DE4226999A1 - Zahnriementrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen aus Riemenscheibe und Zahnriemen bestehenden Zahnriementrieb bei welchem die einzelnen Zähne des Zahnriemens in die Zahnlücken der Zahnscheibe und umge­ kehrt die Zähne der Zahnscheibe in die Lücken des Zahnriemens eingreifen, wobei dementsprechend sowohl Zahnriemen als auch Zahn­ riemenscheibe hinsichtlich des Abstandes ihrer Zähne einer bestimmten Teilung unterliegen.

Bei bekannten Anordnungen dieser Art ist die Teilung zwischen den Zähnen der Scheibe und denen des Zahnriemens so gewählt, daß bei einem normalen Umschlingungswinkel von etwa 180° eine gleichmäßige Lastverteilung der zu übertragenden Last im Umschlingungsbereich auftritt. Bei anderen Zahnriementrieben dieser Art nimmt die Belastung vom Bogenanfang bis zum Bogen­ ende ab, so daß der erste in Eingriff kommende Riemenzahn der größten im Umschlingungsbogen auftretenden Belastung unterliegt.

Bei beiden Zahnriementrieben unterliegen die Zähne des Zahn­ riemens einem relativ raschen Verschleiß. Üblicherweise besteht nämlich der Zahnriemen aus einem mit Zugstrangeinlagen versehenen Kunststoffprofil, wobei der Kunststoff Polyurethan, Gummi und dergleichen sein kann. Das Material des Zahnriemens ist damit erheblich verschleißempfindlicher als das Material der normalerweise aus Metall bestehenden Zahnscheibe. Diese Verschleißerscheinungen kommen insbesondere dann zum Tragen, wenn der Zahnriementrieb der Übertragung von größeren Kräften dient, d. h. also wenn im Berührungsbereich zwischen Zahnscheibe und Zahnriemen eine relativ hohe Zahnbelastung auftritt.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, einen Zahnriementrieb der eingangs genannten Art so auszubilden, daß trotz hoher Kraftübertragung mittels des Zahnriementriebes der auftretende Verschleiß an den Zähnen des Zahnriemens mög­ lichst klein gehalten wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Betriebszustand des Zahnriementriebes, also unter Last, die Teilung der Zähne des Zahnriemens kleiner als diejenige der Zähne der Zahnscheibe ist, so daß der erste mit den Zähnen der Zahnscheibe in Kontakt kommende Zahnriemenzahn praktisch lastfrei in die Getriebeverbindung Zahnscheibe/Zahnriemen einläuft, während der am Ende des Umschlingungsbogens liegende letzte Zahn die höchste Belastung überträgt.

Mit dieser Anordnung wird erreicht, daß eine derartige Last­ verteilung zu einem besonders niedrigen Verschleiß der Zähne des Zahnriemens, und zwar insbesondere zu einem Verschleiß führt, der deutlich niedriger als derjenige ist, der mit den oben genannten zum Stand der Technik zu rechnenden Anordnungen erreichbar ist.

Der Umstand, daß der jeweils letzte in die Verbindung zwischen den Zähnen der Zahnriemenscheibe und des Zahnriemens eintre­ tende Riemenzahn die höchste Belastung des Getriebes zu tragen hat, während der jeweils erste einlaufende Zahn die geringste Belastung trägt, bedeutet, daß der ohne Belastung einlaufende erste Zahn mit seiner Flanke der Flanke des zugeordneten Zahnes der Zahnriemenscheibe entlanggleitet; jedoch ohne größere Reibungskräfte und ohne größere Verformung, wäh­ rend der jeweils letzte Zahn, der den Hauptanteil der Kraftübertragung trägt, in Form einer relativ raschen Winkelbewegung von den Zähnen der Zahnscheibe gelöst und aus dem Getriebe- bzw. Betriebszustand heraus­ geschwenkt wird. Dies bedeutet, daß beim Einschwenken eine etwa translatorische Relativbewegung zwischen den beiden Zähnen bzw. deren Flanken auftritt, beim Ausschwenken aber eine Art Kippbewegung, die relativ rasch die beiden Zahnflanken voneinander löst.

Die größte Kraftübertragung findet also in ihrem hinteren bzw. letzten Bereich am Ende des Umschlingungsbogens statt, ohne schädliche Reibung auf die Zahnflanken des Zahnriemens aufzu­ bringen, während im Reibungsfall die beiden einander gegenüber­ liegenden und sich relativ zueinander verschiebenden Flanken nicht oder nur geringfügig einer auf beide Flanken wirkenden Auflagekraft unterliegen. Auf diese Weise wird der Verschleiß bei einem solchen Riementrieb insgesamt erheblich herabgesetzt.

Die erfindungsgemäße Anordnung hat insbesondere den Vorteil, daß selbst dann, wenn der jeweils letztbelastete Zahn die gleiche Belastung tragen müßte wie der erste Zahn beim her­ kömmlichen Getriebe, der Verschleiß des erfindungsgemäßen Zahn­ riementriebes erheblich niedriger als bei den bekannten Ge­ trieben wäre.

Zweckmäßigerweise kann die Teilung im Betriebszustand auf dem Wirkungskreis im Umschlingungsbogen gemessen werden. Für die Erzeugung von Zahnriementrieben der erfindungsgemäßen Art gibt es verschiedene Möglichkeiten.

So kann eine Möglichkeit darin bestehen, die Zahnscheibe mit der­ selben Teilung zu versehen, aber im Durchmesser etwas größer zu machen, was bedeutet, daß der Kopfkreisdurchmesser um einen bestimmten Betrag größer als bei der herkömmlichen Art ist, wobei infolge dieser Durchmesservergrößerung der an sich unveränderte Zahnriemen auf einem größeren Durchmesser der Flanken der Zahnscheibe zur Auflage kommt und demzufolge weiter außen läuft, was im Ergebnis zu der erfindungsgemäßen Teilungs­ änderung führt.

Eine weitere Ausführungsform besteht darin, die Riemenzahnform zu ändern, und zwar sie mit einer nach außen weisenden Wulst oder dergleichen zu versehen, die auf dem Kopf der Zähne des Zahnriemens aufliegt, wobei in dieser Weise die Zahnköpfe des Zahnriemens erhöht werden, was ebenfalls dazu führt, daß der Zahnriemen mit seiner neutralen Faser weiter nach außen verlagert wird als bei den bekannten Anordnungen, so daß auch hier entsprechende Teilungsänderungen gegebenen sind. Die Riemenlängsachse wird also auf einen größeren Durchmesser angehoben.

Ein besonderer Vorteil dieser letzten Anordnung besteht darin, daß sich ein geräuschmindernder Effekt beim Laufen dieses Riemenantriebes ergibt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß der Auflagestoß, mit welchem der Zahn des Zahnriemens in die Lücke mit den Zähnen der Zahnscheibe eintritt, durch die Verformung der aufgetragenen Wulst gedämpft wird, was zu erheblichen Geräuschminderungen führen kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungs­ beispielen in der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in schematischer perspektivischer Darstellung einen Abschnitt eines erfindungs­ gemäß ausgebildeten Zahnriementriebes.

Fig. 2 ist die Ansicht II-II des Zahnriementriebes nach Fig. 1 in vervollständigter Darstellung.

Fig. 3 ist eine Ansicht ähnlich Fig. 2 und zeigt einen Ausschnitt aus dem Zahnriementrieb in vergrößerter Darstellung im Einlaufbereich.

Fig. 4 ist eine Ansicht ähnlich Fig. 2 und zeigt den Zahnriementrieb nach Fig. 3 im Auslauf­ bereich.

Fig. 5 verdeutlicht an einem einzelnen Zahn im Einlaufbereich den Ablauf zwischen Riemenzahn und Scheibenzahn.

Fig. 6 ist eine schematische Darstellung ähnlich Fig. 5 bei einer Lage der Zähne nach Fig. 5 nach einem wenige Grad betragenden Drehwinkel.

Fig. 7 ist ein Ausschnitt aus dem Zahnriementrieb gemäß Fig. 2 bei einer abgewandelten Aus­ führungsform.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung näher erläutert.

Gemäß Fig. 1 ist eine Zahnriemenscheibe 1 vorgesehen, die sich im Sinne des Pfeiles 2 dreht und angetrieben ist. Sie bewegt demzufolge einen sie umschlingenden Zahnriemen 3 in dessen geraden Abschnitt in Richtung des Pfeiles 4.

Der erste einlaufende Zahn der Zahnscheibe 1 ist mit Z₁ und der zweite mit Z₂ bezeichnet. Der erste ausgelaufene Zahn ist mit Z₃, der vorangegangene und ausgelaufene Zahn der Zahnscheibe ist mit Z₄ bezeichnet.

Demzufolge schließen die Tangenten an die Kopfkreise der Zahn­ scheibe mit der neutralen Faser 5 des Zahnriemens 3 sich fort­ laufend ändernde Winkel ein, die im Einlaufbereich des Zahn­ riemens bzw. der Zahnscheibe mit α₁ und α₂ und im Auslauf­ bereich mit α₃ und α₄ bezeichnet sind.

Da die Teilung T₁ der Zähne des Zahnriemens 3 erfindungs­ gemäß kleiner als die Teilung T₂ der Zähne der Zahnscheibe 1 (vgl. Fig. 3) ist, so daß die Zähne des Zahnriemens 3 ohne Vorspannung in die Zahnlücken der Zahnscheibe 1 "passen", kommt es zu der in Fig. 1 angedeuteten Lastverteilung 6, wonach der erste mit den Zähnen der Zahnscheibe in Kontakt kommende Zahnriemenzahn Z₁₀ praktisch lastfrei in die Getriebe­ verbindungszahnscheibe/Zahnriemen einläuft. Der am Ende des Umschlingungsbogens (unten in Fig. 1) liegende letzte Zahn (Z₁₁) des Zahnriemens 3 überträgt hingegen die höchste Be­ lastung, wie sich aus Fig. 1 ergibt.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, kommt der erste Kontakt zwischen den Zähnen der Zahnscheibe und denen des Zahnriemens im Bereich der gegenüber der Betriebsrichtung rückwärtigen Flanke 7 des Zahnriemenzahns Z₁₀ zustande, wobei eine etwa translatorische Bewegung zwischen dieser Flanke und derjenigen stattfindet, die in Betriebsrichtung nach vorn gewandt ist. Da aber, wie erläutert, in diesem Bereich die Kontaktflächen zwischen den beiden Zähnen praktisch lastfrei sind, wirkt sich dieser Reibungskontakt nicht oder nur sehr geringfügig im Hin­ blick auf einen Verschleiß aus. Während es sich bei dem Zahn­ riemenausschnitt nach Fig. 1 um den Antriebsbereich des Zahn­ riemens 3 handelt, ist in Fig. 2 zusätzlich der Antriebs­ bereich dargestellt. Die Kräfte des Zahnriemens 3 werden hier auf eine dem Abtrieb dienende Zahnscheibe 8 übertragen, wobei im in Fig. 2 unten liegenden Kontaktbereich Zahnriemen und Zahnscheibe nahezu lastfrei miteinander in Kontakt kommen, während im in Fig. 2 oben liegenden Bereich von den Zähnen des Zahnriemens 3 auf die Zähne der Zahnscheibe 8 die größten Kräfte übertragen werden.

Fig. 3 zeigt im vergrößerten Maßstab im Antriebsbereich die Einlaufverhältnisse. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, kommt der Zahnriemenzahn Z₁₀ mit dem Zahnscheibenzahn Z₁ dadurch in Kontakt, daß sich die Zahnscheibe 1 in Richtung des Pfeiles 2, also entgegen Uhrzeigersinn dreht. Die anfängliche Linien­ berührung wächst sich hier, wie dargestellt, zu einer größeren Kontaktfläche 9 aus, innerhalb derer sich die einander zuge­ wandten Flanken 7 des Zahnriemens 3 und 10 der Zahnscheibe 1 gegeneinander bewegen, und zwar etwa translatorisch, wie durch den Doppelpfeil 11 (vgl. Fig. 6) angedeutet. Wäre jetzt die getriebliche Verbindung zwischen diesen beiden Zähnen nennens­ wert belastet, so würde es an dieser Stelle zu einem erheblichen Verschleiß kommen.

Im Auslaufbereich dagegen (vgl. u. a. Fig. 4), wird mittels des letzten Riemenzahnes Z₁₁ die größte Kraft übertragen (vgl. Fig. 1), was jedoch in verschleißtechnischer Hinsicht günstig ist, weil eine translatorische Relativbewegung zwischen den einander zugewandten Flanken des Zahnscheibenzahnes Z₅ und des Zahnriemenzahnes Z₁₁ (vgl. Fig. 4) nicht oder kaum auftritt.

Wie sich nämlich aus Fig. 1 und auch den übrigen Figuren ergibt, wird beim Einlauf der Winkel α₁ zwischen der neutralen Faser 5 des Zahnriemens 3 und einer Tangente 13 an den Kopfkreis 14 der Zähne der Zahnscheibe 1 während des Einlaufes immer kleiner, wodurch die beschriebene etwa translatorische Relativbewegung entsteht.

Im Gegensatz dazu wird der entsprechende Winkel α₃ zwischen der neutralen Faser 5 und einer Tangente 15 an den Kopfkreis 14 der Zähne der Zahnscheibe beim Auslaufen von einem anfänglichen Kontakt ausgehend sehr rasch sehr viel größer, so daß die Flanken der miteinander in Verbindung stehenden Zähne praktisch keine verschleißende Relativbewegung ausführen, sondern eine durch die Krümmung des Kopfkreises der Zahnscheibe bedingte Drehung, die zu einem Abheben der beiden Flanken voneinander, wie aus den Fig. 1 und 4 ersichtlich, führt. Dieses Abheben ist dann so verschleißarm, daß die oben beschriebenen Vorteile der Erfindung sich ohne weiteres ergeben.

Fig. 7 zeigt im Ausschnitt eine Ausführungsform, nach welcher auf dem Kopf der Zähne des Zahnriemens 3 eine Wulst 15 ange­ ordnet ist, die zu einer Abstandsvergrößerung zwischen den Zähnen des Zahnriemens 3 und der Innenfläche der Zahnlücken zwischen den Zähnen der Zahnscheibe 1 führt, wodurch der Zahn­ riemen 3 mit seiner neutralen Faser 5 weiter nach außen ver­ lagert wird. Die neutrale Faser 5 bzw. die Riemenlängsachse wird also in Richtung des Pfeiles 16 auf einen größeren Durch­ messer angehoben, so daß die erfindungsgemäß vorgesehene Teilungs­ verhältnisse zwischen den Zähnen des Zahnriemens und denen der Zahnscheibe erreicht werden.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 8 werden diese Teilungs­ verhältnisse dadurch erreicht, daß der Kopfkreisdurchmesser D um einen bestimmten Betrag größer als der Kopfkreisdurchmesser der üblichen Anordnung ist. Infolge dieser Durchmesservergrößerung kommt der an sich unveränderte Zahnriemen 3 auf einem größeren Durchmesser der Flanken der Zähne der Zahnscheibe zur Auflage und demzufolge läuft er weiter aus, was im Ergebnis zu der erfindungs­ gemäßen Teilungsänderung führt.

Claims (4)

1. Zahnriementrieb bestehend aus wenigstens einer Zahnriemen­ scheibe und einem Zahnriemen, bei welchem die einzelnen Zähne des Zahnriemens in die Zahnlücken der Zahnscheibe und umgekehrt die Zähne der Zahnscheibe in die Lücken des Zahnriemens eingreifen, wobei dementsprechend sowohl Zahnriemen als auch Zahnriemenscheibe hinsichtlich des Abstandes ihrer Zähne einer bestimmten Teilung unterliegen, dadurch gekennzeichnet, daß im Betriebszustand des Zahn­ riementriebes, also unter Last, die Teilung (T₁, T₂) der Zähne des Zahnriemens (3) kleiner als diejenige der Zähne der Zahnscheibe (1) ist, so daß der erste mit den Zähnen der Zahnscheibe in Kontakt kommende Zahnriemenzahn praktisch lastfrei in die Getriebeverbindung Zahnscheibe/Zahnriemen einläuft, während der am Ende des Umschlingungsbogens liegende letzte Zahn die höchste Belastung überträgt.

2. Zahnriementrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilung im Betriebszustand auf dem Wirkungskreis im Umschlingungsbogen gemessen wird.

3. Zahnriementrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zahnscheibe ihre Teilung beibehält, jedoch im Durchmesser vergrößert wird, so daß der Kopfkreisdurch­ messer (D) um einen bestimmten Betrag größer als üblich ist, so daß der an sich unveränderte Zahnriemen (3) auf einen größeren Durchmesser der Flanken der Zahnscheibe (1) zur Auflage kommt und demzufolge weiter außen verläuft.

4. Zahnriementrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Riemenzahnform dadurch geändert wird, daß sie mit einer nach außen weisenden Wulst (15) oder dergleichen versehen wird, die auf dem Kopf der Zähne des Zahnriemens (3) aufliegt.