so ausgeführt ist, daß die einzelnen Spalte wenigstens um 1 bis 2 cm in Laufrichtung des Zahnriemens voneinander entfernt sind, nur eine sehr geringe Abschwächung der Geräuschdämpfung durch den Füllkörper eintritt.

Der Vorteil einer solchen stufenformigen Teilung besteht darin, daß der Abstand der Stirnflächen der Füllkörper vom umgebenden Gehäuse, also zur Grundplatte, auf der die An­ triebseinheit befestigt ist, bzw. zum umschließenden Deckel, sehr genau eingestellt werden kann. Dabei ist auch eine direkte Anlage der stirnflächen des Füllkörpers an den begrenzenden Maschinenteilen möglich.

Ebenso kann jedes der Teile des Füllkörpers direkt mit den Drehachsen einer der Zahnriemenscheiben verbunden werden, so daß bei Relativbewegung der Zahnriemenscheibe zueinander automatisch auch die Teile des Füllkörpers relativ zueinan­ der bewegt werden, ohne daß eine zusätzliche, separate Ein­ stellung des Füllkörpers notwendig ist. Ein weiteres wich­ tiges Detail ist die Ausbildung der Spitzen des Füllkör­ pers, die in den spitzenbereich zwischen Zahnriemenscheibe und austretendem Zahnriemen hineinweisen: Gerade diese Spitze des Füllkörpers erfüllt eine Spoiler-ähnliche Funk­ tion hinsichtlich einer laminaren Führung der hier austre­ tenden Luftmengen. Diese Kante des Füllkörpers sollte daher möglichst spitz ausgebildet sein und eine Rundung von maximal 1 mm Radius aufweisen.

Vorzugsweise Ausführungsformen gemäß der Erfindung sind im folgenden beispielhaft anhand der Figuren beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Aufsicht auf einen Zahnriemenantrieb mit Füllkörper,

Fig. 2 eine Detailansicht aus Fig. 1,

Fig. 3 eine Ansicht eines Zahnriemenantriebes quer zur Laufrichtung des Zahnriemens mit schräg geteiltem Füllkörper und

Fig. 4 eine Darstellung ähnlich der der Fig. 3 mit stu­ fenförmig geteiltem Füllkörper.

In Fig. 1 ist ein Zahnriemen 5 dargestellt, der über zwei Zahnriemenscheiben 6 mit unterschiedlichem Durchmesser ge­ führt wird.

In dem durch die beiden Zahnriemenscheiben 6 und den Zahn­ riemen 5 gebildeten Innenraum ist ein Füllkörper 3 einge­ paßt, der über zwei Bohrungen 4 auf der Grundplatte bzw. der zugrundeliegenden Maschineneinheit befestigt werden kann.

Dieser Füllkörper 3 ist dem Innenraum so angepaßt, daß zwi­ schen seinen Außenflächen 23 und den Innenflächen der frei­ en Teile des Zahnriemens 5 lediglich ein sehr schmaler Spalt 2 von etwa 1 mm bestehen bleibt. Zwischen dem freien Umfang der Zahnriemenscheiben 6 und dem Füllkörper 3 be­ trägt der Spalt 21 dagegen nur etwa 0,5 mm. Die Größe der Breite der Spalte 2 ermöglicht dem Zahnriemen 5 Querbewegungen, ohne sofort die Außenfläche 23 des Füllkörpers zu berühren.

Insbesondere im spitzwinkligen Raum 1 des auf die Zahnrie­ menscheiben 6 auf- bzw. ablaufenden Zahnriemens 5 reicht die Kante 28 des Füllkörpers 3 sehr nahe an Zahnriemen 5 und Zahnriemenscheibe 6 heran und ist spitz ausgebildet mit einem Radius von weniger als 1 mm, was besonders beim Aus­ tritt des Zahnriemens wichtig ist, um die austretende Luft möglichst wirkungsvoll in zwei laminare Teilströme aufzu­ teilen.

Die dem Zahnriemen 5 zugewandten Außenflächen des Füllkör­ pers 3 können vorzugsweise - besonders bei langen freien Längen des Zahnriemens 5 zwischen zwei Zahnriemenscheiben 6 - nicht unbedingt parallel zu den Innenseiten des Zahnrie­ mens 5 verlaufen, sondern etwas konkav ausgeführt sein, so daß der Spalt 2 im mittleren Bereich der freien Länge des Zahnriemens 5 größer ist als in den Endbereichen und beson­ ders im Bereich des Raumes 1, wo die Außenflächen des Füll­ körpers möglichst nahe, vorzugsweise ebenfalls auf 0,5 mm, an die Innenseiten des Zahnriemens 5 heranreichen sollen.

Der größere Abstand im mittleren Bereich entspricht den dort auftretenden größeren Querbewegungen des Zahnriemens.

In Fig. 2 ist weiterhin der Blechbeschlag 11 auf den dem freien Teil des Zahnriemens 5 zugewandten Außenflächen 23 des Füllkörpers 3 zu erkennen.

Fig. 1 zeigt den Füllkörper 3 als Hohlkörper, dessen eine Stirnseite vollständig offen ist, und dessen gegenüberlie­ gende Stirnseite die Bohrungen 4 zum verschrauben an der Maschine aufweist. Zusätzlich ist der Füllkörper 3 der Fig. 1 nicht einstückig ausgebildet, sondern entlang der Ebene 16 geteilt, die parallel zu den Drehachsen 10 der Zahnrie­ menscheiben 6 verläuft, und sich vom Bereich der einen Kan­ te 28 des Füllkörpers 3 zum Bereich der diagonal gegenüber­ liegenden Kante 28 erstreckt. Dadurch entsteht ein mög­ lichst spitzer Winkel zwischen dieser Ebene 16 und der Ver­ bindungslinie 29 der Drehachsen 10, so daß eine Relativbewe­ gung der beiden Teile 25, 26 des Füllkörpers 3 um wenige Millimeter nur zu einem im 1/10-mm Bereich liegenden Quer­ versatz der beiden Teile 25, 26 des Füllkörpers 3 zueinan­ der führt.

Eine andere Teilung des Füllkörpers zeigt Fig. 3:

Dort ist der Füllkörper 3 entlang einer Ebene 17 geteilt, die von dem einen Ende der einen Stirnseite 30 des Füllkör­ pers 3 zum schräg gegenüberliegenden Ende der anderen Stirnseite 31 des Füllkörpers 3 verläuft. Diese Ebene 17 wird damit von den beiden Drehachsen 10 der nicht darge­ stellten Zahnriemenscheiben geschnitten.

Dabei sollte der Winkel 32 zwischen dieser Ebene 17 und den Stirnseiten 30, 31 des Füllkörpers möglichst klein sein, um bei einer Relativbewegung der beiden Teile 25, 26 des Füll­ körpers 3 einen möglichst geringen Querversatz - betrachtet diesmal in Blickrichtung der Fig. 3 - zu ergeben.

Wie Fig. 3 zeigt, ist der Füllkörper 3 in Fig. 3 als Hohl­ körper ausgebildet, in dessen einer Stirnseite Bohrungen 18 vorgesehen sind, über die, mit zwischengelegter Distanz­ scheibe 22, eine Verschraubung mit der Maschine 13 erfolgen kann. In der gegenüberliegenden Stirnseite 31 des anderen Teiles 26 sind an den entsprechenden Stellen Langlöcher 19 vorgesehen, so daß trotz einer Relativbewegung dieses Teiles 26 eine durch Langloch 19 und Bohrung 18 bis zur Maschine 13 hindurchgehende Schraube 33 verwendet werden kann, von der der Übersichtlichkeit halber in Fig. 3 nur eine darge­ stellt ist.

Der Deckel 14 zum Verschließen der Antriebseinheit ist üb­ licherweise mit Hilfe der angedeuteten Muttern 15 direkt auf den Drehachsen 10 der Zahnriemenscheiben 6 verschraubt.

Fig. 4 zeigt eine der Fig. 3 ähnliche Darstellung des Füll­ körpers 3, bei der die Teilung in die beiden Teile 25, 26 jedoch mittels treppenartiger Stufen 27 erfolgt. Jede Stufe 27 besteht dabei aus einem Längsschenkel 34 in Richtung der Längserstreckung des nicht dargestellten Zahnriemens 5 und einem hierzu rechtwinklig verlaufenden Querschenkel 35 parallel zu den Drehachsen 10. Dadurch ist zwischen jeweils zwei gegenüberliegenden Querschenkeln 35 der beiden Teile 25 und 26 des Füllkörpers 3 ein Spalt 21 gegebene sofern die beiden Teile des Füllkörpers 3 nicht vollständig bis zur Anlage gegeneinander geschoben sind. Da sich die Spalte 21 nicht über die gesamte Breite des Zahnriemens 5 er­ streckt, sondern jeweils nur eine Länge von maximal 2 cm und eine Breite von wenigen Millimetern besitzen, wirkt sich dies auf das Geräuschdämpfungsverhalten des Füllkör­ pers nur geringfügig aus, sofern der Längsabstand der je­ weiligen Spalte 21 wenigstens 1 bis 2 cm beträg. Dadurch wird ein Ablösen der laminaren Luftströmungen und Umwandeln in eine turbulente Strömung über die gesamte Breite des Zahnriemens verhindert.

Die Lösung gemäß Fig. 4 hat den Vorteil, daß durch Relativ­ bewegung der beiden Teile zueinander keine Verbreiterung des Füllkörpers 3 - gesehen in Blickrichtung der Fig. 4 - eintritt und damit ein definierter Abstand zur Maschine 13 bzw. der entsprechenden Grundplatte und auf der anderen Seite zum Deckel 14 exakt eingehalten werden kann. Beson­ ders in diesem Fall können die beiden Teile 25, 26 des Füllkörpers 3 direkt mit den Drehachsen 10 und damit den Zahnriemenscheiben 6 verbunden werden, indem entsprechende Fortsätze 36 bis zur Drehachse 10 der Zahnriemenscheibe reichen. Durch eine Verstellung der Zahnriemenscheiben 6 relativ zueinander werden die beiden Teile 25 und 26 des Füllkörpers 3 automatisch mit verstellt, ohne daß die ge­ wünschten Abstände zwischen Zahnriemenscheibe und Außenflä­ che 23 des Füllkörpers neu eingestellt werden müssen.

Besonders vorteilhaft ist die Verwendung derartiger Füll­ körper bei Zahnriemenantrieben, die ein HTD-Profil aufwei­ sen, bei dem die Vertiefungen 8 der Zahnriemenscheibe und die entsprechenden Erhebungen 9 des Zahnriemens etwa halb­ kreisförmig ausgebildet sind, da gerade bei dieser Zahnrie­ menform eine starke Dämpfung durch den beanspruchten Füll­ körper eintritt.

Claims (10)

1. Füllkörper (3) für Zahnriemenantriebe, dessen Außen­ flächen (23) den durch den Zahnriemen (5) und alle darin eingreifenden Zahnriemenscheiben (6) gebildeten Innenraum soweit ausfüllt, daß der verbleibende Spalt (2, 21, 24) maximal 2 bis 3 mm beträgt.

2. Füllkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (24) zwischen dem Füllkörper (3) und dem freien Umfang der Zahnriemenscheiben (5) etwa 0,5 mm beträgt und der Spalt (2) zwischen dem Füllkörper und den freien Bereichen der Zahnriemen (5) maximal 2 mm, bei freien Zahnriemenlängen unter 50 cm etwa 1 mm beträgt.

3. Füllkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllkörper (3) einstückig ausgebildet ist und auf dem gleichen Teil der Maschine (13) verschraubt ist, wie die Zahnriemenscheiben (6).

4. Füllkörper nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllkörper (3) hohl ausgebildet ist und eine Wandstärke von wenigstens 15 mm besitzt und wenigstens eine der lot­ recht zu den Achsen (10) der Zahnriemenscheiben (6) liegen­ den Begrenzungsflächen des Füllkörpers (3) offen ist.

5. Füllkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diejenigen Außenflächen (23) des Füllkörpers (3), die den freien Bereichen des Zahnriemens (5) gegenüberliegen, eine Beschichtung aus abriebfestem Material, vorzugsweise aus Metallblechen, aufweisen.

6. Füllkörper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllkörper aus Holz, insbesondere aus Schichtholz be­ steht, dessen Einzelschichten maximal 5 mm dick sind und Ebenen bilden, die lotrecht zu den Achsen (10) der Zahnrie­ menscheiben (6) liegen.

7. Füllkörper nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllkörper (3) mehrteilig ausgebildet ist, und insbe­ sondere aus zwei Teilen besteht.

8. Füllkörper nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllkörper (3) entlang einer Ebene (16), die parallel oder in einem Winkel von mehr als 65°, vorzugsweise von mehr als 75°, schräg zu den Achsen (10) der Zahnriemenscheiben (6) verläuft, geteilt ist und die Teile (25, 26) um einige mm auf der Verbindungslinie zwischen den Zahnriemenscheiben (6) aufeinander zu und voneinander weg bewegt werden können.

9. Füllkörper nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilung in Form von Stufen (27) ausgeführt ist.

10. Verwendung des Füllkörpers bei Zahnriemenantrieben, dessen Zahnriemen (5) ein HTD-Profil aufweist.